工程机械前照灯智能转向系统研究

李东艳，刘迅，陈绍志

（潍坊工程职业学院，山东青州262500）

工程机械前照灯智能转向系统研究

李东艳，刘迅，陈绍志

（潍坊工程职业学院，山东青州262500）

提供了一种电控转向的工程机械前照灯智能转向系统，主要目的是提高工程机械夜间作业的安全性。操作者在夜间作业进行转向时，前照灯能够根据转弯状况随动调节，可以有效地提高工程机械夜间的工作效率，增加工作安全性。所有利用电控转向的工程机械，均可利用本文方案达到转向辅助照明的目的。

前照灯；智能转向；C A N

传统工程机械的前照灯采用的是固定式结构，安装时采用螺栓紧固的方式将照明灯固定，安装后不能实现自动的照明角度调节。工程机械在夜间或昏暗环境作业过程中，由于作业环境比较恶劣，在车辆进行转向时，由于无法调节照明角度，常常会在转弯内侧出现“盲区”，导致操作者不能提前了解转向侧的状况，容易发生危险事故，降低了工程机械的可操控性，极大的威胁了操作者夜间作业的安全性。为了提高工程机械夜间作业的安全性，本文对电控工程机械前照灯智能转向系统进行了研究。

1 系统组成

该工程机械前照灯智能转向系统主要由行走控制手柄、整机控制器、CAN总线、步进电机、步进电机驱动器、前大灯等结构组成，如图1所示。

图1 工程机械前照灯智能转向系统组成简图

整机智能控制器即整车的控制中心，包括ECU、CAN模块、外围驱动电路。ECU和CAN模块之间采用光偶、分别独立电源，杜绝ECU和CAN模块之间的互扰，保证CAN模块和ECU交互数据的准确性，外围驱动电路其中包括PWM驱动，用来驱动液压系统的液压阀，行走转向手柄采用CANOPEN协议，整车CAN总线采用CAN2.0B规范，及支持重型发动机1939扩展帧，同时兼容了心走转向手柄标准帧格式，总线屏蔽采用整车单点搭铁，保证屏蔽的电势的一致性，增强抗干扰能力。步进电机连接前大灯，根据步进电机驱动器的驱动带动前大灯进行转动。步进电机驱动器为整机智能控制器和步进电机的纽带，解决智能控制器无法直接驱动步进电机的问题。

2 系统控制的原理

当操作者控制行走转向控制手柄进行左/右转向时，智能控制器通过CAN总线的CAN OPEN协议采集左/右转向数据（左/右转向各占一个字节），根据该字节数据大小对工程机械转向幅度进行预判，并计算出照明灯（步进电机）的实时目标转向角度，通过驱动电路驱动电机达到目标转向角度。随后智能控制器通过PWM信号控制器液压阀，使左右马达以不同的转动速度运行，从而工程机械完成转向动作。在转向前，驾驶员已经通过灯光看到目标转向的角度内路况，随时决定终止/继续进行工程机械的转向，从而完成操作要求，保证工作安全。

3 具体实施方式

如图1所示，工程机械的行走控制手柄是通过CAN总线与工程机械的整机控制器进行数据通讯。在前照灯处于工作状态时，如果工程机械的行走控制手柄有转向动作，信号通过CAN总线传送至工程机械整机控制器，整机控制器通过程序设定对这个转向信号进行处理，并将处理后的信号从工程机械整机控制器的PWM输出端口传送至工程机械的左右马达，因为这个电信号是两个带有差值的电流信号，使工程机械的左右马达的转速不同，从而达到使工程机械转向的目的。这两个带有差值的电流信号决定了车辆的转弯状态，差值越小，左右马达的速度差越小，转弯半径越大；相反，如果差值越大，左右马达的速度差越大，转弯半径就越小。在车辆进行转弯时，如果把前进或后退方向看成是x向，左转或右转方向看成是y向，那么整机智能控制器采集到的行走控制手柄的y向的信息是0~255之间的一个数值，而行走控制手柄y向的可操纵角度γ是一个定值，那么整机控制器对收到的行走控制手柄y向的转向信号l进行处理、计算，得出前照灯需要转动的角度：

其中k是随动转向比例系数。

整机控制器将这个角度值转换成控制信号后输出至步进电机的驱动电路，从而驱动步进电机根据车辆的转向姿态旋转一定的角度，使前照灯随着车辆的实际转弯状态进行左右转动与实时调整，让照明光束始终集中在行车的路线上[1]。当行走控制手柄无转向动作时，整机控制器采集到的y向的转向信号l为零，经过分析计算得出前照灯需要转动的角度θ为零，此时整机控制器输出至步进电机驱动电路的电信号也为零，步进电机无转角，前照灯线束处于车辆正前方，符合驾驶者的操作状态。在这里，灯光照射的方向和角度是始终和转弯角度相同的，行走控制手柄无转向动作时前照灯无转向，行走控制手柄有转向动作时，转弯角度越大，前照灯随之转动的角度θ也越大，反之越小。这样车辆操作者可实时地了解转向侧的路况，提高了夜间作业的安全性。另外，该智能转向系统还设计了自动复位功能，当行走控制手柄不在中位时发动机熄火或关掉前照灯，大灯会自动回正。

前照灯随动转向功能的启动通过前照灯的开关进行控制。当前照灯的开关处于断开状态时，前照灯不亮，此时整机智能控制器检测到开关量输入为低电平，智能随动转向系统不工作。当前照灯开关闭合时，前照灯亮，此时整机控制器检测到开关量输入为高电平，智能随动转向系统开始工作。

该工程机械前照灯智能转向系统中，步进电机是大灯自动转向调节的执行机构，是前大灯调节应用的一个最佳选择，因为这些电机成本低，坚固耐用，体型虽小却能够提供一个很大的扭矩[2]。

4 结束语

本文主要设计研究了一种工程机械前照灯智能转向系统，使操作者在夜间作业进行转向时，前照灯能够根据转弯状况随动调节，利用步进电机作为前照灯随动转向调节的执行机构，既能够输出精准的转角角度，又能够提供一个很大的扭矩，保证大灯调节的可靠性，降低转弯内侧的“盲区”，可以有效地提高工程机械夜间的工作效率，提高工程机械的工作安全性。

[1]黄春梅.浅谈汽车自适应前大灯[J].装备制造技术，2011，（07）：166.

[2]范鸿猷.汽车前照灯智能转向系统的研究与实现[J].企业导报，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

李东艳（1982-），女，山东日照人，硕士，研究方向：机电系统控制及自动化。