一種靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法技術

本發明專利技術涉及履帶底盤的轉向控制領域，尤其是一種靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法。它包括預處理階段、離散化階段和轉向跟隨階段。本發明專利技術有利于實現靜液壓-機械驅動式履帶底盤的轉向盤式轉向電控系統，可改善靜液壓-機械驅動式履帶底盤的轉向操縱性能及安全性能，轉向軌跡更接近駕駛人員意圖，降低駕駛人員操作勞動強度，且成本較低，對驅動橋的磨損影響不大。

【技術實現步驟摘要】
一種靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法
本專利技術涉及履帶底盤的轉向控制領域，尤其是一種靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法。
技術介紹
履帶底盤的轉向是通過兩側驅動輪之間的差速來實現的，控制差速的準確性是整機能夠按照駕駛員的意圖進行轉向行駛的保證。根據履帶底盤不同的驅動形式，實現兩側驅動輪差速及控制的方式也多種多樣。靜液壓-機械驅動是一種將靜液壓技術與機械式驅動橋相結合的履帶動力底盤驅動方式，由于結構簡單，成本低，性能可靠，其在履帶式農業機械中得到了廣泛使用。該種方式通過靜液壓驅動實現整機一定范圍內無級變速，并通過機械式驅動橋完成動力到驅動輪的最后傳遞。該驅動橋中大多裝有一對離合制動器，以獨立控制兩側輸出軸的離合制動，離合器是牙嵌式的，只有通斷兩種模式，而無法實現驅動輪無極差速。在轉向控制過程中，是通過控制轉向軌跡內側的撥叉克服彈簧力轉動而完成的。因此，采用此種驅動方式的履帶底盤在每次操縱桿作用時僅有一種轉向半徑。在改變轉向半徑時，只能憑借作業人員經驗采用手動“點剎”的方式，可操縱性及安全性較低。另外，隨著農用作業機械自動化程度的不斷提高，此類履帶底盤的遙控作業也得到越來越多的關注，轉向控制也成為其中的重點研究內容。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種可改善靜液壓-機械驅動式履帶底盤的轉向可操作性能及安全性能的靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法。為了達到上述目的，本專利技術提供了如下技術方案：一種靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法，它包括預處理階段、離散化階段和轉向跟隨階段，具體包括以下步驟：a.輸入初始直線行駛車速和方向盤轉角；b.根據輸入的初始直線行駛車速、方向盤轉角、道路阻力參數以及履帶底盤結構參數，計算基于打滑條件下的轉向角速度、內側履帶繞卷速度和理論轉向周期；c.根據機械驅動橋響應回復時間確定離散時間段，根據離散時間段將理論轉向周期離散化，得到離散區間數，進而確定每一離散時間段內履帶底盤理論行駛方向轉角和行駛距離及在驅動橋撥叉作用與否的兩種狀態下的履帶底盤的實際行駛軌跡的行駛距離和行駛方向轉角；d.在每一離散時間段開始前，計算當前履帶底盤行駛方向和位置與當前理論履帶底盤行駛方向和位置之間的誤差；e.根據判斷規則，確定驅動橋撥叉作用狀態；在每一離散區間內，所述判斷規則如下：若底盤位置大于實際軌跡位置偏離區間的上限，且行駛方向小于實際軌跡方向角度偏離區間下限，或者底盤位置位于實際軌跡位置偏離區間上、下限內，或者底盤位置小于實際軌跡位置偏離區間的下限，且行駛方向不大于實際軌跡方向角度偏離區間上限，均無撥叉作用；若底盤位置大于實際軌跡位置偏離區間的上限，且行駛方向不小于實際軌跡方向角度偏離區間下限，或者底盤位置小于實際軌跡位置偏離區間的下限，且行駛方向大于實際軌跡方向角度偏離區間上限，則內側撥叉作用；f.更新當前實際及理論履帶底盤行駛方向和位置；g.判斷輸入的初始直線行駛車速和和方向盤轉角是否變化，如是，則本輪控制結束，如否，則跳轉至步驟d。與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于：本專利技術有利于實現靜液壓-機械驅動式履帶底盤的轉向盤式轉向電控系統，可改善靜液壓-機械驅動式履帶底盤的轉向操縱性能及安全性能，轉向軌跡更接近駕駛人員意圖，降低駕駛人員操作勞動強度，且成本較低，對驅動橋的磨損影響不大。附圖說明圖1為本專利技術的離散跟隨轉向軌跡的示意圖；圖2為本專利技術的靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法的流程圖。【主要組件符號說明】1單離散區間內驅動橋轉向內側撥叉作用的底盤行駛軌跡，簡化為行駛方向向內側偏轉一個角度的直線行駛段；2單離散區間內無驅動橋撥叉作用的底盤行駛軌跡，直線行駛段3理論轉向軌跡具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術的具體實施方式作進一步說明，但并不以此為限。圖1為本專利技術的離散跟隨轉向軌跡的示意圖；圖2為本專利技術的靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法的流程圖。本專利技術的靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法是根據撥叉響應和復位時間確定離散的小時間段Δt，根據Δt把由初始直線行駛車速v和方向盤轉角α計算出來的理論轉向周期T離散化，即將轉向控制問題轉化為如何在每個離散的小時間段Δt內確定撥叉的作用，使得整機的整個轉向軌跡及轉向角速度ω與理論值盡可能地接近。由于轉向過程是以駕駛操作人員的控制意圖為基礎的，所以整個轉向過程依賴人的參與。為了降低控制系統的復雜性和提高系統可靠性，減小機械驅動橋的磨損和降低執行器的作用頻率，本控制方法采用不涉及反饋控制的開環控制方式。實際底盤行駛軌跡實時跟隨理論轉向軌跡3，理論轉向軌跡3按照理論轉向過程實時變化，即在每Δt前根據當前底盤實際軌跡相對于當前理論轉向軌跡3的位置、行駛方向等判斷此Δt內的撥叉的作用狀態。撥叉作用為開關量，當一側的撥叉克服彈簧力轉動，則履帶式動力底盤繞其內側履帶做固定半徑的旋轉運動，在每個離散的時間段Δt內獨立地來看，此過程的轉向軌跡形狀及履帶底盤行駛方向轉角不變。由于離散時間段較短，模型中可用直線位移來替代這段理論轉向軌跡3，但是經過這個過程后，整機的行駛方向偏轉了一個固定的角度。如果無撥叉作用，則整機做直線運動，運動方向不改變，在固定的離散時間段Δt內，行駛距離也為固定值。靜液壓-機械驅動式履帶動力底盤的實際轉向軌跡可簡化為由若干個小直線段組成的近似曲線，如圖1所示，圖中理論轉向軌跡3可近似為若干個小直線段，所述小直線段包括兩種：直線行駛段2；在內側撥叉作用下，向內側偏轉一個角度的直線行駛段1。基于減少對機械式驅動橋的磨損的考慮，在實際控制過程中，控制器在對轉向方向進行判斷后，僅對轉向內側的撥叉進行控制。本專利技術的靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法包括：預處理階段：輸入初始直線行駛車速與方向盤轉角；根據輸入的初始直線行駛車速與方向盤轉角、履帶底盤結構參數以及道路阻力參數，計算基于打滑條件下的轉向參數：轉向角速度、內側履帶繞卷速度和理論轉向周期；離散化階段：根據機械驅動橋響應回復時間確定離散時間段，根據離散時間段將理論轉向周期離散化，得到離散數，進而確定每一離散時間段內履帶底盤理論行駛方向轉角和行駛距離及在驅動橋撥叉作用與否的兩種狀態下的履帶底盤的實際行駛軌跡的行駛距離和行駛方向轉角；轉向跟隨階段：在每一離散時間段開始前，計算當前履帶底盤行駛方向和位置與當前理論履帶底盤行駛方向和位置之間的誤差；根據判斷規則，確定撥叉作用狀態；更新當前實際及理論履帶底盤行駛方向和位置；實際履帶底盤轉向軌跡通過控制每一離散時間段內撥叉作用狀態，實時跟隨理論軌跡，該軌跡根據理論轉向過程實時變化。如圖2所示，本專利技術的靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法，具體包括如下步驟：預處理階段a.輸入初始直線行駛車速v，若履帶底盤已在轉向行駛過程中，則初始直線行駛車速v等于轉向外側履帶繞卷線速度v1；輸入方向盤轉角α，確定理論轉向半徑R及相對理論轉向半徑ρ；b.根據輸入的初始直線行駛車速v和方向盤轉角α、道路阻力參數(道路阻力系數f和最大轉向阻力系數μmax)以及履帶底盤結構參數(履帶接地段長度L、履帶底盤軌距B)，計算基于打滑條件下的各項轉向參數，如轉向角速度ω、內側本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種靜液壓?機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法，其特征在于：它包括預處理階段、離散化階段和轉向跟隨階段，具體包括以下步驟：a.輸入初始直線行駛車速和方向盤轉角；b.根據輸入的初始直線行駛車速、方向盤轉角、道路阻力參數以及履帶底盤結構參數，計算基于打滑條件下的轉向角速度、內側履帶繞卷速度和理論轉向周期；c.根據機械驅動橋響應回復時間確定離散時間段，根據離散時間段將理論轉向周期離散化，得到離散區間數，進而確定每一離散時間段內履帶底盤理論行駛方向轉角和行駛距離及在驅動橋撥叉作用與否的兩種狀態下的履帶底盤的實際行駛軌跡的行駛距離和行駛方向轉角；d.在每一離散時間段開始前，計算當前履帶底盤行駛方向和位置與當前理論履帶底盤行駛方向和位置之間的誤差；e.根據判斷規則，確定驅動橋撥叉作用狀態；在每一離散區間內，所述判斷規則如下：若底盤位置大于實際軌跡位置偏離區間的上限，且行駛方向小于實際軌跡方向角度偏離區間下限，或者底盤位置位于實際軌跡位置偏離區間上、下限內，或者底盤位置小于實際軌跡位置偏離區間的下限，且行駛方向不大于實際軌跡方向角度偏離區間上限，均無撥叉作用；若底盤位置大于實際軌跡位置偏離區間的上限，且行駛方向不小于實際軌跡方向角度偏離區間下限，或者底盤位置小于實際軌跡位置偏離區間的下限，且行駛方向大于實際軌跡方向角度偏離區間上限，則內側撥叉作用；f.更新當前實際及理論履帶底盤行駛方向和位置；g.判斷輸入的初始直線行駛車速和和方向盤轉角是否變化，如是，則本輪控制結束，如否，則跳轉至步驟d。...

【技術特征摘要】
1.一種靜液壓-機械驅動式履帶底盤離散跟隨轉向控制方法，其特征在于：它包括預處理階段、離散化階段和轉向跟隨階段，具體包括以下步驟：a.輸入初始直線行駛車速和方向盤轉角；b.根據輸入的初始直線行駛車速、方向盤轉角、道路阻力參數以及履帶底盤結構參數，計算基于打滑條件下的轉向角速度、內側履帶繞卷速度和理論轉向周期；c.根據機械驅動橋響應回復時間確定離散時間段，根據離散時間段將理論轉向周期離散化，得到離散區間數，進而確定每一離散時間段內履帶底盤理論行駛方向轉角和行駛距離及在驅動橋撥叉作用與否的兩種狀態下的履帶底盤的實際行駛軌跡的行駛距離和行駛方向轉角；d.在每一離散時間段開始前，計算當前履帶底盤行駛方向和位置與當前理論履帶底盤行駛方向和位置之間的誤差；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙建柱，王楓辰，朱永奇，張筱青，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：發明
國別省市：北京;11