一種高適應性液壓支腿觸地支撐控制方法及裝置

王志勇，喬西寧，李博

（北京航天發射技術研究所，北京100076）

1 引言

展車調平控制是特種車輛的關鍵技術之一，在車輛到達預定地點后，控制支腿伸出、觸地支撐，以便于執行后續動作，實現液壓支腿可靠觸地支撐（后續簡稱觸地）是保證后續一系列動作平穩的基礎。本文提出一種利用相對壓力判斷特種車輛支腿可靠觸地的控制方法及裝置，基于支腿觸地前后支腿壓力變化相對值，實現支腿在多種工況差異下的可靠觸地支撐。

2 常規方法分析

典型液壓支腿油缸如圖1 所示，圖1 中SP1 為壓力傳感器，用以測量支腿無桿腔壓力，單向節流閥用以支腿回收時平衡車輛負載；液壓鎖的作用是通過鎖止支腿的位置以保持車輛的調平精度；電磁換向閥通過電信號控制實現支腿的伸、收功能；PL1 為測試接頭，當支腿油缸回路需要維修測試時，用以接入壓力儀表監控支腿油缸腔的壓力值。

以往一般通過識別支腿無桿腔絕對壓力或監測支腿伸出長度的方法來判斷支腿的觸地狀態。采用識別支腿無桿腔絕對壓力值的方式，需實時采集支腿無桿腔絕對壓力值，并與該支腿的觸地壓力預設值進行實時對比，當壓力達到預設值時，認為支腿完成觸地動作。此方法實現成本較低且能適應復雜路面情況，但存在以下3 個問題：

1）受油缸加工誤差影響大。油缸活塞桿密封圈與油缸內壁間的摩擦力因油缸加工的差異性而存在不同，故多臺車輛可能存在不同的支腿觸地壓力參數，且當支腿長時間使用后，油缸內壁由于磨損使摩擦力變小，導致設定的觸地壓力參數不適用，需重新測試設定。

2）受液壓介質影響大。特種車輛一般采用用10 號航空、15號、32 號、46 號等幾個品種的液壓油，由于液壓油黏度不同，液壓油的差異將導致支腿觸地壓力參數的差異性。

圖1 典型支腿油缸示意圖

3）受環境溫度影響大。環境溫度的變化導致液壓油黏度變化，對支腿壓力造成影響。在環境溫度變化時，支腿伸出過程可能出現觸地支撐誤判斷的問題，影響系統正常工作。

利用支腿伸出長度判斷觸地的方式，需通過測試計算，預先設定某一支腿觸地時的伸出長度，實時采集支腿位移，當支腿位移達到設定值時，認為支腿完成觸地動作。此方式適用于對支腿伸出長度有要求的情況，但由于需配置位移傳感器，成本較高，且在復雜路面下可能存在虛腿現象。

3 相對壓力判定方法

支腿油缸空行程中，無桿腔壓力由活塞桿密封圈與內壁間的摩擦力、液壓介質、環境溫度等多因素決定。支腿油缸觸地后，無桿腔壓力決定因素除了以上3 個條件外，還有車輛載荷，即動作停止后的支腿靜態壓力。在支腿觸地前后，無桿腔壓力存在變化，利用壓力變化值，可以判斷支腿是否觸地，由于此壓力變化值主要由車輛載荷決定，且不隨支腿摩擦力、液壓介質、環境溫度等因素影響而變化，在相同載荷條件下，此壓力相對變化值恒定。由此制訂技術方案如下：

1）相對壓力設定值的確定：計算支腿可靠觸地且處于靜止狀態時，各支腿靜態壓力值，以此作為判斷支腿可靠觸地的相對壓力設定值。

2）支腿空行程壓力的確定：支腿伸出空行程階段，待無桿腔壓力平穩后，利用壓力傳感器測量無桿腔壓力，濾波計算后作為支腿空行程壓力。

3）可靠觸地判定：后續支腿動作過程中，繼續監測支腿壓力，并與記錄的空行程壓力進行比較，當實時壓力與空行程壓力的差值達到相對壓力設定值時，判定支腿已可靠觸地。

該技術方案可實現特種車輛支腿油缸在復雜路面情況下的可靠觸地，在相同載荷條件下，多臺特種車輛共用一套參數，且不受油缸加工誤差、油缸內壁長時間使用磨損、液壓介質、環境溫度等因素影響，實現成本低。

4 典型控制裝置實現及驗證

4.1 搭建車輛4 條支腿油缸控制系統

控制系統包括壓力傳感器、主控制器、比例溢流閥、比例流量閥、比例換向閥。壓力傳感器分別安裝于4 條支腿無桿腔液壓管路中，用于測量無桿腔壓力；主控制器具備壓力傳感器信號采集電路，同時可驅動比例溢流閥控制液壓系統壓力、驅動比例流量閥控制支腿伸收動作速度、驅動電磁換向閥控制支腿伸收動作方向。

4.2 確定相對壓力設定值

默認車輛是左右對稱的，尺寸對應關系如圖2 所示，由載荷計算[1]推導得到左前、右前、左后、右后支腿的相對壓力設定值ΔPA、ΔPB、ΔPC、ΔPD計算算法。

式中，G 為車輛自重；N1為前兩輪胎支反力；N2為后兩輪胎支反力；2b 為前后支腿縱向跨距；e 為車輛自重質心至4 條支腿幾何中心距離；c1為前輪軸至前支腿距離；c2為后輪軸至后支腿距離；D 為支腿油缸內徑。

圖2 尺寸對應關系

4.3 實際驗證

利用此控制方法及裝置，特種車輛在支腿觸地支撐后，進行一系列上裝動作過程中，支腿壓力穩定，支撐可靠。多臺車輛的交付以及幾種液壓油、各季節工況的實際應用，證明此方法克服了油缸加工、油液介質、環境溫度差異所帶來的影響，效果良好。

5 結語

為實現特種車輛在多因素影響下的可靠支撐，本文提出利用相對壓力判斷特種車輛支腿可靠觸地的控制方法及裝置，簡單易行，并在工程實際應用過程中取得了較好的效果。