[发明专利]一种铰接转向分布式电驱动转向控制方法、系统及装载机

说明书

本发明公开了一种铰接转向分布式电驱动转向控制方法、系统及装载机，控制方法包括稳态模式和瞬态模式：在稳态模式下，根据当前车速和车架转角计算四车轮的稳态目标轮速，通过稳态目标轮速与反馈轮速闭环控制，计算得到各驱动轮输出转矩；在瞬态模式下，根据转向手柄开度变化率计算前后车架期望转向角速度增量，通过瞬态目标轮速与反馈轮速闭环控制，得到各驱动轮输出转矩。控制系统，包括电驱动轮组、液压铰接转向系统、前车架、转角传感器、铰接销轴、后车架、速度踏板、转向手柄、整车控制器。本发明解决了现有技术在转向过程中，机动性与稳定性差，转向能耗高，轮胎磨损严重的问题。

技术领域

本发明涉及一种铰接转向分布式电驱动转向控制方法、系统及装载机，属于工程机械技术领域。

背景技术

随着石油资源的日益短缺和和环境污染趋于恶化，为了实现人类的可持续发展，工程机械对节能环保的要求越来越高。电动化不仅能解决节能减排的问题，还能够带动技术发展的飞跃，是社会发展的必然趋势。就装载机方面，电传动技术的应用可以取消传统液力变矩器，提高整机传动效率；电机作为执行部件可以实现无级变速，提高整机响应速度和平顺性；能够实现电控技术和总线技术的应用，为装载机向智能化和网联化方向发展提供基础。

铰接转向车辆可以通过前后车架的转动实现灵活转向，具有较强的通过性，能够适应恶劣环境下工作。目前铰接转向车辆普遍应用液压转向系统，通过控制前后车体铰点左右两侧的液压缸的伸缩来完成转向动作，然而铰接转向系统采用液力传动机构存在响应慢、稳定性差以及油耗高等问题，而且传统铰接转向的铰接车辆轮胎磨损较为严重。因此采取相应措施提高铰接车辆转向灵活性与稳定性，降低转向能耗与轮胎磨损迫在眉睫。

对于分布式电驱动的轮式车辆，因各电机可独立控制的特性，为动力学控制带来了更多可能性，除了传统的几何转向之外，还可以通过车轮速差的主动控制来实现车辆的转向。铰接转向分布式驱动车辆因为其同时具备电动轮独立驱动和铰接转向灵活的优势，己经引起工业界广泛的关注，在装载机和大型矿用自卸车等得到了迅速发展。特别是针对分布式驱动装载机，因为作业过程中前后桥车轮的载荷随装载量在不断变化，通过采用电驱动轮的差速控制与铰接转向相结合的方式，在转向过程中可以根据载荷变化动态分配各电机动力输出，从而达到提高转向机动性与稳定性，降低转向能耗，减小轮胎磨损的目的。

发明专利《全轮独立电驱动铰接车的差动辅助线控液压转向方法》(专利号：CN105857393B)结合当前车速大小、折腰角度大小进行计算得出差动转向中四个驱动轮的转速及转矩大小以及油缸作动行程大小，并没有将转向油缸动作导致的前车架和后车架的横摆运动以及二者横摆角速度的差异对驱动轮转速的影响考虑到轮速的计算中，只适用于本发明提到的稳态转向过程，针对瞬态转向过程，此种控制方法电机输出转矩产生的横摆力矩可能会与液压油缸动作的力矩方向相反，进而阻碍转向运动。

发明专利《单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统及其控制方法》(专利号：CN108674484B)中的差动转矩根据方向盘角速度采用比例控制器计算得出，只在方向盘角速度大于一定限值时提供差动力矩，因此只适用于驾驶员期望较大幅度的改变转向速度的工况；但在方向盘角速度小于此限值时，差动力矩为0，即在整车的期望转向角速度较小或者处于稳态转向时不能为液压转向系统提供助力。而且转向时只控制单轴两驱差动，不能充分发挥四轮驱动优势。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铰接转向分布式电驱动转向控制方法、系统及装载机，解决了现有技术在转向过程中，机动性与稳定性差，转向能耗高，轮胎磨损严重的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种铰接转向分布式电驱动转向控制方法，包括稳态模式和瞬态模式：

当转向处于稳态模式时，转向手柄开度为0，铰接转向油缸锁死不动作，具体步骤如下：

根据当前车速和车架转角计算四车轮的稳态目标轮速，