基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统，包括主控节点模块、ＣＡＮ总线和多个现场节点模块，所述主控节点模块实现转向模式选择、转向梯形解析、状态监控，并通过ＣＡＮ总线与现场节点模块进行信息通讯协调工作实现各轮系的运动综合；所述现场节点模块实现节点伺服控制；所述主控节点模块内嵌有转向模式单元、转向梯形解析单元和闭环转向控制单元。本发明专利技术转向控制系统以基于现场总线的运动综合方式实现多桥驱动车辆和工程机械的多种转向模式，满足在狭窄场地的施工需要，有效地提高作业效率。现场节点模块作为控制系统中的一个节点直接挂入ＣＡＮ总线上，可以就近布置在被控对象附近，大大降低了连线数量且布线简单易于维护，缩短了生产周期，降低了制造与运行费用，提高了系统的可靠性。

Multi mode steering control system of power flat transport vehicle based on field bus

The invention discloses a multi mode power flat transport vehicle based on Fieldbus steering control system, including the main control module, CAN bus node and a plurality of field node module, steering mode selection, Ackerman analysis, state monitoring implementation of the main control module, and through CAN bus and field node module the train movement information communication and coordination; the field node module to realize node servo control; the main control node module embedded steering mode unit, steering control unit of steering trapezoid analytical unit and closed loop. The steering control system based on Fieldbus integrated multiple motion multi axle drive vehicles and engineering machinery steering mode to meet the needs of construction in narrow space, effectively improve the working efficiency. The field node module as a node in the control system directly connected with CAN bus, can be arranged in a nearby object nearby, greatly reducing the number of connections and wiring is simple easy maintenance, shorten the production cycle, reduce production and operation costs, improve the reliability of the system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于多桥驱动的动力平板运输车的液压转向控制系统，通过采用现场总线技术进行信息综合和协调控制若干个分布式布置的电液比例转向机构。
技术介绍
多模式转向控制系统是多桥驱动的大型工程车辆和工程机械行走与操纵系统的重要组成部分。这类车辆，由于车身体积庞大，从行走驱动、操纵和控制、接地比压、结构布置等角度考虑，需要多个驱动与操纵机构分布式布置，转向系统需要根据复杂作业任务的需求在施工现场实现包括斜行、横行、纵行八字转向(即包括有前八、后八和对称八字的三个转向)、中心转向等多种转向模式。目前，大型车辆的转向机构中，各转向轮之间的运动综合和运动传递多采用传统的基于杆系或轮系的机械综合方式。液压助力、全液压和电动助力转向主要是在机械综合的基础上减小操纵力和改善操纵品质，这种综合方式仅能满足各车轮在行驶过程中的八字转向(基于杆系的转向梯形综合)或速差转向(轮系综合)，难以实现其它转向模式。另外，各车轮之间无法实现绕转向中心线作纯滚动的综合运动，对转向轮机构设计和布置，以及实现多种复杂的综合的转向模式比较困难，同时其传动误差所带来的磨损和冲击也降低了车辆的安全性和使用寿命。另一种多轴运动综合方式是采用传统的信号电传操纵综合集中式控制方案，中央控制器采集各轴的转向信号然后解算各轴转向指令送往转向机构实现转向。大型动力平板运输车目前多采用这种方案。这种方案由于车辆体积庞大和多个转向机构分布式布置使得系统存在着信号多、布线困难和抗干扰能力差等问题，可靠性与可维护性都比较差。随着计算机网络技术的发展，采用现场总线和电液比例控制相结合的方式实现机械传动与操纵系统的运动综合与控制已成为可能。这种解决方案可以彻底解决上述两种方案存在的问题，提升平板运输车和大型工程机械的操纵性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统，该液压转向控制系统通过采用现场总线技术将主控节点模块与现场节点模块传递的数据信息进行信息综合和协调控制，然后输出控制信息对多个分布式布置的电液比例转向机构实现纵行八字转向、横行、斜行和中心转向在内的多种转向模式控制，从而实现了网络环境下多轴驱动及转向车辆的协调控制。本专利技术是一种基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统，其特征在于包括主控节点模块、CAN总线和多个现场节点模块，所述主控节点模块实现转向模式选择、转向梯形解析、状态监控，并通过CAN总线与现场节点模块进行信息通讯协调工作实现各轮系的运动综合；所述现场节点模块实现节点伺服控制；所述主控节点模块内嵌有转向模式单元、转向梯形解析单元和闭环转向控制单元；所述转向模式单元，根据运动学转向模型设定有动力平板运输车车轮的多模式转向模型，并根据驾驶室输出的转向指令进行所述转向模型的匹配处理输出当前转向模式信息；所述转向模型有横行、斜行、中心转向、纵行八字对称转向、纵行前轴八字转向和纵行后轴八字转向；所述转向梯形解析单元，根据驾驶室输出的方向盘角度θw与所述当前转向模式信息采用梯形解析法处理获得当前转向模式各轮系的期望转角θp；所述闭环转向控制单元，根据解析出的期望转角θp与各轮系输出的实际转角θ进行闭环PID控制；所述主控节点模块首先采集驾驶室内的操控信号，并将转向指令操控信号进行转向模式单元的判断处理出当前转向模式；转向梯形解析单元对接收的方向盘信号和当前转向模式进行解析获得各轮系的期望转角θp；所述现场节点模块通过角位移传感器采集车轮的实际转角θ并通过CAN总线传输给所述主控节点模块的闭环转向控制单元；闭环转向控制单元对接收的期望转角θp和实际转角θ进行比较获得偏差信号；所述偏差信号经PID运算得到各轮系的控制量，然后再通过CAN总线向各个电液比例转向机构下发操控指令，从而带动回转盘控制轮系转动。所述的基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统，其主控节点模块包括PC/104工业控制计算机、ADP800型采集卡和PC-CAN卡。所述的基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统，其现场节点模块包括芯片型号为89C51的单片机、芯片型号为PCA89C250的CAN接口电路、光电隔离电路和信号采集、调理和放大电路。本专利技术液压转向控制系统的优点在于(1)以基于现场总线的运动综合方式实现多桥驱动车辆和工程机械的多种转向模式，满足在狭窄场地的施工需要，有效地提高作业效率；(2)转向过程中满足纯滚动原理，避免了轮胎滑移造成的摩擦损失；(3)机构布置大为方便，为车辆的模块化制造带来了方便；(4)通过现场总线可以方便地获取大量状态信息，进行信息综合处理，有利于车辆转向、行走和作业系统的协调工作、智能化控制和状态监测与故障诊断；(5)现场节点模块作为控制系统中的一个节点直接挂入CAN总线上，可以就近布置在被控对象附近，大大降低了连线数量且布线简单易于维护，缩短了生产周期，降低了制造与运行费用，提高了系统的可靠性；(6)基于现场总线的控制平台易于扩展，为车辆之间的组合和机群作业提供了方便。附图说明图1是本专利技术主控节点模块的硬件结构框图。图2是本专利技术现场节点模块的硬件结构框图。图3是本专利技术转向控制信息结构框图。图4是电液比例转向机构示意图。图5A是各轮系的纵行对称八字转向结构示意图。图5B是各轮系的纵行前轴八字转向结构示意图。图5C是各轮系的纵行后轴八字转向结构示意图。图5D是各轮系的横行转向结构示意图。图5E是各轮系的斜行转向结构示意图。图5F是各轮系的中心转向结构示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统，包括主控节点模块、CAN总线和多个现场节点模块(参见图1、图2所示)，所述主控节点模块实现转向模式选择、转向梯形解析、状态监控，并通过CAN总线与现场节点模块进行信息通讯协调工作实现各轮系的运动综合；所述现场节点模块实现节点伺服控制；所述主控节点模块内嵌有转向模式单元、转向梯形解析单元和闭环转向控制单元；参见图3所示，所述转向模式单元，根据运动学转向模型设定有动力平板运输车车轮的多模式转向模型，并根据驾驶室输出的转向指令进行所述转向模型的匹配处理输出当前转向模式信息；所述转向模型有横行、斜行、中心转向、纵行八字对称转向、纵行前轴八字转向和纵行后轴八字转向；所述转向梯形解析单元，根据驾驶室输出的方向盘角度θw与所述当前转向模式信息采用梯形解析法处理获得当前转向模式各轮系的期望转角θp；所述闭环转向控制单元，根据解析出的期望转角θp与各轮系输出的实际转角θ进行闭环PID控制； 所述主控节点模块首先采集驾驶室内的操控信号，并将转向指令操控信号进行转向模式单元的判断处理出当前转向模式；转向梯形解析单元对接收的方向盘信号和当前转向模式进行解析获得各轮系的期望转角θp；所述现场节点模块通过角位移传感器采集车轮的实际转角θ并通过CAN总线传输给所述主控节点模块的闭环转向控制单元；闭环转向控制单元对接收的期望转角θp和实际转角θ进行比较获得偏差信号；所述偏差信号经PID运算得到各轮系的控制量，然后再通过CAN总线向各个电液比例转向机构(参见图4所示)下发操控指令，从而带动回转盘5控制轮系转动。在本专利技术中，主控节点模块负责驾驶室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于现场总线的动力平板运输车的多模式转向控制系统，其特征在于：包括主控节点模块、ＣＡＮ总线和多个现场节点模块，所述主控节点模块实现转向模式选择、转向梯形解析、状态监控，并通过ＣＡＮ总线与现场节点模块进行信息通讯协调工作实现各轮系的运动综合；所述现场节点模块实现节点伺服控制；所述主控节点模块内嵌有转向模式单元、转向梯形解析单元和闭环转向控制单元；所述转向模式单元，根据运动学转向模型设定有动力平板运输车车轮的多模式转向模型，并根据驾驶室输出的转向指令进行所述转向模型的 匹配处理输出当前转向模式信息；所述转向模型有横行、斜行、中心转向、纵行八字对称转向、纵行前轴八字转向和纵行后轴八字转向；所述转向梯形解析单元，根据驾驶室输出的方向盘角度θ↓［ｗ］与所述当前转向模式信息采用梯形解析法处理获得当前转向模 式各轮系的期望转角θ↓［ｐ］；所述闭环转向控制单元，根据解析出的期望转角θ↓［ｐ］与各轮系输出的实际转角θ进行闭环ＰＩＤ控制；所述主控节点模块首先采集驾驶室内的操控信号，并将转向指令操控信号进行转向模式单元的判断处理出当前转 向模式；转向梯形解析单元对接收的方向盘信号和当前转向模式进行解析获得各轮系的期望转角θ↓［ｐ］；所述现场节点模块通过角位移传感器采集车轮的实际转角θ并通过ＣＡＮ总线传输给所述主控节点模块的闭环转向控制单元；闭环转向控制单元对接收的期 望转角θ↓［ｐ］和实际转角θ进行比较获得偏差信号；所述偏差信号经ＰＩＤ运算得到各轮系的控制量，然后再通过ＣＡＮ总线向各个电液比例转向机构下发操控指令，从而带动回转盘控制轮系转动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李运华，张志华，杨丽曼，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，郑州大方桥梁机械有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]