CN104960572B - 具有四轮转向的商用车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有四轮转向的商用车，包括后转向桥以及后轮转向控制器，其中，后转向桥包括后轮转向驱动桥和后轮转向回正机构，后轮转向驱动桥包括桥体、分别位于桥体两端的左转向节和右转向节、两转向节臂、分别固定于左转向节和右转向节上的两梯形臂，以及连接两梯形臂的后转向横拉杆；后轮转向回正机构包括液压回正缸以及依次连接的电机、后轮转向机、转向摇臂和后轮转向拉杆，一转向节臂与后轮转向拉杆连接以驱动后轮转向，另一转向节臂与液压回正缸的活塞杆连接，后轮转向控制器与电机电连接，后轮转向控制器还与后轮转向机的液压源的液压电磁阀电连接。本商用车实现了四轮转向，同时提高了其机动性和操纵稳定性。

Description

具有四轮转向的商用车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种具有四轮转向的商用车。

背景技术

四轮转向作为汽车底盘控制领域的革命性技术，能极大改善汽车的操纵稳定性和机动性。目前四轮转向技术已经运用到轿车上，但对于商用车领域国内却少有涉足，四轮转向技术对于提高商用车的机动性和操纵稳定性具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有四轮转向的商用车，旨在实现商用车的四轮转向，同时提高其机动性和操纵稳定性。

为实现上述目的，本发明提供一种具有四轮转向的商用车，包括后转向桥，以及用于采集方向盘与车身的转向信息并根据采集的转向信息来控制后轮转向的后轮转向控制器，其中，所述后转向桥包括后轮转向驱动桥和后轮转向回正机构，

所述后轮转向驱动桥包括桥体、分别位于所述桥体两端的左转向节和右转向节、分别固定于左转向节和右转向节上的两转向节臂、分别固定于左转向节和右转向节上的两梯形臂，以及连接两所述梯形臂的后转向横拉杆；所述左转向节和右转向节分别与两后轮的轮毂固定连接以驱动其转向；

所述后轮转向回正机构包括液压回正缸以及依次连接的电机、后轮转向机、转向摇臂和后轮转向拉杆，一转向节臂与所述后轮转向拉杆连接以驱动后轮转向，另一所述转向节臂与液压回正缸的活塞杆连接，所述后轮转向控制器与电机电连接，所述后轮转向控制器还与后轮转向机的液压源的液压电磁阀电连接；

当后轮转向时，所述后轮转向控制器控制电机的转轴的转向、转角及转速并控制液压电磁阀的开合，所述电机带动后轮转向机运转，液压源对后轮转向机提供液压，以实现转向助力，通过转向摇臂和后轮转向拉杆驱动一所述转向节臂绕主销轴线转动以使后轮转向；当后轮回正时，所述液压回正缸的活塞杆带动另一所述转向节臂转动使后轮回正。

优选地，所述后轮转向机和液压回正缸的液压源采用双联泵方案，其中一路为常流，为前转向机构提供液压；另一路作为选通使用，用于为后轮转向机和液压回正缸提供液压。

优选地，所述液压源包括第一油泵、第二油泵、第一节流阀、第二节流阀、第一溢流阀、第二溢流阀以及两位三通电磁阀，其中，

发动机与第一油泵和第二油泵连接以带动第一油泵和第二油泵转动；所述第一油泵的一端与油箱连通，另一端作为第一进油口通过管路与第一节流阀连通；所述第一节流阀远离第一油泵的一端为第一出油口；所述第二油泵的一端与油箱连通，另一端作为第二进油口通过管路与所述第二节流阀连通；所述两位三通电磁阀的入口与所述第二节流阀连通，两位三通电磁阀的第一出口为第二出油口，两位三通电磁阀的第二出口为第一回油口，所述第一溢流阀的入口与所述第一油泵和第一节流阀之间的管路连接，该第一溢流阀的出口为第二回油口；所述第二溢流阀的入口与所述第二油泵和第二节流阀之间的管路连接，所述第二溢流阀的出口与所述两位三通电磁阀的第二出口通过管路连接，所述第二出油口与后轮转向机和液压回正缸连接；当所述两位三通电磁阀通电时，第一出口导通，第二出口关闭；当所述两位三通电磁阀断电时，所述第一出口闭合，第二出口导通。

优选地，所述后轮转向机的液压源采用电动液压泵，通过车载电池对所述电动液压泵进行供电。

优选地，所述后轮转向拉杆的两端通过球头销分别连接转向节臂和转向摇臂，所述后轮转向机通过万向节与所述电机的转轴连接。

优选地，所述后轮转向控制器包括电源模块、传感器模块、通信模块、电磁阀驱动模块、电机控制模块以及控制模块，其中，所述控制模块分别与电源模块、传感器模块、通信模块、电磁阀驱动模块和电机控制模块电连接，所述控制模块用于根据传感器模块的所采集的信号，控制液压源相应液压电磁阀开合，并计算后轮转角，控制电机的转轴的转向、转角及转速，使后轮和前轮协同转向；所述电磁阀驱动模块根据所述控制模块的控制信号，控制液压源相应液压电磁阀开合；所述电机控制模块根据所述控制模块的控制信号，控制电机的转轴的转向、转角及转速；所述传感器模块用于采集方向盘与车身的转向信息；所述电源模块用于对控制模块进行供电。

优选地，所述传感器模块具体包括：

方向盘角度传感器，用于采集方向盘角度信号；

车速测量传感器，用于采集整车车速；

绝对式光电编码器，用于采集后轮的当前转角信号；

三轴倾角传感器，用于采集车身倾角信号；

液压压力继电器，用于采集后轮转向机和液压回正缸的液压源的液压压力信号。

优选地，所述通信模块包括三路CAN通信模块和一路RS232串口通信模块。

优选地，所述通信模块的三路CAN总线，其中一路CAN总线用于与整车控制器通信，其余两路用于与传感器及监控系统的通信。

优选地，所述后轮转向控制器还包括与所述控制模块电连接的报警模块，该报警模块用于当车速大于预设车速阈值、传感器模块工作异常或液压源工作异常时发出警报以提示用户。

本发明提出的具有四轮转向的商用车，采用电机加液压驱动的方法，一方面实现了后轮转向和回正功能，另一方面保证其行驶稳定性和操纵稳定性。另外，因现有技术中纯机械结构式的转向机构存在结构复杂，对整个车架及底盘结构改动很大的问题，而纯液压式的转向结构是通过控制液压缸行程来完成四轮转向，其存在着控制难度大、机构响应速度慢、以及驾驶员操作复杂的问题，而本商用车结构简单，通过电机驱动加液压助力，电机带动后轮转向机，后轮转向机通过液压助力，再推动转向节臂，其对底盘结构的改动小，同时还具有响应速度快、控制难度小的优点，降低了对驾驶员的操作要求。

附图说明

图1为本发明具有四轮转向的商用车优选实施例中底盘的俯视结构示意图；

图2为本发明具有四轮转向的商用车优选实施例中底盘的侧视结构示意图；

图3为本发明具有四轮转向的商用车优选实施例中后转向桥一视角的结构示意图；

图4为本发明具有四轮转向的商用车优选实施例中后转向桥另一视角的结构示意图；

图5为本发明具有四轮转向的商用车优选实施例中液压源的结构示意图；

图6为本发明具有四轮转向的商用车在实施双联泵方案时的原理示意图；

图7为本发明具有四轮转向的商用车在实施电动液压泵方案时的原理示意图；

图8本发明具有四轮转向的商用车优选实施例中后轮转向控制器的原理框图。

图中，1-方向盘，2-前轮转向拉杆，3-前转向桥，4-前转向横拉杆，5-发动机支架，7-车架纵梁，8-传动轴支架，9-横向加强梁，10-纵向加强梁，13-钢板弹簧，14-后转向横拉杆，15-后轮转向驱动桥，16-桥体，21-前轮，22-后轮，23-转向节臂，27-梯形臂，29-法兰盘，30-后轮转向拉杆，31-电机，32-后轮转向机，33-液压回正缸，34-转向摇臂，35-固定支架，36-第一油泵，37-第二油泵，38-发动机，39-第一节流阀，40-第二节流阀，41-第一溢流阀，42-第二溢流阀，43-两位三通电磁阀，44-电源模块，45-传感器模块，46-通信模块，47-电磁阀驱动模块，48-电机控制模块，49-控制模块，50-后轮转向回正机构，51-双联泵，52-液压电磁阀，53-后轮转向控制器，54-第一电池组，55-第二电池组，56-电动液压泵，57-报警模块。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1至图4，本优选实施例中，一种具有四轮转向的商用车，包括后转向桥，以及用于采集方向盘1与车身的转向信息（车身的转向信息包括车速值、后轮22的当前转角值以及车身倾角值，方向盘1的转向信息包括方向盘1的转角值、角速度值以及角加速度值）并根据采集的转向信息来控制后轮22转向的后轮转向控制器53，其中，后转向桥包括后轮转向驱动桥15和后轮转向回正机构50，

后轮转向驱动桥15包括桥体16、分别位于桥体16两端的左转向节和右转向节、分别固定于左转向节和右转向节上的两转向节臂23、分别固定于左转向节和右转向节上的两梯形臂27，以及连接两梯形臂27的后转向横拉杆14；左转向节和右转向节分别与两后轮22的轮毂固定连接以驱动其转向；

后轮转向回正机构50包括液压回正缸33以及依次连接的电机31、后轮转向机32、转向摇臂34和后轮转向拉杆30，一转向节臂23与后轮转向拉杆30连接以驱动后轮22转向，另一转向节臂23与液压回正缸33的活塞杆连接，后轮转向控制器53与电机31电连接，后轮转向控制器53还与后轮转向机32的液压源的液压电磁阀52电连接；

当后轮22转向时，后轮转向控制器53控制电机31的转轴的转向、转角及转速并控制液压电磁阀52的开合，电机31带动后轮转向机32运转，液压源对后轮转向机32提供液压，以实现转向助力，通过转向摇臂34和后轮转向拉杆30驱动一转向节臂23绕主销轴线转动以使后轮22转向；当后轮22回正时，液压回正缸33的活塞杆带动另一转向节臂23转动使后轮22回正。

前转向桥3由前转向机构驱动，从而带动前轮21转向。前转向机构主要包括依次连接的方向盘1、前轮转向拉杆2和前转向横拉杆4。

具体地，后轮转向拉杆30的两端通过球头销分别连接转向节臂23和转向摇臂34，后轮转向机32通过万向节与电机31的转轴连接。桥体16通过法兰盘29与传动轴直接连接以使后轮22获得驱动力。液压回正缸33的缸体通过球头销与固定支架35连接，固定支架35通过衬块和螺栓固定于桥体16上。电机31为伺服电机。本商用车的车架上设有多个加强梁。加强梁包括横向加强梁9（横向加强梁9的两端与两车架纵梁7连接）和纵向加强梁10，从而使车身结构强度增加，以满足四轮转向过程中对车身的拉伸扭转需求。前轮21和后轮22均采用单胎结构，后轮22的单胎胎面宽于前轮21的单胎胎面，后轮22的负载能力大，使其在转向过程轻便且阻力小，同时能够保证后轮22有较大的转角范围，而不与车架纵梁7和钢板弹簧13发生运动干涉。

参照图5至图7，液压源可采用多种方案，本实施例在此提供两种液压源方案。

参照图5和图6，第一种为：后轮转向机32和液压回正缸33的液压源采用双联泵方案，其中一路为常流，为前转向机构提供液压；另一路作为选通使用（如通过两位三通电磁阀可实现选通），用于为后轮转向机32和液压回正缸33提供液压。

参照图5，具体地，液压源包括第一油泵36、第二油泵37、第一节流阀39、第二节流阀40、第一溢流阀41、第二溢流阀42以及两位三通电磁阀43，其中，

发动机38与第一油泵36和第二油泵37连接以带动第一油泵36和第二油泵37转动；第一油泵36的一端与油箱连通，另一端作为第一进油口通过管路与第一节流阀39连通；第一节流阀39远离第一油泵36的一端为第一出油口（与前转向机构连接）；第二油泵37的一端与油箱连通，另一端作为第二进油口通过管路与第二节流阀40连通；两位三通电磁阀43的入口与第二节流阀40连通，两位三通电磁阀43的第一出口为第二出油口，两位三通电磁阀43的第二出口为第一回油口，第一溢流阀41的入口与第一油泵36和第一节流阀39之间的管路连接，该第一溢流阀41的出口为第二回油口；第二溢流阀42的入口与第二油泵37和第二节流阀40之间的管路连接，第二溢流阀42的出口与两位三通电磁阀43的第二出口通过管路连接，第二出油口与后轮转向机32和液压回正缸33连接；当两位三通电磁阀43通电时，第一出口导通，第二出口关闭；当两位三通电磁阀43断电时，第一出口闭合，第二出口导通。通过第一节流阀39、第二节流阀40、第一溢流阀41和第二溢流阀42调节管路中的流量和压力。

当需要后轮22转向时，对两位三通电磁阀43进行通电，从而对后轮22转向机进行供油助力以驱动后轮22转向。当不需要后轮22转向时，对两位三通电磁阀43进行断电即可，此时，液压油回流油箱。

采用这种方案，通过发动机38带动两个油泵同时泵油，提高了泵油量。这种方案具有节约能源、提高了传动效率、减少了能量浪费的优点。另外，通过设置第一溢流阀41和第二溢流阀42，提高了液压源的工作可靠性。

参照图7，第二种为：后轮转向机32的液压源采用电动液压泵56，通过车载电池对电动液压泵56进行供电。具体地，车载电池包含第一电池组54和第二电池组55，第一电池组54和第二电池组55采用电池隔离器并联连接。第一电池组54为车载用电器提供电源，第二电池组55仅为电动液压泵56提供电源。充电时，汽车发电机可为两组电池同时充电；放电时，当其中一组电池的电压低于浮充值时，双并联电池组间断开。

这种方案对发动机38的结构改动小，能够降低制造成本。具体可根据实际实用需求灵活选择上述两种液压源方案中的一种。

具体地，参照图8，后轮转向控制器53包括电源模块44、传感器模块45、通信模块46、电磁阀驱动模块47、电机控制模块48以及控制模块49，其中，控制模块49分别与电源模块44、传感器模块45、通信模块46、电磁阀驱动模块47和电机控制模块48电连接，控制模块49用于根据传感器模块45的所采集的信号，控制液压源相应的液压电磁阀52开合，并计算后轮转角，控制电机31的转轴的转向、转角及转速，使后轮22和前轮21协同转向；电磁阀驱动模块47根据控制模块49的控制信号，控制液压源相应液压电磁阀52开合；电机控制模块48根据控制模块49的控制信号，控制电机31的转轴的转向、转角及转速；传感器模块45用于采集方向盘1与车身的转向信息；电源模块44用于对控制模块49进行供电。

电机31的转轴的转向是指相对于转轴轴线顺时针或逆时针旋转，从而带动转向节臂23左摆或右摆，以相应带动后轮22左转或右转。

电机31的转轴的转角是指相对于其初始状态时转动的角度，从而控制转向节臂23左摆或右摆的幅度，进而达到控制后轮22转向角度的目的。

控制电机31转轴的转速，从而达到控制后轮22转向响应速度的目的。

本实施例中，传感器模块45具体包括：

方向盘角度传感器，用于采集方向盘1角度信号（包括方向盘1的转角值、角速度值以及角加速度值）；

车速测量传感器，用于采集整车车速；

绝对式光电编码器，用于采集后轮22的当前转角信号（即后轮22的当前转角值）；

三轴倾角传感器，用于采集车身倾角信号；

液压压力继电器，用于采集后轮转向机32和液压回正缸33的液压源的液压压力信号。通过液压压力继电器检测的信号可获取当前液压源是否工作正常，从而便于用户了解当前液压源的工作情况。绝对式光电编码器通过SSI总线与控制模块49通信。方向盘角度信号、车速信号、车身加速度及倾角信号通过CAN总线发送至控制模块49。

进一步地，后轮转向控制器53还包括与控制模块49电连接的报警模块57，该报警模块57用于当车速大于预设车速阈值、传感器模块45工作异常（当未接收到传感器模块45发出的信号或传感器模块45发出的信号异常时）或液压源工作异常（通过液压压力继电器采集的信号来确认）时发出警报以提示用户。

通信模块46包括三路CAN通信模块和一路RS232串口通信模块。

通信模块46中三路CAN总线相互独立，互不干扰，其中一路CAN总线用于与整车控制器通信，其余两路用于与传感器及监控系统的通信。多路CAN总线避免传感器与整车CAN网络及监控CAN网络相互干扰，方便加装或改装后轮转向控制器53。

本商用车的工作原理如下：当接收到用户发出的转向信号（转向信号有同侧转向和异侧转向，在车上设置有相应按钮）时，传感器模块45采集当前的方向盘1与车身转向信息，控制模块49根据当前的方向盘1与车身转向信息，通过前馈和PID控制算法，计算得到后轮22的目标转角值，相应转化为电机31的转向、转角及转速信息，通过电机控制模块48控制电机31，同时电磁阀驱动模块47控制后轮转向机32的液压电磁阀52打开，液压源对后轮转向机32进行助力，电机31根据转向信号带动后轮转向机32提供转向动力，进而带动转向摇臂34推动后轮转向拉杆30和转向节臂23，再通过梯形臂27和后转向横拉杆14的传递作用，从而带动两后轮22完成转向动作，此时，液压回正缸33卸压，内部液压油为低压状态，可自由流进流出，液压回正缸33的活塞杆可随着后轮22左右转向而自由伸缩（即活塞杆处于随动状态）。

当接收到用户发出的回正信号（即对中模式）时，高压液压油进入液压回正缸33内，推动内部活塞，进而推动活塞杆并带动转向节臂23运动，使后轮22回正，并且通过内部保压，将后轮22锁定在回正状态，这个过程中后轮转向机32处于随动状态。

本实施例提出的具有四轮转向的商用车，采用电机加液压驱动的方法，一方面实现了后轮22转向和回正功能，另一方面保证其行驶稳定性和操纵稳定性。另外，因现有技术中纯机械结构式的转向机构存在结构复杂，对整个车架及底盘结构改动很大的问题，而纯液压式的转向结构是通过控制液压缸行程来完成四轮转向，其存在着控制难度大、机构响应速度慢、以及驾驶员操作复杂的问题，而本商用车结构简单，通过电机驱动加液压助力，电机31带动后轮转向机32，后轮转向机32通过液压助力，再通过转向摇臂34和后轮转向拉杆30，推动转向节臂23，本商用车对底盘结构的改动小，同时还具有响应速度快、控制难度小的优点，降低了对驾驶员的操作要求。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有四轮转向的商用车，其特征在于，包括后转向桥，以及用于采集方向盘与车身的转向信息并根据采集的转向信息来控制后轮转向的后轮转向控制器，其中，所述后转向桥包括后轮转向驱动桥和后轮转向回正机构，

所述后轮转向驱动桥包括桥体、分别位于所述桥体两端的左转向节和右转向节、分别固定于左转向节和右转向节上的两转向节臂、分别固定于左转向节和右转向节上的两梯形臂，以及连接两所述梯形臂的后转向横拉杆；所述左转向节和右转向节分别与两后轮的轮毂固定连接以驱动其转向；

所述后轮转向回正机构包括液压回正缸以及依次连接的电机、后轮转向机、转向摇臂和后轮转向拉杆，一转向节臂与所述后轮转向拉杆连接以驱动后轮转向，另一所述转向节臂与液压回正缸的活塞杆连接，所述后轮转向控制器与电机电连接，所述后轮转向控制器还与后轮转向机的液压源的液压电磁阀电连接；

当后轮转向时，所述后轮转向控制器控制电机的转轴的转向、转角及转速并控制液压电磁阀的开合，所述电机带动后轮转向机运转，液压源对后轮转向机提供液压，以实现转向助力，通过转向摇臂和后轮转向拉杆驱动一所述转向节臂绕主销轴线转动以使后轮转向；当后轮回正时，所述液压回正缸的活塞杆带动另一所述转向节臂转动使后轮回正；所述后轮转向机和液压回正缸的液压源采用双联泵方案，其中一路为常流，为前转向机构提供液压；另一路作为选通使用，用于为后轮转向机和液压回正缸提供液压；所述液压源包括第一油泵、第二油泵、第一节流阀、第二节流阀、第一溢流阀、第二溢流阀以及两位三通电磁阀，其中，

发动机与第一油泵和第二油泵连接以带动第一油泵和第二油泵转动；所述第一油泵的一端与油箱连通，另一端作为第一进油口通过管路与第一节流阀连通；所述第一节流阀远离第一油泵的一端为第一出油口；所述第二油泵的一端与油箱连通，另一端作为第二进油口通过管路与所述第二节流阀连通；所述两位三通电磁阀的入口与所述第二节流阀连通，两位三通电磁阀的第一出口为第二出油口，两位三通电磁阀的第二出口为第一回油口，所述第一溢流阀的入口与所述第一油泵和第一节流阀之间的管路连接，该第一溢流阀的出口为第二回油口；所述第二溢流阀的入口与所述第二油泵和第二节流阀之间的管路连接，所述第二溢流阀的出口与所述两位三通电磁阀的第二出口通过管路连接，所述第二出油口与后轮转向机和液压回正缸连接；当所述两位三通电磁阀通电时，第一出口导通，第二出口关闭；当所述两位三通电磁阀断电时，所述第一出口闭合，第二出口导通。

2.如权利要求1所述的具有四轮转向的商用车，其特征在于，所述后轮转向机的液压源采用电动液压泵，通过车载电池对所述电动液压泵进行供电。

3.如权利要求1所述的具有四轮转向的商用车，其特征在于，所述后轮转向拉杆的两端通过球头销分别连接转向节臂和转向摇臂，所述后轮转向机通过万向节与所述电机的转轴连接。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的具有四轮转向的商用车，其特征在于，所述后轮转向控制器包括电源模块、传感器模块、通信模块、电磁阀驱动模块、电机控制模块以及控制模块，其中，所述控制模块分别与电源模块、传感器模块、通信模块、电磁阀驱动模块和电机控制模块电连接，所述控制模块用于根据传感器模块的所采集的信号，控制液压源相应液压电磁阀开合，并计算后轮转角，控制电机的转轴的转向、转角及转速，使后轮和前轮协同转向；所述电磁阀驱动模块根据所述控制模块的控制信号，控制液压源相应液压电磁阀开合；所述电机控制模块根据所述控制模块的控制信号，控制电机的转轴的转向、转角及转速；所述传感器模块用于采集方向盘与车身的转向信息；所述电源模块用于对控制模块进行供电。

5.如权利要求4所述的具有四轮转向的商用车，其特征在于，所述传感器模块具体包括：

方向盘角度传感器，用于采集方向盘角度信号；

车速测量传感器，用于采集整车车速；

绝对式光电编码器，用于采集后轮的当前转角信号；

三轴倾角传感器，用于采集车身倾角信号；

液压压力继电器，用于采集后轮转向机和液压回正缸的液压源的液压压力信号。

6.如权利要求4所述的具有四轮转向的商用车，其特征在于，所述通信模块包括三路CAN通信模块和一路RS232串口通信模块。

7.如权利要求6所述的具有四轮转向的商用车，其特征在于，所述通信模块的三路CAN总线，其中一路CAN总线用于与整车控制器通信，其余两路用于与传感器及监控系统的通信。

8.如权利要求5所述的具有四轮转向的商用车，其特征在于，所述后轮转向控制器还包括与所述控制模块电连接的报警模块，该报警模块用于当车速大于预设车速阈值、传感器模块工作异常或液压源工作异常时发出警报以提示用户。