CN110053663A - 一种转向助力系统及转向助力方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向助力系统及转向助力方法，属于工程机械技术领域，转向助力系统包括转向元件、连接于前车架上的左车轮及右车轮、用于检测左车轮及右车轮转速的转速传感器、用于检测前车架和后车架相对转动角度的角度传感机构以及用于控制左车轮及右车轮轮边转速的轮边驱动机构；转速传感器、角度传感机构及轮边驱动机构分别与控制器信号连接；控制器能够根据转速传感器采集的转速信号和角度传感机构采集的角度信号或转向元件输出的转向信号，经轮边驱动机构控制左车轮和右车轮的轮边转速，通过轮边转速差实现转向。本发明适用于大吨位装载机，不受限于布置空间，使用寿命长，整机故障率低。

Description

一种转向助力系统及转向助力方法

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种转向助力系统及转向助力方法。

背景技术

目前，对于装载机而言，随着吨位的增加，所需的转向力矩也在增加，受限于车架尺寸，转向缸铰点布置难度越来越大，大吨位装载机转向机构铰点已位于车架最外侧框板附近，无法再进行有效扩展。对于更大吨位装载机，目前为获得更大的转向力矩，普遍的做法为采用直径更大的转向油缸，同时提升转向系统压力，但采用直径更大的转向油缸依旧会受限于布置空间，同时提升转向系统压力会加重液压元件负载，降低使用寿命，导致整机故障率提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种转向助力系统及转向助力方法，适用于大吨位装载机，不受限于布置空间，使用寿命长，整机故障率低。

本发明提供了如下的技术方案：

一种转向助力系统，包括：转向元件、连接于前车架上的左车轮及右车轮、用于检测左车轮及右车轮转速的转速传感器、用于检测前车架和后车架相对转动角度的角度传感机构以及用于控制左车轮及右车轮轮边转速的轮边驱动机构；

所述转速传感器、角度传感机构及轮边驱动机构分别与控制器信号连接；

所述控制器能够根据转速传感器采集的转速信号和角度传感机构采集的角度信号或转向元件输出的转向信号，经轮边驱动机构控制左车轮和右车轮的轮边转速，通过轮边转速差实现转向。

优选的，还包括流量放大阀和转向缸，所述流量放大阀能够根据转向元件输出的转向信号，通过转向缸控制左车轮和右车轮转向。

优选的，所述控制器还与流量放大阀信号连接，控制器将预设转向极限角与角度传感器机构采集的角度信号相对比，通过控制流量放大阀的流量实现转向角度限位。

优选的，所述角度传感机构包括角度传感器和力臂杆，所述角度传感器与前车架和后车架的铰接轴同轴设置，所述角度传感器、力臂杆分设于前后不同车架上；所述力臂杆还与角度传感器转动连接；角度传感器通过检测力臂杆的转动角度检测前车架和后车架的相对转动角度。

优选的，所述角度传感机构包括角度传感器、第一力臂杆和第二力臂杆；所述角度传感器偏置于前车架和后车架的铰接轴一侧；所述第一力臂杆分别与第二力臂杆、角度传感器转动连接；所述角度传感器与第二力臂杆分设于前后不同车架上；角度传感器通过检测第一力臂杆的转动角度检测前车架和后车架的相对转动角度。

优选的，所述左车轮和右车轮间设有驱动桥桥壳，所述轮边驱动机构安装于所述驱动桥桥壳的两端。

优选的，所述轮边驱动机构包括电机驱动机构或液压驱动机构。

优选的，所述转向元件包括方向盘或转向手柄。

一种转向助力方法，所述转向助力方法采用所述的转向助力系统，具体包括如下步骤：

将转向元件输出的转向信号分别输出至流量放大阀和控制器；

流量放大阀通过控制转向缸的伸缩量，实现转向调节，同时控制器通过轮边驱动机构控制左车轮与右车轮的轮边转速，通过调节轮边转速差实现助力转向。

一种转向助力方法，所述转向助力方法采用所述的转向助力系统，具体包括如下步骤：

将转向元件输出的转向信号输出至流量放大阀，通过流量放大阀控制转向缸的伸缩量，实现初步转向调节；

采集前车架与后车架的实时相对转动角度，并输出至控制器，控制器通过轮边驱动机构控制左车轮与右车轮的轮边转速，通过调节轮边转速差实现助力转向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在传统液压转向的基础上，增加基于轮边驱动机构的转向控制系统，控制器能够根据转速传感器采集的转速信号和角度传感机构采集的角度信号或转向元件输出的转向信号，经轮边驱动机构控制左车轮和右车轮的轮边转速，通过轮边转速差实现转向助力，不受限于布置空间，也不会加重液压元件的负载，使用寿命长，整机故障率低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的装载机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的驱动桥桥壳的内部结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的角度传感机构的结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的角度传感机构的运动轨迹示意图；

图5是本发明实施例3提供的转向助力系统原理示意图；

图6是本发明实施例2提供的角度传感机构的结构示意图；

图7是本发明实施例2提供的角度传感机构的运动轨迹示意图；

图8是本发明实施例4提供的转向助力系统原理示意图。

图中标记为：1、转向元件；2、角度传感机构；3、流量放大阀；4、转向缸；5、车架；51、前车架；52、后车架；6、控制器；7、轮边驱动机构；8、转速传感器；9、驾驶室；10、角度传感器；11、力臂杆；12、铰接轴；13、第一力臂杆；14、第二力臂杆；15、驱动桥桥壳；16、右转向；17、左转向；18、对直状态；19、右转向极限；20、左转向极限。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1

如图1至4所示，一种转向助力系统，包括：转向元件1、连接于前车架51上的左车轮及右车轮、用于检测左车轮及右车轮转速的转速传感器8、用于检测前车架51和后车架52相对转动角度的角度传感机构2以及用于控制左车轮及右车轮轮边转速的轮边驱动机构7；

转速传感器8、角度传感机构2及轮边驱动机构7分别与控制器6信号连接；控制器6能够根据转速传感器8采集的转速信号和角度传感机构2采集的角度信号或转向元件1输出的转向信号，经轮边驱动机构7控制左车轮和右车轮的轮边转速，通过轮边转速差实现转向。

本实施例提供的转向助力系统，还包括流量放大阀3和转向缸4，转向缸4安装于前车架51和后车架52之间，流量放大阀3能够根据转向元件1输出的转向信号，通过转向缸4控制前车架51与后车架52的相对转动，即控制左车轮和右车轮转向。

控制器6还与流量放大阀3信号连接，控制器6将预设转向极限角与角度传感器机构2采集的角度信号相对比，通过控制流量放大阀3的流量实现转向角度限位。

如图3所示，角度传感机构2包括角度传感器10和力臂杆11，角度传感器10与前车架51和后车架52的铰接轴12同轴设置，角度传感器10、力臂杆11分设于前后不同车架上；力臂杆11还与角度传感器10转动连接；角度传感器10通过检测力臂杆11的转动角度检测前车架51和后车架52的相对转动角度。如图4所示，箭头为车辆行进方向，车架进行为左转向17以及右转向16时，角度传感机构2进行相应的运动。

左车轮和右车轮间设有驱动桥桥壳15，轮边驱动机构7安装于驱动桥桥壳15的两端，实现驱动力输出，控制车辆转向、前进与后退。轮边驱动机构7包括电机驱动机构或液压驱动机构，其中电机驱动机构驱动的轮边驱动机构7由电动机和轮边行星减速齿轮组成的轮边减速机构组成，液压驱动机构驱动的轮边减速机构7由液压马达和轮边轮边行星减速齿轮组成的轮边减速机构组成。

转向元件1包括方向盘或转向手柄，转向元件1安装在驾驶室9内部，便于驾驶员操作，实现整机转向，驾驶室9安装在车架5上。

实施例2

如图1-2以及图6-7所示，一种转向助力系统，包括：转向元件1、连接于前车架51上的左车轮及右车轮、用于检测左车轮及右车轮转速的转速传感器8、用于检测前车架51和后车架52相对转动角度的角度传感机构2以及用于控制左车轮及右车轮轮边转速的轮边驱动机构7；

转速传感器8、角度传感机构2及轮边驱动机构7分别与控制器6信号连接；控制器6能够根据转速传感器8采集的转速信号和角度传感机构2采集的角度信号或转向元件1输出的转向信号，经轮边驱动机构7控制左车轮和右车轮的轮边转速，通过轮边转速差实现转向。

本实施例提供的转向助力系统，还包括流量放大阀3和转向缸4，转向缸4安装于前车架51和后车架52之间，流量放大阀3能够根据转向元件1输出的转向信号，通过转向缸4控制前车架51与后车架52的相对转动，即控制左车轮和右车轮转向。

控制器6还与流量放大阀3信号连接，控制器6将预设转向极限角与角度传感器机构2采集的角度信号相对比，通过控制流量放大阀3的流量实现转向角度限位。

如图6所示，角度传感机构2包括角度传感器10、第一力臂杆13和第二力臂杆14；角度传感器10偏置于前车架51和后车架52的铰接轴12一侧；第一力臂杆13分别与第二力臂杆14、角度传感器10转动连接，构成类似平行四边形的结构；角度传感器10与第二力臂杆14分设于前后不同车架上；角度传感器10通过检测第一力臂杆13的转动角度检测前车架21和后车架52的相对转动角度。如图7所示，箭头为车辆行进方向，车架5处于对直状态18、右转向极限19以及左转向极限20时，角度传感机构2进行相应的运动。

左车轮和右车轮间设有驱动桥桥壳15，轮边驱动机构7安装于驱动桥桥壳15的两端。轮边驱动机构7包括电机驱动机构或液压驱动机构。

转向元件1包括方向盘或转向手柄，转向元件1安装在驾驶室9内部，便于驾驶员操作，实现整机转向，驾驶室9安装在车架5上。

实施例3

如图5所示，本发明实施例还提供了一种转向助力方法，所述转向助力方法可以采用前述的转向助力系统实现，使整机的转向速度与转向器（例如方向盘）的转向手感相匹配，从而达到一个正常的转向感觉，具体包括如下步骤：

将转向元件1输出的转向信号分别输出至流量放大阀3和控制器6；

流量放大阀3通过控制转向缸4的伸缩量，使前车架51和后车架52相对转动，实现转向调节，同时控制器6通过轮边驱动机构7控制左车轮与右车轮的轮边转速，通过调节轮边转速差实现助力转向；

角度传感机构检2测前车架51和后车架52相对转动角度，并输出信号至控制器6，控制器6将前车架51与后车架52的实时相对转动角度与预设转向极限角相对比，根据二者角度差通过控制流量放大阀的流量实现转向角度限位，提高操作舒适度。

正常转向中转向油缸和轮边驱动机构各自的占比可以灵活设置，可以是转向油缸为主体，轮边驱动为辅助，此种情况下可以是提升转向油缸压力从而提高主动转向力距，降低轮边驱动力矩（例如减小电流值）实现，亦可是转向油缸为辅助，轮边驱动机构为主体，此种情况下是增大轮边驱动力矩（例如增大电流值），降低转向油缸压力来实现。整机转向过程是主动转向力矩和阻力矩相克的一个过程，主动转向力矩大于阻力矩车辆才具有转向动作，差值越大，转向越轻松，甚至可实现原地制动转向（四轮抱死），上述转向油缸提供转向力矩以及轮边驱动机构提供的轮边驱动力矩均为主动转向力矩，阻力矩包括地面摩擦力、铲掘阻力以及转向销轴的摩擦阻力等。

实施例4

如图8所示，本发明实施例还提供了一种转向助力方法，所述转向助力方法可以采用前述的转向助力系统实现，具体包括如下步骤：

将转向元件1输出的转向信号输出至流量放大阀3，通过流量放大阀3控制转向缸4的伸缩量，实现初步转向调节；

角度传感机构2采集前车架51与后车架52的实时相对转动角度，并输出至控制器6，控制器6通过轮边驱动机构7控制左车轮与右车轮的轮边转速，通过调节轮边转速差实现助力转向；

角度传感机构2检测前车架51和后车架52相对转动角度，并输出信号至控制器6，控制器6将前车架51与后车架52的实时相对转动角度与预设转向极限角相对比，根据二者角度差通过控制流量放大阀3的流量实现转向角度限位，提高操作舒适度。

转动方向可通过转向角度值判断，例如可设置中间位置为零位，左右方向有正负值区别；关于理想转动角度，是这样，转向元件旋转时车架会有转向动作，转向角度在变化，此时转向助力系统工作，当转向元件不工作时，转向油缸亦停止，此时转向角度不变化，转向助力系统不工作，这种方法区别于实施例3所提供的转向助力方法，本实施例提供的转向助力方法是传统转向油缸需具有足够的主动转向力矩克服阻力矩，使车架可以实现转向动作，转向助力系统才会发挥转向增量作用，从而使整机转向与转向元件旋转速度相匹配，避免转向无力的感觉。

本发明实施例还提供了一种装载机，包括所述转向助力系统及相铰接的前车架51和后车架52。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转向助力系统，其特征在于，包括：转向元件、连接于前车架上的左车轮及右车轮、用于检测左车轮及右车轮转速的转速传感器、用于检测前车架和后车架相对转动角度的角度传感机构以及用于控制左车轮及右车轮轮边转速的轮边驱动机构；

所述转速传感器、角度传感机构及轮边驱动机构分别与控制器信号连接；

所述控制器能够根据转速传感器采集的转速信号和角度传感机构采集的角度信号或转向元件输出的转向信号，经轮边驱动机构控制左车轮和右车轮的轮边转速，通过轮边转速差实现转向。

2.根据权利要求1所述的转向助力系统，其特征在于，还包括流量放大阀和转向缸，所述流量放大阀能够根据转向元件输出的转向信号，通过转向缸控制左车轮和右车轮转向。

3.根据权利要求2所述的转向助力系统，其特征在于，所述控制器还与流量放大阀信号连接，控制器将预设转向极限角与角度传感器机构采集的角度信号相对比，通过控制流量放大阀的流量实现转向角度限位。

4.根据权利要求1所述的转向助力系统，其特征在于，所述角度传感机构包括角度传感器和力臂杆，所述角度传感器与前车架和后车架的铰接轴同轴设置，所述角度传感器、力臂杆分设于前后不同车架上；所述力臂杆还与角度传感器转动连接；角度传感器通过检测力臂杆的转动角度检测前车架和后车架的相对转动角度。

5.根据权利要求1所述的转向助力系统，其特征在于，所述角度传感机构包括角度传感器、第一力臂杆和第二力臂杆；所述角度传感器偏置于前车架和后车架的铰接轴一侧；所述第一力臂杆分别与第二力臂杆、角度传感器转动连接；所述角度传感器与第二力臂杆分设于前后不同车架上；角度传感器通过检测第一力臂杆的转动角度检测前车架和后车架的相对转动角度。

6.根据权利要求1所述的转向助力系统，其特征在于，所述左车轮和右车轮间设有驱动桥桥壳，所述轮边驱动机构安装于所述驱动桥桥壳的两端。

7.根据权利要求1至6任一项所述的转向助力系统，其特征在于，所述轮边驱动机构包括电机驱动机构或液压驱动机构。

8.根据权利要求1所述的转向助力系统，其特征在于，所述转向元件包括方向盘或转向手柄。

9.一种转向助力方法，其特征在于，所述转向助力方法采用权利要求2所述的转向助力系统，具体包括如下步骤：

将转向元件输出的转向信号分别输出至流量放大阀和控制器；

流量放大阀通过控制转向缸的伸缩量，实现转向调节，同时控制器通过轮边驱动机构控制左车轮与右车轮的轮边转速，通过调节轮边转速差实现助力转向。

10.一种转向助力方法，其特征在于，所述转向助力方法采用权利要求2所述的转向助力系统，具体包括如下步骤：

将转向元件输出的转向信号输出至流量放大阀，通过流量放大阀控制转向缸的伸缩量，实现初步转向调节；

采集前车架与后车架的实时相对转动角度，并输出至控制器，控制器通过轮边驱动机构控制左车轮与右车轮的轮边转速，通过调节轮边转速差实现助力转向。