一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法。该调平系统由油箱、进油滤清器、液压泵、低位开关阀、高位开关阀、电磁换向阀、油压传感器、回油滤清器、溢流阀、油气弹簧液压缸、二维倾角传感器、位移传感器、车轮、车架组成。该调平方法首先将油气弹簧液压缸的活塞调整至其有效行程的中点附近，然后根据车轴数划分主、从动油气弹簧液压缸，将从动油气弹簧液压缸和轮胎收缩至脱离地面，形成三点稳定支撑结构，再次，控制主动油气弹簧液压缸作动实现初始调平，最后，控制从动油气弹簧液压缸补偿作动实现完整的调平功能。该方案可以实现多轴车辆底盘的快速、可靠调平，调平过程迭代次数少，调平后无虚腿，底盘姿态稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法
：本专利技术属于姿态控制领域，具体涉及一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法。
技术介绍
：三轴以上油气悬挂车辆的应用十分广泛。悬架中各油气弹簧液压缸可靠承载并将车架快速调整至水平状态是油气悬挂车辆平稳、高效运行的基础。目前国内外普遍使用的调平方法是基于点追逐法和倾角法进行调平，但是对于多轴车辆调平而言，点追逐法以及倾角法存在着需要反复迭代、过程振荡、精度低、速度慢、油气弹簧液压缸载荷不受控甚至出现虚腿等缺点，甚至出现调不平的情况。例如，CN200810173603.6的中国专利公开了一种对液压支腿调平的方法及装置，其方法是利用水平传感器检测两坐标轴方向上的倾斜角度，根据倾斜角度对液压支腿的水平状态进行判断，在调平的过程中不断进行检测判断，直到所有液压支腿处于水平状态；该专利是通过反复迭代测试和作动实现调平功能，并不能很好地消除调平过程中出现虚腿的情况，更不能实现快速调平；CN201910609108.3的中国专利公开了一种多点调平控制系统，其方法是根据双轴水平倾角传感器判定各点之间的角度差，从而判定各液压缸的作动量，存在着调平速度慢且无法可靠消除虚腿的缺点。多轴车辆的姿态调整控制属于超静定问题，而超静定问题的解具有不确定性和多解性，现行的基于点追逐法或倾角法的调平控制方法不可避免的需要反复迭代，由此造成过程振荡、精度低、速度慢、油气弹簧液压缸载荷不受控甚至出现虚腿等问题。对于超静定问题的解决方案有两种，一是考虑车架与液压缸之间的力和变形耦合关系，建立精确的本构模型进行精确控制,但该方案理论和技术实施难度均极大，目前尚未实现；二是将超静定问题转变为静定问题，但目前也没有相关策略和实现该功能的液压系统出现。本专利技术基于将超静定问题降阶转变为静定问题的思路提出了一种方法,考虑到多轴车辆的质心基本位于车架几何中心附近，首先根据车轴数对油气悬挂划分主、从动油气弹簧液压缸，将从动油气弹簧液压缸调至虚腿，由主动油气弹簧液压缸形成质心处于中心位置的三点稳定支撑结构，由此将多轴车辆的超静定调平控制转化为静定的三点调平控制问题，实现快速、精确的初始调平。然后控制从动油气弹簧液压缸补偿作动实现完整的调平功能，以上控制方案可由提出的液压系统实现。从而从控制策略、执行系统两方面解决了多轴油气悬挂车辆调平控制问题。调平快速、精确、可靠，调平过程迭代次数少，调平后无虚腿，底盘姿态稳定性高。
技术实现思路
：有鉴于此，本专利技术提供了一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法，考虑到多轴车辆的质心基本位于车架几何中心附近，首先对油气悬挂进行主、从动油气弹簧液压缸划分，由主动油气弹簧液压缸形成质心处于中心位置的三点稳定支撑结构，进而实施主动油气弹簧液压缸的三点静定支撑快速、精确初始调平，然后实施从动油气弹簧液压缸补偿作动实现完整的调平功能，解决目前多轴车辆调平过程振荡、精度低、速度慢、油气弹簧液压缸载荷不受控甚至出现虚腿等问题，其特征在于：一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法，所述的调平系统包括油箱、进油滤清器、液压泵、低位开关阀、高位开关阀、电磁换向阀、油压传感器、回油滤清器、溢流阀、油气弹簧液压缸、二维倾角传感器、位移传感器、车轮、车架；其特征在于：液压泵为油气弹簧液压缸供油，油箱与液压泵之间安装进油滤清器，溢流阀与油箱之间安装回油滤清器，油气弹簧液压缸的活塞为无阀孔活塞，有杆腔与无杆腔之间不连通，每个油气弹簧液压缸的有杆腔底面与对应车轮间安装有位移传感器，每个油气弹簧液压缸的无杆腔通过油管依次与油压传感器、电磁换向阀、低位开关阀串联而后共同接入液压泵，每个油气弹簧液压缸的有杆腔通过油管依次与油压传感器、电磁换向阀串联而后共同接入溢流阀，车架同侧每个油气弹簧液压缸的无杆腔通过油管依次串联，且每相邻两个油气弹簧液压缸间安装有高位开关阀。进一步地，所述每个油气弹簧液压缸的有杆腔一侧与车轮相连，无杆腔一侧与车架相连，所述二维倾角传感器安装于车架的几何中心处。进一步地，所述电磁换向阀的选型为三位四通电磁换向阀，当三位四通电磁换向阀置中位时，各油口各不相通；当三位四通电磁换向阀置左位时，液压油可由P口进A口出，同时B口与T口相通；当三位四通电磁换向阀置右位时，液压油可由P口进B口出，同时A口与T口相通。进一步地，一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统实现三轴以上油气悬挂车辆调平的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1,将任一侧任一中间车轴上油气弹簧液压缸的活塞调整至中位，具体如下：以各油气弹簧液压缸的活塞位于其有效行程的中点设定其上安装的位移传感器的零位，将电磁换向阀置中位，启动液压泵，开启所有的低位开关阀，开启所有的高位开关阀，由任一侧任一中间车轴上的位移传感器测取对应油气弹簧液压缸与对应车轮的距离h，并计算其活塞相对于其零位的上下，当活塞位于零位之上时，将所有电磁换向阀置左位，无杆腔进油，有杆腔回油，直至活塞降低至零位，进而将所有电磁换向阀置中位，将所有高位开关阀关闭；当活塞位于零位之下时，将所有电磁换向阀置右位，有杆腔进油，无杆腔回油，直至活塞升高至零位，进而将所有电磁换向阀置中位，将所有高位开关阀关闭；步骤2按照车轴数n为奇数和偶数进行主、从动油气弹簧液压缸划分，具体如下：情况1：当n为偶数且可以被4整除时，令n＝2m，沿车架纵向将车轴按照m/2：m：m/2的方式进行划分，同一侧的前m/2根与后m/2根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，对侧中部m根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，其余所有油气弹簧液压缸定义为从动油缸；情况2：当n为偶数但不可以被4整除时，令n＝2m+2，沿车架纵向将车轴按照m/2：m+1：m/2+1的方式进行划分，同一侧的前m/2根与后m/2+1根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，对侧中部m+1根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，其余所有油气弹簧液压缸定义为从动油缸；情况3：当n为奇数且n-1可以被4整除时，令n＝2m+1，沿车架纵向将车轴按照m/2：m+1：m/2的方式进行划分，同一侧的前m/2根与后m/2根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，对侧中部m+1根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，其余所有油气弹簧液压缸定义为从动油缸；情况4：当n为奇数但n-1不可以被4整除时，令n＝2m+3，沿车架纵向将车轴按照m/2+1：m+1：m/2+1的方式进行划分，同一侧的前m/2+1根与后m/2+1根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，对侧中部m+1根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，其余所有油气弹簧液压缸定义为从动油缸；步骤3，将各从动油缸收缩至虚腿，具体如下：将同侧相邻从动油缸之间的高位开关阀开启，将从动油缸对应的电磁换向阀置右位，从动油缸有杆腔进油，无杆腔回油，各位移传感器检测并计算各从动油缸的活塞高度，直至各从动油缸收缩至其所连接轮胎脱离地面，且各从动油缸活塞高度均高于各主动油缸活塞高度，将各从动油缸对应的电磁换向阀置中位，同侧相邻从动油缸之间的高位开关阀关闭；步骤4，测量车架倾角，计算调平作动量，具体如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法，所述的调平系统包括油箱、进油滤清器、液压泵、低位开关阀、高位开关阀、电磁换向阀、油压传感器、回油滤清器、溢流阀、油气弹簧液压缸、二维倾角传感器、位移传感器、车轮、车架；其特征在于：液压泵为油气弹簧液压缸供油，油箱与液压泵之间安装进油滤清器，溢流阀与油箱之间安装回油滤清器，油气弹簧液压缸的活塞为无阀孔活塞，有杆腔与无杆腔之间不连通，每个油气弹簧液压缸的有杆腔底面与对应车轮间安装有位移传感器，每个油气弹簧液压缸的无杆腔通过油管依次与油压传感器、电磁换向阀、低位开关阀串联而后共同接入液压泵，每个油气弹簧液压缸的有杆腔通过油管依次与油压传感器、电磁换向阀串联而后共同接入溢流阀，车架同侧每个油气弹簧液压缸的无杆腔通过油管依次相连，且每相邻两个油气弹簧液压缸间安装有高位开关阀。/n

【技术特征摘要】
1.一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法，所述的调平系统包括油箱、进油滤清器、液压泵、低位开关阀、高位开关阀、电磁换向阀、油压传感器、回油滤清器、溢流阀、油气弹簧液压缸、二维倾角传感器、位移传感器、车轮、车架；其特征在于：液压泵为油气弹簧液压缸供油，油箱与液压泵之间安装进油滤清器，溢流阀与油箱之间安装回油滤清器，油气弹簧液压缸的活塞为无阀孔活塞，有杆腔与无杆腔之间不连通，每个油气弹簧液压缸的有杆腔底面与对应车轮间安装有位移传感器，每个油气弹簧液压缸的无杆腔通过油管依次与油压传感器、电磁换向阀、低位开关阀串联而后共同接入液压泵，每个油气弹簧液压缸的有杆腔通过油管依次与油压传感器、电磁换向阀串联而后共同接入溢流阀，车架同侧每个油气弹簧液压缸的无杆腔通过油管依次相连，且每相邻两个油气弹簧液压缸间安装有高位开关阀。


2.根据权利要求1所述的一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法，其特征在于：所述每个油气弹簧液压缸的规格相同，有杆腔一侧与车轮相连，无杆腔一侧与车架相连，所述二维倾角传感器安装于车架上表面的几何中心处。


3.根据权利要求1所述的一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统及调平方法，其特征在于：所述电磁换向阀为三位四通电磁换向阀，当电磁换向阀置中位时，各油口均不连通；当电磁换向阀置左位时，液压油可由P口进A口出，同时B口与T口相通；当电磁换向阀置右位时，液压油可由P口进B口出，同时A口与T口相通。


4.一种采用权利要求1所述的一种三轴以上油气悬挂车辆的调平系统实现三轴以上油气悬挂车辆调平的方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
步骤1，将任一侧任一中间车轴上油气弹簧液压缸的活塞调整至中位，具体如下：以各油气弹簧液压缸的活塞位于其有效行程的中点设定其上安装的位移传感器的零位，将电磁换向阀置中位，启动液压泵，开启所有的低位开关阀，开启所有的高位开关阀，由任一侧任一中间车轴上的位移传感器测取对应油气弹簧液压缸与对应车轮的距离h，并计算其活塞相对于其零位的上下，当活塞位于零位之上时，将所有电磁换向阀置左位，无杆腔进油，有杆腔回油，直至活塞降低至零位，进而将所有电磁换向阀置中位，将所有高位开关阀关闭；当活塞位于零位之下时，将所有电磁换向阀置右位，有杆腔进油，无杆腔回油，直至活塞升高至零位，进而将所有电磁换向阀置中位，将所有高位开关阀关闭；
步骤2，按照车轴数n进行主、从动油缸划分，具体如下：
情况1：当n为偶数且可以被4整除时，令n＝2m，沿车架纵向将车轴按照m/2：m：m/2的方式进行划分，将任一侧的前m/2根与后m/2根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，将对侧中部的m根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，其余所有油气弹簧液压缸定义为从动油缸；
情况2：当n为偶数但不可以被4整除时，令n＝2m+2，沿车架纵向将车轴按照m/2：m+1：m/2+1的方式进行划分，将任一侧的前m/2根与后m/2+1根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，将对侧中部的m+1根油气弹簧液压缸定义为主动油缸，其余所有油气弹簧液压缸定义为从动油缸；
情况3：当n为奇数且n-1可以被4整除时，令n＝2m+1，沿车架纵向将车轴按照m/2：m+1：m/2的方式进行划分，将任一侧的前m/2根与后m/2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，王慧恒，吴振华，聂振祺，刚宪约，李丽君，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37