CN204527297U - 一种用于农业车辆手自一体双转向系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于农业车辆手自一体双转向系统，本系统包括液压油箱、齿轮油泵、换向阀、方向盘、全液压转向器、转向油缸、比例方向阀、转向控制器ECU以及角度传感器，所述齿轮油泵进油口连接液压油箱，出油口连接换向阀进油口，换向阀出油口分别连接全液压转向器和比例方向阀的进油口，全液压转向器和比例方向阀的出油口分别连接转向油缸左、右腔进油口，转向油缸的推杆连接在车辆转向机构的转向臂上，所述方向盘控制连接全液压转向器，所述角度传感器设于车辆转向机构的横拉杆转向节上，所述转向控制器ECU输入端与角度传感器和车输的上位机的输出端相连，转向控制器ECU输出端与比例方向阀输入端相连。本实用新型换向阀实现农业车辆自动与手动转向系统的切换，与其他自动转向控制方式相比，具有结构简单、成本低、转向力矩大，适合行驶在复杂路面条件下的农业车辆使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及车辆转向控制领域，特别是涉及一种用于农业车辆手自一体双转向系统。
背景技术
农用车辆原有转向系统一般为力矩较大的手动液压转向形式，方向盘控制全液压转向器出油口向转向油缸内供油，进而驱使车辆转向机构实现转向，因此农业车辆原有转向系统难以满足自动驾驶操作的需求。
车辆自动转向控制方式主要有电机转向控制和电液转向控制两种，电机控制多通过链条连接电机和方向盘的方式，该方式具有不可避免的滞后性和不稳定性、在复杂地面情况下力矩无法达到等缺点。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于农业车辆手自一体双转向系统，在保留原有手动转向功能的基础上，充分利用原车自带的齿轮油泵和转向油缸等液压设备，提供一种农业车辆电控液压自动转向系统。该系统可以在手动和自动转向方式之间自由切换，自动转向系统运行后能够根据上位机处理得出的导航信息自动控制农业车辆转向，使农业车辆在田间作业时更快、更精准，提高了工作效率和安全舒适性，降低了劳动强度和人力成本。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种用于农业车辆手自一体双转向系统，包括液压油箱、齿轮油泵、方向盘、全液压转向器、转向油缸，换向阀、比例方向阀、转向控制器ECU以及角度传感器；所述齿轮油泵进油口连接液压油箱，出油口连接换向阀进油口，换向阀出油口分别连接全液压转向器和比例方向阀的进油口，全液压转向器和比例方向阀的出油口分别连接转向油缸左、右腔进油口，转向油缸的推杆连接在车辆转向机构的转向臂上，所述方向盘控制连接全液压转向器，所述角度传感器设于车辆转向机构的横拉杆转向节上，所述转向控制器ECU输入端与角度传感器和车输的上位机的输出端相连，转向控制器ECU输出端与比例方向阀输入端相连。
本发明进一步改进方案是，还包括油滤，所述油滤进油口连接在换向阀与比例方向阀之间。
本发明更进一步改进方案是，还包括溢流阀，所述溢流阀与比例方向阀的进油口连接。溢流阀起定压溢流作用，以此保护整个油路。
本实用新型更进一步改进方案是，所述溢流阀为先导式电磁溢流阀；所述换向阀为两位四通电磁换向阀；所述比例换向阀为三位四通电磁比例方向阀。
本实用新型更进一步改进方案是，所有液压阀回油口连接到液压油箱。
本实用新型更进一步改进方案是，所述角度传感器转轴与车轮同步运动。
本实用新型更进一步改进方案是，所述转向控制器ECU接收上位机转角控制信号作为输入，接收角度传感器实际转角信号作为反馈，采用带有死区的PD算法计算出转角控制量输出给比例方向阀控制部分，形成闭环控制系统。
本实用新型与现有技术相比，具有以下明显优点：
1.充分利用农业车辆原有的自身液压设备，改造成本低；2.本实用新型自动转向系统为电控液压系统，与电机控制方式相比具有转向力矩大的特点，避免链条传动的不稳定性，适用于行驶在复杂路面的农业车辆；3.采用带有死区的PD控制算法避免控制动作的过于频繁，消除由于动作频繁引起的振荡。4.利用自动转向控制系统实现农业车辆自主导航，可使农业车辆在田间作业时更快、更精准，与手动转向系统相比，提高了工作效率和安全舒适性，降低了劳动强度和人力成本。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为手动左转向模式，液压推动转向油缸活塞工作原理示意图。
图3为手动右转向模式，液压推动转向油缸活塞工作原理示意图。
图4为自动左转向模式，液压推动转向油缸活塞工作原理示意图。
图5为自动右转向模式，液压推动转向油缸活塞工作原理示意图。
图6为电控液压自动转向系统控制原理图。
其中：图中1为液压油箱，2为齿轮油泵，3为换向阀，4方向盘，5为全液压转向器，6为转向油缸，7为油滤，8为溢流阀，9为比例方向阀，A、B为比例方向阀的出油口，10转向控制器ECU，11为角度传感器，12为转向臂，13为横拉杆。
具体实施方案
下面结合附图，对本使用新型详细的说明：
本实用新型包括液压油箱1、齿轮油泵2、换向阀3、方向盘4、全液压转向器5、转向油缸6，油滤7、溢流阀8、比例方向阀9、转向控制器ECU 10以及角度传感器11；所述齿轮油泵2进油口连接液压油箱1，出油口连接换向阀3进油口，换向阀3出油口分别连接全液压转向器5和油滤7的进油口，油滤7的出油口连接比例方向阀9的进油口，全液压转向器5和比例方向阀9的出油口分别连接转向油缸6左、右腔进油口，转向油缸6的推杆连接在车辆转向机构的转向臂13上，所述方向盘4控制连接全液压转向器5，所述角度传感器11设于车辆转向机构的横拉杆12转向节上，所述转向控制器ECU 10输入端与角度传感器11和车输的上位机14的输出端相连，转向控制器ECU 10输出端与比例方向阀9输入端相连；所述溢流阀8与比例方向阀9的进油口连接。
从系统不稳定或出现不可控因素影响生产安全的角度考虑，该电控液压自动转向系统具有手动和自动转向模式切换的功能。如图1和图2、3所示为手动转向模式下车辆左（右）转向，所述齿轮油泵2通过车辆发动机带动工作，从液压油箱1中泵油作为系统恒流油源，流向换向阀3的进油口。此时换向阀3不通电，电控液压转向系统没有工作的情况下，换向阀3出油口和全液压转向器5进油口相连。方向盘4向左（右）转动，液压油经全液压转向器5左（右）出油口流向转向油缸6右（左）侧，液压油推动活塞向左（右）运动，活塞推动油缸推杆向左（右）运动，油缸推杆带动车辆转向机构的转向臂，转向臂和转向横拉杆总成联动，因此转向轮就会按照驾驶员的要求左右转向。持续泵出没有被全液压转向器5使用的液压油，经全液压转向器5回油口流回油箱1。
如图1和图4、5所示为电控液压自动转向模式下车辆左（右）转向，所述齿轮油泵2通过车辆发动机带动工作，从液压油箱1中泵油作为系统恒流油源，流向换向阀3的进油口。此时换向阀3通电，自动系统正常工作，换向阀3出油口和油滤7串联，液压油流向比例方向阀9进油口。比例方向阀9接收转向控制器10转向控制信号，比例方向阀9出油口A、B连接转向油缸6右和左腔进油口。转向油缸6右腔进油则推动活塞向左运动，左腔出油口连接至比例方向阀A接口，此时比例方向阀A接口和比例阀方向回油口导通，液压油流回油箱；转向油缸6左腔进油则推动活塞向右运动，右腔出油口连接至比例方向阀B接口，此时比例方向阀B接口和比例方向阀回油口导通，液压油流回油箱。活塞推动油缸推杆向左（右）运动，油缸推杆带动车辆转向机构的转向臂，转向臂和转向横拉杆总成联动，因此转向轮就会按照转向控制器的要求左右转向。
如图6所示，上位机能够处理包括遥控指令、机器视觉和激光雷达等传感器数据作为导航信息，得出的导航信息以期望转角的形式作为电控液压自动转向系统的输入；角度传感器的转轴安装在车辆转向节立轴上，当转向横拉杆带动转向臂转动时，传感器转轴同步运动，从而可以测得车轮的实际转角，将实际转角作为反馈，通过转向控制器ECU的D/A电路采集信息；转向控制器ECU根据输入和反馈的差值，采用带有死区的PD控制算法计算出数字控制量，和相关D/A电路配合转换成比例方向阀能够直接识别的模拟控制量，进而控制比例方向阀开口方向和大小；控制器反复进行这一过程，从而驱动油缸位移带动转向机构转向。
Claims (9)
1. 一种用于农业车辆手自一体双转向系统，包括液压油箱（1）、齿轮油泵（2）、方向盘（4）、全液压转向器（5）、转向油缸（6），其特征在于：还包括换向阀（3）、比例方向阀（9）、转向控制器ECU（10）以及角度传感器（11）；所述齿轮油泵（2）进油口连接液压油箱（1），出油口连接换向阀（3）进油口，换向阀（3）出油口分别连接全液压转向器（5）和比例方向阀（9）的进油口，全液压转向器（5）和比例方向阀（9）的出油口分别连接转向油缸（6）左、右腔进油口，转向油缸（6）的推杆连接在车辆转向机构的转向臂上，所述方向盘（4）控制连接全液压转向器（5），所述角度传感器（11）设于车辆转向机构的横拉杆转向节上，所述转向控制器ECU（10）输入端与角度传感器（11）和车输的上位机的输出端相连，转向控制器ECU（10）输出端与比例方向阀（9）输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：还包括油滤（7），所述油滤（7）进油口连接在换向阀（3）与比例方向阀（9）之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：还包括溢流阀（8），所述溢流阀（8）与比例方向阀（9）的进油口连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：所述溢流阀（8）为先导式电磁溢流阀。
5.根据权利要求1所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：所述换向阀（3）为两位四通电磁换向阀。
6.根据权利要求1所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：所述比例换向阀（9）为三位四通电磁比例方向阀。
7.根据权利要求1所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：所有液压阀回油口连接到液压油箱。
8.根据权利要求1所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：所述角度传感器（11）转轴与车轮同步运动。
9.根据权利要求1所述的一种用于农业车辆手自一体双转向系统，其特征在于：所述转向控制器ECU（10）接收上位机转角控制信号作为输入，接收角度传感器（11）实际转角信号作为反馈，采用带有死区的PD算法计算出转角控制量输出给比例方向阀（9）控制部分，形成闭环控制系统。
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