专利名称：摊铺机及其行走控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，特别是涉及一种用于摊铺机的行走控制系统。本发明还涉及一种包括上述行走控制系统的摊铺机和一种用于摊铺机的行走控制方法。
背景技术：
摊铺机是道路施工过程中的重要工程机械之一，随着公路建设项目不断增多，摊 铺机的需求越来越大。摊铺机在正常的摊铺行走过程中，会由于控制误差或者其他因素的影响，慢慢偏 离原来的摊铺方向，并且随着摊铺距离的增加，偏离量也会不断累加，以致必须不断的人为 进行转向调节，使恢复到原来的摊铺方向。为解决上述问题，现有技术中采用了多种方法控制摊铺机的行走方向在第一种方法中，在摊铺机的下部前方位置设置超声波传感器，超声波传感器通 过现场总线与摊铺机的行走控制器连接。在摊铺机的工作过程中，超声波传感器不断检测 路沿目标(路沿石、基准绳)与超声波传感器发射面之间的距离，并把检测结果经现场总线 传输至行走控制器，行走控制器根据预定策略控制摊铺机的恒速行走和路沿跟踪行走。在第二种方法中，摊铺机的行走控制系统包括控制器、PID调节器、速差PID调节 器、位移差PID调节器、转向电位器、行走速度给定电位器和分别安装于左、右马达上的左 马达测速传感器和右马达测速传感器，转向电位器和行走速度给定电位器分别与控制器的 输入端相连，用以输入转向信号和给定速度值；工作过程中，左、右马达测速传感器分别检 测左马达和右马达的速度，控制器将左马达的速度作为反馈值与左马达的给定速度值进行 比较，同时将右马达的速度作为反馈值与右马达的给定速度值进行比较，并控制PID调节 器调节左、右马达的转速，形成核心环；另一方面，控制器还将左、右马达的速度差作为反馈 量，以追踪0为目标，通过速差PID调节器形成的控制量对其中一个马达的速度作出调整， 构成速差跟踪纠偏环；同时，控制器还将左、右马达速度差的累加值(即左、右位移差)作为 反馈量，以追踪0为目标，通过位移差PID调节器输出的控制量对速差跟踪纠偏环的马达作 进一步的调节，形成位移差跟踪纠偏环。在第三种方法中，对摊铺机左轮和右轮的运行速度进行设定，左轮设定值输入与 左轮PID控制器的输出信号并联叠加后，控制左轮行走驱动系统的工作；左轮和右轮的运 行速度的信号通过传感器反馈到左伦和右轮的PID控制器输入端，与左轮和右轮的运行速 度实际设定值进行比较，构成闭环控制；同时，左轮传感器和右轮传感器的信号相减，得到 左、右轮的速度差，经积分后得到距离差，并将速度差和距离差作为两个输入变量输送至模 糊算法，经模糊控制器运算后确定右轮设定值修正量输出，将经过模糊算法的右轮设定值 修正量与右轮设定值输入端的设定值叠加，并将该叠加量作为右轮闭环控制的设定值与右 轮PID控制器输出值再次叠加，控制右轮液压系统的泵、马达工作；控制摊铺机的工作状 态。可以看出，以上第一种方法是通过检测路沿目标(路沿石、基准绳)与超声波传感器发射面之间的距离，进而控制摊铺机的行走，因此，在进行路面的摊铺时，需要首先设置 路沿目标，造成了工作量的增大，施工周期的延长和施工成本的增加。以上第二种方法和第三种方法均是通过测速传感器检测左、右轮的速度，并与给 定的速度值比较，根据速度偏差，利用常规PID或者模糊自适应PID等算法进行处理，根据 处理结果控制左、右轮驱动马达的运动。 然而，由于摊铺机整机的重量很大，而且在控制过程中涉及到液压、电气和机械结 构，操作对象系统具有非线性、时变和滞后等特点，所以在控制的过程中，难免产生误差，随 着误差的积累，行驶距离稍远，就会偏离原始方向，而且有可能超出施工的允许值；同时，由 于路面不平且摊铺机重心偏后时，会导致左、右轮履带的着地的情况不同，出现履带轻微打 滑现象，此时，即使左、右马达的转速一致，左右履带相对地面的行驶距离也会不一致，从而 导致偏向，而以上系统无法检测由于上述原因造成的偏移量。因此，如何在保证成本较低的基础上，保证摊铺机按既定的方向直线行走，使摊铺 机精确地按照设定方向进行道路的摊铺就成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于摊铺机的行走轨迹控制系统，该系统能够在保证成 本较低的基础上，保证摊铺机按既定的方向直线行走，使摊铺机精确地按照设定方向进行 道路的摊铺。本发明的另一目的是提供一种包括上述行走轨迹控制系统的摊铺机和一种用 于摊铺机的行走轨迹控制方法。为解决上述技术问题，本发明提供一种用于摊铺机的行走轨迹控制系统，包括摊 铺机运行方式检测装置、磁阻传感器和控制器，所述摊铺机运行方式检测装置检测所述摊铺机是否处于自动运行状态，得到运行 方式信号；所述磁阻传感器检测所述摊铺机的运行方向的地磁磁场强度，得到磁场强度信 号；所述控制器接收所述运行方式信号和所述磁场强度信号，并判断所述摊铺机是否 处于自动运行状态；若是，所述控制器判断所述磁场强度信号是否与预定磁场基准强度信 号一致，若一致，则控制所述摊铺机按照预定方向行驶，若不一致，则调整所述摊铺机的运 行方向，直至所述磁场强度信号与预定磁场基准强度信号一致。优选地，所述控制器通过调整所述摊铺机的左马达和右马达的转速，调整所述摊 铺机的运行方向；当所述磁场强度信号与预定磁场基准强度信号一致时，所述控制器控制 所述左马达的转速与所述右马达的转速相同，否则所述控制器控制所述左马达和所述右马 达二者中的至少一者的转速改变，直至所述磁场强度信号与预定磁场基准强度信号一致。优选地，所述预定磁场基准强度信号为当所述摊铺机进入自动运行状态时，所述 磁阻传感器检测的所述摊铺机的运行方向的磁场强度信号。优选地，所述控制器包括磁场强度处理部件，所述磁场强度处理部件对所述磁场 强度信号和所述预定磁场基准强度信号进行处理，得到所述摊铺机的当前行驶角和预定行 驶角。优选地，所述磁阻传感器固定于所述摊铺机上，且与摊铺路面平行。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种摊铺机，包括如上述任一项所述的行走 轨迹控制系统。为解决上述技术问题，本发明还提供一种用于摊铺机的行走轨迹控制方法，包括 以下步骤1)检测所述摊铺机的运行状态以及所述摊铺机的运行方向的地磁磁场强度；2)判断所述摊铺机是否处于自动运行状态，当所述摊铺机处于自动运行状态时， 转向步骤3)；3)判断所述地磁磁场强度是否与所述预定磁场基准强度一致；若一致，转向步骤 4)，否则，转向步骤5)；4)控制所述摊铺机按照预定方向行驶；5)调整所述摊铺机的运行方向，直至所述磁场强度与预定磁场基准强度一致。优选地，在步骤4)中，通过控制所述摊铺机的左马达的转速与所述摊铺机的右马 达的转速相同，控制所述摊铺机按照预定方向行驶。优选地，在步骤5)中，通过调整所述摊铺机的左马达与所述摊铺机的右马达二者 中的至少一者的转速，调整所述摊铺机的运行方向。优选地，在步骤3)中，所述预定磁场基准强度为当所述摊铺机进入自动运行状 态时，所述摊铺机的运行方向的磁场强度。本发明所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制系统，包括摊铺机运行方式检测装 置、磁阻传感器和控制器，摊铺机运行方式检测装置检测摊铺机是否处于自动运行状态，得 到运行方式信号；磁阻传感器检测摊铺机的运行方向的地磁磁场强度，得到磁场强度信号； 控制器接收运行方式信号和磁场强度信号，并判断摊铺机是否处于自动运行状态；若是，控 制器判断磁场强度信号是否与预定磁场基准强度信号一致，若一致，则控制摊铺机按照预 定方向行驶，若不一致，则调整摊铺机的运行方向，直至磁场强度信号与预定磁场基准强度 信号一致。在控制过程中，控制器不仅需要判断摊铺机是否处于自动运行状态，还需要判 断摊铺机在运行中运行方向的地磁磁场强度是否与预定磁场基准强度相吻合，综合分析以 后，再对摊铺机的行驶方向进行控制，以保证摊铺机的运行精度。这样，当控制器控制摊铺 机的前进方向时，尽管由于摊铺机整机的重量大，且在控制过程中涉及到液压、电气和机械 结构，操作对象系统具有非线性、时变和滞后等特点，带来的误差依然存在，同时由于路面 不平且摊铺机重心偏后导致左、右轮履带的着地的情况不同，履带轻微打滑现象也依然存 在，但是，由于磁阻传感器所检测的地磁磁场强度是与上述原因毫不相干的，因此，可以完 全忽略上述因素检测出当前摊铺机的精确运行方向，保证摊铺机始终按照预定方向运行； 另一方面，磁阻传感器是以地磁磁北方向为依据，无需另外建立参考物，从而大大节省了成 本和施工时间，不仅保证了低成本，而且保证了摊铺机行走过程中的精确度，提高了摊铺机 的摊铺质量。在一种优选实施方式中，本发明所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制系统，控制 器通过调整摊铺机的左马达和右马达的转速，调整摊铺机的运行方向；当磁场强度信号与 预定磁场基准强度信号一致时，控制器控制左马达的转速与右马达的转速相同，否则控制 器控制左马达和右马达二者中的至少一者的转速改变，直至磁场强度信号与预定磁场基准 强度信号一致。这样，可以直接运用现有技术中的控制系统，并与磁阻传感器相互结合实现对摊铺机的行驶方向的控制，控制过程非常简单。本发明所提供的摊铺机以及行走轨迹控制方法的有益效果都与稳定性控制系统 的有益效果类似，在此不再赘述。
图1为本发明一种具体实施方式
所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制系统的结 构示意图；图2为本发明一种具体实施方式
所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制方法的流 程示意图。
具体实施例方式本发明的核心是提供一种用于摊铺机的行走轨迹控制系统，该系统能够在保证成 本较低的基础上，保证摊铺机按既定的方向直线行走，使摊铺机精确地按照设定方向进行 道路的摊铺。本发明的另一核心是提供一种包括上述行走轨迹控制系统的摊铺机和一种用 于摊铺机的行走轨迹控制方法。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式
所提供的用于摊铺机的行走轨迹控 制系统的结构示意图。如图1所示，本发明所提供的本发明所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制系统， 包括摊铺机运行方式检测装置11、磁阻传感器13和控制器14，摊铺机运行方式检测装置 11检测摊铺机是否处于自动运行状态，得到运行方式信号，并将运行方式信号传输至控制 器14 ；磁阻传感器13检测摊铺机的运行方向的地磁磁场强度，得到磁场强度信号，并将磁 场强度信号传输至控制器14 ；控制器14接收运行方式信号、磁场强度信号，并判断摊铺机 是否处于自动运行状态；若是，控制器14判断磁场强度信号是否与预定磁场基准强度信号 一致，若一致，则控制摊铺机按照预定方向行驶，若不一致，则调整摊铺机的运行方向，直至 磁场强度信号与预定磁场基准强度信号一致。具体地，本文所述的摊铺机运行方式有两种自动运行状态和人为转向状态。当摊铺机处于非自动运行状态也就是人为转向状态时，控制器14控制摊铺机按 照设定的速度和方向运行，但是，此时，控制器14不对磁场传感器13检测的磁场强度信号 进行处理，也即不将当前方向的磁场强度信号与之前预定的磁场基准强度信号进行对比。当然，可以直接运用现有技术中的摊铺机行走轨迹控制系统的摊铺机运行方式检 测装置11部分，以及由控制器14控制的执行部分。可以看出，本发明所提供的行走轨迹控制系统，在控制过程中，控制器不仅需要判 断摊铺机是否处于自动运行状态，还需要判断摊铺机在运行中运行方向的地磁磁场强度是 否与预定值相吻合，综合分析以后，再对摊铺机的行驶方向进行控制，以保证摊铺机的运行 精度。这样，当控制器控制摊铺机的运行方向时，尽管由于摊铺机整机的重量大，且在控制 过程中涉及到液压、电气和机械结构，操作对象系统具有非线性、时变和滞后等特点，带来 的误差依然存在，同时由于路面不平且摊铺机重心偏后导致左、右轮履带的着地的情况不同，履带轻微打滑现象也依然存在，但是，由于磁阻传感器所检测的地磁磁场强度是与上述 原因毫不相干的，因此，可以完全忽略上述因素检测出当前摊铺机的精确运行方向，进而通 过反复调节左马达和右马达的转速保证摊铺机始终按照预定方向运行；另一方面，磁阻传 感器是以地磁磁北方向为依据，无需另外建立参考物，从而大大节省了成本和施工时间，不 仅保证了低成本，而且保证了摊铺机行走过程中的精确度，提高了摊铺机的摊铺质量。具体地，本发明所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制系统，控制器14通过调整摊铺机的左马达15和右马达16的转速，调整摊铺机的运行方向；当磁场强度信号与预定磁场 基准强度信号一致时，控制器14控制左马达15的转速与右马达16的转速相同，否则控制 器14控制左马达15和右马达16 二者中的至少一者的转速改变，直至磁场强度信号与预定 磁场基准强度信号一致。控制器14控制左马达15和右马达16 二者中的至少一者的转速改变是指控制器 14可以只改变左马达15或者右马达16的转速，以达到磁场强度信号与预定磁场基准强度 信号一致，也可以同时改变左马达15和右马达16的转速，以达到磁场强度信号与预定磁场
基准强度信号一致。控制过程中，控制器14可以控制相应的电磁阀的开度，进而控制驱动左马达15和 右马达16的左变量泵和右变量泵，左马达15和右马达16通过相应的减速机带动左、右履 带，最终实现对摊铺机的运行方向的控制。这样，当摊铺机处于自主运行状态时，可以很方便地实现对摊铺机行驶方向的控 制，保证了在对左马达15和右马达16的转速的控制存在误差的情况下，对摊铺机行驶方向 的精确控制。以上所述的预定磁场基准强度信号可以具体为磁阻传感器13检测进入自动运行 状态时的摊铺机的运行方向的磁场强度信号。从而，很方便地实现了预定磁场基准强度信 号的设置。摊铺机进入自动运行状态是指摊铺机通过人为转向将摊铺机的运行方向调整好 后的状态，磁阻传感器13检测此时的磁场强度信号作为预定磁场基准强度信号。这样，摊铺机就会在下一次人为转向之前在本发明所提供的摊铺机行走轨迹控制 系统的控制下始终按照基准信号的方向运动。在一种具体实施方式
中，本发明所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制系统的控制 器14还可以包括磁场强度处理部件，控制器14包括磁场强度处理部件，磁场强度处理部件 对磁场强度信号和预定磁场基准强度信号进行处理，得到摊铺机的当前行驶角和预定行驶角。具体地，摊铺机的偏离角可以是摊铺机的当前行驶方向在二维(即χ轴和y轴) 方向上的与地磁磁北方向的夹角，也可以是其在三维(即X轴、y轴和Z轴)方向上的与地 磁磁北方向的夹角；二维方向上的夹角计算过程比较简单，降低了对控制器的要求，而三维 方向上的夹角可以进一步提高控制精度和抗干扰能力。为了保证检测的准确性，磁阻传感器13可以固定于摊铺机上，且与摊铺路面平 行。另外，为解决上述技术问题，本发明还提供一种摊铺机，包括如上述的行走轨迹控 制系统，摊铺机的其他结构与现有技术相同，本文不再赘述。
请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式
所提供的用于摊铺机的行走轨迹控 制方法的流程示意图。为解决上述技术问题，本发明还提供一种用于摊铺机的行走轨迹控制方法，包括 以下步骤步骤Sl 检测所述摊铺机的运行状态以及所述摊铺机的运行方向的地磁磁场强度。可以通过摊铺机运行方式检测装置11检测摊铺机的运行状态，并通过磁阻传感 器13实现对摊铺机的运行方向的地磁磁场强度的检测。步骤S2 判断摊铺机是否处于自动运行状态，当摊铺机处 于自动运行状态时，转 向步骤S3。步骤S3 判断地磁磁场强度是否与预定磁场基准强度一致；若一致，转向步骤S4， 否则，转向步骤S5。步骤S4 控制所述摊铺机按照预定方向行驶。步骤S5 调整所述摊铺机的运行方向，直至所述磁场强度与预定磁场基准强度一 致。本发明所提供的用于摊铺机的行走轨迹控制方法在现有的控制方法的基础上增 加了对摊铺机的地磁磁场强度的检测，从而尽管由于摊铺机整机的重量大，且在控制过程 中涉及到液压、电气和机械结构，操作对象系统具有非线性、时变和滞后等特点，带来的误 差依然存在，同时由于路面不平且摊铺机重心偏后导致左、右轮履带的着地的情况不同，履 带轻微打滑现象也依然存在，但是，由于地磁磁场强度是与上述原因毫不相干的，因此，可 以完全忽略上述因素检测出当前摊铺机的精确运行方向，进而通过反复调节左马达和右马 达的转速保证摊铺机始终按照预定方向运行；另一方面，地磁磁场强度的检测是以地磁磁 北方向为依据，无需另外建立参考物，从而大大节省了成本和施工时间，不仅保证了低成 本，而且保证了摊铺机行走过程中的精确度，提高了摊铺机的摊铺质量。在一种具体实施方式
中，在步骤S4中，通过控制摊铺机的左马达15的转速与摊铺 机的右马达16的转速相同，控制摊铺机按照预定方向行驶。在步骤S5中，通过调整摊铺机的左马达15与摊铺机的右马达16 二者中的至少一 者的转速，调整摊铺机的运行方向。控制左马达15和右马达16 二者中的至少一者的转速改变是指可以只改变左马达 15或者右马达16的转速，以达到磁场强度信号与预存的基准信号一致，也可以同时改变左 马达15和右马达16的转速，以达到磁场强度信号与预存的基准信号一致。这样，当摊铺机处于自主运行状态时，可以很方便地实现对摊铺机行驶方向的控 制，保证了在对左马达15和右马达16的转速的控制存在误差的情况下，对摊铺机行驶方向 的精确控制。以上所述的预定磁场基准强度可以具体为进入自动运行状态时的摊铺机的运行 方向的磁场强度信号。从而，很方便地实现了预定磁场基准强度信号的设置。以上对本发明所提供的摊铺机及其行走控制系统和方法进行了详细介绍。本文中 应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助 理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下， 还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本 发明权利要求的保护范围内。
权利要求
一种用于摊铺机的行走轨迹控制系统，其特征在于，包括摊铺机运行方式检测装置(11)、磁阻传感器(13)和控制器(14)，所述摊铺机运行方式检测装置(11)检测所述摊铺机是否处于自动运行状态，得到运行方式信号；所述磁阻传感器(13)检测所述摊铺机的运行方向的地磁磁场强度，得到磁场强度信号；所述控制器(14)接收所述运行方式信号和所述磁场强度信号，并判断所述摊铺机是否处于自动运行状态；若是，所述控制器(14)判断所述磁场强度信号是否与预定磁场基准强度信号一致，若一致，则控制所述摊铺机按照预定方向行驶，若不一致，则调整所述摊铺机的运行方向，直至所述磁场强度信号与预定磁场基准强度信号一致。
2.根据权利要求1所述的用于摊铺机的行走轨迹控制系统，其特征在于，所述控制器 通过调整所述摊铺机的左马达(15)和右马达(16)的转速，调整所述摊铺机的运行方向； 当所述磁场强度信号与预定磁场基准强度信号一致时，所述控制器(14)控制所述左马达 (15)的转速与所述右马达(16)的转速相同，否则所述控制器(14)控制所述左马达(15)和 所述右马达(16) 二者中的至少一者的转速改变，直至所述磁场强度信号与预定磁场基准 强度信号一致。
3.根据权利要求1或2所述的用于摊铺机的行走轨迹控制系统，其特征在于，所述预定 磁场基准强度信号为当所述摊铺机进入自动运行状态时，所述磁阻传感器(13)检测的所 述摊铺机的运行方向的磁场强度信号。
4.根据权利要求3所述的用于摊铺机的行走轨迹控制系统，其特征在于，所述控制器 (14)包括磁场强度处理部件，所述磁场强度处理部件对所述磁场强度信号和所述预定磁场 基准强度信号进行处理，得到所述摊铺机的当前行驶角和预定行驶角。
5.根据权利要求3所述的用于摊铺机的行走轨迹控制系统，其特征在于，所述磁阻传 感器(13)固定于所述摊铺机上，且与摊铺路面平行。
6. 一种摊铺机，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的行走轨迹控制系统。
7. 一种用于摊铺机的行走轨迹控制方法，包括以下步骤1)检测所述摊铺机的运行状态以及所述摊铺机的运行方向的地磁磁场强度；2)判断所述摊铺机是否处于自动运行状态，当所述摊铺机处于自动运行状态时，转向 步骤3)；3)判断所述地磁磁场强度是否与所述预定磁场基准强度一致；若一致，转向步骤4)， 否则，转向步骤5)；4)控制所述摊铺机按照预定方向行驶；5)调整所述摊铺机的运行方向，直至所述磁场强度与预定磁场基准强度一致。
8.根据权利要求7所述的行走轨迹控制方法，其特征在于，在步骤4)中，通过控制所述 摊铺机的左马达(15)的转速与所述摊铺机的右马达(16)的转速相同，控制所述摊铺机按 照预定方向行驶。
9.根据权利要求7所述的行走轨迹控制方法，其特征在于，在步骤5)中，通过调整所述 摊铺机的左马达(15)与所述摊铺机的右马达(16) 二者中的至少一者的转速，调整所述摊 铺机的运行方向。
10.根据权利要求7至9任一项所述的行走轨迹控制方法，其特征在于，在步骤3)中， 所述预定磁场基准强度为当所述摊铺机进入自动运行状态时，所述摊铺机的运行方向的 磁场强度。
全文摘要
本发明公开了一种用于摊铺机的行走轨迹控制系统，包括摊铺机运行方式检测装置(11)、磁阻传感器(13)和控制器(14)，摊铺机运行方式检测装置(11)检测摊铺机是否处于自动运行状态，得到运行方式信号；磁阻传感器(13)检测摊铺机的运行方向的地磁磁场强度，得到磁场强度信号；控制器(14)接收运行方式信号和磁场强度信号，判断摊铺机是否处于自动运行状态；若是，控制器(14)判断磁场强度信号是否与预定磁场基准强度信号一致，若一致，则控制摊铺机按照预定方向行驶，若不一致，则调整摊铺机的运行方向。本发明所提供的系统能够在保证成本较低的基础上，保证摊铺机按既定的方向直线行走。本发明还公开了一种摊铺机和一种行走轨迹控制方法。
文档编号G05D1/02GK101818474SQ20101015940
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者张超, 李天富, 王进 申请人:三一重工股份有限公司