鉸接輪式拖拉機(jī)線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用

陳曉強(qiáng)

線控轉(zhuǎn)向技術(shù)在重型農(nóng)用拖拉機(jī)領(lǐng)域現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。本文以鉸接輪式拖拉機(jī)為研究對象，在保留全液壓轉(zhuǎn)向器控制系統(tǒng)的同時，對線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行設(shè)計，實(shí)現(xiàn)全液壓轉(zhuǎn)向與線控轉(zhuǎn)向并存。該設(shè)計運(yùn)用傳感器和電液技術(shù)，通過電控單元的控制，完成拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向動作，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈敏、精確，操作更加簡單省力，從而提高拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能，改善駕駛員的人機(jī)化操縱，從而提高了拖拉機(jī)的作業(yè)效率。

一、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體方案

1.系統(tǒng)組成

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由方向盤模塊、車體轉(zhuǎn)向模塊、液壓轉(zhuǎn)向模塊和ECU模塊組成。方向盤模塊主要由方向盤組件和轉(zhuǎn)角傳感器組成；車體轉(zhuǎn)向模塊由凸輪機(jī)構(gòu)和位移傳感器組成；液壓轉(zhuǎn)向模塊與全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，去掉原有的全液壓轉(zhuǎn)向器，使用電液比例換向閥及相關(guān)組件，以更好地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能；ECU模塊通過對車體轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)車體折腰轉(zhuǎn)向。

2工作原理

駕駛員的轉(zhuǎn)向指令通過方向盤上的轉(zhuǎn)角位移傳感器把轉(zhuǎn)角位移與方向輸入線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，經(jīng)PLC信號調(diào)理電路的轉(zhuǎn)換，處理成可供PLC控制器中央處理器CPU計算控制的數(shù)字信號。并與前后車架轉(zhuǎn)角傳感器傳輸來的經(jīng)轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號取差值，并計算差值變化率。根據(jù)偏差和偏差變化率，由中央處理器CPU進(jìn)行控制變量的模糊化、在線查詢PID三個控制參數(shù)的控制查詢表、輸出變量的論域逆變換以及輸出比例電磁閥的控制電壓。經(jīng)比例電磁閥的整理放大電路，控制其閥芯位移，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成駕駛員發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令。

圖1 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

圖2 電磁比例換向閥

3控制策略

鉸接輪式拖拉機(jī)電控單元采用iFLEX C3 控制器，通過與發(fā)動機(jī)電控單元的數(shù)據(jù)交換、轉(zhuǎn)角傳感器的數(shù)據(jù)采樣以及對比例方向閥放大板輸出控制差動電壓，主要用來完成線控轉(zhuǎn)向的控制與設(shè)定、行車狀態(tài)顯示以及專家建議系統(tǒng)顯示等功能。線控轉(zhuǎn)向調(diào)試模塊中階躍信號、斜坡信號與正弦信號由控制程序產(chǎn)生，幅值與頻率可通過交互系統(tǒng)的界面設(shè)定。

通過系統(tǒng)主菜單進(jìn)行線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的調(diào)試與設(shè)置，如測試方式的選擇、方向盤與車架轉(zhuǎn)角的0位設(shè)置、轉(zhuǎn)向控制方式的選擇以及減振控制方式的選擇等。通過切屏符轉(zhuǎn)到線控轉(zhuǎn)向顯示屏幕，查看線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀態(tài)，如控制精度與線控轉(zhuǎn)向故障信息等。

4系統(tǒng)的主要配置

（1）方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

本系統(tǒng)選用方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于測量轉(zhuǎn)向時方向盤的旋轉(zhuǎn)角度，該傳感器為多圈絕對角度輸出方式。主要應(yīng)用于車輛控制中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航、輔助駕駛系統(tǒng)及智能泊車系統(tǒng)等。

本系統(tǒng)選擇圖1所示的轉(zhuǎn)角傳感器，技術(shù)參數(shù)如下：

輸入轉(zhuǎn)角：360°連續(xù)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動力矩：≤0.2 N·m

供電電源：9-32VDC線性度：±0.1%

輸出接口：CAN2.0B (兼容 J1939)功率消耗：＜1 W

允許使用溫度：-30 ～85 ℃ 防護(hù)等級：IP65

（2）位移傳感器

本文采用直線位移傳感器。通過前后車架間的凸輪機(jī)構(gòu)與位移傳感器結(jié)合。位移傳感器的功能在于把位移變化量轉(zhuǎn)換成脈沖信號，之后通過控制器將信號轉(zhuǎn)換為前后車架間的轉(zhuǎn)角信號，用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反饋值的檢測。

本系統(tǒng)選用位移傳感器的技術(shù)參數(shù)：位移傳感器輸出電壓與傳感器壓縮行程呈線性關(guān)系，選用電感式WYDC-10L型位移傳感器，有效行程10 mm，精度0.5%，工作電壓Usp=24DVC，輸出電壓0.25～0.75Usp，防護(hù)等級IP65。

（3）電磁比例換向閥

電磁比例換向閥是控制拖拉機(jī)左、右轉(zhuǎn)向油缸的進(jìn)油和出油，即車體輪胎左、右轉(zhuǎn)向控制。根據(jù)發(fā)給閥電流信號的大小，控制閥芯的相對位移。本系統(tǒng)選用4WRE10E64-10B/24ZA/M型電磁比例換向閥，如圖3所示。技術(shù)參數(shù)如下：

流量：64 L/min A、B、P口工作壓力：31.5 MPa

T口工作壓力：16 MPa 電源形式及電壓：直流24 V

電磁鐵最大電流：1.5A環(huán)境溫度：+50 ℃

線圈溫度：+150 ℃絕緣要求：IP65

二、總結(jié)

本文介紹了鉸接輪式拖拉機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、控制策略及關(guān)鍵元件的配置。在特定工況下，駕駛員可自行對全液壓轉(zhuǎn)向模式和線控轉(zhuǎn)向模式進(jìn)行切換。通過對線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈敏、精確，操作更加簡單省力，從而提高拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能，改善駕駛員的人機(jī)化操縱。

（06）

endprint

線控轉(zhuǎn)向技術(shù)在重型農(nóng)用拖拉機(jī)領(lǐng)域現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。本文以鉸接輪式拖拉機(jī)為研究對象，在保留全液壓轉(zhuǎn)向器控制系統(tǒng)的同時，對線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行設(shè)計，實(shí)現(xiàn)全液壓轉(zhuǎn)向與線控轉(zhuǎn)向并存。該設(shè)計運(yùn)用傳感器和電液技術(shù)，通過電控單元的控制，完成拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向動作，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈敏、精確，操作更加簡單省力，從而提高拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能，改善駕駛員的人機(jī)化操縱，從而提高了拖拉機(jī)的作業(yè)效率。

一、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體方案

1.系統(tǒng)組成

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由方向盤模塊、車體轉(zhuǎn)向模塊、液壓轉(zhuǎn)向模塊和ECU模塊組成。方向盤模塊主要由方向盤組件和轉(zhuǎn)角傳感器組成；車體轉(zhuǎn)向模塊由凸輪機(jī)構(gòu)和位移傳感器組成；液壓轉(zhuǎn)向模塊與全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，去掉原有的全液壓轉(zhuǎn)向器，使用電液比例換向閥及相關(guān)組件，以更好地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能；ECU模塊通過對車體轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)車體折腰轉(zhuǎn)向。

2工作原理

駕駛員的轉(zhuǎn)向指令通過方向盤上的轉(zhuǎn)角位移傳感器把轉(zhuǎn)角位移與方向輸入線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，經(jīng)PLC信號調(diào)理電路的轉(zhuǎn)換，處理成可供PLC控制器中央處理器CPU計算控制的數(shù)字信號。并與前后車架轉(zhuǎn)角傳感器傳輸來的經(jīng)轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號取差值，并計算差值變化率。根據(jù)偏差和偏差變化率，由中央處理器CPU進(jìn)行控制變量的模糊化、在線查詢PID三個控制參數(shù)的控制查詢表、輸出變量的論域逆變換以及輸出比例電磁閥的控制電壓。經(jīng)比例電磁閥的整理放大電路，控制其閥芯位移，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成駕駛員發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令。

圖1 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

圖2 電磁比例換向閥

3控制策略

鉸接輪式拖拉機(jī)電控單元采用iFLEX C3 控制器，通過與發(fā)動機(jī)電控單元的數(shù)據(jù)交換、轉(zhuǎn)角傳感器的數(shù)據(jù)采樣以及對比例方向閥放大板輸出控制差動電壓，主要用來完成線控轉(zhuǎn)向的控制與設(shè)定、行車狀態(tài)顯示以及專家建議系統(tǒng)顯示等功能。線控轉(zhuǎn)向調(diào)試模塊中階躍信號、斜坡信號與正弦信號由控制程序產(chǎn)生，幅值與頻率可通過交互系統(tǒng)的界面設(shè)定。

通過系統(tǒng)主菜單進(jìn)行線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的調(diào)試與設(shè)置，如測試方式的選擇、方向盤與車架轉(zhuǎn)角的0位設(shè)置、轉(zhuǎn)向控制方式的選擇以及減振控制方式的選擇等。通過切屏符轉(zhuǎn)到線控轉(zhuǎn)向顯示屏幕，查看線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀態(tài)，如控制精度與線控轉(zhuǎn)向故障信息等。

4系統(tǒng)的主要配置

（1）方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

本系統(tǒng)選用方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于測量轉(zhuǎn)向時方向盤的旋轉(zhuǎn)角度，該傳感器為多圈絕對角度輸出方式。主要應(yīng)用于車輛控制中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航、輔助駕駛系統(tǒng)及智能泊車系統(tǒng)等。

本系統(tǒng)選擇圖1所示的轉(zhuǎn)角傳感器，技術(shù)參數(shù)如下：

輸入轉(zhuǎn)角：360°連續(xù)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動力矩：≤0.2 N·m

供電電源：9-32VDC線性度：±0.1%

輸出接口：CAN2.0B (兼容 J1939)功率消耗：＜1 W

允許使用溫度：-30 ～85 ℃ 防護(hù)等級：IP65

（2）位移傳感器

本文采用直線位移傳感器。通過前后車架間的凸輪機(jī)構(gòu)與位移傳感器結(jié)合。位移傳感器的功能在于把位移變化量轉(zhuǎn)換成脈沖信號，之后通過控制器將信號轉(zhuǎn)換為前后車架間的轉(zhuǎn)角信號，用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反饋值的檢測。

本系統(tǒng)選用位移傳感器的技術(shù)參數(shù)：位移傳感器輸出電壓與傳感器壓縮行程呈線性關(guān)系，選用電感式WYDC-10L型位移傳感器，有效行程10 mm，精度0.5%，工作電壓Usp=24DVC，輸出電壓0.25～0.75Usp，防護(hù)等級IP65。

（3）電磁比例換向閥

電磁比例換向閥是控制拖拉機(jī)左、右轉(zhuǎn)向油缸的進(jìn)油和出油，即車體輪胎左、右轉(zhuǎn)向控制。根據(jù)發(fā)給閥電流信號的大小，控制閥芯的相對位移。本系統(tǒng)選用4WRE10E64-10B/24ZA/M型電磁比例換向閥，如圖3所示。技術(shù)參數(shù)如下：

流量：64 L/min A、B、P口工作壓力：31.5 MPa

T口工作壓力：16 MPa 電源形式及電壓：直流24 V

電磁鐵最大電流：1.5A環(huán)境溫度：+50 ℃

線圈溫度：+150 ℃絕緣要求：IP65

二、總結(jié)

本文介紹了鉸接輪式拖拉機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、控制策略及關(guān)鍵元件的配置。在特定工況下，駕駛員可自行對全液壓轉(zhuǎn)向模式和線控轉(zhuǎn)向模式進(jìn)行切換。通過對線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈敏、精確，操作更加簡單省力，從而提高拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能，改善駕駛員的人機(jī)化操縱。

（06）

endprint

線控轉(zhuǎn)向技術(shù)在重型農(nóng)用拖拉機(jī)領(lǐng)域現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。本文以鉸接輪式拖拉機(jī)為研究對象，在保留全液壓轉(zhuǎn)向器控制系統(tǒng)的同時，對線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行設(shè)計，實(shí)現(xiàn)全液壓轉(zhuǎn)向與線控轉(zhuǎn)向并存。該設(shè)計運(yùn)用傳感器和電液技術(shù)，通過電控單元的控制，完成拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向動作，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈敏、精確，操作更加簡單省力，從而提高拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能，改善駕駛員的人機(jī)化操縱，從而提高了拖拉機(jī)的作業(yè)效率。

一、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體方案

1.系統(tǒng)組成

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由方向盤模塊、車體轉(zhuǎn)向模塊、液壓轉(zhuǎn)向模塊和ECU模塊組成。方向盤模塊主要由方向盤組件和轉(zhuǎn)角傳感器組成；車體轉(zhuǎn)向模塊由凸輪機(jī)構(gòu)和位移傳感器組成；液壓轉(zhuǎn)向模塊與全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，去掉原有的全液壓轉(zhuǎn)向器，使用電液比例換向閥及相關(guān)組件，以更好地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能；ECU模塊通過對車體轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)車體折腰轉(zhuǎn)向。

2工作原理

駕駛員的轉(zhuǎn)向指令通過方向盤上的轉(zhuǎn)角位移傳感器把轉(zhuǎn)角位移與方向輸入線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，經(jīng)PLC信號調(diào)理電路的轉(zhuǎn)換，處理成可供PLC控制器中央處理器CPU計算控制的數(shù)字信號。并與前后車架轉(zhuǎn)角傳感器傳輸來的經(jīng)轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號取差值，并計算差值變化率。根據(jù)偏差和偏差變化率，由中央處理器CPU進(jìn)行控制變量的模糊化、在線查詢PID三個控制參數(shù)的控制查詢表、輸出變量的論域逆變換以及輸出比例電磁閥的控制電壓。經(jīng)比例電磁閥的整理放大電路，控制其閥芯位移，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成駕駛員發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令。

圖1 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

圖2 電磁比例換向閥

3控制策略

鉸接輪式拖拉機(jī)電控單元采用iFLEX C3 控制器，通過與發(fā)動機(jī)電控單元的數(shù)據(jù)交換、轉(zhuǎn)角傳感器的數(shù)據(jù)采樣以及對比例方向閥放大板輸出控制差動電壓，主要用來完成線控轉(zhuǎn)向的控制與設(shè)定、行車狀態(tài)顯示以及專家建議系統(tǒng)顯示等功能。線控轉(zhuǎn)向調(diào)試模塊中階躍信號、斜坡信號與正弦信號由控制程序產(chǎn)生，幅值與頻率可通過交互系統(tǒng)的界面設(shè)定。

通過系統(tǒng)主菜單進(jìn)行線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的調(diào)試與設(shè)置，如測試方式的選擇、方向盤與車架轉(zhuǎn)角的0位設(shè)置、轉(zhuǎn)向控制方式的選擇以及減振控制方式的選擇等。通過切屏符轉(zhuǎn)到線控轉(zhuǎn)向顯示屏幕，查看線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀態(tài)，如控制精度與線控轉(zhuǎn)向故障信息等。

4系統(tǒng)的主要配置

（1）方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

本系統(tǒng)選用方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于測量轉(zhuǎn)向時方向盤的旋轉(zhuǎn)角度，該傳感器為多圈絕對角度輸出方式。主要應(yīng)用于車輛控制中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航、輔助駕駛系統(tǒng)及智能泊車系統(tǒng)等。

本系統(tǒng)選擇圖1所示的轉(zhuǎn)角傳感器，技術(shù)參數(shù)如下：

輸入轉(zhuǎn)角：360°連續(xù)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動力矩：≤0.2 N·m

供電電源：9-32VDC線性度：±0.1%

輸出接口：CAN2.0B (兼容 J1939)功率消耗：＜1 W

允許使用溫度：-30 ～85 ℃ 防護(hù)等級：IP65

（2）位移傳感器

本文采用直線位移傳感器。通過前后車架間的凸輪機(jī)構(gòu)與位移傳感器結(jié)合。位移傳感器的功能在于把位移變化量轉(zhuǎn)換成脈沖信號，之后通過控制器將信號轉(zhuǎn)換為前后車架間的轉(zhuǎn)角信號，用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反饋值的檢測。

本系統(tǒng)選用位移傳感器的技術(shù)參數(shù)：位移傳感器輸出電壓與傳感器壓縮行程呈線性關(guān)系，選用電感式WYDC-10L型位移傳感器，有效行程10 mm，精度0.5%，工作電壓Usp=24DVC，輸出電壓0.25～0.75Usp，防護(hù)等級IP65。

（3）電磁比例換向閥

電磁比例換向閥是控制拖拉機(jī)左、右轉(zhuǎn)向油缸的進(jìn)油和出油，即車體輪胎左、右轉(zhuǎn)向控制。根據(jù)發(fā)給閥電流信號的大小，控制閥芯的相對位移。本系統(tǒng)選用4WRE10E64-10B/24ZA/M型電磁比例換向閥，如圖3所示。技術(shù)參數(shù)如下：

流量：64 L/min A、B、P口工作壓力：31.5 MPa

T口工作壓力：16 MPa 電源形式及電壓：直流24 V

電磁鐵最大電流：1.5A環(huán)境溫度：+50 ℃

線圈溫度：+150 ℃絕緣要求：IP65

二、總結(jié)

本文介紹了鉸接輪式拖拉機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、控制策略及關(guān)鍵元件的配置。在特定工況下，駕駛員可自行對全液壓轉(zhuǎn)向模式和線控轉(zhuǎn)向模式進(jìn)行切換。通過對線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈敏、精確，操作更加簡單省力，從而提高拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能，改善駕駛員的人機(jī)化操縱。

（06）

endprint