CN114312993A - 一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于非公路自卸车技术领域，具体为一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统，包括液压油箱、第一球阀、第二球阀、齿轮泵、应急转向泵、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、回油过滤器、动态信号优先阀、电液转向器、模式切换电磁阀、前桥回中电磁阀、后桥回中电磁阀以及转向油缸组件，所述转向油缸组件包括前左转向油缸、前右转向油缸、后左转向油缸、后右转向油缸，其结构合理，能够实现在使用的过程中降低人工成本、运营成本和安全隐患。

Description

一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统

技术领域

本发明涉及非公路自卸车技术领域，具体为一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统。

背景技术

近年来，随着我国经济快速平稳的发展，国内市场对煤矿、铁矿等资源的需求量也越来越大，这使得运量大、工作效率高的非公路自卸车逐渐成为矿山运输的主力。矿山地区道路弯道与坡路较多，除了来往运输矿石的自卸车外，还有许多其他工程车辆同时使用矿区道路，因此矿用自卸车必须具有可靠、灵活的转向性能。然而随着矿山资源的不断开发，开采规模的不断提高，采矿条件变得越发恶劣，对人的安全威胁也越来越大，但是对采矿效率的要求却越来越高。

现有的非公路自卸车普遍采用前轮转向，其转向系统形式多为循环球整体式转向器驱动和循环球整体式转向器加液压助力缸驱动的单轴转向方式，这两种转向驱动方式都存在单桥承载小、转向沉重的问题。前轮转向受工作场所条件限制，转向、掉头需要较大空间，并且依靠驾驶员人工驾驶。矿区工作时间为24小时，要求每台车最少配备两个司机，人工成本非常高，加大了运营成本及安全隐患。

为此，我们提出一种新型的无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统解决上述问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统，能够实现在使用的过程中降低人工成本、运营成本和安全隐患。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统，其包括液压油箱、第一球阀、第二球阀、齿轮泵、应急转向泵、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、回油过滤器、动态信号优先阀、电液转向器、模式切换电磁阀、前桥回中电磁阀、后桥回中电磁阀以及转向油缸组件，所述转向油缸组件包括前左转向油缸、前右转向油缸、后左转向油缸、后右转向油缸；

其中，齿轮泵经第一球阀从液压油箱吸油，其出口油液经第一单向阀流向第一溢流阀的P口与动态信号优先阀的P口，应急转向泵经第二球阀从液压油箱吸油，其出口油液经第二单向阀与经第一单向阀的油液汇合，组成压力油路，动态信号优先阀的CF口连接电液转向器的P口，动态信号优先阀的LS口连接电液转向器的LS口，动态信号优先阀的EF口连接至前桥回中电磁阀的P口，前桥回中电磁阀的T口与后桥回中电磁阀的P口相连，电液转向器的T口与第一溢流阀的T口及后桥回中电磁阀的T口相连组成回油路，回油路经回油过滤器连至液压油箱，第一溢流阀连接压力油路与回油路，电液转向器的L口与模式切换电磁阀的P口相连，模式切换电磁阀的T口与前左转向油缸的LB1、前右转向油缸的RA1及前桥回中电磁阀的A口相连，模式切换电磁阀的A口与后桥回中电磁阀的A口及双向液压锁的V1口相连，模式切换电磁阀的B口与后桥回中电磁阀的B口及双向液压锁的V2口相连，双向液压锁的C1口与后左转向油缸的LB2口及后右转向油缸的RA2口相连，双向液压锁的C2口与后左转向油缸的LA2口及后右转向油缸的RB2口相连，电液转向器的R口与前桥回中电磁阀的B口、前左转向油缸的LA1口及前右转向油缸的RB1口相连。

作为本发明所述的一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统的一种优选方案，其中：所述电液转向器包括第二溢流阀、第三溢流阀、第三单向阀、第四单向阀、液压随动转向器、第五单向阀、第六单向阀、模式切换阀、电液转向阀、控制器、位置传感器、电液阀桥路、模式切换控制阀、减压阀、第四溢流阀、第七单向阀和LS压力反馈阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.采用全液压转向系统，取消了方向盘与转向梯形之间的机械连接，以液压管路取而代之，具有操纵轻便灵活、结构紧凑、易于安装布置等优点。

2.该系统四个车轮都是转向轮，通过控制四个轮胎的转动角度可实现整车前轮转向、蟹行转向和向心转向，方便车辆在狭小空间内操作，使其行驶更加灵活。

3.采用电液转向器，该转向器具有电动与人工手动控制两种模式，可实现无人驾驶自动转向，当需要人工介入转向时，人工手动转向优先。

4.该系统采用动态信号优先阀配合动态电液转向器使用，动态响应快，改善寒冷条件下的启动性能，系统稳定性好，主流量优先保证转向回路。

5.该系统配备24V应急转向电动泵，在车辆失去动力或齿轮泵故障时，为转向系统提供临时液压源，解决车辆失去动力后只能紧急制动，不能转向导致的安全事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明液压结构原理示意图；

图2为本发明转向模式示意图。

图中；1-液压油箱；2-第一球阀；3-齿轮泵；4-第一单向阀；5-第一溢流阀；6-动态信号优先阀；7-电液转向器；8-模式切换电磁阀；9-前左转向油缸；10-前右转向油缸；11-前桥回中电磁阀；12-后桥回中电磁阀；13-双向液压锁；14-后右转向油缸；15-后左转向油缸；16-回油过滤器；17-第二单向阀；18-应急转向泵；19第二球阀；20转向油缸组件。

其中7-电液转向器包括：701-第二溢流阀；702-第三溢流阀；703-第三单向阀；704-第四单向阀；705-液压随动转向器；706-第五单向阀；707-第六单向阀；708-模式切换阀；709-电液转向阀；710-控制器；711-位置传感器；712-电液阀桥路；713-模式切换控制阀；714-减压阀；715-第四溢流阀；716-第七单向阀；717-LS压力反馈阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统，其包括液压油箱、第一球阀、第二球阀、齿轮泵、应急转向泵、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、回油过滤器、动态信号优先阀、电液转向器、模式切换电磁阀、前桥回中电磁阀、后桥回中电磁阀以及转向油缸组件，所述转向油缸组件包括前左转向油缸、前右转向油缸、后左转向油缸、后右转向油缸；

其中，齿轮泵经第一球阀从液压油箱吸油，其出口油液经第一单向阀流向第一溢流阀的P口与动态信号优先阀的P口，应急转向泵经第二球阀从液压油箱吸油，其出口油液经第二单向阀与经第一单向阀的油液汇合，组成压力油路，动态信号优先阀的CF口连接电液转向器的P口，动态信号优先阀的LS口连接电液转向器的LS口，动态信号优先阀的EF口连接至前桥回中电磁阀的P口，前桥回中电磁阀的T口与后桥回中电磁阀的P口相连，电液转向器的T口与第一溢流阀的T口及后桥回中电磁阀的T口相连组成回油路，回油路经回油过滤器连至液压油箱，第一溢流阀连接压力油路与回油路，电液转向器的L口与模式切换电磁阀的P口相连，模式切换电磁阀的T口与前左转向油缸的LB1、前右转向油缸的RA1及前桥回中电磁阀的A口相连，模式切换电磁阀的A口与后桥回中电磁阀的A口及双向液压锁的V1口相连，模式切换电磁阀的B口与后桥回中电磁阀的B口及双向液压锁的V2口相连，双向液压锁的C1口与后左转向油缸的LB2口及后右转向油缸的RA2口相连，双向液压锁的C2口与后左转向油缸的LA2口及后右转向油缸的RB2口相连，电液转向器的R口与前桥回中电磁阀的B口、前左转向油缸的LA1口及前右转向油缸的RB1口相连。

其中：所述电液转向器包括第二溢流阀、第三溢流阀、第三单向阀、第四单向阀、液压随动转向器、第五单向阀、第六单向阀、模式切换阀、电液转向阀、控制器、位置传感器、电液阀桥路、模式切换控制阀、减压阀、第四溢流阀、第七单向阀和LS压力反馈阀。

电液转向器集成有第二溢流阀、第三溢流阀、第三单向阀、第四单向阀、液压随动转向器、第五单向阀、第六单向阀、模式切换阀、电液转向阀、控制器、位置传感器、电液阀桥路、模式切换控制阀、减压阀、第四溢流阀、第七单向阀与LS压力反馈阀。从电液转向器的P口进入的油液分成并联的三路，分别连接至第六单向阀、电液转向阀与减压阀。经过第六单向阀的油液与液压随动转向器相连，液压随动转向器由驾驶员通过方向盘进行人工转向操作，在其向左或向右换向时输出油液至电液转向器的L口或R口，同时将负载压力由LS压力反馈阀传递至动态信号优先阀的LS口。第二溢流阀与第三溢流阀组成过载阀，对转向油缸组件进行缓冲保护。第三单向阀与第四单向阀组成补油阀，防止转向油缸回路吸空。第五单向阀为应急人力转向阀，当泵供应出现故障时，依靠人力可以从T口吸油。经过电液转向阀的油液会在电液转向阀两端的控制油推动阀芯向左或向右换向时，经模式切换阀的左位输出至电液转向器的L口或R口，同时将负载压力由LS压力反馈阀传递至动态信号优先阀的LS口。模式切换阀是控制电液转向器在人工转向与电液转向两种模式切换，阀芯在右位时是人工转向，在左位时是电液转向。经过减压阀的油液会在模式切换控制阀上电换向时流向模式切换阀的左端控制口，使模式切换阀切换至左位，从而使电液转向器切换至电液转向模式。经过减压阀的另一路油液由模式切换阀的左位流向电磁阀桥路，电磁阀桥路的两个油液输出端分别于电液转向阀两端的控制口相连，控制电液转向阀向左或向右换向，电磁阀桥路的电信号由控制器输出。控制器通过与电液转向阀相连的位置传感器感知阀芯的实时位置，再结合外部传感器的信号，例如轮胎转角传感器信号、GPS位置信号、雷达信号、车速传感器信号等，控制电液阀桥路的油液关闭或输出油液至电液转向阀的左端或右端，从而控制转向。

本转向系统可实现三种转向模式，由模式切换电磁阀控制三种转向模式的切换，分别为前轮转向模式、蟹行转向模式与向心转向模式。

前轮转向模式：前轮转向模式是通过电液转向器，可以控制前轮的转动角度，达到实现转向的目的。具体方式为：当模式切换电磁阀处于中位时，电液转向器的L口或R口输出的油液经过模式切换电磁阀连接至并联的前左转向油缸与前右转向油缸，从而控制前桥的二个轮胎转向，双向液压锁将后桥转向油缸油路锁死，使后轮不参与转向。

蟹行转向模式：蟹行转向模式是使前轮与后轮进行同相位转动，使车辆保持一定的转向角度斜向运动。具体方式为：当模式切换电磁阀的左边电磁铁上电处于左位时，两个前轮转向油缸与两个后轮转向油缸实现同相位串联，电液转向器的L口或R口输出的油液经过模式切换电磁阀先后连接至并联的前左转向油缸、前右转向油缸以及并联的后左转向油缸、后右转向油缸，使两个前轮与两个后轮实现同相位蟹行转向。

向心转向模式：向心转向模式是使前轮与后轮进行逆相位转动，使车辆转向半径变小，增强车辆的机动灵活性。具体方式为：当模式切换电磁阀的右边电磁铁上电处于右位时，两个前轮转向油缸与两个后轮转向油缸实现逆相位串联，电液转向器的L口或R口输出的油液经过模式切换电磁阀先后连接至并联的前左转向油缸、前右转向油缸以及并联的后左转向油缸、后右转向油缸，使两个前轮与两个后轮实现逆相位向心转向。

动态信号优先阀配合动态电液转向阀使用，在车辆启动后，始终有一股热油通过LS口在电液转向器里流动，其特点是动态响应快，改善寒冷条件下的启动性能，系统稳定性好。在其作用是将泵出来的压力油通过CF口优先供给转向油路，并且为负载敏感类型，对转向负载的变化有良好的压力补偿，多余的油液通过EF口供给其他工作回路，转向回路与其他工作回路互不影响，主流量优先保证转向回路。在本转向系统里，EF口的油液供给前桥回中电磁阀与后桥回中电磁阀。

前桥回中功能：前桥回中功能依靠前桥回中电磁阀配合安装在前桥上的前轮转角传感器来实现。当需要前桥轮胎回中时，转向控制系统控制前桥回中电磁阀电磁铁左边或者右边上电，阀芯随之位于左位或右位，通过动态信号优先阀EF口的出来的压力油传递至前桥两个并联的转向油缸，驱动前轮左转或右转，当转至中位时电磁阀断电。

后桥回中功能同上。

整个转向系统主要控制策略：

车辆正常在中高速行驶时(对非公路自卸车一般是10km/h-40km/h)，车辆采用前轮转向模式，此时模式切换电磁阀、前桥回中电磁阀与后桥回中电磁阀都位于中位。

车辆在空载高速行驶时(对非公路自卸车一般是40km/h以上)，车辆采用蟹行转向模式，车头与车尾同向运动，可以使车身在高速紧急转向及躲避障碍物时保持极高的稳定性，大大提高高速行驶车辆的安全性。

车辆在狭窄区域低速行驶或停车时(对非公路自卸车一般是10km/h以下)，车辆根据转向需要切换为向心转向模式或蟹行转向模式，向心转向模式大大减少转弯半径，防止车辆在转弯空间不足时拐死弯，蟹行转向模式使车辆保持一定的转向角度斜向运动，方便靠边停车。

当车辆由前轮转向模式切换为蟹行转向模式或向心转向模式时，需要车辆进行回中操作。转向控制系统根据前/后桥的转角传感器的信号，自动辨别前桥回中电磁阀与后桥回中电磁阀的上电方向，强制前后转向轮回中后再进行蟹行或向心转向。

当车辆由低速行驶加速至中高速时，或由高速行驶减速至中高速时，转向控制系统自动控制后转向轮回中并通过双向液压锁保持在中位。

当车辆由中高速行驶加速至高速时，转向控制系统自动控制后转向轮转动至与前转向轮一样的角度。

应急转向泵一般是24V电动转向泵，在车辆失去动力或齿轮泵故障时，为转向系统提供临时液压源，解决车辆失去动力后只能紧急制动，不能转向导致的安全事故。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (2)

1.一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统，其特征在于：包括液压油箱(1)、第一球阀(2)、第二球阀(19)、齿轮泵(3)、应急转向泵(18)、第一单向阀(4)、第二单向阀(17)、第一溢流阀(5)、回油过滤器(16)、动态信号优先阀(6)、电液转向器(7)、模式切换电磁阀(8)、前桥回中电磁阀(11)、后桥回中电磁阀(12)以及转向油缸组件(20)，所述转向油缸组件(20)包括前左转向油缸(9)、前右转向油缸(10)、后左转向油缸(15)、后右转向油缸(14)；

其中，齿轮泵(3)经第一球阀(2)从液压油箱(1)吸油，其出口油液经第一单向阀(4)流向第一溢流阀(5)的P口与动态信号优先阀(6)的P口，应急转向泵(18)经第二球阀(19)从液压油箱(1)吸油，其出口油液经第二单向阀(17)与经第一单向阀(4)的油液汇合，组成压力油路，动态信号优先阀(6)的CF口连接电液转向器(7)的P口，动态信号优先阀(6)的LS口连接电液转向器(7)的LS口，动态信号优先阀(6)的EF口连接至前桥回中电磁阀(11)的P口，前桥回中电磁阀(11)的T口与后桥回中电磁阀(12)的P口相连，电液转向器(7)的T口与第一溢流阀(5)的T口及后桥回中电磁阀(12)的T口相连组成回油路，回油路经回油过滤器(16)连至液压油箱(1)，第一溢流阀(5)连接压力油路与回油路，电液转向器(7)的L口与模式切换电磁阀(8)的P口相连，模式切换电磁阀(8)的T口与前左转向油缸(9)的LB1、前右转向油缸(10)的RA1及前桥回中电磁阀(11)的A口相连，模式切换电磁阀(8)的A口与后桥回中电磁阀(12)的A口及双向液压锁(13)的V1口相连，模式切换电磁阀(8)的B口与后桥回中电磁阀(12)的B口及双向液压锁(13)的V2口相连，双向液压锁(13)的C1口与后左转向油缸(15)的LB2口及后右转向油缸(14)的RA2口相连，双向液压锁(13)的C2口与后左转向油缸的LA2口及后右转向油缸(14)的RB2口相连，电液转向器(7)的R口与前桥回中电磁阀(11)的B口、前左转向油缸(9)的LA1口及前右转向油缸(10)的RB1口相连。

2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶非公路自卸车四轮全液压转向系统，其特征在于：所述电液转向器(7)包括第二溢流阀(701)、第三溢流阀(702)、第三单向阀(703)、第四单向阀(704)、液压随动转向器(705)、第五单向阀(706)、第六单向阀(707)、模式切换阀(708)、电液转向阀(709)、控制器(710)、位置传感器(711)、电液阀桥路(712)、模式切换控制阀(713)、减压阀(714)、第四溢流阀(715)、第七单向阀(716)和LS压力反馈阀(717)。

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