一种高适应性液压支腿触地支撑控制方法及装置

王志勇，乔西宁，李博

（北京航天发射技术研究所，北京100076）

1 引言

展车调平控制是特种车辆的关键技术之一，在车辆到达预定地点后，控制支腿伸出、触地支撑，以便于执行后续动作，实现液压支腿可靠触地支撑（后续简称触地）是保证后续一系列动作平稳的基础。本文提出一种利用相对压力判断特种车辆支腿可靠触地的控制方法及装置，基于支腿触地前后支腿压力变化相对值，实现支腿在多种工况差异下的可靠触地支撑。

2 常规方法分析

典型液压支腿油缸如图1 所示，图1 中SP1 为压力传感器，用以测量支腿无杆腔压力，单向节流阀用以支腿回收时平衡车辆负载；液压锁的作用是通过锁止支腿的位置以保持车辆的调平精度；电磁换向阀通过电信号控制实现支腿的伸、收功能；PL1 为测试接头，当支腿油缸回路需要维修测试时，用以接入压力仪表监控支腿油缸腔的压力值。

以往一般通过识别支腿无杆腔绝对压力或监测支腿伸出长度的方法来判断支腿的触地状态。采用识别支腿无杆腔绝对压力值的方式，需实时采集支腿无杆腔绝对压力值，并与该支腿的触地压力预设值进行实时对比，当压力达到预设值时，认为支腿完成触地动作。此方法实现成本较低且能适应复杂路面情况，但存在以下3 个问题：

1）受油缸加工误差影响大。油缸活塞杆密封圈与油缸内壁间的摩擦力因油缸加工的差异性而存在不同，故多台车辆可能存在不同的支腿触地压力参数，且当支腿长时间使用后，油缸内壁由于磨损使摩擦力变小，导致设定的触地压力参数不适用，需重新测试设定。

2）受液压介质影响大。特种车辆一般采用用10 号航空、15号、32 号、46 号等几个品种的液压油，由于液压油黏度不同，液压油的差异将导致支腿触地压力参数的差异性。

图1 典型支腿油缸示意图

3）受环境温度影响大。环境温度的变化导致液压油黏度变化，对支腿压力造成影响。在环境温度变化时，支腿伸出过程可能出现触地支撑误判断的问题，影响系统正常工作。

利用支腿伸出长度判断触地的方式，需通过测试计算，预先设定某一支腿触地时的伸出长度，实时采集支腿位移，当支腿位移达到设定值时，认为支腿完成触地动作。此方式适用于对支腿伸出长度有要求的情况，但由于需配置位移传感器，成本较高，且在复杂路面下可能存在虚腿现象。

3 相对压力判定方法

支腿油缸空行程中，无杆腔压力由活塞杆密封圈与内壁间的摩擦力、液压介质、环境温度等多因素决定。支腿油缸触地后，无杆腔压力决定因素除了以上3 个条件外，还有车辆载荷，即动作停止后的支腿静态压力。在支腿触地前后，无杆腔压力存在变化，利用压力变化值，可以判断支腿是否触地，由于此压力变化值主要由车辆载荷决定，且不随支腿摩擦力、液压介质、环境温度等因素影响而变化，在相同载荷条件下，此压力相对变化值恒定。由此制订技术方案如下：

1）相对压力设定值的确定：计算支腿可靠触地且处于静止状态时，各支腿静态压力值，以此作为判断支腿可靠触地的相对压力设定值。

2）支腿空行程压力的确定：支腿伸出空行程阶段，待无杆腔压力平稳后，利用压力传感器测量无杆腔压力，滤波计算后作为支腿空行程压力。

3）可靠触地判定：后续支腿动作过程中，继续监测支腿压力，并与记录的空行程压力进行比较，当实时压力与空行程压力的差值达到相对压力设定值时，判定支腿已可靠触地。

该技术方案可实现特种车辆支腿油缸在复杂路面情况下的可靠触地，在相同载荷条件下，多台特种车辆共用一套参数，且不受油缸加工误差、油缸内壁长时间使用磨损、液压介质、环境温度等因素影响，实现成本低。

4 典型控制装置实现及验证

4.1 搭建车辆4 条支腿油缸控制系统

控制系统包括压力传感器、主控制器、比例溢流阀、比例流量阀、比例换向阀。压力传感器分别安装于4 条支腿无杆腔液压管路中，用于测量无杆腔压力；主控制器具备压力传感器信号采集电路，同时可驱动比例溢流阀控制液压系统压力、驱动比例流量阀控制支腿伸收动作速度、驱动电磁换向阀控制支腿伸收动作方向。

4.2 确定相对压力设定值

默认车辆是左右对称的，尺寸对应关系如图2 所示，由载荷计算[1]推导得到左前、右前、左后、右后支腿的相对压力设定值ΔPA、ΔPB、ΔPC、ΔPD计算算法。

式中，G 为车辆自重；N1为前两轮胎支反力；N2为后两轮胎支反力；2b 为前后支腿纵向跨距；e 为车辆自重质心至4 条支腿几何中心距离；c1为前轮轴至前支腿距离；c2为后轮轴至后支腿距离；D 为支腿油缸内径。

图2 尺寸对应关系

4.3 实际验证

利用此控制方法及装置，特种车辆在支腿触地支撑后，进行一系列上装动作过程中，支腿压力稳定，支撑可靠。多台车辆的交付以及几种液压油、各季节工况的实际应用，证明此方法克服了油缸加工、油液介质、环境温度差异所带来的影响，效果良好。

5 结语

为实现特种车辆在多因素影响下的可靠支撑，本文提出利用相对压力判断特种车辆支腿可靠触地的控制方法及装置，简单易行，并在工程实际应用过程中取得了较好的效果。