吉 慶, 王 騰,3, 趙 遠

(1.煤炭科學研究總院, 北京 100013; 2.山西天地煤機裝備有限公司, 山西 太原 030006;3.中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司, 山西 太原 030006)

引言

鉸接式轉向因其轉向半徑小，機動性能好，可在非常狹窄的場地作業(yè)[1]，目前廣泛應用于煤礦無軌輔助運輸領域。眾所周知，這類型車輛所處工作環(huán)境復雜、工況特殊且不固定，易受到鉸接車體結構、重心偏移、載荷變化等因素的影響，使車輛在行駛過程中出現(xiàn)蛇形姿態(tài)、側傾及俯仰波動較大等問題。為了煤礦車輛能在井下安全運行，其轉向性能的好壞至關重要，是提高生產(chǎn)效率、減輕駕駛員勞動強度和保證車輛行駛安全的重要保障。線控轉向是車輛諸多轉向系統(tǒng)中的一種，由于煤礦車輛無人化、自主化的需求，線控轉向系統(tǒng)逐步應用于煤礦車輛，該系統(tǒng)能夠顯著提升煤礦鉸接車輛轉向系統(tǒng)的性能，有助于車輛在行駛過程中實現(xiàn)主動安全、遠程遙控或車輛自主操作，增強車輛對工作環(huán)境的適應性。

目前煤礦鉸接車輛轉向系統(tǒng)仍然基于第四代同軸流量放大轉向和先導型流量放大轉向原理[2]，其技術研究以及在煤礦井下的應用還處于理論研究和初步試驗階段，仍存在一定的技術難點，譬如：煤礦井下路面起伏不定，車輛在井下行駛時會發(fā)生輕微的扭轉，使前后車架相對轉角的測量存在一定難度；傳統(tǒng)的PID控制算法不能夠滿足線控系統(tǒng)時變和非線性特性的需要，將智能控制算法應用到線控轉向系統(tǒng)中存在一定的難度；目前應用在煤礦車輛的電控系統(tǒng)中大部分都是單片機，將PLC控制與智能控制算法相結合應用在煤礦車輛線控轉向系統(tǒng)中存在一定的難度等。

綜上所述，在煤礦車輛的實際應用過程中還存在著許多難題，向煤礦井下的拓展應用更需深入研究，從而加快煤礦無軌輔助運輸?shù)闹悄芑l(fā)展。

1 鉸接車輛線控轉向系統(tǒng)

1.1 國內外研究現(xiàn)狀

國外線控轉向系統(tǒng)在鉸接車輛的應用已經(jīng)比較成熟，如卡特彼勒公司的950 L裝載機，丹佛斯公司應用于重型鉸接車輛的電液線控轉向系統(tǒng)。我國線控轉向技術還未能大量應用于煤礦鉸接車輛，但該技術在煤礦車輛的應用，必會為我國煤礦車輛帶來技術上質的飛躍。

目前，我國線控轉向系統(tǒng)在鉸接車輛上的研究主要集中在控制技術、路感、液壓子系統(tǒng)、容錯性等。王同建[3]首次將線控轉向技術應用在裝載機上，降低了勞動強度并提高了工作效率，但沒有將該系統(tǒng)安裝到樣車上進行實際工業(yè)考核且沒有對系統(tǒng)進行可靠性分析。胡靜波[4]開發(fā)了裝載機容錯線控轉向系統(tǒng)，將線控轉向技術與容錯控制技術充分結合，使得車輛具有較高的容錯能力和可靠性，同時還應用馬爾柯夫狀態(tài)過程理論建立線控轉向系統(tǒng)可靠性分析模型，使得裝載機容錯線控轉向系統(tǒng)具有較高的可靠性，可以滿足實際應用的需要，但沒有對路感裝置進行容錯研究。周原[5]將模糊控制技術與相平面分區(qū)控制方法相結合，設計了模糊相平面五態(tài)控制器，并將其與PID控制器、模糊PID控制器同時仿真，結果表明，在不同輸入信號作用下，所設計的控制器的性能具有更好的動、靜態(tài)性能和抗干擾性，可以很好地滿足裝載機轉向過程的控制要求，實現(xiàn)裝載機轉向過程的智能控制，但沒有考慮到線控系統(tǒng)的容錯與可靠性。李坤峰[6]對路感反饋裝置進行研究，并選擇電磁線圈式路感反饋裝置作為研究對象，發(fā)現(xiàn)電磁線圈體積小、磁力可調范圍大，不會出現(xiàn)失磁現(xiàn)象和油液污染，并且節(jié)約了成本，但對路感的研究局限于實驗臺，沒有在實車當中應用。王翔宇[7]設計了一種新的流量匹配原理，采用伺服電機驅動的定排量液壓泵獨立供油，使一個轉向過程中的壓力波動由原轉向系統(tǒng)中的2 MPa降到冗余型開式泵控、閉式泵控轉向系統(tǒng)中的1 MPa和 0.3 MPa，轉向過程中液壓泵的能耗由負荷傳感轉向系統(tǒng)中的4.3 kJ 降到冗余型開式泵控、閉式泵控轉向系統(tǒng)中的3.6 kJ 和1.9 kJ，分別降低能耗約16%，56%，使轉向過程更加高效平穩(wěn)，但也沒有轉化為實際的工業(yè)產(chǎn)品。

線控轉向在鉸接車輛的應用經(jīng)過近20年的發(fā)展，越來越多的設計及理論被提出，也有更多應用方案，使車輛更加節(jié)能且路感更加準確。

1.2 鉸接車輛線控轉向系統(tǒng)原理分析

道路型車輛的線控轉向系統(tǒng)，采用變速電機驅動的齒輪齒條式電動助力轉向系統(tǒng)[8]，該系統(tǒng)提高了車輛轉向系統(tǒng)的能量效率。然而，該方式提供的轉矩有限，不能滿足重型非道路車輛在大扭矩工況和惡劣工作環(huán)境下的轉向要求，所以線控轉向系統(tǒng)仍需液壓系統(tǒng)作為動力來源，所以在原有的線控系統(tǒng)中增加了電液比例控制閥形成電液線控轉向系統(tǒng)。電液比例控制閥可以通過輸入的電流信號控制液壓系統(tǒng)工作，是現(xiàn)代工業(yè)和航空航天領域的關鍵元件。隨著自動化、數(shù)字化、通信技術的發(fā)展，電液比例控制閥正朝著數(shù)字化、集成化、智能化方向發(fā)展[9]。此外，電液比例控制閥目前正與多種通信技術相結合，為重型大扭矩車輛的遠程控制和自動駕駛提供了可能。

電液線控轉向系統(tǒng)與傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)相比，取消了方向盤與液壓系統(tǒng)之間的機械連接，使用電信號輸入并命令相應的輸出。電液線控轉向系統(tǒng)由轉向輸入裝置(方向盤、操縱桿、自動駕駛模式下為整車控制器)、轉向執(zhí)行裝置、轉向反饋裝置、控制器ECU(Electronic Control Unit)等組成。轉向輸入裝置和轉向執(zhí)行裝置分別將傳感器的轉角信息和壓力信息輸入ECU，ECU對輸入的數(shù)據(jù)進行分析計算，控制電液比例控制閥中的主閥左右移動，控制油液進入轉向油缸的流量大小，使左右轉向油缸以相對應的速度伸縮，致使前后車架發(fā)生偏轉，如圖1所示。同時ECU將前后車體鉸接點處角度傳感器輸出的信息與方向盤的輸入信息進行比較，協(xié)調鉸接車架結構、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)之間的配合，使車輛按照規(guī)定完成轉向。

1.前車架 2.鉸接點角度傳感器 3.后車架 4.轉向油缸 5.壓力傳感器 6.溢流閥 7.單向閥 8.電液比例控制閥 9.過濾器 10.油泵 11.油箱 12.轉角傳感器 13.ECU

鉸接車輛線控轉向與傳統(tǒng)的轉向系統(tǒng)相比，主要優(yōu)點有：線控轉向系統(tǒng)可以根據(jù)需要調節(jié)工作模式；傳統(tǒng)的液壓轉向系統(tǒng)車輛轉向時，鉸接車架從一個極限位置到另一個極限位置時，方向盤需要的轉動圈數(shù)固定，而線控轉向則可以根據(jù)工作狀態(tài)自由設置轉向裝置的驅動比，既減輕了駕駛者的勞動負荷，又提高了駕駛舒適性和轉向靈活性[10]。傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)通過液壓或機械裝置連接，當?shù)孛媲闆r較差時，操作人員會感受到方向盤較為強烈的反饋力，而線控系統(tǒng)的路感反饋是通過傳感器采集模擬路面信息反饋到路感電機，可模擬出較為舒適的路感。線控系統(tǒng)使得車輛的液壓和機械裝置與駕駛室隔離開，減少了駕駛室內的噪音。線控轉向系統(tǒng)減少了原有轉向系統(tǒng)中的液壓元件，因此降低了液壓系統(tǒng)對駕駛室和外界污染的概率。

2 線控技術在鉸接車輛中應用

電液線控轉向系統(tǒng)在鉸接車輛的應用及研究過程中，對電液控以及執(zhí)行元件等在節(jié)能性和控制精確性等方面做了大量的試驗驗證，逐步形成了電液閥控和電液泵控兩大主流技術[11]。

2.1 電液閥控轉向系統(tǒng)

如圖2所示，電液閥控轉向系統(tǒng)，主要元件是控制閥，電液比例控制閥也稱為電液比例方向流量閥，不僅可以通過控制電流的正負來控制液壓油的流動方向，還可以通過控制電流的大小來控制流經(jīng)電液比例控制閥流量的大小。由于電液閥控轉向系統(tǒng)中轉向與工作的液壓系統(tǒng)使用同一個壓力源，造成工作所需功率遠高于轉向所需功率，所以當車輛轉向時該液壓系統(tǒng)存在大量的溢流與節(jié)流損失[12],導致系統(tǒng)運行不平穩(wěn)、響應慢、且能耗較高，因此降低能耗成為系統(tǒng)發(fā)展當中的關鍵問題。為了降低能耗同時提高穩(wěn)定性，有學者對液壓系統(tǒng)中的控制閥進行設計與研發(fā)[13]；也有學者設計新的控制策略和控制理論[14]；還有學者對轉向器進行模擬仿真進而得到更加優(yōu)化的關鍵參數(shù)[15]，但是電液閥控轉向系統(tǒng)仍然不如電液泵控線控轉向系統(tǒng)節(jié)能[16-17]。

1.轉向油缸 2、5.卸荷閥 3.電液比例控制閥 4.油泵 6.油箱

2.2 電液泵控轉向系統(tǒng)

隨著液壓技術的發(fā)展及機電液一體化技術的成熟，為增強轉向系統(tǒng)的能耗效率及響應特性，設計出了電液泵控轉向系統(tǒng)[18]，如圖3所示。該轉向系統(tǒng)去掉了傳統(tǒng)轉向回路中的液壓轉向閥，由恒速或變速電機驅動變量泵，通過調整泵的速度或排量控制轉向油缸的伸縮速度。電液泵控轉向系統(tǒng)采用變量液壓泵來減少電液閥控轉向系統(tǒng)中溢流、節(jié)流損失，但電液泵控轉向系統(tǒng)中仍有能耗損失的問題。為了降低能耗、提高穩(wěn)定性，對電液泵控轉向系統(tǒng)中變排量泵的控制原理與控制方式進行了優(yōu)化[19-20]，也可以通過閥和泵復合控制來降低電液閥控轉向系統(tǒng)的能耗[21]，試驗結果表明，通過泵閥復合控制來實現(xiàn)轉向系統(tǒng)的轉向，與電液閥控轉向系統(tǒng)相比，在重載及空載工況下可分別降低能耗 19.2%和23.3%[22-24]。

1.轉向油缸 2.卸荷閥 3.單向閥 4.油泵 5.單極比例控制閥 6.電機

電液閥控轉向系統(tǒng)比電液泵控轉向系統(tǒng)的結構簡單，且電液閥控轉向系統(tǒng)中液壓油的循環(huán)方式是從油箱中來回油箱中去，因此回油在油箱中能夠和存油充分的混合，當油泵再從油箱中吸出油時，得到的基本是溫度不高的存油，所以電液閥控轉向系統(tǒng)溫度低。而電液泵控系統(tǒng)更加穩(wěn)定節(jié)能，實驗證明電液泵控轉向系統(tǒng)比電液閥控線控轉向系統(tǒng)大約節(jié)能20%[25-28]。電液泵閥相結合的混合液壓轉向系統(tǒng)實驗已成功，若在設備當中得以應用，液壓系統(tǒng)將更加平穩(wěn)且綠色環(huán)保。

3 鉸接車輛線控轉向關鍵技術

鉸接車輛線控轉向技術是多學科與技術的交叉融合，包括液壓傳動、智能控制、機械理論等。要使線控轉向技術更好的應用于煤礦車輛，使煤礦車輛真正能夠實現(xiàn)高精度的轉向或無人駕駛，必須結合各個學科領域前沿性的研究。煤礦車輛運行環(huán)境有以下特點：路面濕滑，坡度起伏明顯，光線差，噪聲大且車輛空滿載運行時整備質量變化幅度較大。為應對井下環(huán)境的特點，車輛線控轉向系統(tǒng)應用的關鍵為五大技術：防爆技術、傳感技術、復雜容錯技術、路感的形成與反饋、智能控制技術。

3.1 防爆技術

井下路面起伏不平，線控轉向系統(tǒng)中的電氣設備在承受車輛發(fā)生顛簸的同時還要耐受井下溫度的變化，同時電氣設備可能產(chǎn)生電火花或電弧，在一定條件下容易引爆礦井下的煤塵、瓦斯等氣體。一旦發(fā)生爆炸，不僅會妨礙煤礦的生產(chǎn)，還對井下的工作人員造成威脅，所以在煤礦鉸接車輛的應用中線控轉向的防爆技術至關重要，基于此才能保證煤礦井下作業(yè)和生產(chǎn)順利進行。

防爆技術的優(yōu)劣，影響到線控系統(tǒng)的可靠性和精確性，也是目前亟需解決的技術瓶頸。煤礦常用的防爆技術有冷磷化工藝、熱管技術、隔爆外殼等，目前防爆處理技術已經(jīng)比較成熟[29]。但在線控轉向系統(tǒng)的實際應用中還存在以下問題：井下工作環(huán)境惡劣，防爆涂層仍然容易出現(xiàn)裂紋，并且電路的接口處由于密封不到位或者涂層太厚會導致信息傳輸不穩(wěn)定；車輛電氣設備在使用隔爆外殼防爆后極大提升了車身質量；線控轉向系統(tǒng)的關鍵元件電液比例控制閥，在防爆處理后須仍保持良好的線性度與恒力特性，且動態(tài)響應時間需縮短至毫秒級。

3.2 傳感技術

電液線控轉向系統(tǒng)需要傳感器測量轉向角度、轉向壓力等信息，向車輛的ECU傳遞反饋，從而保證ECU正確控制電液比例閥組，進而形成閉環(huán)反饋控制，且ECU通過傳感器所獲取煤礦車輛信息的實時性和準確性決定了車輛線控轉向系統(tǒng)的效果。煤礦車輛所需的傳感器主要有轉向角度傳感器、行車速度傳感器、壓力傳感器等，如圖4所示。

1.壓力傳感器 2.鉸接角角度傳感器 3.方向盤轉角傳感器 4.轉向油缸位移傳感器

為了保證線控轉向系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行，煤礦車輛上傳感器的精度、信息傳輸速度是關鍵要素。提高傳感器精度的主要措施有：提高控制系統(tǒng)的魯棒性，提高傳感器分辨率，盡量消除污染物的影響，降低阻尼，消除溫度誤差等。為了適應煤礦井下煤塵大且光線不足的特殊環(huán)境，也應加快多傳感器信息融合與集成技術的發(fā)展，這樣不僅能描述相同環(huán)境的多個冗余信息，還能描述不同的環(huán)境特征，提高線控轉向系統(tǒng)的性能。目前傳感器在井下的應用過程中還存在以下問題：井下環(huán)境潮濕且易有煤塵，使得傳感器在井下的測量精度差；煤礦鉸接車輛的前后兩節(jié)車體長，在井下不平坦的路面行駛時，前后兩節(jié)車體更易發(fā)生扭轉，使得車輛實際轉向角度與傳感器測量角度不符。

3.3 復雜容錯技術

線控轉向系統(tǒng)取消了傳感器與液壓元件之間的機械連接，又增加了許多電氣設備，在井下日復一日的工作當中，線控轉向系統(tǒng)中的電子元件會受到不同程度的損耗。井下環(huán)境潮濕，電氣設備又經(jīng)常運轉在高負荷的狀態(tài)中，一系列問題交織在一起加速了電氣件的老化，使電氣設備容易發(fā)生故障，而線控轉向系統(tǒng)對由電子部件引起的各種故障非常敏感[30]，同時井下巷道狹窄，車輛若在井下拋錨，既不便維修還影響煤礦的正常生產(chǎn)。為了保證不發(fā)生意外，煤礦車輛線控轉向系統(tǒng)需具有冗余性，當線控轉向系統(tǒng)發(fā)生故障后，可將線控轉向回路切換到原有的轉向系統(tǒng)，繼續(xù)完成轉向過程，從而提高線控轉向系統(tǒng)的容錯性。

容錯是指所研究的對象能容許系統(tǒng)發(fā)生故障，不會因故障而發(fā)生失控或者崩潰。目前提高煤礦鉸接車輛線控轉向系統(tǒng)的容錯性可從兩個方面考慮，依靠硬件備份的冗余技術或依靠軟件的容錯算法技術[31]，兩類容錯技術的對比如表1所示。硬件冗余是針對車輛線控轉向系統(tǒng)中的傳感器、控制器、液壓系統(tǒng)等裝置進行備份；容錯控制算法技術是指在傳感器、控制器、執(zhí)行器或系統(tǒng)其他元部件發(fā)生故障時，通過線控轉向系統(tǒng)控制器中的故障診斷和容錯模塊及時檢測車輛故障，同時還擁有處理故障的手段，使得線控轉向閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定，提高駕駛員的安全性，防止人員傷亡。

表1 軟硬件容錯技術對比

容錯控制分為主動容錯控制和被動容錯控制。主動容錯的目的是設計一種提高被控系統(tǒng)性能的控制算法，使系統(tǒng)有效檢測故障且傳遞故障的信息并重新配置閉環(huán)控制方案，來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如圖5所示。被動容錯方法的本質只是一種在特定情況下有效的魯棒控制技術，如圖6所示。王翔宇[7]驗證了鉸接車輛液壓轉向系統(tǒng)的冗余功能的可疊加性，可將原有轉向系統(tǒng)與任一改進的液壓轉向系統(tǒng)并聯(lián)，以提高轉向系統(tǒng)的容錯性。

圖5 主動容錯控制框圖

圖6 被動容錯控制框圖

目前有關線控轉向系統(tǒng)的容錯性已有許多學者做過研究，但在煤礦車輛的實際應用過程中還存在許多設計難點。如煤礦井下路面起伏不平，車輛質量和輪胎轉彎剛度等參數(shù)隨時間變化無法精確的測量計算，導致數(shù)學模型與實際情況不符；防爆技術、CAN、FlexRay通信協(xié)議，可能導致信息傳輸延遲，因而不可避免地降低了線控系統(tǒng)的可靠性；煤礦井下環(huán)境差且駕駛人員高強度工作，導致駕駛員做出的不安全行為。煤礦車輛線控轉向系統(tǒng)的容錯性，不僅有關煤礦的生產(chǎn)作業(yè)，更關乎井下作業(yè)人員的生命安全，應將線控轉向技術與容錯控制技術充分結合，使車輛既具有轉向傳動比可調、轉向靈敏準確、路感清晰、便于整機布置等優(yōu)點，同時又具有較高的可靠性和安全性。

3.4 路感的形成與反饋

路感是在轉向過程中，轉向系統(tǒng)把車輛運動狀態(tài)和井下路面狀態(tài)信息反饋給駕駛員的一種現(xiàn)象，是保證安全的必要前提。獲得真實的路感也是線控轉向在煤礦鉸接車輛中應用的關鍵技術之一。與井上工程機械運行環(huán)境相比，煤礦井下路況更為復雜，又因線控轉向系統(tǒng)取消了方向盤和轉向輪之間的機械連接，駕駛員不能夠通過剛性機構直接獲得真實的路感；同時井下煤塵大且視野狹窄，使煤礦車輛運行中駕駛員獲得路感尤為重要。

線控轉向系統(tǒng)中路感的形成與反饋原理主要有：特征函數(shù)法，此種方法通過集合車速、行駛狀態(tài)建立相關的動力學模型，此方法適用與道路型車輛的線控轉向系統(tǒng)，由于井下路面情況復雜且不同煤礦的井下路面特征無規(guī)律可循，難以建立真實的數(shù)學模型，不易獲得真實的路感；數(shù)學計算法，此種方法精度較低，通常與特征函數(shù)法相結合；傳感器測量法是鉸接車輛中比較常用的方法，也是較適用于煤礦鉸接車輛的方法，其原理是比較左右轉向油缸壓力傳感器的輸出，并將壓力差值輸入ECU，ECU控制方向盤處的電磁線圈產(chǎn)生大小可調的電磁引力，電磁引力最終作用到阻尼盤上產(chǎn)生阻轉力矩，阻轉力矩對方向盤軸起到阻尼作用，使駕駛員獲得路感，該方法具有響應速度快，無沖擊振動、噪聲污染，能源利用高的優(yōu)點，且自動控制性能優(yōu)越。

現(xiàn)有越來越多的學者在獲得真實的路感方面進行探索，以便駕駛者能夠掌握路面的基本情況。但在煤礦車輛的應用還存在問題，煤礦車輛由于車體長且路況復雜容易發(fā)生扭轉，導致傳感器難以測量、路感難以模擬；同時井下路面起伏大，路感反饋增強造成的可操作性與駕駛舒適性之間的矛盾難以調節(jié)。

針對路感難以模擬的問題，學者應結合3種路感反饋原理的優(yōu)缺點進行研究。首先研究路感的產(chǎn)生機理，然后以人-車-路閉環(huán)控制研究進行參數(shù)擬合，同時考慮不同路況、不同車速和行駛狀態(tài)等其他因素來制定路感控制策略，進而得到更加準確的路感，實現(xiàn)車速高時車輛穩(wěn)定，車速低時輕便靈活[32]。結合井上的路感技術看，煤礦車輛的行車路線同井上相比相對單一，所以可在傳感器測量法的基礎上，結合數(shù)學計算法和特征函數(shù)法，再使用自適應算法控制路感，使車輛可以應對井下相對較為單一的路線。

3.5 智能控制技術

線控轉向系統(tǒng)采用電子控制系統(tǒng)，控制方式直接影響控制系統(tǒng)的性能。煤礦車輛使用線控轉向的主要優(yōu)點就在于智能控制技術。智能控制技術可以根據(jù)工作狀態(tài)自由設置轉向裝置的驅動比，還可以加入各種電氣元件起到輔助駕駛的作用。同時車輛的穩(wěn)定性、容錯性、路感的形成都是基于車輛的智能控制技術，智能控制技術也是車輛轉向精度的關鍵。所以智能控制技術是線控系統(tǒng)的重中之重，并且也為工礦自動化提供先決條件。

關于線控轉向智能控制方法，已有大量研究，如DU Heng等[33]設計了積分滑模控制，并基于粒子群算法和積分時間絕對誤差準則，提出了電液伺服加載系統(tǒng)的比例-積分-微分自校正控制器，能夠有效的抑制外載荷的干擾。藺素宏等[34]設計了一種基于負載力觀測器的前饋和最優(yōu)狀態(tài)反饋控制復合控制策略，具有較高的跟蹤精度和抗負載干擾能力。還有學者結合模糊PID[35]、模糊自適應PID[36]、神經(jīng)網(wǎng)絡自適應PID[37]、積分滑模自適應控制[38]等先進的控制理論，提高了線控系統(tǒng)的控制精度。

目前智能控制技術在煤礦車輛應用過程中還存在以下問題：煤礦鉸接車輛在空滿載不同情況下通過崎嶇不平的道路時，車輛的重心變化快、非線性嚴重，導致車輛的轉向系統(tǒng)阻力和液壓輸入輸出流量變化范圍大，而井下隧道狹窄需要智能控制技術十分精確才能避免發(fā)生意外。井上的鉸接車輛線控轉向大多采用PID控制，但在井下采用PID控制不能夠精確穩(wěn)定快速地控制轉向系統(tǒng)，針對以上問題，煤礦車輛的智能控制系統(tǒng)應具有自適應或者根據(jù)空滿載調節(jié)不同模式的功能，并且將智能控制技術與煤礦車輛整體進行更加深入融合已經(jīng)成為必然趨勢。

4 發(fā)展趨勢

(1) 節(jié)能是無軌輔助運輸車輛的長遠發(fā)展方向。目前，線控轉向系統(tǒng)的節(jié)能研究較少，可在設計線控轉向系統(tǒng)算法時考慮到節(jié)能問題，也可以對電液閥控、電液泵控轉向系統(tǒng)的能耗損失進行節(jié)能分析。此外線控轉向系統(tǒng)應深入研究，提高元件工作效率和降低液壓系統(tǒng)的能耗，同時也需要新的理論技術方法，開發(fā)升級新型節(jié)能元件，進行科學合理的整機動力匹配，進一步降低工程機械能量消耗，所以節(jié)能性是線控轉向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢；

(2) 線控轉向系統(tǒng)為煤礦車輛自主化的核心技術，其性能對車輛運行產(chǎn)生直接的影響。因此在線控轉向系統(tǒng)中，各個元件運行的可靠與安全性顯得尤為重要。未來的鉸接車輛線控轉向系統(tǒng)應高度集成硬件備份和容錯算法智能系統(tǒng)，相比于目前的系統(tǒng)能夠大幅提高車輛行駛的穩(wěn)定性與安全性，保證無人駕駛技術的安全發(fā)展，所以提高車輛的容錯性是線控轉向的發(fā)展趨勢；

(3) 煤礦車輛實現(xiàn)自主化駕駛，對車輛的響應時間、路徑的選取、行動決策等提出了更高的要求，這些都與車輛的控制精度息息相關?？刂凭仁倾q接車輛線控轉向發(fā)展的關鍵。隨著機器學習理論和無人駕駛車輛計算能力的并行發(fā)展，將機器學習應用到控制領域是重要的發(fā)展方向；同時結合自適應控制、粒子群算法、卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等理論，以達到提高控制精度的目的

5 結論

線控轉向技術不僅可以提高鉸接車輛在煤礦井下復雜地質環(huán)境下的轉向性能，還是煤礦無軌輔助運輸車輛實現(xiàn)自主行走的關鍵。通過對鉸接車輛線控轉向技術的工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀以及關鍵技術的分析研究，得出以下結論：

(1) 針對目前鉸接車輛兩大主流技術，對比分析了其工作原理及優(yōu)缺點。電液閥控轉向系統(tǒng)存在大量溢流與節(jié)流損失的問題，但系統(tǒng)發(fā)熱少、成本低；電液泵控轉向系統(tǒng)節(jié)能且穩(wěn)定性高,但系統(tǒng)復雜、故障率高。

(2) 聚焦鉸接車輛線控轉向的關鍵技術，分析了其目前的發(fā)展現(xiàn)狀并指出未來發(fā)展趨勢。電液比例閥在防爆處理后仍能保持良好的線性度與恒力特性，且動態(tài)響應時間短；傳感器將更加智能化、集成化、網(wǎng)絡化；容錯技術將是軟件容錯技術和硬件容錯技術的更好結合；路感將通過更新型的路感反饋原理和方式變得更加精確；智能控制技術將融合更加先進的控制理論。

(3) 從鉸接車輛線控轉向系統(tǒng)的節(jié)能性、容錯性以及控制精度等方面出發(fā)，提出了鉸接車輛線控轉向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，期望相關工作能推動煤礦車輛自主化理論、方法、技術的研究與發(fā)展，為鉸接車輛線控轉向技術的進一步應用和研究提供參考。