1.一种应急救援车辆的车身姿态调平控制系统,其特征在于,所述车身姿态调平控制系统包括:加速度计,所述加速度计能够实时测量车辆的加速度大小;所述加速度计与所述车辆固联,安装在车辆的质心位置;并且,所述加速度计为三轴加速度计;当车辆发生倾斜时,加速度计的三轴方向都会有输出,并且重力在三轴加速度计的分量与车辆的姿态成一定的对应关系,表示为:T n T
f=[fx fy fz] ,g=[0 0 -g]
其中f,gn分别表示三轴加速度计的比力矢量和当地重力加速度的比力矢量; 为姿态余弦矩阵,表示为其中n为地理坐标系,b为载体坐标系;
处理器,所述处理器能够根据所述加速度计测得的加速度大小来计算所述车辆的车身姿态角;结合姿态余弦矩阵,车身的姿态角用三轴加速度计的比力矢量表示为:其中θ为俯仰角和γ为横滚角;
控制器,所述控制器能够读取所述车身姿态角信息,并将所述车身姿态角与所述车辆的调平精度预设角进行实时比较,以判断所述车辆的车身是否需要进行调平控制,并能够根据所述车身姿态角与所述车辆的调平精度预设角的比较值对车辆车身进行调平控制;
还包括D/A转换器、比例放大器、A/D转换器、四个电液比例阀和四个位移传感器,其中四个电液比例阀分别与四个悬架液压缸相连,由控制器发出的数字信号经D/A转换器转换为模拟信号,所述模拟信号经过比例放大器放大后输入电液比例阀,通过控制四个电液比例阀的阀口开度来控制与之相连的悬架液压缸运动速度,使四个悬架液压缸以不同速度保持在同一平面运动,调节车身至水平;由四个位移传感器实时检测各悬架液压缸伸缩量信号,该模拟信号经A/D转换器转换为数字信号传至控制器,与车身调至水平计算出的位移量信号进行比较,判断液压缸运动是否停止及是否有虚腿产生;
所述车身姿态调平控制系统采用质心位置误差调平方法,并且所述质心位置误差调平方法能够结合车辆的主动悬架系统,以控制所述悬架系统的各个悬架液压缸的运动;
所述车身姿态调平控制系统采用共面式车身调平方法,以保持所述悬架系统的各个悬架液压缸与车身连接点在同一平面运动;
所述车身姿态调平控制系统还能够采用位移负反馈控制,以对所述悬架液压缸的运动过程进行控制。
2.一种应急救援车辆的车身姿态调平控制系统的实现方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤(a):利用加速度计实时采集加速度大小、由处理器根据测得的加速度大小计算所述车辆的车身姿态角;所述加速度计与所述车辆固联,安装在车辆的质心位置;并且,所述加速度计为三轴加速度计;当车辆发生倾斜时,加速度计的三轴方向都会有输出,并且重力在三轴加速度计的分量与车辆的姿态成一定的对应关系,表示为:f=[fx fy fz]T,gn=[0 0 -g]T
其中f,gn分别表示三轴加速度计的比力矢量和当地重力加速度的比力矢量; 为姿态余弦矩阵,表示为其中n为地理坐标系,b为载体坐标系;
结合姿态余弦矩阵,车身的姿态角可以用三轴加速度计的比力矢量表示为:
其中θ为俯仰角和γ为横滚角;
步骤(b):利用控制器读取所述车身姿态角信息,并将所述车身姿态角与调平精度预设角进行比较;若所述车身姿态角大于所述调平精度预设角,则判断所述车辆的车身需要进行调平控制;
步骤(c):采用质心位置误差调平方法并结合车辆的主动悬架系统,进行姿态解算以计算车身平面被调平至水平时该悬架系统中各个悬架液压缸的伸缩位移量;四个悬架液压缸相对于水平平面的位置误差为:ΔZi=Zi-Z0=-α(xi-x0)+β(yi-y0)=-αxi+βyi(i=1,2,3,4)其中:(x0,y0,z0)表示车辆质心坐标,在此设其为坐标原点因而其坐标均为零,(xi,yi,zi)表示四个悬架液压缸所在坐标,α和β分别为三轴加速度计测得车辆加速度大小并计算得出车身在坐标X、Y方向的倾斜角;
步骤(d):采用共面式调平车身方法,将所述各个悬架液压缸的伸缩位移量信号输出至相应的电液比例阀,从而控制所述各个悬架液压缸以不同的速度保持在同一平面运动,以对车身进行调平;各悬架液压缸调节速度为:NΔZi,其中i=1、2、3、4,N为比例系数,其与总调平时间相关;
步骤(e):采用位移负反馈控制所述各个悬架液压缸伸缩位移量直至运动完成,即利用安装在所述各个悬架液压缸的位移传感器采集车身调平过程中其各自的伸缩位移量,并与步骤(c)中解算出的伸缩位移量进行比较;当采集到的伸缩位移量达到解算出的伸缩位移量时,则电液比例阀接通中位,停止调平;
步骤(f):利用所述控制器将加速度计实时采集计算出的车身姿态角与所述车辆的调平精度预设角再次进行比较,若实时的车身姿态角小于或等于所述调平精度预设角,则判断所述车辆不再需要进行车身调平控制,结束调平。