CN111874092A - 一种转向回位锁止机构总成操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转向回位锁止机构总成操作系统，转向回位锁止机构总成包括解锁油缸、解锁弹簧、回位弹簧、机械锁总成、转动销轴、回位缸、伸缩缸、伸缩轴、左支座固定螺母、左弹簧支座总成、右弹簧支座总成、缸体间挡圈、销轴、解锁簧支座、解锁缸上支架、解锁缸下支架、球头销、锁止传感器、解锁传感器。本发明大大提高了整套全轮转向装置的可靠性。

Description

一种转向回位锁止机构总成操作系统

本发明是申请日2019年4月22日、申请号2019103219916、发明名称“一种转向回位锁止机构总成及其转向系统”的分案申请。

技术领域

本发明专利涉及一种适用于轮式车辆的高可靠性机-电-液全轮转向系统，属于机械、液压及机动车应用领域。

背景技术

轮式装备是陆军武器装备体系的重要组成部分，是陆、海、空三军实现“全域机动、立体防护、多维多能”发展战略的重要陆地机动平台。车辆机动性，广义上来讲，是指空间、地域的快速抵达能力，包括战术机动性、战略/战役机动性，对于轮式车辆而言，机动性的提升更偏重于提高松软地面、随机越野地面的通过能力、高原山地行驶性能、航空运输性等。轮式车辆转向系统的本质在于以车辆转向半径为依据，反映车辆行驶轨迹与驾驶员意图在时间、空间的吻合程度以及车辆行驶状态的稳定程度。因此，转向机动性是影响车辆机动性的决定性因素，通过全轮转向技术减小低速转向半径、增强高速稳定性、提供斜行等特殊转向形式，已经成为世界范围内解决轮式车辆机动性提升共性问题的有效途径。

(1)轮式车辆，特别是多轴轮式车辆，通过全轮转向系统的应用能够明显减小车辆低速行驶时的转向半径，提升车辆机动性能。国际上，新型8X8轮式装甲车，普遍在1、2轴转向的基础上，通过增加第4轴转向来提升机动性，部分车型采用了1、2、3、4轴转向，一般能够降低车辆转向半径30％左右。由于战术车辆车型随任务剖面变化较多，轴数、布置形式复杂等因素，导致多轮/全轮转向形式复杂多样，因此，在系统方案设计之初，普遍通过转向系统动力学、车辆动力学联合的虚拟路试环境的正向设计方法，验证全轮转向系统功能对于车辆操纵稳定性的影响，从而初步确定使用工况及总体方案。

(2)轮式车辆与工程车辆相比，工况更为复杂，环境更为恶劣，随动转向桥的响应特征与抗冲击能力是影响车辆操纵稳定性、安全性的共性问题。军用轮式车辆全轮转向系统多采用电液系统技术方案，系统原理、组成、使用方法等均与工程车辆领域较为接近，但是军用车辆的使用环境更为苛刻，在低速越野路面情况下，转向桥所承受非线性负载将急速增大，统计平均值显示，通常大于转向桥载荷的3倍左右，将对随动转向桥的响应造成较大影响，因此，在军用车辆全轮转向系统中，通常增加储能装置、弹性装置，解决低速抗冲击与高速消除高频摆振的问题。

(3)模式切换、系统故障情况下，随动转向桥主动回正与中位转向刚度是保障系统可靠性的关键技术。全轮转向系统在复杂载荷条件下，功能切换或系统故障时，需要随动转向桥能够自动回正并保证在中位状态下的转向刚度，否则将直接影响车辆机动性与安全性，因此，能够实现随动转向桥的中位保持与主动回正功能的装置成为保障其可靠性、车辆行驶安全性的重中之重。

通过上述对比情况来看，轮式车辆多变的车辆结构，复杂的应用环境，苛刻的使用条件等均给全轮转向技术在轮式车辆上可靠应用带来了极大挑战，靠借用、改进工程车辆全轮转向系统的技术架构是不能满足使用要求的，因此，能够同时具备随动转向桥在复杂环境下的动态响应与抗冲击能力，非线性载荷下随动转向桥中位转向刚度以及系统故障、车辆受损状态下随动转向桥主动回正三个核心能力的全轮转向系统将成为适用于轮式车辆的高可靠性全轮转向系统。

因此，研制一种具有转向桥无源中位回正与刚性锁紧功能的高可靠性机电液全轮转向系统是解决上述技术难题的最有效途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种高可靠性机-电-液全轮转向系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种转向回位锁止机构总成，转向回位锁止机构总成包括解锁油缸、解锁弹簧、回位弹簧、机械锁总成、转动销轴、回位缸、伸缩缸、伸缩轴、左支座固定螺母、左弹簧支座总成、右弹簧支座总成、缸体间挡圈、销轴、解锁簧支座、解锁缸上支架、解锁缸下支架、球头销、锁止传感器、解锁传感器；回位弹簧设置在回位缸体内，回位缸左右两端分别连接解锁缸支架和伸缩缸，其中解锁缸支架包括解锁缸上支架和解锁缸下支架，解锁缸上支架的上端连接解锁油缸的一端，解锁油缸的另一端连接销轴，所述销轴是机械锁总成与解锁油缸连接的销轴；所述解锁弹簧一端挂在机械锁总成与解锁油缸连接的销轴上，另一端挂在解锁簧支座的销轴上，解锁簧支座固定在伸缩缸上端；机械锁总成一端固定在伸缩缸上；伸缩轴伸入到回位缸和伸缩缸中。

作为优选，回位弹簧左右两端通过左弹簧支座总成、右弹簧支座总成装入回位缸体内，通过推动左弹簧支座总成、右弹簧支座总成分别向左、右压缩回位弹簧；伸缩轴贯穿回位缸以及伸缩缸，在没有锁死的状态下可以相对回位缸以及伸缩缸进行往复伸缩运动；伸缩轴的一端通过过盈配合沿径向压入销轴，另一端旋入左支座固定螺母以及球头销；解锁油缸一端采用销轴加关节轴承的方式与解锁缸上支架连接，另一端采用销轴加关节轴承的方式与机械锁总成连接；解锁缸上支架、解锁缸下支架通过螺栓夹紧固定在回位缸外侧卡槽里；解锁簧支座通过螺栓固定在伸缩缸上端；解锁弹簧一端挂在机械锁总成与解锁油缸连接的销轴上，另一端挂在弹簧支座的销轴上；机械锁总成通过两侧的转动销轴固定在伸缩缸上，机械锁可以绕着两侧的转动销轴上下旋转，完成对伸缩轴的解锁与锁止；回位缸、缸体间挡圈与伸缩缸通过螺栓连接；解锁传感器支座通过螺纹连接固定在回位缸的法兰面上，解锁传感器通过螺纹连接固定在解锁传感器支座上，锁止传感器通过螺纹连接固定在机械锁总成上。

一种4X4机电液全轮转向系统，其特征在于，所述系统包括方向盘及转向器总成、前桥转向油罐总成、前桥转向泵、后桥转向油罐总成、前桥转向杆系、后桥转向液压缸总成、转向回位锁止机构总成、后桥转向集成阀组、全轮转向控制器总成、后桥转向杆系、后桥电动转向泵总成，方向盘及转向器总成与前桥转向杆系连接；前桥转向泵安装在发动机上，由发动机驱动向系统提供动力源；前桥转向油罐总成出油口与前桥转向泵的进油端通过油管连接，回油口与方向盘与动力转向器总成中动力转向器总成的回油口通过油管连接；

后桥转向油罐总成出油口与后桥电动转向泵总成的进油端通过油管连接，回油口与后桥转向集成阀组的回油口T口通过油管连接；后桥电动转向泵总成的出油口与后桥转向集成阀组的进油端通过油管连接；后桥转向液压缸总成的第一接口与后桥转向集成阀组的A口通过油管连接，后桥转向液压缸总成的第二接口与后桥转向集成阀组的B口通过油管连接，后桥转向液压缸总成与后桥转向杆系的左摆臂连接，转向回位锁止机构总成的解锁油缸的第一接口与后桥转向集成阀组的P2口通过油管连接，转向回位锁止机构总成的解锁油缸的第二接口与后桥转向集成阀组的T2口通过油管连接，转向回位锁止机构总成与后桥转向杆系的右摆臂连接；所述转向回位锁止机构总成是前面所述的转向回位锁止机构总成。

作为优选，后桥转向集成阀组包含阀体、三位四通比例换向阀、两个平衡阀、四个两位两通电磁阀、两位三通电磁阀，单向阀C1；后桥转向集成阀组通过阀体上的通孔固定于车体底板上，其具有6个油路接口，均为卡套式直通接头结构。第一接口为进油端口P与后桥转向泵总成的出油口连接，第二接口为回油端口T与后桥转向油罐回油口连接；第三接口P2、第四接口T2分别与与转向回位锁止机构总成的解锁油缸(44)的第一接口、第二接口连接，第五接口A、第六接口B与后桥转向液压缸总成的第一接口和第二接口连接解锁油缸。

作为优选，前桥转向时，转向回位锁止机构总成处在中位并锁死的状态；此时，回位弹簧带动左弹簧支座总成、右弹簧支座总成分别与回位缸内侧、缸体间挡圈接触，进而带动伸缩轴回到初始的中位状态，待回位弹簧回到中位后，控制液压阀组的油口，使解锁油缸卸荷处于自由状态，解锁弹簧带动机械锁总成绕着机械锁转动销轴向下旋转，机械锁总成的半圆卡槽卡入销轴，伸缩轴将无法进行伸缩运动。

作为优选，后桥参与转向时，转向回位锁止机构总成处在解锁随动的状态；此时，解锁油缸的第一接口充油，解锁油缸的活塞杆收缩，带动机械锁总成绕着机械锁转轴向上旋转，到解锁传感器信号灯亮为止，机械锁总成解锁到位；此时，伸缩轴可随后桥转向杆系运动的需要进行往复伸缩运动：伸缩轴收缩时，螺母推动左弹簧支座总成随伸缩轴向右运动，右弹簧支座总成与缸体间挡圈贴紧，通过向右压缩回位弹簧实现伸缩轴的压缩；伸缩轴伸长时，伸缩轴的轴间与右弹簧支座总成贴合一起向左运动，左弹簧支座总成与回位缸内表面贴紧，通过向左压缩回位弹簧实现伸缩轴的伸长。

作为优选，转向回位锁止机构总成一端通过关节轴承与车体附座连接，另一端通过球头销与后桥转向杆系的右摆臂连接，从而实现转向回位锁止机构总成的固定，解锁油缸油路的第一接口、第二接口与后桥转向集成阀组的第三接口、第四接口连接。

作为优选，第一接口为进油端口，其与后桥转向泵总成的出油口连接，第二接口为回油端口与后桥转向油罐总成回油口连接；第三接口、第四接口分别与转向回位锁止机构总成的解锁油缸的第一接口、第二接口连接；第五接口、第六接口与后桥转向液压缸总成的第一接口和第二接口连接。

作为优选，后桥转向集成阀组通过阀体上的通孔固定于车体底板上。

作为优选，转向回位锁止机构总成与后桥转向杆系的右摆臂通过球头销连接。

作为优选，方向盘及转向器总成包括方向盘、组合开关、第一转向传动轴、第二转向传动轴、方向盘转角传感器、角传动箱、中间传动轴总成以及液压动力转向器总成；方向盘与第一转向传动轴连接，第一转向传动轴中部加工有组合开关支架，用于安装组合开关；方向盘转角传感器安装在第一转向传动轴上；第一转向传动轴与第二转向传动轴连接，第一转向传动轴一端与方向盘连接，另一端与第二转向传动轴连接，第二转向传动轴另一端与角传动箱连接，中间传动轴总成一端通过万向节花键配合与角传动箱连接，另一端与液压动力转向器总成的输入轴连接。

作为优选，液压动力转向器总成具有进油口P、回油口T两个油路接口，分别与前桥转向泵的出油端口、前桥转向油罐总成的回油口连接。

作为优选，后桥转向集成阀组包含阀体、三位四通比例换向阀、两个平衡阀、四个两位两通电磁阀以及两位三通电磁阀阀和单向阀；后桥转向集成阀组通过阀体上的通孔固定于车体底板上，其具有6个油路接口；第一接口为进油端口P与后桥转向泵总成的出油口连接，第二接口为回油端口T与后桥转向油罐回油口连接；第三接口P2、第四接口T2分别与转向回位锁止机构总成的解锁油缸(44)的第一接口、第二接口连接，第五接口A、第六接口B与后桥转向液压缸总成的第一接口和第二接口连接。解锁油缸作为优选，后桥转向液压缸包括缸筒、活塞杆、球头、卡箍、油缸位移传感器，其具有第一接口、第二接口通过油管分别连接后桥转向集成阀组的第五接口、第六接口；油缸位移传感器安装在缸筒内部；后桥转向液压缸总成一端通过关节轴承与车体附座连接，另一端通过球头与后桥转向杆系的左摆臂连接，从而实现后桥转向液压缸总成的固定，后桥转向液压缸总成上部油路第一接口与后桥转向集成阀组的第五接口连接，第二接口与后桥转向集成阀组的第六接口连接。

作为优选，转向回位锁止机构总成包括解锁油缸、解锁弹簧、回位弹簧、机械锁总成、转动销轴、回位缸、伸缩缸、伸缩轴、左支座固定螺母、左弹簧支座总成、右弹簧支座总成、缸体间挡圈、销轴、解锁簧支座、解锁缸上支架、解锁缸下支架、球头销总成、锁止传感器、解锁传感器，回位弹簧左右两端通过左弹簧支座总成、右弹簧支座总成装入回位缸体内，通过推动左弹簧支座总成、右弹簧支座总成分别向左、右压缩回位弹簧；伸缩轴贯穿回位缸以及伸缩缸，在没有锁死的状态下可以相对回位缸以及伸缩缸进行往复伸缩运动；伸缩轴的一端通过过盈配合沿径向压入销轴，另一端旋入左支座固定螺母以及球头销总成；解锁油缸一端采用销轴加关节轴承的方式与解锁缸上支架连接，另一端采用销轴加关节轴承的方式与机械锁总成连接；解锁缸上支架、解锁缸下支架通过4个螺栓夹紧固定在回位缸外侧卡槽里；解锁簧支座通过螺栓固定在伸缩缸上端；本装置采用两根解锁弹簧，解锁弹簧一端挂在机械锁总成与解锁油缸连接的销轴上，另一端挂在弹簧支座的销轴上。机械锁总成通过两侧的转动销轴固定在伸缩缸上，机械锁可以绕着两侧的转动销轴上下旋转，完成对伸缩轴的解锁与锁止；回位缸、缸体间挡圈与伸缩缸通过均布的8个螺栓连接；解锁传感器支座通过螺纹连接固定在回位缸的法兰面上，解锁传感器通过螺纹连接固定在解锁传感器支座上，锁止传感器通过螺纹连接固定在机械锁总成上。

作为优选，后桥转向泵总成包括电机及后桥转向泵，其具有进油口、出油口；出油口通过高压油管与后桥转向集成阀组的第一接口P口连接；进油口通过低压油管与后桥转向集成阀组的第二接口T口连接；通过螺栓连接固定在车体附座上。

控制器都需要在驾驶员转动方向盘时，通过读取方向盘转角传感器的信号，计算出后桥转向液压缸的目标位置，以电流控制模式控制三位四通比例阀的阀芯开度，最终实现转向液压缸伸缩到绝对目标位置，最终带动后桥转向杆系实现对前桥的同向和反向转动。

控制器根据方向盘转角传感器采集的数值，结合前桥液压转向器的传动比、前桥转向杆系的角传动比，估算出前桥车轮转向角的值，随后根据同向或者反向模式结合相应的同向系数和反向系数确定后桥车轮转向角的数值，再结合后桥转向杆系的角传动比，得到左摆臂的目标转角，经左摆臂安装后桥转向液压缸的臂长计算得到后桥转向液压缸的活塞伸缩目标位移值。

其控制方法如下所示：

其中：θ_sw为方向盘转角(°)，为转角传感器采集值，范围为-900°～900°；

L为车辆轴距(mm)，属于车辆整体布置参数，范围(2800～3200)；

L_g为后桥转向液压缸的活塞伸缩目标位移值；为系统计算输出值；

L_gg为后桥转向杆系中左摆臂的中心孔到安装后桥转向液压缸用球头销轴线的距离(mm)，范围(180～280)；

i_f为前桥转向杆系的角传动比，范围为0.8～1.3；

i_R为后桥转向杆系的角传动比，范围为0.8～1.3；

i_T为前后桥同向转向系数，范围为0.2～0.8；

i_q为液压助力转向器的传动比，为常数；

λ为前桥距离转向瞬心的等效轴距系数。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

1)开发了全新的转向回位锁止机构总成，能够在后桥正常转向时，完成与后桥转向液压缸的随动伸缩；后桥不转向时，能够保持后桥转向杆系在中间位置的机械保持与刚性锁死；全轮转向系统出现电气或者液压故障时，能够实现无源主动回正并完成刚性锁死，大大提高了整套全轮转向装置的可靠性。

2)开发了全新的控制关系式，通过“前后桥同向转向”以及“前后桥反向转向”两种工作模式的控制关系式，控制器根据方向盘转角传感器采集的数值，结合前桥液压转向器的传动比、前桥转向杆系的角传动比，估算出前桥车轮转向角的值，随后根据同向或者反向模式结合相应的同向系数和反向系数确定后桥车轮转向角的数值，再结合后桥转向杆系的角传动比，得到左摆臂70的目标转角，经左摆臂安装后桥转向液压缸6的臂长计算得到后桥转向液压缸6的活塞伸缩目标位移值。通过加入创新的智能目标位移函数，能够精确实现转向液压缸与方向盘操纵的闭环控制，控制精准。具有安全可靠的性能，大大提高了系统的安全性和稳定性，系统设计稳定可靠。

3)开发了后桥转向集成阀组结构。阀组结构布局合理，易于加工，占用空间小，油路更加合理，压力损失小，便于布管，各控制阀调节操作方便。通过加装三位四通比例阀能够精确控制阀芯开度，进而精确控制后桥转向液压缸随目标位移的伸缩，实现转向液压缸与方向盘操纵的闭环控制。

4)开发了全新的机电液转向系统，该结构的全轮转向系统能够进行三种模式之间的方便切换，能够实现转向液压缸与方向盘操纵的闭环控制及转向桥无源主动回正与刚性锁紧装置的解、闭锁控制诸多优点，另外前后桥液压源独立，系统安全可靠。

5)开发了全新的全轮转向控制器总成。方便的进行三个模式之间的切换，考虑了多种故障模式，保证了各种故障模式下系统的可靠性能。通过加入创新的智能目标位移函数，能够精确实现转向液压缸与方向盘操纵的闭环控制，控制精准。

附图说明

图1一种高可靠性机-电-液全轮转向系统结构图

图2方向盘与动力转向器总成结构图

图2-1组合开关结构图

图2-2组合开关支架结构图

图2-3传动轴总成1结构图

图2-4前桥转向泵结构图

图2-5前桥转向油罐结构图

图2-6前桥转向油罐卡箍图

图3后桥转向集成阀组主视图

图4后桥转向液压缸结构图

图4-1后桥转向液压缸俯视图

图5后桥中位锁止机构结构图

图5-1后桥中位锁止机构剖视图

图6后桥转向泵总成结构图

图6-1后桥转向泵总成结构图2

图7后桥转向油罐总成结构图

图7-1前桥转向油罐卡箍图

图8液压系统工作原理图

图9是等效轴距系数示意图。

附图标记如下：

一种高可靠性机-电-液全轮转向系统结构图：1方向盘及转向器总成；2前桥转向油罐总成；3前桥转向泵；4后桥转向油罐总成；5前桥转向杆系；6后桥转向液压缸总成；7转向回位锁止机构总成；8后桥转向集成阀组；9全轮转向控制器总成；10后桥转向杆系；11后桥电动转向泵总成；70左摆臂；71右摆臂；72转向摇臂；

方向盘与动力转向器总成结构图：12方向盘；19第一转向传动轴；14第二转向传动轴；13方向盘转角传感器；15角传动箱；16中间传动轴总成；17液压动力转向器总成；

组合开关：80左手柄、82固定孔、81右手柄；

组合开关支架：83螺纹通孔、19转向传动轴；

转向传动轴总结构图：84组合开关支架、85调节机构、86安装孔；

前桥转向泵结构图：301进油口，302出油口，303转向泵安装孔，304转向泵花键轴；

前桥转向油罐结构图：203转向油罐；204油罐支架；201出油口，202回油口；

前桥转向油罐卡箍图：205前桥转向油罐支架；206卡箍；

后桥转向集成阀组主视图：24阀体；25三位四通比例换向阀；26两个平衡阀；四个两位两通电磁阀(27,28,30,31)；29两位三通电磁阀；32单向阀；油口8-P、8-T、8-P2、8-T2、8-A、8-B；

后桥转向液压缸结构图：88缸筒、87活塞杆、36球头销、90卡箍、89卡槽、35油缸位移传感器，34第一接口、33第二接口；

后桥转向液压缸俯视图：37关节轴承；

后桥中位锁止机构：44解锁油缸、52解锁弹簧、56回位弹簧、48机械锁总成、60转动销轴、45回位缸、49伸缩缸、40伸缩轴、41左支座固定螺母、55左弹簧支座总成、57右弹簧支座总成、47缸体间挡圈、50销轴、54解锁簧支座、43解锁缸上支架、42解锁缸下支架、38球头销、46锁止传感器、51解锁传感器、58解锁油缸第二接口、59解锁油缸第一接口；

后桥转向泵总成结构图：110出油口，112安装孔；

后桥转向泵总成结构图2：111进油口，112安装孔；

后桥转向油罐总成结构图：403转向油罐；404油罐支架；401出油口，402回油口；

前桥转向油罐卡箍图：405后桥转向油罐支架；406卡箍。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种高可靠性机电液全轮转向系统及其后桥无源自回正与锁止装置，尤其是4X4机电液全轮转向系统。所述系统的全轮转向装置前桥采用液压助力机械转向形式，后桥采用电控液压缸驱动后桥转向。作为优选，所述高可靠性4X4机电液全轮转向系统及其后桥无源自回正与锁止装置适用于5吨以上的轮式车辆。

下面结合附图对系统及其后桥无源自回正与锁止装置进行详细描述。

如图1所示，所述机电液全轮转向系统包括方向盘及转向器总成1、前桥转向油罐总成2、前桥转向泵3、后桥转向油罐总成4、前桥转向杆系5、后桥转向液压缸总成6、转向回位锁止机构总成7、后桥转向集成阀组8、全轮转向控制器总成9、后桥转向杆系10、后桥电动转向泵总成11。方向盘及转向器总成1与前桥转向杆系5连接；前桥转向泵3安装在发动机上，由发动机驱动向系统提供动力源，优选为高压动力源；前桥转向油罐总成2出油口19与前桥转向泵3的进油端22通过油管连接，回油口20与方向盘与动力转向器总成1中动力转向器总成17的回油口通过油管连接。

后桥转向油罐总成4出油口402与后桥电动转向泵总成11的进油端111通过油管连接，回油口401与后桥转向集成阀组8的回油口T口通过油管连接；后桥电动转向泵总成11的出油口110与后桥转向集成阀组8的进油端8-P通过油管连接；后桥转向液压缸总成6的第一接口34与后桥转向集成阀组8的A口8-A口通过油管连接，后桥转向液压缸总成6的第二接口33与后桥转向集成阀组8的B口8-B通过油管连接，后桥转向液压缸总成6与后桥转向杆系10的左摆臂70连接，优选通过球头销36连接；转向回位锁止机构总成7的解锁油缸44的第一接口59(进油口)与后桥转向集成阀组8的P2口8-P2通过油管连接，转向回位锁止机构总成7的解锁油缸44的第二接口58(出油)与后桥转向集成阀组8的T2口8-T2通过油管连接，转向回位锁止机构总成7与后桥转向杆系10的右摆臂71连接，优选通过球头销38连接。

通过上述的方案，前后桥转向系统机械安装上相对独立，并采取独立的液压源，通过全轮转向控制器9控制后桥转向阀组实现前后桥的三种转向模式。

作为优选，方向盘及转向器总成1位于车辆驾驶舱内，通过角度调节机构20上的四个长圆孔与驾驶舱内仪表板处的安装支架固定。

作为优选，方向盘及转向器总成1中动力转向器总成17与前桥转向杆系5的转向摇臂72通过锥花键连接。

图2展示了本发明的方向盘及转向器总成。如图2所示，方向盘及转向器总成1包括方向盘12、组合开关18、第一转向传动轴19、第二转向传动轴14、方向盘转角传感器13、角传动箱15、中间传动轴总成16以及液压动力转向器总成17。方向盘12与第一转向传动轴19连接，第一转向传动轴19中部加工有组合开关支架，用于安装组合开关，优选传动轴的径向安装，便于将组合开关18与第一转向传动轴19同轴安装并固定；方向盘转角传感器13通过过盈配合安装在第一转向传动轴19上，优选安装在第一转向传动轴19组合开关支架下面；第一转向传动轴19与第二转向传动轴14连接，优选，通过第一转向传动轴19底部加工有花键轴与第二转向传动轴14连接；第一转向传动轴19一端与方向盘12连接，优选通过万向节花键配合连接，另一端与第二转向传动轴14连接，优选通过万向节花键配合连接；第二转向传动轴14一端与转向传动轴总成19连接，优选通过万向节花键配合连接，另一端与角传动箱15连接，优选通过万向节花键配合连接；中间传动轴总成16一端通过万向节花键配合与角传动箱15连接，另一端通过万向节花键配合与液压动力转向器总成17的输入轴连接。这样，当驾驶员操纵方向盘12时，带动第一转向传动轴19、第二转向传动轴14、方向盘转角传感器13、角传动箱15以及液压动力转向器总成17的外花键输出端与之同轴转动，同时方向盘转角传感器14将方向盘的转角信号发送到全轮转向控制器总成9。

作为优选，所述方向盘12中心加工有内花键孔，第一转向传动轴19顶端加工有花键轴，插入方向盘12中心内花键孔并通过螺母锁紧，完成方向盘11与第一转向传动轴19的连接；

作为优选，该机构20上面加工了四个长圆孔，用于将方向盘与动力转向器总成1固定在仪表板上。

作为优选，第二转向传动轴14与动力转向器17之间安装角传动箱15，功能在于保证方向盘12与动力转向器17在实车安装布置的灵活性。

液压动力转向器总成17具有进油口P、回油口T两个油路接口，分别与前桥转向泵3的出油端口302、前桥转向油罐总成2的回油口201连接；

作为优选，前桥转向泵3安装至发动机上，如图2-4所示，前桥转向泵3具有两路油口接口，第一接口301与前桥转向油罐总成2的出油口202连接，第二接口302与液压动力转向器总成17的进油口P连接，其功能在于为前桥转向系统提供液压动力源；

如图2-5所示，前桥转向油罐总成2包括转向油罐203、油罐支架204，转向油罐203通过油罐支架205固定在车体上，其具有两个油路接口，分别是出油口202、回油口201，出油口202与转向泵3的进油口301连接，回油口201与液压动力转向器总成1的回油口T、后桥转向集成阀组8的第2接口8-T连接，其功能在于为前桥转向系统提供液压源。

如附图3所示，后桥转向集成阀组8包含阀体24、三位四通比例换向阀25、两个平衡阀26、四个两位两通电磁阀27、28、30和31以及两位三通电磁阀阀29、单向阀32。后桥转向集成阀组8通过阀体24上的通孔固定于车体底板上，其具有6个油路接口，接口优选为卡套式直通接头结构。

作为优选，所述阀体24为立方体结构，其中包括六个面，所述两个平衡阀26、四个两位两通电磁阀阀27、28、30和31以及两位三通电磁阀阀29、单向阀32位于第一面上，所述第三接口8-P2、第四接口8-T2、第五接口8-A、第六接口8-B四个接口位于与第一面垂直相连接的第二面上，第一接口8-P、第二接口8-T位于与第一面和第二面相连接的第三面上，第四面和第三面相对，三位四通比例换向阀25位于第四面中间位置。

作为优选，在第一面上，阀27、28和31位于远离第二面的一侧，从第三面到第四面，依次排列为阀31、28、27；靠近第二面的一侧设置阀29、30，其中从第三面到第四面，依次排列为阀30、29，而且阀30、29靠近第三面的一侧布置；单向阀32位于阀30、31之间；两个平衡阀26位于阀29与第四面之间以及阀27、28与第二面之间的位置。

在第二面上，接口8-P2、8-T2靠近第一面的一侧设置，优选设置在靠近第三面的一侧，其中从第三面到第四面，依次排列为接口8-P2、8-T2；接口8-A、8-B远离第一面的一侧设置，优选靠近第四面的一侧，从其中从第三面到第四面，依次排列为接口8-B、8-A。

在第三面上，第一接口8-P、第二接口8-T靠近第一面设置，其中第一接口8-P比第二接口8-T距离第二面的距离更远。

通过上面的结构布局，能够使得后桥转向集成阀组8结构布置更合理，易于加工，占用空间小，油路更加合理，压力损失小，便于布管，各控制阀调节操作方便。图3的后桥转向集成阀组结构，阀组结构布局合理，易于加工，占用空间小，油路更加合理，压力损失小，便于布管，各控制阀调节操作方便。通过加装三位四通比例阀能够精确控制阀芯开度，进而精确控制后桥转向液压缸随目标位移的伸缩，实现转向液压缸与方向盘操纵的闭环控制。

第一接口为进油端口8-P，其与后桥转向泵总成11的出油口110连接，第二接口为回油端口8-T与后桥转向油罐总成4回油口401连接；第三接口8-P2、第四接口8-T2分别与转向回位锁止机构总成7的解锁油缸44的第一接口59、第二接口58连接；第五接口8-A、第六接口8-B与后桥转向液压缸总成6的第一接口34和第二接口33连接。

后桥转向集成阀组8的功能在于：根据驾驶员选取的转向模式，接收全轮转向控制器所提供的开关量信号，同时控制四个两位两通电磁阀阀27，阀28，阀30，阀31、两位三通电磁阀阀29以切换油路，从而根据驾驶员需求的转向模式实现前桥转向、前后桥同向转向、前后桥反向转向三种模式的转向；后桥转向集成阀组8接收全轮转向控制器所提供的电流信号，控制三位四通比例换向阀25的阀体开度，实现后桥转向杆系对前桥转向的平稳跟随。具体来说：两位两通电磁阀27、28分别串联在A口，即8-A、B口，即8-B与T口，即8-T之间，上电接通以后，后桥转向油缸两腔相通，处于卸荷状态；电磁阀断电后，后桥转向油缸可以建压，控制器通过控制三位四通比例换向阀25的供电电流控制后桥转向液压缸6活塞杆的伸缩；两个平衡阀26分别串联在三位四通比例换向阀25与A口8-A、B口8-B之间，能够对后桥转向液压缸6两腔的压力起到保压的作用，保证在转向过程各个位置的稳态；两位两通电磁阀30、两位三通电磁阀29串联在P口8-P、T口8-T与P2口8-P2口之间，通过控制器控制两位两通电磁阀30、两位三通电磁阀29的供电实现解锁油缸44有杆腔的充放油；T2口8-T2口与T口8-T口相通，统一返回后桥转向油罐总成4。

后桥转向集成阀组8是本发明的一个发明点，通过该发明可以实现后桥根据驾驶员需求，实现前桥转向、前后桥同向转向、前后桥反向转向三种转向模式之间的油路切换。

如附图4所示，后桥转向液压缸6包括缸筒88、活塞杆87、球头销36、卡箍90、油缸位移传感器35，其具有第一接口34、第二接口33通过高压油管分别连接后桥转向集成阀组8的第五接口8-A、第六接口8-B；油缸位移传感器35安装在缸筒内部；活塞杆输出端为内螺纹管状结构，在活塞杆输出端侧面加工有沟槽，球头分别螺接在活塞杆输出端，并在沟槽处用卡箍锁紧，固定球头旋入深度。缸筒固定端加工环形槽，压入关节轴承，通过销轴将缸筒固定在后桥转向液压缸附座处。后桥转向液压缸总成6一端通过关节轴承与车体附座连接，另一端通过球头销36与后桥转向杆系10的左摆臂70连接，从而实现后桥转向液压缸总成6的固定，后桥转向液压缸总成6上部油路第一接口34与后桥转向集成阀组8的第五接口8-A连接，第二接口33与后桥转向集成阀组8的第六接口8-B连接。

图5展示了转向回位锁止机构总成7的结构示意图。如附图5所示，转向回位锁止机构总成7包括解锁油缸44、解锁弹簧52、回位弹簧56、机械锁总成48、转动销轴60、回位缸45、伸缩缸49、伸缩轴40、左支座固定螺母41、左弹簧支座总成55、右弹簧支座总成57、缸体间挡圈47、销轴50、解锁簧支座54、解锁缸上支架43、解锁缸下支架42、球头销38、锁止传感器46、解锁传感器51。回位弹簧56设置在回位缸体45内，回位缸45左右两端分别连接解锁缸支架和伸缩缸49，其中解锁缸支架包括解锁缸上支架43和解锁缸下支架42，解锁缸上支架43的上端连接解锁油缸44的一端，解锁油缸44的另一端连接销轴，所述销轴是机械锁总成48与解锁油缸44连接的销轴；所述解锁弹簧52一端挂在机械锁总成48与解锁油缸44连接的销轴上，另一端挂在解锁簧支座54的销轴上，解锁簧支座54固定在伸缩缸49上端；机械锁总成48一端固定在伸缩缸49上；伸缩轴40伸入到回位缸45和伸缩缸49中。

回位弹簧56左右两端通过左弹簧支座总成55、右弹簧支座总成57装入回位缸体45内，通过推动左弹簧支座总成55、右弹簧支座总成57分别向左、右压缩回位弹簧56；伸缩轴40贯穿回位缸45以及伸缩缸49，在没有锁死的状态下可以相对回位缸45以及伸缩缸49进行往复伸缩运动；伸缩轴40的一端通过过盈配合沿径向压入销轴50，另一端旋入左支座固定螺母41以及球头销38；解锁油缸一端采用销轴加关节轴承的方式与解锁缸上支架43连接，另一端采用销轴加关节轴承的方式与机械锁总成48连接；解锁缸上支架43、解锁缸下支架42通过4个螺栓夹紧固定在回位缸45外侧卡槽里；解锁簧支座54通过螺栓固定在伸缩缸49上端；本装置采用两根解锁弹簧52，解锁弹簧52一端挂在机械锁总成48与解锁油缸44连接的销轴上，另一端挂在弹簧支座54的销轴上。机械锁总成48通过两侧的转动销轴60固定在伸缩缸49上，机械锁可以绕着两侧的转动销轴60上下旋转，完成对伸缩轴40的解锁与锁止；回位缸45、缸体间挡圈47与伸缩缸49通过均布的8个螺栓连接；解锁传感器支座61通过螺纹连接固定在回位缸45的法兰面上，解锁传感器46通过螺纹连接固定在解锁传感器支座61上，锁止传感器51通过螺纹连接固定在机械锁总成48上。

前桥转向时，转向回位锁止机构总成7处在中位并锁死的状态。此时，回位弹簧56带动左弹簧支座总成55、右弹簧支座总成57分别与回位缸45内侧、缸体间挡圈47接触，进而带动伸缩轴40回到初始的中位状态，待回位弹簧56回到中位后，控制液压阀组的油口8-A、8-B，使解锁油缸44卸荷处于自由状态，两根解锁弹簧52带动机械锁总成48绕着机械锁转动销轴60向下旋转，机械锁总成48的半圆卡槽卡入销轴50，伸缩轴40将无法进行伸缩运动。

后桥参与转向时，转向回位锁止机构总成7处在解锁随动的状态。此时，解锁油缸44的第一接口59充油，解锁油缸44的活塞杆收缩，带动机械锁总成48绕着机械锁转轴60向上旋转，到解锁传感器46信号灯亮为止，机械锁总成48解锁到位；此时，伸缩轴40可随后桥转向杆系运动的需要进行往复伸缩运动：伸缩轴40收缩时，螺母41推动左弹簧支座总成55随伸缩轴40向右运动，右弹簧支座总成57与缸体间挡圈47贴紧，通过向右压缩回位弹簧56实现伸缩轴40的压缩；伸缩轴40伸长时，伸缩轴40的轴间与右弹簧支座总成57贴合一起向左运动，左弹簧支座总成55与回位缸45内表面贴紧，通过向左压缩回位弹簧实现伸缩轴40的伸长。

转向回位锁止机构总成7一端通过关节轴承与车体附座连接，另一端通过球头销38与后桥转向杆系10的右摆臂71连接，从而实现转向回位锁止机构总成7的固定，解锁油缸44油路的第一接口59、第二接口58与后桥转向集成阀组8的第三接口8-P2、第四接口8-T2连接。

图5的转向回位锁止机构总成。能够在后桥正常转向时，完成与后桥转向液压缸的随动伸缩；后桥不转向时，能够保持后桥转向杆系在中间位置的机械保持与刚性锁死；全轮转向系统出现电气或者液压故障时，能够实现无源主动回正并完成刚性锁死，大大提高了整套全轮转向装置的可靠性。

全轮转向模式转换开关集成在整车控制面板内部，由驾驶员操纵，其具有三个工作模式“前桥转向”“前后桥同向转向”“前后桥反向转向”。由图1至图7所示，本发明专利所涉及的一种高可靠性机-电-液全轮转向装置的工作原理的特征如下：

(一)“前桥转向”模式

“前桥转向”模式时，全轮转向模式转换开关处于前桥转向状态，驾驶员转动方向盘，方向盘的转角信号发送到转向控制器，控制系统根据“前桥转向”控制策略，控制两位两通电磁阀阀31断电，同时控制后桥转向集成阀组8内第一接口P8-P和第二接口T8-T油路畅通，目的在于将解锁油缸44卸荷，解锁弹簧52带动机械锁48完成落锁，处于锁死状态，保证后桥处在中位不参与转向。

(二)“前后桥同向转向”模式

“前后桥同向转向”模式时，后桥转向集成阀组8内第一接口8-P和第三接口8-P2油路畅通，第二接口8-T和第四接口8-T2油路畅通，目的在于为解锁油缸44的有杆腔充油，带动机械锁48绕转轴向上旋转，完成解锁；控制器控制两位两通电磁阀27和阀28上电，实现后桥转向液压缸6建压，当驾驶员转动方向盘时，方向盘转角传感器13将方向盘转角信号发送到转向控制器9，控制系统根据前后桥同向转向的控制策略计算出后桥转向液压缸6的目标位移，通过对三位四通比例换向阀25的电流控制精确实现后桥转向液压缸6的位移行程，通过球头销36推动左转向摇臂70转动，带动后桥转向杆系实现后桥随前桥的同向转向；

(三)“前后桥反向转向”模式

“前后桥反向转向”模式时，后桥转向集成阀组8内第一接口8-P和第三接口8-P2油路畅通，第二接口8-T和第四接口8-T2油路畅通，目的在于为解锁油缸44的有杆腔充油，带动机械锁48绕转轴向上旋转，完成解锁；控制器控制两位两通电磁阀27和阀28上电，实现后桥转向液压缸6建压，当驾驶员转动方向盘时，方向盘转角传感器13将方向盘转角信号发送到转向控制器9，控制系统根据前后桥反向转向的控制策略计算出后桥转向液压缸6的目标位移，通过对三位四通比例换向阀25的电流控制精确实现后桥转向液压缸6的位移行程，通过球头销36推动左转向摇臂70转动，带动后桥转向杆系实现后桥随前桥的反向转向。

如附图6，后桥转向泵总成11包括电机及后桥转向泵，其具有进油口111、出油口110。出油口110通过高压油管与后桥转向集成阀组8的第一接口P口8-P连接；进油口111通过低压油管与后桥转向集成阀组8的第二接口T口8-T连接；通过螺栓连接固定在车体附座上。

本装置在“前后桥同向转向”以及“前后桥反向转向”两种工作模式下，控制器都需要在驾驶员转动方向盘时，通过读取方向盘转角传感器13的信号，计算出后桥转向液压缸6的目标位置，以电流控制模式控制三位四通比例阀25的阀芯开度，最终实现转向液压缸伸缩到绝对目标位置，最终带动后桥转向杆系10实现对前桥的同向和反向转动。在控制系统中，创新性的提出了智能目标位移函数。具体来说，控制器根据方向盘转角传感器采集的数值，结合前桥液压转向器的传动比、前桥转向杆系的角传动比，估算出前桥车轮转向角的值，随后根据同向或者反向模式结合相应的同向系数和反向系数确定后桥车轮转向角的数值，再结合后桥转向杆系的角传动比，得到左摆臂70的目标转角，经左摆臂安装后桥转向液压缸6的臂长计算得到后桥转向液压缸6的活塞伸缩目标位移值。其基本方法如下所示：

其中：θ_sw为方向盘转角(°)，为转角传感器采集值，优选范围为-900°～900°；

L为车辆轴距(mm)，属于车辆整体布置参数，优选范围(2800～3200)；

L_g为后桥转向液压缸6的活塞伸缩目标位移值；为系统计算输出值；

L_gg为后桥转向杆系中左摆臂70的中心孔到安装后桥转向液压缸6用球头销36轴线的距离(mm)，优选范围(180～280)；

i_f为前桥转向杆系的角传动比，优选范围为0.8～1.3；

i_R为后桥转向杆系的角传动比，优选范围为0.8～1.3；

i_T为前后桥同向转向系数，优选范围为0.2～0.8；

i_q为液压助力转向器的传动比，为常数。优选为26；

λ为前桥距离转向瞬心的等效轴距系数，通过计算得到，优选0.6～0.8。全轮转向车辆的“轴距”与前桥转向车辆不同，不是简单意义上两轴间的距离了，而是车轴到转向瞬心的纵向距离。针对全轮转向车辆建立“虚拟后轴”，在分析时把“虚拟后轴”当做前桥转向车辆的后轴与前桥转向车辆的不转向后轴相对应，而车辆前桥沿纵向中心线到转向瞬心点的距离为“等效轴距”。等效轴距与轴距的比值为等效轴距系数，该参数的确定与整车最小转向半径要求息息相关。具体参见图9。图9中L是轴距，λ为前桥距离转向瞬心的等效轴距系数。

本发明通过大量的研究，研发了全新的后桥转向液压缸6的活塞伸缩目标位移值的计算方式，通过准确的计算出后桥转向液压缸6的活塞伸缩目标位移值，通过加入创新的智能目标位移函数，能够精确实现转向液压缸与方向盘操纵的闭环控制，控制精准；具有安全可靠的性能，大大提高了系统的安全性和稳定性，系统设计稳定可靠，能够保证车辆安全。

为安全考虑，当车速超限时，驾驶员如果未能及时切换到前桥转向模式，全轮转向控制器会自动切换为前桥转向模式；当系统发生电液故障时，后桥转向液压缸会卸荷，后桥无源自回正与锁止装置能够带动后桥转向杆系回到中位，并控制机械锁落锁完成后桥的机械锁死。

该装置作为一种具有转向桥无源中位回正与刚性锁紧功能的高可靠性机电液全轮转向系统，驾驶员可以根据实际路况实现三种转向模式前桥转向模式、前后桥同相转向模式、前后桥异相转向模式)的切换，能够同时具备随动转向桥在复杂环境下的动态响应与抗冲击能力，非线性载荷下随动转向桥中位转向刚度以及系统故障、车辆受损状态下随动转向桥主动回正三个核心能力，相对于现有全轮转向系统，本发明具有如下的优点：

1.本发明的高可靠性机电液全轮转向系统，结构简单、工作稳定、可靠性高，前后桥采用独立液压源，转向系统可以根据驾驶员需要实现三种转向模式(前桥转向模式、前后桥同相转向模式、前后桥异相转向模式)的切换，同时，从主动安全方面考虑，根据实车安全需要可以自主进行安全模式的切换。

2.本发明设计了转向回位锁止机构总成，该总成是本装置的核心部件，是保证全轮转向车辆可靠安全的关键部件。该机构能够在后转向桥参与转向时，根据控制器指令实现随动转向；后转向桥不需要转向时，根据控制器指令随动转回中位，并通过机械结构完成后桥的机械锁死，可靠稳定；车辆出现不可预见故障时，能够带动后转向桥实现无源回中位，并通过机械结构完成后桥的机械锁死。这种自动无源回中位并锁死的机构大大提高了全轮转向车辆的安全性，是以往全轮转向系统无法实现的。

3.本发明设计了用于全轮转向系统的后桥转向集成阀组，阀组集成度高，控制精确，通过精确控制比例阀实现后转向桥的精确转向。

需要说明的是，本领域技术人员可以容易地理解，本发明专利所涉及的重型循环球式双模电动动力转向装置可以上述方式应用在有人、无人驾驶的不同类型的轮式车辆转向系统中，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明专利的精神和范围的情况下，可以对本发明专利进行各种不同形式的更改和改变。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (2)

1.一种转向回位锁止机构总成操作系统，转向回位锁止机构总成包括解锁油缸、解锁弹簧、回位弹簧、机械锁总成、转动销轴、回位缸、伸缩缸、伸缩轴、左支座固定螺母、左弹簧支座总成、右弹簧支座总成、缸体间挡圈、销轴、弹簧支座、解锁缸上支架、解锁缸下支架、球头销、锁止传感器、解锁传感器；回位弹簧设置在回位缸内，回位缸左右两端分别连接解锁缸支架和伸缩缸，其中解锁缸支架包括解锁缸上支架和解锁缸下支架，解锁缸上支架的上端连接解锁油缸的一端，解锁油缸的另一端连接销轴，所述销轴是机械锁总成与解锁油缸连接的销轴；所述解锁弹簧一端挂在机械锁总成与解锁油缸连接的销轴上，另一端挂在弹簧支座的销轴上，弹簧支座固定在伸缩缸上端；机械锁总成一端通过两侧的转动销轴固定在伸缩缸上；伸缩轴伸入到回位缸和伸缩缸中。

2.一种4X4机电液全轮转向系统，其特征在于，所述系统包括方向盘及转向器总成、前桥转向油罐总成、前桥转向泵、后桥转向油罐总成、前桥转向杆系、后桥转向液压缸总成、转向回位锁止机构总成、后桥转向集成阀组、全轮转向控制器总成、后桥转向杆系、后桥电动转向泵总成，方向盘及转向器总成与前桥转向杆系连接；前桥转向泵安装在发动机上，由发动机驱动向系统提供动力源；前桥转向油罐总成出油口与前桥转向泵的进油端通过油管连接，回油口与方向盘与动力转向器总成中动力转向器总成的回油口通过油管连接；

后桥转向油罐总成出油口与后桥电动转向泵总成的进油端通过油管连接，回油口与后桥转向集成阀组的回油口T口通过油管连接；后桥电动转向泵总成的出油口与后桥转向集成阀组的进油端通过油管连接；后桥转向液压缸总成的第一接口与后桥转向集成阀组的A口通过油管连接，后桥转向液压缸总成的第二接口与后桥转向集成阀组的B口通过油管连接，后桥转向液压缸总成与后桥转向杆系的左摆臂连接，转向回位锁止机构总成的解锁油缸的第一接口与后桥转向集成阀组的P2口通过油管连接，转向回位锁止 机构总成的解锁油缸的第二接口与后桥转向集成阀组的T2口通过油管连接，转向回位锁止机构总成与后桥转向杆系的右摆臂连接；所述转向回位锁止机构总成是权利要求1所述的转向回位锁止机构总成。

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