CN1107609C - 曲柄导杆机构控制的半挂车转向伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明“曲柄导杆机构控制的半挂车转向伺服系统”，属半挂车转向技术领域，用以解决超长半挂汽车列车弯路机动问题。其主要技术特征和用途是：利用安装手半挂车牵引销上端的曲柄导杆机构，经液压伺服系统控制半挂车轮转向。使整车直线行驶稳定，半挂车弯路行驶轨迹改善，不甩尾；使倒车方便，行车安全，半挂车轮零位稳定、调整方便。该系统为自动控制系统，无附加驾驶操作。

Description

曲柄导杆机构控制的半挂车转向伺服系统

发明所属技术领域：挂车、半挂车、转向

现有技术：现有半挂车转向技术已发表的以专利为多，但少有具体应用，经检索国内外1994年以前资料，认为当时技术存在不同缺陷，很难应用；本发明旨在解决这些缺陷，以造出性能优良、价格低廉的实用产品：目前，相似技术在国内外尚未见报导。

发明的目的：

半挂车运输的优点已是众所周知。超长不可拆卸货物的整体运输产生了对长轴距半挂车的需求，但由于长轴距半挂车的弯路通过性变坏，长轴距多轴半挂车的轮胎磨损又特别严重，使其应用受到限制。本专利提出的液压伺服转向系统，可大大改善超长半挂汽车列车的弯路通过性、减少轮胎磨损，且使用可靠、维护与操纵方便。发明的技术方案：

图1中，给出了两轴牵引车牵引单轴带有后轮转向系统的半挂车，当牵引车前桥中点沿定圆周稳态行驶时的列车折角γ与半挂车后轮转向平均角的关系；因半挂车轴距很长，图1中忽略了牵引座前置距，近似认为半挂车铰接于牵引车后轴中点；当半挂车后轴的中点E与牵引车后轴中点稳态同轨迹时，有：γ＝。在转向系设计时，不失一般性，若综合考虑整车通过宽、扫过宽等因素，γ≠的情况也会得到应用；因此，将/γ称为角传动比，用字母i表示。特殊情况，当半挂车轮不转向时(半挂车轮转角为0°时，或角传动比i＝0时)，其后轴中点将沿E′点轨迹运动，通过弯路时所需路面宽会大大增加。

从图2中可以看到，当牵引车前桥中点沿道路中线运动，采用γ＝方式控制，在半挂汽车列车由直线驶入弯路的过渡过程中，半挂车E点偏向道路中线外侧，外侧车轮几乎跃出路面。这种状态下，若司机转弯时沿弯路外侧行驶，挂车产生甩尾，车轮会驶出路面，造成事故；特别是当对面会车时，在牵引车躲开对面来车的同时，半挂车尾部却会迎向对面来车。

采用本专利技术，可使半挂车E点得到图3所示轨迹，既能实现较高的转向精度，保证安全行车；又容易达到使系统工作可靠、维护及操纵方便的目标。

图4、5、6给出了该系统的组成及原理。主要包括：序号1、2、30及序号3、4、34组成的两套曲柄导杆机构；序号7、8、31组成的闭环负反馈机液伺服系统；序号9、10、35组成的卸荷油路；序号10、11、12、13、14组成的反馈补油及零位调整油路；序号52用于初始零位调整及应急转向；序号36至序号45是带蓄能器的油源；序号33是带有主销内倾的转向节，以产生足够的车轮回正力。

该系统为自动控制系统，无附加驾驶操作。发明专利的具体说明如下：一、利用曲柄导杆机构实现定角传动比控制

利用装于半挂车牵引销上端的曲柄导杆机构(序号1曲柄、2导杆，其A-A视图见图5)及装于半挂车轴上的结构相同的曲柄导杆机构(序号3摆臂、4导杆总成)，将半挂汽车列车折角信号γ及车轮转向平均角信号进行转换；这两个曲柄导杆机构通过连轴节5、6分别与零开口四边阀7的阀心、反馈油缸8的活塞杆相连，实现定角传动比的控制。

图4和图5中，连接销总成15，透过半挂车牵引销固定板上的弧形槽16将曲柄1与牵引座17相连；盖板18、上密封垫19、导杆2、下密封垫20、滚轮21，通过螺钉销22装在曲柄1的上平面上。空心轴23通过压板24、螺钉25紧连在牵引销26的上端；曲柄1通过免润滑减磨套27、连接板28、螺钉29与牵引销上端相连；转弯时，牵引座17通过连接销总成15带动曲柄1，使其绕牵引销26的轴线旋转。

当曲柄1绕牵引销轴线O转动时，导杆2沿导槽30移动，经联轴节5移动伺服阀7的阀心，使油缸31动作，通过绕O′转动的摆臂3、横拉杆32、转向节33，推动半挂车轮转向。同时，摆臂3通过导杆总成4、导向槽34、联轴节6，推动反馈油缸8的活塞杆移动，将反馈油液推入阀7的反馈腔，使阀7的阀体跟随阀心的运动，当输出与输入满足规定的角传动比要求时伺服阀口关闭，车轮停止转向。

导杆2与滚轮21之间的空隙及导杆总成4的内部空隙内，均封入润滑脂。

联轴节5、6，用以避免车体变形可能引起的机件卡滞，也使系统布置更为方便。

为避免由于弧形槽16开得太长引起的结构刚度问题；及避免由于弧形槽16开得太短，转弯时可能引起的机械干涉问题；连接销总成15可设计为自动脱出机构。当汽车列车折角γ大于设计确定的极限值时，连接销总成15与牵引座17脱开；铰接于牵引销上端的曲柄1与牵引座17的连接被中断，伺服机构将半挂车轮保持在极限转角位置；当汽车列车折角小于该极限值时，连接销总成15在弹簧力作用下恢复与牵引座17的连接，伺服机构正常进行转向控制。

图4中，设阀7反馈腔的有效断面积为S1，反馈油缸8的有效断面积为S2；则列车折角γ、半挂车轮转向平均角、角传动比i之间，有如下关系：

OB·sinγ·S1＝O′B′·sin·S2              (1)

i＝/γ≈sin/sinγ                         (2)

O′B′＝OB·S1/S2/i                           (3)

确定以上各参数的顺序如下：

a.先由半挂汽车列车稳态圆周行驶时的几何参数(综合考虑整车通过宽和扫过宽等因素)确定i值；

b.再由曲柄1的最大摆动角和阀7阀心的极限行程确定OB值；

c.进行伺服系统设计，确定S1和S2

d.最后，根据(3)式求出O′B′值。二、利用计算机仿真选择卸荷阀的开口宽度

利用计算机仿真结果，合理选择卸荷阀9的阀心台肩宽度d，能对弯路行驶时的定角传动比进行非线性修正，将半挂车行驶轨迹进一步改善，使之在驶入弯路过程中，无轨迹外偏(甩尾)现象，还可保证整车直线行驶稳定，既方便司机驾驶又提高整车行驶安全性。

利用PRT法[林熊熊·半挂汽车列车弯路运动轨迹计算机仿真·汽车工程，1997；(1)]进行计算机仿真，可得任意转向控制规律下的半挂汽车列车行驶轨迹。

选取定角传动比i、和不同卸荷角γ1(即进弯路时，当γ≤γ1时，令i＝0)，进行仿真计算，并进行轨迹比较，选出最满意的轨迹曲线所对应的角传动比i和卸荷角γ1，并参照图4(沉割槽宽度d1为事先选定)即可按下式确定卸荷阀9的阀心台肩宽度d：

d＝2·OB·sinγ1+d1                         (4)

压力油液经阀9、阀7、刚性开关46(或47)、油缸31，推动半挂车转向杆系，使车轮转动。

卸荷阀9的阀芯和阀7的阀心联动；阀9关闭时，阀7通过低压油；阀9开启时，阀7通过高压油。行驶状态，开关13、14、48、49、50、51关闭，开关46、47打开。

当半挂列车开始驶入弯路，且列车折角γ小于等于卸荷角γ1时，阀9关闭，减压阀10经单向阀35为阀7提供低压油，这个低压不能克服转向节主销内倾产生的车轮回正力，该状态下的挂车轮转角仍为零，挂车轨迹仅向弯路内侧偏移，而不外偏；同理，当半挂列车沿直线行驶时，这个低压可维持挂车轮转角为零(与普通半挂车一样)，挂车轮不会因为列车折角的变化而产生摆动。

当列车折角γ大于卸荷角γ1时，阀9开启，为阀7提供高压油；半挂车轮按规定的角传动比i随动转向。

当牵引车开始驶出弯路，列车折角减小到使伺服系统卸荷时，在卸荷压力和车轮回正力的共同作用下，车轮继续回正。三、带蓄能器的油源

采用带蓄能器的油源(图6)，使液压系统的工作不受发动机转速波动的影响，既方便倒车又有利于行车安全。

油液经开关36、粗油滤37、由变速箱动力输出轴带动的泵38、精油滤39、单向阀40和蓄能器41向整个系统供油，溢流阀42防止泵20超压；当蓄能器41达最高压力时，压力继电器44打开两位阀43使系统卸荷，当蓄能器压力低于最高压力时，两位阀43关闭，泵38为蓄能器补油，蓄能器的最高压力能够保证半挂车满载时原地转向；若泵38失效，蓄能器41压力低于规定值时，压力继电器45立刻启动声、光报警装置(也可在系统中设置应急辅泵，用压力继电器45的信号控制应急辅泵的接通)，此时蓄能器41仍能提供足够的压力和油量，保证在司机停车之前转向系不会失控。倒车时，离合器经常处于半结合状态，泵38无法提供足够的压力和流量，会引起挂车轮方向失控；但由于蓄能器41的功能，使超长半挂车的倒车变得非常容易，方向不会失控。四、反馈补油回路

采用反馈补油回路(减压阀10，单向阀11、12，刚性开关13、14)，既方便半挂车轮零位调整又可保证该零位的稳定。

减压阀10经单向阀11、12向反馈油路补油；开关13、14装于液压管路的最高位置，阀7反馈腔和反馈油缸8的出油口朝上，以利于反馈油路初始排气。初始零位调整次序如下：

a.使牵引车、半挂车之纵向对称平面位于同一平面上，此时曲柄1、阀7、阀9应位于图4位置；

b.开关13、14、46、47、48、53关闭，开关49、50、51打开，液压系统通油，用手动换向阀52通过油缸31分别向左右两个方向转动车轮数次，排除油缸8、31中的空气后使车轮停在图4位置(零位)；

c.开关46、47、48、49、50、51、53关闭，分别打开开关13、14使阀7壳体移动，排除反馈油路中的剩余空气后，将阀7恢复到图4所示位置(零位)，关闭开关13、14；

d.打开开关46、47、53后，车轮会有小量偏移，用开关13、14进行微调；当车轮归零后，关紧开关13、14；

e.关闭开关53后，半挂汽车列车就可正常行驶，且短期内不会产生零位偏移。

正常使用一段时间后，如发现车轮零位偏移，可打开开关53，并利用开关13、14进行快速调整，调整完成后关闭开关13、14、53后又可恢复正常使用。五、转向伺服原理(图4)

以汽车列车右转弯为例：曲柄1顺时针转动，导杆2向前拉动阀7的阀心，至曲柄1转角大于卸荷角γ1时，阀9打开，阀35自动关闭，压力为P的压力油经阀9、阀7、开关47、油缸31推动车轮逆时针转动；当车轮转向平均角＝γ·i时，反馈油缸8左腔的油被推入阀7反馈腔的上腔，阀7壳体上移，关闭阀口，车轮停止转动；当汽车列车驶出弯路，且列车折角γ小于卸荷角γ1时，阀9关闭，低压油经阀35、7、开关47流入油缸31，液压力与车轮回正力共同按＝γ·i的规律回正车轮。

六、附图说明

图1是半挂汽车列车定圆周稳态行驶轨迹图；

图2是采用定角传动比控制方式，半挂汽车列车由直线行驶转入弯路行驶时的计算机仿真轨迹图；

图3是对定角传动比控制方式做非线性修正后，半挂汽车列车由直线行驶转入弯路行驶时的计算机仿真轨迹图；

图4是曲柄导杆机构控制的半挂车转向伺服系统原理图；

图5是图4中的A-A剖视图；

图6是带蓄能器的油源原理图。

Claims (1)

1一种曲柄导杆机构控制的半挂车转向伺服系统，其特征在于：

利用装于半挂车牵引销上端及装于半挂车轴上的曲柄导杆机构将半挂汽车列车折角信号及半挂车轮转向平均角信号进行转换，通过闭环负反馈机液伺服系统，实现定角传动比的转向控制，导杆内部空隙中封入润滑脂进行润滑；

采用卸荷阀，用PRT法进行计算机仿真，并据此选择适当的卸荷阀参数，对定角传动比控制方式进行非线性修正，以保证整车直线行驶稳定，改善半挂车弯路行驶轨迹，使之在从直线行驶转入弯路行驶的过程中，无轨迹外偏(或称为甩尾)现象；

采用带蓄能器的油源，有高压卸荷、低压报警的功能，既方便倒车，又保证行车安全；

反馈补油回路，用于半挂车轮零位调整，保证车轮零位的稳定。