[发明专利]基于主动转向控制的轮式拖拉机主动防侧翻控制方法与系统

说明书

本发明涉及轮式拖拉机主动安全技术领域，尤其涉及基于主动转向控制的轮式拖拉机主动防侧翻控制方法与系统。该系统包括倾角传感器(1)、角速度传感器(2)、中央控制单元(3)、步进电机(4)和横摆角传感器(5)；倾角传感器(1)、角速度传感器(2)和横摆角传感器(5)共同采集拖拉机行进过程中的运动参数，包括拖拉机整机实时状态侧倾角、拖拉机整机侧倾角速度和整机横摆角；中央控制单元(3)根据采集的拖拉机侧倾失稳状态信号，判断拖拉机侧翻趋势，计算该侧翻工况下所需主动转向的主动转向角大小，并根据计算结果控制步进电机(4)工作，带动方向管柱内轴旋转，配合拖拉机液压助力转向系统实现拖拉机的主动转向与回稳控制。

技术领域

本发明涉及轮式拖拉机主动安全技术领域，尤其涉及基于主动转向控制的轮式拖拉机主动防侧翻控制方法与系统。

背景技术

轮式拖拉机作为农业生产中广泛使用的动力机械，极大地提高了农业生产效率，促进了世界各国农业机械化的发展进程。然而，由于拖拉机工作环境复杂，作业条件较差，不同农艺作业工况对其通过性要求较高导致其具有工作离地间隙高等特点，导致不同环境下的拖拉机致死事故时有发生。此外，统计结果显示，近年来在全球范围内发生的轮式拖拉机致死事故中，侧翻事故占比超过50％，侧翻是导致致死事故发生的罪魁祸首。虽然自上世纪50年代起，拖拉机侧翻问题已受到一定关注，但拖拉机侧翻问题始终未得到根本性解决，由此带来了巨大的人身伤害和经济损失。

目前，拖拉机防侧翻方法分为被动安全保护法和主动安全保护法。其中，最常见的被动安全保护法的代表是被动安全装置—侧翻保护装置(ROPS，Rollover ProtectiveStructure)。发生侧翻事故时，ROPS通过吸收侧翻过程中产生的动能，并为驾驶员提供安全的容身空间等方式降低了侧翻事故的致死率。然而相关数据表明，世界范围内，尤其是欠发达国家内，仍有8％-10％的拖拉机未安装或未正确安装ROPS，拖拉机作业安全隐患仍然存在。因此ROPS并不能从根本上解决拖拉机侧翻致死问题。另一方面，在主动安全技术领域，部分学者采用前、后轮主动转向控制和后轮驱动力与制动力控制实现了车辆横摆稳定性主动控制，运用横摆力矩补偿法显著减小了侧向力控制器的跟踪误差，从而一定范围内实现了对车辆横摆稳定性的控制。也有学者提出了基于前轮主动转向和横摆力矩集成控制的分层控制策略，采用滑模控制方法，通过控制车轮制动力产生横摆力矩，改善了车辆稳定性。此外，为提高拖拉机在侧向坡地行驶时的稳定性，部分学者对山地拖拉机的稳定性控制器和行走机构进行了研究，该机型可在24.2°的侧向坡地上稳定行驶，但牵引和越野性能欠缺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于主动转向控制的轮式拖拉机主动防侧翻控制系统，通过基于能量法的稳定性评价指标对轮式拖拉机侧翻趋势进行评价与判断，在侧翻发生时进行主动转向控制，利用主动转向过程中产生的轮胎侧偏力以及重心与侧翻轴位置的改变实现整机的主动回稳与姿态回正，且不需对拖拉机原有结构和配置作较大改变，具有较强的应用价值。

本发明的另一目的在于提供一种基于主动转向控制的轮式拖拉机主动防侧翻控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于主动转向控制的轮式拖拉机主动防侧翻控制系统，所述系统包括倾角传感器1、角速度传感器2、中央控制单元3、步进电机4和横摆角传感器5；其中，

倾角传感器1、角速度传感器2和中央控制单元3布置在拖拉机底盘后部下侧纵向轴线位置；

横摆角传感器5布置在拖拉机底盘前部纵向轴线位置；

步进电机4布置在拖拉机方向盘底部；

倾角传感器1、角速度传感器2和横摆角传感器5共同采集拖拉机行进过程中的运动参数，包括拖拉机整机实时状态侧倾角、拖拉机整机侧倾角速度和整机横摆角；