RU2259296C1

RU2259296C1 - Controllable wheel module with steerable wheel adjustable angles

Info

Publication number: RU2259296C1
Application number: RU2004109489/11A
Authority: RU
Inventors: В.И. Плотников (RU); В.И. Плотников; М.Н. Баев (RU); М.Н. Баев; Ю.Н. Сажин (RU); Ю.Н. Сажин; Ю.М. Нагорнов (RU); Ю.М. Нагорнов
Original assignee: Военный автомобильный институт
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-08-27

Abstract

FIELD: transport engineering; wheeled vehicle steering gears.

SUBSTANCE: proposed wheel module contains steerable wheels installed on steering knuckles. Steering knuckles are installed by means of kingpins on beam and are connected through two steering arms and hinges with split cross tie-rod, which, in its turn, is made for adjusting of length by connecting nut. Said connecting nut is mechanically coupled with piston of power hydraulic cylinder whose housing is fixed on split cross tie-rod for moving along its axis. Housing of power hydraulic cylinder is made in form of hermetically sealed cylinder I inner longitudinal slots of which two fixed spring-loaded blades are fitted in contact with outer surface of connecting nut placed inside and forming, together with spring-loaded blades, four working spaces of power cylinder. Wheel module is furnished additionally with wheel position pickups, vertical load and tire air pressure pickups and controller whose inputs are connected with corresponding pickups, and output, with distributor connecting power source (pump) with corresponding space inside power hydraulic cylinder by signal of controller.

EFFECT: enlarged operating capabilities and reduced overall dimensions.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к рулевым управлениям колесных транспортных средств.The invention relates to the field of transport engineering, in particular to the steering wheel wheeled vehicles.

Известен управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес, содержащий управляемые колеса, установленные на поворотных кулаках. Поворотные кулаки шарнирно установлены посредствам шкворней на балке и соединены посредствам двух поворотных рычагов и шарниров с разрезной поперечной тягой. Разрезная поперечная тяга, в свою очередь, выполнена с возможностью изменения ее длины за счет вращения соединительной гайки. Управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес снабжен двумя силовыми цилиндрами одностороннего действия, дросселем и энергоаккумулятором, при этом корпус одного из силовых цилиндров закреплен неподвижно на разрезной поперечной тяге с возможностью перемещения вдоль ее оси, кинематически связан с соединительной гайкой, а гидравлически через дроссель - с энергоаккумулятором и вторым силовым цилиндром, поршень которого соединен с подрессоренной массой, а корпус - с неподрессоренной массой колесного транспортного средства. Поршень первого силового цилиндра выполнен в виде подвижных подпружиненных лопастей, установленных в продольных пазах на наружной поверхности соединительной гайки, а его корпус выполнен в виде герметичного цилиндра, во внутренних продольных пазах которого расположены две неподвижные подпружиненные лопасти, соприкасающиеся с наружной поверхностью соединительной гайки, расположенной внутри него, и образующие совместно с подвижными подпружиненными лопастями две рабочие полости силового цилиндра, при этом соединительная гайка и корпус первого силового цилиндра связаны между собой возвратной пружиной, препятствующей их вращению относительно друг друга (Патент РФ №2186703, МПК В 62 D 17/00, 2002).Known steering wheel module with variable angles of installation of the steered wheels, containing steered wheels mounted on the steering knuckles. The steering knuckles are pivotally mounted by means of pivots on the beam and connected by means of two pivoting levers and hinges with a split transverse link. The split transverse rod, in turn, is made with the possibility of changing its length due to the rotation of the connecting nut. The controlled wheel module with variable installation angles of the steered wheels is equipped with two single-acting power cylinders, a throttle and an energy accumulator, while the housing of one of the power cylinders is fixed motionless on a split transverse link with the possibility of movement along its axis, kinematically connected to the connecting nut, and hydraulically through the throttle - with an energy accumulator and a second power cylinder, the piston of which is connected to the sprung mass, and the body - to the unsprung mass of the wheeled transporter ortho funds. The piston of the first power cylinder is made in the form of movable spring-loaded blades mounted in longitudinal grooves on the outer surface of the connecting nut, and its body is made in the form of a sealed cylinder, in the internal longitudinal grooves of which are two stationary spring-loaded blades in contact with the outer surface of the connecting nut located inside him, and forming together with the movable spring-loaded blades two working cavities of the power cylinder, with the connecting nut and body from the first power cylinder are interconnected by a return spring that prevents their rotation relative to each other (RF Patent No. 2186703, IPC B 62 D 17/00, 2002).

Недостаток известного управляемого колесного модуля заключается в больших габаритах, что обуславливает громоздкость конструкции и сложность его компоновки. Кроме того, как показали результаты специально проведенного исследования, существует оптимальное значение углов установки управляемых колес, при котором затраты энергии на их качение и, следовательно, износ пневматических шин и расход топлива будут минимальными. При этом величина угла схождения управляемых колес прямо пропорционально синусу угла их развала и длине контакта пневматической шины и обратно пропорциональна радиусу колеса (Редчиц С.В., Плотников В.И. и др. Расчет оптимального соотношения углов развала и схождения управляемых колес // Автомобильная промышленность. - 2000. - №11. - С.15-16.). В свою очередь, длина контакта и радиус колеса определяются вертикальной нагрузкой на него и давлением воздуха в шинах: при увеличении нагрузки и (или) снижении давлении воздуха в шинах длина контакта увеличивается, а радиус уменьшается, и наоборот. Таким образом, для обеспечения оптимального режима качения управляемых колес угол их схождения должен изменяться не только с увеличением (уменьшением) нагрузки, но и при изменении давления воздуха в шинах, что не обеспечивается конструкцией известного управляемого колесного модуля.A disadvantage of the known controlled wheel module is its large dimensions, which leads to the bulkiness of the structure and the complexity of its layout. In addition, as the results of a specially conducted study showed, there is an optimal value for the installation angles of the steered wheels at which the energy consumption for their rolling and, consequently, the wear of pneumatic tires and fuel consumption will be minimal. The value of the angle of convergence of the steered wheels is directly proportional to the sine of the angle of camber and the contact length of the pneumatic tire and inversely proportional to the radius of the wheel (Redchits S.V., Plotnikov V.I. et al. Calculation of the optimal ratio of the angles of camber and toe of the steered wheels // Automotive industry. - 2000. - No. 11. - S.15-16.). In turn, the contact length and the radius of the wheel are determined by the vertical load on it and the air pressure in the tires: when the load increases and (or) the air pressure in the tires decreases, the contact length increases, and the radius decreases, and vice versa. Thus, to ensure the optimal rolling mode of the steered wheels, the angle of convergence should change not only with an increase (decrease) in load, but also with a change in air pressure in the tires, which is not provided by the design of the known steered wheel module.

Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей управляемого колесного модуля с изменяемыми углами установки управляемых колес и уменьшение его габаритов.The technical result is aimed at expanding the functionality of the steered wheel module with variable angles of installation of the steered wheels and reducing its size.

Технический результат достигается тем, что управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес, содержащий управляемые колеса, установленные на поворотных кулаках, шарнирно установленных посредством шкворней на балке и соединенных посредством двух поворотных рычагов и шарниров с разрезной поперечной тягой, разрезная поперечная тяга, в свою очередь, выполнена с возможностью изменения ее длины за счет вращения соединительной гайки. Соединительная гайка кинематически связана с поршнем силового гидроцилиндра, корпус которого закреплен неподвижно на разрезной поперечной тяге с возможностью перемещения вдоль ее оси. Корпус силового гидроцилиндра выполнен в виде герметичного цилиндра, во внутренних продольных пазах которого расположены две неподвижные подпружиненные лопасти, соприкасающиеся с наружной поверхностью соединительной гайки, расположенной внутри него, и образующие совместно с подпружиненными лопастями четыре рабочие полости силового цилиндра, при этом управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес дополнительно снабжен датчиками вертикальной нагрузки, давления воздуха в шинах и положения управляемых колес, а также контроллером, входы которого соединены с соответствующими датчиками, а выходы - с распределительным устройством, соединяющим по сигналу контроллера источник энергии (насос) с соответствующим объемом внутри силового гидроцилиндра.The technical result is achieved by the fact that the controlled wheel module with variable angles of installation of the steered wheels, comprising steered wheels mounted on the steering knuckles, pivotally mounted by pivots on the beam and connected by two pivoting levers and hinges with a split transverse link, a split transverse link, the queue is made with the possibility of changing its length due to the rotation of the connecting nut. The connecting nut is kinematically connected with the piston of the power hydraulic cylinder, the housing of which is fixedly mounted on a split transverse thrust with the possibility of movement along its axis. The housing of the power hydraulic cylinder is made in the form of a sealed cylinder, in the internal longitudinal grooves of which are two stationary spring-loaded blades in contact with the outer surface of the connecting nut located inside it, and together with the spring-loaded blades forming four working cavities of the power cylinder, while the controlled wheel module with variable the installation angles of the steered wheels are additionally equipped with sensors for vertical load, tire pressure and the position of the steered OLES, as well as a controller whose inputs are connected to respective sensors, and outputs - a distribution device connecting the controller by the signal power source (pump) with an appropriate volume within the power cylinder.

Отличительными признаками является то, что управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес дополнительно снабжен датчиками вертикальной нагрузки, давления воздуха в шинах и положения управляемых колес, а также контроллером, входы которого соединены с соответствующими датчиками, а выходы - с распределительным устройством, соединяющим по сигналу контроллера источник энергии (насос) с соответствующим объемом внутри силового гидроцилиндра.Distinctive features is that the controlled wheel module with variable angles of installation of the steered wheels is additionally equipped with sensors for vertical load, air pressure in the tires and the position of the steered wheels, as well as a controller whose inputs are connected to the corresponding sensors and the outputs are connected to a switchgear connecting the signal of the controller is an energy source (pump) with an appropriate volume inside the power hydraulic cylinder.

На фиг.1 представлена схема управляемого колесного модуля с изменяемыми углами установки управляемых колес, на фиг.2 - схема установки соединительной гайки и силового гидроцилиндра, на фиг.3 - силовой гидроцилиндр с соединительной гайкой (вариант).Figure 1 presents a diagram of a controlled wheel module with variable angles of installation of the steered wheels, figure 2 is a diagram of the installation of a connecting nut and a power hydraulic cylinder, figure 3 is a power hydraulic cylinder with a connecting nut (option).

Управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес (фиг.1) содержит управляемые колеса 1, установленные на поворотных кулаках. Поворотные кулаки шарнирно установлены посредствам шкворней 2 на балке 3 и соединены посредством двух поворотных рычагов 4 и шарниров с разрезной поперечной тягой 5. Разрезная поперечная тяга 5 выполнена с возможностью изменения ее длины за счет вращения соединительной гайки 6. Соединительная гайка 6 кинематически связана с поршнем силового гидроцилиндра 7, корпус которого закреплен неподвижно на разрезной поперечной тяге 5 с возможностью перемещения вдоль ее оси (например, шлицевым соединением). Силовой гидроцилиндр 7 имеет связь с распределительным устройством 8, состоящим из электромеханического привода на три положения 9 (электромагнит или шаговый двигатель) и трехпозиционного гидрораспределителя 10, причем распределительное устройство связано с источником энергии (насосом) 11 и контроллером 12, входы которого соединены с датчиками положения управляемых колес 13, вертикальной нагрузки 14 и давления воздуха в шинах 15. В качестве указанных датчиков могут быть использованы приборы потенциометрического, индуктивного, магнитоэлектрического, либо пьезоэлектрического типа. Контроллер 12 представляет собой микроЭВМ, содержащую аналого-цифровой преобразователь 16, воспринимающий сигналы датчиков, постоянное запоминающее устройство 17, хранящее программу обработки данных, процессор 18, выполняющий необходимые вычисления, оперативное запоминающее устройство 19, используемое для хранения результатов промежуточных вычислений, цифроаналоговый преобразователь 20, формирующий сигнал управления распределительным устройством, и блок питания 21.Managed wheel module with variable angles of installation of the steered wheels (figure 1) contains steered wheels 1 mounted on the steering knuckles. The knuckles are pivotally mounted via pivots 2 on the beam 3 and are connected by two pivoting levers 4 and hinges with a split transverse rod 5. The split transverse rod 5 is configured to change its length by rotating the connecting nut 6. The connecting nut 6 is kinematically connected to the power piston a hydraulic cylinder 7, the casing of which is fixedly mounted on a split transverse rod 5 with the possibility of movement along its axis (for example, by a spline connection). The power hydraulic cylinder 7 is connected to a switchgear 8, consisting of an electromechanical actuator in three positions 9 (an electromagnet or a stepper motor) and a three-position hydraulic distributor 10, the switchgear being connected to an energy source (pump) 11 and a controller 12, the inputs of which are connected to position sensors steered wheels 13, vertical load 14 and air pressure in tires 15. Potentiometric, inductive, magnetoelectric devices can be used as these sensors iCal, or piezoelectric type. The controller 12 is a microcomputer containing an analog-to-digital converter 16, which receives sensor signals, a read-only memory 17, which stores the data processing program, a processor 18 that performs the necessary calculations, a random access memory 19, used to store the results of intermediate calculations, a digital-to-analog converter 20, forming the control signal of the switchgear, and the power supply 21.

Управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес работает следующим образом.Managed wheel module with variable angles of installation of the steered wheels works as follows.

Изменение давления воздуха в шинах, вертикальной нагрузки на управляемые колеса 1 или их положения приводит к изменению выходных параметров соответствующих датчиков 13, 14, и 15. Электрический сигнал, снимаемый контроллером 12 с указанных датчиков, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 16 в цифровой вид и передается процессору 18, который на основе программы, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве 17, рассчитывает оптимальное значение угла схождения управляемых колес в каждом конкретном случае. Результаты расчета преобразуются цифроаналоговым преобразователем 20 в сигнал управления распределительным устройством. Трехпозиционный гидрораспределитель 10, перемещаясь, соединяет источник энергии (насос) 10 с соответствующим объемом силового гидроцилиндра 7 (фиг. 2, 3), в результате чего поворот подвижных лопастей 22 гидроцилиндра 7 вызывает поворот соединительной гайки 6. Проворачиваясь, соединительная гайка 6 свинчивается (навинчивается) с обеих половин разрезной поперечной тяги 5, изменяя, тем самым, ее длину, что влечет за собой соответствующее изменение угла схождения управляемых колес 1.Changing the air pressure in the tires, the vertical load on the steered wheels 1 or their position leads to a change in the output parameters of the respective sensors 13, 14, and 15. The electrical signal recorded by the controller 12 from these sensors is converted by an analog-to-digital converter 16 into digital form and transmitted the processor 18, which on the basis of the program stored in the permanent storage device 17, calculates the optimal value of the angle of convergence of the steered wheels in each case. The calculation results are converted by a digital-to-analog converter 20 into a switchgear control signal. The three-position valve 10, moving, connects the energy source (pump) 10 with the corresponding volume of the power hydraulic cylinder 7 (Fig. 2, 3), as a result of which the rotation of the movable blades 22 of the hydraulic cylinder 7 causes the rotation of the connecting nut 6. Turning, the connecting nut 6 is screwed (screwed ) from both halves of the split transverse rod 5, thereby changing its length, which entails a corresponding change in the angle of convergence of the steered wheels 1.

Источник энергии (насос), гидрораспределитель, контроллер, датчики положения управляемых колес, вертикальной нагрузки и давления воздуха в шинах широко известны, однако при их введении в указанной связи с остальными элементами управляемый колесный модуль с изменяемыми углами установки управляемых колес проявляет новые свойства. В частности, в результате того, что распределительное устройство связано с гидроцилиндром и источником энергии (насосом), а также связано с выходом контроллера, входы которого соединены с соответствующими датчиками, угол схождения управляемых колес будет автоматически регулироваться при изменении вертикальной нагрузки, положения управляемых колес и давления воздуха в шинах. При этом, благодаря тому, что применяется источник энергии (насос), значительно уменьшаются габариты гидроцилиндра, в результате чего улучшается компоновка управляемого колесного модуля с изменяемыми углами установки управляемых колес на транспортном средстве.An energy source (pump), a hydraulic distributor, a controller, sensors for the position of the steered wheels, vertical load and air pressure in the tires are widely known, but when they are introduced in this connection with other elements, the steered wheel module with variable angles of installation of the steered wheels exhibits new properties. In particular, due to the fact that the switchgear is connected to the hydraulic cylinder and the energy source (pump), and also connected to the output of the controller, the inputs of which are connected to the corresponding sensors, the convergence angle of the steered wheels will be automatically adjusted when the vertical load, the position of the steered wheels and tire pressure. At the same time, due to the fact that the energy source (pump) is used, the dimensions of the hydraulic cylinder are significantly reduced, as a result of which the layout of the steered wheel module with variable angles of installation of steered wheels on the vehicle is improved.

Таким образом, предлагаемый управляемый колесный модуль обеспечивает постоянное автоматическое регулирование угла схождения управляемых колес в зависимости от вертикальной нагрузки, давления воздуха в шинах и положения управляемых колес.Thus, the proposed controlled wheel module provides constant automatic control of the angle of convergence of the steered wheels depending on the vertical load, air pressure in the tires and the position of the steered wheels.

Claims

A controlled wheel module with variable angles of installation of the steered wheels, comprising steered wheels mounted on the steering knuckles pivotally mounted by pivots on the beam and connected by two pivoting levers and hinges with a split transverse thrust, which is configured to change its length, characterized in that it is additionally equipped with sensors for vertical load, tire pressure and the position of the steered wheels, as well as a controller whose inputs are connected to sensors, and the output - with a switchgear, which connects an energy source (pump) with a corresponding volume inside the power cylinder by the signal of the controller.