全地面起重机转向辅助控制系统前景分析

全地面起重机转向辅助控制系统前景分析

张金磊

安徽柳工起重机有限公司 安徽 蚌埠 233010

［摘 要］随着国民经济的飞速发展，受国家“一带一路”战略影响，市场对于工程机械车辆的需求日益增长，特别是全地面起重机，在国家基建建设中发挥着举足轻重的作用；本文将从全地面起重机转向辅助控制系统着手，针对全地面起重机转向模式、控制方式、车道采集算法等方面进行主要的讲解和叙述，对于全地面起重机转向辅助控制系统发展前景作出大胆分析及预测。

［关键字］全地面起重机；转向模式；车道线识别算法；转向辅助控制；

前 言

全地面起重机是一种兼有越野起重机和汽车起重机特点的高性能起重机产品。它既能像汽车起重机一样快速转移、长距离行驶，又能在狭小和崎岖、泥泞路面行驶作业。通常全地面起重机具有行驶速度快、多桥驱动、全轮转向、离地间隙较大、爬坡能力高等特点，是一种极有发展前途的产品，在工程应用领域发挥着巨大的作用。

随着全地面起重机对基建行业重要性日益增加，客户对全地面起重机进场效率以及狭小弯曲道路的通过率、行驶中转向安全性提出了更多的要求。全地面起重机要满足良好的道路通过率，其转向模式以及转向角度必须能都随着道路宽度以及道路弯度的变化而进行变化，选择更好的转向模式以及转向角度，对全地面起重机提高狭小道路通过率及效率至关重要。通常的全地面起重机通过狭小道路或场地，需要驾驶经验极其丰富的驾驶员以及多个指挥员，多次调整车身以及转向角度、模式，多次试验、移动的情况下，才能完成；这就大大降低了全地面起重机狭小弯曲道路的通过率和进场效率。因此，开发一种既能自动推荐转向模式、角度，又能兼顾行驶中转向安全性的全地面转向辅助控制系具有重要意义。

1. 转向模式定义

1. 全轮转向模式（最小转弯半径模式）

多个桥全转向，各桥存在一定的几何关系（AKERMAN定理），全轮转向时车轮绕同一转向瞬心作纯滚动。适于通过性要求高、转弯直径小的情况，各桥转角关系可根据ARKEMAN定理求得。

图1

2. 公路模式

低速时全轮转向，速度超过35KM/h，后两桥转向锁止。

车辆在该模式下运行时，具有低速情况下的高通过性和高速情况下的稳定性。也就是说，后两桥的车轮转角与前桥车轮转角之间的关系是随着速度而变化的，并且这种变化需满足上述两个要求。

衡量车辆稳定性的主要参数为车辆在某一速度下的稳态质心侧偏角，侧偏角越小，车辆行驶越稳定。

3. 后桥锁止模式

锁定后两桥，使其不参与转向。此种模式在车辆高速行驶或转向系统出现故障时使用，能确保高速行驶时车辆的操纵稳定性，以及故障状态下车辆转向的可操作性。

4. 蟹行模式

后两桥转角与第2桥转角保持一致，车辆可斜向行驶。

5. 独立后桥转向模式

该种转向模式下前后桥的转向相对独立，后两桥的目标转角不再由前桥转角决定，而是通过二轴车转向简化模型、通过操作界面控制后桥车轮转角。

前后桥转角的独立控制增大了车辆转向姿态的调整空间，多应用于车辆在一些复杂条件下的转向，如蛇形等。

6. 无偏摆转向模式

此种转向模式后桥转角计算方法类同于全轮转向，唯一的区别在于无偏摆转向时转向虚轴位于车辆尾部，以确保车辆在转向时，尾部不会出现甩尾情况。

图2

2. 车道线识别算法

本车道识别算法是基于SCARF系统以及ALVINN系统的运用，主要为利用双目视觉原理，通过摄像头采集汽车前方视野，摄像ECU从采集到的图像中选取汽车左、右车道边界数据，通过对道路左右边界的数据进行处理，确定车辆所在区域车道边界线，同时计算车道弯曲角度，并将车道线及弯曲角度呈现在显示频上。具体流程如下所示：

图3

3. 转向辅助控制系统

全 地面起重机转向辅助控制系统，是由转向PLC和摄像ECU及各传感器组成；转向PLC和摄像ECU通过CAN总线进行信息交互。工作原理为摄像ECU将车道识别信息以及车道弯曲角度，发送至转向PLC，转向PLC采集车辆四周雷达探头及位置传感器信息，计算车辆处于当前路段位置，以及车辆前进线和当前路段中央线的夹角，通过以上信息计算后 推荐通过此路段应选择的最优转向模式以及最优的实时转向角度，驾驶员根据系统提示，选择最优转向模式，实时调整方向盘最优转向角度，可提高全地面起重机狭小且弯曲车道通过率、节省大量的时间和人力；同时车辆在行驶转向时，雷达探头会采集车辆两侧盲区信息，对可能造成的碰撞提前预警，保障行驶中转向的安全性。原理及示意图如下所示：

图4

四、结论

本文阐述了一种全地面转向辅助控制系统，用于提高狭小道路或场地车辆通过率及安全性，同时提升了全地面起重机进场效率及转场效率，具有较大的科研价值。本系统主要基于车道识别算法以及多轮转向控制，由于车道算法我国科研起步较晚，因此国内在此领域的研究和探索还存一定的改进空间，因此随着人工智能、机器学习等不断发展，将这些技术应用于转向辅助控制，必将能极大的提高转向控制的准确性、更大的提高全地面起重机的狭小弯曲道路的通过率。随着中国科技水平的不断提高，客户对全地面起重机此功能的需求也更加迫切，所以此项技术发展是无比光明的。

参考文献

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