CN203427870U - 一种多模式多轮转向装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多模式多轮转向装置，包括主转向系统、液压转向系统、电控系统，其特征在于：所述液压转向系统设置在后桥上，包括动力油缸、动力油缸流量比例阀、动力油缸使能阀、对中油缸、对中油缸开关阀；所述动力油缸、对中油缸分别与横拉杆连接；动力油缸分别与动力油缸流量比例阀和动力油缸使能阀通过管路与油箱相连；所述对中油缸与对中油缸开关阀通过管路与油箱相连。本实用新型提供的多模式多轮转向装置机械机构简单，省去了大量的纵拉杆设计布置运动校核的过程。本实用新型方案解决了现有技术多轮转向系统的不可扩展性。

Description

一种多模式多轮转向装置

技术领域

本实用新型涉及大型专用运输车领域，尤其涉及多轴车辆转向技术，特别是涉及一种多轴车辆多模式多轮转向装置。 

背景技术

对于具有后轮转向功能多轴长轴距车辆，前后转向车桥连接方式有两种：一种是前后转向车桥采用纯机械的方式连接，一种是前后转向车桥采用液压方式连接。 

纯机械的方式连接较为典型的是四连杆结构的连接方式，后组的转向桥通过一个或多个直拉杆和中间臂，将自己的转向臂和前组的转向臂连接起来，组成一个或多个四连杆，将前组的转动传递到后组，实现前组和后组的反向转向，此种连接方式车辆仅具有前组和后组反转功能，车辆高速行驶时稳定性差。 

采用液压方式的前组后组车轮系之间可以通过联动缸连接，联动缸由一套液压流向装置控制，实现两种转向功能：联动缸不工作时，前组车辆转向，后组车轮不转向；联动缸工作时，前组车轮转向，后组车辆按固定比例反向转向，采用此种连接方式车辆具有两种转向模式：前组转向模式和前后组反转向模式。在通过小直径弯道时使用前后组反转模式。正常行驶时使用前组转向模式，车辆高速行驶稳定性较好。 

以上技术中，存在以下不足：只能实现前后组反转向功能纯机械连接方式车辆存在一定的安全隐患，当车辆从直道进入弯道时，后组车轮强队前组车辆出现较大的外偏量，如果外偏值过大，会给驾驶员判断整车的通过性带来困难，这种转向特性会使刚开始驾驶这种车辆的驾驶人员感觉不适应，在预估车辆的通过能力时造成误判。此外，其他人员会因不熟悉这种车辆特性没有及时避让而造成危险。 

能实现前组转向模式，前后组反转向模式的液压连接方式的车辆安全性要好一些。驾驶员根据经验通过控制转向模式的转换时机，可减小后组车轮的外偏量。转换时机与车辆的速度和转弯半径相关。普通货车司机要经过一定的训练才可获得这种经验。 

为解决液压连结方式的不足，公开的实用新型提供了一种多模式全轮转向装置，通过将前述液压系统的双回路转向器改为单回路转向器，将前组连联动缸和后组联动缸去掉，增加比例阀、过滤器、将联动阀的管路重新连接，并增加电控系统，实现了前组转向、前后组反向转向、同轨迹转向以及斜行四种转向模式(一种多模式全轮转向装置专利号 CN201020643495.7)。 

但现有技术中，存在以下不足： 

多桥分为前组和后组，每组由两桥组成，桥与桥之间需要机械连接，每桥无法单独实现转向，机械结构复杂，转向相对不灵活，只能实现五桥车辆的转向，无扩展性，。 

实用新型内容：

为解决上述技术问题本实用新型提出一种车辆多模式多轮转向装置，运用一套新的液压转向系统，并增加电控系统，使得本实用新型具有包括全轮模式转向、蟹行模式转向、独立后桥模式转向、无拐出模式转向、后桥锁定模式转向等特点。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多模式多轮转向装置，包括主转向系统、液压转向系统、电控系统，所述主转向系统包括方向盘、角转向器、传动轴、转向机、主转向动力油缸、主转向齿轮泵、转向纵拉杆和转向摇臂，方向盘通过角转向器连接传动轴，传动轴与转向机相连，转向机通过转向摇臂拉动转向纵拉杆，主转向齿轮泵与转向机连接，主转向动力油缸设置在一桥上；其特征在于： 

所述液压转向系统设置在后桥上，包括动力油缸、动力油缸流量比例阀、动力油缸使能阀、对中油缸、对中油缸开关阀；所述动力油缸、对中油缸分别与横拉杆连接；动力油缸分别与动力油缸流量比例阀和动力油缸使能阀通过管路与油箱相连；所述对中油缸与对中油缸开关阀通过管路与油箱相连。 

所述电控系统包括控制器、显示器、转向角度传感器、速度传感器、转向模式选择开关，控制器与显示器通过CAN总线系统进行通讯，转向角度传感器、速度传感器、转向模式选择开关与控制器相连，转向角度传感器、速度传感器设置在后桥上，控制器与动力油缸使能阀、对中油缸开关阀相连。 

对上述技术方案的优选技术方案为，所述液压转向系统还包括系统使能阀和蓄能器，系统使能阀通过管路设置在后桥齿轮泵与油箱之间；蓄能器设置在后桥齿轮泵与截止阀之间，与对中油缸开关阀相连。所述电控系统还包括压力检测传感器，压力检测传感器与控制器相连，压力检测传感器设置在后桥上；系统使能阀与控制器相连。 

对上述技术方案的改进为，所述蓄能器为两个，两个蓄能器之间由单向阀连接。 

蓄能器的作用是减少能耗，同时减轻液压转向系统开启和闭合时的冲击；当压力检测传感器检测到蓄能器压力过低时，打开系统使能阀为蓄能器充压，当压力到达一定值后，断开系统使能阀。通过给蓄能器充压，在压力到达一定值后切断系统使能阀可以减轻能耗，同时又可以减轻液压转向系统开启和闭合时的冲击。 

对上述技术方案的优选技术方案为，所述的多模式多轮转向装置，其特征在于所述液压转向系统设置在具有多桥车辆后桥每一桥上。 

本实用新型的优点在于： 

本实用新型提供的方案运用液压的方式把转向桥连接起来，机械机构简单，使方向盘控制的主转向系统与后桥转向系统间无机械机构的连接，省去了大量的纵拉杆设计布置运动校核的过程。 

本实用新型提供的方案，控制方式简便，运用控制器，编程简单，调试灵活，维护方便。 

本实用新型提供的方案，能够实现3桥及3桥以上多轴车辆的全轮转向。 

本实用新型提供的技术方案，能够实现全轮模式转向、蟹行模式转向、独立后桥模式转向、无拐出模式转向、后桥锁定模式转向等多种转向模式。 

本实用新型系统扩展性强，很容易实现3桥，4桥、5桥及5桥以上的多轮转向系统。因此，本实用新型方案解决了通过传统的机械拉杆连接形式多轮转向或通过液压分组实现多轮转向系统的不可扩展性，可以实现3桥及以上车辆的多轴转向系统。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案做进一步说明 

图1为本实用新型的整体转向结构布置示意图。 

图2为本实用新型的液压系统示意图。 

图3为本实用新型的电控系统示意图。 

图4为本实用新型全轮转向模式示意图。 

图5为本实用新型蟹行转向模式示意图。 

图6为本实用新型独立后桥转向模式示意图。 

图7为本实用新型无拐出转向模式示意图。 

图8为本实用新型后桥锁定转向模式示意图。 

其中，1～5为1桥至5桥，11为角转向器，12为传动轴，13为转向机，14为转向摇臂，15为转向纵拉杆，16为主转向动力油缸，25为主转向齿轮泵，26为后桥齿轮泵，分别为主转向系统及后桥转向系统提供动力，17～20分别为2～5桥动力油缸，21～24分别为2～5桥对中油缸，27～30分别为2～5桥动力油缸流量比例阀，31～34分别为2～5桥动力油缸使能 阀，35～38分别为2～5桥对中油缸开关阀，39为2～5桥系统使能阀，40为压力检测传感器，41、42为蓄能器，6～10为1～5桥转向角度传感器，43为显示器，44为控制器，45为转向模式选择开关，46为速度传感器。 

具体实施方式

下面结合图1、图2、图3对本实用新型的技术方案做进一步说明，本实施例以5桥车辆为例进行说明，本实用新型也可以是3桥、4桥、5桥以及5桥以上车辆。 

本实用新型提供一种多模式多轮转向装置，包括主转向系统、液压转向系统、电控系统，所述主转向系统包括方向盘、角转向器11、传动轴12、转向机13、主转向动力油缸16、主转向齿轮泵25、转向纵拉杆15和转向摇臂14，方向盘通过角转向器11连接传动轴12，传动轴12与转向机13相连，转向机13通过转向摇臂14拉动转向纵拉杆15，主转向齿轮泵25与转向机13连接，主转向动力油缸16设置在一桥上；其特征在于： 

所述液压转向系统设置在后桥上，包括动力油缸17、动力油缸18、动力油缸19、动力油缸20、动力油缸流量比例阀27、动力油缸流量比例阀28、动力油缸流量比例阀29、动力油缸流量比例阀30、动力油缸使能阀31、动力油缸使能阀32、动力油缸使能阀33、动力油缸使能阀34、对中油缸21、对中油缸22、对中油缸23、对中油缸24、对中油缸开关阀35、对中油缸开关阀36、对中油缸开关阀37、对中油缸开关阀38；所述动力油缸17、动力油缸18、动力油缸19、动力油缸20、对中油缸21、对中油缸22、对中油缸23、对中油缸24分别与后桥各横拉杆对应连接；动力油缸17、动力油缸18、动力油缸19、动力油缸20分别与对应动力油缸流量比例阀27、动力油缸流量比例阀28、动力油缸流量比例阀29、动力油缸流量比例阀30和对应动力油缸使能阀31、动力油缸使能阀32、动力油缸使能阀33、动力油缸使能阀34通过管路与油箱相连；所述对中油缸21、对中油缸22、对中油缸23、对中油缸24、与对应对中油缸开关阀35、对中油缸开关阀36、对中油缸开关阀37、对中油缸开关阀38通过管路与油箱相连。 

所述电控系统包括控制器44、显示器43、转向角度传感器6、转向角度传感器7、转向角度传感器8、转向角度传感器9、转向角度传感器10、速度传感器46、转向模式选择开关45，控制器44与显示器43通过CAN总线系统进行通讯，转向角度传感器6、转向角度传感器7、转向角度传感器8、转向角度传感器9、转向角度传感器10、速度传感器46、转向模式选择开关45与控制器44相连，转向角度传感器6、转向角度传感器7、转向角度传感器8、转向角度传感器9、转向角度传感器10、速度传感器46设置在后桥上，控制器44与动力油 缸使能阀31、动力油缸使能阀32、动力油缸使能阀33、动力油缸使能阀34、对中油缸开关阀35、对中油缸开关阀36、对中油缸开关阀37、对中油缸开关阀38相连。 

对上述技术方案的优选技术方案为，所述液压转向系统还包括系统使能阀39和蓄能器41，系统使能阀39通过管路设置在后桥齿轮泵26与油箱之间；蓄能器41设置在后桥齿轮泵26与截止阀之间，与分别对中油缸开关阀35、对中油缸开关阀36、对中油缸开关阀37、对中油缸开关阀38相连。所述电控系统还包括压力检测传感器40，压力检测传感器40与控制器44相连，压力检测传感器40设置在后桥上；系统使能阀39与控制器44相连。 

对上述技术方案的改进为，所述蓄能器41、蓄能器42为两个，两个蓄能器41、蓄能器42之间由单向阀连接。 

本实用新型优化的技术方案设置有系统使能阀和蓄能器，可以保证转向瞬间开启的平稳性及降低能耗。压力检测传感器时刻监控蓄能器压力，如果压力低于设定值，打开系统使能阀为蓄能器充压，当压力到达一定值后，断开系统使能阀，保证了转向瞬间开启的平稳性，又可降低能耗，在蓄能器压力较高时使转向泵卸荷。 

下面结合附图对本实用新型的工作原理进行进一步的说明： 

如图1所示，其中1桥通过主转向机构角转向器11、传动轴12、转向机13、转向纵拉杆15和转向摇臂14由方向盘控制实现转向。2至5桥通过后桥转向液压系统实现。 

如图2所示，以2桥为例阐述液压转向的原理： 

通过压力检测传感器40检测蓄能器41、蓄能器42压力以判断是否开启转向系统使能阀39，通过转向动力油缸流量比例阀27接通转向动力油缸17以控制转向速度及方向，通过对中油缸开关阀35连接对中油缸21以实现行驶中的车轮对中。 

对中油缸开关阀35是2桥的对中命令阀，对中油缸开关阀35得电，2桥转向油缸处于浮动状态；对中油缸开关阀35断电，2桥在蓄能器41、蓄能器42压力下强制对中。2桥转向油缸流量比例阀27和转向动力油缸使能阀31，转向动力油缸使能阀31得电，转向动力油缸17在转向油缸流量比例阀27作用下伸出或缩回。例如：如果2桥接到转向命令，转向系统使能阀39得电，对中油缸开关阀35和转向动力油缸使能阀31得电，此时转向系统油路有压力，2桥对中油缸21处于浮动状态，转向动力油缸17在转向油缸流量比例阀27通电的情况下可以伸出或缩回，进而控制2桥左传或右转；当2桥转向命令到位后，转向系统使能阀39，转向油缸流量比例阀27和转向动力油缸使能阀31全部断电，此时2桥对中油缸21处于浮动状态，2桥保持一定转向角度。转向命令是否到位的判断由控制器44读取2桥转向角度传感器7判断后发出。3、4、5桥的液压转向原理与2桥相同。 

如图3所示，控制系统包括控制器44，转向角度传感器6、转向角度传感器7、转向角度传感器8、转向角度传感器9、转向角度传感器10，压力检测传感器40，速度传感器46、显示器43，转向模式选择开关45。控制器通过CAN节点从CAN总线上获取车速，直接读取转角传感器转角值及压力检测传感器压力值，通过不同的转向模式驱动液压系统开关阀及比例阀，通过转角的反馈进行精确控制。 

本实用新型中多轮转向的实现由控制器44根据不同的转向模式发出转向控制命令。同时，驾驶人员可以根据显示器43监控当前的转向状态。多轮转向的原则是尽量保持车辆纯滚动而尽量避免滑动，进而尽量减小后桥轮胎的磨损。本实用新型能实现获取最小转弯半径的全轮转向模式图4，蟹行转向模式图5，独立后桥转向模式图6，无拐出转向模式图7，后桥锁定转向模式图8等模式。 

鉴于液压系统可对每个桥都可以进行单独控制，因此通过不同的转向模式程序设计可以实现多种模式的转向。全轮转向模式以阿克曼定理为理论基础，通过读取1桥转角来实现后桥转向，当车速小于30Km/h时，2、3、4、5桥进行随动，可实现最小的转弯半径；当车速大于30Km/h而小于60Km/h时，2、3、4桥进行锁定，5桥可随动，该转向模式兼顾操作灵活性和行驶稳定性；当车速大于60Km/h时，2、3、4、5全部锁定，可实现高速的稳定性，上述过程完全由控制器完成，不用人工干预。蟹行转向模式可以实现2、3、4、5桥的转动角度与1桥一致，在整车姿态不变的情况下进行平移，大大提高了机动性。独立后桥转向模式1桥由方向盘控制，2、3、4、5桥由翘板开关独立控制。通过翘板开关，后转向轴能够独立于前轴转向角转向。如果前轴和后转向轴均沿相同方向锁定，则后转向轴平行锁定；如果前轴和后轴沿相反方向锁定，则后转向轴转角与前桥转角成比例转向。无拐出转向模式中2、3、4、5转向和1桥转向相位相同。转动的方向一致但转动的角度逐步减小，从而减小车辆后端的偏摆，转向模式转向中心线在车辆尾部，一般来说，从一组房的边缘开走选择此模式。后桥锁定模式中锁定2、3、4、5桥，只通过1桥通过方向盘进行转向，该模式适合于高速行驶且极少转弯的路况，可保证高速行驶的稳定性。 

本实用新型控制系统中所有的转向角度传感器转角、蓄能器压力、车速，转向模式都可以通过显示器进行查询，可进一步提高系统的可操作性，且有助于故障的排查。 

本实用新型系统扩展性强，很容易实现3桥，4桥、5桥及5桥以上的多轮转向系统。因此，本实用新型解决了通过传统的机械拉杆连接形式多轮转向或通过液压分组实现多轮转向系统的不可扩展性，可以实现3桥及以上车辆的多轴转向系统。 

以上所述仅是本实用新型的一种实施方式，应当指出，对于本领域内的普通技术人员来 说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出显而易见的若干变换或替代以及改型，这些均应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (4)

1.一种多模式多轮转向装置，包括主转向系统、液压转向系统、电控系统，所述主转向系统包括方向盘、角转向器、传动轴、转向机、主转向动力油缸、主转向齿轮泵、转向纵拉杆和转向摇臂，方向盘通过角转向器连接传动轴，传动轴与转向机相连，转向机通过转向摇臂拉动转向纵拉杆，主转向齿轮泵与转向机连接，主转向动力油缸设置在一桥上；其特征在于： 

所述液压转向系统设置在后桥上，包括动力油缸、动力油缸流量比例阀、动力油缸使能阀、对中油缸、对中油缸开关阀；所述动力油缸、对中油缸分别与横拉杆连接；动力油缸分别与动力油缸流量比例阀和动力油缸使能阀通过管路与油箱相连；所述对中油缸与对中油缸开关阀通过管路与油箱相连； 

所述电控系统包括控制器、显示器、转向角度传感器、速度传感器、转向模式选择开关，控制器与显示器通过CAN总线系统进行通讯，转向角度传感器、速度传感器、转向模式选择开关与控制器相连，转向角度传感器、速度传感器设置在后桥上，控制器与动力油缸使能阀、对中油缸开关阀相连。 

2.根据权利要求1所示的多模式多轮转向装置，其特征在于所述液压转向系统还包括系统使能阀和蓄能器，系统使能阀通过管路设置在后桥齿轮泵与油箱之间；蓄能器设置在后桥齿轮泵与截止阀之间，与对中油缸开关阀相连； 

所述电控系统还包括压力检测传感器，压力检测传感器与控制器相连，压力检测传感器设置在后桥上；系统使能阀与控制器相连。 

3.根据权利要求2所述的多模式多轮转向装置，其特征在于所述蓄能器为两个，两个蓄能器之间由单向阀连接。 

4.根据权利要求1所述的多模式多轮转向装置，其特征在于所述液压转向系统设置在具有多桥车辆后桥每一桥上。 

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