CN103395445A - 销轴铰接车辆转向角度检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种销轴铰接车辆转向角度检测方法及装置,旨在准确测得销轴铰接车辆前后车架的相对转向角度。本发明中的销轴铰接车辆转向角度检测方法为在左液压转向油缸和右液压转向油缸联合作用下,前车架以O点为圆心相对后车架偏转实现转向,此时前车架的特征线段AO与后车架的特征线段CO之间夹角的变化量即为车辆转向的角度。采用这种方法的销轴铰接车辆转向角度检测装置主要由角位移传感器、支撑座、联轴器以及联接轴组成,弧形梁的两端通过连接架固定联接在左液压转向油缸的缸体上,支撑座与前车架固定联接,角位移传感器的输入轴通过联轴器与联接轴固定联接,联接轴与拨杆的左端固定联接。本发明能准确测量销轴铰接车辆的转向角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆转向角度检测方法,具体地说是一种销轴铰接车辆线控转向角度检测方法。本发明还涉及一种采用此种方法的销轴铰接车辆线控转向角度检测装置。
背景技术
转向系统的功用是操纵车辆的行驶方向,系统应能根据需要保持车辆稳定地沿直线行驶,并能根据要求灵活地改变行驶方向。对转向系统的基本要求是操纵轻便灵活、工作稳定可靠、使用经济耐久。车辆的转向性能是保证车辆安全行驶,减轻驾驶员的劳动强度,提高作业生产率的重要因素,所以转向系统是决定车辆安全性和作业效率的关键总成。工程车辆如装载机、压路机等为实现良好的转弯性能多采用销轴铰接形式,该车辆的车架由前后两段车架组成,前、后车架用垂直铰销轴相连,并由转向油缸使前后车架保持或改变相对夹角从而使车辆以不同的弯道行驶半径在地面运行。
随着应用场合工况要求的提高和现代技术的发展,工程车辆各方面性能需要进一步提高,尤其是在转向系统方面,提出了转向稳定可靠、操作轻便灵活、转向功率足够大等技术要求,而原有的转向系统中存在着转向灵敏度、路感不可调节等问题,为提高转向性能,科技工作者致力于研究线控转向技术。它是通过微电子技术连接并控制转向系统的各个元件来代替传统的机械或液压连接。由于取消了方向盘和转向轮之间的机械连接,完全摆脱了传统转向系统的各种限制,因此使车辆的设计、装配大为简化,而且还可以自由设计车辆转向的力传递特性和角传递特性,是车辆转向系统的重大革新。线控转向技术采用传感器检测驾驶者的转向数据,然后通过数据线将信号传递给车上的微控制单元(MCU),MCU综合有关的信号做出判断,发出控制车辆转向的指令,然后MCU检测车辆转过的角度信号与给定指令比较,构成闭环反馈控制,实现稳定、安全的转向动作。现有的转向角度检测技术方案是在转向油缸的两端跨接安装轴向尺寸很大的直线位移传感器,通过测量转向油缸的伸缩量来间接测量车辆的转向角度,然而所需的传感器长度很大,由于转向油缸所处的位置低接近地面,工作过程中传感器容易受到洒落奔跳的物料的冲击以致破坏。销轴铰接车辆前车架与后车架铰接处装有球铰,转向行驶的过程中前车架与后车架之间伴随着扭转及俯仰等复杂的相对转动,故如何准确测得前后车架的相对转向角度成为线控转向系统研究中的一个关键问题。
因此设计一种销轴铰接车辆转向角度检测方法及装置变得非常有必要,有利于推动线控转向系统的开发、研制与应用。
发明内容
本发明提供的销轴铰接车辆转向角度检测方法及装置,能够准确测得前后车架的相对转向角度,避免因前后车架发生相对扭转、俯仰而引起的转角误差。
为达到上述目的,本发明采用下述销轴铰接车辆转向角度检测方法,具体步骤如下:
a)首先测量出或根据设计图纸计算出α、β、R及L的值,在销轴铰接车辆的链接中,O点为前后车架销轴铰接点,A点为左液压转向油缸与前车架销轴铰接点,C点为左液压转向油缸与后车架销轴铰接点,B点为右液压转向油缸与前车架销轴铰接点,D点为右液压转向油缸与后车架销轴铰接点,车辆处于可以直线行驶状态位置时,前车架的特征线段AO与后车架的特征线段CO之间的夹角为α,左液压转向油缸的长度特征线段为AC,左液压转向油缸的长度特征线段AC与前车架的特征线段AO之间的夹角为β,AC的值随销轴铰接车辆的转向而变化,当车辆安装完成后,前车架的特征线段AO与后车架的特征线段CO的长度为已知的固定值,前车架的特征线段AO的长度定义为R,后车架的特征线段CO的长度定义为L;
b)销轴铰接车辆向右转向时,利用安装在A点销轴铰接处的角位移传感器检测出左液压转向油缸的长度特征线段AC相对前车架的特征线段AO的偏转角γ,左液压转向油缸的长度特征线段AC与前车架特征线段AO之间的夹角变化为β-γ,车辆向右转向的实际角度θ与角度γ的关系是因此可以根据测量得到的左液压转向油缸的长度特征线段AC相对前车架的特征线段AO的偏转角γ,计算出车辆向右转向的实际角度θ;销轴铰接车辆向左转向时,同样利用安装在A点销轴铰接处的角位移传感器检测出左液压转向油缸的长度特征线段AC相对前车架的特征线段AO的偏转角λ,左液压转向油缸的长度特征线段AC与前车架的特征线段AO之间的夹角变化为β+λ,车辆向左转向的实际角度ω与角度λ的关系是因此可以根据测量得到的左液压转向油缸的长度特征线段AC相对前车架的特征线段AO的偏转角λ,计算出车辆向左转向的实际角度ω;
c)微控制单元MCU接收角位移传感器的信号判断车辆的转向方向为右转向或左转向,如果为向右转向,可以在线根据公式计算出销轴铰接车辆的转向角度;如果为向左转向,可以在线根据公式计算出销轴铰接车辆的转向角度;
d)微控制单元MCU也可以离线根据或计算出转向液压缸的偏转角度γ或λ与销轴铰接车辆的转向角度的对应值θ或ω,列成表格,在线检测时根据测出的液压缸的偏转角度和转向方向,利用查表程序得到销轴铰接车辆的转向角度值。
为此,本发明特提供一种采用此种测量方法的销轴铰接车辆转向角度检测装置:所述左液压转向油缸的缸体端与前车架通过左销轴铰接联接,所述左液压转向油缸的活塞杆端与后车架铰接联接,所述右液压转向油缸的缸体端与前车架铰接联接,所述右液压转向油缸的活塞杆端与后车架铰接联接,所述前车架与后车架通过销轴铰接联接,所述左销轴通过锁紧板与前车架固定联接,拨块下端槽口内的两个侧面与弧形梁的两个侧面动配合联接,所述拨块上端槽口内的两个侧面与拨杆右端的两个侧面动配合联接,轴承通过短轴安装在拨块下端槽口内,所述拨块下侧通过弹簧联接在连接架上,在弹簧的作用下,所述轴承的外圈与弧形梁的上表面相接触,所述弧形梁的两端通过连接架固定联接在左液压转向油缸的缸体上,所述弧形梁是以左液压转向油缸的活塞杆轴心线为中心线的圆弧形状,支撑座与前车架固定联接,角位移传感器安装在支撑座上,所述角位移传感器的输入轴通过联轴器与联接轴的上端固定联接,所述联接轴的下端通过轴承安装在轴承座内,所述轴承座与前车架固定联接,所述角位移传感器与联接轴及左销轴的轴心线重叠在一条直线上,所述拨杆与拨块动配合联接以外的另一端与联接轴固定联接。
所述角位移传感器的输入轴的轴心线与左销轴的轴心线同心安装,所述角位移传感器为轴角编码器,所述角位移传感器为旋转电位器角位移传感器,所述角位移传感器为感应同步器角位移传感器,所述角位移传感器为差动变压器角位移传感器,所述角位移传感器为光栅角位移传感器,所述角位移传感器为电容角位移传感器。
采用本发明的有益效果是,转向油缸与前车架的铰接处由前后车架的扭转及俯仰运动产生的附加运动比较小,在转向油缸与前车架的铰接处的空间比较封闭,不会受到洒落奔跳的物料的冲击,安全性好,能很好地实现前后车架相对转向角度的准确测量,有很好的推广应用价值。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明所述销轴铰接车辆转向角度检测装置主视图;
图2是图1的G-G剖视图;
图3是图1的H-H剖视图;
图4是图3的局部结构图;
图5是图3的E-E剖视图;
图6是本发明所述销轴铰接车辆转向角度检测方法右转向运动简图;
图7是本发明所述销轴铰接车辆转向角度检测方法左转向运动简图。
图中:角位移传感器1支撑座2联轴器3左销轴4联接轴5前车架6后车架7右液压转向油缸8左液压转向油缸9拨杆10拨块11弧形梁12连接架13轴承14弹簧15短轴16轴承座17
具体实施方式
如图2、图6、图7所示,在销轴铰接车辆的链接中,O点为前后车架销轴铰接点,A点为左液压转向油缸9与前车架6销轴铰接点,C点为左液压转向油缸9与后车架7销轴铰接点,B点为右液压转向油缸8与前车架6销轴铰接点,D点为右液压转向油缸8与后车架7销轴铰接点,AOB表示前车架6,COD表示后车架7,车辆处于可以直线行驶状态位置时,前车架6的特征线段AO与后车架7的特征线段CO之间的夹角为α,左液压转向油缸9的长度特征线段为AC,左液压转向油缸9的长度特征线段AC与前车架6的特征线段AO之间的夹角为β,AC的值随销轴铰接车辆的转向而变化,当车辆安装完成后,前车架6的特征线段AO与后车架7的特征线段CO的长度为已知的固定值,前车架6的特征线段AO的长度定义为R,后车架7的特征线段CO的长度定义为L。
销轴铰接车辆转向时,两个转向液压油缸的工作过程为下述两种情况:如图2所示,左转向时,左液压转向油缸9的长度特征线段AC缩短和右液压转向油缸8的长度特征线段BD伸长;右转向时,左液压转向油缸9的长度特征线段AC伸长和右液压转向油缸8的长度特征线段BD缩短。在左液压转向油缸9和右液压转向油缸8的联合作用下,使前车架6以O点为圆心相对后车架7偏转实现转向,此时前车架6的特征线段AO与后车架7的特征线段CO之间夹角的变化量即为车辆转向的角度,车辆向右转向时,如图6所示,A点向右移动到A′点,B点向右移动到B′点,前车架6特征线段AO与后车架7特征线段CO之间夹角的变为α+θ、变化量为θ,θ即为车辆的转向角度,同时左液压转向油缸9的长度特征线段AC与前车架6特征线段AO之间夹角的变为β-γ、变化量为γ,γ为车辆向右转向时左液压转向油缸9的偏转角度;车辆向左转向时,如图7所示,A点向左移动到A′点,B点向左移动到B′点,前车架6特征线段AO与后车架7特征线段CO之间夹角的变为α-ω、变化量为ω,ω即为车辆的转向角度,同时左液压转向油缸9的长度特征线段AC与前车架6特征线段AO之间夹角的变为β+λ、变化量为λ,λ为车辆向左转向时左液压转向油缸9的偏转角度。
如图1、图2、图3、图4及图5所示的销轴铰接车辆转向角度检测装置,所述左液压转向油缸9的缸体端与前车架6通过左销轴4铰接联接,所述左液压转向油缸9的活塞杆端与后车架7通过销轴铰接联接,所述右液压转向油缸8的缸体端与前车架6通过销轴铰接联接,所述右液压转向油缸8的活塞杆端与后车架7通过销轴铰接联接,所述前车架6与后车架7通过销轴铰接联接,所述左销轴4通过锁紧板和螺栓与前车架6固定联接,拨块11下端槽口内的两个侧面与弧形梁12的两个侧面动配合联接,所述拨块11上端槽口内的两个侧面与拨杆10右端的两个侧面动配合联接,轴承14通过短轴16安装在拨块11下端槽口内,所述拨块11下侧通过弹簧15联接在连接架13上,在弹簧15的作用下,所述轴承14的外圈与弧形梁12的上表面相接触,所述弧形梁12的两端通过连接架13固定联接在左液压转向油缸9的缸体上,所述弧形梁12是以左液压转向油缸9的活塞杆轴心线为中心线的圆弧形状,支撑座2与前车架6焊接联接,角位移传感器1与支撑座2通过螺栓联接,所述角位移传感器1的输入轴通过联轴器3与联接轴5的上端固定联接,所述联接轴5的下端通过轴承安装在轴承座17内,所述轴承座17与前车架6固定联接,所述角位移传感器1与联接轴5及左销轴4的轴心线重叠在一条直线上,所述拨杆10与拔块11动配合联接以外的另一端与联接轴5固定联接。所述角位移传感器1的输入轴的轴心线与左销轴4的轴心线同心安装,所述角位移传感器1为轴角编码器,也可以采用旋转电位器、感应同步器、差动变压器、光栅角或电容角位移传感器。
销轴铰接车辆是在转向油缸的推动下完成转向的,转向油缸会转动一定的角度,固定在左液压转向油缸9缸体上的拨块11带动拨杆10也会转过同样的角度,拨杆10通过联接轴5带动角位移传感器1的输入轴转过同样的角度,角位移传感器1产生电信号并输出,测得转向油缸的偏转角度,然后计算出车辆的转向角度。当前车架6与左液压转向油缸9发生非转向方向的相对扭转时,弧形梁12就会依附着轴承14相对拨块11进行摆动,此运动不会使拨块11带动拨杆10转动,不会产生附加的转角误差;当前车架6与左液压转向油缸9发生非转向方向的相对俯仰摆动时,安装在拨块11槽口内拨杆10的一端会在槽口内上下移动,此运动不会使拨块11带动拨杆10转动,不会产生附加的转角误差,从而可以实现准确测量销轴铰接车辆转向油缸的转向角度的目的。
Claims (9)
1.一种销轴铰接车辆转向角度检测方法,其特征在于采用下述步骤:
a)首先测量出或根据设计图纸计算出α、β、R及L的值,在销轴铰接车辆的链接中,O点为前后车架销轴铰接点,A点为左液压转向油缸(9)与前车架(6)销轴铰接点,C点为左液压转向油缸(9)与后车架(7)销轴铰接点,B点为右液压转向油缸(8)与前车架(6)销轴铰接点,D点为右液压转向油缸(8)与后车架(7)销轴铰接点,车辆处于可以直线行驶状态位置时,前车架(6)的特征线段AO与后车架(7)的特征线段CO之间的夹角为α,左液压转向油缸(9)的长度特征线段为AC,左液压转向油缸(9)的长度特征线段AC与前车架(6)的特征线段AO之间的夹角为β,AC的值随销轴铰接车辆的转向而变化,当车辆安装完成后,前车架(6)的特征线段AO与后车架(7)的特征线段CO的长度为已知的固定值,前车架(6)的特征线段AO的长度定义为R,后车架(7)的特征线段CO的长度定义为L;
b)销轴铰接车辆向右转向时,利用安装在A点销轴铰接处的角位移传感器(1)检测出左液压转向油缸(9)的长度特征线段AC相对前车架(6)的特征线段AO的偏转角γ,左液压转向油缸(9)的长度特征线段AC与前车架(6)特征线段AO之间的夹角变化为β-γ,车辆向右转向的实际角度θ与角度γ的关系是 因此可以根据测量得到的左液压转向油缸(9)的长度特征线段AC相对前车架(6)的特征线段AO的偏转角γ,计算出车辆向右转向的实际角度θ;销轴铰接车辆向左转向时,同样利用安装在A点销轴铰接处的角位移传感器(1)检测出左液压转向油缸(9)的长度特征线段AC相对前车架(6)的特征线段AO的偏转角λ,左液压转向油缸(9)的长度特征线段AC与前车架(6)的特征线段AO之间的夹角变化为β+λ,车辆向左转向的实际角度ω与角度λ的关系是因此可以根据测量得到的左液压转向油缸(9)的长度特征线段AC相对前车架(6)的特征线段AO的偏转角λ,计算出车辆向左转向的实际角度ω;
c)微控制单元MCU接收角位移传感器(1)的信号判断车辆的转向方向为右转向或左转向,如果为向右转向,可以在线根据公式计算出销轴铰接车辆的转向角度;如果为向左转向,可以在线根据公式计算出销轴铰接车辆的转向角度;
2.一种实施权利要求1所述方法的销轴铰接车辆转向角度检测装置,所述左液压转向油缸(9)的缸体端与前车架(6)通过左销轴(4)铰接联接,所述左液压转向油缸(9)的活塞杆端与后车架(7)铰接联接,所述右液压转向油缸(8)的缸体端与前车架(6)铰接联接,所述右液压转向油缸(8)的活塞杆端与后车架(7)铰接联接,所述前车架(6)与后车架(7)通过销轴铰接联接,所述左销轴(4)通过锁紧板与前车架(6)固定联接,拨块(11)下端槽口内的两个侧面与弧形梁(12)的两个侧面动配合联接,所述拨块(11)上端槽口内的两个侧面与拨杆(10)右端的两个侧面动配合联接,轴承(14)通过短轴(16)安装在拨块(11)下端槽口内,其特征是,主要由角位移传感器(1)、支撑座(2)、联轴器(3)、联接轴(5)、连接架(13)、弹簧(15)以及轴承座(17)组成,所述拨块(11)下侧通过弹簧(15)联接在连接架(13)上,在弹簧(15)的作用下,所述轴承(14)的外圈与弧形梁(12)的上表面相接触,所述弧形梁(12)的两端通过连接架(13)固定联接在左液压转向油缸(9)的缸体上,所述弧形梁(12)是以左液压转向油缸(9)的活塞杆轴心线为中心线的圆弧形状,所述支撑座(2)与前车架(6)固定联接,所述角位移传感器(1)安装在支撑座(2)上,所述角位移传感器(1)的输入轴通过联轴器(3)与联接轴(5)的上端固定联接,所述联接轴(5)的下端通过轴承安装在轴承座(17)内,所述轴承座(17)与前车架(6)固定联接,所述角位移传感器(1)与联接轴(5)及左销轴(4)的轴心线重叠在一条直线上,所述拨杆(10)与拨块(11)动配合联接以外的另一端与联接轴(5)固定联接。
3.根据权利要求2所述的销轴铰接车辆转向角度检测装置,其特征在于:所述角位移传感器(1)的输入轴的轴心线与左销轴(4)的轴心线同心安装。
4.根据权利要求2所述的销轴铰接车辆转向角度检测装置,其特征在于:所述角位移传感器(1)为轴角编码器。
5.根据权利要求2所述的销轴铰接车辆转向角度检测装置,其特征在于:所述角位移传感器(1)为旋转电位器角位移传感器。
6.根据权利要求2所述的销轴铰接车辆转向角度检测装置,其特征在于:所述角位移传感器(1)为感应同步器角位移传感器。
7.根据权利要求2所述的销轴铰接车辆转向角度检测装置,其特征在于:所述角位移传感器(1)为差动变压器角位移传感器。
8.根据权利要求2所述的销轴铰接车辆转向角度检测装置,其特征在于:所述角位移传感器(1)为光栅角位移传感器。
9.根据权利要求2所述的销轴铰接车辆转向角度检测装置,其特征在于:所述角位移传感器(1)为电容角位移传感器。
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