工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究

李東艷，劉迅，陳紹志

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東青州262500）

工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究

李東艷，劉迅，陳紹志

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東青州262500）

提供了一種電控轉(zhuǎn)向的工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要目的是提高工程機(jī)械夜間作業(yè)的安全性。操作者在夜間作業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，前照燈能夠根據(jù)轉(zhuǎn)彎狀況隨動(dòng)調(diào)節(jié)，可以有效地提高工程機(jī)械夜間的工作效率，增加工作安全性。所有利用電控轉(zhuǎn)向的工程機(jī)械，均可利用本文方案達(dá)到轉(zhuǎn)向輔助照明的目的。

前照燈；智能轉(zhuǎn)向；C A N

傳統(tǒng)工程機(jī)械的前照燈采用的是固定式結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)采用螺栓緊固的方式將照明燈固定，安裝后不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的照明角度調(diào)節(jié)。工程機(jī)械在夜間或昏暗環(huán)境作業(yè)過程中，由于作業(yè)環(huán)境比較惡劣，在車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，由于無法調(diào)節(jié)照明角度，常常會(huì)在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)出現(xiàn)“盲區(qū)”，導(dǎo)致操作者不能提前了解轉(zhuǎn)向側(cè)的狀況，容易發(fā)生危險(xiǎn)事故，降低了工程機(jī)械的可操控性，極大的威脅了操作者夜間作業(yè)的安全性。為了提高工程機(jī)械夜間作業(yè)的安全性，本文對(duì)電控工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

1 系統(tǒng)組成

該工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由行走控制手柄、整機(jī)控制器、CAN總線、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、前大燈等結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。

圖1 工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成簡圖

整機(jī)智能控制器即整車的控制中心，包括ECU、CAN模塊、外圍驅(qū)動(dòng)電路。ECU和CAN模塊之間采用光偶、分別獨(dú)立電源，杜絕ECU和CAN模塊之間的互擾，保證CAN模塊和ECU交互數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，外圍驅(qū)動(dòng)電路其中包括PWM驅(qū)動(dòng)，用來驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的液壓閥，行走轉(zhuǎn)向手柄采用CANOPEN協(xié)議，整車CAN總線采用CAN2.0B規(guī)范，及支持重型發(fā)動(dòng)機(jī)1939擴(kuò)展幀，同時(shí)兼容了心走轉(zhuǎn)向手柄標(biāo)準(zhǔn)幀格式，總線屏蔽采用整車單點(diǎn)搭鐵，保證屏蔽的電勢(shì)的一致性，增強(qiáng)抗干擾能力。步進(jìn)電機(jī)連接前大燈，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)前大燈進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為整機(jī)智能控制器和步進(jìn)電機(jī)的紐帶，解決智能控制器無法直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的問題。

2 系統(tǒng)控制的原理

當(dāng)操作者控制行走轉(zhuǎn)向控制手柄進(jìn)行左/右轉(zhuǎn)向時(shí)，智能控制器通過CAN總線的CAN OPEN協(xié)議采集左/右轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)（左/右轉(zhuǎn)向各占一個(gè)字節(jié)），根據(jù)該字節(jié)數(shù)據(jù)大小對(duì)工程機(jī)械轉(zhuǎn)向幅度進(jìn)行預(yù)判，并計(jì)算出照明燈（步進(jìn)電機(jī)）的實(shí)時(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角度，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)向角度。隨后智能控制器通過PWM信號(hào)控制器液壓閥，使左右馬達(dá)以不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度運(yùn)行，從而工程機(jī)械完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。在轉(zhuǎn)向前，駕駛員已經(jīng)通過燈光看到目標(biāo)轉(zhuǎn)向的角度內(nèi)路況，隨時(shí)決定終止/繼續(xù)進(jìn)行工程機(jī)械的轉(zhuǎn)向，從而完成操作要求，保證工作安全。

3 具體實(shí)施方式

如圖1所示，工程機(jī)械的行走控制手柄是通過CAN總線與工程機(jī)械的整機(jī)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在前照燈處于工作狀態(tài)時(shí)，如果工程機(jī)械的行走控制手柄有轉(zhuǎn)向動(dòng)作，信號(hào)通過CAN總線傳送至工程機(jī)械整機(jī)控制器，整機(jī)控制器通過程序設(shè)定對(duì)這個(gè)轉(zhuǎn)向信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)從工程機(jī)械整機(jī)控制器的PWM輸出端口傳送至工程機(jī)械的左右馬達(dá)，因?yàn)檫@個(gè)電信號(hào)是兩個(gè)帶有差值的電流信號(hào)，使工程機(jī)械的左右馬達(dá)的轉(zhuǎn)速不同，從而達(dá)到使工程機(jī)械轉(zhuǎn)向的目的。這兩個(gè)帶有差值的電流信號(hào)決定了車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，差值越小，左右馬達(dá)的速度差越小，轉(zhuǎn)彎半徑越大；相反，如果差值越大，左右馬達(dá)的速度差越大，轉(zhuǎn)彎半徑就越小。在車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，如果把前進(jìn)或后退方向看成是x向，左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)方向看成是y向，那么整機(jī)智能控制器采集到的行走控制手柄的y向的信息是0~255之間的一個(gè)數(shù)值，而行走控制手柄y向的可操縱角度γ是一個(gè)定值，那么整機(jī)控制器對(duì)收到的行走控制手柄y向的轉(zhuǎn)向信號(hào)l進(jìn)行處理、計(jì)算，得出前照燈需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度：

其中k是隨動(dòng)轉(zhuǎn)向比例系數(shù)。

整機(jī)控制器將這個(gè)角度值轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)后輸出至步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)向姿態(tài)旋轉(zhuǎn)一定的角度，使前照燈隨著車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)彎狀態(tài)進(jìn)行左右轉(zhuǎn)動(dòng)與實(shí)時(shí)調(diào)整，讓照明光束始終集中在行車的路線上[1]。當(dāng)行走控制手柄無轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，整機(jī)控制器采集到的y向的轉(zhuǎn)向信號(hào)l為零，經(jīng)過分析計(jì)算得出前照燈需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ為零，此時(shí)整機(jī)控制器輸出至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電信號(hào)也為零，步進(jìn)電機(jī)無轉(zhuǎn)角，前照燈線束處于車輛正前方，符合駕駛者的操作狀態(tài)。在這里，燈光照射的方向和角度是始終和轉(zhuǎn)彎角度相同的，行走控制手柄無轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)前照燈無轉(zhuǎn)向，行走控制手柄有轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)彎角度越大，前照燈隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ也越大，反之越小。這樣車輛操作者可實(shí)時(shí)地了解轉(zhuǎn)向側(cè)的路況，提高了夜間作業(yè)的安全性。另外，該智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了自動(dòng)復(fù)位功能，當(dāng)行走控制手柄不在中位時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或關(guān)掉前照燈，大燈會(huì)自動(dòng)回正。

前照燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的啟動(dòng)通過前照燈的開關(guān)進(jìn)行控制。當(dāng)前照燈的開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，前照燈不亮，此時(shí)整機(jī)智能控制器檢測(cè)到開關(guān)量輸入為低電平，智能隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作。當(dāng)前照燈開關(guān)閉合時(shí)，前照燈亮，此時(shí)整機(jī)控制器檢測(cè)到開關(guān)量輸入為高電平，智能隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開始工作。

該工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)是大燈自動(dòng)轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是前大燈調(diào)節(jié)應(yīng)用的一個(gè)最佳選擇，因?yàn)檫@些電機(jī)成本低，堅(jiān)固耐用，體型雖小卻能夠提供一個(gè)很大的扭矩[2]。

4 結(jié)束語

本文主要設(shè)計(jì)研究了一種工程機(jī)械前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使操作者在夜間作業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，前照燈能夠根據(jù)轉(zhuǎn)彎狀況隨動(dòng)調(diào)節(jié)，利用步進(jìn)電機(jī)作為前照燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，既能夠輸出精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)角角度，又能夠提供一個(gè)很大的扭矩，保證大燈調(diào)節(jié)的可靠性，降低轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的“盲區(qū)”，可以有效地提高工程機(jī)械夜間的工作效率，提高工程機(jī)械的工作安全性。

[1]黃春梅.淺談汽車自適應(yīng)前大燈[J].裝備制造技術(shù)，2011，（07）：166.

[2]范鴻猷.汽車前照燈智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2010，（03）：290.

Research on Intelligent Steering System of Engineering Machinery

LI Dong-yan，LIU Xun，CHEN Shao-zhi
（Weifang Engineering Vocational College，Qingzhou Shandong 262500，China）

This paper provides an electronically controlled steering system of the engineering machinery，the main purpose is to improve the safety of construction machinery at night. When the operator is working at night，the working efficiency and safety of construction machinery are improved according to the automatic steering of the headlight. All electronic controlled construction machinery can be used in this paper to achieve the purpose of turning to auxiliary lighting.

headlight；intelligent steering；CAN

T H218

A

1672-545X（2016）09-0099-02

2016-06-19

李東艷（1982-），女，山東日照人，碩士，研究方向：機(jī)電系統(tǒng)控制及自動(dòng)化。