CN112623024B - 转向系统及工程车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种转向系统及工程车辆。转向系统包括方向盘、全液压转向器、转向轮组件、传动组件和阻尼控制组件，全液压转向器具有右转工作油口和左转工作油口且与方向盘连接以通过方向盘的转向来控制右转工作油口和左转工作油口的液压油流向，转向轮组件包括转向桥、转向轮和控制转向轮的转角的转向油缸，转向油缸的有杆腔和无杆腔分别与右转工作油口和左转工作油口连通，传动组件与方向盘连接，阻尼控制组件包括与传动组件机械连接的阻尼油缸和控制阻尼油缸的阻尼特性的至少一个阻尼元件。本公开通过在转向系统中增加阻尼控制组件，提高操作的舒适性且增加转向系统的高速稳定性。

Description

转向系统及工程车辆

技术领域

本公开涉及工程机械领域，尤其涉及一种转向系统及工程车辆。

背景技术

工程车辆中，转向系统通常由全液压转向器连接在方向盘和转向桥之间，助力驾驶员的转向操作，其中的全液压转向器与转向油缸用液压软管连接，方向盘通过转轴控制全液压转向器的转角来实现动力转向。

全液压转向器在工程车辆中应用较为普遍，但只适用于低速场合。对于装备有全液压转向器的工程车辆而言，其转向系统为开环系统，不具有反馈效果，低速行驶时的不利影响不大，而在高速行驶时容易出现方向盘发飘的现象，就需要驾驶员不断地修正方向，使得工程车辆的操作性不足。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种转向系统及工程车辆，能够根据车辆行驶的状态改变转向系统的阻尼，提高操作的舒适性，并且增加转向系统的高速稳定性。

在本公开的一个方面，提供一种转向系统，包括：

方向盘；

全液压转向器，具有右转工作油口和左转工作油口，且与方向盘连接以通过方向盘的转向来控制右转工作油口和左转工作油口的液压油流向；

转向轮组件，包括转向桥、可转动地设置于转向桥两端的转向轮和控制转向轮的转角的转向油缸，转向油缸的有杆腔和无杆腔分别与右转工作油口和左转工作油口连通；

传动组件，与方向盘连接以传递方向盘的转动力矩；以及

阻尼控制组件，包括与传动组件机械连接的阻尼油缸和控制阻尼油缸的阻尼特性的至少一个阻尼元件。

在一些实施例中，至少一个阻尼元件包括：

第一阻尼孔，第一阻尼孔的两端分别与阻尼油缸的第一腔和第二腔连接，并具有第一设定阻尼系数。

在一些实施例中，至少一个阻尼元件还包括：

第二阻尼孔，第二阻尼孔的第一端与阻尼油缸的第一腔连接，并具有第二设定阻尼系数；以及

第一电磁阀，设置于第二阻尼孔的第二端与阻尼油缸第二腔之间以控制所在油路的通断。

在一些实施例中，至少一个阻尼元件还包括：

第三阻尼孔，第三阻尼孔的第一端与阻尼油缸的第一腔连接，并具有第三设定阻尼系数；以及

第二电磁阀，设置于第三阻尼孔第二端与阻尼油缸的第二腔之间以控制所在油路的通断。

在一些实施例中，阻尼控制组件还包括：

阻尼油液油箱，与阻尼油缸的第一腔连接；以及

第三电磁阀，设置于阻尼油液油箱与阻尼油缸的第二腔之间，用于控制阻尼油液油箱的供油流路的通断。

在一些实施例中，阻尼油缸的活塞头在第一腔一侧和第二腔一侧均连接有活塞杆，其中第一腔一侧的活塞杆与传动组件机械连接。

在一些实施例中，传动组件包括：

齿轮齿条机构，其中的齿轮与方向盘同轴设置，齿条固定连接于阻尼油缸第一腔一侧的活塞杆，且齿轮和齿条相互啮合，用以将方向盘的转矩转换为阻尼油缸第一腔一侧活塞杆的伸缩力矩。

在一些实施例中，还包括：

转角传感器，设置于方向盘的转轴上，用于测量方向盘的转角大小，并被配置为根据测量的转角大小控制第一电磁阀和第二电磁阀的开闭；和/或

车速传感器，用于测量转向轮的转速，并被配置为根据测量的转速大小控制第一电磁阀和第二电磁阀的开闭。

在一些实施例中，转向轮组件还包括：

阻尼器，缸体与转向桥的桥壳固定连接，缸杆与转向油缸的活塞杆通过桥壳转向节固定连接，且缸杆相对于缸体能够以第四设定阻尼系数伸缩。

在本公开的另一方面，提供一种工程车辆，包括上述转向系统。

根据本公开各方面，通过在转向系统中增加阻尼控制组件，并使阻尼控制组件可根据车辆行驶的状态，例如方向盘的转角和/或行驶速度来改变自身的阻尼，提高操作的舒适性，并且增加转向系统的高速稳定性。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开一些实施例的转向系统的结构示意图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语包括技术术语或者科学术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1所示，本公开实施例的转向系统，包括方向盘1、全液压转向器5、转向轮组件、传动组件和阻尼控制组件。

其中的全液压转向器5与方向盘1连接(可传扭地连接)，并设有右转工作油口R和左转工作油口L，可由方向盘1的转向控制右转工作油口R和左转工作油口L的液压油流向；转向轮组件包括转向桥6、可转动地设置于转向桥6两端的转向轮、和控制转向轮转角调整的转向油缸，转向油缸的有杆腔和无杆腔分别与右转工作油口R和左转工作油口L连通；

在此基础上，本公开通过设置传动组件，用于从方向盘1提取转动力矩，再设置阻尼控制组件，包括与传动组件机械连接的阻尼油缸12和控制阻尼油缸12阻尼特性的至少一个阻尼元件。从而以传动组件为中介，一方面将方向盘1的转动力矩传递给阻尼控制组件，另一方面将阻尼控制组件的阻尼效果反馈给方向盘1的转动力矩，在不影响转向系统基本结构的情况下，实现了增加转向系统阻尼特性的效果，提高操作的舒适性，并且增加转向系统的高速稳定性。

而阻尼控制组件中的阻尼元件可以包括任意具有阻尼特性的装置，例如阻尼孔、节流阀、阻尼器7等。

其中优选地，在一些实施例中，阻尼元件包括第一阻尼孔13，两端分别连通于阻尼油缸12的第一腔和第二腔，并具有第一设定阻尼系数。

第一阻尼孔13相较于其他阻尼元件具有结构简单，可靠性良好的优点，并且可以从阻尼油缸12的第一腔向第二腔，或是从第二腔向第一腔双向地增加阻尼特性，以对应于方向盘1的左转和右转，使方向盘1所增加的阻尼特性在左转和右转的过程中保持一致，给予驾驶人员以更平衡、更精准的转向反馈。

而为了使阻尼控制系统的阻尼特性可调，在一些实施例中，阻尼元件还包括：第二阻尼孔131、第一电磁阀14、第三阻尼孔132和第二电磁阀141。

其中的第二阻尼孔131的两端分别连通于阻尼油缸12的第一腔和第二腔，与第一阻尼孔13并联设置，并具有第二设定阻尼系数；而第一电磁阀14则用于控制第二阻尼孔131与阻尼油缸12有杆腔和无杆腔所在油路的通断。

通过增加第二阻尼孔131，并使第二阻尼孔131所在的油路可被控制通断，使得阻尼控制系统的阻尼特性可由第一阻尼孔13单独提供，或由第一阻尼孔13和第二阻尼孔131共同提供。

类似的，第三阻尼孔132的两端分别连通于阻尼油缸12的第一腔和第二腔，与第一阻尼孔13和第二阻尼孔131并联设置，并具有第三设定阻尼系数；而第二电磁阀141则用于控制第三阻尼孔132与阻尼油缸12有杆腔和无杆腔所在油路的通断。

由此，通过增加第三阻尼孔132进一步丰富了阻尼控制系统的阻尼特性，对照于并联电路的电阻计算，阻尼控制组件的总阻尼系数可以包括：由第一阻尼孔13单独提供的R₁，由第一阻尼孔13和第二阻尼孔131共同提供的

由第一阻尼孔13和第三阻尼孔132共同提供的

以及由第一阻尼孔13、第二阻尼孔131和第三阻尼孔132共同提供的

进一步的，为了向阻尼控制系统及时补油，在一些实施例中，阻尼控制组件还包括阻尼油液油箱15，与阻尼油缸12的第一腔连通；而为了使阻尼控制系统在工作过程中的阻尼油液不回流至油箱而改变阻尼效果，阻尼控制系统还包括第三电磁阀142，设置于阻尼油液油箱15与阻尼油缸12的第一腔之间，用于控制阻尼油液油箱15的供油流路的通断。

进一步的，在一些实施例中，为了使方向盘1左转和右转过程的阻尼反馈一致，阻尼油缸12的活塞头在第一腔一侧和第二腔一侧均连接有活塞杆，其中第一腔一侧的活塞杆与传动组件机械连接。

当阻尼油缸12的活塞头在第一腔一侧和第二腔一侧均连接有活塞杆时，其活塞头两侧的有效压力面积一致，此时在活塞头相同的行程下，其第一腔和第二腔所压入或压出的油液压力一致，使得左转和右转获得相同的反馈效果。

而为了配合于阻尼油缸12的伸缩过程，在一些实施例中，传动组件包括齿轮齿条机构3，其中的齿轮与方向盘1同轴设置，齿条固定连接于阻尼油缸12第一腔一侧的活塞杆，且齿轮和齿条相互啮合，用以将方向盘1的转矩转换为阻尼油缸12第一腔一侧活塞杆的伸缩力矩。

齿轮齿条机构3一方面能够将方向盘1的回转运动转换为阻尼油缸12的伸缩运动，另一方面通过控制齿轮齿条之间的啮合关系，能够将阻尼油缸12伸缩运动过程中由阻尼控制组件施加的阻尼特性反向地传递给方向盘1的回转过程。且齿轮齿条的啮合相较其他传动方式更加精准，使得运动转换与传递的过程同样更为精准。

进一步的，为了使阻尼控制系统的阻尼特性可以根据车辆的行驶状态进行调整，在一些实施例中，转向系统还包括转角传感器2设置于方向盘1的转轴，用于测量方向盘1的转角大小，并被配置为根据测量的转角大小控制第一电磁阀14和第二电磁阀141的开闭。

转角传感器2可通过齿轮齿条机构3上的齿条或阻尼油缸12上安装位移传感器替代。当然，转角传感器2也可不予安装，此时，第一电磁阀14和第二电磁阀141也可通过车速或其他信号进行控制，例如转向系统还包括车速传感器，用于测量转向轮的转速，并被配置为根据测量的转速大小调整第一电磁阀14和第二电磁阀141的开闭。

进一步的，在一些实施例中，转向轮组件还包括阻尼器7，缸体与转向桥6的桥壳61固定连接，缸杆与转向油缸的活塞杆通过桥壳转向节62固定连接，且缸杆相对于缸体能够以第四设定阻尼系数伸缩。

阻尼器7能够在转向轮一侧增加转向过程中的阻尼特性，与方向盘1一侧增加阻尼特性的阻尼控制组件相配合，共同为转向系统增加阻尼，增加方向盘1的操作力矩，提供车辆高速行驶条件下的稳定性，克服全液压转向系统高速出现的方向盘1发飘问题。

在本公开的另一个方面，提供一种工程车辆，包括如前文任一项实施例的转向系统。

以下结合附图对本申请做进一步说明：

如图1所示，方向盘1通过转角传感器2与转向管柱4中齿轮齿条机构3相连，转向管柱4与全液压转向器5相连，然后全液压转向器5的右转工作油口R和左转工作油口L分别与转向油缸和转向油缸相连。全液压转向器5的压力油口P与液压泵11相连通，以使液压泵11从油箱9中泵出油液供给全液压转向器5使用，回油口T则通过过滤器8与油箱9连通，以过滤回油油液中的杂质。

转向桥6上安装阻尼器7，阻尼器7的一端和转向桥6上的桥壳61相连，另一端和转向桥6上的桥壳转向节62相连。转向管柱4上安装转角传感器2。齿轮齿条机构3中的齿轮安装在转向管柱4上，齿条的一端和阻尼油缸12相连。阻尼油缸12两油腔通过第一阻尼孔13连通，同时通过第二阻尼孔131、第一电磁阀14连通，还通过第三阻尼孔132、第二电磁阀141连通。阻尼油缸12一侧油腔通过第三电磁阀142和阻尼油液油箱15相连。

且其中的第一电磁阀14、第二电磁阀141和第三电磁阀142均为两位两通电磁阀。并且第一电磁阀14、第二电磁阀141的断电状态可为断开状态也可为连通状态。

由此，在低速行驶状态下：

此时第三电磁阀142断电，阻尼油缸12与阻尼油液油箱15断开；第一电磁阀14、第二电磁阀141得电，当方向盘1转动过程中，方向盘1的转动通过齿轮齿条机构3转换为齿条的移动，齿条的移动带动阻尼油缸12运动，阻尼油缸12的运动使阻尼油缸12两端的油腔油液通过第一阻尼孔13、第二阻尼孔131、第三阻尼孔132产生一定的阻尼。此时阻尼油缸在运动过程中产生的阻尼较小。

在高速行驶状态下：

此时第三电磁阀142断电，阻尼油缸12与阻尼油液油箱15断开；第一电磁阀14、第二电磁阀141断电，当方向盘1转动过程中，方向盘1的转动通过齿轮齿条机构3转换为齿条的移动，齿条的移动带动阻尼油缸12运动，阻尼油缸12的运动使阻尼油缸12两端的油腔油液通过第一阻尼孔13产生较大的阻尼。

而在阻尼系统补油状态下：

当阻尼油缸12两侧油液减少或系统产生漏油情况的条件下，此时第三电磁阀142得电，阻尼油液油箱15中的油液通过第三电磁阀142进入阻尼油缸12两侧油腔实现补油。

因此，根据本公开实施例，通过在转向系统中增加阻尼控制组件，并使阻尼控制组件可根据车辆行驶的状态，例如方向盘的转角和/或行驶速度来改变自身的阻尼，提高操作的舒适性，并且增加转向系统的高速稳定性。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种转向系统，其特征在于，包括：

方向盘；

全液压转向器，具有右转工作油口和左转工作油口，且与方向盘连接以通过方向盘的转向来控制右转工作油口和左转工作油口的液压油流向；

转向轮组件，包括转向桥、可转动地设置于转向桥两端的转向轮和控制转向轮的转角的转向油缸，转向油缸的有杆腔和无杆腔分别与右转工作油口和左转工作油口连通；

传动组件，与方向盘连接以传递方向盘的转动力矩；以及

阻尼控制组件，包括与传动组件机械连接的阻尼油缸和控制阻尼油缸的阻尼特性的至少一个阻尼元件，所述阻尼控制组件根据方向盘的转角和/或行驶速度改变自身的阻尼。

2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，至少一个阻尼元件包括：

第一阻尼孔，第一阻尼孔的两端分别与阻尼油缸的第一腔和第二腔连接，并具有第一设定阻尼系数。

3.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，至少一个阻尼元件还包括：

第二阻尼孔，第二阻尼孔的第一端与阻尼油缸的第一腔连接，并具有第二设定阻尼系数；以及

第一电磁阀，设置于第二阻尼孔的第二端与阻尼油缸第二腔之间以控制所在油路的通断。

4.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，至少一个阻尼元件还包括：

第三阻尼孔，第三阻尼孔的第一端与阻尼油缸的第一腔连接，并具有第三设定阻尼系数；以及

第二电磁阀，设置于第三阻尼孔第二端与阻尼油缸的第二腔之间以控制所在油路的通断。

5.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，阻尼控制组件还包括：

阻尼油液油箱，与阻尼油缸的第一腔连接；以及

第三电磁阀，设置于阻尼油液油箱与阻尼油缸的第二腔之间，用于控制阻尼油液油箱的供油流路的通断。

6.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，阻尼油缸的活塞头在第一腔一侧和第二腔一侧均连接有活塞杆，其中第一腔一侧的活塞杆与传动组件机械连接。

7.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，传动组件包括：

齿轮齿条机构，其中的齿轮与方向盘同轴设置，齿条固定连接于阻尼油缸第一腔一侧的活塞杆，且齿轮和齿条相互啮合，用以将方向盘的转矩转换为阻尼油缸第一腔一侧活塞杆的伸缩力矩。

8.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，至少一个阻尼元件包括第一阻尼孔、第二阻尼孔、第三阻尼孔、第一电磁阀和第二电磁阀，第一阻尼孔的两端分别与阻尼油缸的第一腔和第二腔连接，并具有第一设定阻尼系数，第二阻尼孔的第一端与阻尼油缸的第一腔连接，并具有第二设定阻尼系数，第一电磁阀设置于第二阻尼孔的第二端与阻尼油缸第二腔之间以控制所在油路的通断，第三阻尼孔的第一端与阻尼油缸的第一腔连接，并具有第三设定阻尼系数，第二电磁阀设置于第三阻尼孔第二端与阻尼油缸的第二腔之间以控制所在油路的通断，其中，所述转向系统还包括：

转角传感器，设置于方向盘的转轴上，用于测量方向盘的转角大小，并被配置为根据测量的转角大小控制第一电磁阀和第二电磁阀的开闭；和/或

车速传感器，用于测量转向轮的转速，并被配置为根据测量的转速大小控制第一电磁阀和第二电磁阀的开闭。

9.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，转向轮组件还包括：

阻尼器，缸体与转向桥的桥壳固定连接，缸杆与转向油缸的活塞杆通过桥壳转向节固定连接，且缸杆相对于缸体能够以第四设定阻尼系数伸缩。

10.一种工程车辆，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项的转向系统。

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