CN110171474A - 车辆转向系统和方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程车辆领域，公开了一种车辆转向系统和方法及车辆，利用与方向机(3)和转向阀(4)连接的第一切换阀(2)接通方向机或转向阀与车辆的液压泵(1)，在与液压泵接通的情况下方向机或转向阀分别响应于第一转向指令或第二转向指令，以控制液压泵输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸(6)，控制各转向轴动作。该方案能够实现人为控制机械转向方式和电液转向方式的切换。应用该转向系统的工程车辆，在道路行驶时，转向系统响应快，安全可靠；在场地作业时，可切换至电液转向方式进行转向作业。

Description

车辆转向系统和方法及车辆

技术领域

本发明涉及工程车辆领域，具体地，涉及一种车辆转向系统和方法及车辆。

背景技术

车辆无人驾驶是未来的发展方向，当今无人驾驶技术研究主要集中在小汽车领域。在作业场景单一，行驶路线简单的专用车辆领域，一些农业机械已实现完全无人驾驶作业；特殊景区中的环卫车辆因行驶路线单一，在自动驾驶上也取得突破。大型工程车辆，尤其是需要道路行驶的工程设备如汽车起重机则相对复杂。大型工程车辆受道路法规、安全等限制，在道路上完全自动驾驶在现阶段很难实现，然而在作业场地进行小范围的自动行驶就位或者遥控操作则容易实现，且可以提升作业效率，降低作业者的劳动强度。

转向系统对于工程车辆行驶至关重要。道路行驶时，要求转向系统响应快，简单可靠；作业场地自动行驶或遥控行驶时，转向系统则必须对智能控制友好，如可以接收指令实现转向等。

现有道路行驶工程车辆，如汽车起重机，主要应用两种转向技术：

1)液压助力杆系连接转向系统

如图1所示，当驾驶员操作方向机控制转向油缸伸缩时，由液压系统中的液压泵输出高压油提供助力，进而实现转向轴的转向。与各转向油缸连接的各转向轴通过机械拉杆连接，保证一定的转向关系。

该转向系统响应快，简单可靠，符合驾驶员道路行驶习惯。

2)多轴电液转向系统

如图2所示，由前转向轴组和后转向轴组共同保证转向关系，前转向轴组采用液压助力杆系连接转向系统，当驾驶员操作方向机控制转向油缸伸缩时，由液压系统中的液压泵输出高压油提供助力，进而实现转向轴的转向。与各转向油缸连接的各转向轴通过机械拉杆连接，保证一定的转向关系；

后转向组采用电液转型系统，即基于前轴和后轴的角度，通过控制器发出指令，与各转向油缸连接的转向阀响应于控制器指令接通液压泵Ⅱ与各转向油缸，进而控制转向油缸的伸缩实现转向，其中，各后转向轴的角度由角度传感器进行采集。

该转向系统前轴组采用机械转向，符合驾驶员道路行驶习惯，前后转向轴组之间实现无杆系连接，转向模式灵活，驾驶员合理选择转向模式，可以实现超长车辆在狭窄场地就位作业。

然而上述两种技术偏向于道路行驶，完全采用或仅前轴采用液压助力机械杆系连接的转向方式，对程序控制不友好，无法实现自动转向控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆转向系统和方法及车辆，利用第一切换阀接通方向机或转向阀与所述车辆的液压泵，在与液压泵接通的情况下方向机或转向阀分别响应于第一转向指令或第二转向指令，以控制液压泵输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸，以控制各转向轴动作。

为了实现上述目的，本发明提供一种车辆转向系统，所述系统包括：第一切换阀，分别与方向机和转向阀连接，用于接通所述方向机或所述转向阀与所述车辆的液压泵；方向机，分别与所述车辆的各转向轴及各转向轴的转向油缸连接，用于在与液压泵接通的情况下响应于第一转向指令，使得所述液压泵输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸，以控制所述各转向轴动作；以及转向阀，与所述各转向轴的转向油缸连接，用于在与液压泵接通的情况下响应于第二转向指令，使得所述液压泵输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸以控制所述各转向轴动作。

优选的，所述系统还包括：第二切换阀，分别于所述方向机、所述转向阀、所述各转向轴的转向油缸连接，用于接通所述方向机或所述转向阀与所述各转向轴的转向油缸，以使得所述液压泵输出的高压油通过所述方向机或所述转向阀输出至所述各转向轴的转向油缸。

优选的，所述系统还包括：控制器，用于：采集所述各转向轴的当前转向角度；获取目标转向角度；及根据所述当前转向角度及所述目标转向角度生成所述第二转向指令；和/或遥控器，用于接收用户的所述第二转向指令。

优选的，所述第二转向指令至少包括：转向阀开口方向、转向阀阀芯开度。

优选的，所述第一切换阀和所述第二切换阀为电磁开关换向阀；所述转向阀为电液比例换向阀。

优选的，所述方向机与所述车辆的液压泵(1)接通的优先级高于所述转向阀与所述车辆的液压泵接通的优先级。

相应的，本发明还提供一种车辆转向方法，所述方法包括：利用与方向机和转向阀连接的第一切换阀接通所述方向机或所述转向阀与所述车辆的液压泵；利用分别与所述车辆的各转向轴及各转向轴的转向油缸连接的所述方向机在与所述液压泵接通的情况下响应于第一转向指令，使得所述液压泵输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸，以控制所述各转向轴动作；以及利用与所述各转向轴的转向油缸连接的转向阀在与液压泵接通的情况下响应于第二转向指令，使得所述液压泵输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸以控制所述各转向轴动作。

可选的，所述方法还包括：利用分别与所述方向机、所述转向阀(4)、所述各转向轴的转向油缸连接的第二切换阀接通所述方向机或所述转向阀与所述各转向轴的转向油缸，以使得所述液压泵输出的高压油通过所述方向机或所述转向阀输出至所述各转向轴的转向油缸，所述方向机与所述车辆的液压泵接通的优先级高于所述转向阀与所述车辆的液压泵接通的优先级。

可选的，所述方法还包括：利用控制器：采集所述各转向轴的当前转向角度；获取目标转向角度；及根据所述当前转向角度及所述目标转向角度生成所述第二转向指令；和/或利用遥控器接收用户的所述第二转向指令，所述第二转向指令至少包括：转向阀开口方向、转向阀阀芯开度。

相应的，本发明还提供一种车辆，所述车辆包括以上所述的车辆转向系统。

通过上述技术方案，本发明利用与方向机和转向阀连接的第一切换阀接通方向机或转向阀与车辆的液压泵，在与液压泵接通的情况下方向机或转向阀分别响应于第一转向指令或第二转向指令，以控制液压泵输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸，控制各转向轴动作。该方案能够实现人为控制机械转向方式和电液转向方式的切换。应用该转向系统的工程车辆，在道路行驶时，转向系统响应快，安全可靠；在场地作业时，可切换至电液转向方式进行转向作业。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是液压助力杆系连接转向系统示意图。

图2是多轴电液转向系统示意图。

图3是本发明实施例提供的一种车辆转向系统的模块示意图。

图4是本发明另一实施例提供的一种车辆转向系统的模块示意图。

图5是本发明实施例提供的一种车辆转向系统的示意图。

图6是本发明实施例提供的一种车辆转向方法的流程图。

附图标记说明

1液压泵 2第一切换阀 3方向机

4转向阀 5第二切换阀 6各转向油缸

7控制器 8遥控器 9溢流阀

10单向阀 11换向阀 12换向阀

13第一油箱 14第二油箱 15第三油箱

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图3是本发明实施例提供的一种车辆转向系统的模块示意图，所述系统可以包括：第一切换阀2，分别与方向机3和转向阀4连接，用于接通方向机3或转向阀4与车辆的液压泵1；方向机3，分别与车辆的各转向轴及各转向轴的转向油缸6连接，用于在与液压泵1接通的情况下响应于第一转向指令，使得液压泵1输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸6，以控制各转向轴动作；以及转向阀4，与各转向轴的转向油缸6连接，用于在与液压泵1接通的情况下响应于第二转向指令，使得液压泵1输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸6以控制各转向轴动作。

其中，第一切换阀2至少包含两个输出通道，分别接通方向机3和转向阀4，通过第一切换阀2对通道的切换可将液压泵输出的高压油经方向机3或转向阀4输出至各转向轴的转向油缸6，即选择由方向机3或者转向阀4接收液压泵1提供的液压动力。

可以理解，第一转向指令由驾驶员通过操纵方向盘，方向盘通过角传动装置而生成，进一步带动方向机3工作，使得在方向机3与液压泵4接通的情况下将液压泵1输出的高压油经方向机3输出至各转向轴的转向油缸6以提供助力，控制与方向机3杆系连接的各转向轴动作。

本发明实施例利用与方向机和转向阀连接的第一切换阀接通方向机或转向阀与车辆的液压泵，在与液压泵接通的情况下方向机或转向阀分别响应于第一转向指令或第二转向指令，控制液压泵输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸以提供助力，从而控制各转向轴动作。本发明通过方向机转向模式和电液转向模式两种转向方式的并联为驾驶员提供可切换的灵活转向方式，以适应驾驶员的驾驶习惯和场地需求。

图4是本发明另一实施例提供的一种车辆转向系统的模块示意图，所述系统可以包括：第一切换阀2，分别与方向机3和转向阀4连接，用于接通方向机3或转向阀4与车辆的液压泵1；方向机3，分别与车辆的各转向轴及各转向轴的转向油缸6连接，用于在与液压泵1接通的情况下响应于第一转向指令，使得液压泵1输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸6，以控制各转向轴动作；以及转向阀4，与各转向轴的转向油缸6连接，用于在与液压泵1接通的情况下响应于第二转向指令，使得液压泵1输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸6以控制各转向轴动作。

其中，所述系统还可以包括：第二切换阀5，分别与方向机3、转向阀4、各转向轴的转向油缸6连接，用于接通方向机3或转向阀4与各转向轴的转向油缸6，以使得液压泵1输出的高压油通过方向机3或转向阀4输出至各转向轴的转向油缸6。

可以理解，在第一切换阀2接通方向机3或转向阀4与车辆的液压泵1的情况下，第二切换阀5可切换将通过方向机3或转向阀4输出的高压油输出至各转向轴的转向油缸6，以选择方向机3或者转向阀4向各转向轴的转向油缸6提供液压动力。

可以理解，当第一切换阀2接通方向机3与车辆的液压泵1，即选择方向机3进行转向工作时，第一转向指令由驾驶员通过操纵方向盘，方向盘通过角传动装置而生成，进一步带动方向机3工作，使得在方向机3与液压泵1接通的情况下将液压泵1输出的高压油经方向机输出至各转向轴的转向油缸6以提供液压动力，控制与方向机3杆系连接的各转向轴动作。其中，各转向轴通过机械拉杆连接，保证转向关系。此时转向阀4回路不工作。

所述系统还包括：控制器7，用于：采集各转向轴的当前转向角度；获取目标转向角度；及根据当前转向角度及所述目标转向角度生成第二转向指令；和/或遥控器8，用于接收用户的第二转向指令。

第二转向指令至少可以包括：转向阀开口方向、转向阀阀芯开度。

具体的，当第一切换阀2接通转向阀4与车辆的液压泵1，即选择转向阀控制转向时，可由系统的控制器7或遥控器8接收第二转向指令。驾驶员可通过控制器7输入需要的目标转向角度，然后控制器7可根据当前各转向轴的转向角度以及目标转向角度进行运算，得到转向阀开口方向和转向阀阀芯开度，进而发送至转向阀4；或者操作员可通过例如遥控器设备直接输入转向阀开口方向和转向阀阀芯开度，从而通过无线通讯的方式发送至转向阀4，转向阀4通过调整换向、阀芯开度等，进而控制输出高压油，通过油的压力来推动各转向轴的转向油缸6的活塞实现油缸的伸缩，进而又带动活塞杆，活塞杆带动转向轴，最终实现转向动作。

其中，第一切换阀2和第二切换阀5可为电磁开关换向阀，通过对电磁开关换向阀的磁铁线圈通电控制换向阀内阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔；转向阀4可为电液比例换向阀，其原理为根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出。

基于上述实施例，本发明实施例还利用与方向机、转向阀、各转向轴的转向油缸连接的第二切换阀接通方向机或转向阀与各转向轴的转向油缸，实现方向机或者转向阀向液压油缸提供液压动力的切换，同时利用控制器和/或遥控器发送转向指令，可实现自动转向控制和/或遥控转向控制。

图5是本发明实施例提供的一种车辆转向系统的示意图，第一切换阀2可包括换向阀11，用于分别与方向机3和转向阀4连接，用于接通方向机3或转向阀4与车辆的液压泵1；溢流阀9，与换向阀11和液压泵1连接，用于在高压油流量需求减小时使多余流量的高压油溢回第一油箱13以起定压溢流的作用，保证液压泵出口压力恒定。

液压泵1将第一油箱13的高压油抽取并传输至第一切换阀2。第一切换阀2中的换向阀11可为三位四通换向阀，当车辆处于方向机工作模式时，换向阀11处于弹簧位(即图中的平行位，此时换向阀11处于不得电状态)，方向机3与液压泵1接通，液压泵1通过第一切换阀2向方向机3供油。方向机3可包括：溢流阀9，用于以起定压溢流的作用；单向阀10，用于防止第二油箱14的高压油反向流动；换向阀12，用于在接通的情况下将液压泵1输出的高压油输出至第二切换阀5，第二切换阀5可为两位六通换向阀，当第二切换阀5处于弹簧位(即图中的平行位，此时第二切换阀5处于不得电状态)时，换向阀12的输出油路可通过第二切换阀5和各转向轴的各转向油缸6相连，进一步流至各转向轴的各转向油缸6的高压油的压力来推动各转向油缸伸缩，车辆进行转向动作。此模式下转向阀4不参与转向控制。

当车辆处于电液转向工作模式时，换向阀11处于得电位(即图中的交叉位)，转向阀4与液压泵1接通，液压泵1通过第一切换阀2向转向阀4供油。转向阀4可为电液比例换向阀，通过控制输入电压控制阀芯的位移，使得流经转向阀4的高压油传输至第二切换阀5或流回至第三油箱15。当转向阀4的输出油路与第二切换阀5接通且第二切换阀5处于弹簧位(即图中的平行位)的情况下，转向阀4的输出油路可通过第二切换阀5和转向油缸相连，进一步流至各转向轴的各转向油缸的高压油的压力来推动各转向油缸伸缩，车辆进行转向动作。此模式下方向机3不参与转向控制。

具体的，当第一切换阀2接通转向阀4与车辆的液压泵1，即选择转向阀控制转向时，可由系统的控制器7或遥控器8接收第二转向指令。驾驶员可通过控制器7输入需要的目标转向角度，然后控制器7可根据当前各转向轴的转向角度以及目标转向角度进行运算，得到转向阀4的开口方向和转向阀阀芯开度，进而控制转向阀的相应动作；或者操作员可通过例如遥控器设备直接输入转向阀开口方向和转向阀阀芯开度，从而通过无线通讯的方式控制转向阀的换向、阀芯开度等，进而控制输出高压油，通过油的压力来推动各转向轴的转向油缸的活塞实现油缸的伸缩，进而又带动活塞杆，活塞杆带动转向轴，最终实现转向动作。其中，转向阀4采用电液比例换向阀，能够方便控制器7和/或遥控器8控制，实现自动转向控制或遥控转向控制。

当第一切换阀2、第二切换阀5处于弹簧位，即不得电状态时，车辆转向处于方向机工作模式，当电气系统出现故障时，可以关闭电液转向模式，因此方向机转向模式为第一切换阀2、第二切换阀5处于弹簧位下的状态，故方向机转向模式的优先级要高于电液转向模式，此时不影响驾驶员操纵方向机进行道路行驶，也可依靠驾驶员操纵方向机进行场地就位。

本发明实施例提供的一种车辆转向系统的具体工作原理及益处与上述实施例中的车辆转向系统的具体工作原理及益处相似，在此不再赘述。

图6是本发明实施例提供的一种车辆转向方法的流程图，所述方法可以包括：

步骤S601，液压泵工作，抽取油箱中的高压油。

步骤S602，第一换向阀接通方向机。

步骤S603，第一换向阀接通转向阀。

具体的，第一切换阀分别与方向机和转向阀连接，用于接通方向机或转向阀与车辆的液压泵。

步骤S604，判断是否接收到第一转向指令，若判断结果为“是”，则执行步骤S606，反之继续判断是否接收到第一转向指令。

步骤605，判断是否接收到第二转向指令，若判断结果为“是”，则执行步骤S606，反之继续判断是否接收到第二转向指令。

步骤S606，判断是否与第二切换阀接通，若判断结果为“是”，则执行步骤S607，反之继续判断是否与第二切换阀接通。

步骤S607，高压油输出至各转向轴的转向油缸。

可以理解，当第一切换阀接通方向机与车辆的液压泵，即选择方向机进行转向工作时，第一转向指令由驾驶员通过操纵方向盘，方向盘通过角传动装置而生成，进一步带动方向机工作，使得在方向机与液压泵接通的情况下将液压泵输出的高压油经方向机输出至各转向轴的转向油缸以提供液压动力，控制与方向机杆系连接的各转向轴动作。其中，各转向轴通过机械拉杆连接，保证转向关系。

当第一切换阀接通转向阀与车辆的液压泵，即选择转向阀控制转向时，可由系统的控制器或遥控器接收第二转向指令。驾驶员可通过控制器输入需要的目标转向角度，然后控制器可根据当前各转向轴的转向角度以及目标转向角度进行运算，得到转向阀开口方向和转向阀阀芯开度，进而控制转向阀动作；或者操作员可通过例如遥控器设备直接输入转向阀开口方向和转向阀阀芯开度，从而通过无线通讯的方式控制转向阀的换向、阀芯开度等，进而控制输出高压油，通过油的压力来推动各转向轴的转向油缸的活塞实现油缸的伸缩，进而又带动活塞杆，活塞杆带动转向轴，最终实现转向动作。

方向机转向模式的优先级要高于电液转向模式。

本发明实施例提供的一种车辆转向方法的具体工作原理及益处与上述实施例中的车辆转向系统的具体工作原理及益处相似，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种车辆，包括上述实施例所述的车辆转向系统。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种车辆转向系统，其特征在于，所述系统包括：

第一切换阀(2)，分别与方向机(3)和转向阀(4)连接，用于接通所述方向机(3)或所述转向阀(4)与所述车辆的液压泵(1)；方向机(3)，分别与所述车辆的各转向轴及各转向轴的转向油缸(6)连接，用于在与液压泵(1)接通的情况下响应于第一转向指令，使得所述液压泵(1)输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸(6)，以控制所述各转向轴动作；以及

转向阀(4)，与所述各转向轴的转向油缸(6)连接，用于在与液压泵(1)接通的情况下响应于第二转向指令，使得所述液压泵(1)输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸(6)以控制所述各转向轴动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二切换阀(5)，分别与所述方向机(3)、所述转向阀(4)、所述各转向轴的转向油缸(6)连接，用于接通所述方向机(3)或所述转向阀(4)与所述各转向轴的转向油缸(6)，以使得所述液压泵(1)输出的高压油通过所述方向机(3)或所述转向阀(4)输出至所述各转向轴的转向油缸(6)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：控制器(7)，用于：采集所述各转向轴的当前转向角度；获取目标转向角度；及根据所述当前转向角度及所述目标转向角度生成所述第二转向指令；和/或

遥控器(8)，用于接收用户的所述第二转向指令。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二转向指令至少包括：转向阀开口方向、转向阀阀芯开度。

5.根据权利要求1-2任一项所述的系统，其特征在于，所述第一切换阀(2)和所述第二切换阀(5)为电磁开关换向阀；所述转向阀(4)为电液比例换向阀。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述方向机(3)与所述车辆的液压泵(1)接通的优先级高于所述转向阀(4)与所述车辆的液压泵(1)接通的优先级。

7.一种车辆转向方法，其特征在于，所述方法包括：

利用与方向机和转向阀连接的第一切换阀接通所述方向机或所述转向阀与所述车辆的液压泵；

利用分别与所述车辆的各转向轴及各转向轴的转向油缸连接的所述方向机在与所述液压泵接通的情况下响应于第一转向指令，使得所述液压泵输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸，以控制所述各转向轴动作；以及

利用与所述各转向轴的转向油缸连接的转向阀在与液压泵接通的情况下响应于第二转向指令，使得所述液压泵输出的高压油输出至所述各转向轴的转向油缸以控制所述各转向轴动作。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用分别与所述方向机、所述转向阀、所述各转向轴的转向油缸连接的第二切换阀接通所述方向机或所述转向阀与所述各转向轴的转向油缸，以使得所述液压泵输出的高压油通过所述方向机或所述转向阀输出至所述各转向轴的转向油缸，

所述方向机与所述车辆的液压泵接通的优先级高于所述转向阀与所述车辆的液压泵接通的优先级。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用控制器：

采集所述各转向轴的当前转向角度；

获取目标转向角度；及

根据所述当前转向角度及所述目标转向角度生成所述第二转向指令；和/或

利用遥控器接收用户的所述第二转向指令，

所述第二转向指令至少包括：转向阀开口方向、转向阀阀芯开度。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1-6所述的车辆转向系统。