一种车辆多轴转向的协同控制方法及装置与流程

本发明涉及工程机械，尤其涉及一种车辆多轴转向的协同控制方法及装置。

背景技术：

1、现时在多轴车辆（如全路面起重机、矿用卡车等）的作业场景中，精准的转向控制是保障操控稳定性、作业效率及驾乘舒适性的关键。依据阿克曼转向几何定理，车辆转向时所有车轮的轴线需交汇于同一瞬时转向中心。而现有的主流技术方案普遍采用“主从架构下的独立角度跟随”策略，即控制系统通常以第一车桥的转角为基准，实时解算并同步控制其余多个车桥的转向角度的方式。然而采用这种转向控制策略在复杂工况下可能会出现以下的技术缺陷：

2、同步性能差：由于各车桥独立控制，系统无法有效补偿液压响应延迟、机械传动间隙及地面摩擦力差异。在转向启动、停止或变速过程中，前后桥动作极易出现时序错位。

3、转向中心漂移：多桥动作的不同步直接破坏了阿克曼几何关系，导致瞬时转向中心发生剧烈偏移。这使得车辆实际行驶轨迹严重偏离理论路径，极大增加了狭窄空间内的作业风险。

4、轮胎异常磨损：车桥角度偏差迫使轮胎产生侧向滑移（即“扫胎”现象），加速了胎面的不规则磨损，显著增加了车辆的运营维护成本。

5、车身应力与稳定性隐患：在高速或重载工况下，多桥运动的不协调会在车架内部产生巨大的剪切应力和扭曲力矩。这容易导致车身晃动、降低驾乘舒适性，长期运行还可能引发结构疲劳甚至断裂。

6、缺乏自适应补偿能力：传统方案多基于静态映射关系，无法根据实时的转向进度差进行动态干预。误差消除仅依赖单轴pid的缓慢调节，导致系统在应对突发干扰时鲁棒性不高。

7、因此，现时提供一种车辆多轴转向的协同控制方法及装置，能够解决现时工程车辆在多个车桥同步运动状态下同步性、稳定性差，缺乏自适应补偿能力的技术问题，从而有利于提高工程车辆在多个车桥同步运动状态下的同步性与稳定性，减少车辆轮胎磨损程度。

技术实现思路

1、本发明提供一种车辆多轴转向的协同控制的方法及装置，能够解决现时工程车辆在多个车桥同步运动状态下同步性、稳定性差，缺乏自适应补偿能力的技术问题，有利于提高工程车辆在多个车桥同步运动状态下的同步性与稳定性，减少车辆轮胎磨损程度。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种车辆多轴转向的协同控制方法，所述方法包括：

3、获取目标车辆对应的每一个车桥的实际转向角度，根据第一算法及所述目标车辆当前的转向模式，计算每一个车桥的理论转向角度；

4、根据逆阿克曼运动学模型对所有车桥的实际转向角度进行计算，得到用于反映车桥群体平均转向状态的同步车桥角度；

5、根据所述实际转向角度、理论转向角度与同步车桥角度并基于预设的算法计算到的用于控制目标车辆转向的跟随控制电流与同步控制电流；

6、通过融合算法对所述跟随控制电流与所述同步控制电流进行整合计算，得到最终的执行电流，所述执行电流用于控制目标车辆转向角度。

7、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一算法表示为阿克曼几何算法；

8、所述根据第一算法及所述目标车辆当前的转向模式，计算每一个车桥的理论转向角度，包括：

9、匹配与所述目标车辆当前的转向模式对应的阿克曼几何算法，并基于所述目标车辆对应的每一个车桥的实际转向角度、轴距与轮距计算出每一个车桥的理论转向角度；

10、所述理论转向角度的计算公式表示为：

11、

12、其中，表示为每一个车桥的理论转向角度，表示为阿克曼几何函数表达式，表示为每一个车桥的实际转向角度，表示为每一个车桥的轴距，表示为所述目标车辆的轮距。

13、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述根据逆阿克曼运动学模型对所有车桥的实际转向角度进行计算，得到用于反映车桥群体平均转向状态的同步车桥角度，包括：

14、根据逆阿克曼运动学模型，将每一个车桥的实际转向角度转换为对应的虚拟车桥角度；

15、根据预设的权重系数对所有虚拟车桥角度进行加权平均计算，得到用于反映车桥群体平均转向状态的同步车桥角度；

16、其中，所述逆阿克曼运动学模型表示为：

17、

18、表示为所述每一个车桥的实际转向角度转换后对应的虚拟车桥角度，表示为逆阿克曼运动学模型，表示为所述每一个车桥的实际转向角，表示为每一个车桥的轴距，表示为所述目标车辆的轮距；

19、所述同步车桥角度的计算公式表示为：

20、

21、表示为所述同步车桥角度，表示为每一个虚拟车桥角度的权重系数。

22、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述预设的算法包括：角度环pid控制算法、交叉耦合控制算法；

23、所述根据所述实际转向角度、所述理论转向角度与所述同步车桥角度并基于预设的算法计算到的用于控制目标车辆转向的跟随控制电流与同步控制电流，包括：

24、根据所述实际转向角度、所述理论转向角度并基于所述pid控制算法计算得到用于控制目标车辆转向的跟随控制电流；

25、根据所述虚拟车桥角度与所述同步车桥角度并基于所述交叉耦合控制算法计算得到用于控制目标车辆转向的同步控制电流。

26、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述跟随控制电流的计算公式表示为：

27、

28、

29、其中，表示为每一个车桥的理论转向角度与实际转向角度的偏差值，表示为所述跟随控制电流，、、表示为预设的pid系数；

30、所述同步控制电流的计算公式表示为：

31、

32、

33、其中，表示为每一个车桥的理论转向角度与虚拟车桥角度的偏差值，表示为同步控制电流，表示为同步控制器传递函数。

34、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述融合算法的计算公式为：

35、

36、其中，表示为整合计算得到的执行电流，表示为所述跟随控制电流对应的融合系数，表示为所述同步控制电流对应的融合系数，的取值范围满足；

37、在所述得到最终的执行电流之后，所述方法还包括：

38、将所述执行电流输出至所述目标车辆对应的用于控制目标车辆转向角度的液压执行机构。

39、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述方法还包括：

40、判断每一个车桥对应的虚拟车桥角度是否大于或小于所述同步车桥角度；

41、当判断到所述车桥对应的虚拟车桥角度大于所述同步车桥角度时，确定所述车桥对应的虚拟车桥角度领先于所有车桥的群体平均转向水平，对所述车桥上对应的轮轴施加减速力矩；

42、当判断到所述车桥对应的虚拟车桥角度小于所述同步车桥角度时，确定所述车桥对应的虚拟车桥角度落后于所有车桥的群体平均转向水平，对所述车桥上对应的轮轴施加加速力矩。

43、本发明第二方面公开了一种车辆多轴转向的协同控制装置，所述装置包括：

44、获取模块，获取目标车辆对应的每一个车桥的实际转向角度；

45、计算模块，用于根据第一算法及所述目标车辆当前的转向模式，计算每一个车桥的理论转向角度；

46、所述计算模块，还用于根据逆阿克曼运动学模型对所有车桥的实际转向角度进行计算，得到用于反映车桥群体平均转向状态的同步车桥角度；

47、所述计算模块，还用于根据所述获取模块获取的所述实际转向角度所述理论转向角度与所述同步车桥角度并基于预设的算法计算到的用于控制目标车辆转向的跟随控制电流与同步控制电流；

48、所述计算模块，还用于通过融合算法对所述跟随控制电流与所述同步控制电流进行整合计算，得到最终的执行电流，所述执行电流用于控制所述目标车辆的转向角度。

49、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述第一算法表示为阿克曼几何算法；

50、所述计算模块根据第一算法及所述目标车辆当前的转向模式，计算每一个车桥的理论转向角的具体方式为：

51、匹配与所述目标车辆当前的转向模式对应的阿克曼几何算法，并基于所述目标车辆对应的每一个车桥的实际转向角度、轴距与轮距计算出每一个车桥的理论转向角度；

52、所述理论转向角度的计算公式表示为：

53、

54、其中，表示为每一个车桥的理论转向角度，表示为阿克曼几何函数表达式，表示为每一个车桥的实际转向角度，表示为每一个车桥的轴距，表示为所述目标车辆的轮距。

55、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述计算模块根据逆阿克曼运动学模型对所有车桥的实际转向角度进行计算，得到用于反映车桥群体平均转向状态的同步车桥角度的具体方式为：

56、根据逆阿克曼运动学模型，将每一个车桥的实际转向角度转换为对应的虚拟车桥角度；

57、根据预设的权重系数对所有虚拟车桥角度进行加权平均计算，得到用于反映车桥群体平均转向状态的同步车桥角度；

58、其中，所述逆阿克曼运动学模型表示为：

59、

60、表示为所述每一个车桥的实际转向角度转换后对应的虚拟车桥角度，表示为逆阿克曼运动学模型，表示为所述每一个车桥的实际转向角，表示为每一个车桥的轴距，表示为所述目标车辆的轮距；

61、所述同步车桥角度的计算公式表示为：

62、

63、表示为所述同步车桥角度，表示为每一个虚拟车桥角度的权重系数。

64、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述预设的算法包括：pid控制算法、交叉耦合控制算法；

65、所述计算模块根据所述实际转向角度、所述理论转向角度与所述同步车桥角度并基于预设的算法计算到的用于控制目标车辆转向的跟随控制电流与同步控制电流的具体方式为：

66、根据所述实际转向角度、所述理论转向角度并基于所述pid控制算法计算得到用于控制目标车辆转向的跟随控制电流；

67、根据所述虚拟车桥角度与所述同步车桥角度并基于所述交叉耦合控制算法计算得到用于控制目标车辆转向的同步控制电流。

68、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述跟随控制电流的计算公式表示为：

69、

70、

71、其中，表示为每一个车桥的理论转向角度与实际转向角度的偏差值，表示为所述跟随控制电流，、、表示为预设的pid系数；

72、所述同步控制电流的计算公式表示为：

73、

74、

75、其中，表示为每一个车桥的同步车桥角度与虚拟车桥角度的偏差值，表示为同步控制电流，表示为同步控制器传递函数。

76、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述融合算法的计算公式为：

77、

78、其中，表示为整合计算得到的执行电流，表示为所述跟随控制电流对应的融合系数，表示为所述同步控制电流对应的融合系数，的取值范围满足；

79、所述装置还包括：

80、输出模块，用于在所述计算模块计算得到最终的执行电流之后，将所述执行电流输出至所述目标车辆对应的用于控制目标车辆转向角度的液压执行机构。

81、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述装置还包括：

82、判断模块，用于判断所述计算模块计算得到的每一个车桥对应的虚拟车桥角度是否大于或小于所述同步车桥角度；

83、施力模块，用于当所述判断模块判断到所述车桥对应的虚拟车桥角度大于所述同步车桥角度时，确定所述车桥对应的虚拟车桥角度领先于所有车桥的群体平均转向水平，对所述车桥上对应的轮轴施加减速力矩；当判断到所述车桥对应的虚拟车桥角度小于所述同步车桥角度时，确定所述车桥对应的虚拟车桥角度落后于所有车桥的群体平均转向水平，对所述车桥上对应的轮轴施加加速力矩。

84、本发明第三方面公开了另一种车辆多轴转向的协同控制装置，所述装置包括：

85、存储有可执行程序代码的存储器；

86、与所述存储器耦合的处理器；

87、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明第一方面公开的车辆多轴转向的协同控制方法。

88、本发明第四方面公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明第一方面公开的车辆多轴转向的协同控制方法。

89、与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

90、本发明提供了一种车辆多轴转向的协同控制方法及装置，该方法包括：获取目标车辆对应的每一个车桥的实际转向角度，根据第一算法及目标车辆当前的转向模式，计算每一个车桥的理论转向角度，根据逆阿克曼运动学模型对所有车桥的实际转向角度进行计算，得到用于反映车桥群体平均转向状态的同步车桥角度，根据实际转向角度、理论转向角度、同步车桥角度与预设的算法计算到的用于控制目标车辆转向的跟随控制电流与同步控制电流，通过融合算法对跟随控制电流与同步控制电流进行整合计算，得到最终的执行电流，执行电流用于控制目标车辆的转向角度。可见，实施本发明能够有利于提高工程车辆在多个车桥同步运动状态下的同步性与稳定性，减少车辆轮胎磨损程度，提高车辆转向的自适应补偿能力，以及提高车辆在不同工况状态下的转向灵活性。