一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統及控制方法與流程

2024-04-16 07:05:05 2

1.本發明專利涉及工程機械和車輛領域，尤其涉及一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統及控制方法。


背景技術：

2.工程機械輪式車輛轉向大多採用液壓助力轉向，因為工程機械車輛的前輪載荷大，無法實現轉向回正；影響駕駛員的操作舒適性；操縱力較大，駕駛室比較疲憊，影響駕駛員的操作舒適性；如果僅僅改變液壓轉向器的流量和壓力，會使低速時轉向輕便，高速時轉向發飄，影響轉向安全性；工程機械車輛和道路車輛車實現遙控轉向一般採用全液壓轉向形式進行改變，但是此種轉向形式無法滿足高速行駛的需要；還有一種方案是採用電控轉向泵的方案，實現遙控轉向。因此，設計可靠適用電動和液壓助力聯合轉向方式，既能改善駕駛員的操縱力；實現既可以行駛轉向，又可以進行作業操作；提高操作舒適性，又能實現遙控轉向和自動回正功能。提高整車行駛舒適性與安全性具有重要意義。
3.目前大部分工程車輛車輛無人遙控轉向設計後，大多採用液壓電磁閥進行控制轉向方向，無法兼顧高速轉向穩定性和低速輕便性，會出現低速轉向輕便，而高速轉向發飄，存在一定局限性。
4.現有技術方案存在以下不足：（1）全液壓轉向遙控只適用於低速工程車輛，高速易發飄；（2）方向盤位置處的轉角傳感器無法保證車輪的絕對回正；（3）只適用於載荷小的車輛，無法實現載荷大的車輛遙控轉向；（4）能夠實現轉向助力，但是助力時會發飄；（5）車輛可以實現回正，回正會出現超調現象。


技術實現要素：

5.本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統及控制方法。
6.為解決現有技術問題，本發明公開了一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統，包括：液壓轉向器、電動助力轉向器、電機控制器、角位移傳感器、液壓油缸、輪速傳感器、abs控制器、主控制器、轉向柱、第一轉向傳動軸、第二轉向傳動軸、第三轉向傳動軸、轉向搖臂和轉向拉杆；電機控制器分別連接電動助力轉向器和主控制器，電動助力轉向器通過第一轉向傳動軸和第二轉向傳動軸連接轉向柱；電動助力轉向器還通過第三轉向傳動軸連接液壓轉向器，液壓轉向器通過轉向搖臂和轉向拉杆連接轉向節臂，液壓油缸連接轉向節臂；abs控制器和角位移傳感器分別連接主控制器，輪速傳感器連接abs控制器。
7.進一步地，還包括泵，所述泵連接液壓轉向器。
8.相應地，一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統的控制方法：abs控制器檢
測輪速傳感器信號反饋給主控制器和電機控制器，當輪速低於某一閾值時，啟動電動助力轉向器；當輪速高於某一閾值時，關閉電動助力轉向器，全部由液壓轉向器提供轉向力。
9.進一步地，當需要進行低速行駛時，主控制器檢測輪速傳感器信號，當車速低於某一閥值，電機控制器根據橋上的角位移傳感器和電動助力轉向器內部的力矩信號和角度信號進行回正控制，獲得較大的回正力矩；當角位移傳感器檢測到角度達到零位時，進行停止助力，使輪胎進行回正；當車速高於某一閥值，電機控制器根據橋上的角位移傳感器和電動助力轉向器內部的力矩信號和角度信號進行回正控制，獲得較小的回正力矩，當角位移傳感器檢測到角度達到零位時，進行停止助力，使輪胎進行回正。
10.進一步地，當整車需要遙控操作時，遙控手柄控制器將無線電信號傳遞給整機主控制器，由主控制器傳遞信號給電機控制器，電機控制器控制電動助力轉向器進行轉動，進而依次通過第三轉向傳動軸、液壓轉向器、轉向搖臂、轉向拉杆、液壓油缸驅動轉向節臂動作，進而控制車輪轉向，並使用視頻回傳功能，通過檢測輪速傳感器的轉彎角度，進行操縱遙控手柄控制器。
11.進一步地，當人工轉向時，主控制器接受輪速傳感器傳遞給abs控制器速度信號，檢測到車速信號，當在不同路面下，轉動轉向柱時，通過第一轉向傳動軸和第二轉向傳動軸傳動，電動助力轉向器無電，此時電動助力轉向器相當於一個角傳動器，把來自第二轉向傳動軸的力機械傳遞給液壓轉向器，進而液壓轉向器通過轉向搖臂、轉向拉杆傳遞力矩至轉向節臂，而泵通過液壓轉向器產生油壓傳遞給液壓油缸液壓助力至轉向節臂。
12.進一步地，當人工轉向時，主控制器接受輪速傳感器傳遞給abs控制器速度信號和角位移傳感器信號，當檢測車速低於某一閾值，電動助力轉向器內有角度傳感器和扭矩傳感器，轉動轉向柱，通過第一轉向傳動軸和第二轉向傳動軸傳動，電動助力轉向器有電，此時電動助力轉向器產生助力，進而驅動液壓轉向器旋轉，進而液壓轉向器通過轉向搖臂、轉向拉杆傳遞力矩至轉向節臂，而泵通過液壓轉向器產生油壓傳遞給液壓油缸液壓助力至轉向節臂。
13.進一步地，當車速高於某一閥值，主控制器接受輪速傳感器傳遞給abs控制器速度信號和角位移傳感器信號，當檢測車速高於某一閾值，電動助力轉向器內有角度傳感器和扭矩傳感器，轉動轉向柱，通過第一轉向傳動軸和第二轉向傳動軸傳動，電動助力轉向器有電，此時電動助力轉向器不產生助力力矩，驅動液壓轉向器旋轉，進而液壓轉向器通過轉向搖臂、轉向拉杆傳遞力矩至轉向節臂，而泵通過液壓轉向器產生油壓傳遞給液壓油缸液壓助力至轉向節臂。
14.相應地，一種存儲一個或多個程序的計算機可讀存儲介質，所述一個或多個程序包括指令，所述指令當由計算設備執行時，使得所述計算設備執行根據上述的方法中的任一方法。
15.相應地，一種計算設備，其特徵在於，包括：一個或多個處理器、一個或多個存儲器以及一個或多個程序，其中一個或多個程序存儲在所述一個或多個存儲器中並被配置為由所述一個或多個處理器執行，所述一個或多個程序包括用於執行根據上述的方法中的任一方法的指令。
16.本發明具有的有益效果：（1）遙控轉向，既能兼顧低速轉向輕便，實現既可以行駛轉向，又可以進行作業操
作；又能兼顧高速發飄；（2）採用冗餘設計，多點可控，保障方向盤絕對回正，消除轉向間隙；（3）能夠適用於載荷較大的車輛。
附圖說明
17.圖1為本發明結構示意圖；圖2為本發明結構示意圖；圖3為本發明局部結構示意圖；圖4為本發明局部結構示意圖。
18.附圖標記：液壓轉向器1、電動助力轉向器2、電機控制器3、角位移傳感器4、液壓油缸5，第一液壓油缸6、輪速傳感器7、abs控制器8、主控制器9、轉向柱10、第一轉向傳動軸11、第二轉向傳動軸12、第三轉向傳動軸13、泵14、轉向搖臂15、轉向拉杆16。
具體實施方式
19.下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
20.如圖1-2所示，本發明的一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統，包括：液壓轉向器1、電動助力轉向器2、電機控制器3、角位移傳感器4、液壓油缸5、輪速傳感器7、abs控制器8、主控制器9、轉向柱10、第一轉向傳動軸11、第二轉向傳動軸12、第三轉向傳動軸13、轉向搖臂15和轉向拉杆16；電機控制器3分別連接電動助力轉向器2和主控制器9，電動助力轉向器2通過第一轉向傳動軸11和第二轉向傳動軸12連接轉向柱10；電動助力轉向器2還通過第三轉向傳動軸13連接液壓轉向器1，液壓轉向器1通過轉向搖臂15和轉向拉杆16連接轉向節臂，液壓油缸5連接轉向節臂；abs控制器8和角位移傳感器4分別連接主控制器9，輪速傳感器7連接abs控制器8。還包括泵14，所述泵14連接液壓轉向器1。
21.如圖3-4所示，為了提升轉向節臂的驅動力，優選設置兩個液壓油缸，包括左右設置的液壓油缸5和第一液壓油缸6。
22.本發明整機採用先進的電動助力轉向器2和液壓轉向器1聯合作用，電動助力轉向器2，採用電機渦輪減速機機構和差速機構，電機渦輪減速機構主要作用是給轉向傳動系統提高大的扭矩，差速機構主要是為了保證無電動助力時，轉向能夠正常轉動，有電動助力時，電機在整個轉向機構中起到了助力的作用；電動助力轉向器2中有角度傳感器和力矩傳感器，力矩傳感器主要採集轉向力矩和反饋轉向力矩，起到了控制作用；整個裝置具有冗餘設計，即使電動助力電機無法使用，整個電動助力轉向器2相當與一個角轉向器，可以實現轉向功能。
23.當abs控制器8檢測輪速傳感器7信號。反饋給主控制器9和電機控制器10時，車速低於某一閾值時，進行電機助力；當高於某一閾值時，停止助力，全部是液壓助力的形式，此種好處在於無電機助力，可以實現高速時好的路感，提高高速行駛的穩定性；另外電動助力轉向器2起作用時，電動助力轉向器2內部的扭杆間隙量較大，影響整車的高速穩定性，如果
此時，電動助力轉向器2斷電，自由行程基本上為液壓轉向器1的自由行程，能使駕駛員獲得很好的路感；優點在於，當abs控制器8檢測輪速傳感器7信號。反饋給主控制器9和電機控制器10時，車速高於某一閥值時，電機控制器10控制電動助力轉向器2停止助力，能夠減少方向盤和轉向柱10自由行程，獲得更好的路感。
24.當需要進行進行低速行駛，主控制器9檢測輪速傳感器7信號，當車速低於某一閥值，電機控制器根據橋上的角位移傳感器4和電動助力轉向器2內部的力矩信號和角度信號進行回正控制，獲得較大的回正力矩，當角位移傳感器4檢測到角度達到零位時，進行停止助力，使輪胎進行回正；當車速高於某一閥值，電機控制器根據橋上的角位移傳感器4和電動助力轉向器2內部的力矩信號和角度信號進行回正控制，獲得較小的回正力矩，當角位移傳感器4檢測到角度達到零位時，進行停止助力，使輪胎進行回正；優點在於，電動助力轉向器裡面的角度傳感器的零位不是整車的零位，因為轉向間隙，包含轉向拉杆16和液壓轉向器1之間的裝配間隙及液壓轉向器1本身的扭杆自由行程，使整車無法回到真正的零位，需要主控制9和電機控制器3檢測橋上的角位移傳感器4，進行控制電動助力轉向器2進行回正，會非常準確的回到零位。
25.液壓轉向器1，提供大的扭矩和液壓源，當轉動方向盤帶動轉向柱10轉到時，通過力的傳遞，通過轉向傳動軸11和轉向傳動軸12和電動助力轉向器2和轉向傳動軸13，傳遞給液壓轉向器1，克服液壓轉向器1扭杆的力，閥芯轉動，閥口打開，轉向器本體產生大的扭力，通過轉向垂臂傳遞到轉向搖臂15、轉向拉杆16，且液壓轉向器1的油壓進入轉向油缸5，轉向油缸5的力和轉向拉杆16力一起帶動轉向節臂旋轉，進而帶動輪胎轉動，實現轉向功能。
26.整機通過駕駛員操作方向盤，通過轉向柱10帶動第一轉向傳動軸11、第二轉向傳動軸12轉動，傳動軸帶動電動助力轉向器2轉動，在低速狀態下，根據輪速傳感器7提供給abs控制器8的車速信息，通過can網絡傳遞給主控制器9，進而傳遞給電機控制器3，此時檢測車速低於某一閾值，提供大的助力矩，能夠保證駕駛員的操作輕便性；當主控制器9檢測的車速高於某一閥值時，電機控制器3控制電動助力轉向器2不工作，電動助力轉向助力斷電，助力取消；整機在行駛過程中，根據輪速傳感器7提供給abs控制器8的車速信息，通過can網絡傳遞給主控制器9，進而傳遞給電機控制器3，角位移傳感器4根據車速和轉角等信號，控制車輪進行輔助回正，極大的減輕駕駛員操縱力，減少駕駛疲勞；當整車需要遙控操作時，只需要進行遙控手柄控制器通過無線電信號傳遞給整機主控制器9，由主控制器9傳遞信號給電機控制器3，電機控制器3控制電動助力轉向器2進行轉動，進而依次通過第三轉向傳動軸13、液壓轉向器1、轉向搖臂15、轉向拉杆16、轉向油缸5驅動轉向節臂動作，進而控制車輪轉向，並通過視頻回傳功能，通過檢測輪速傳感器7的轉彎角度，操作手根據視頻，進行操縱手柄，進而進行一定的轉角修正，實現遙控駕駛。
27.本發明具體的實施效果如下所示：進行轉向工作時，會產生以下5中模式：（1）人工轉向模式，電動助力轉向器2故障無電當人工轉向時，整機主控制器9接受輪速傳感器7傳遞給abs控制器8速度信號，檢測到車速信號，當在不同路面下，轉動轉向柱10時，通過第一轉向傳動軸11、第二轉向傳動軸12傳動，電動助力轉向器2無電，此時電動助力轉向器2相當於一個角傳動器，把來自第二轉向傳動軸12的力機械傳遞給液壓轉向器1，進而液壓轉向器1通過轉向搖臂15、轉向拉杆
16傳遞力矩至轉向節臂，而泵14通過液壓轉向器1產生油壓傳遞給液壓油缸5液壓助力至轉向節臂，機械搖臂和轉向拉杆進行機械轉向，通過機械和液壓的聯合作用進行轉向，能夠適應大的載荷轉向。保證低速轉向輕便性和高速轉向的穩定性。
28.（2）人工轉向模式，低速電動助力轉向器助力當人工轉向時，整機主9控制器接受輪速傳感器7傳遞給abs控制器8速度信號和角位移傳感器4信號，當檢測車速低於某一閾值，電動助力轉向器2內有角度傳感器和扭矩傳感器，當駕駛員通過轉向柱10，通過第一轉向傳動軸11、第二轉向傳動軸12傳動，電動助力轉向器2有電，此時電動助力轉向器2產生大的助力效果，進而驅動液壓轉向器1旋轉，進而液壓轉向器1通過轉向搖臂15、轉向拉杆16傳遞力矩至轉向節臂，而泵14通過液壓轉向器1產生油壓傳遞給液壓油缸5液壓助力至轉向節臂，機械搖臂和轉向拉杆進行機械轉向，通過電機、機械和液壓的聯合作用進行轉向，進行大扭矩的轉向助力，進而轉向輕便。
29.（3）人工轉向模式，高速電動助力轉向器不助力當車速高於某一閥值，整機主控制器9接受輪速傳感器7傳遞給abs控制器8速度信號和角位移傳感器4信號，當檢測車速高於某一閾值，電動助力轉向器2內有角度傳感器和扭矩傳感器，當駕駛員通過轉向柱10，通過第一轉向傳動軸11、第二轉向傳動軸12傳動，電動助力轉向器2有電，此時電動助力轉向器2不產生助力力矩，驅動液壓轉向器1旋轉，進而液壓轉向器1通過轉向搖臂15、轉向拉杆16傳遞力矩至轉向節臂，而泵14通過液壓轉向器1產生油壓傳遞給液壓油缸5液壓助力至轉向節臂，機械搖臂和轉向拉杆進行機械轉向，此時，通過機械和液壓的聯合作用進行轉向，轉向只有液壓轉向器起作用，方向盤轉向柱10沉重，能夠獲得較大的路感，保證行車安全；（4）人工轉向模式，回正功能實現當需要進行低速行駛，主控制器9檢測輪速傳感器7信號，當車速低於某一閥值，電機控制器3根據橋上的角位移傳感器4和電動助力轉向器2內部的力矩信號和角度信號進行回正控制，獲得較大的回正力矩，當角位移傳感器4檢測到角度達到零位時，進行停止助力回正，使輪胎進行回正；當車速高於某一閥值，電機控制器根據橋上的角位移傳感器4和電動助力轉向器2內部的力矩信號和角度信號進行回正控制，獲得較小的回正力矩，當角位移傳感器4檢測到角度達到零位時，進行停止助力回正，使輪胎進行回正；優點在於，電動助力轉向器裡面的角度傳感器的零位不是整車的零位，因為轉向間隙，包含轉向拉杆16和液壓轉向器1之間的裝配間隙及液壓轉向器1本身的扭杆自由行程，使整車無法回到真正的零位，採用橋上的角位移傳感器4，會非常準確的回到零位。
30.（5）遙控轉向模式，電動助力轉向器有電當遙控轉向時，整機主控制器9檢測到車速信號和角位移傳感器4信號，電動助力轉向器2內有角度傳感器和扭矩傳感器，當需要轉向時，主控制器9接受遙控手柄的信號，主控制器9傳遞給電機控制器3信號，電動助力轉向器2內有角度傳感器和扭矩傳感器的信號，整機主控制器9跟電機控制器3進行通信，對電動助力轉向器2輸出扭矩和速度進行控制，從而帶動液壓轉向器1的機械和液壓轉向，當車速低時，進行大扭矩的轉向助力。車速高時，進行相應扭矩的轉向助力，實現遙控駕駛；並通過視頻回傳功能，通過檢測輪速傳感器7的轉彎角度，操作手根據視頻，進行操縱手柄，進而進行一定的轉角修正，實現遙控駕駛。
31.本發明，能夠適用於載荷較大的車輛，具有電動和液壓轉向器、液壓油缸助力、機
械杆系助力轉向；採用冗餘設計，更加安全可靠，通過差動式機構設計，實現檢測角位移傳感器4的角度和電動助力轉向器2內有角度傳感器和扭矩傳感器的信號，冗餘設計，安全可靠性高；能夠低速進行助力，高速提高穩定性，通過車速檢測，實現低速大扭矩助力，便於一邊作業，一邊行駛，高速停止助力；減少轉向間隙，提高高速的穩定性；低速進行回正，通過車速檢測，根據角位移傳感器信號，進行轉向助力回正，實現真正的零位回正功能；具備遙控轉向模式，進行速度不同時的轉向遙控操作。
32.一種存儲一個或多個程序的計算機可讀存儲介質，所述一個或多個程序包括指令，所述指令當由計算設備執行時，使得所述計算設備執行一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統的控制方法。
33.一種計算設備，包括一個或多個處理器、一個或多個存儲器以及一個或多個程序，其中一個或多個程序存儲在所述一個或多個存儲器中並被配置為由所述一個或多個處理器執行，所述一個或多個程序包括用於執行一種具有遙控及自動回正功能的電液轉向系統的控制方法的指令。
34.本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質（包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等）上實施的電腦程式產品的形式。
35.本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備（系統）、和電腦程式產品的流程圖和／或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和／或方框圖中的每一流程和／或方框、以及流程圖和／或方框圖中的流程和／或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
36.這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
37.這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
38.以上僅為本發明的實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在申請待批的本發明的權利要求範圍之內。