RU2277488C1

RU2277488C1 - Steering system of all-wheel-drive vehicle

Info

Publication number: RU2277488C1
Application number: RU2004138956/11A
Authority: RU
Inventors: ев Александр Николаевич Бел (RU); Александр Николаевич Беляев; В чеслав Иванович Калашник (RU); Вячеслав Иванович Калашник; Евгений Михайлович Попов (RU); Евгений Михайлович Попов; Дмитрий Геннадьевич Козлов (RU); Дмитрий Геннадьевич Козлов; Владимир Иванович Крюков (RU); Владимир Иванович Крюков
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; agricultural engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in farm tractors. Proposed steering system of all-wheel-drive vehicle has steering linkage of front steerable wheels coupled with steering mechanism of front steerable wheels, and steering linkage of rear steerable wheels with steering mechanism of rear steerable wheel drive. Steering mechanism of rear steerable wheel drive has shaft-screw and piston-rack which can move relative to shaft-screw. Engagement of rear steerable wheel drive mechanism is provided by electric motor, while its control is effected by shaft turning angle-into-digital code converter, with code processed by digital comparator of values. Time delay device - time relay is used to delay turning of rear steerable wheels.

EFFECT: improved stability in motion and maneuverability at cornering.

5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на сельскохозяйственных тракторах.The invention relates to mechanical engineering and can be used on agricultural tractors.

Известна система рулевого управления транспортного средства со всеми управляемыми колесами [Патент РФ №2013269, В 62 D 7/14, 30.05.94, БИ №10.], содержащая рулевую трапецию передних управляемых колес, связанную с рулевым механизмом; рулевую трапецию задних управляемых колес с гидравлическим приводом, продольную тягу, кинематически связывающую рулевую трапецию передних колес с гидравлическим приводом задних колес, механизм изменения положения точки присоединения передней поперечной тяги к рулевой трапеции передних колес.A known steering system of a vehicle with all steered wheels [RF Patent No. 20133269, B 62 D 7/14, 05/30/94, BI No. 10.], comprising a steering trapezoid of the front steered wheels associated with the steering mechanism; steering trapezoid of the rear steered wheels with hydraulic drive, longitudinal traction kinematically connecting the steering trapezoid of the front wheels with hydraulic rear wheels, a mechanism for changing the position of the point of attachment of the front transverse link to the steering trapezoid of the front wheels.

Недостатком данной конструкции является то, что она не позволяет осуществить устойчивое движение трактора при повороте передними колесами, что особенно проявляется при входе в поворот.The disadvantage of this design is that it does not allow for the steady movement of the tractor when turning the front wheels, which is especially evident when entering the turn.

Наиболее близкой к заявленной системе рулевого управления является система рулевого управления транспортного средства со всеми управляемыми колесами [Патент РФ №2164211, В 62 D 7/14, 20.03.2001, БИ №8], содержащая рулевую трапецию передних управляемых колес, связанную с рулевым механизмом; рулевую трапецию задних управляемых колес с гидравлическим приводом; механизм изменения положения точки присоединения передней поперечной тяги к рулевой трапеции передних колес; жесткие рычаги, связанные с рулевой трапецией передних управляемых колес; двуплечий рычаг и дополнительную поперечную тягу.Closest to the claimed steering system is a vehicle steering system with all steered wheels [RF Patent No. 2164211, B 62 D 7/14, 03.20.2001, BI No. 8], comprising a steering trapezoid of the front steered wheels associated with the steering mechanism ; steering trapezoid of the rear steered wheels with hydraulic drive; a mechanism for changing the position of the point of attachment of the front transverse link to the steering trapezoid of the front wheels; rigid levers associated with the steering trapezoid of the front steered wheels; two shoulders lever and additional lateral traction.

Недостатком данной конструкции является то, что сигнал на гидравлический привод поворота задних управляемых колес передается от передних управляемых колес, через механические и гидравлические связи, что приводит к его запаздыванию и то, что сигнал на задние колеса передается только при максимальном угле поворота передних управляемых колес, что не позволяет реализовать различные способы движения транспортного средства при повороте.The disadvantage of this design is that the signal to the hydraulic drive for turning the rear steered wheels is transmitted from the front steered wheels through mechanical and hydraulic connections, which leads to its delay and the fact that the signal to the rear wheels is transmitted only at the maximum angle of rotation of the front steered wheels, which does not allow to implement various methods of vehicle movement when turning.

Изобретение решает задачу повышения устойчивости движения и маневренности трактора применением различных способов поворота задних колес.The invention solves the problem of increasing the stability of movement and maneuverability of the tractor using various methods of turning the rear wheels.

Это достигается тем, что в системе рулевого управления транспортного средства со всеми управляемыми колесами, содержащей рулевую трапецию передних управляемых колес, связанную гидравлическим приводом поворота передних управляемых колес с рулевым механизмом, рулевую трапецию задних управляемых колес с гидравлическим приводом задних управляемых колес, связанным через преобразователи углового положения валов в цифровой код с валом рулевого колеса, согласно изобретению, гидравлический привод управления задними колесами имеет зубчатый сектор, связанный с рулевой трапецией задних управляемых колес, вал-винт с поршнем-рейкой и золотник с реактивными плунжерами, а сигнал от рулевого колеса на задние управляемые колеса передается через цифровой узел кодирования угла поворота.This is achieved by the fact that in a vehicle steering system with all steered wheels, comprising a steering trapezoid of the front steered wheels connected by a hydraulic drive for turning the front steered wheels with a steering mechanism, a steering trapezoid of the rear steered wheels with a hydraulic drive of the rear steered wheels connected through angle converters the position of the shafts in the digital code with the steering wheel shaft, according to the invention, the hydraulic rear-wheel drive has gears sector, associated with the rear steering linkage of the steered wheels, the screw shaft to the piston-and-pinion spool with reactive plungers, and the signal from the steering wheel to the rear driven wheels is transmitted via the digital coding unit angle of rotation.

На фиг.1 представлена предлагаемая система рулевого управления со всеми управляемыми колесами; на фиг.2а - рулевой механизм задних управляемых колес с золотником в нейтральном положении; на фиг.2б - рулевой механизм задних управляемых колес с золотником в правом положении; на фиг.2в - рулевой механизм задних управляемых колес с золотником в левом положении; на фиг.3 - блок-схема узла кодирования угла поворота.Figure 1 presents the proposed steering system with all steered wheels; on figa - the steering mechanism of the rear steered wheels with a spool in the neutral position; on figb - steering gear of the rear steered wheels with a spool in the right position; on figv - steering gear of the rear steered wheels with a spool in the left position; figure 3 is a block diagram of a coding unit of the rotation angle.

Система рулевого управления транспортного средства содержит гидравлический привод управления передними управляемыми колесами, состоящий из рулевого механизма 1, гидронасоса 2, гидробака 3 рабочей жидкости, исполнительного гидроцилиндра 4, рулевой трапеции 5 передних управляемых колес; гидравлический привод управления задними управляемыми колесами, состоящий из гидронасоса 6, гидробака 7 рабочей жидкости, рулевого механизма 8, рулевой трапеции 9 задних управляемых колес.The vehicle steering system comprises a hydraulic drive for controlling the front steered wheels, consisting of a steering gear 1, a hydraulic pump 2, a hydraulic fluid tank 3, an actuating hydraulic cylinder 4, a steering trapezoid 5 of the front steered wheels; hydraulic drive for controlling the rear steered wheels, consisting of a hydraulic pump 6, a hydraulic tank 7 of a working fluid, a steering gear 8, a steering trapezoid 9 of the rear steered wheels.

Рулевое колесо 10 связано с преобразователем 11 угла его поворота в цифровой код. Входной вал-винт рулевого механизма 8 задних управляемых колес связан с преобразователем 12 угла его поворота в цифровой код. На цифровой компаратор величин 13 поступает два сигнала: с преобразователя 11 и с преобразователя 12. Привод рулевого механизма 8 задних управляемых колес осуществляет электродвигатель 14.The steering wheel 10 is connected with the Converter 11 of the angle of rotation into a digital code. The input shaft-screw of the steering mechanism 8 of the rear steered wheels is connected to the converter 12 of the angle of rotation into a digital code. The digital value comparator 13 receives two signals: from the converter 11 and from the converter 12. The steering gear 8 of the rear steered wheels is driven by an electric motor 14.

Рулевой механизм 8 задних управляемых колес состоит из корпуса-картера 15, вала 16 привода рулевой трапеции 9 задних управляемых колес с зубчатым сектором 17, входного вала-винта 18, поршня-рейки 19, реактивных плунжеров 20, пружины реактивных плунжеров 21, золотника 22.The steering mechanism 8 of the rear steered wheels consists of a housing-case 15, the shaft 16 of the steering trapezoid drive 9 of the rear steered wheels with a gear sector 17, the input shaft-screw 18, the piston rack 19, the reactive plungers 20, the springs of the reactive plungers 21, the spool 22.

Работает система рулевого управления следующим образом. При вращении рулевого колеса 10 в ту или иную сторону через гидравлический привод управления передними управляемыми колесами передние колеса поворачиваются на некоторый угол. При этом рулевое колесо 10 вращает и дает сигнал на установленный на нем преобразователь 11 угла поворота рулевого колеса в цифровой сигнал, цифровой код на преобразователе 11 изменяется.The steering system operates as follows. When the steering wheel 10 is rotated in one direction or another through the hydraulic drive for controlling the front steered wheels, the front wheels rotate at a certain angle. In this case, the steering wheel 10 rotates and gives a signal to the converter 11 for turning the steering wheel into a digital signal mounted on it, the digital code on the converter 11 changes.

Преобразователь 11 углового положения рулевого вала в цифровой код должен быть выполнен в виде кодового диска или дискового барабана на основе кода Грея. Код Грея, поскольку в нем соседние числа отличаются всегда значением только одного разряда, ни в одном переходе не дает ошибки большей, чем значение минимального шага дискретности, то есть угла, оцифрованного какой-то кодовой комбинацией (Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1988. С.79-82).The converter 11 of the angular position of the steering shaft into a digital code should be made in the form of a code disk or disk drum based on the Gray code. Gray code, since neighboring numbers in it always differ in the value of only one digit, in no transition gives an error greater than the value of the minimum step of discreteness, that is, the angle digitized by some code combination (Potemkin I.S. Functional units of digital automation . - M .: Energoatomizdat, 1988. S. 79-82).

При этом цифровой код на преобразователе 12 угла поворота входного вала-винта 18 рулевого механизма 8 управления задними управляемыми колесами в цифровой код, выполненном также в виде кодового диска или дискового барабана на основе кода Грея, остался неизменным.At the same time, the digital code on the converter 12 of the angle of rotation of the input shaft-screw 18 of the steering mechanism 8 for controlling the rear steered wheels into a digital code, also made in the form of a code disk or disk drum based on the Gray code, remained unchanged.

Цифровой компаратор величин 13 сравнивает два цифровых кода и сразу же определяет направление воздействия (в какую сторону вращать). Выходной сигнал компаратора 13 включает электродвигатель 14 в нужную сторону. Электродвигатель 14 поворачивает вал-винт 18 рулевого механизма 8 управления задними управляемыми колесами и одновременно установленный на нем вал преобразователя 12. Так будет происходить до тех пор, пока цифровой компаратор величин 13 не определит равенство кодов с преобразователей 11 и 12. При равенстве кодов электродвигатель 14 остановится.The digital value comparator 13 compares two digital codes and immediately determines the direction of action (which direction to turn). The output signal of the comparator 13 turns on the electric motor 14 in the desired direction. The electric motor 14 rotates the screw shaft 18 of the steering mechanism 8 for controlling the rear steered wheels and the converter shaft 12 mounted on it at the same time. This will happen until the digital value comparator 13 determines the equality of codes from the converters 11 and 12. If the codes are equal, the electric motor 14 will stop.

Цифровой компаратор величин 13 выявляет не только факт равенства двух поданных на вход кодов n- разрядных чисел А и В, но и сравнивает числа по значениям. Он имеет три выхода: А>В; А=В; А<В, и в зависимости от соотношения величин А и В активный уровень появляется на одном из этих выходов. Такой компаратор позволяет следящей системе определить направление воздействия, ликвидирующего рассогласование, а также сигнализировать о выходе величин за пределы допуска (Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1988, С.134-135).The digital comparator of values 13 reveals not only the fact of the equality of two codes of n-bit numbers A and B supplied to the input, but also compares the numbers by values. It has three outputs: A> B; A = B; A <B, and depending on the ratio of A and B, the active level appears at one of these outputs. Such a comparator allows the tracking system to determine the direction of the effect eliminating the mismatch, as well as to signal that the values are outside the tolerance (Potemkin IS Functional units of digital automation. - M .: Energoatomizdat, 1988, S.134-135).

Так как возникающая при вращении вала-винта 18 осевая сила больше силы предварительного сжатия пружин 21 реактивных плунжеров 20, то вал-винт 18 и золотник 22 смещаются вправо или влево в зависимости от направления вращения вала-винта 18, сообщая одну из полостей корпуса-картера 15 рулевого механизма с линией высокого давления, а другую - со сливным каналом. Это возможно потому, что длина золотника 22 больше длины отверстия для него в корпусе клапана управления, вследствие чего золотник 22 и вал-винт 18 могут перемещаться в осевом направлении в каждую сторону на некоторую величину от среднего положения. Давление масла на торцы поршня-рейки 19 неодинаково, поэтому создается сила способствующая повороту зубчатого сектора 17 вала 16 рулевой трапеции 9 задних управляемых колес.Since the axial force arising from the rotation of the shaft-screw 18 is greater than the pre-compression force of the springs 21 of the jet plungers 20, the screw-shaft 18 and the spool 22 are shifted to the right or left depending on the direction of rotation of the screw-shaft 18, communicating one of the cavities of the crankcase 15 steering gear with a high pressure line, and the other with a drain channel. This is possible because the length of the spool 22 is greater than the length of the hole for it in the control valve body, as a result of which the spool 22 and the shaft-screw 18 can be axially moved to each side by a certain amount from the middle position. The oil pressure at the ends of the piston rack 19 is not the same, therefore, a force is generated that facilitates the rotation of the gear sector 17 of the shaft 16 of the steering trapezoid 9 of the rear steered wheels.

Положение деталей рулевого механизма 8 управления задними управляемыми колесами на фиг.2а соответствует или прямолинейному движению транспортного средства или остановке вращения рулевого колеса 10, когда масло свободно перекачивается насосом 6 в гидробак 7 поскольку нагнетательный и сливной каналы соединены между собой (нейтральное положение золотника 22), так как реактивная пружина 21 реактивными плунжерами 20 стремиться удержать золотник 22 в нейтральном положении.The position of the parts of the steering mechanism for controlling the rear steered wheels in Fig. 2a corresponds to either the straight-line movement of the vehicle or the stop of the rotation of the steering wheel 10 when the oil is freely pumped by the pump 6 into the hydraulic tank 7 since the discharge and drain channels are interconnected (neutral position of the spool 22), since the reaction spring 21, the reaction plungers 20 tend to keep the spool 22 in a neutral position.

При повороте рулевого колеса 10 золотник 22 перемещается, например, (фиг.2б) вправо, поскольку сила, прикладываемая к валу-винту 18 больше силы пружины 21 реактивных плунжеров 20. При этом линия высокого давления соединяется с полостью справа от поршня-рейки 19, а полость слева от поршня-рейки 19 соединяется со сливным каналом. Поворот задних управляемых колес осуществляется благодаря силе, создаваемой давлением масла на поршень-рейку 19.When the steering wheel 10 is turned, the spool 22 moves, for example, (Fig. 2b) to the right, since the force exerted on the screw shaft 18 is greater than the force of the spring 21 of the reactive plungers 20. In this case, the high pressure line is connected to the cavity to the right of the piston rod 19, and the cavity to the left of the piston rod 19 is connected to the drain channel. The rotation of the rear steered wheels is due to the force created by the pressure of the oil on the piston rod 19.

При смещении золотника 22 влево (фиг.2в) соединяется полость слева от поршня-рейки 19 с линией высокого давления, а полость справа от поршня-рейки 19 со сливным каналом.When the slide valve 22 is displaced to the left (Fig. 2c), the cavity to the left of the piston rod 19 is connected to the high pressure line, and the cavity to the right of the piston rod 19 with a drain channel.

Таким образом, при совершении поворота транспортным средством происходит синхронный поворот передних и задних колес относительно остова. Причем с учетом реверса электродвигателя привода 14 механизма управления задними управляемыми колесами возможен поворот колес в одну и в разную стороны относительно остова. В блок схеме узла кодирования угла поворота (фиг.3) может быть встроено устройство временной задержки сигнала 23, подаваемого цифровым компаратором величин 13 на электродвигатель 14. В этом случае поворот задних колес будет осуществляться с запаздыванием относительно передних.Thus, when a vehicle makes a turn, the front and rear wheels turn synchronously with respect to the skeleton. Moreover, taking into account the reverse of the electric motor of the drive 14 of the control mechanism of the rear steered wheels, it is possible to turn the wheels in one and in different directions relative to the skeleton. In the block diagram of the rotation angle coding unit (Fig. 3), a time delay device for the signal 23 supplied by the digital value comparator 13 to the electric motor 14 can be integrated. In this case, the rear wheels will be rotated with a delay relative to the front ones.

Использование различных способов поворота в одном транспортном средстве позволяют улучшить устойчивость его движения и маневренность.The use of various turning methods in one vehicle can improve the stability of its movement and maneuverability.

Так при работе трактора на транспорте для улучшения его маневренности желательно применять поворот колес относительно остова в разные стороны; при работе на склонах для повышения устойчивости против опрокидывания - поворот колес в одну сторону относительно остова ("краб"); при работе в междурядьях пропашных культур при малых углах поворота управляемых колес для повышения устойчивости прямолинейного движения с целью не подрезания культурных растений желательно иметь неуправляемые задние колеса, которые могут включаться в работу лишь при определенном угле поворота передних на поворотной полосе, что позволит уменьшить радиус поворота.So when operating the tractor in transport, to improve its maneuverability, it is advisable to use the rotation of the wheels relative to the frame in different directions; when working on slopes to increase stability against tipping over - turning the wheels in one direction relative to the skeleton ("crab"); when working in rows of row crops at low steering angles to increase the stability of rectilinear movement in order not to crop crops, it is desirable to have uncontrolled rear wheels that can be included in the work only at a certain angle of rotation of the front on the headland, which will reduce the turning radius.

Claims

A vehicle steering system with all steered wheels, comprising a steering trapezoid of the front steered wheels connected by a hydraulic drive for turning the front steered wheels with a steering mechanism, a steering trapezoid of the rear steered wheels with a hydraulic drive, characterized in that on the steering wheel shaft and on the steering mechanism shaft rear steered wheels mounted converters of their angular position into a digital code, based on the Gray code, the signals of which are processed I have a digital value comparator, a signal delay device has been installed between the value comparator and the electric motor of the drive mechanism for controlling the rear steered wheels, the steering mechanism of the rear steered wheels has a rotor shaft and a piston rod that can move relative to the rotor shaft.