車輛轉向輪自動對中單元、包括其的車輛及自動對中方法
2023-04-26 20:43:06 1
專利名稱：車輛轉向輪自動對中單元、包括其的車輛及自動對中方法
技術領域：
本發明涉及一種用於車輛轉向輪的自動對中單元及方法，以及包括這種自動對中單元的車輛，特別地涉及工程車輛或輪式起重機。
背景技術：
目前，工程車輛為應對複雜路面狀況，一般都設有實現多種轉向模式功能的裝置。車輛在轉向模式切換過程中，需有一套車輪對中方 法，以保證車輛在正常行駛狀態下車輪處於中位。術語「多種轉向模式」指的是車輛的多種轉向形式。常見的轉向形式有前橋(前組)獨立轉向、後橋(後組)獨立轉向、小轉彎(又稱協調)轉向、蟹行轉向等。小轉彎轉向時，前組車輪和後組車輪的轉向方向相反，可以實現最小的轉彎半徑，故稱小轉彎轉向；蟹行轉向時，前組車輪和後組車輪的轉向方向相同，可以實現像螃蟹行走一樣運動，故稱蟹行轉向。圖I為常見的四種轉向模式示意圖。現有技術中通常採用兩種方法來實現車輪的對中。第一種方法是自動對中，即採用對中油缸進行中位對中，其控制方式如圖2所示。該方法在車橋上安裝有專門的對中油缸4，當進行模式轉向時(如小轉彎和蟹行)，轉向泵I向第一控制閥組2供油，第一控制閥組通過閥位控制，由Al、BI 口向轉向油缸供油實現轉向動作，同時該閥控制T、N、X 口，使第二控制閥組3卸荷，從而使對中油缸A、B腔為低壓，對中油缸處於解鎖狀態，車輪可正常轉向；當進行轉向模式切換(如需切換成前橋獨立轉向)，第一控制閥組通過T、N、X 口將轉向泵提供的高壓油引入第二控制閥組，第二控制閥組通過閥位切換，使高壓油作用對中油缸A、B腔，從而使對中缸處於中位鎖止狀態，後橋不轉向。第二種方法是手動對中採用限位開關進行位置檢測，其安裝方式如圖3所示。其在車橋一側安裝有限位開關1，一般置於車橋中心線上，在車橋主銷中心處，安裝有擋塊2，擋塊2與限位開關相對，可隨車輪轉動而轉動。當車輪處於中位狀態時，擋塊2與限位開關I接觸，限位開關閉合(或關斷)；當車輪處在非中位狀態時，擋塊2與限位開關I脫離，限位開關關斷(或閉合)。通常採用該方法的轉向系統如圖4，當多種轉向模式閥切換到小轉彎和蟹行轉向位置(即閥體處於左側第2個位置和第4個位置)時，前、後組轉向液壓油缸為一串聯結構，駕駛員通過操縱方向盤可帶動後輪偏轉，在偏轉過程中，如限位開關閉合(或關斷)，則說明後軸處於中位狀態。採用圖2所示的對中技術時，需增加對中缸,系統結構複雜,成本高。採用圖3、圖4所示的對中技術時，無法實現自動對中功能，當進行轉向模式切換時，前橋必須首先回中位，否則在進行轉向模式切換後，前橋與後橋無法實現理想轉角關係；當進行對中操作時，由於限位開關只能檢測中位一點，因此無法判定車輪轉角是偏左還是偏右，使用不方便。在現有技術中，採用油缸進行車輪自動對中，這種系統複雜，成本較高，不利於在兩橋式車輛上推廣。另外，採用傳統的限位開關進行對中，操作不便，無法實現自動對中。
發明內容
本發明的目的是提供一種操作方便、結構簡單的轉向輪自動對中裝置及方法，該裝置及方法可實現車輪在任意姿態下進行轉向模式切換時的自動對中，並保證車輪始終處於對中位置，減小輪胎磨損，防止高速行駛時車輪的擺動。根據本發明的一方面提供了一種使車輛的轉向輪自動對中的自動對中單元，其中，所述自動對中單元包括液壓轉向器，其控制所述車輛的前橋的轉動；電液比例閥組，其控制所述車輛的後橋的轉動；角度傳感器，其用於檢測轉角並將轉角信號傳遞給控制器，所述角度傳感器包括安裝在所述前橋上的用於檢測前輪的轉角的前橋傳感器和安裝在所述後橋上的用於檢測後輪的轉角的後橋傳感器；控制器，所述控制器是可編程的，從而設置有控制程序，所述控制程序的算法函數為z=g (X，Y)，其中X為前橋角度，Y為後橋角度，Z為車輛在轉向模式中以及轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求；所述控制器接收來自所述前橋傳感器的角度信號，根據選定的轉向模式，按照所述控制器的控制程序來控制電 液比例閥組，帶動轉向油缸運動，從而實現所述車輛在轉向模式和轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求。優選地，當轉向模式切換成前橋獨立轉向模式時，在前橋傳感器檢測轉向模式及前輪轉角的同時，引入控制算法，即，使所述控制程序的算法函數中Y值為0，則程序控制算法函數為
fz-g (x)i此時後橋的轉角不隨前橋轉角運動，自動回至中位，達到對中效果。優選地，所述控制程序的算法函數Z=g (X，Y)為同一轉向軸的內、外輪轉角關係為Coti^i-Cotai=KyLi不同轉向軸的同一側車輪的轉角關係應滿足Lj/Lj^tan a j /tan a j Lj/Lj^tan β Jtan β j其中，K—兩主銷落地點間的距離；Li——車輛第i軸到轉向中心線的距離，i取1，2，3......Lj——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ；β i——車輛第i軸外輪轉角，i取I，2，3......；a j——車輛第i軸內輪轉角，i取1，2，3......；L——轉向中心到內輪主銷的距離；β j——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ；a j——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l。優選地，所述轉向模式是前橋獨立轉向、後橋獨立轉向、小轉彎轉向、蟹行轉向等。優選地，所述自動對中單元還包括設置在電液比例閥組中的雙向液壓鎖，當所述後橋的轉向油缸至所述中位時，所述電液比例閥組保持失電狀態，所述後橋的油缸靠所述雙向液壓鎖鎖死，保證行車安全。優選地，所述自動對中單元還包括齒輪泵、旁通閥和溢流閥。根據本發明的另一方面，還提供了一種車輛，其中，所述車輛包括前述任一種所述的自動對中單元。根據本發明的再一方面，還提供了一種使車輛的轉向輪自動對中的自動對中方法，其中，所述自動對中方法包括設置液壓轉向器，其控制所述車輛的前橋的轉動；設置電液比例閥阻，其控制所述車輛的後橋的轉動；設置角度傳感器；其用於檢測轉角並將轉角信號傳遞給控制器，所述角度傳感器包括安裝在所述前橋上的用於檢測前輪的轉角的前橋傳感器和安裝在所述後橋上的用於檢測後輪的轉角的後橋傳感器；設置控制器，所述控 制器是可編程的，從而設置有控制程序，所述控制程序的算法函數為z=g (X，Y)，其中X為前橋角度，Y為後橋角度，Z為車輛在轉向模式中以及轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求；所述控制器接收來自所述前橋傳感器的角度信號，根據選定的轉向模式，按照所述控制器的控制程序來控制電液比例閥組，帶動轉向油缸運動，從而實現所述車輛在轉向模式和轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求。優選地，當轉向模式切換成前橋獨立轉向模式時，在前橋傳感器檢測轉向模式及前輪轉角的同時，使所述控制程序的算法函數中Y值為0，則程序控制算法函數為
(z = g (x)i
LJ = O此時後橋的轉角不隨前橋轉角運動，自動回至中位，達到對中效果。優選地，所述控制程序的算法函數Z=g (X，Y)為同一轉向軸的內、外輪轉角關係為cot β j-cot a ^KZL1不同轉向軸的同一側車輪的轉角關係應滿足Lj/Lj^tan a Jtan a j Lj/Lj^tan β Jtan β j其中，K—兩主銷落地點間的距離；Li——車輛第i軸到轉向中心線的距離，i取1，2，3......Lj——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ；β i——車輛第i軸外輪轉角，1取1，2，3......；a j——車輛第i軸內輪轉角，i取1，2，3......；L——轉向中心到內輪主銷的距離；β j——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ；a j——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l。優選地，所述轉向模式是前橋獨立轉向、後橋獨立轉向、小轉彎轉向、蟹行轉向等。優選地，還在電液比例閥組中設置有雙向液壓鎖，當所述後橋的轉向油缸至所述中位時，所述電液比例閥組保持失電狀態，所述後橋的油缸靠所述雙向液壓鎖鎖死，保證行車安全。優選地，所述自動對中單元還包括齒輪泵、旁通閥和溢流閥。本發明的優點和有益的效果在於，本發明採用角度傳感器，利用程序語言進行自動對中，成本較低。另外本發明還能獲得以下有益的效果結構簡單，本發明中採用程序控制語言，實現多轉向模式切換過程中的自動切換，省略了專門的對中油缸，簡化了系統；操作方便，本系統由於檢測轉角信號，可在任意轉角姿態下實現多模式的切換，而不需先回中位再進行對中；安全可靠，本系統實時檢測後橋轉角信號，當後橋不在中位時，可給出報警，保證行車安全。
本發明的其他特徵和優點從如下的描述並從所涉及的附圖中獲得，其中圖I示出了現有技術中的轉向模式示意圖；圖2示出了現有技術中的對中油缸工作方式； 圖3示出了現有技術中的限位開關安裝方式；圖4不出了現有技術中的一種多模式轉向系統的控制原理；圖5示出了根據本發明的自動對中轉向原理；圖6示出了根據本發明的小轉彎或蟹行模式下控制流程圖；圖7示出了根據本發明的小轉彎或蟹行模式切換為前橋獨立轉向控制流程圖；圖8示出了用於說明阿克曼定理的兩軸車輛的內外輪關係的簡圖；圖9不出了多軸車輛的內外輪關係的簡圖。
具體實施例方式如圖5所示，本發明採用全液壓控制系統，前橋由液壓轉向器2直接控制，後橋通過電液比例閥3控制，通過安裝在前後橋上的角度傳感器，檢測轉角信號，根據設定的控制策略，實現轉角控制要求。當進行模式轉向時(如小轉彎和蟹行)，其控制流程如圖6。控制器通過檢測前組車輪轉角信號，並根據選擇的轉向模式，按照所設定的控制程序輸出不同的電流信號，從而控制電液比例閥開口度、液壓油的流量，使轉向油缸按照駕駛員的操作意圖推動車輪轉動。程序控制的算法函數為z=g (x，Y)，其中X為前橋角度，Y為後橋角度，Z為車輛在轉向模式中以及轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求，則當進行轉向模式切換時，如切換成前橋獨立轉向，其控制流程如圖7。在前橋傳感器檢測轉向模式及前輪轉角的同時，通過已知的方式(例如通過設置在駕駛室操作臺中的按鈕的觸發)引入控制算法，即，使所述控制程序的算法函數中Y值為0，則程序控制算法函數為
\z = g (X)<
I產O此時後橋轉角不隨前橋轉角運動，自動回至中位，達到對中效果，同時，在電液比例閥組中，設置有雙向液壓鎖，當後組轉向油缸至中位時，電磁閥保持失電狀態，後組油缸靠雙向液壓鎖鎖死，保證行車安全。下面對上述的程序控制算法函數Z=g (X，Y)進行說明。該函數是根據阿克曼定理獲得的。
阿克曼定理是本領域公知的，即汽車只有前輪轉向時，在忽略輪胎側偏角影響的情況下，兩轉向前輪軸的延長線應交在兩後輪軸的延長線上，如圖8(8卩，兩軸車輛內外輪關係簡圖)所示。、%分別表示前軸內、外轉向車輪轉角。L為汽車軸距，B為兩主銷落地點之間的距離，則梯形機構應保證內、外轉向輪之間有如下關係
cotf/ ；, -COt^1 -BiL這就是阿克曼定理。同理，對於多輪轉向車輛，為使所有車輪都能繞同一個瞬時轉向中心在不同的圓周上作無滑動的純滾 動，在忽略輪胎側偏角的影響下，所有輪的軸延長線應交於一點，即多個軸的車輪轉角都應滿足阿克曼定理，如圖9 (即，多軸車輛內外輪關係簡圖)所示。首先定義以下參數；K—兩主銷落地點間的距離；Li——車輛第i軸到轉向中心線的距離，i取1，2，3......Lj——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ； β i——車輛第i軸外輪轉角，1取1，2，3......；a j——車輛第i軸內輪轉角，i取1，2，3......；L——轉向中心到內輪主銷的距離；β j-車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ;a j——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l。根據圖9 (即，多軸車輛內外輪關係簡圖)，由於同一轉向軸的內、外輪轉角關係符合阿克曼原理，可以得到cot a J=LZLicot β j= (L+K) /Li從而就得出了本申請中的程序控制算法函數Z=g (X，Y)即，同一轉向軸的內、外輪轉角關係為Coti^i-Cotai=KyLi不同轉向軸的同一側車輪的轉角關係應滿足Lj/Lj^tan a Jtan a jLj/Lj^tan β Jtan β j各個實施方式的不同特徵還能優選地彼此組合，以便不需要將這些實施方式認為是嚴格的單獨的變型。
權利要求
1.一種使車輛的轉向輪自動對中的自動對中單元，其特徵在於，所述自動對中單元包括 液壓轉向器(2)，其控制所述車輛的前橋的轉動； 電液比例閥組(3)，其控制所述車輛的後橋的轉動； 角度傳感器，其用於檢測轉角並將轉角信號傳遞給控制器，所述角度傳感器包括安裝在所述前橋上的用於檢測前輪的轉角的前橋傳感器和安裝在所述後橋上的用於檢測後輪的轉角的後橋傳感器； 控制器，所述控制器是可編程的，從而設置有控制程序，所述控制程序的算法函數為z=g (X，Y)，其中X為前橋角度，Y為後橋角度，Z為車輛在轉向模式中以及轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求； 所述控制器接收來自所述前橋傳感器的角度信號，根據選定的轉向模式，按照所述控制器的控制程序來控制電液比例閥組，帶動轉向油缸運動，從而實現所述車輛在轉向模式和轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求。
2.根據權利要求I所述的自動對中單元，其特徵在於， 當轉向模式切換成前橋獨立轉向模式時，在前橋傳感器檢測轉向模式及前輪轉角的同時，引入控制算法，即，使所述控制程序的算法函數中Y值為O，則程序控制算法函數為i= = g O) t JF = O 此時後橋的轉角不隨前橋轉角運動，自動回至中位，達到對中效果。
3.根據權利要求I或2所述的自動對中單元，其特徵在於，所述控制程序的算法函數Z=g (X，Y)為 同一轉向軸的內、外輪轉角關係為 cot β j-cot a J=KZLi 不同轉向軸的同一側車輪的轉角關係應滿足 Lj/Lj^tan a Jtan α」β Jtan β j 其中， K—兩主銷落地點間的距離； Li—車輛第i軸到轉向中心線的距離，i取1，2，3...... Lj——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ； ——車輛第i軸外輪轉角，i取1，2，3......； Qi——車輛第i軸內輪轉角，i取1，2，3......； L——轉向中心到內輪主銷的距離； β j-車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ; a j-車輛第j軸外輪轉角，j=i+lo
4.根據權利要求I所述的自動對中單元，其特徵在於，所述轉向模式是前橋獨立轉向、後橋獨立轉向、小轉彎轉向、蟹行轉向等。
5.根據權利要求I所述的自動對中單元，其特徵在於，所述自動對中單元還包括設置在電液比例閥組中的雙向液壓鎖，當所述後橋的轉向油缸至所述中位時，所述電液比例閥組保持失電狀態，所述後橋的油缸靠所述雙向液壓鎖鎖死，保證行車安全。
6.根據權利要求I所述的自動對中單元，其特徵在於，所述自動對中單元還包括齒輪泵、旁通閥和溢流閥。
7.—種車輛，其特徵在於，所述車輛包括前述權利要求中任一項所述的自動對中單元。
8.—種使車輛的轉向輪自動對中的自動對中方法，其特徵在於，所述自動對中方法包括 設置液壓轉向器(2)，其控制所述車輛的前橋的轉動； 設置電液比例閥阻(3 )，其控制所述車輛的後橋的轉動； 設置角度傳感器；其用於檢測轉角並將轉角信號傳遞給控制器，所述角度傳感器包括安裝在所述前橋上的用於檢測前輪的轉角的前橋傳感器和安裝在所述後橋上的用於檢測後輪的轉角的後橋傳感器； 設置控制器，所述控制器是可編程的，從而設置有控制程序，所述控制程序的算法函數為Z=g (X，Y)，其中X為前橋角度，Y為後橋角度，Z為車輛在轉向模式中以及轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求； 所述控制器接收來自所述前橋傳感器的角度信號，根據選定的轉向模式，按照所述控制器的控制程序來控制電液比例閥組，帶動轉向油缸運動，從而實現所述車輛在轉向模式和轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求。
9.根據權利要求8所述的自動對中方法，其特徵在於， 當轉向模式切換成前橋獨立轉向模式時，在前橋傳感器檢測轉向模式及前輪轉角的同時，使所述控制程序的算法函數中Y值為O，則程序控制算法函數為 此時後橋的轉角不隨前橋轉角運動，自動回至中位，達到對中效果。
10.根據權利要求8或9所述的自動對中方法，其特徵在於，所述控制程序的算法函數Z=g (X，Y)為 同一轉向軸的內、外輪轉角關係為 cot β「cot a ±=KZLi 不同轉向軸的同一側車輪的轉角關係應滿足 Li/L^tan a Jtan αLi/L^tan β Jtan β j 其中， K—兩主銷落地點間的距離； Li—車輛第i軸到轉向中心線的距離，i取1，2，3...... Lj——車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ； ——車輛第i軸外輪轉角，i取1，2，3......； Qi——車輛第i軸內輪轉角，i取1，2，3......； L——轉向中心到內輪主銷的距離； β j-車輛第j軸外輪轉角，j=i+l ; a j-車輛第j軸外輪轉角，j=i+lo
11.根據權利要求8所述的自動對中方法，其特徵在於，所述轉向模式是前橋獨立轉向、後橋獨立轉向、小轉彎轉向、蟹行轉向等。
12.根據權利要求8所述的自動對中方法，其特徵在於，還在電液比例閥組中設置有雙向液壓鎖，當所述後橋的轉向油缸至所述中位時，所述電液比例閥組保持失電狀態，所述後橋的油缸靠所述雙向液壓鎖鎖死，保證行車安全。
13.根據權利要求8所述的自動對中方法，其特徵在於，所述自動對中單元還包括齒輪泵、旁通閥和溢流閥。
全文摘要
本發明提供了一種使車輛的轉向輪自動對中的自動對中單元，其中，所述自動對中單元包括一種使車輛的轉向輪自動對中的自動對中單元，其特徵在於，所述自動對中單元包括液壓轉向器；電液比例閥組；角度傳感器；控制器，所述控制器是可編程的，從而設置有控制程序，所述控制程序的算法函數為Z=g(X，Y)；所述控制器接收來自所述前橋傳感器的角度信號，根據選定的轉向模式來控制電液比例閥組，帶動轉向油缸運動，從而實現所述車輛在轉向模式和轉向模式切換時對後輪的轉角的控制要求。本發明還涉及包括這種自動對中單元的車輛，特別地涉及工程車輛或輪式起重機。另外，本發明也涉及使車輛的轉向輪自動對中的方法。
文檔編號B62D9/00GK102910202SQ20121042293
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者葉海翔, 朱長建, 劉威, 史飛, 張付義 申請人:徐州重型機械有限公司