工程機械前照燈智能轉向系統研究

李東艷，劉迅，陳紹志

（濰坊工程職業學院，山東青州262500）

工程機械前照燈智能轉向系統研究

李東艷，劉迅，陳紹志

（濰坊工程職業學院，山東青州262500）

提供了一種電控轉向的工程機械前照燈智能轉向系統，主要目的是提高工程機械夜間作業的安全性。操作者在夜間作業進行轉向時，前照燈能夠根據轉彎狀況隨動調節，可以有效地提高工程機械夜間的工作效率，增加工作安全性。所有利用電控轉向的工程機械，均可利用本文方案達到轉向輔助照明的目的。

前照燈；智能轉向；C A N

傳統工程機械的前照燈采用的是固定式結構，安裝時采用螺栓緊固的方式將照明燈固定，安裝后不能實現自動的照明角度調節。工程機械在夜間或昏暗環境作業過程中，由于作業環境比較惡劣，在車輛進行轉向時，由于無法調節照明角度，常常會在轉彎內側出現“盲區”，導致操作者不能提前了解轉向側的狀況，容易發生危險事故，降低了工程機械的可操控性，極大的威脅了操作者夜間作業的安全性。為了提高工程機械夜間作業的安全性，本文對電控工程機械前照燈智能轉向系統進行了研究。

1 系統組成

該工程機械前照燈智能轉向系統主要由行走控制手柄、整機控制器、CAN總線、步進電機、步進電機驅動器、前大燈等結構組成，如圖1所示。

圖1 工程機械前照燈智能轉向系統組成簡圖

整機智能控制器即整車的控制中心，包括ECU、CAN模塊、外圍驅動電路。ECU和CAN模塊之間采用光偶、分別獨立電源，杜絕ECU和CAN模塊之間的互擾，保證CAN模塊和ECU交互數據的準確性，外圍驅動電路其中包括PWM驅動，用來驅動液壓系統的液壓閥，行走轉向手柄采用CANOPEN協議，整車CAN總線采用CAN2.0B規范，及支持重型發動機1939擴展幀，同時兼容了心走轉向手柄標準幀格式，總線屏蔽采用整車單點搭鐵，保證屏蔽的電勢的一致性，增強抗干擾能力。步進電機連接前大燈，根據步進電機驅動器的驅動帶動前大燈進行轉動。步進電機驅動器為整機智能控制器和步進電機的紐帶，解決智能控制器無法直接驅動步進電機的問題。

2 系統控制的原理

當操作者控制行走轉向控制手柄進行左/右轉向時，智能控制器通過CAN總線的CAN OPEN協議采集左/右轉向數據（左/右轉向各占一個字節），根據該字節數據大小對工程機械轉向幅度進行預判，并計算出照明燈（步進電機）的實時目標轉向角度，通過驅動電路驅動電機達到目標轉向角度。隨后智能控制器通過PWM信號控制器液壓閥，使左右馬達以不同的轉動速度運行，從而工程機械完成轉向動作。在轉向前，駕駛員已經通過燈光看到目標轉向的角度內路況，隨時決定終止/繼續進行工程機械的轉向，從而完成操作要求，保證工作安全。

3 具體實施方式

如圖1所示，工程機械的行走控制手柄是通過CAN總線與工程機械的整機控制器進行數據通訊。在前照燈處于工作狀態時，如果工程機械的行走控制手柄有轉向動作，信號通過CAN總線傳送至工程機械整機控制器，整機控制器通過程序設定對這個轉向信號進行處理，并將處理后的信號從工程機械整機控制器的PWM輸出端口傳送至工程機械的左右馬達，因為這個電信號是兩個帶有差值的電流信號，使工程機械的左右馬達的轉速不同，從而達到使工程機械轉向的目的。這兩個帶有差值的電流信號決定了車輛的轉彎狀態，差值越小，左右馬達的速度差越小，轉彎半徑越大；相反，如果差值越大，左右馬達的速度差越大，轉彎半徑就越小。在車輛進行轉彎時，如果把前進或后退方向看成是x向，左轉或右轉方向看成是y向，那么整機智能控制器采集到的行走控制手柄的y向的信息是0~255之間的一個數值，而行走控制手柄y向的可操縱角度γ是一個定值，那么整機控制器對收到的行走控制手柄y向的轉向信號l進行處理、計算，得出前照燈需要轉動的角度：

其中k是隨動轉向比例系數。

整機控制器將這個角度值轉換成控制信號后輸出至步進電機的驅動電路，從而驅動步進電機根據車輛的轉向姿態旋轉一定的角度，使前照燈隨著車輛的實際轉彎狀態進行左右轉動與實時調整，讓照明光束始終集中在行車的路線上[1]。當行走控制手柄無轉向動作時，整機控制器采集到的y向的轉向信號l為零，經過分析計算得出前照燈需要轉動的角度θ為零，此時整機控制器輸出至步進電機驅動電路的電信號也為零，步進電機無轉角，前照燈線束處于車輛正前方，符合駕駛者的操作狀態。在這里，燈光照射的方向和角度是始終和轉彎角度相同的，行走控制手柄無轉向動作時前照燈無轉向，行走控制手柄有轉向動作時，轉彎角度越大，前照燈隨之轉動的角度θ也越大，反之越小。這樣車輛操作者可實時地了解轉向側的路況，提高了夜間作業的安全性。另外，該智能轉向系統還設計了自動復位功能，當行走控制手柄不在中位時發動機熄火或關掉前照燈，大燈會自動回正。

前照燈隨動轉向功能的啟動通過前照燈的開關進行控制。當前照燈的開關處于斷開狀態時，前照燈不亮，此時整機智能控制器檢測到開關量輸入為低電平，智能隨動轉向系統不工作。當前照燈開關閉合時，前照燈亮，此時整機控制器檢測到開關量輸入為高電平，智能隨動轉向系統開始工作。

該工程機械前照燈智能轉向系統中，步進電機是大燈自動轉向調節的執行機構，是前大燈調節應用的一個最佳選擇，因為這些電機成本低，堅固耐用，體型雖小卻能夠提供一個很大的扭矩[2]。

4 結束語

本文主要設計研究了一種工程機械前照燈智能轉向系統，使操作者在夜間作業進行轉向時，前照燈能夠根據轉彎狀況隨動調節，利用步進電機作為前照燈隨動轉向調節的執行機構，既能夠輸出精準的轉角角度，又能夠提供一個很大的扭矩，保證大燈調節的可靠性，降低轉彎內側的“盲區”，可以有效地提高工程機械夜間的工作效率，提高工程機械的工作安全性。

[1]黃春梅.淺談汽車自適應前大燈[J].裝備制造技術，2011，（07）：166.

[2]范鴻猷.汽車前照燈智能轉向系統的研究與實現[J].企業導報，2010，（03）：290.

Research on Intelligent Steering System of Engineering Machinery

LI Dong-yan，LIU Xun，CHEN Shao-zhi
（Weifang Engineering Vocational College，Qingzhou Shandong 262500，China）

This paper provides an electronically controlled steering system of the engineering machinery，the main purpose is to improve the safety of construction machinery at night. When the operator is working at night，the working efficiency and safety of construction machinery are improved according to the automatic steering of the headlight. All electronic controlled construction machinery can be used in this paper to achieve the purpose of turning to auxiliary lighting.

headlight；intelligent steering；CAN

T H218

A

1672-545X（2016）09-0099-02

2016-06-19

李東艷（1982-），女，山東日照人，碩士，研究方向：機電系統控制及自動化。