装甲车车身自动调平系统原理及算法设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Automatic leveling system principle andalgorithm design of an armored vehicle bodyChen Weibo ，Xu Yong ，Jiao Guili ，Zhou Guifeng ，Liu Qing(1.School of Electronic Engineering and Automation，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China；2.Taian Aerospace Special Vehicle Co.Ltd，Taian 271000，China)Abstract：In order to improve the speed and stability of the leveling system of six-point model，the structure of an ar-mored vehicle is taken as a four-point leveling system which is equivalent to a six-point model considering the re-sponse time，speed and structural reliability.The level state of the evhicle is detected by using sensor information a-bout the angle of frame and pressure.Then the hydropneumatic spring operation amount is determined.The open-ing size and time of the proportional valve are calculated with double-speed adjustment method.The designed sys-tem is implemented by using a Siemens controler.The experimental results show that the higher speed and stabilityof the system is obtained。

Key words：leveling system；hydropneumatic spring；proportional valve；control随着对战术车辆 的机动发射性能要求的不断提高 ，车辆对多变道路的适应性成为重要的发展方向之-，表现在车辆行驶地域更加广泛，要求车辆通过崎岖 、坑 洼路 面 的能 力增 强 ，能迅 速 满 足 发射 条 件等[。]。为此，对装甲车的车架调平系统进行优化控制设计，实现的系统具有越野性能高、机动发射能力强等特点 ，车辆能在不同路面上迅速实现车架调平功能 ，满足发射条件 。

1 自动调平系统自动调平系统如图 1所示。该系统主要由1套控制系统、6只油气簧、1套双轴水平传感器、1套温控装置、角位移传感器组、液压站及其管路附件等组成。油气簧由液压缸、传动件和导向件等组成；控制系统由PLC控制器[4]、低压电源、操作面板、继电器和保护设备组成。各部分功能为：1)6只油气簧：自动调平系统的执行机构。

2)PLC控制器：自动调平系统的控制核心 ，控制命令通过控制器发出，同时采集反馈信号，使各个物理量构成相对独立的闭环控制系统 。

收稿 日期 ：2012-12-26通信作者：许勇(1955-)，男，广西桂林人，教授，博士，研究方向为汽车电子、企业自动化。E-mail：xuy###guet.edu.cn引文格式：陈伟波，许勇，焦贵利，等.装甲车车身 自动调平系统原理及算法设计[J].桂林电子科技大学学报，2013，33(2)：126-129第 2期 陈伟波等：装甲车车身自动调平系统原理及算法设计 1274)操作面板：人机交互界面，输入控制命令，显示系统状态。

根据油气簧的分布情况，将 6点调平系统等效为4点调平系统。4点调平系统是调平系统中较成熟的模型[5]，它可以将油气簧调平系统简化，建立自动调平模型。在理想状态下，自动调平系统的工作平台可以视为-个刚性平台，根据自动调平算法，PLC控制器驱动相应的承重油气簧伸出，同时实时测量水平传感器的倾角，并与 PLC的设定值比较。当测量值达到设定值时，PLC控制油气簧停止动作 ，自动调平系统完成系统调平。

I水 轴÷-I ，圆 I承载簧3lI ! 垫I- 器- 嘉 4#， l - U囹- / 轴 /圭 堡 I-图 1 自动调平系统Fig.1 Automatic leveling system2 车身姿态判断以驾驶员位置为参照物，假定其前向正座，当其身体向前倾斜时定义为 x，向后倾定义为 x-；向左倾斜定义为 y，向右倾斜定义为y-。当驾驶员状态为(X，y)时，表示驾驶员向左前倾斜 ，即油缸三的位置最低 ，油缸二的位置最高。油缸位置如图 2所示 。

图 2 油缸 位置Fig.2 The position of cylinders将测量得到的坐标分在 4个象限内以及坐标轴上。车身姿态角坐标位于坐标轴上，代表车身只需在- 个维度上调平。车身姿态角位于4个象限内，代表的含义如表 1所示 。

表 1 车身姿态角坐标状态Tab.1 The state of body posture corner coordinate3 调平策略以左前倾斜姿态调平过程为例，此时油缸二位置最高，其他油缸位置均低于此油缸，如图3所示。

y油缸- 油缸二- x油缸三 油缸四图 3 左前倾斜工况Fig.3 The condition of 1eft anterior tilt左前倾斜姿态调平步骤为：1)保持油缸二和油缸-不动 ，油缸三和油缸四同时上升，使y轴角度小于 0.5。。在此过程中，若 X轴角度变大，则油缸四停止上升变为下降，以使 X轴角度回到原来角度；若 X轴角度变小，则油缸三停止上升变为下降，以使 X轴角度回到原来角度。

2)保持油缸二和油缸四不动，调整油缸-和油缸三上升，使x轴角度小于0.5。。在此过程中，若 y轴角度变大 ，则油缸-停止上升变为下降 ，以使 y轴角度回到原来角度；若 y轴角度变小，则油缸三停止上升变为下降，以使y轴角度回到原来角度。

第 1)步和第 2)步可以分开动作，先调试第 1)步，然后调试第 2)步。为了节省调平时间，也可以2步同时调试。当进行 X、y双向同时运算控制时，如128 桂林 电子科技大学学报 2013年 4月果 2个方向判断得出的某-油缸动作相反，那么保持该油缸不动作。其他 3种工况的调平步骤与上述类似。

4 调平流程为了满足车辆装卸行驶要求 ，可调整车体距地的高度，如图4所示。车辆在装卸时，可降低车身高度，便于装卸或者承载上下人员；在良好路面可以保持正常高度，能够提高车辆行驶的稳定性；在较差路面增大车身离地面距离，可以增加车辆 的通过性 ，提高车辆的越野能力。

(a)装卸运载 (b)良好路面 (c)较差路面图 4 车体距地面高度 的调整Fig.4 Height adjustment between thevehicle body and the ground④ 调 兰 三 黻否l 、、 ～ 判断最高油缸 J J 丫 计算各油缸行程 读取装 l I读取正常I I读取越野卸数据 I l行驶数据l l行驶数据 l T读取各传感器数值l -叫发出行驶指令调平条件关闭驱动器结束图 5 车身姿态操纵流程Fig.5 The manipulation process of the vehicle body posture5 控制系统的实现自动调平系统中，软件设计包括 PLC控制器、操作面板的程序和角位移传感器的参数设置等。通常在调试现厨行更改并评估调试效果。操作面板的程序用于设置面板的显示内容、按键响应和通讯响应等，其内容比较简单。PLC控制器的程序是 自动调平系统的核心部分，涉及通信、测量、算法和控制等。

采用运算方式进行调平在工程实施中的难度较大。在控制过程中，调平系统是-个开环控制系统，每-次工作过程为测量、调整、调整完毕 、校验 。所以要求系统工作在-个理想的状态，工作平台刚性无变形，油气簧的安装应垂直于工作平台，油气簧间的方位距离非常准确，油气簧传动无间隙，确保系统中的所有细节是可预知的。如果采用运算方式而系统不处于理想状态，系统就无法调平。但在实际工作过程中，理想状态是难 以保证 的。有些采用 PID算法进行调平，但在不同工况下 PID系数不同，系统鲁棒性不是很好 。也有采用神经网络算法 引，但在实际应用中，逼近方式的可行性更大。

采用逼近方式时，在控制过程中，系统是-个闭环控制系统 ，其每-次工作过程为测量、调整、调整 中测量、再调整校验正常。因此 ，进行调平只要求系统接近理想工作状态，工作平台变形控制在-定范围内，油气簧的安装基本垂直于工作平台，油气簧间的方位距离基本准确，油气簧传动间隙足够校系统要求调平快速稳定，用最短的时间-次性调平成功。软件设计可采用双速调整方法，系统调整分为 2个过程：粗调和细调。当工作平台的倾角大于设定值时 ，可以不考虑系统 的稳定性 ，快速调整使工作平台的倾角处于设定值范围内。当工作平台的倾角小于或等于设定值时，依次用低速调平，提高系统的稳定性，让逼近更精确，以保证调整精度符合系统指标 。

1)控制部分：由PLC控制器和外围辅助电路构成，PLC控制器是 自动调平系统的控制核心。 自动调平系统中，PLC控制器需具备逻辑控制功能。系统的工作流程、对操作的响应和工作方式的选择都通过 PLC控制器来 实现，同时还具有 I/O 控制、A/D转换、数值运算和通信功能〖虑 自动调平系统要求，设计选用了西门子公司生产的 CPU226型 PLC控制器。

第 2期 陈伟波等 ：装甲车车身自动调平系统原理及算法设计 1292)液压驱动部分：由液压站及控制阀等构成。

4)测量单元：由高精度双轴水平传感器、角位移传感器组等构成。

5)人机接口：自动调平系统所用的操作面板作为系统主控的窗口，需具有操作和显示的功能。操作需要调平”、全升”、全降”、恢复”和停止”等键。显示内容包括系统工作指示、系统运行状态和水平指示等内容，不同工况下要求显示不同的内容。所以，操作面板除按键数量和显示界面符合操作和显示要求外，还必须可编程。

6 结束语整车装配完毕后，在不同坡度上进行对比试验，调平时间平均值为 25 S，最大调平角度为 5.4。，调平精度为土O.2。，满足设计要求。该系统已随某装甲车辆完成定型试验，进入批量化生产阶段。