余佳1 王力波1 王裕民2

1. 湖北三江航天万山特种车辆有限公司 湖北孝感 432000

2. 武昌船舶重工集团有限公司 湖北武汉 430000

自行式模块车多车并车电控技术

余佳1 王力波1 王裕民2

1. 湖北三江航天万山特种车辆有限公司 湖北孝感 432000

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介绍了一种基于CAN总线的自行式模块车多车并车电控技术，对硬件搭建及各个功能模块的控制策略进行了介绍。该电控系统集成了多条总线，多个控制器及传感器，可实现多台车辆并车。

CAN总线 并车 电控技术

1 前言

自行式模块运输车是一种功能复杂的机电液一体化地面车辆，适用于大型货物长距离运输及工程现场设备转运[1]。某系列自行式模块运输车是一款自主研发，配备无线遥控器、可编程液晶显示器、液压悬挂，液压驱动，独立转向功能的自行式模块车。该车不受场地限制，移动精度高，具有横向、斜行、前转、后转、原地转圈等多种转向模式。一台自行式模块运输车由1个动力模块和N（N≥1）个模块单元车组成。模块单元车可以横向和纵向拼接，每个模块单元车可以配置不同悬挂数量，每排悬挂称为一个轴线。模块运输车的结构简图如图1所示。

多车并车技术是自行式模块车的核心技术，应用该技术可以解决特大型货物的运输问题，使运输灵活便捷。目前国外的多车并车技术发展较为成熟，最大吨位运输实例为德国某公司540轴线联合并车运输15 000 t级海洋平台。而国内的多车并车技术处于起步阶段，并车数量少，并车形式固定，主要原因是没有解决通讯、多轮转向控制、同步控制等技术难题，严重影响了国内同类型重型运输装备的发展。因此本文介绍的多车并车技术的研发及成功应用具有重要意义。

2 并车方案

自行式模块运输车可以实现任意位置多车并车功能，即多台车辆协同运作。并车时，首先选定一台车为主车，其他车辆则为从车，用主车遥控器可以控制所有车辆协同运行。

3 控制系统组成

控制器局域网络（Controller Area Network）最初是由德国某公司为汽车的监测与控制设计的，具有通讯速率快，安全可靠，结构简单的优点[2]。该系列自行式模块车装配德国控制器、10″可编程显示器，无线遥控器等先进设备，应用控制器对驱动、转向、顶升等各车辆功能进行控制。并车时，只需通过CAN总线把每台车连接起来，就可以实现车辆间的通讯。由于系统复杂，在CAN总线网络设计中，应用了多个控制器并搭建了多条独立总线，具体如图2所示。

“CAN1”为动力模块和模块单元车的内部总线，它将每个单元内的控制器及CAN设备连接在一起，实现通讯；“CAN2”为自行式模块运输车的内部总线，它将动力模块和模块单元车连接在一起，实现通讯；“CAN3”为并车总线，它将多台车辆连接在一起，在并车时发挥作用。相对独立的总线搭建符合模块化设计思想，便于模块间的任意组合。

4 控制原理

4.1 驱动功能

模块车采用变量泵、变量马达的闭式液压系统。控制器采集遥控器发送的油门控制信号，按照线性对应关系控制发动机转速，然后控制器调用驱动功率匹配模块计算变量泵和变量马达的控制变量并输出。

并车驱动电控系统如图3所示，主控车辆采集控制信号发送给从车，因为并车车辆配备相同的动力系统，所以相同的控制信号即可得到较好的驱动同步性。但是这样简单的控制策略远不能满足实际运输使用需求。

并车时，每台模块运输车可能配置了不同个数的驱动马达。如两台车并车，一台车配置一个动力模块和一个四轴线模块单元车，四轴线模块单元车配置2个驱动马达；另一台车配置一个动力模块和一个六轴线模块单元车，六轴线模块单元车配置4个驱动马达。这样两台车在相同发动机转速控制信号和相同控制策略下，由于马达排量差异，二驱车辆车速一定大于四驱车辆车速。所以多车并车时，车辆间需交换驱动马达数量信息，以配置最多驱动马达车辆为基准，按驱动数量比例降低其他车辆变量泵排量。

多车并车转弯时，由于转弯半径不同，每台车的转速也不一样，要达到驱动一致，需要以具有最大转弯半径的车辆为基准，按照转弯半径比例降低其他车辆变量泵排量。

4.2 转向功能

自行式模块运输车采用全轮独立转向技术，可实现多种模式的转向功能。单车工作时，控制器采集转向手柄的转向角度信号，根据车辆轮组距离信息，计算出不同模式下每个轮组的目标转角，然后采集每个轮组的角度传感器信号，比较后得出正向或反向的控制信号发送至比例阀，角度误差控制在0.6°以内。

多车并车时，每台车辆的位置可以在有效通讯范围内随意摆放，但必须建立并车系所有轮组的数学模型，才能计算每种模式各种控制转角下全部轮组的目标转角。首先，将并车系内每台车编号，然后建立坐标系，坐标原点的选择以方便测量为原则，在主车人机界面上根据编号输入每台车的坐标，坐标信息包括 X坐标、 Y坐标和倾角；然后主车将相对坐标系信息转换为绝对坐标系信息，发送给从车；以绝对坐标系中绝对值最大的横坐标和纵坐标为标准，在四个象限内分别定义一个点为虚拟轮组，将手柄的控制转角根据方向等同于虚拟转角的目标转角。这样，即可保证所有实际轮组的目标转角均小于控制转角，从而避免轮组转角超限。最后车辆控制器可根据数学模型计算轮组的目标转角。

以普通转向模式为例，建立转向角度数学模型，如图4所示。设控制转角为α，对应的虚拟轮组坐标为(X0,Y0)，1号车的左前轮目标转角为β1，坐标为(X1, Y1)，同理2号、3号车的左前轮目标转角依次为β2、β3， 坐标为(X2,Y2) 、(X3,Y3)，3号车倾角为θ。

在并车转向过程控制中，控制器以转向系中具有最小转向误差的轮组为目标，采用分段PID控制算法调节比例阀控制电流大小[3]，确保整车的转向同步性。

4.3 顶升功能

自行式模块车采用负载敏感恒功率开式液压系统。多车并车时，将所有车辆的悬挂总成分为3组或4组，如图5所示。同一组悬挂内的液压缸油路相通，压力相等。由于每台车的4个角都有压力传感器、高度传感器和顶升控制电磁阀，多车分组后，每组可能有多个传感器和电磁阀。选取每组内的一个传感器和一个电磁阀有效，即可采用与单车相同的顶升控制策略控制并车顶升。与坐标采集一样，在主车的人机界面配置每台车的高度、压力传感器和电磁阀是否有效。

5 应用实例

2014年，该系列模块车10台车共154轴线在武汉并车，完成5 200 t整船运输工作，刷新了国内模块车并车纪录和国内模块车最大吨位运输纪录。自行式模块车的多车并车技术对特大型货物的运输具有重要意义，应用实例如图6所示。

6 结语

a. 采用模块化设计思想搭建多条系统总线，便于模块车组合、并车，能够提高电控系统安全性。

b. 考虑多种工况下的驱动功率匹配，改进驱动控制算法保证并车驱动同步性。

c. 应用坐标系建模方法，实现任意位置并车转向角度计算功能，打破了传统重型工程装备并车数量少、位置固定等局限。

[1] 何适,徐代友.自行式模块车电控系统故障诊断技术研究[J].数字技术与应用, 2011(8)∶77-78.

[2] 罗峰,孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计及应用[M].北京∶电子工业出版社,2010.

[3] 汪星刚,盛步云,郑绍春.重型平板运输车转向系统协同控制技术的研究[J].机床与液压,2006(1)∶120-121.

Electronic Control Technology of Paralleling Vehicles for Self-propelled Modular Transporter

YU Jia et al

The electronic control technology of paralleling vehicles for self-propelled modular transporter base on CAN bus was introduced, build of hardware and controllingstrategy of function modules were discussed. The electronic control system is a complex system, contains some CAN buses，some controllers and sensors. For Paralleling vehicles coordinating move, communication must be guaranteed and different arithmetic must be applied.

CAN bus; paralleling vehicles; electronic control technology

余佳，女，1986年生，工程师，现从事重型工程装备电控系统设计工作。

U469.6.02

A

1004-0226(2015)06-0105-03

2015-04-01