CN219524009U - 一种转向系统及起重机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种转向系统及起重机。转向系统包括角转向器、电助力循环球转向器、车轮转角传感器和轮速传感器；所述角转向器用于设置于工程车辆的转向操纵机构的下方，且位于所述电助力循环球转向器的前方，所述角转向器的输入端用于与所述转向操纵机构连接，所述角转向器的输出端与所述电助力循环球转向器的输入轴传动连接，所述电助力循环球转向器的输出端用于与所述工程车辆的转向节臂驱动连接；所述车轮转角传感器用于设置于所述工程车辆的转向节处，以获取所述工程车辆的车轮的实际转向角，所述轮速传感器用于设置于所述车轮处，以获取所述车轮的实际转速，所述车轮转角传感器和所述轮速传感器与所述电助力循环球转向器通信连接。

Description

一种转向系统及起重机

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种转向系统及起重机。

背景技术

目前，在汽车起重机中，广泛使用液压循环球式助力转向器，将液压循环球式助力转向器的输入端与方向盘连接，输出端的摇臂通过转向拉杆(转向直拉杆)与转向节臂连接，通过摇臂的摆动带动转向节臂的摆动从而实现车轮转向。液压循环球式助力转向器一般使用较长的转向拉杆，通过较长的转向拉杆来适应液压循环球式助力转向器的空间占用，还可以通过较长的转向拉杆降低转向节臂与摇臂之间的传动比，从而可以在一定程度上提高其转向角度的可控性。但是，这样布置以后，液压循环球式助力转向器占用空间更大，布置位置向前靠前方向盘下方，不利于整车结构布置，响应速度慢导致转向不灵敏，驾驶员的驾驶体验不佳，转向系统的转向性能难以满足使用需求。

实用新型内容

本实用新型旨在一定程度上解决如何优化转向系统，提升转向性能的问题。

为至少在一定程度上解决上述问题，本实用新型第一方面提供一种转向系统，包括角转向器、电助力循环球转向器、车轮转角传感器和轮速传感器；所述角转向器用于设置于工程车辆的转向操纵机构的下方，且位于所述电助力循环球转向器的前方，所述角转向器的输入端用于与所述转向操纵机构连接，所述角转向器的输出端与所述电助力循环球转向器的输入轴传动连接，所述电助力循环球转向器的输出端用于与所述工程车辆的转向节臂驱动连接；所述车轮转角传感器用于设置于所述工程车辆的转向节处，以获取所述工程车辆的车轮的实际转向角，所述轮速传感器用于设置于所述车轮处，以获取所述车轮的实际转速，所述车轮转角传感器和所述轮速传感器与所述电助力循环球转向器通信连接。

可选地，所述输入轴的轴向与所述起重机的前后方向一致，所述输入轴与水平面的夹角为零。

可选地，转向系统还包括第一传动轴，所述角转向器和所述电助力循环球转向器通过所述第一传动轴相连接，所述第一传动轴的两端均设置有万向节，所述第一传动轴与位于一端的所述万向节通过花键滑动连接。

可选地，所述角转向器为锥齿轮转向器，所述锥齿轮转向器包括输入锥齿轮轴和输出锥齿轮轴；所述转向操纵机构包括方向盘、转向柱及转向传动轴，所述转向柱的上端与所述方向盘连接，所述转向传动轴的两端分别通过万向节与所述转向柱的下端及所述输入锥齿轮轴连接，所述转向传动轴与位于一端的所述万向节通过花键滑动连接。

可选地，所述电助力循环球转向器还包括电机和涡轮蜗杆减速机构，所述电机与所述涡轮蜗杆减速机构的蜗杆驱动连接，所述涡轮蜗杆减速机构的涡轮安装于所述输入轴上。

可选地，转向系统还包括转向拉杆，所述电助力循环球转向器还包括位于所述输出端的转向摇臂，所述转向摇臂与所述转向拉杆的一端铰接，所述转向拉杆的另一端用于与所述转向节臂铰接。

可选地，所述电助力循环球转向器还包括转角转矩传感器，所述转角转矩传感器设置于所述输入轴处。

可选地，所述电助力循环球转向器设置为多个，所述起重机的前转向桥对应设置有所述角转向器及所述电助力循环球转向器，所述起重机的后转向桥对应设置有所述电助力循环球转向器，各所述电助力循环球转向器均与所述起重机的控制器通信连接。

可选地，所述角转向器为无助力转向器；和/或，所述转向系统还包括路况检测单元，所述路况检测单元与所述电助力循环球转向器通信连接。

本实用新型第二方面提供一种起重机，其包括如上第一方面所述的转向系统。

本实用新型的转向系统及起重机中，在转向操纵机构的下方设置角转向器，在角转向器的后方设置电助力循环球转向器。利用角转向器改变转向操纵机构例如方向盘的转向操纵力的传递方向后传递至电助力循环球转向器的输入轴，经电助力循环球转向器电动增扭后驱动转向节臂转动，进而带动转向节臂所连接的转向节及车轮转动，实现车轮转向。电助力循环球转向器的占用空间小，其设置位置可根据工程车辆具体空间进行布局，例如电助力循环球转向器可以在前后方向靠近工程车辆的前转向桥设置，能够减小对转向操纵机构下方的空间占用，转向操纵机构的下方仅需设置角转向器例如该角转向器为无助力角转向器，对转向操纵机构下方的占用空间小，便于整车结构布置；并且，这样设置可降低电助力循环球转向器到车轮的传动距离例如可以在满足转向需求的基础上降低转向拉杆的长度，循环球转向器结合电动增扭，可减小增扭过程的能耗。另外，转向系统通过车轮转角传感器检测车轮的实际转向角，通过轮速传感器检测车轮的实际转速，电助力循环球转向器可以根据实际转向角和实际转速调整转向的助力策略，具有响应快，灵敏度和可控性高的优势。本实用新型通过优化转向系统，可以在一定程度上提升转向性能，提高驾驶体验。

附图说明

图1为本实用新型的实施例中转向系统的结构示意图。

图2为本实用新型的实施例中电助力循环球转向器的结构示意图。

附图标记说明：

1-转向操纵机构；11-方向盘；12-转向柱；13-转向传动轴；2-角转向器；21-输入锥齿轮轴；22-输出锥齿轮轴；3-电助力循环球转向器；30-转角转矩传感器；31-电机；32-涡轮蜗杆减速机构；321-蜗杆；322-涡轮；33-输入轴；34-转向螺杆；35-转向螺母；36-齿条；37-扇形齿；38-齿轮轴；39-转向摇臂；4-转向拉杆；5-转向节臂；6-第一传动轴；71-车轮转角传感器；72-轮速传感器；73-控制器；81-梯形臂；82-横拉杆；9-车轮。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”、“一些实施方式”、“示例性地”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。

术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。这样，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种转向系统，转向系统包括角转向器2、电助力循环球转向器3、车轮转角传感器71和轮速传感器72；角转向器2用于设置于工程车辆的转向操纵机构1的下方，且位于电助力循环球转向器3的前方，角转向器2的输入端用于与转向操纵机构1连接，角转向器2的输出端与电助力循环球转向器3的输入轴33传动连接，电助力循环球转向器3的输出端用于与工程车辆的转向节臂5驱动连接；车轮转角传感器71用于设置于工程车辆的转向节处，以获取工程车辆的车轮9的实际转向角，轮速传感器72用于设置于车轮9处，以获取车轮9的实际转速，车轮转角传感器71和轮速传感器72与电助力循环球转向器3通信连接。

转向操纵机构1包括方向盘11，还可以包括转向柱管及转向柱12等部件，后续后示例性说明。

需要说明的是，转向节臂5用于与工程车辆的车轮9处的转向节固定连接，当电助力循环球转向器3动作，其输出端带动转向节臂5转动时，转向节臂5所对应的车轮9转动，从而实现车轮9的转向。此时，左右相对车轮9的转向同步动作可通过转向梯形机构实现。例如，以工程车辆的前转向桥处的转向为例，在前转向桥处的左右相对车轮9处的转向节分别固定连接一梯形臂81，相对的梯形臂81通过横拉杆82连接，前转向桥、梯形臂81及横拉杆82形成转向梯形机构。

需要说明的是，有关“前方”、“下方”的描述，并不限定其必须为正前方、正下方，例如角转向器2位于电助力循环球转向器3的前方，应理解为在水平面内的投影上，在工程车辆的前后方向上，角转向器2的投影中心位于电助力循环球转向器3的投影的中心的前方，并不限定二者在左右方向或上下方向的相对位置，其根据具体的需求确定。

应当理解，车轮转角传感器71可以设置于转向节的主销处，通过检测转向节的转动角度可以得出车轮9的实际转向角，从车轮9转向控制的灵敏度较高。

车轮9的实际转速可以用于判断车轮9的行驶状况，从而便于进行转向系统的智能化控制，例如在不同的行驶速度下，可以进行不同的助力能量设定，例如，在车速较低的时候助力能量大，方向盘11相对较轻，车速高时助力能量小，方向盘11相对较重，这样给安全行车带来好处。

如此，本实施例的转向系统中，在工程车辆的转向操纵机构1的下方设置角转向器2，在角转向器2的后方设置电助力循环球转向器3。利用角转向器2改变转向操纵机构1例如方向盘11的转向操纵力的传递方向后传递至电助力循环球转向器3的输入轴33，经电助力循环球转向器3电动增扭后驱动转向节臂5转动，进而带动转向节臂5所连接的转向节及车轮9转动，实现车轮9转向。电助力循环球转向器3的占用空间小，其设置位置可根据工程车辆具体空间进行布局，例如电助力循环球转向器3可以在前后方向靠近工程车辆的前转向桥设置，能够减小对转向操纵机构1下方的空间占用，转向操纵机构1的下方仅需设置角转向器2例如该角转向器2为无助力角转向器，对转向操纵机构1下方的占用空间小，便于整车结构布置；并且，这样设置可降低电助力循环球转向器3到车轮9的传动距离例如可以在满足转向需求的基础上降低转向拉杆4的长度，循环球转向器结合电动增扭，可减小增扭过程的能耗。另外，转向系统通过车轮转角传感器71检测车轮9的实际转向角，通过轮速传感器72检测车轮9的实际转速，电助力循环球转向器3可以根据实际转向角和实际转速调整转向的助力策略，具有响应快，灵敏度和可控性高的优势。本实用新型通过优化转向系统，可以在一定程度上提升转向性能，提高驾驶体验。

可选地，输入轴33的轴向与工程车辆的前后方向一致。

此时，输入轴33与水平面的夹角为零。应当理解，此处夹角为零可以是近似为零，例如可以有±5°的偏差。

如此，便于电助力循环球转向器3在工程车辆的空间位置布局，便于安装。

可选地，转向系统还包括第一传动轴6，角转向器2和电助力循环球转向器3通过第一传动轴6相连接，第一传动轴6的两端均设置有万向节，第一传动轴6与位于一端的万向节通过花键滑动连接。

应当理解，各万向节的尺寸及结构可以不同，其不作为限制。

如此，可通过第一传动轴6适应角转向器2与电助力循环球转向器3在空间上的位置差异，例如在工程车辆的前后方向上，角转向器2可尽可能靠近工程车辆的前端布置，前转向桥处的电助力循环球转向器3可靠近前转向桥布置，降低传动距离。

可选地，角转向器2为锥齿轮转向器，锥齿轮转向器包括输入锥齿轮轴21和输出锥齿轮轴22，其利用锥齿轮转变传力方向。

可选地，转向操纵机构1包括方向盘11、转向柱12及转向传动轴13，其中，转向柱12通过轴承等可转动地安装于转向柱管(图中为示出)内，转向柱管安装于在工程车辆的固定架上，转向柱12的上端与方向盘11连接，转向传动轴13的上端通过万向节与转向柱12的下端连接，转向传动轴13的下端通过万向节与角转向器2的输入端(例如输入锥齿轮轴21)连接，转向传动轴13与下端的外向节通过花键滑动连接。

具体地，此时，转向传动轴13相对于转向柱12倾斜设置，且转向传动轴13相对于角转向器2的输入端例如输入锥齿轮轴21倾斜设置。

如此，通过设置转向柱12和转向传动轴13，可以进一步优化转向操纵机构1的空间结构布局，有利于空间结构布置，例如可以增加驾驶员的腿部活动空间。此时，角转向器2的输入锥齿轮轴21及输出锥齿轮轴22可以呈90°夹角，无需设置为小于90°，能够确保角转向器2的转动性能。

如图2所示，电助力循环球转向器3还包括电机31和涡轮蜗杆减速机构32，电机31与涡轮蜗杆减速机构32的蜗杆321驱动连接，涡轮蜗杆减速机构32的涡轮322安装于输入轴33上。

转向系统还包括转向拉杆4，电助力循环球转向器3还包括位于输出端的转向摇臂39，转向摇臂39与转向拉杆4的一端铰接，转向拉杆4的另一端用于与转向节臂5铰接。

具体地，电助力循环球转向器3还包括壳体、转向螺母35和扇形齿37，壳体安装于工程车辆上，输入轴33转动安装于壳体内，且其一端伸出至壳体外部，其伸出端用于与角转向器2连接，输入轴33上形成有转向螺杆34，转向螺母35安装于转向螺杆34上，转向螺母35可以与壳体沿输入轴33的轴向滑动连接，且转向螺母35与转向螺杆34之间形成有循环密闭管路，循环球在循环密闭管路内，转向螺母35的侧边形成由于齿条36，扇形齿37通过齿轮轴38转动安装于壳体内，扇形齿37与转向螺母35上的齿条36相啮合，齿轮轴38的穿过壳体并与转向摇臂39固定连接，转向摇臂39通过转向拉杆4与转向节臂5连接。涡轮蜗杆减速机构32，或者涡轮蜗杆减速机构32及电机31，可以安装于壳体内，此处不作说明。

当通过电机31驱动通过涡轮蜗杆减速机构32带动输入轴33转动时，转向螺母35在输入轴33的轴向平移，其上的齿条36带动扇形齿37转动，从而齿轮轴38及转向摇臂39转动，通过转向拉杆4带动转向节臂5转动，从而转向节及车轮9进行转向。其减速结构简单，且整体结构紧凑，传动可靠性高。

电助力循环球转向器3还包括转角转矩传感器30，转角转矩传感器30设置于输入轴33处。

具体地，转角转矩传感器30既可以进行输入轴33的转角测量(累计转动角度)还可以进行输入轴33的转矩测量。

此时，转角转矩传感器30与电助力循环球转向器3的电机31通信连接，例如其二者直接通信连接例如电连接，也可以是通过与工程车辆的控制器73(也称计算机控制模块、电子控制单元，Electronic Control Unit，ECU)通信连接，控制器73与电机31通信连接而实现。

如此，在使用时，可以根据测得的数据，得到电机31应当输出的转动力矩，从而产生了助力转向，可以通过对电机31的转动力矩的控制来调整对方向盘11处的转向操纵力的需求，相对于液压助力而言，可控性和可靠性大大提高。当然，在另外的方式中，转角转矩传感器30也可以设置于其他位置例如可以设置于角转向器2或转向操纵机构1处，此处不作说明。

可选地，转向系统还包括车轮转角传感器71和/或轮速传感器72，车轮转角传感器71用于设置于工程车辆的转向节处，以获取车轮9的实际转向角，车轮转角传感器71与电助力循环球转向器3通信连接；轮速传感器72用于设置于车轮9处，以获取车轮9的实际转速，轮速传感器72与电助力循环球转向器3通信连接。

进一步地，转向系统还可以包括路况检测单元，例如路况检测单元包括一个或多个三轴陀螺仪等，三轴陀螺仪与电助力循环球转向器3通信连接。例如，工程车辆的靠近四角位置处分别设置三轴陀螺仪。

可依据路况检测单元进行路况检测，对于不同的路况可进行差异化的助力控制。例如，颠簸工况下助力能量小，方向盘11重。

如图1所示，可选地，电助力循环球转向器3设置为多个，工程车辆的前转向桥对应设置有角转向器2及电助力循环球转向器3，工程车辆的后转向桥对应设置有电助力循环球转向器3，各电助力循环球转向器3均与工程车辆的控制器73通信连接。

也就是说，工程车辆的前转向桥和后转向桥均配备电助力循环球转向器3，并通过工程车辆自带的控制器73进行控制。

示例性说明其工作方式：转向时，转向操纵力通过转向操纵机构1、角转向器2等传递至电助力循环球转向器3的输入轴33。同时，转角转矩传感器30、车轮转角传感器71及轮速传感器72获取数据，并传输至控制器73，控制器73根据例如前转向桥对应的车轮9的转向信息例如实际转向角生成2、3…N桥对应车轮9的理想转角，并与车轮9实际转向角对比，根据对比结果控制各自对应的电助力循环球转向器3工作，电机31经过涡轮322蜗杆321机构带动转向器垂臂往复移动，从而控制2、3…N桥(辅转桥)车轮9转动。各后转向桥对应的电助力循环球转向器3可实现对中功能及辅助转向功能，此时，各后转向桥对应的电助力循环球转向器3的电机31可设置为自锁电机。

本实用新型又一实施例提供一种起重机，其包括如上实施例的转向系统。

起重机具备转向系统所具有的所有有益效果，此处不再详细说明。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变动与修改，这些变动与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种转向系统，其特征在于，包括角转向器(2)、电助力循环球转向器(3)、车轮转角传感器(71)和轮速传感器(72)；所述角转向器(2)用于设置于工程车辆的转向操纵机构(1)的下方，且位于所述电助力循环球转向器(3)的前方，所述角转向器(2)的输入端用于与所述转向操纵机构(1)连接，所述角转向器(2)的输出端与所述电助力循环球转向器(3)的输入轴(33)传动连接，所述电助力循环球转向器(3)的输出端用于与所述工程车辆的转向节臂(5)驱动连接；所述车轮转角传感器(71)用于设置于所述工程车辆的转向节处，以获取所述工程车辆的车轮(9)的实际转向角，所述轮速传感器(72)用于设置于所述车轮(9)处，以获取所述车轮(9)的实际转速，所述车轮转角传感器(71)和所述轮速传感器(72)与所述电助力循环球转向器(3)通信连接。

2.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述输入轴(33)的轴向与所述工程车辆的前后方向一致。

3.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，还包括第一传动轴(6)，所述角转向器(2)和所述电助力循环球转向器(3)通过所述第一传动轴(6)相连接，所述第一传动轴(6)的两端均设置有万向节，所述第一传动轴(6)与位于一端的所述万向节通过花键滑动连接。

4.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述角转向器(2)为锥齿轮转向器，所述锥齿轮转向器包括输入锥齿轮轴(21)和输出锥齿轮轴(22)；所述转向操纵机构(1)包括方向盘(11)、转向柱(12)及转向传动轴(13)，所述转向柱(12)的上端与所述方向盘(11)连接，所述转向传动轴(13)的两端分别通过万向节与所述转向柱(12)的下端及所述输入锥齿轮轴(21)连接，所述转向传动轴(13)与位于一端的所述万向节通过花键滑动连接。

5.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述电助力循环球转向器(3)还包括电机(31)和涡轮蜗杆减速机构(32)，所述电机(31)与所述涡轮蜗杆减速机构(32)的蜗杆(321)驱动连接，所述涡轮蜗杆减速机构(32)的涡轮(322)安装于所述输入轴(33)上。

6.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，还包括转向拉杆(4)，所述电助力循环球转向器(3)还包括位于所述输出端的转向摇臂(39)，所述转向摇臂(39)与所述转向拉杆(4)的一端铰接，所述转向拉杆(4)的另一端用于与所述转向节臂(5)铰接。

7.如权利要求1至6任意一项所述的转向系统，其特征在于，所述电助力循环球转向器(3)还包括转角转矩传感器(30)，所述转角转矩传感器(30)设置于所述输入轴(33)处。

8.如权利要求1至6任意一项所述的转向系统，其特征在于，所述电助力循环球转向器(3)设置为多个，所述工程车辆的前转向桥对应设置有所述角转向器(2)及所述电助力循环球转向器(3)，所述工程车辆的后转向桥对应设置有所述电助力循环球转向器(3)，各所述电助力循环球转向器(3)均与所述工程车辆的控制器(73)通信连接。

9.如权利要求1至6任意一项所述的转向系统，其特征在于，所述角转向器为无助力转向器；和/或，所述转向系统还包括路况检测单元，所述路况检测单元与所述电助力循环球转向器(3)通信连接。

10.一种起重机，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的转向系统。