电液控制四轮转向技术在电动搬运车中的应用研究

唐家运（合肥经济技术职业学院,230000）



电液控制四轮转向技术在电动搬运车中的应用研究

唐家运
（合肥经济技术职业学院,230000）

摘要：电液控制四轮转向技术是一种主要应用于工程车辆领域的智能控制技术，利用电液比例阀技术控制四组车轮同步转向的系统。电液四轮转向系统结合了液压系统独有的高扭矩特性以及四轮独立转向带来的小转弯半径特性，很好的解决了大吨位工程搬运车辆在狭小空间内搬运货物的难题。系统对主要部分进行建模仿真分析，验证了电液控制四轮转向技术的良好性能。

关键词：电液控制技术；比例阀；模糊PID

1 总体方案设计

电液控制四轮转向系统（简称4WS）主要是指通过可编程控制器（PLC）作为控制核心，通过控制算法控制电液比例阀的开口大小和油泵电机的转速大小，以调节液压油流量大小，实现控制转向马达的转动快慢。转向马达与转向轮齿圈啮合，转向马达可以控制车轮转动。通过控制四组转向轮同步转动，结合转向轮同轴安装的转角传感器反馈实际转动转角，无线遥控器或者有线手柄作为输入控制信号，便构成了一套完整的四轮转向闭环控制系统。结合整车其余控制部分，包括驱动行驶部分、安全保护部分、故障处理部分便构成了一套平板车智能控制系统。结构如图1所示。

图1　四轮转向技术总体结构图

由图可以看出，系统共四组转向轮，对称安装于底盘的四个角上，转角通过车轮上同轴安装的单圈数字电位器检测；一组驱动轮，位于底盘正中心，驱动轮与减速电机相连，通过皮带轮传动由驱动电机控制。转向电机和驱动电机均是通过驱动控制器驱动控制，PLC作为控制中心，集中控制整套系统，通过CAN总线与驱动控制器相连，发送和接收相关操作指令。

2 系统建模分析

本节将实际转向过程中牵涉到的主要部分进行建模分析，包括电液比例阀控制车轮转向的动态建模、转向液压动力源交流电机的动态建模以及模糊控制四轮转向动态建模。

2.1 电液比例阀系统建模

电液比例阀是本系统转向的核心，是车轮转向的主要控制部分，通过电液比例阀的开口可控功能可以实现无极调节车轮转动，车轮上同轴安装的转角传感器作为实时反馈信号可以组成一套闭环控制系统，其原理图如图2所示。

图2　电液比例控制系统原理图

电液比例控制系统可直接引用系统组成元件或环节的数学模型建立传递函数。工件疲劳试验机电液比例控制系统组成元件或环节的传递函数如下：

比例阀控制器传递函数：

电液比例阀传递函数：

液压马达与负载的传递函数：

2.2 模糊控制四轮转向数学模型的建立

考虑到电液系统的控制复杂性，很多时候需要人为经验进行修改调试，因此本系统采用模糊自适应PID控制的方法。经典模糊控制系统框图如图3所示。

图3　模糊控制系统框图

平板搬运车的运动过程有总体来说有水平移动和转动两种状态，包括车身前后方向、左右方向、上下方向的移动和其轴线轻微转动。根据平板车型低速特性，可以简化模型，只考虑左右方向的横摆和前后方向的侧偏的二自由度数学模型。如图4所示。

图4　四轮转向车辆二自由度模型

2.3 系统仿真

对以上建立的四轮转向系统中各模型处理统一进行输入输出仿真，为了进行仿真计算，将样车的各项参数带入如下：

当内侧车轮转角取15度，车速去1.2km/h时，得出质心侧偏角响应、横摆角速度响应关系如图5、图6所示，图中仿真了仅后轮转向、常规PID控制四轮转向、模糊PID控制四轮转向的仿真曲线进行对比分析。

图5　质心侧偏角响应仿真图

图6　横摆角速度响应仿真图

从研究结果表明，在车速为1.2km/h时，图中，四轮转向常规PID控制和模糊PID控制平板车转向时质心侧偏角产生一定的超调，但很快稳定到0rad，而后轮转向平板车质心侧偏角不能满足0rad。模糊PID超调过程很短，在2s以内便可达到稳定值，但是常规PID需要较长时间调节。后轮转向平板车横摆角速度稳态值要大于四轮转向稳态值，模糊PID调节的曲线更容易达到稳态值，1s内便可稳定，控制效果非常明显。因此，图5和图6曲线均表明了模糊PID控制平板车的转向效果非常好，很大程度上提高了驾驶员的驾驶舒适性，减少了车轮的磨损，满足设计要求。

3 结语

本文以平板搬运车作为研究对象，阐述了电液控制四轮转向技术的总体设计方案及相关仿真分析，得出结论电液控制技术可以很好的解决狭窄空间内大吨位货物搬运的作业，对工程机械领域具有重要的研究意义。

参考文献

[1]任芳.物流信息技术创新应用[J].物流技术与应用，2015(8):66-69.

[2]Akita T,Sato K.Development of 4WS control algorithms for an SUV[J].JSAE Review,2003;24-28.

[3]胡家奇.电控四轮转向技术实车应用研究[D].重庆交通大学,2013.

[4]Zdenko Kovacic,Stjepan Bogdan.Fuzzy Controller Design Theory and Application[M] .CRC Press,part of Taylor & Francis Group LCC,2007.

唐家运.出生年月：1987-08-16,性别：女.学位：硕士学位, 职称：助教.研究方向：电气工程

Research on the application of electro hydraulic control four wheel steering technology in electric vehicle

Tang Jiayun
（Hefei economic and technology Career Academy,230000）

Abstract：Electro hydraulic control four wheel steering technology is a kind of intelligent control technology,hich is mainly applied in the field of engineering vehicles,the use of electro-hydraulic proportional valve technology to control the four sets of wheel synchronous steering system. Electric liquid of four wheel steering system combined with the hydraulic system's unique high torque characteristics and four wheel independent steering bring small turning radius of, a good solution to the problem of large tonnage engineering transport vehicle in a narrow space for the handling of goods. The modeling and Simulation of the main parts of the system are carried out,and the good performance of the electro-hydraulic control four wheel steering technology is verified.

Keywords：electro hydraulic control technology;proportional valve;fuzzy PID

作者简介