[0001] 本发明属于车辆转向控制技术领域，具体涉及一种工程机械电液转向柔性安全控制装置及方法。

[0002] 现今工业化控制领域正朝着信息化、智能化、网络化发展，转向系统作为工程机械的关键系统，对安全性有着严格要求，随着对工程机械车辆平稳性、安全性、舒适性要求的提高，为了保证车辆转向的可靠性及驾驶舒适性，大型工程机械采用电控手柄控制转向系统，采用高性能、高传输效率的CAN总线通信，如何保证车辆转向控制信号失效时，依然可以保持转向稳定性和安全性成为目前国内外工程机械面临的技术难题。

[0003] 公开号为CN113911207A的中国发明专利中，公开了一种带有自动对中及应急启动功能的转向系统。动力源用于提供系统所需的压力和流量，嵌套式转向油缸一为执行机构，用于实现车辆的转向及对中；嵌套式转向油缸一由油缸一比例转向控制阀组控制，包括对
中油腔、伸出油腔、以及收缩油腔；对中蓄能器通过对中蓄能器控制阀组向嵌套式转向油缸一提供对中动力；应急蓄能器用于在动力源无法提供满足车辆转向所需工作压力时提供能
源，解决动力源出现问题时，应急蓄能器继续为车辆转向系统提供动力源，实现应急转向功能，不能解决转向控制信号故障时，应急转向问题。

[0004] 公开号为CN114506386B的中国发明专利中，公开了车辆应急转向的控制方法、转向助力系统和运输自卸车，车辆应急转向的控制方法用于转向助力系统，转向助力系统包
括电液转向器总成，电液转向器总成包括电液转向器和助力电机，控制方法包括：获取车速 信号和车辆的发动机运行状态信号；根据车速信号和/或发动机运行状态信号发出应急助
力转向指令；响应于应急助力转向指令，控制助力电机输出应急转向电流；根据应急转向电流控制电液转向器输出应急转向操纵力，能实现车辆的应急转向功能，提升车辆应急转向
的可靠性和安全性。

[0005] 可见，现有技术中车辆应急转向的控制方法大多采用应急泵或应急蓄能器在动力源出现故障时代替动力源为转向系统提供动力源，实现应急转向，或在方向机上增加电机，当转向液压助力失效时，通过电机进行助力，实现应急转向；但当电控转向液压系统中，控制信号出现故障（如无法被正确发送）时，如何实现应急转向，并没有说明。

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使
用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方
法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

[0027] 在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

[0028] 本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0029] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。实施例

[0030] 本发明实施例中提供了一种工程机械电液转向柔性安全控制装置，如图1所示，包括第一控制器3、电控手柄2、电液转向单元1、转向油缸5和电控泵4；
所述电控手柄2与所述第一控制器3相连，将转向请求信号发送至所述第一控制器
3，使得所述第一控制器3生成CAN信号或PWM信号；
所述电液转向单元1包括相连的电控转向模块1.1和换向阀1.2，所述电控转向模
块1.1还与所述第一控制器3分别通过CAN信号线和PWM信号线相连，所述换向阀1.2还与所
述转向油缸5相连通；
所述电控泵4分别与所述第一控制器3和换向阀1.2相连；
所述电控转向模块1.1响应于第一控制器3发送的CAN信号或PWM信号，并根据所述
CAN信号或PWM信号输出先导压力，推动所述换向阀1.2换向；
在具体实施过程中，当所述第一控制器3判定CAN信号线故障时，则利用PWM信号线
接替CAN信号线，实现车辆安全柔性应急转向功能。

[0031] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图2所示，所述电控转向模块1.1包括：第二控制器、温度传感器、电流采集器和电比例阀；所述电比例阀还与所述换向阀1.2相连；
所述温度传感器用于采集电控转向模块1.1中电比例阀的实际油温，并发送至第
二控制器，所述第二控制器通过CAN信号线将电比例阀的实际油温发送至第一控制器3；
所述电流采集器用于采集电控转向模块1.1中电比例阀的实际电流值，并发送至
第二控制器，所述第二控制器通过CAN信号线将电比例阀的实际电流值发送至第一控制器
3；
在具体实施过程中，所述电比例阀的实际油温和电比例阀的实际电流值均用于进
行CAN总线校验。

[0032] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图1所示，所述工程机械电液转向柔性安全控制装置还包括位移传感器，所述位移传感器分别与所述第一控制器3和第二控制器
相连，如图3所示，所述第一控制器3包括CAN总线校验模块和总线位移模块；所述CAN总线校验模块与所述第二控制器相连；
当所述CAN总线校验模块基于所述第二控制器发送的信号通过CAN总线校验，表明
CAN信号线处于正常状态，则通过所述总线位移模块基于转向请求信号，计算出换向阀阀芯目标位移值（该计算过程为现有技术，本发明中不做过多的赘述），并将所述换向阀阀芯目标位移值以CAN信号形式通过CAN信号线发送给所述第二控制器，所述第二控制器基于接收
到的换向阀阀芯目标位移值，并根据位移传感器采集到的换向阀阀芯实际位移值与换向阀
阀芯目标位移值进行比较，计算出位移误差值，根据位移误差值进行PID调节，输出补偿后的电流值，利用补偿后的电流值控制所述电控转向模块1.1中的电比例阀输出先导压力，推动换向阀换向，完成换向阀1.2阀芯位移闭环控制。在具体实施过程中，所述当所述CAN总线校验模块基于所述第二控制器发送的信号通过CAN总线校验，可以具体包括：所述电比例阀的实际油温信号低于预设值，以及电比例阀的实际电流值位于设定的电流范围值内，则表
明CAN信号线处于正常状态，并未出现故障，否则认为CAN信号线处于故障状态。

[0033] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图4所示，所述第一控制器3还包括应急状态分析模块和转向阀控制模块；
当所述CAN总线校验模块基于所述第二控制器发送的信号无法通过CAN总线校验，
表明CAN信号线处于故障状态，则通过所述应急状态分析模块激活PWM信号，并将PWM信号发送至所述转向阀控制模块；所述转向阀控制模块基于所述转向请求信号，计算得到换向阀
阀芯目标位移值（该计算过程为现有技术，本发明中不做过多的赘述），并与换向阀阀芯实际位移值进行位置误差计算，根据位移误差值进行PID控制，计算出换向阀目标电流，然后基于所述换向阀实际电流值，计算出PWM信号所需的目标占空比（该计算过程为现有技术，本发明中不做过多的赘述），并将所述PWM信号发送至电控转向模块1.1中的电比例阀，控制所述电控转向模块1.1中的电比例阀输出先导压力，推动换向阀换向，并根据位移传感器采集到的换向阀阀芯实际位移值完成换向阀1.2阀芯位移闭环控制。可见，本发明实施例中，通过安装位移传感器，采用转向控制模块，当CAN信号线故障时，根据换向阀阀芯位置信息，准确计算出PWM信号的目标占空比，对车辆转向进行控制，实现CAN信号及PWM信号交替时，流量的无缝衔接，实现车辆转向的柔性及平稳性。

[0034] 进一步地，当所述位移传感器发生故障时，通过所述应急状态分析模块激活PWM信号，并发送至所述转向阀控制模块，所述转向阀控制模块根据预设的转向请求信号及PWM信号所需的目标占空比对应关系，输出对应的PWM信号（即目标电流信号），控制所述电控转向模块1.1中的电比例阀输出先导压力，推动换向阀1.2芯换向。

[0035] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述电控手柄2输出转向请求信号至第一控制器3，所述第一控制器3基于所述转向请求信号，计算出对应的泵排量调节信号，并根据所述泵排量调节信号对电控泵4进行实时控制，完成排量调节。在具体实施过程中，所述转向请求信号与泵排量调节信号之间存在预设的映射关系，预先被置入第一控制器3。

[0036] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述电控手柄2为双总线手柄，其与第一控制器3之间通过独立的第一CAN总线和第二CAN总线相连，当其中一个总线出现故障时，另一个总线晚于该出现故障的总线一个周期发送转向控制信号至第一控制器3，保证CAN总线
信号的连续，提高整个装置的安全性和可靠性。

[0037] 如图2所示，本发明实施例的工程机械电液转向柔性安全控制装置的工作原理为：当电控手柄2发出第一CAN总线控制信号（即手柄信号或转向请求信号），所述第一
CAN总线控制信号传输至第一控制器3，第一控制器3中的CAN总线校验模块基于第二控制器
发送的信号进行监督码（CRC码）总线校验，在进行总线校验时，对油温传感器、电流采集器的输出信号校验，当CAN总线校验模块判定CAN信号线正常时，进入总线位移模块，所述总线位移模块根据基于转向请求信号，计算出换向阀阀芯目标位移值（即目标位移信号），并将所述换向阀阀芯目标位移值以CAN信号形式发送给所述第二控制器中的电控转向模块1.1，
所述第二控制器基于接收到的换向阀阀芯目标位移值，并根据位移传感器采集到的换向阀
阀芯实际位移值与换向阀阀芯目标位移值进行比较，计算出位移误差值，根据位移误差值
进行PID调节，输出补偿后的电流值，利用补偿后的电流值控制所述电控转向模块1.1中的
电比例阀输出先导压力，推动换向阀1.2换向；同时转向请求信号经第一控制器3计算后，生成对应的泵排量调节信号，并根据所述泵排量调节信号对电控泵4进行实时控制，进行排量调节，当换向阀1.2换向后，电控泵4中压力油进入转向油缸6，完成车辆转向，实现车辆转向闭环控制，具体参见图5。

[0038] 当电控手柄2发出第一CAN总线控制信号（即手柄信号或转向请求信号），所述第一CAN总线控制信号传输至第一控制器3，第一控制器3中经过CAN总线校验模块，进行监督码（CRC码）总线校验，在进行总线校验时，对油温传感器、电流采集器的输出信号校验，当CAN总线校验模块判定CAN信号线故障时，进入应急状态分析模块，进行应急状态分析，所述应急状态分析模块激活PWM信号，并发送至所述转向阀控制模块；所述转向阀控制模块基于所述转向请求信号，计算得到换向阀阀芯目标位移值，并与位移传感器发出的换向阀阀芯实
际位移值进行位置误差计算，根据位移误差值进行PID控制，计算出换向阀目标电流，然后基于所述换向阀实际电流值，计算出PWM信号所需的目标占空比，并将所述PWM信号（即目标电流信号）通过PWM信号线发送至电控转向模块1.1中的电比例阀，控制所述电控转向模块
1.1中的电比例阀输出先导压力，推动换向阀1.2换向，当换向阀1.2换向后，电控泵4中压力油进入转向油缸6，完成车辆转向，并根据位移传感器采集到的换向阀阀芯实际位移值完成换向阀阀芯位移闭环控制，实现当电控转向模块1.1与第一控制器3之间的CAN信号线故障
时，PWM信号线快速根据车辆转向信息接管控制信号，实现车辆安全柔性应急转向功能，具体参见图5。

[0039] 当电控手柄2的第一CAN总线控制信号出现故障时，第二CAN总线晚于第一CAN总线一个周期发送控制信号至第一控制器3，保证CAN总线信号的连续。
实施例

[0040] 本发明提供了一种工程机械电液转向柔性安全控制方法，包括以下步骤：（1）利用电控手柄2发送转向请求信号至第一控制器3，使得第一控制器3生成CAN
信号或PWM信号；
（2）利用第一控制器3基于所述转向请求信号对电控泵4进行排量调节；
（3）利用电液转向单元1中的电控转向模块1.1，接收第一控制器3通过CAN信号线
发送的CAN总线信号或通过PWM信号线发送的PWM信号，并根据所述CAN信号或PWM信号，输出先导压力，推动电液转向单元1中与电控泵4相连通的换向阀1.2换向，进而使得与换向阀
1.2相连的转向油缸5运行。

[0041] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述电控转向模块1.1包括：第二控制器、温度传感器、电流采集器和电比例阀；所述电比例阀还与所述换向阀1.2相连；
所述工程机械电液转向柔性安全控制方法还包括：
利用温度传感器采集电控转向模块1.1中电比例阀的实际油温，并发送至第二控
制器，所述第二控制器通过CAN信号线将电比例阀的实际油温发送至第一控制器3；
利用电流采集器采集电控转向模块1.1中电比例阀的实际电流值，并发送至第二
控制器，所述第二控制器通过CAN信号线将电比例阀的实际电流值发送至第一控制器3。

[0042] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一控制器3包括CAN总线校验模块和总线位移模块；所述CAN总线校验模块与所述第二控制器相连；
所述工程机械电液转向柔性安全控制方法还包括：
利用位移传感器采集换向阀阀芯实际位移值，并发送至第一控制器3和第二控制
器；
当所述CAN总线校验模块基于所述第二控制器发送的信号通过CAN总线校验，表明
CAN信号线处于正常状态，则通过所述总线位移模块基于转向请求信号，计算出换向阀阀芯目标位移值（该计算过程为现有技术，本发明中不做过多的赘述），并将所述换向阀阀芯目标位移值以CAN信号形式通过CAN信号线发送给所述第二控制器，所述第二控制器基于接收
到的换向阀阀芯目标位移值，并根据位移传感器采集到的换向阀阀芯实际位移值与换向阀
阀芯目标位移值进行比较，计算出位移误差值，根据位移误差值进行PID调节，输出补偿后的电流值，利用补偿后的电流值控制所述电控转向模块1.1中的电比例阀输出先导压力，推动换向阀换向，完成换向阀1.2阀芯位移闭环控制。在具体实施过程中，所述当所述CAN总线校验模块基于所述第二控制器发送的信号通过CAN总线校验，可以具体包括：所述电比例阀的实际油温信号低于预设值，以及电比例阀的实际电流值位于设定的电流范围值内，则表
明CAN信号线处于正常状态，并未出现故障，否则认为CAN信号线处于故障状态。

[0043] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一控制器3还包括应急状态分析模块和转向阀控制模块；
所述工程机械电液转向柔性安全控制方法还包括：
当所述CAN总线校验模块基于所述第二控制器发送的信号无法通过CAN总线校验，
表明CAN信号线处于故障状态，则通过所述应急状态分析模块激活PWM信号，并将PWM信号发送至所述转向阀控制模块；所述转向阀控制模块基于所述转向请求信号，计算得到换向阀
阀芯目标位移值（该计算过程为现有技术，本发明中不做过多的赘述），并与换向阀阀芯实际位移值进行位置误差计算，根据位移误差值进行PID控制，计算出换向阀目标电流，然后基于所述换向阀实际电流值，计算出PWM信号所需的目标占空比（该计算过程为现有技术，本发明中不做过多的赘述），并将所述PWM信号发送至电控转向模块1.1中的电比例阀，控制所述电控转向模块1.1中的电比例阀输出先导压力，推动换向阀换向，并根据位移传感器采集到的换向阀阀芯实际位移值完成换向阀1.2阀芯位移闭环控制。可见，本发明实施例中，通过安装位移传感器，采用转向控制模块，当CAN信号线故障时，根据换向阀阀芯位置信息，准确计算出PWM信号的目标占空比，对车辆转向进行控制，实现CAN信号及PWM信号交替时，流量的无缝衔接，实现车辆转向的柔性及平稳性。

[0044] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述工程机械电液转向柔性安全控制方法还包括：
当所述位移传感器发生故障时，通过所述应急状态分析模块激活PWM信号，并发送
至所述转向阀控制模块，所述转向阀控制模块根据预设的转向请求信号及PWM信号所需的
目标占空比对应关系，输出对应的PWM信号（即目标电流信号），控制所述电控转向模块1.1中的电比例阀输出先导压力，推动换向阀1.2芯换向。

[0045] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，利用第一控制器3基于所述转向请求信号对电控泵4进行排量调节，具体包括：
利用所述电控手柄2输出转向请求信号至第一控制器3，所述第一控制器3基于所
述转向请求信号，计算出对应的泵排量调节信号，并根据所述泵排量调节信号对电控泵4进行实时控制，完成排量调节。在具体实施过程中，所述转向请求信号与泵排量调节信号之间存在预设的映射关系，预先被置入第一控制器3。

[0046] 在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述电控手柄2为双总线手柄，其与第一控制器3之间通过独立的第一CAN总线和第二CAN总线相连，所述工程机械电液转向柔性安
全控制方法还包括：
当其中一个总线出现故障时，利用另一个总线晚于该出现故障的总线一个周期发
送转向控制信号至第一控制器3，保证CAN总线信号的连续，提高装置安全性和稳定性。

[0047] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内
容的限制。

[0048] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本
发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其
等效物界定。