一种负载口独立控制式电液伺服转向系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种负载口独立控制式电液伺服转向系统及控制方法，其主要包括机械转向结构、液压控制和电控系统三部分，系统主要由电机伺服泵、第一比例伺服阀、第二比例伺服阀、角度传感器、压力传感器组成。本发明专利技术还包括一种负载口独立控制式电液伺服转向系统控制方法，提供一种泵阀联控策略，由负载口独立阀控技术对转向系统的转角、压力进行复合控制，并设计了积分滑模控制器；通过伺服电机泵对转向系统进行泵源压力闭环控制，采用一种可变泵源压力的控制方法，并设计了积分滑模控制器。本发明专利技术实现电液伺服转向系统高精度动态转向和高效节能。节能。节能。

An electro-hydraulic servo steering system with independent control of load port and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种负载口独立控制式电液伺服转向系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电液伺服转向控制
，具体涉及一种负载口独立控制式电液伺服转向系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]重型多轴车辆是我国国民经济建设与军事重工领域不可或缺的核心工程装备，广泛应用于大型桥梁施工、风电设备安装、导弹运输和作战越野等众多领域。转向技术决定了重型车辆整车操作稳定性、行驶灵活性，是保证重型车辆在复杂路况安全行驶的关键核心技术。电液伺服转向系统以其控制灵活性、强负载驱动性的特点被广泛应用于重型多轴车辆转向系统。
[0003]电液伺服转向系统由液压、机械和电控系统共同构成，是复杂的机电液多态耦合非线性系统。此外，电液助力转向系统的液压主体本质上是传统阀控缸系统，一贯存在着低效率、高能耗问题。
[0004]现有的技术存在着一些不足或其他局限，主要表现为：
[0005](1)传统负载口独立控制技术未考虑液压缸两腔压力、流量控制方式频繁切换的问题。因电液伺服转向系统本身的非线性程度高，结合负载口独立阀控技术通过降低出油口阀口节流损失的方式加剧了控制难度。且因转向系统由于存在频繁转向切换，导致在转向过程中液压缸两腔的压力流量控制方式不断切换，易产生压力冲击，进而引发驾驶安全问题。传统负载口独立技术未考虑电液伺服转向系统本身的复杂性以及存在频繁切换引发的压力冲击的问题。
[0006](2)负载口独立阀控转向系统通常采用满足最大负载工况恒定泵源压力供油，这会造成转向系统在非转向或低负载工况时的能量浪费。传统机液负载敏感泵结构复杂，且存在响应滞后等问题。基于传统机液负载敏感泵的控制方法也存在诸多问题，例如压力闭环反馈型存在着系统稳定性和快速响应的矛盾，流量开环匹配型存在着流量过匹配或欠匹配的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种负载口独立控制式电液伺服转向系统及其控制方法，能够保证转向系统的高精度动态转向和高效节能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种负载口独立控制式电液伺服转向系统，其特征在于，包括机械转向结构、液压传动结构和电控系统；
[0010]所述机械转向结构包括支架，所述支架两侧分别铰接连接左梯形臂及右梯形臂，所述左梯形臂与右梯形臂顶部通过横拉杆连接，所述左梯形臂及右梯形臂的外侧分别连接有左车轮及右车轮，所述左梯形臂与右梯形臂分别由左转向助力缸及右转向助力缸驱动；左转向助力缸或右转向助力缸与支架铰接处设置有感应转向角度的角度传感器；左转向助
力缸的活塞杆与左梯形臂的连接端、右转向助力缸的活塞杆与右梯形臂的连接端为铰接连接；
[0011]所述液压控制系统包括定量泵、第一伺服比例阀、第二伺服比例阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、电磁换向球阀和油箱；所述左转向助力缸的无杆腔和右转向助力缸的有杆腔与第一液控单向阀和第一伺服比例阀的A口相连，连接的油路形成第一工作油路；所述左转向助力缸的有杆腔和右转向助力缸的无杆腔与第二液控单向阀和第二伺服比例阀的B口相连，连接的油路形成第二工作油路；所述第一伺服比例阀、第二伺服比例阀的P口均与定量泵的出口相连；所述第一伺服比例阀、第二伺服比例阀的T口均与油箱相连。
[0012]所述电控系统包括控制器、伺服电机、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、角度传感器；所述控制器与第一伺服比例阀、第二伺服比例阀、伺服电机、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、电磁换向球阀、角度传感器分别连接；
[0013]进一步的，伺服电机与定量泵组成伺服电机泵，伺服电机通过电压控制信号，改变电机转速从而调节电机泵的输出流量和压力；所述控制器、第三压力传感器、角度传感器、伺服电机、定量泵对转向系统形成泵源压力闭环控制。
[0014]进一步的，所述第一伺服比例阀与左转向助力缸的无杆腔、右转向助力缸的有杆腔连接，并控制两腔的流量和压力；第二伺服比例阀与左转向助力缸的有杆腔、右转向助力缸的无杆腔连接，并控制两腔的流量和压力；控制器、第一压力传感器、第二压力传感器、角度传感器、左转向助力缸和右转向助力缸对转向系统形成转角、压力闭环控制。
[0015]进一步的，所述控制器、电磁换向球阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀组成液压锁止油路。
[0016]一种负载口独立控制式电液伺服转向系统的控制方法，，具体包括以下步骤：
[0017]步骤S1：构建负载口独立控制式电液伺服转向系统数学模型和控制导向模型，根据角度传感器、压力传感器采集信息，计算助力缸速度、负载力判断转向系统的转向状态，并采取不同左、右转工况对应的泵阀控制方法；
[0018]步骤S2：基于转向系统控制导向模型，根据左右转工况判断，设计转角、压力控制器，当转向系统左转时，左伺服比例阀对助力缸进行转角闭环控制，右伺服比例阀对助力缸进行压力闭环控制；当转向系统切换为右转时，左伺服比例阀对助力缸进行压力控制，右伺服比例阀对助力缸进行转角控制；
[0019]步骤S3：基于转向系统数学模型，根据左右转工况判断，采用随出油口压力和负载变化的可变泵源压力方法，根据所述可变泵源压力，设计积分滑模控制器控制电机转速，进而调节伺服电机泵输出的流量、压力。
[0020]进一步的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0021]步骤S1
‑
1：对于通过双伺服比例阀控制双转向助力缸驱动轮胎转动的负载口独立式负载敏感电液助力转向系统：
[0022]左、右轮胎转向角之间的关系表示为：
[0023][0024]式中：
[0025][0026]式(1)中，α、β为转向系统的左、右轮转角；γ为左侧转向节臂与主轴间夹角；m为两侧转向节臂的长度；L为转向横拉杆的长度；B为左右两侧主销间长度；F
L
为左侧助力缸的推力；F
R
为右侧助力缸的推力；
[0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036]式(2)
‑
(10)中，T为转向系统的广义动能；D为转向系统的广义耗散能；Q为转向系统的广义力；J
L
、J
R
为左、右侧车轮及其附属结构的等效转动惯量；C
L
、C
R
为左、右侧车轮及其附属结构的等效阻尼系数；F
L
、F
R
为左、右侧转向助力缸的输出力；T
L
、T
R
为左、右侧轮的转向阻力矩；v
L
、v
R
为左、右两侧助力缸作用点速度；θ3、θ3′
为左、右侧转向助力缸作用力与作用点速度的夹角；为右轮转角速度；为右轮转角加速度；左轮转角速度；是由机构运动学关系导出的变量；
[0037]步骤S1
‑
2：由式(1)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载口独立控制式电液伺服转向系统，其特征在于，包括机械转向结构、液压传动结构和电控系统；所述机械转向结构包括支架，所述支架两侧分别铰接连接左梯形臂及右梯形臂，所述左梯形臂与右梯形臂顶部通过横拉杆连接，所述左梯形臂及右梯形臂的外侧分别连接有左车轮及右车轮，所述左梯形臂与右梯形臂分别由左转向助力缸及右转向助力缸驱动；左转向助力缸或右转向助力缸与支架铰接处设置有感应转向角度的角度传感器；左转向助力缸的活塞杆与左梯形臂的连接端、右转向助力缸的活塞杆与右梯形臂的连接端为铰接连接；所述液压控制系统包括定量泵、第一伺服比例阀、第二伺服比例阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、电磁换向球阀和油箱；所述左转向助力缸的无杆腔和右转向助力缸的有杆腔与第一液控单向阀和第一伺服比例阀的A口相连，连接的油路形成第一工作油路；所述左转向助力缸的有杆腔和右转向助力缸的无杆腔与第二液控单向阀和第二伺服比例阀的B口相连，连接的油路形成第二工作油路；所述第一伺服比例阀、第二伺服比例阀的P口均与定量泵的出口相连；所述第一伺服比例阀、第二伺服比例阀的T口均与油箱相连。所述电控系统包括控制器、伺服电机、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、角度传感器；所述控制器与第一伺服比例阀、第二伺服比例阀、伺服电机、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、电磁换向球阀、角度传感器分别连接。2.根据权利要求1所述的一种负载口独立控制式电液伺服转向系统，其特征在于，伺服电机与定量泵组成伺服电机泵，伺服电机通过电压控制信号，改变电机转速从而调节电机泵的输出流量和压力；所述控制器、第三压力传感器、角度传感器、伺服电机、定量泵对转向系统形成泵源压力闭环控制。3.根据权利要求1所述的一种负载口独立控制式电液伺服转向系统，其特征在于，所述第一伺服比例阀与左转向助力缸的无杆腔、右转向助力缸的有杆腔连接，并控制两腔的流量和压力；第二伺服比例阀与左转向助力缸的有杆腔、右转向助力缸的无杆腔连接，并控制两腔的流量和压力；控制器、第一压力传感器、第二压力传感器、角度传感器、左转向助力缸和右转向助力缸对转向系统形成转角、压力闭环控制。4.根据权利要求1所述的一种负载口独立控制式电液伺服转向系统，其特征在于，所述控制器、电磁换向球阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀组成液压锁止油路。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的一种负载口独立控制式电液伺服转向系统的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1：构建负载口独立控制式电液伺服转向系统数学模型和控制导向模型，根据角度传感器、压力传感器采集信息，计算助力缸速度、负载力判断转向系统的转向状态，并采取不同左、右转工况对应的泵阀控制方法；步骤S2：基于转向系统控制导向模型，根据左右转工况判断，设计转角、压力控制器，当转向系统左转时，左伺服比例阀对助力缸进行转角闭环控制，右伺服比例阀对助力缸进行压力闭环控制；当转向系统切换为右转时，左伺服比例阀对助力缸进行压力控制，右伺服比例阀对助力缸进行转角控制；步骤S3：基于转向系统数学模型，根据左右转工况判断，采用随出油口压力和负载变化的可变泵源压力方法，根据所述可变泵源压力，设计积分滑模控制器控制电机转速，进而调
节伺服电机泵输出的流量、压力。6.根据权利要求5所述的一种负载口独立控制式电液伺服转向系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：步骤S1
‑
1：对于通过双伺服比例阀控制双转向助力缸驱动轮胎转动的负载口独立式负载敏感电液助力转向系统：左、右轮胎转向角之间的关系表示为：式中：式(1)中，α、β为转向系统的左、右轮转角；γ为左侧转向节臂与主轴间夹角；m为两侧转向节臂的长度；L为转向横拉杆的长度；B为左右两侧主销间长度；F
L
为左侧助力缸的推力；F
R
为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；为右侧助力缸的推力；式(2)
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(10)中，T为转向系统的广义动能；D为转向系统的广义耗散能；Q为转向系统的广义力；J
L
、J
R
为左、右侧车轮及其附属结构的等效转动惯量；C
L
、C
R
为左、右侧车轮及其附属结构的等效阻尼系数；F
L
、F
R
为左、右侧转向助力缸的输出力；T
L
、T
R
为左、右侧轮的转向阻力矩；v
L
、v
R
为左、右两侧助力缸作用点速度；θ3、θ3′
为左、右侧转向助力缸作用力与作用点速度的夹角；为右轮转角速度；为右轮转角加速度；左轮转角速度；是由机构运动学关系导出的变量；
步骤S1
‑
2：由式(1)
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(10)推导获得：步骤S1
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3：设油箱压力为零，并忽略伺服比例阀与助力缸之间的距离；步骤S1
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4：当双伺服阀的阀芯信号x
v1
≥0，x
v2
≥0为转向系统左转，则负载口独立控制式电液伺服转向系统的液压系统模型简化为：p1、p2分别为左、右侧比例...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜恒，蔡梓扬，冯鑫育，张泽鑫，李雨铮，黄慧，李苏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：