WO2014047874A1 - 比例转向阀、比例转向液压回路、比例转向系统及车辆 - Google Patents

Abstract

一种比例转向阀，包括换向阀和比例节流阀（4），换向阀至少具有进油端口（10）、回油端口（11）、第一工作端口（12）和第二工作端口（13），比例节流阀（4）的输出端口（14）与进油端口（10）连通，该比例节流阀（4）的输入端口（15）连接于内部进油油路（23）的一端。还公开了一种包括该比例转向阀的比例转向回路、比例转向系统以及车辆。通过比例节流阀和电控换向阀分别实现流量控制和换向，从而通过组合控制实现转向，这有助于加快响应速度，显著改善转向操作的灵敏性。采用普通液压元件，成本相对低廉，具有抗污染能力。

Description

比例转向阀、 比例转向液压回路、 比例转向系统及车辆 技术领域

本发明涉及一种用于轮式车辆的液压转向系统中的液压阀， 具体地， 涉及一种比 例转向阀。进一步地，本发明涉及一种包括所述比例转向阀的比例转向液压回路。此外， 本发明还涉及一种包括所述比例转向液压回路的比例转向系统以及车辆。 背景技术

轮式车辆， 例如汽车起重机、 全地面起重机等需要采用相应的转向系统以实现车 轮的转向。 目前应用于轮车车辆的转向系统大致分为三类： 杆系转向系统、 杆系转向系 统加比例转向系统、 杆系转向系统加伺服转向系统。

一般而言， 杆系转向系统通过摇臂和拉杆控制车轮的转向， 但因其受杆系结构和 转弯半径的限制， 主要用于桥数较少的车辆； 后两类转向系统主要应用于桥数较多的车 辆， 一般前桥采用杆系转向系统， 中桥、 后桥等采用比例转向系统或伺服转向系统， 以 能在转向过程中获得快速的动态响应速度和较小的转弯半径， 提高整车性能。

但是， 上述现有技术的转向系统存在如下缺陷： 第一， 上述杆系转向系统受杆系 结构的限制， 其存在布置不方便、 操作费力、 转弯半径大等缺陷， 主要用于桥数较少的 车辆； 第二， 上述比例转向系统一般采用三位四通的电磁比例换向阀， 由于比例电磁换 向阀本身结构的限制， 在换向时阀芯需要移动预定的距离后才能实现油路的换向， 也就 是说， 通过阀芯的移动来实现换向本身存在一定的死区和滞后， 现有技术中一般是在转 向启动后，通过在控制器中设置电磁比例换向阀的驱动电流增大的阶跃函数定值来补偿 电磁比例换向阀的换向死区和滞后， 以保证各桥之间的转向协调性， 但是由于车辆行驶 过程中路况的复杂性， 这种现有技术的比例转向系统明显存在动态特性差， 响应滞后等 一系列问题； 第三， 上述伺服转向系统一般采用伺服阀， 由于伺服阀本身的零死区、 响 应快的特点， 因而能获得较好的动态特性和较快的响应。 但是伺服阀对液压油清洁度敏 感， 抗污染能力差， 容易发生卡死等缺陷， 并且价格昂贵， 增加了整车的成本。 另外， 公知地， 伺服阀的阀芯之间存在较大的功能性损失 ΔΡ， 这使得液压系统发热严重， 这 使得伺服转向系统极易发生故障。

有鉴于现有技术的上述缺陷， 需要设计一种新型的液压转向系统。 发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种比例转向阀， 该比例转向阀能够用于轮式 车辆的液压转向系统中， 以便于通过相对精确的流量控制和转向方向控制实现相对可靠 的车轮转向。

进一步地， 本发明所要解决的技术问题是提供一种比例转向液压回路， 该比例转 向液压回路能够用于通过相对精确的流量控制和转向方向控制以实现相对可靠的车轮 转向。

此外， 本发明还要解决的技术问题是提供一种比例转向系统， 该比例转向系统能 够通过相对精确的流量控制和转向方向控制实现相对可靠的车轮转向。

在此基础上， 本发明还要提供一种车辆， 该车辆能够通过相对精确的流量控制和 转向方向控制实现相对可靠的车轮转向。

为了解决上述技术问题， 本发明提供一种比例转向阀， 其中， 包括换向阀和比例 节流阀， 所述换向阀至少具有进油端口、 回油端口、 第一工作端口和第二工作端口， 并 且该换向阀至少能够被控制为选择性地处于如下两种状态之一：所述进油端口与第一工 作端口连通且所述回油端口与第二工作端口连通； 以及所述进油端口与第二工作端口连 通且所述回油端口与第一工作端口连通； 并且所述比例节流阀的输出端口与所述进油端 口连通， 该比例节流阀的输入端口连接于内部进油油路的一端。

优选地， 所述换向阀还能够被控制为选择性地处于如下第三种状态： 所述进油端 口与所述第一工作端口和第二工作端口截止且所述回油端口与所述第一工作端口和第 二工作端口截止。

具体地， 所述换向阀为电控换向阀。

优选地， 所述比例转向阀还包括设置在所述内部进油油路上的二通压力补偿器， 该二通压力补偿器的输出端口连接于所述比例节流阀的输入端口， 并且该二通压力补偿 器的输出端口与该二通压力补偿器的控制端口连通，该二通压力补偿器的弹簧腔端口与 所述比例节流阀的输出端口连通。

优选地， 所述比例转向阀还包括设置在所述内部进油油路上的单向阀， 该单向阀 连接在所述二通压力补偿器的输出端口与所述比例节流阀的输入端口之间，其中所述单 向阀的正向端口与所述二通压力补偿器的输出端口连通，该单向阀的反向端口与所述比 例节流阀的输入端口连通。

优选地， 所述比例转向阀还包括两个溢流阀， 其中一个溢流阀的输入端口与所述 换向阀的第一工作端口连通， 另一个溢流阀的输入端口与所述换向阀的第二工作端口连 通， 该两个溢流阀的输出端口均与所述换向阀的回油端口连通。

优选地， 所述比例转向阀还包括梭阀， 该梭阀的第一输入端口与所述比例节流阀 的输出端口连通。

典型地， 所述比例转向阀形成为具有整体式复合阀， 该整体式复合阀的阀体上形 成有进油口、 回油口、 第一工作油口、 第二工作油口、 油压采集输入油口以及油压反馈 输出油口，其中所述进油口与所述内部进油油路的另一端连通或作为该内部进油油路的 另一端， 所述回油口与所述换向阀的回油端口连通或作为该回油端口， 所述第一工作油 口与所述换向阀的第一工作端口连通或作为该第一工作端口，所述第二工作油口与所述 换向阀的第二工作端口连通或作为该第二工作端口，所述油压采集输入油口与所述梭阀 的第二输入端口连通或作为该第二输入端口，所述油压反馈输出油口与所述梭阀的输出 端口或作为该梭阀的输出端口。

所述整体式复合阀的阀体上还形成有与所述换向阀的第一工作端口连通的第一测 压油口和与该换向阀的第二工作端口连通的第二测压油口。

在此基础上， 本发明提供一种比例转向液压回路， 包括用于驱动车辆的一个车桥 两端的左、 右车轮转向的左、 右转向驱动缸以及变量泵， 其中， 所述比例转向液压回路 还包括上述的比例转向阀， 其中所述换向阀的第一工作端口与所述左、 右转向驱动缸各 自的有杆腔连通， 第二工作端口与所述左、 右转向驱动缸各自的无杆腔连通， 所述内部 进油油路的另一端与所述变量泵的输出油口连通，所述换向阀的回油端口与油箱或回油 油路连通。

优选地， 所述变量泵为负载敏感变量泵， 所述比例转向阀还包括梭阀， 该梭阀的 第一输入端口与所述比例节流阀的输出端口连通，第二输入端口与所述油箱或回油油路 连通， 并且该梭阀的输出端口与所述负载敏感变量泵的油压反馈输入油口连通。

对于轮式车辆的多桥车轮的转向而言， 本发明进一步提供一种比例转向液压回路， 包括用于对应地驱动车辆的多个车桥两端的左、右车轮转向的多对左、 右转向驱动缸以 及变量泵， 其中， 所述比例转向液压回路还包括上述的比例转向阀， 该比例转向阀的数 量与所述多个车桥的数量相同，其中各个所述比例转向阀的换向阀的第一工作端口与相 应的一对所述左、 右转向驱动缸各自的有杆腔连通， 第二工作端口与该对左、 右转向驱 动缸各自的无杆腔连通，各个所述比例转向阀的内部进油油路的另一端与所述变量泵的 输出油口连通， 各个所述比例转向阀的换向阀的回油端口与油箱或回油油路连通。 优选地， 所述变量泵为负载敏感变量泵， 各个所述比例转向阀还分别包括梭阀， 各个所述比例转向阀的梭阀的第一输入端口与该比例转向阀的比例节流阀的输出端口 连通； 并且各个所述梭阀通过油路依次连接， 其中各个所述梭阀的第二输入端口依次地 与相邻的下一个梭阀的输出端口连通， 并且该依次连接的所述梭阀中的第一个梭阀的输 出端口与所述负载敏感变量泵的油压反馈输入油口连通，最后一个梭阀的第二输入端口 与所述油箱或回油油路连通。

在上述比例转向液压回路的技术方案基础上， 本发明提供一种比例转向系统， 其 中， 包括控制器以及上述的比例转向液压回路， 其中所述控制器电连接于各个所述比例 转向阀， 以根据输入到该控制器的输入转向角信号控制各个所述比例节流阀的通流流量 和换向阀的换向方向， 从而通过各对所述转向驱动缸驱动对应的车桥两端的车轮转向。

典型地， 所述比例转向系统还包括用于检测车辆转向操作的输入转向角的转向传 感器， 所述控制器电连接于该转向传感器以接收所述输入转向角信号。

优选地， 所述控制器在控制各个所述比例节流阀的通流流量之前预先控制向各个 所述比例节流阀输送一个预设补偿电流， 以消除或减小各个所述比例节流阀的通流截止 区。

进一步优选地， 所述比例转向系统还包括用于检测车轮实际转向角的转角传感器， 所述车辆的通过所述比例转向回路驱动车轮转向的各个相应车桥上分别配置有所述转 角传感器。

此外， 本发明还提供一种车辆， 其中， 该车辆包括上述的比例转向系统。

具体选择地， 所述车辆为汽车起重机或全地面起重机。

通过上述技术方案， 本发明的比例转向阀、 比例转向液压回路以及由此形成的比 例转向系统能够有效地用于轮式车辆的一个车桥或多桥车轮的转向，有助于实现较快的 动态响应， 显著改善操作灵敏性， 使得在较小的转弯半径下也能够实现可靠的转向。 具 体地， 通过所述比例转向阀将转向过程分解， 即通过比例节流阀和换向阀分别实现流量 控制功能和换向功能， 从而通过组合控制实现转向。 在此基础上， 优选地， 通过引入预 设补偿电流来消除或减小比例节流阀通流截止区， 从而加快了响应速度， 显著改善了转 向操作的灵敏性， 由此提高了转向过程中的响应精度和动态特性。 尤其是， 本发明可以 通过变量泵提供液压油，例如通过梭阀形成负载油压反馈油路并优选地采用负载敏感变 量泵，从而可以方便地根据需求提供流量，这有利于减少了系统的发热量，节约了能源。 此外， 与伺服转向系统相比， 本发明采用普通液压元件， 成本相对低廉， 抗污染能力强。 本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明, 附图说明

下列附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 其与下述 的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体 实施方式。 在附图中：

图 1是本发明优选实施方式的比例转向阀的液压原理图。

图 2是采用图 1所示的比例转向阀的比例转向液压回路的液压原理图， 图中车轮 处于直行状态。

图 3和图 4是与图 2相同的采用比例转向阀的比例转向液压回路的液压原理图， 其中车轮分别处于右转向和左转向状态。

图 5 是采用本发明具体实施方式的应用于多桥轮式车辆的比例转向液压回路的液 压原理图。

图 6是本发明具体实施方式的比例转向系统的控制结构框图。

本发明附图标记说明：

1比例转向阀； 2转向驱动缸;

3变量泵； 4比例节流阀；

5电控换向阀； 6单向阀；

7二通压力补偿器； 8梭阀；

9溢流阀； 10进油端口；

11回油端口； 12第一工作端口；

13第二工作端口； 14输出端口；

15输入端口 16输入端口；

17输出端口 18弹簧腔端口；

19控制端口 20第一输入端口；

21第二输入端口； 22输出端口；

A第一工作油口； B第二工作油口；

MA第一测压油口； MB第二测压油口；

Ls油压反馈输入油口

P进油口； T回油口； XI油压反馈输出油口; Χ2油压采集输入油口；

Yl、 Υ2、 Υ3电磁铁。 具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明， 应当理解的是， 此处所描 述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体 实施方式。

首先说明的是， 本发明的比例转向阀、 比例转向液压回路等属于液压领域， 图 1 至图 5仅显示了液压原理图， 对于本领域的技术人员而言， 相同的液压连接原理可以通 过各种不同的机械实体结构实现。例如， 图 1显示本发明优选实施方式的比例转向阀 1， 虚线方框内部的各个阀门可以通过管路进行连接从而构成该比例转向阀 1， 当然这些阀 门也可以形成为整体式复合阀。 因此， 在此需要强调的是， 在本发明技术方案的技术特 征中， 除非明确限定为 "油口"的以外， 所涉及的术语 "端口"既可以指在机械结构上 形成为油口的形式， 也可以指实现相同功能的阀体内部的油腔、 内部油道等。 例如， 在 本发明的比例转向阀 1的各个阀门通过管路连接的情形下，其各个组成阀门在机械结构 具有相应的油口以用于连接管道；但是在本发明的比例转向阀 1形成为整体复合阀的情 形下， 各个组成阀门可以形成或组装在共用的阀体内， 此时整体复合阀除了阀体外部的 数个用于连接外部管道的油口之外，各个组成阀门在液压原理图中显示的油口可能仅是 阀体内部的油道或油腔。

以下首先参照图 1描述本发明的比例转向阀 1的具体实施方式。

参见图 1所示， 本发明的比例转向阀 1包括电控换向阀 5和比例节流阀 4， 该电控 换向阀 5至少具有进油端口 10、 回油端口 11、第一工作端口 12和第二工作端口 13， 并 且该电控换向阀 5至少能够被控制为选择性地处于如下两种状态之一：所述进油端口 10 与第一工作端口 12连通且所述回油端口 11与第二工作端口 13连通； 以及所述进油端 口 10与第二工作端口 13连通且所述回油端口 11与第一工作端口 12连通； 并且所述比 例节流阀 4的输出端口 13与所述进油端口 10连通， 该比例节流阀 4的输入端口 15连 接于内部进油油路 23的一端。

在此需要说明的是， 上述电控换向阀 5 也可以采用其它形式的换向阀， 例如液控 式换向阀等， 在此情形下， 当本发明的比例转向阀应用于比例转向系统时， 控制器根据 输入转向角信号控制本发明的比例转向阀中的比例节流阀的通流流量， 同时控制换向阀 的换向方向，例如通过控制液控式换向阀的液控油路上的电磁开关阀来控制液控油路的 通断以实现液控式换向阀所需的换向。 当然， 在此情形下， 液控式换向阀及其液控油路 上的电磁开关阀整体上仍然构成电控换向阀。 总之， 无论其将换向阀如何变型， 其均属 于本发明的保护范围。在下文的描述中， 为了简洁清楚主要以电控换向阀 5为例进行说 明。

优选地， 所述电控换向阀 5还能够被控制为选择性地处于如下第三种状态， 即进 油端口 10与第一工作端口 12和第二工作端口 13截止且回油端口 11与所述第一工作端 口 12和第二工作端口 13截止。该第三种工作状态主要用于转向驱动缸 2的有杆腔和无 杆腔在电控换向阀 5处于中位时漏油， 从而保证车轮直行时的可靠性。

通过上述比例转向阀 1， 车轮转向的控制上述电控换向阀 4和比例节流阀 4实现， 其中比例节流阀 4通过流量通过来控制车轮偏转角度的大小， 电控换向阀 5通过得电失 电状态来控制车轮偏转的方向 （即左转向和右转向）。

对于本领域技术人员熟知地， 比例节流阀 4一般均包括比例电磁铁并采用电控方 式， 例如电磁比例节流阀、 电液比例节流阀等， 当然也可以采用其它公知形式的比例节 流阀。 具体地， 在本发明比例转向阀 1的上述技术构思范围内， 比例节流阀 4属于工程 机械液压系统中广泛采用的节流阀， 例如电磁比例节流阀， 其主要通过其阀芯一端的比 例电磁铁 Y1 (在图 1中三个比例节流阀各自的电磁铁分别标注为 Yl、 Υ4、 Υ7， 这些 电磁铁并无本质性区别）克服复位弹簧的阻力来形成不同大小的通流开口， 从而控制流 量， 对其不再赘述。 比例节流阀 4输入的电控信号为比例量， 通过输入电流的大小控制 节流阀开口的大小， 从而控制通过流量的大小， 从而在预定时间内将相应的量的液压油 输送到用于驱动车轮转向的转向驱动缸 2 (—般也称为 "转向助力缸"） 内， 使得转向驱 动缸 2的活塞杆伸出预定的距离或縮回预定的距离， 相应地使车轮偏转不同的转向角。

优选地， 上述电控换向阀 5可以采用 0型三位四通电磁换向阀 （公知地， 三位四 通电磁换向阀的两端具有电磁铁 Υ2、 Υ3 (在图 1中三个电磁换向阀的两端的电磁铁依 次标记为 Υ2、 Υ3、 Υ5、 Υ6、 Υ8、 Υ9)， 当然， 电控换向阀 5也可以采用其它形式的电 磁换向阀， 只要其实现上述功能即可， 例如其可以采用 Μ型三位四通电磁换向阀， 也 可以采用多于四个端口或多于三个工作位置的电控换向阀， 当然在此情形下一些端口并 不一定实际发生作用， 可以采用堵头封堵。 电控换向阀输入的电控信号为开关量， 根据 两侧电磁铁的得电状态控制车轮偏转的方向， 中位机能采用 0型， 参见图 2所示， 可以 使得转向驱动缸的有杆腔和无杆腔在电控换向阀处于中位时漏油，从而保证车轮直行时 的可靠性。

在上述比例转向阀 1 的技术构思的基础上， 优选地， 所述比例换向阀 1还包括设 置在内部进油油路 23上的二通压力补偿器 7， 该二通压力补偿器 7的输出端口 17经由 油路连接于所述比例节流阀 4的输入端口 15， 并且该二通压力补偿器 7的输出端口 17 公知地与该二通压力补偿器 7的控制端口 19连通， 该二通压力补偿器 7的弹簧腔端口 18与所述比例节流阀 4的输出端口 14连通。 二通压力补偿器 7是工程机械液压系统中 公知的一种液压阀， 其公知的名称也称为 "定差减压阀"， 具体可以参见 《液压气动与 密封》 2011年第 10期第 23页《对定差减压阀和压力补偿器的注释》一文。 该两通压力 补偿器 7通过对比例节流阀 4的输入端口 15与输出端口 14的前后油压的对比，保证比 例节流阀 4的压差为恒定值， 这样能够确保比例节流阀 4的流量稳定， 使得流量调节功 能更精确地实现， 从而也就保证转向过程中进入转向驱动缸 2的流量相对恒定， 基本不 受负载的影响。

进一步地， 本发明的比例转向阀 1还包括设置在内部进油油路 23上的单向阀 6， 该单向阀 6连接在所述二通压力补偿器 7的输出端口 17与所述比例节流阀 4的输入端 口 15之间，其中所述单向阀 6的正向端口与所述二通压力补偿器 7的输出端口 17连通， 该单向阀 6的反向端口与所述比例节流阀 4的输入端口 15连通。 公知地， 单向阀具有 正向导通、反向截止的单向导通性能，具有预定油压的液压油从单向阀的正向端口输入， 则能够推开单向阀的阀芯从反向端口输出， 而如果液压油从反向端口输入， 则无论油压 多大， 均不能使得单向阀导通。 如上所述， 该单向阀 6布置在电控换向阀 5的内部进油 油路 23上 （属于进油主油路的一部分）， 这在多桥轮式车辆中是特别有利地， 具体地， 在多桥轮式车辆的多个车桥分别对应配置有本发明的比例转向阀 1时，该单向阀可以防 止车轮转向过程中各个车桥车轮转向负载之间产生相互干扰，例如某一车桥的车轮受到 路面冲击载荷时可以通过该单向阀 6起到相应的隔离作用，避免将形成的液压冲击传递 到供油油路上对其它车桥的车轮转向驱动产生干扰。

优选地， 本发明的比例转向阀 1还包括两个溢流阀 9， 其中一个溢流阀 9的输入端 口与所述电控换向阀 5的第一工作端口 12连通， 另一个溢流阀 9的输入端口与所述电 控换向阀 5的第二工作端口 13连通，该两个溢流阀 9的输出端口均与所述电控换向阀 5 的回油端口 11连通。这两个溢流阀 9主要起到过压溢流作用，其用于限制转向驱动缸 2 的有杆腔和无杆腔的最大工作油压， 对转向驱动缸 2进行过压保护。

此外， 优选地， 本发明的比例转向阀 1还包括梭阀 8， 该梭阀 8主要用于形成油压 反馈油路，这在该比例转向阀 1用于多桥转向时特别有利采通过比较各转向桥的负载压 力 （即由此形成的反馈油路油压）， 从而获得最大负载压力， 并将最大负载压力传递给 变量泵 3 (在此情形下变量泵 3为图 5所示的负载敏感变量泵），通过变量泵输出对应排 量的液压油， 以满足油量需求。 在比例转向阀 1形成为整体复合阀的情形下， 梭阀 8可 以内置于比例转向阀 1中， 这优化了管路的连接。 具体地， 所述梭阀 8的第一输入端口 20与所述比例节流阀 4的输出端口 14连通。

在上述技术方案的基础上， 本发明的比例转向阀在机械结构上能够形成为独立的 产品， 优选地， 本发明的比例转向阀 1可以形成为具有整体式复合阀， 该整体式复合阀 的阀体上形成有进油口 P、 回油口 T、 第一工作油口 Α、 第二工作油口 Β、 油压采集输 入油口 Χ2以及油压反馈输出油口 XI， 其中进油口 Ρ可以与内部进油油路 23的另一端 连通或直接作为该内部进油油路 23的另一端， 即进油口 Ρ作为内部进油油路的输入起 点， 回油口 Τ与电控换向阀 5的回油端口 11连通， 电控换向阀 5可以直接形成或插装 在所述阀体内， 因此回油口 Τ也可能直接作为回油端口 11， 类似地， 第一工作油口 A 可以与电控换向阀 5的第一工作端口 12连通或直接作为该第一工作端口 12， 第二工作 油口 B可以与电控换向阀 5的第二工作端口 13连通或作为该第二工作端口 13， 油压采 集输入油口 X2可以与梭阀 8的第二输入端口 21连通或作为该第二输入端口 21， 油压 反馈输出油口 XI可以与梭阀 8的输出端口 22或作为该梭阀 8的输出端口 22。

参见图 1所示， 进一步优选地， 在本发明的比例转向阀 1形成为整体式复合阀的 情形下， 该整体式复合阀的阀体上还可以形成有与电控换向阀 5的第一工作端口 12连 通的第一测压油口 MA和与该电控换向阀 5 的第二工作端口 13连通的第二测压油口 MB。 这主要用于测量第一工作端口 12和第二工作端口 13处的油压， 例如上述第一测 压油口 MA和第二测压油口 MB可以用于连接油压表等油压检测装置。

以下参照图 2至图 5描述本发明的比例转向液压回路的具体实施方式。

参见图 2所示， 本发明的比例转向液压回路包括用于驱动轮式车辆的一个车桥左 右两端的左、 右车轮转向的左、 右转向驱动缸 2、 变量泵 3以及本发明上述技术方案的 比例转向阀 1，其中电控换向阀 5的第一工作端口 12与所述左、右转向驱动缸 2各自的 有杆腔连通， 第二工作端口 13与所述左、 右转向驱动缸 2各自的无杆腔连通， 所述内 部进油油路 23的另一端与所述变量泵 3的输出油口连通， 所述电控换向阀 5的回油端 口 11与油箱或回油油路连通。

在上述比例转向液压回路中， 通过变量泵 3向内部进油油路 23供应液压油， 通过 控制比例节流阀 4的通流开口的大小调节流量以控制车轮转向角度，通过控制电控换向 阀 5的换向来控制车轮的转向方向， 如图 2至图 4所示， 其中分别显示了车桥左右两端 所安装的车轮分别被控制为处于直行状态、 左转向状态和右转向状态。 另外， 转向驱动 缸 2的活塞杆通过伸縮运动驱动车轮的传动结构是公知的，一般是转向驱动缸 2的活塞 杆经由相应的转向驱动杆系连接到车轮的转向节上， 当然活塞杆也可以直接铰接到转向 节上， 同时转向驱动缸 2的缸筒铰接到车桥上或车桥的支架上， 有关转向驱动缸 2与车 轮的转向驱动连接结构为本领域技术人员公知， 在此不再赘述。

在本发明的比例转向阀 1采用包括梭阀 8的优选形式时， 所述变量泵 3为负载敏 感变量泵， 所述梭阀 8的第二输入端口 21与所述油箱或回油油路连通， 该梭阀 8的输 出端口 22与所述负载敏感变量泵的油压反馈输入油口 Ls连通。负载敏感变量泵是一种 广泛采用的变量泵， 其能够根据液压系统中反馈的负载压力自适应地调节输出排量， 使 得输出的排量与系统的负载压力相匹配。 有关负载敏感变量泵已经属于比较成熟的技 术， 在此不再赘述。

上述比例转向液压回路适用于轮式车辆的其中一个车桥左右两端安装的左右车轮 的转向， 此外， 本发明还提供一种适用于轮式车辆的车桥中的多个车桥各自左右两端的 车轮转向的比例转向液压回路，该比例转向液压回路包括用于对应地驱动车辆的多个车 桥两端的左、右车轮转向的多对左、右转向驱动缸 2以及变量泵 3， 在此需要说明的是， 此处的 "多个车桥"为轮式车辆的车桥中的二个以上的车桥或轮式车辆的全部车桥。 具 体地， 所述比例转向液压回路还包括上述技术方案的比例转向阀 1， 该比例转向阀 1的 数量与多个车桥的数量相同，该多个比例转向阀与所述多对左、右转向驱动缸 2相对应， 其中各个比例转向阀 1的电控换向阀 5的第一工作端口 12与相应的一对所述左、 右转 向驱动缸 2各自的有杆腔连通， 第二工作端口 13与该对左、 右转向驱动缸 2各自的无 杆腔连通，各个比例转向阀 1的内部进油油路 23的另一端与变量泵 3的输出油口连通， 各个比例转向阀 1的电控换向阀 5的回油端口 11与油箱或回油油路连通。

在上述适用于轮式车辆的多个车桥转向的比例转向液压回路中，所述比例转向阀 1 也可以采用包括梭阀 8的优选结构形式，但是此时各个比例转向阀 1的梭阀 8之间需要 存在依次的油路连接关系， 从而形成负载压力反馈油路， 具体地， 此时所述变量泵 3可 以为负载敏感变量泵，与上述优选结构形式相同，各个比例转向阀 1还分别包括梭阀 8， 各个比例转向阀 1的梭阀 8的第一输入端口 20与该比例转向阀 1的比例节流阀 4的输 出端口 14连通； 并且各个梭阀 8通过油路依次连接， 具体地， 各个梭阀 8的第二输入 端口 21依次地与相邻的下一个梭阀的输出端口 22连通， 并且该依次连接的梭阀中的第 一个梭阀的输出端口 22与所述负载敏感变量泵的油压反馈输入油口 Ls连通，最后一个 梭阀的第二输入端口 21与油箱或回油油路连通。 这种通过梭阀依次连接所形成的负载 反馈油路， 可以比较出各个车桥的转向驱动缸 2驱动相应车轮转向时各对转向驱动缸 2 的工作油路上的负载压力（即各对转向驱动缸的工作油路上因转向驱动缸 2承受外部转 向负载而在工作油路上形成的油压）， 从而获得最大负载压力， 并将最大负载压力传递 给变量泵 3 (在此情形下变量泵 3为图 5所示的负载敏感变量泵），通过变量泵输出对应 排量的液压油， 以满足流量需求。 负载敏感变量泵是一种广泛采用的变量泵， 其能够根 据液压系统中反馈的负载压力自适应地调节输出排量，使得输出的排量与系统的负载压 力相匹配， 使得液压系统减少发热量。 有关负载敏感变量泵已经属于比较成熟的技术， 在此不再赘述。

在上述两种比例转向液压回路的技术方案的基础上， 本发明还提供一种比例转向 系统， 该比例转向系统包括控制器、 用于感测车辆转向操作过程中所输入的输入转向角 的转向传感器以及上述的比例转向液压回路， 其中所述控制器电连接于所述转向传感 器、 各个比例转向阀 1的比例节流阀 4和电控换向阀 5 (—般通过相应的功率放大器电 连接于比例节流阀 4)，所述控制器接收所述转向传感器所感测的输入转向角信号，并根 据该输入转向角信号控制各个比例节流阀 4的通流流量和电控换向阀 5的换向方向，从 而通过各对转向驱动缸 2驱动对应的车桥两端的车轮转向。

在此需要说明的是， 在采用比例转向系统或伺服转向系统的轮式车辆 （例如汽车 起重机、 全地面起重机、 多桥重型卡车等） 上， 由于车体庞大沉重， 通常而言， 这些轮 式车辆的第一前桥的车轮采用杆系转向系统， 其它车桥可以采用本发明的比例转向系 统， 驾驶员通过包括方向盘的转向操纵机构控制轮式车辆的第一前桥的车辆转向， 其中 第一前桥的车轮的转向角为上述输入转向角，所述转向传感器可以设置在第一前桥的杆 系转向系统中以检测所述输入转向角， 并将该输入转向角传输到控制器， 以进行其它车 桥的转向控制。 这种转向传感器的应用在汽车起重机、 全地面起重机、 多桥重型卡车等 上已经比较成熟， 在此不再赘述。

但是， 在此需要理解的是， 本发明的比例转向阀及其比例转向系统并不限于常规 布置形式， 上述第一前桥的车轮同样可以采用本发明的比例转向系统。 因此， 从更广泛 的层次而言， 本发明的上述转向传感器的设置形式是多样的， 例如驾驶员操作方向盘可 以仅用于形成输入转向角信号， 具体地， 驾驶员操作方向盘， 方向盘旋转带动转向管柱 旋转， 转向管柱可以进而驱动相应的转向传感器相应的感测元件， 从而检测出驾驶员想 要操作的输入转向角信号 （包含转向方向和转向角度）， 控制器根据该输入转向角信号 控制相应的转向液压系统的驱动液压缸， 从而完成所需的转向操作。 这种形式的转向传 感器， 在轮式车辆中已经广泛应用， 在电子稳定系统 （即 ESP) 中也普遍采用， 在此仅 简略描述。 另外， 尤其需要进一步说明的是， 上述输入转向角信号并非局限于通过转向 传感器来感测， 由于驾驶员需要通过方向盘来形成一定的驾驶感觉， 所以现有轮式车辆 上仍然设置方向盘来输入所述输入转向角信号， 实际上在现有的轮式车辆上， 已经比较 广泛地采用直接通过操作界面由驾驶员向控制器根据路况直接输入所述输入转向角信 号 （包含转向角度和转向方向） 的驾驶方式。

优选地， 所述控制器在控制各个比例节流阀 4 的通流流量之前预先控制向各个比 例节流阀 4输送一个预设补偿电流 10， 以消除各个比例节流阀 4的通流截止区。该优选 实施形式的技术效果非常优良， 正是由于本发明的上述比例转向阀 1将换向控制和流量 控制分别由电控换向阀 5和比例节流阀 4分别承担，因此才能够做出这种改进。具体地， 由于比例节流阀 4只控制输入液压油流量的大小， 因此在通过相应的操作输入按键等选 定转向模式后，控制器控制比例节流阀 4的控制电路向各个比例节流阀 4输入一个预设 补偿电流 10， 从而消除比例节流阀 4的通流截止区 （也称为 "通流死区")， 具体地， 由 于比例节流阀 4通过比例电磁铁的电磁力克服复位弹簧的弹力来改变通流开口的大小， 从而控制通流流量， 也就是说， 比例节流阀 4一般为滑阀， 通过其阀芯的移动来改变通 流开口的大小， 但是在阀芯从截止移动到使得比例节流阀 4导通之前具有一段截止区， 为了消除该通流死区， 通过向比例节流阀 4输入一个预设补偿电流 10， 使得比例节流阀 4的阀芯预先克服复位弹簧的弹力预先移动到邻近、 甚至处于导通的临界位置， 从而显 著增加了比例节流阀 4的响应速度， 有效改善了转向操作的灵敏性。 这与现有技术中的 电磁比例换向阀是不同的， 由于电磁比例换向阀在承担改变流量功能的同时还要承担换 向功能， 其阀芯移动具有双向性， 因此只能通过在控制器中设置控制电流的阶跃函数来 补偿比例阀的死区， 这并不能有效改善转向操作动态特性差， 响应滞后等一系列问题， 并且转向操作的可靠性差。本发明通过上述预设补偿电流的优选形式有效地使得显著增 加了比例节流阀 4的响应速度， 有效改善了转向操作的灵敏性。 而在转向时， 由于流量 控制功能和换向功能分别由比例节流阀 4和电控换向阀 5承担，在比例节流阀 4控制流 量的同时， 只要通过电控换向阀 5的换向， 即可满足车轮的转向要求， 本发明比例转向 系统的控制结构框图如图 6所示。 进一步地， 所述比例转向系统还包括用于检测车轮实际转向角的转角传感器， 其 中通过上述比例转向回路驱动车轮转向的对应的各个车桥上分别配置有所述转角传感 器。 这种转角传感器主要用于检测安装在各个车桥两端的车轮的实际转向偏转角， 从而 检测出车轮的实际转向角， 当实际转向角等于根据上述输入转向角信号获得的所需的转 向角时， 可以控制车轮停止转向。 当然， 该转角传感器仅是一种便于控制的优选形式， 由于比例节流阀 4的通流流量是被确定控制，控制器通过根据所需的转向角所对应的转 向驱动缸的伸縮距离， 通过控制通流时间也能够实现车轮偏转所需的转向角。

在上述比例转向系统的基础上， 本发明提供一种车辆 （即轮式车辆）， 该车辆包括 上述技术方案的比例转向系统。 典型地， 所述车辆可以是汽车起重机或全地面起重机。

本发明的关键技术点构思在于： 通过所述比例转向阀 1， 将转向过程分解， 通过比 例节流阀 4和电控换向阀 5分别实现流量控制功能和换向功能，从而通过组合控制实现 转向。 在此基础上， 优选地， 通过引入预设补偿电流 10来消除或减小比例节流阀 4通 流截止区， 从而加快了响应速度， 显著改善了转向操作的灵敏性。 进一步地， 本发明通 过两通压力补偿器 7保证转向过程中流量的稳定性，使得比例节流阀的出口油压基本不 受负载的影响。 此外， 内置梭阀 8的优选形式便于多桥的拓展， 优化了管路的布置。 本 发明可以用在任何轮式车辆的液压转向系统中， 只要其采用本发明的比例转向阀， 均属 于本发明的保护范围内。

由上描述可以看出， 本发明优点在于： 本发明的比例转向阀、 比例转向液压回路 以及由此形成的比例转向系统能够有效地用于轮式车辆的一个车桥或多桥车轮的转向， 有利于实现较快的动态响应， 显著改善操作灵敏性， 在较小的转弯半径下也能够实现可 靠的转向。 具体地， 通过所述比例转向阀 1， 将转向过程分解， 即通过比例节流阀 4和 换向阀 （例如优选地为电控换向阀 5 ) 分别实现流量控制功能和换向功能， 从而通过组 合控制实现转向。 在此基础上， 优选地， 通过引入预设补偿电流 10 来消除或减小比例 节流阀 4通流截止区， 从而加快了响应速度， 显著改善了转向操作的灵敏性， 由此提高 了转向过程中的响应精度和动态特性。 尤其是， 本发明可以通过变量泵 3提供液压油， 可以方便地根据需求提供流量，例如通过梭阀形成负载压力反馈油路并优选地采用负载 敏感变量泵， 这有利于减少了系统的发热量， 节约了能源。此外， 与伺服转向系统相比， 本发明采用普通液压元件， 成本低廉， 抗污染能力强。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式， 但是， 本发明并不限于上述实 施方式中的具体细节， 在本发明的技术构思范围内， 可以对本发明的技术方案进行多种 简单变型， 这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是， 在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征， 在不矛 盾的情况下， 可以通过任何合适的方式进行组合。 为了避免不必要的重复， 本发明对各 种可能的组合方式不再另行说明。

此外， 本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合， 只要其不违背本 发明的思想， 其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

权利要求

1、 比例转向阀， 其中， 包括换向阀和比例节流阀 （4)，

所述换向阀至少具有进油端口 （10)、 回油端口 （11 )、 第一工作端口 （12) 和第二 工作端口 （13)， 并且该换向阀至少能够被控制为选择性地处于如下两种状态之一： 所述 进油端口与第一工作端口连通且所述回油端口与第二工作端口连通； 以及所述进油端口 与第二工作端口连通且所述回油端口与第一工作端口连通； 并且

所述比例节流阀的输出端口 （14) 与所述进油端口 （10) 连通， 该比例节流阀 （4) 的输入端口 （15) 连接于内部进油油路 （23) 的一端。

2、 根据权利要求 1 所述的比例转向阀， 其中， 所述换向阀还能够被控制为选择性 地处于如下第三种状态： 所述进油端口 （10) 与所述第一工作端口 （12) 和第二工作端 口 （13) 截止且所述回油端口 （11 ) 与所述第一工作端口 （12) 和第二工作端口 （13) 截止。

3、 根据权利要求 1所述的比例转向阀， 其中， 所述换向阀为电控换向阀 （5)。

4、 根据权利要求 1所述的比例转向阀， 其中， 所述比例转向阀 （1 ) 还包括设置在 所述内部进油油路 （23)上的二通压力补偿器 （7)， 该二通压力补偿器的输出端口 （17) 连接于所述比例节流阀 （4) 的输入端口 （15)， 并且该二通压力补偿器 （7) 的输出端口 ( 17) 与该二通压力补偿器 （7 ) 的控制端口 （19) 连通， 该二通压力补偿器 （7) 的弹 簧腔端口 （18) 与所述比例节流阀 （4) 的输出端口 （14) 连通。

5、 根据权利要求 4所述的比例转向阀， 其中， 所述比例转向阀 （1 ) 还包括设置在 所述内部进油油路（23)上的单向阀（6)， 该单向阀（6)连接在所述二通压力补偿器（7) 的输出端口 （17) 与所述比例节流阀 （4) 的输入端口 （15) 之间， 其中所述单向阀 （6) 的正向端口与所述二通压力补偿器 （7 ) 的输出端口 （17 ) 连通， 该单向阀 （6) 的反向 端口与所述比例节流阀的输入端口 （15) 连通。

6、 根据权利要求 1所述的比例转向阀， 其中， 所述比例转向阀 （1 ) 还包括两个溢 流阀 （9)， 其中一个溢流阀 （9) 的输入端口与所述换向阀的第一工作端口 （12) 连通， 另一个溢流阀 （9) 的输入端口与所述换向阀的第二工作端口 （13)连通， 该两个溢流阀

(9) 的输出端口均与所述换向阀的回油端口 （11 ) 连通。

7、 根据权利要求 1至 6中任一项所述的比例转向阀， 其中， 所述比例转向阀 （1 ) 还包括梭阀 （8)， 该梭阀 （8) 的第一输入端口 （20) 与所述比例节流阀 （4) 的输出端 口 （14) 连通。

8、 根据权利要求 7所述的比例转向阀， 其中， 所述比例转向阀 （1 ) 形成为具有整 体式复合阀， 该整体式复合阀的阀体上形成有进油口 （P)、 回油口 （τ)、 第一工作油口 (Α)、 第二工作油口 （Β)、 油压采集输入油口 （Χ2) 以及油压反馈输出油口 （XI ), 其 中所述进油口 （Ρ)与所述内部进油油路（23)的另一端连通或作为该内部进油油路（23) 的另一端，所述回油口（Τ)与所述换向阀的回油端口（11 )连通或作为该回油端口（11 )， 所述第一工作油口 （Α)与所述换向阀的第一工作端口 （12)连通或作为该第一工作端口 ( 12)， 所述第二工作油口 （Β) 与所述换向阀的第二工作端口 （13) 连通或作为该第二 工作端口 （13)， 所述油压采集输入油口 （Χ2) 与所述梭阀 （8) 的第二输入端口 （21 ) 连通或作为该第二输入端口 （21 )， 所述油压反馈输出油口 （XI ) 与所述梭阀 （8) 的输 出端口 （22) 或作为该梭阀 （8) 的输出端口 （22)。

9、 根据权利要求 8所述的比例转向阀， 其中， 所述整体式复合阀的阀体上还形成 有与所述换向阀的第一工作端口 （12)连通的第一测压油口 （ΜΑ)和与该换向阀的第二 工作端口 （13) 连通的第二测压油口 （ΜΒ )。

10、 比例转向液压回路，包括用于驱动车辆的一个车桥两端的左、右车轮转向的左、 右转向驱动缸 （2) 以及变量泵 （3)， 其中， 所述比例转向液压回路还包括根据权利要求 1至 6中任一项所述的比例转向阀（1 )，其中所述换向阀的第一工作端口（12)与所述左、 右转向驱动缸（2)各自的有杆腔连通， 第二工作端口 （13)与所述左、右转向驱动缸（2) 各自的无杆腔连通， 所述内部进油油路（23) 的另一端与所述变量泵 （3) 的输出油口连 通， 所述换向阀的回油端口 （11 ) 与油箱或回油油路连通。

11、 根据权利要求 10所述的比例转向液压回路， 其中， 所述变量泵 （3) 为负载敏 感变量泵， 所述比例转向阀 （1 ) 还包括梭阀 （8)， 该梭阀 （8 ) 的第一输入端口 （20) 与所述比例节流阀 （4) 的输出端口 （14)连通， 第二输入端口 （21 ) 与所述油箱或回油 油路连通， 并且该梭阀 （8) 的输出端口 （22)与所述负载敏感变量泵的油压反馈输入油 口 （Ls) 连通。

12、 比例转向液压回路， 包括用于对应地驱动车辆的多个车桥两端的左、 右车轮转 向的多对左、 右转向驱动缸 （2) 以及变量泵 （3)， 其中， 所述比例转向液压回路还包括 根据权利要求 1至 6中任一项所述的比例转向阀 （1 )， 该比例转向阀 （1 ) 的数量与所述 多个车桥的数量相同， 其中各个所述比例转向阀 （1 ) 的换向阀的第一工作端口 （12)与 相应的一对所述左、 右转向驱动缸 （2)各自的有杆腔连通， 第二工作端口 （13) 与该对 左、 右转向驱动缸 （2) 各自的无杆腔连通， 各个所述比例转向阀 （1 ) 的内部进油油路 (23) 的另一端与所述变量泵 （3) 的输出油口连通， 各个所述比例转向阀 （1 ) 的换向 阀的回油端口 （11 ) 与油箱或回油油路连通。

13、 根据权利要求 12所述的比例转向液压回路， 其中， 所述变量泵 （3) 为负载敏 感变量泵， 各个所述比例转向阀 （1 ) 还分别包括梭阀 （8)， 各个所述比例转向阀 （1 ) 的梭阀 （8) 的第一输入端口 （20) 与该比例转向阀 （1 ) 的比例节流阀 （4) 的输出端口

( 14) 连通； 并且

各个所述梭阀（8)通过油路依次连接，其中各个所述梭阀（8)的第二输入端口（21 ) 依次地与相邻的下一个梭阀的输出端口 （22) 连通， 并且该依次连接的所述梭阀中的第 一个梭阀的输出端口 （22) 与所述负载敏感变量泵的油压反馈输入油口 （Ls) 连通， 最 后一个梭阀的第二输入端口 （21 ) 与所述油箱或回油油路连通。 14、 比例转向系统， 其中， 包括控制器以及根据权利要求 10至 13中任一项所述的 比例转向液压回路， 其中所述控制器电连接于各个所述比例转向阀 （1 )， 以根据输入到 该控制器的输入转向角信号控制各个所述比例节流阀（4)的通流流量和所述换向阀的换 向方向， 从而通过各对所述转向驱动缸 （2) 驱动对应的车桥两端的车轮转向。

15、 根据权利要求 14所述的比例转向系统， 其中， 所述比例转向系统还包括用于 检测车辆转向操作的输入转向角的转向传感器， 所述控制器电连接于该转向传感器以接 收所述输入转向角信号。

16、 根据权利要求 14所述的比例转向系统， 其中， 所述控制器在控制各个所述比 例节流阀 （4) 的通流流量之前预先控制向各个所述比例节流阀输入一个预设补偿电流

(10)， 以消除或减小各个所述比例节流阀 （4) 的通流截止区。

17、 根据权利要求 14至 16中任一项所述的比例转向系统， 其中， 所述比例转向系 统还包括用于检测车轮实际转向角的转角传感器， 所述车辆的通过所述比例转向回路驱 动车轮转向的各个相应车桥上分别配置有所述转角传感器。

18、车辆，其中， 该车辆包括根据权利要求 14至 17中任一项所述的比例转向系统。

19、 根据权利要求 18所述的车辆， 其中， 所述车辆为汽车起重机或全地面起重机。