工程機械智能化技術課件

2021/3/101工程機械智能化電子技術在工程機械上的應用:

電子技術和傳感器與機械裝置的結合，實現(xiàn)了工程機械的自動監(jiān)測和自動控制裝載機線控轉向2021/3/1021。機電一體化；機電信一體化-即工程機械的機液電與信息技術的結合.2．工程機械的IT現(xiàn)代的自動控制理論、人工智能理論及信息處理技術、傳感檢測技術、網(wǎng)絡通信技術等與工程機械結合。3。智能化:自學習技術和自適應技術的運用。4。從局部自動化過渡到整機自動化；向著遠距離操縱和無人駕駛的趨勢發(fā)展；逐步過渡到完全智能化的作業(yè)機器人目標。5工程機械智能化的一些具體目標:具有檢測和識別工作對象與工作條件的功能；具有根據(jù)工作目標自行作出決策的功能；具有響應決策、執(zhí)行動作的伺服功能；具有自動監(jiān)測工作過程與自我修正的功能；具有自身安全保護和故障排除功能。

2021/3/1036。中外工程機械產(chǎn)品技術已從一個傳統(tǒng)成熟期走到了現(xiàn)代化時期.工程機械產(chǎn)品的綜合技術水平躍上了一個新的臺階。其中之一是:IT改造了傳統(tǒng)的工程機械產(chǎn)品，計算機輔助設計,輔助制造及輔助管理裝備了工程機械制造業(yè)，IT網(wǎng)絡技術也裝備了工程機械的銷售與信息傳遞系統(tǒng).從而讓人們看到了一個全新的工程機械行業(yè)。目的:提高工作效率、作業(yè)質量、工作可靠性節(jié)能環(huán)境保護、操作性能及自動化程度等諸多方面.并且在向著進一步的智能化和機器人化方向邁進。2021/3/104電子技術在工程機械上的應用:1自動選擇（控制技術）機器的作業(yè)模式,例如挖掘機的3種作業(yè)模式——動臂優(yōu)先、回轉優(yōu)先和微調整。串聯(lián)振動和雙輪全振動等。2發(fā)現(xiàn)和排除（電子監(jiān)測）機器系統(tǒng)的故障,例如發(fā)動機潤滑油失壓、風扇傳動帶斷裂、液壓油污染或過熱和濾油器堵塞等,均能及時發(fā)出聲響或燈光報警。3自動檢測質量（稱重,自重）（電子傳感器和微電腦結合）。隨機檢測振動壓路機的壓實度。自動檢測與調整瀝青混合料的級配比例與出料溫度等。2021/3/1054電子消音器（工程機械駕駛室內噪聲可以降低到70d（A）以下）:通過電子儀器分析發(fā)動機排氣噪聲的波形結構,并產(chǎn)生一種與之相位差180°的干擾聲波,這種“抗噪聲”與發(fā)動機排氣的噪聲相抵消,從而過到消聲的目的。這種電了消音器還可用于消除發(fā)動機的基本噪聲和駕駛室內的噪聲。5工程起重機的快速循環(huán)伸縮自動控制；6路面銑刨機轉子工作與驅動行走的動力分配自動控制；7振動壓路機的自動變幅控制；8攤鋪機的輸分料自動控制與慰平板自動找平控制；9還有機器故障報警電子控制與輔助操縱電子控制等等2021/3/106電子技術在工程機械上的應用:裝載機等輪式工程機械動力：發(fā)動機的電子控制傳動系：主離合器電控雙離合器液力變矩器？變速箱電子控制系統(tǒng)驅動橋智能差速器轉向系統(tǒng)的線控技術制動系統(tǒng)的線控技術；ABS；懸掛系統(tǒng)的線控技術液壓系統(tǒng)的電控技術

工作裝置控制技術整機控制

裝載機2021/3/107發(fā)動機電子控制自動控制其功率輸出及實現(xiàn)與液壓系統(tǒng)的最佳匹配。從而獲得最高的生產(chǎn)效率和最低的燃油消耗。應用在裝載機上,可以使燃油消耗量降低20%,發(fā)動機的非工作磨損及技術保養(yǎng)工作量減少,并且能夠凈化廢氣排放。裝載機2021/3/108發(fā)動機的電子控制1.N=MnM:恒扭矩調節(jié)發(fā)動機控制系統(tǒng)控制油門開度的大小，實現(xiàn)發(fā)動機轉速輸出的調節(jié)裝載機2021/3/109發(fā)動機的電子控制裝載機2021/3/1010發(fā)動機的電子控制裝載機2021/3/1011發(fā)動機的電子控制forwheelloader裝載機2021/3/10122。變速箱電子控制系統(tǒng)裝載機變速箱自動換檔,首先分析換檔規(guī)律,確定自動換檔曲線及自動換檔控制方法,最終采用硬件和軟件的方法實現(xiàn)自動換檔。裝載機2021/3/1013工程車輛電控自動變速系統(tǒng)原理自動變速控制系統(tǒng)主要由三大部分組成:車輛參數(shù)測量系統(tǒng)車輛是按照駕駛員的意圖行駛和工作的，駕駛員意圖的識別是通過傳感器對車輛控制機構的變化的測試，經(jīng)過分析獲得的。車輛行駛狀態(tài)參數(shù)反映車輛的工作狀態(tài)，可以反映車輛系統(tǒng)的工作是否處于最佳狀態(tài)，自動變速控制系統(tǒng)依此改變控制參數(shù)實現(xiàn)車輛的最優(yōu)性能控制。自動變速電子控制單元（ECU）系統(tǒng)參數(shù)的采集、處理；接受各種控制信息；執(zhí)行控制程序，完成各種控制功能；輸出驅動功能；具備系統(tǒng)自診斷功能；與監(jiān)控系統(tǒng)進行及時通信的功能。換檔執(zhí)行機構執(zhí)行機構是實現(xiàn)變速的操縱部件，電控自動變速系統(tǒng)的控制信號通過換檔執(zhí)行機構實現(xiàn)自動變速系統(tǒng)傳動比或工作狀態(tài)的改變，保證對車輛性能的控制。同時執(zhí)行機構還要保證換檔品質的控制。自動變速裝載機2021/3/1014工程車輛電控自動變速系統(tǒng)原理圖自動變速裝載機2021/3/1015自動變速裝載機2021/3/1016半自動變速裝載機2021/3/1017圖4.4控制系統(tǒng)電路結構框圖半自動變速裝載機2021/3/1018圖4.7硬件電路圖半自動變速裝載機2021/3/1019圖4.8變速箱控制電路板

半自動變速裝載機2021/3/1020圖4.9電控換檔程序流程圖半自動變速裝載機2021/3/1021裝車試驗通過對換檔手柄的操作,檢驗其實際控制性能。與現(xiàn)用其它型號變速箱電控系統(tǒng)相比,經(jīng)多人駕駛分別安裝了兩種控制系統(tǒng)的裝載機,實際操作上沒有感覺到差別,證明該電子控制系統(tǒng)設計的原理正確,運行穩(wěn)定、可靠,系統(tǒng)功能滿足該型裝載機的實際操作要求。功能試驗按照裝載機操作流程,發(fā)動裝載機,在啟動連鎖無效、或換檔手柄的檔位不在空檔位置時,車輛不能啟動,否則可以正常發(fā)動。車輛啟動后首先進行行駛狀態(tài)中的換檔試驗。在行駛過程中,駕駛員操縱換檔手柄在不同檔位之間切換,經(jīng)多次反復啟動、換檔操作,裝載機能進行正常的換檔操作,行駛平穩(wěn)。半自動變速裝載機2021/3/10224。（挖掘機）液壓系統(tǒng)液壓挖掘機控制系統(tǒng):對發(fā)動機、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達)等進行控制的系統(tǒng)。使液壓挖掘機向高性能、自動化和智能化發(fā)展。挖掘機研究重點-智能化機電液控制系統(tǒng)。2021/3/10231）液壓泵的控制系統(tǒng)對液壓泵的控制是通過調節(jié)泵的擺角來實現(xiàn)的。根據(jù)控制形式的不同,可分為功率控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)和組合控制系統(tǒng)。液壓挖掘機上常用的為組合式控制,如雙泵總功率控制、雙泵分功率控制。泵控系統(tǒng)又稱容積式系統(tǒng),是以液壓伺服泵(變量泵)為功率放大元件的系統(tǒng),通過改變泵的排量來控制進入執(zhí)行元件的流量,從而改變輸出速度。2021/3/10242）液壓閥的控制系統(tǒng)換向閥控制系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)多路換向和比例流量的控制,可以改變挖掘機執(zhí)行動作種類、控制執(zhí)行響應速度、規(guī)劃挖掘機工作路徑。常用的有:先導型控制系統(tǒng)、負荷傳感控制系統(tǒng)和由負荷傳感控制閥與負荷傳感控制變量泵組成的完全負荷傳感系統(tǒng)閥控系統(tǒng)又稱節(jié)流式系統(tǒng),是以伺服閥(包括電液伺服閥、電液比例閥)為功率放大元件的。2021/3/10253）.執(zhí)行元件的控制系統(tǒng)（機械手）液壓挖掘機有六個自由度,對應六個執(zhí)行元件—左右行走液壓馬達、回轉液壓馬達、動臂液壓缸、斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸。行走和回轉運動相對簡單,其控制系統(tǒng)也簡單。行走控制主要是根據(jù)需要或外界環(huán)境(如上下坡)控制行走速度?；剞D控制系統(tǒng)主要是防止上車回轉搖晃。較復雜的是工作裝置挖掘、卸載等運動的控制。（機械手）為了提高生產(chǎn)率和節(jié)能,在挖掘裝載過程中,需要液壓馬達和三種液壓缸(動臂、斗桿、鏟斗)協(xié)調工作。所以工作裝置控制系統(tǒng)應具備挖掘控制功能,如鏟斗沿水平面或與水平面成一定角度的直線運動、圓弧運動或任意軌跡運動:裝載控制功能,要求鏟斗始終相對地面保持一定角度,保證土方不會在提升時溢出;復位控制功能,即卸載后通過動臂、斗桿、鏟斗和回轉四個動作聯(lián)動,恢復到開始挖掘的位置。現(xiàn)有的控制方式有:采用機液控制,采用計算機控制,具有相應桿件轉角位置傳感器的反饋控制系統(tǒng)。2021/3/10264）.挖掘機整機控制系統(tǒng)整機控制系統(tǒng)是指對發(fā)動機、液壓泵、換向閥、執(zhí)行元件及故障診斷同時進行綜合管理的控制系統(tǒng)。其特點是:采用電子控制壓力補償?shù)呢摵蓚鞲幸簤合到y(tǒng),由負荷傳感控制閥和負荷傳感控制變量泵組成,其特點是泵的輸出流量始終等于執(zhí)行元件所需的流量。采用電子控制動力調節(jié)系統(tǒng),通過計算機對發(fā)動機和液壓泵進行功率設定,確定發(fā)動機油門開度和液壓排量,根據(jù)不同負載作業(yè)工況,選用合理的發(fā)動機特性曲線。采用人工與電子聯(lián)合控制的操縱系統(tǒng)。采用終端故障診斷系統(tǒng)。2021/3/10275。電控差速器裝載機2021/3/1028裝載機2021/3/10296。調平機構（電控,液控或電液控）液壓伸縮臂式叉車是一種新型多功能物料搬運設備,在伸縮臂俯仰過程中,其前端貨叉的水平角度隨之改變,發(fā)生貨物滑落事故。電子調平方法,是在伸縮臂銷軸和貨叉架銷軸處設計安裝若干個角位移傳感器,并與控制器和液壓系統(tǒng)組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng),當伸縮臂變幅時,傳感器采集角位移信息并傳送至控制器,控制器根據(jù)該信息指令液壓系統(tǒng)對貨叉架翻轉液壓缸的有桿腔或無桿腔進行補油,控制貨叉架進行相應的姿態(tài)調整,調整信息由貨叉架銷軸處的傳感器采集并反饋到控制器,控制器計算比較>個銷軸處的角位移信息,自動調整對翻轉液壓缸的補油流速,從而在伸縮臂變幅過程中使貨叉始終保持水平或預先調定的角度。該方法的優(yōu)點是調平精度高2021/3/1030液控2021/3/1031滑移專用調平閥液控2021/3/1032旋挖鉆機是工程機械行業(yè)中機電液一體化的施工設備,用于完成深基礎樁的鉆孔作業(yè),孔深可達數(shù)十米。1。上車回轉是在作業(yè)中使用很頻繁的動作,而其回轉定位精度關系到鉆孔作業(yè)成樁質量;上車回轉由啟動、回轉、制動三個階段構成,回轉負荷變化大,系統(tǒng)參數(shù)調節(jié)與動作控制設計關系到系統(tǒng)節(jié)能與工作效率的提高定位精度控制2。吊臂垂直度3。深度定位鉆桿立柱回轉主卷揚7。作業(yè)機構2021/3/1033旋挖鉆機機電一體化功能的設計A、發(fā)動機與負載相匹配(降低油耗、減少噪音)的電子控制系統(tǒng);B、手動和自動切換，監(jiān)控立柱垂直度(保證柱孔垂直度)的自動糾偏系統(tǒng):C、高精度鉆孔倒土回轉定位(防止樁孔變形)控制技術:D.鉆孔深度(防止過放鋼繩和確認孔深)測量及顯示系統(tǒng);E、故障(帶負載起動，卷揚過卷)檢測、報警及信息顯示系統(tǒng);F、整機工作狀態(tài)(啟動前先自動預檢)動畫及虛擬儀表顯示系統(tǒng);G、GPS定位與移動電話數(shù)據(jù)(快速聯(lián)絡、及時到位)傳輸系統(tǒng):H、成柱過程(提高成樁質量)的反饋顯示、記錄、打印系統(tǒng);2021/3/1034(1)液壓系統(tǒng)設計:主要考慮三方面的因素,減少能耗、提高工作精度且不使工作效率很低,這是整個回轉液壓系統(tǒng)設計的總思想。在系統(tǒng)中,減少能耗的設計由兩部分實現(xiàn),一部分是通過功率匹配系統(tǒng),另一部分是通過蓄能器的能量回收和釋放;回轉精度控制通過電液比例技術實現(xiàn)。(2)控制方法的研究:由于液壓系統(tǒng)中用到比例電磁閥和電液換向閥,它們的動作要根據(jù)負載、馬達轉速和馬達角度的變化而變化,所以要通過傳感器進行閉環(huán)控制。要編制合理的控制算法,并對控制算法的一些參數(shù)要進行合理配置。旋挖鉆機2021/3/10358。整機作業(yè)控制2021/3/10362021/3/10372021/3/10382021/3/1039輪式鉸接轉向裝載機

線控轉向系統(tǒng)博士生學位論文:1裝載機線控轉向技術研究王同建指導教師:張子達2裝載機線控轉向控制系統(tǒng)研究羅士軍指導教師:張子達3裝載機容錯線控轉向系統(tǒng)研究胡靜波指導教師:張子達2021/3/1040線控轉向問題的提出2021/3/1041

裝載機線控轉向裝載機線控轉向控制系統(tǒng)設計線控轉向控制系統(tǒng)路感控制線控轉向控制系統(tǒng)電液位置伺服控制控制系統(tǒng)硬件設計控制系統(tǒng)軟件設計線控轉向控制系統(tǒng)試驗研究2021/3/1042國內外輪式裝載機液壓轉向系統(tǒng)2021/3/1043國內輪式裝載機轉向系統(tǒng)

1.液壓助力轉向系統(tǒng)

其特點是操縱輕便,是輪式裝載機最早使用的轉向系統(tǒng)。穩(wěn)定性差、負載剛性差、機械反饋機構復雜、易磨損、間隙大、調整困難2021/3/1044國內外輪式裝載機轉向系統(tǒng)2.全液壓轉向系統(tǒng)

其優(yōu)點是操縱輕便，不用復雜的隨動連桿機構。缺點:轉向器體積大，仍然不如帶流量放大閥的系統(tǒng)優(yōu)越，同時該系統(tǒng)一般中位壓力損失較大，系統(tǒng)發(fā)熱大。2021/3/1045國內外輪式裝載機轉向系統(tǒng)3.同軸流量放大

優(yōu)點是減少了一個流量放大閥，性能優(yōu)越，結構簡單，成本低。適合于需要較大轉向流量的大噸位工程機械。缺點:試制階段，與其配套使用的優(yōu)先閥國產(chǎn)產(chǎn)品的質量也不過關，穩(wěn)定性較差2021/3/1046國內外輪式裝載機轉向系統(tǒng)4.流量放大轉向系統(tǒng)

優(yōu)點是以全液壓轉向器只作為先導,操縱輕便。缺點是油液粘度發(fā)生變化時,流量放大閥輸出流量會發(fā)生變化2021/3/10475.負荷傳感轉向系統(tǒng)優(yōu)點是通過優(yōu)先閥可保證轉向系統(tǒng)液壓油的流量需求,然后將多余的流量送入工作裝置的液壓系統(tǒng),使得轉向泵多余的流量得到利用。缺點是沒有路感。6.命令控制轉向系統(tǒng)Cat988其特點是方向盤轉半圈即可實現(xiàn)全轉向，可提供更快的響應和更精確的控制。缺點:當裝載機處于高速行駛工況時，由于其轉向靈敏度很高，導致其行駛穩(wěn)定性下降。2021/3/10487.轉向變速集成控制系統(tǒng)該系統(tǒng)取消了常規(guī)的方向盤,轉向、換檔及前進、后退合用一個操縱桿控制。這種全新的操縱控制系統(tǒng)使司機的勞動強度大大降低。由于取消了方向盤,國家的相關法規(guī)不允許,因此其實際應用依賴于相關法規(guī)的修改。2021/3/1049裝載機線控轉向系統(tǒng)方案設計

路感,轉向角度（電子）方向盤模塊路感1-方向盤2-力矩傳感器3-減速機構4-方向盤轉角傳感器5-電動機驅動單元11-電動機角度傳感器12-直流伺服電動機。。。。。。。。。。。6-主控制器。。。。。。。。。。轉向執(zhí)行模塊（電液比例方向閥）:7-轉向油缸位移傳感器8-轉向油缸9-壓力傳感器10-電液比例方向閥及流量放大閥組2021/3/1050線控轉向系統(tǒng)技術概述

線控技術(X-By-Wire)最初是在航空航天領域中發(fā)展起來的由于其顯著的優(yōu)點，近幾年開始在車輛行業(yè)成為研究熱點之一。線控技術在車輛上的應用可分為四類:線控轉向(Steer-By-Wire)、線控制動(Brake-By-Wire)和線控油門(Throttle-By-Wire)線控懸掛系統(tǒng)。線控轉向系統(tǒng)指通過微電子技術連接并控制轉向系統(tǒng)的各個元件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械或液壓連接。2021/3/1051世界各大汽車廠家、研發(fā)機構包括奔馳、寶馬、本田、通用、Daimler-Chrysler、DELPHI、TRW等先后對汽車線控轉向系統(tǒng)做了深入研究。目前許多汽車公司開發(fā)了自己的線控轉向系統(tǒng),一些國際著名汽車生產(chǎn)商已在其概念車上安裝了該系統(tǒng)。2004年同濟大學在工博會上展出的家用微型電動車“春暉三號-嘉樂”,運用了線控轉向技術。2021/3/1052在工程機械領域瑞典的卡爾馬工業(yè)公司率先在集裝箱貨物轉運車上成功地應用該技術。美國的伊利諾斯州大學（UniversityofIllinois）在卡特彼勒（Caterpillar）公司的資助下正在著手線控轉向方面的研究工作。Sauer-Danfoss公司開發(fā)出一套可以應用于線控轉向系統(tǒng)的裝置。國內中科院合肥智能機械研究所在國家863計劃的資助下正在開發(fā)智能轉向控制器,并應用到叉車上。2021/3/1053裝載機采用線控轉向系統(tǒng)的主要優(yōu)點

提高車輛的操縱性能提高車輛的穩(wěn)定性能轉向靈敏度可調優(yōu)化路感簡化裝配為無人駕駛提供解決方法2021/3/1054裝載機線控轉向系統(tǒng)的關鍵技術由于方向盤和轉向輪之間無機械連接,提供給駕駛員的“路感”必須模擬生成。如何生成讓駕駛員能夠感知裝載機實際行駛狀態(tài)和路面狀況的路感,是實現(xiàn)線控轉向系統(tǒng)必須解決的問題之一。輪式鉸接轉向裝載機線控轉向系統(tǒng)的轉向是通過轉向油缸行程的改變來推動前后車架相對位置以鉸接點為基準發(fā)生偏轉,從而實現(xiàn)車輛的轉向角度發(fā)生變化,如何實現(xiàn)轉向隨動是線控轉向系統(tǒng)必須解決的另一關鍵問題。電子部件如何保證線控轉向系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、可靠,也是線控轉向系統(tǒng)應解決的重要問題。2021/3/1055路感控制子系統(tǒng)在路感模擬設計中不計系統(tǒng)的干摩擦,常用基于經(jīng)驗的車輛轉向系統(tǒng)回正力矩算法模型,通過駕駛員主觀評價方法確定經(jīng)驗模型的參數(shù)。以車速、側向加速度和方向盤輸入角度劃分為不同的運動工況,建立方向盤力矩特性曲線。以力反饋電機的輸入電流作為控制目標,實現(xiàn)對電機輸出扭矩的控制。2021/3/1056轉向角度控制子系統(tǒng)典型的電液伺服系統(tǒng)。電液比例方向閥PID控制。自適應控制（AC）,魯棒控制,非連續(xù)系統(tǒng)控制及智能控制。2021/3/1057裝載機線控轉向系統(tǒng)方案設計

路感,轉向角度（電子）方向盤模塊路感1-方向盤2-力矩傳感器3-減速機構4-方向盤轉角傳感器5-電動機驅動單元11-電動機角度傳感器12-直流伺服電動機。。。。。。。。。。。6-主控制器。。。。。。。。。。轉向執(zhí)行模塊（電液比例方向閥）:7-轉向油缸位移傳感器8-轉向油缸9-壓力傳感器10-電液比例方向閥及流量放大閥組2021/3/1058（電子）方向盤模塊路感電子方向盤總體結構1.2-檔位指示燈；3-轉向手柄；4-換檔開關；5-旋轉電位器；6-光電編碼器；7-扭矩傳感器2021/3/1059

方向盤子系統(tǒng)電子方向盤內部結構1-力反饋電機；2-換檔電機；3-換檔限位機構；4-小齒輪；5-行程開關；6-齒條；7-減速齒輪

2021/3/1060轉向執(zhí)行模塊

（電液比例方向閥）:2021/3/1061大通徑比例閥控制方案

線控轉向系統(tǒng)組成原理電液比例方向閥電控單元電控單元2021/3/1062圖3-4描述了用大通徑比例換向閥直接控制轉向油缸組成的線控轉向系統(tǒng)方案原理圖。在本系統(tǒng)中采用北京華德液壓工業(yè)集團責任有限公司的4WRE10E64-10B型比例方向閥取代原系統(tǒng)中的流量放大閥,由該閥實現(xiàn)對轉向油缸的運動方向和運動速度控制。用具有力反饋特性的電子方向盤取代原系統(tǒng)中的轉向器,實現(xiàn)對轉向系統(tǒng)指令的輸入以及為駕駛員提供合適的路感。

2021/3/1063大通徑比例閥控制半實物仿真

2021/3/1064從實驗結果中可以看出，在控制算法采用常規(guī)的PID控制，在參數(shù)調整合理的情況下，該系統(tǒng)可以較好的對輸入信號進行跟蹤，基本可以滿足轉向系統(tǒng)的要求。但是，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的能量損失比較嚴重，其表現(xiàn)為液壓系統(tǒng)的油溫升高較快。其原因為:該系統(tǒng)采用的是定量泵供油，比例換向閥控制油缸，在速度調節(jié)過程中必然存在溢流損失和節(jié)流損失，這種情況在轉向速度慢時更為嚴重。大通徑比例閥控制半實物仿真結果:2021/3/1065大通徑比例閥控制國外線控轉向系統(tǒng)原理圖

變量泵（國外）2021/3/1066電液比例方向閥控制流量放大閥系統(tǒng)

定量泵1-流量放大閥2-轉向泵3-卸載閥4-控制泵5-位移傳感器6-壓力傳感器7-電液比例方向閥8-轉向油缸9-轉角傳感器10-電子方向盤11-力反饋電機

線控轉向系統(tǒng)組成原理2021/3/1067本文所設計的比例方向閥控制流量放大閥系統(tǒng)原理如圖所示，在本系統(tǒng)中，取消了原有的方向盤和全液壓轉向器，取而代之的是具有力反饋特性的電子方向盤和比例方向閥。(電液比例方向流量閥)其工作過程為:駕駛員轉動方向盤帶動旋轉電位器轉動，電控單元（ECU）檢測油缸位移傳感器的輸出值與方向盤旋轉電位器的輸入值是否相同，如果相同，保持現(xiàn)在的轉向位置不動；如果不相同，則根據(jù)差值的大小及符號產(chǎn)生不同的控制電流去控制相應的比例電磁鐵使比例方向閥輸出相應的控制流量，控制流量放大閥主閥芯的位移，從而使車輛實現(xiàn)轉向，當二者的差值為零時，ECU輸出給比例方向閥的電流變?yōu)榱?，此時控制流量也變?yōu)榱?，流量放大閥主閥芯回到中位，車輛停止轉向。同時，ECU還檢測壓力傳感器的數(shù)值，在轉向過程中，由于轉向油缸壓力升高，壓力傳感器輸出電壓也隨之升高，ECU根據(jù)兩個壓力傳感器反饋電壓值的大小輸出相應的控制電流控制力反饋電機轉動的方向和輸出力矩的大小，當停止轉向后，轉向油缸中的壓力降到接近為零，此時力反饋電機的控制電流也變?yōu)榱?；如果在正常行駛過程中，駕駛員沒有轉動方向盤，輪胎遇到障礙物時會導致轉向油缸相應的腔中壓力發(fā)生變化，使壓力傳感器的輸出電壓發(fā)生變化，最終導致力反饋電機的控制電流也發(fā)生變化，從而使駕駛員能夠有合適的路感。

線控轉向系統(tǒng)組成原理北京華德的4WRE10E64-10B型電液比例方向閥2021/3/1068電液比例方向閥工作原理帶位置反饋的直動式電液比例方向閥1-位移傳感器；2、7-力控制型比例電磁鐵；3.6-對中復位彈簧；4-閥芯；5-閥體北京華德的4WRE10E64-10B型電液比例方向閥

2021/3/1069電控單元總體結構:ECU完成以下功能:接受各種控制信息。系統(tǒng)參數(shù)的采集、處理。執(zhí)行控制程序，完成各種控制功能。輸出驅動功能。具備系統(tǒng)自校正功能電控單元2021/3/1070電控單元總體結構

2021/3/1071電控單元硬件設計

2021/3/1072軟件設計方案2021/3/10731-控制泵2-轉向器3.4-左右轉向限位閥5-轉向油缸；6-流量放大閥7-轉向泵

存在的主要問題（5點）原轉向系統(tǒng)

（帶流量放大閥）2021/3/1074存在的主要問題（5點）1。由于該系統(tǒng)結構設計時考慮實際使用工況不周,以至造成非轉向狀態(tài)下液壓泵高壓溢流,導致液壓系統(tǒng)發(fā)熱及掘起力、牽引力不穩(wěn)定的問題。產(chǎn)生以上現(xiàn)象的根本原因就在于壓力匹配調整回路中的分流閥彈簧腔信號油的通斷未與裝載機工況相關聯(lián),從而導致轉向液壓系統(tǒng)高壓溢流,造成功耗。2021/3/1075存在的主要缺點2021/3/1076存在的主要缺點與工況相關聯(lián)的流量放大閥

2021/3/1077存在的主要缺點2。轉向器輸出的壓力油不是直接控制轉向油缸,而是通過控制流量放大閥去控制轉向油缸,因此裝載機的轉向阻力,也就是道路情況完全不能在方向盤上體現(xiàn)出來。（無路感）2021/3/1078存在的主要缺點3。流量放大閥主閥芯的位移是靠轉向器輸出的壓力油流過主閥芯兩端的節(jié)流孔產(chǎn)生的壓力損失而造成的,而主閥芯兩端的節(jié)流孔不只是一個,而是六個,且這六個節(jié)流孔所在的軸向位置也各不相同,因此在加工過程當中勢必存在形狀與位置公差,造成左右轉向的不對稱。4。主閥芯的位移力是通過節(jié)流損失造成的,因此,油液的溫度對轉向過程也將產(chǎn)生影響。2021/3/1079存在的主要缺點5。轉向速度與方向盤的轉速有關,但是在最快的方向盤轉速下,駕駛員也需要轉動方向盤3圈左右才能使裝載機從一個極限位置轉到另一個極限位置,因此駕駛員的勞動強度較大。2021/3/1080線控轉向控制系統(tǒng)試驗研究2021/3/1081線控轉向系統(tǒng)臺架實驗線控轉向電控系統(tǒng)試驗臺布置示意圖2021/3/1082線控轉向系統(tǒng)臺架實驗實驗現(xiàn)場圖片2021/3/1083線控轉向系統(tǒng)樣車試驗實驗樣車方向盤安裝

壓力傳感器安裝

比例方向閥及流量放大閥安裝

位移傳感器安裝

2021/3/1084謝謝！2021/3/1085發(fā)表的學術論文:1.王同建，劉昕暉，張子達，裝載機線控轉向系統(tǒng)PID控制參數(shù)模糊自整定研究，吉林大學學報（工學版）2.王同建，羅士軍，胡靜波，張子達，裝載機線控轉向系統(tǒng)硬件在線回路仿真，農(nóng)業(yè)機械學報3.王同建，劉昕暉，王祥玉，流量放大閥特性實驗研究，工程機械，已錄用4.王同建，張子達，羅士軍，徐進永，線控轉向技術在裝載機上的應用，機床與液壓，2005.65.王同建，徐進永，瞿愛琴，張子達，線控轉向技術在工程機械上應用前景與展望，吉林大學學報（工學版），2004.7第34卷增刊:17-216.王同建，高建明，羅士軍，張子達，裝載機線控轉向技術半實物仿真系統(tǒng)設計.吉林大學學報（工學版），2005.8第35卷，增刊7.王同建，張子達，劉昕暉，羅士軍，全液壓轉向器數(shù)學模型的建立與仿真，機床與液壓，2005.8總206期，119-1228.高建明，王同建，徐進勇，張子達，鉸接式裝載機轉向運動學