比例轉向閥、比例轉向液壓迴路、比例轉向系統及車輛的製作方法

2023-09-22 07:39:30

專利名稱：比例轉向閥、比例轉向液壓迴路、比例轉向系統及車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於輪式車輛的液壓轉向系統中的液壓閥，具體地，涉及ー種比例轉向閥。進ー步地，本發明涉及ー種包括所述比例轉向閥的比例轉向液壓迴路。此外，本發明還涉及ー種包括所述比例轉向液壓迴路的比例轉向系統以及車輛。
背景技術：
輪式車輛，例如汽車起重機、全地面起重機等需要採用相應的轉向系統以實現車輪的轉向。目前應用於輪車車輛的轉向系統大致分為三類杆系轉向系統、杆系轉向系統加比例轉向系統、杆系轉向系統加伺服轉向系統。一般而言，杆系轉向系統通過搖臂和拉杆控制車輪的轉向，但因其受杆繫結構和轉彎半徑的限制，主要用於橋數較少的車輛；後兩類轉向系統主要應用於橋數較多的車輛，一般前橋採用杆系轉向系統，中橋、後橋等採用比例轉向系統或伺服轉向系統，以能在轉向過程中獲得快速的動態響應速度和較小的轉彎半徑，提高整車性能。但是，上述現有技術的轉向系統存在如下缺陷第一，上述杆系轉向系統受杆繫結構的限制，其存在布置不方便、操作費力、轉彎半徑大等缺陷，主要用於橋數較少的車輛；第ニ，上述比例轉向系統一般採用三位四通的電磁比例換向閥，由於比例電磁換向閥本身結構的限制，在換向時閥芯需要移動預定的距離後才能實現油路的換向，也就是說，通過閥芯的移動來實現換向本身存在一定的死區和滯後，現有技術中一般是在轉向啟動後，通過在控制器中設置電磁比例換向閥的驅動電流增大的階躍函數定值來補償電磁比例換向閥的換向死區和滯後，以保證各橋之間的轉向協調性，但是由於車輛行駛過程中路況的複雜性，這種現有技術的比例轉向系統明顯存在動態特性差，響應滯後等一系列問題；第三，上述伺服轉向系統一般採用伺服閥，由於伺服閥本身的零死區、響應快的特點，因而能獲得較好的動態特性和較快的響應。但是伺服閥對液壓油清潔度敏感，抗汙染能力差，容易發生卡死等缺陷，並且價格昂貴，増加了整車的成本。另外，公知地，伺服閥的閥芯之間存在較大的功能性損失Λ P，這使得液壓系統發熱嚴重，這使得伺服轉向系統極易發生故障。有鑑於現有技術的上述缺陷，需要設計ー種新型的液壓轉向系統。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種比例轉向閥，該比例轉向閥能夠用於輪式車輛的液壓轉向系統中，以便於通過相對精確的流量控制和轉向方向控制實現相對可靠的車輪轉向。進ー步地，本發明所要解決的技術問題是提供ー種比例轉向液壓迴路，該比例轉向液壓迴路能夠用於通過相對精確的流量控制和轉向方向控制以實現相對可靠的車輪轉向。此外，本發明還要解決的技術問題是提供ー種比例轉向系統，該比例轉向系統能夠通過相對精確的流量控制和轉向方向控制實現相對可靠的車輪轉向。
在此基礎上，本發明還要提供ー種車輛，該車輛能夠通過相對精確的流量控制和轉向方向控制實現相對可靠的車輪轉向。為了解決上述技術問題，本發明提供ー種比例轉向閥，其中，包括換向閥和比例節流閥，所述換向閥至少具有進油端ロ、回油端ロ、第一工作埠和第二工作端ロ，並且該換向閥至少能夠被控制為選擇性地處於如下兩種狀態之ー所述進油端ロ與第一工作端ロ連通且所述回油端ロ與第二工作端ロ連通；以及所述進油端ロ與第二工作端ロ連通且所述回油端ロ與第一工作端ロ連通；並且所述比例節流閥的輸出端ロ與所述進油端ロ連通，該比例節流閥的輸入端ロ連接於內部進油油路的一端。優選地，所述換向閥還能夠被控制為選擇性地處於如下第三種狀態所述進油端ロ與所述第一工作埠和第二工作端ロ截止且所述回油端ロ與所述第一工作埠和第二工作端ロ截止。具體地，所述換向閥為電控換向閥。 優選地，所述比例轉向閥還包括設置在所述內部進油油路上的二通壓カ補償器，該二通壓カ補償器的輸出端ロ連接於所述比例節流閥的輸入端ロ，並且該二通壓カ補償器的輸出端ロ與該二通壓カ補償器的控制端ロ連通，該二通壓カ補償器的彈簧腔端ロ與所述比例節流閥的輸出端ロ連通。優選地，所述比例轉向閥還包括設置在所述內部進油油路上的單向閥，該單向閥連接在所述二通壓カ補償器的輸出端ロ與所述比例節流閥的輸入端ロ之間，其中所述單向閥的正向端ロ與所述二通壓カ補償器的輸出端ロ連通，該單向閥的反向端ロ與所述比例節流閥的輸入端ロ連通。優選地，所述比例轉向閥還包括兩個溢流閥，其中ー個溢流閥的輸入端ロ與所述換向閥的第一工作端ロ連通，另ー個溢流閥的輸入端ロ與所述換向閥的第二工作端ロ連通，該兩個溢流閥的輸出端ロ均與所述換向閥的回油端ロ連通。優選地，所述比例轉向閥還包括梭閥，該梭閥的第一輸入端ロ與所述比例節流閥的輸出端ロ連通。典型地，所述比例轉向閥形成為具有整體式複合閥，該整體式複合閥的閥體上形成有進油ロ、回油ロ、第一工作油ロ、第二工作油ロ、油壓採集輸入油ロ以及油壓反饋輸出油ロ，其中所述進油ロ與所述內部進油油路的另一端連通或作為該內部進油油路的另一端，所述回油ロ與所述換向閥的回油端ロ連通或作為該回油端ロ，所述第一工作油ロ與所述換向閥的第一工作端ロ連通或作為該第一工作端ロ，所述第二工作油ロ與所述換向閥的第二工作端ロ連通或作為該第二工作端ロ，所述油壓採集輸入油ロ與所述梭閥的第二輸入端ロ連通或作為該第二輸入端ロ，所述油壓反饋輸出油ロ與所述梭閥的輸出端ロ或作為該梭閥的輸出端ロ。所述整體式複合閥的閥體上還形成有與所述換向閥的第一工作端ロ連通的第一測壓油口和與該換向閥的第二工作端ロ連通的第二測壓油ロ。在此基礎上，本發明提供ー種比例轉向液壓迴路，包括用於驅動車輛的一個車橋兩端的左、右車輪轉向的左、右轉向驅動缸以及變量泵，其中，所述比例轉向液壓迴路還包括上述的比例轉向閥，其中所述換向閥的第一工作端ロ與所述左、右轉向驅動缸各自的有杆腔連通，第二工作端ロ與所述左、右轉向驅動缸各自的無杆腔連通，所述內部進油油路的另一端與所述變量泵的輸出油ロ連通，所述換向閥的回油端ロ與油箱或回油油路連通。優選地，所述變量泵為負載敏感變量泵，所述比例轉向閥還包括梭閥，該梭閥的第一輸入端ロ與所述比例節流閥的輸出端ロ連通，第二輸入端ロ與所述油箱或回油油路連通，並且該梭閥的輸出端ロ與所述負載敏感變量泵的油壓反饋輸入油ロ連通。對於輪式車輛的多橋車輪的轉向而言，本發明進一歩提供ー種比例轉向液壓迴路，包括用於對應地驅動車輛的多個車橋兩端的左、右車輪轉向的多對左、右轉向驅動缸以及變量泵，其中，所述比例轉向液壓迴路還包括上述的比例轉向閥，該比例轉向閥的數量與所述多個車橋的數量相同，其中各個所述比例轉向閥的換向閥的第一工作端ロ與相應的ー對所述左、右轉向驅動缸各自的有杆腔連通，第二工作端ロ與該對左、右轉向驅動缸各自的無杆腔連通，各個所述比例轉向閥的內部進油油路的另一端與所述變量泵的輸出油ロ連通，各個所述比例轉向閥的換向閥的回油端ロ與油箱或回油油路連通。優選地，所述變量泵為負載敏感變量泵，各個所述比例轉向閥還分別包括梭閥，各 個所述比例轉向閥的梭閥的第一輸入端ロ與該比例轉向閥的比例節流閥的輸出端ロ連通；並且各個所述梭閥通過油路依次連接，其中各個所述梭閥的第二輸入端ロ依次地與相鄰的下ー個梭閥的輸出端ロ連通，並且該依次連接的所述梭閥中的第一個梭閥的輸出端ロ與所述負載敏感變量泵的油壓反饋輸入油ロ連通，最後ー個梭閥的第二輸入端ロ與所述油箱或回油油路連通。在上述比例轉向液壓迴路的技術方案基礎上，本發明提供ー種比例轉向系統，其中，包括控制器以及上述的比例轉向液壓迴路，其中所述控制器電連接於各個所述比例轉向閥，以根據輸入到該控制器的輸入轉向角信號控制各個所述比例節流閥的通流流量和換向閥的換向方向，從而通過各對所述轉向驅動缸驅動對應的車橋兩端的車輪轉向。典型地，所述比例轉向系統還包括用於檢測車輛轉向操作的輸入轉向角的轉向傳感器，所述控制器電連接於該轉向傳感器以接收所述輸入轉向角信號。優選地，所述控制器在控制各個所述比例節流閥的通流流量之前預先控制向各個所述比例節流閥輸送ー個預設補償電流，以消除或減小各個所述比例節流閥的通流截止區。進ー步優選地，所述比例轉向系統還包括用於檢測車輪實際轉向角的轉角傳感器，所述車輛的通過所述比例轉向迴路驅動車輪轉向的各個相應車橋上分別配置有所述轉角傳感器。此外，本發明還提供一種車輛，其中，該車輛包括上述的比例轉向系統。具體選擇地，所述車輛為汽車起重機或全地面起重機。通過上述技術方案，本發明的比例轉向閥、比例轉向液壓迴路以及由此形成的比例轉向系統能夠有效地用於輪式車輛的一個車橋或多橋車輪的轉向，有助於實現較快的動態響應，顯著改善操作靈敏性，使得在較小的轉彎半徑下也能夠實現可靠的轉向。具體地，通過所述比例轉向閥將轉向過程分解，即通過比例節流閥和換向閥分別實現流量控制功能和換向功能，從而通過組合控制實現轉向。在此基礎上，優選地，通過引入預設補償電流來消除或減小比例節流閥通流截止區，從而加快了響應速度，顯著改善了轉向操作的靈敏性，由此提高了轉向過程中的響應精度和動態特性。尤其是，本發明可以通過變量泵提供液壓油，例如通過梭閥形成負載油壓反饋油路並優選地採用負載敏感變量泵，從而可以方便地根據需求提供流量，這有利於減少了系統的發熱量，節約了能源。此外，與伺服轉向系統相比，本發明採用普通液壓元件，成本相對低廉，抗汙染能力強。本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式
部分予以詳細說明。


下列附圖用來提供對本發明的進ー步理解，並且構成說明書的一部分，其與下述的具體實施方式
一起用於解釋本發明，但本發明的保護範圍並不局限於下述附圖及具體實施方式
。在附圖中 圖I是本發明優選實施方式的比例轉向閥的液壓原理圖。圖2是採用圖I所示的比例轉向閥的比例轉向液壓迴路的液壓原理圖，圖中車輪處於直行狀態。圖3和圖4是與圖2相同的採用比例轉向閥的比例轉向液壓迴路的液壓原理圖，其中車輪分別處於右轉向和左轉向狀態。圖5是採用本發明具體實施方式
的應用於多橋輪式車輛的比例轉向液壓迴路的液壓原理圖。圖6是本發明具體實施方式
的比例轉向系統的控制結構框圖。本發明附圖標記說明I比例轉向閥；2轉向驅動缸；3變量泵；4比例節流閥；5電控換向閥；6單向閥；7 二通壓カ補償器；8梭閥；9溢流閥；10進油端ロ；11回油端ロ ；12第一工作端ロ ；13第二工作端ロ；14輸出端ロ；15輸入端ロ；16輸入端ロ；17輸出端ロ；18彈簧腔端ロ；19控制端ロ；20第一輸入端ロ；21第二輸入端ロ；22輸出端ロ；A第一工作油ロ；B第二工作油ロ；MA第一測壓油ロ；MB第二測壓油ロ；Ls油壓反饋輸入油ロP進油ロ；T回油ロ；Xl油壓反饋輸出油ロ；X2油壓採集輸入油ロ；Y1、Y2、Y3 電磁鐵。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明，應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用於說明和解釋本發明，本發明的保護範圍並不局限於下述的具體實施方式
。
首先說明的是，本發明的比例轉向閥、比例轉向液壓迴路等屬於液壓領域，圖I至圖5僅顯示了液壓原理圖，對於本領域的技術人員而言，相同的液壓連接原理可以通過各種不同的機械實體結構實現。例如，圖I顯示本發明優選實施方式的比例轉向閥1，虛線方框內部的各個閥門可以通過管路進行連接從而構成該比例轉向閥1，當然這些閥門也可以形成為整體式複合閥。因此，在此需要強調的是，在本發明技術方案的技術特徵中，除非明確限定為「油ロ」的以外，所涉及的術語「端ロ」既可以指在機械結構上形成為油ロ的形式，也可以指實現相同功能的閥體內部的油腔、內部油道等。例如，在本發明的比例轉向閥I的各個閥門通過管路連接的情形下，其各個組成閥門在機械結構具有相應的油ロ以用於連接管道；但是在本發明的比例轉向閥I形成為整體複合閥的情形下，各個組成閥門可以形成或組裝在共用的閥體內，此時整體複合閥除了閥體外部的數個用於連接外部管道的油ロ之夕卜，各個組成閥門在液壓原理圖中顯示的油ロ可能僅是閥體內部的油道或油腔。以下首先參照圖I描述本發明的比例轉向閥I的具體實施方式
。
參見圖I所示，本發明的比例轉向閥I包括電控換向閥5和比例節流閥4，該電控換向閥5至少具有進油端ロ 10、回油端ロ 11、第一工作端ロ 12和第二工作端ロ 13，並且該電控換向閥5至少能夠被控制為選擇性地處於如下兩種狀態之ー所述進油端ロ 10與第一工作端ロ 12連通且所述回油端ロ 11與第二工作端ロ 13連通；以及所述進油端ロ 10與第ニ工作端ロ 13連通且所述回油端ロ 11與第一工作端ロ 12連通；並且所述比例節流閥4的輸出端ロ 13與所述進油端ロ 10連通，該比例節流閥4的輸入端ロ 15連接於內部進油油路23的一端。在此需要說明的是，上述電控換向閥5也可以採用其它形式的換向閥，例如液控式換向閥等，在此情形下，當本發明的比例轉向閥應用於比例轉向系統時，控制器根據輸入轉向角信號控制本發明的比例轉向閥中的比例節流閥的通流流量，同時控制換向閥的換向方向，例如通過控制液控式換向閥的液控油路上的電磁開關閥來控制液控油路的通斷以實現液控式換向閥所需的換向。當然，在此情形下，液控式換向閥及其液控油路上的電磁開關閥整體上仍然構成電控換向閥。總之，無論其將換向閥如何變型，其均屬於本發明的保護範圍。在下文的描述中，為了簡潔清楚主要以電控換向閥5為例進行說明。優選地，所述電控換向閥5還能夠被控制為選擇性地處於如下第三種狀態，即進油端ロ 10與第一工作端ロ 12和第二工作端ロ 13截止且回油端ロ 11與所述第一工作端ロ12和第二工作端ロ 13截止。該第三種工作狀態主要用於轉向驅動缸2的有杆腔和無杆腔在電控換向閥5處於中位時漏油，從而保證車輪直行時的可靠性。通過上述比例轉向閥1，車輪轉向的控制上述電控換向閥4和比例節流閥4實現，其中比例節流閥4通過流量通過來控制車輪偏轉角度的大小，電控換向閥5通過得電失電狀態來控制車輪偏轉的方向(即左轉向和右轉向)。對於本領域技術人員熟知地，比例節流閥4 一般均包括比例電磁鐵並採用電控方式，例如電磁比例節流閥、電液比例節流閥等，當然也可以採用其它公知形式的比例節流閥。具體地，在本發明比例轉向閥I的上述技術構思範圍內，比例節流閥4屬於工程機械液壓系統中廣泛採用的節流閥，例如電磁比例節流閥，其主要通過其閥芯一端的比例電磁鐵Yl (在圖I中三個比例節流閥各自的電磁鐵分別標註為Y1、Y4、Y7，這些電磁鐵並無本質性區別)克服復位彈簧的阻力來形成不同大小的通流開ロ，從而控制流量，對其不再贅述。比例節流閥4輸入的電控信號為比例量，通過輸入電流的大小控制節流閥開ロ的大小，從而控制通過流量的大小，從而在預定時間內將相應的量的液壓油輸送到用於驅動車輪轉向的轉向驅動缸2 (—般也稱為「轉向助力缸」)內，使得轉向驅動缸2的活塞杆伸出預定的距離或縮回預定的距離，相應地使車輪偏轉不同的轉向角。優選地，上述電控換向閥5可以採用O型三位四通電磁換向閥(公知地，三位四通電磁換向閥的兩端具有電磁鐵Y2、Y3 (在圖I中三個電磁換向閥的兩端的電磁鐵依次標記為Υ2、Υ3、Υ5、Υ6、Υ8、Υ9)，當然，電控換向閥5也可以採用其它形式的電磁換向閥，只要其實現上述功能即可，例如其可以採用M型三位四通電磁換向閥，也可以採用多於四個端ロ或多於三個工作位置的電控換向閥，當然在此情形下ー些端ロ並不一定實際發生作用，可以採用堵頭封堵。電控換向閥輸入的電控信號為開關量，根據兩側電磁鐵的得電狀態控制車輪偏轉的方向，中位機能採用O型，參見圖2所示，可以使得轉向驅動缸的有杆腔和無杆腔在電控換向閥處於中位時漏油，從而保證車輪直行時的可靠性。
在上述比例轉向閥I的技術構思的基礎上，優選地，所述比例換向閥I還包括設置在內部進油油路23上的二通壓カ補償器7，該二通壓カ補償器7的輸出端ロ 17經由油路連接於所述比例節流閥4的輸入端ロ 15，並且該二通壓カ補償器7的輸出端ロ 17公知地與該二通壓カ補償器7的控制端ロ 19連通，該二通壓カ補償器7的彈簧腔端ロ 18與所述比例節流閥4的輸出端ロ 14連通。二通壓カ補償器7是工程機械液壓系統中公知的ー種液壓閥，其公知的名稱也稱為「定差減壓閥」，具體可以參見《液壓氣動與密封》2011年第10期第23頁《對定差減壓閥和壓カ補償器的注釋》一文。該兩通壓カ補償器7通過對比例節流閥4的輸入端ロ 15與輸出端ロ 14的前後油壓的對比，保證比例節流閥4的壓差為恆定值，這樣能夠確保比例節流閥4的流量穩定，使得流量調節功能更精確地實現，從而也就保證轉向過程中進入轉向驅動缸2的流量相對恆定，基本不受負載的影響。進ー步地，本發明的比例轉向閥I還包括設置在內部進油油路23上的單向閥6，該單向閥6連接在所述二通壓カ補償器7的輸出端ロ 17與所述比例節流閥4的輸入端ロ 15之間，其中所述單向閥6的正向端ロ與所述二通壓カ補償器7的輸出端ロ 17連通，該單向閥6的反向端ロ與所述比例節流閥4的輸入端ロ 15連通。公知地，單向閥具有正嚮導通、反向截止的單向導通性能，具有預定油壓的液壓油從單向閥的正向端ロ輸入，則能夠推開單向閥的閥芯從反向端ロ輸出，而如果液壓油從反向端ロ輸入，則無論油壓多大，均不能使得單向閥導通。如上所述，該單向閥6布置在電控換向閥5的內部進油油路23上(屬於進油主油路的一部分)，這在多橋輪式車輛中是特別有利地，具體地，在多橋輪式車輛的多個車橋分別對應配置有本發明的比例轉向閥I時，該單向閥可以防止車輪轉向過程中各個車橋車輪轉向負載之間產生相互幹擾，例如某一車橋的車輪受到路面衝擊載荷時可以通過該單向閥6起到相應的隔離作用，避免將形成的液壓衝擊傳遞到供油油路上對其它車橋的車輪轉向驅動產生幹擾。優選地，本發明的比例轉向閥I還包括兩個溢流閥9，其中ー個溢流閥9的輸入端ロ與所述電控換向閥5的第一工作端ロ 12連通，另ー個溢流閥9的輸入端ロ與所述電控換向閥5的第二工作端ロ 13連通，該兩個溢流閥9的輸出端ロ均與所述電控換向閥5的回油端ロ 11連通。這兩個溢流閥9主要起到過壓溢流作用，其用於限制轉向驅動缸2的有杆腔和無杆腔的最大工作油壓，對轉向驅動缸2進行過壓保護。
此外，優選地，本發明的比例轉向閥I還包括梭閥8，該梭閥8主要用於形成油壓反饋油路，這在該比例轉向閥I用於多橋轉向時特別有利採通過比較各轉向橋的負載壓カ(即由此形成的反饋油路油壓)，從而獲得最大負載壓力，並將最大負載壓力傳遞給變量泵3(在此情形下變量泵3為圖5所示的負載敏感變量泵)，通過變量泵輸出對應排量的液壓油，以滿足油量需求。在比例轉向閥I形成為整體複合閥的情形下，梭閥8可以內置於比例轉向閥I中，這優化了管路的連接。具體地，所述梭閥8的第一輸入端ロ 20與所述比例節流閥4的輸出端ロ 14連通。在上述技術方案的基礎上，本發明的比例轉向閥在機械結構上能夠形成為獨立的產品，優選地，本發明的比例轉向閥I可以形成為具有整體式複合閥，該整體式複合閥的閥體上形成有進油ロ P、回油ロ T、第一工作油ロ A、第二工作油ロ B、油壓採集輸入油ロ X2以及油壓反饋輸出油ロ XI，其中進油ロ P可以與內部進油油路23的另一端連通或直接作為該內部進油油路23的另一端，即進油ロ P作為內部進油油路的輸入起點，回油ロ T與電控換向閥5的回油端ロ 11連通，電控換向閥5可以直接形成或插裝在所述閥體內，因此回油ロ T也可能直接作為回油端ロ 11，類似地，第一工作油ロ A可以與電控換向閥5的第一工作端ロ 12連通或直接作為該第一工作端ロ 12，第二工作油ロ B可以與電控換向閥5的第二エ作端ロ 13連通或作為該第二工作端ロ 13，油壓採集輸入油ロ X2可以與梭閥8的第二輸入端ロ 21連通或作為該第二輸入端ロ 21，油壓反饋輸出油ロ Xl可以與梭閥8的輸出端ロ 22或作為該梭閥8的輸出端ロ 22。參見圖I所示，進ー步優選地，在本發明的比例轉向閥I形成為整體式複合閥的情形下，該整體式複合閥的閥體上還可以形成有與電控換向閥5的第一工作端ロ 12連通的第一測壓油ロ MA和與該電控換向閥5的第二工作端ロ 13連通的第二測壓油ロ MB。這主要用於測量第一工作端ロ 12和第二工作端ロ 13處的油壓，例如上述第一測壓油ロ MA和第二測壓油ロ MB可以用於連接油壓表等油壓檢測裝置。以下參照圖2至圖5描述本發明的比例轉向液壓迴路的具體實施方式
。參見圖2所示，本發明的比例轉向液壓迴路包括用於驅動輪式車輛的ー個車橋左右兩端的左、右車輪轉向的左、右轉向驅動缸2、變量泵3以及本發明上述技術方案的比例轉向閥I，其中電控換向閥5的第一工作端ロ 12與所述左、右轉向驅動缸2各自的有杆腔連通，第二工作端ロ 13與所述左、右轉向驅動缸2各自的無杆腔連通，所述內部進油油路23的另一端與所述變量泵3的輸出油ロ連通，所述電控換向閥5的回油端ロ 11與油箱或回油油路連通。在上述比例轉向液壓迴路中，通過變量泵3向內部進油油路23供應液壓油，通過控制比例節流閥4的通流開ロ的大小調節流量以控制車輪轉向角度，通過控制電控換向閥5的換向來控制車輪的轉向方向，如圖2至圖4所示，其中分別顯示了車橋左右兩端所安裝的車輪分別被控制為處於直行狀態、左轉向狀態和右轉向狀態。另外，轉向驅動缸2的活塞杆通過伸縮運動驅動車輪的傳動結構是公知的，一般是轉向驅動缸2的活塞杆經由相應的轉向驅動杆系連接到車輪的轉向節上，當然活塞杆也可以直接鉸接到轉向節上，同時轉向驅動缸2的缸筒鉸接到車橋上或車橋的支架上，有關轉向驅動缸2與車輪的轉向驅動連接結構為本領域技術人員公知，在此不再贅述。在本發明的比例轉向閥I採用包括梭閥8的優選形式時，所述變量泵3為負載敏感變量泵，所述梭閥8的第二輸入端ロ 21與所述油箱或回油油路連通，該梭閥8的輸出端ロ 22與所述負載敏感變量泵的油壓反饋輸入油ロ Ls連通。負載敏感變量泵是ー種廣泛採用的變量泵，其能夠根據液壓系統中反饋的負載壓カ自適應地調節輸出排量，使得輸出的排量與系統的負載壓カ相匹配。有關負載敏感變量泵已經屬於比較成熟的技術，在此不再贅述。上述比例轉向液壓迴路適用於輪式車輛的其中一個車橋左右兩端安裝的左右車輪的轉向，此外，本發明還提供一種適用於輪式車輛的車橋中的多個車橋各自左右兩端的車輪轉向的比例轉向液壓迴路，該比例轉向液壓迴路包括用於對應地驅動車輛的多個車橋兩端的左、右車輪轉向的多對左、右轉向驅動缸2以及變量泵3，在此需要說明的是，此處的「多個車橋」為輪式車輛的車橋中的ニ個以上的車橋或輪式車輛的全部車橋。具體地，所述比例轉向液壓迴路還包括上述技術方案的比例轉向閥1，該比例轉向閥I的數量與多個車橋的數量相同，該多個比例轉向閥與所述多對左、右轉向驅動缸2相對應，其中各個比例轉向閥I的電控換向閥5的第一工作端ロ 12與相應的ー對所述左、右轉向驅動缸2各自的有杆腔連通，第二工作端ロ 13與該對左、右轉向驅動缸2各自的無杆腔連通，各個比例轉向閥I的內部進油油路23的另一端與變量泵3的輸出油ロ連通，各個比例轉向閥I的電控換向閥5的回油端ロ 11與油箱或回油油路連通。 在上述適用於輪式車輛的多個車橋轉向的比例轉向液壓迴路中，所述比例轉向閥I也可以採用包括梭閥8的優選結構形式，但是此時各個比例轉向閥I的梭閥8之間需要存在依次的油路連接關係，從而形成負載壓力反饋油路，具體地，此時所述變量泵3可以為負載敏感變量泵，與上述優選結構形式相同，各個比例轉向閥I還分別包括梭閥8，各個比例轉向閥I的梭閥8的第一輸入端ロ 20與該比例轉向閥I的比例節流閥4的輸出端ロ 14連通；並且各個梭閥8通過油路依次連接，具體地，各個梭閥8的第二輸入端ロ 21依次地與相鄰的下ー個梭閥的輸出端ロ 22連通，並且該依次連接的梭閥中的第一個梭閥的輸出端ロ 22與所述負載敏感變量泵的油壓反饋輸入油ロ Ls連通，最後ー個梭閥的第二輸入端ロ 21與油箱或回油油路連通。這種通過梭閥依次連接所形成的負載反饋油路，可以比較出各個車橋的轉向驅動缸2驅動相應車輪轉向時各對轉向驅動缸2的工作油路上的負載壓力(即各對轉向驅動缸的工作油路上因轉向驅動缸2承受外部轉向負載而在工作油路上形成的油壓)，從而獲得最大負載壓力，並將最大負載壓力傳遞給變量泵3 (在此情形下變量泵3為圖5所示的負載敏感變量泵)，通過變量泵輸出對應排量的液壓油，以滿足流量需求。負載敏感變量泵是ー種廣泛採用的變量泵，其能夠根據液壓系統中反饋的負載壓カ自適應地調節輸出排量，使得輸出的排量與系統的負載壓カ相匹配，使得液壓系統減少發熱量。有關負載敏感變量泵已經屬於比較成熟的技術，在此不再贅述。在上述兩種比例轉向液壓迴路的技術方案的基礎上，本發明還提供ー種比例轉向系統，該比例轉向系統包括控制器、用於感測車輛轉向操作過程中所輸入的輸入轉向角的轉向傳感器以及上述的比例轉向液壓迴路，其中所述控制器電連接於所述轉向傳感器、各個比例轉向閥I的比例節流閥4和電控換向閥5 (—般通過相應的功率放大器電連接於比例節流閥4)，所述控制器接收所述轉向傳感器所感測的輸入轉向角信號，井根據該輸入轉向角信號控制各個比例節流閥4的通流流量和電控換向閥5的換向方向，從而通過各對轉向驅動缸2驅動對應的車橋兩端的車輪轉向。
在此需要說明的是，在採用比例轉向系統或伺服轉向系統的輪式車輛(例如汽車起重機、全地面起重機、多橋重型卡車等)上，由於車體龐大沉重，通常而言，這些輪式車輛的第一前橋的車輪採用杆系轉向系統，其它車橋可以採用本發明的比例轉向系統，駕駛員通過包括方向盤的轉向操縱機構控制輪式車輛的第一前橋的車輛轉向，其中第一前橋的車輪的轉向角為上述輸入轉向角，所述轉向傳感器可以設置在第一前橋的杆系轉向系統中以檢測所述輸入轉向角，並將該輸入轉向角傳輸到控制器，以進行其它車橋的轉向控制。這種轉向傳感器的應用在汽車起重機 、全地面起重機、多橋重型卡車等上已經比較成熟，在此不再贅述。但是，在此需要理解的是，本發明的比例轉向閥及其比例轉向系統並不限於常規布置形式，上述第一前橋的車輪同樣可以採用本發明的比例轉向系統。因此，從更廣泛的層次而言，本發明的上述轉向傳感器的設置形式是多樣的，例如駕駛員操作方向盤可以僅用於形成輸入轉向角信號，具體地，駕駛員操作方向盤，方向盤旋轉帶動轉向管柱旋轉，轉向管柱可以進而驅動相應的轉向傳感器相應的感測元件，從而檢測出駕駛員想要操作的輸入轉向角信號(包含轉向方向和轉向角度)，控制器根據該輸入轉向角信號控制相應的轉向液壓系統的驅動液壓缸，從而完成所需的轉向操作。這種形式的轉向傳感器，在輪式車輛中已經廣泛應用，在電子穩定系統(即ESP)中也普遍採用，在此僅簡略描述。另外，尤其需要進ー步說明的是，上述輸入轉向角信號並非局限於通過轉向傳感器來感測，由於駕駛員需要通過方向盤來形成一定的駕駛感覺，所以現有輪式車輛上仍然設置方向盤來輸入所述輸入轉向角信號，實際上在現有的輪式車輛上，已經比較廣泛地採用直接通過操作界面由駕駛員向控制器根據路況直接輸入所述輸入轉向角信號(包含轉向角度和轉向方向)的駕駛方式。優選地，所述控制器在控制各個比例節流閥4的通流流量之前預先控制向各個比例節流閥4輸送ー個預設補償電流10，以消除各個比例節流閥4的通流截止區。該優選實施形式的技術效果非常優良，正是由於本發明的上述比例轉向閥I將換向控制和流量控制分別由電控換向閥5和比例節流閥4分別承擔，因此才能夠做出這種改迸。具體地，由於比例節流閥4隻控制輸入液壓油流量的大小，因此在通過相應的操作輸入按鍵等選定轉向模式後，控制器控制比例節流閥4的控制電路向各個比例節流閥4輸入ー個預設補償電流10，從而消除比例節流閥4的通流截止區(也稱為「通流死區」)，具體地，由於比例節流閥4通過比例電磁鐵的電磁力克服復位彈簧的彈力來改變通流開ロ的大小，從而控制通流流量，也就是說，比例節流閥4 一般為滑閥，通過其閥芯的移動來改變通流開ロ的大小，但是在閥芯從截止移動到使得比例節流閥4導通之前具有一段截止區，為了消除該通流死區，通過向比例節流閥4輸入ー個預設補償電流10，使得比例節流閥4的閥芯預先克服復位彈簧的彈力預先移動到鄰近、甚至處於導通的臨界位置，從而顯著増加了比例節流閥4的響應速度，有效改善了轉向操作的靈敏性。這與現有技術中的電磁比例換向閥是不同的，由於電磁比例換向閥在承擔改變流量功能的同時還要承擔換向功能，其閥芯移動具有雙向性，因此只能通過在控制器中設置控制電流的階躍函數來補償比例閥的死區，這並不能有效改善轉向操作動態特性差，響應滯後等一系列問題，並且轉向操作的可靠性差。本發明通過上述預設補償電流的優選形式有效地使得顯著增加了比例節流閥4的響應速度，有效改善了轉向操作的靈敏性。而在轉向時，由於流量控制功能和換向功能分別由比例節流閥4和電控換向閥5承擔，在比例節流閥4控制流量的同時，只要通過電控換向閥5的換向，即可滿足車輪的轉向要求，本發明比例轉向系統的控制結構框圖如圖6所示。進ー步地，所述比例轉向系統還包括用於檢測車輪實際轉向角的轉角傳感器，其中通過上述比例轉向迴路驅動車輪轉向的對應的各個車橋上分別配置有所述轉角傳感器。這種轉角傳感器主要用於檢測安裝在各個車橋兩端的車輪的實際轉向偏轉角，從而檢測出車輪的實際轉向角，當實際轉向角等於根據上述輸入轉向角信號獲得的所需的轉向角吋，可以控制車輪停止轉向。當然，該轉角傳感器僅是ー種便於控制的優選形式，由於比例節流閥4的通流流量是被確定控制，控制器通過根據所需的轉向角所對應的轉向驅動缸的伸縮距離，通過控制通流時間也能夠實現車輪偏轉所需的轉向角。在上述比例轉向系統的基礎上，本發明提供一種車輛(即輪式車輛)，該車輛包括上述技術方案的比例轉向系統。典型地，所述車輛可以是汽車起重機或全地面起重機。本發明的關鍵技術點構思在於通過所述比例轉向閥1，將轉向過程分解，通過比例節流閥4和電控換向閥5分別實現流量控制功能和換向功能,從而通過組合控制實現轉向。在此基礎上，優選地，通過引入預設補償電流IO來消除或減小比例節流閥4通流截止 區，從而加快了響應速度，顯著改善了轉向操作的靈敏性。進ー步地，本發明通過兩通壓カ補償器7保證轉向過程中流量的穩定性，使得比例節流閥的出口油壓基本不受負載的影響。此外，內置梭閥8的優選形式便於多橋的拓展，優化了管路的布置。本發明可以用在任何輪式車輛的液壓轉向系統中，只要其採用本發明的比例轉向閥，均屬於本發明的保護範圍內。由上描述可以看出，本發明優點在幹本發明的比例轉向閥、比例轉向液壓迴路以及由此形成的比例轉向系統能夠有效地用於輪式車輛的一個車橋或多橋車輪的轉向，有利於實現較快的動態響應，顯著改善操作靈敏性，在較小的轉彎半徑下也能夠實現可靠的轉向。具體地，通過所述比例轉向閥1，將轉向過程分解，即通過比例節流閥4和換向閥(例如優選地為電控換向閥5)分別實現流量控制功能和換向功能，從而通過組合控制實現轉向。在此基礎上，優選地，通過引入預設補償電流IO來消除或減小比例節流閥4通流截止區，從而加快了響應速度，顯著改善了轉向操作的靈敏性，由此提高了轉向過程中的響應精度和動態特性。尤其是，本發明可以通過變量泵3提供液壓油，可以方便地根據需求提供流量，例如通過梭閥形成負載壓力反饋油路並優選地採用負載敏感變量泵，這有利於減少了系統的發熱量，節約了能源。此外，與伺服轉向系統相比，本發明採用普通液壓元件，成本低廉，抗汙染能力強。以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
權利要求
1.比例轉向閥，其中，包括換向閥和比例節流閥(4)， 所述換向閥至少具有進油埠(10)、回油埠(11)、第一工作埠(12)和第二工作埠(13)，並且該換向閥至少能夠被控制為選擇性地處於如下兩種狀態之一所述進油埠與第一工作埠連通且所述回油埠與第二工作埠連通；以及所述進油埠與第二工作埠連通且所述回油埠與第一工作埠連通；並且 所述比例節流閥的輸出埠( 14)與所述進油埠( 10)連通，該比例節流閥(4)的輸入埠(15)連接於內部進油油路(23)的一端。
2.根據權利要求I所述的比例轉向閥，其中，所述換向閥還能夠被控制為選擇性地處於如下第三種狀態所述進油埠(10)與所述第一工作埠(12)和第二工作埠(13)截止且所述回油埠( 11)與所述第一工作埠( 12)和第二工作埠( 13)截止。
3.根據權利要求I所述的比例轉向閥，其中，所述換向閥為電控換向閥(5)。
4.根據權利要求I所述的比例轉向閥，其中，所述比例轉向閥(I)還包括設置在所述內部進油油路(23)上的二通壓力補償器(7)，該二通壓力補償器的輸出埠( 17)連接於所述比例節流閥(4)的輸入埠(15)，並且該二通壓力補償器(7)的輸出埠(17)與該二通壓力補償器(7)的控制埠( 19)連通，該二通壓力補償器(7)的彈簧腔埠( 18)與所述比例節流閥(4)的輸出埠(14)連通。
5.根據權利要求4所述的比例轉向閥，其中，所述比例轉向閥(I)還包括設置在所述內部進油油路(23)上的單向閥(6)，該單向閥(6)連接在所述二通壓力補償器(7)的輸出埠(17)與所述比例節流閥(4)的輸入埠(15)之間，其中所述單向閥(6)的正向埠與所述二通壓力補償器(7)的輸出埠(17)連通，該單向閥(6)的反向埠與所述比例節流閥的輸入埠(15)連通。
6.根據權利要求I所述的比例轉向閥，其中，所述比例轉向閥(I)還包括兩個溢流閥(9)，其中一個溢流閥(9)的輸入埠與所述換向閥的第一工作埠(12)連通，另一個溢流閥(9)的輸入埠與所述換向閥的第二工作埠(13)連通，該兩個溢流閥(9)的輸出埠均與所述換向閥的回油埠( 11)連通。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的比例轉向閥，其中，所述比例轉向閥(I)還包括梭閥(8)，該梭閥(8)的第一輸入埠(20)與所述比例節流閥(4)的輸出埠(14)連通。
8.根據權利要求7所述的比例轉向閥，其中，所述比例轉向閥(I)形成為具有整體式複合閥，該整體式複合閥的閥體上形成有進油口(P)、回油口(T)、第一工作油口(A)、第二工作油口(B)、油壓採集輸入油口(X2)以及油壓反饋輸出油口(XI)，其中所述進油口(P)與所述內部進油油路(23)的另一端連通或作為該內部進油油路(23)的另一端，所述回油口(T)與所述換向閥的回油埠(11)連通或作為該回油埠(11)，所述第一工作油口(A)與所述換向閥的第一工作埠( 12)連通或作為該第一工作埠( 12)，所述第二工作油口(B)與所述換向閥的第二工作埠( 13)連通或作為該第二工作埠( 13)，所述油壓採集輸入油口(X2)與所述梭閥(8)的第二輸入埠(21)連通或作為該第二輸入埠(21)，所述油壓反饋輸出油口(Xl)與所述梭閥(8)的輸出埠(22)或作為該梭閥(8)的輸出埠(22)。
9.根據權利要求8所述的比例轉向閥，其中，所述整體式複合閥的閥體上還形成有與所述換向閥的第一工作埠( 12)連通的第一測壓油(MA)和與該換向閥的第二工作埠(13)連通的第二測壓油口(MB)。
10.比例轉向液壓迴路，包括用於驅動車輛的一個車橋兩端的左、右車輪轉向的左、右轉向驅動缸(2)以及變量泵(3)，其中，所述比例轉向液壓迴路還包括根據權利要求I至6中任一項所述的比例轉向閥(1)，其中所述換向閥的第一工作埠(12)與所述左、右轉向驅動缸(2)各自的有杆腔連通，第二工作埠(13)與所述左、右轉向驅動缸(2)各自的無杆腔連通，所述內部進油油路(23)的另一端與所述變量泵(3)的輸出油口連通，所述換向閥的回油埠(11)與油箱或回油油路連通。
11.根據權利要求10所述的比例轉向液壓迴路，其中，所述變量泵(3)為負載敏感變量泵，所述比例轉向閥(I)還包括梭閥(8)，該梭閥(8)的第一輸入埠(20)與所述比例節流閥(4)的輸出埠( 14)連通，第二輸入埠(21)與所述油箱或回油油路連通，並且該梭閥(8)的輸出埠(22)與所述負載敏感變量泵的油壓反饋輸入油口(Ls)連通。
12.比例轉向液壓迴路，包括用於對應地驅動車輛的多個車橋兩端的左、右車輪轉向的多對左、右轉向驅動缸(2)以及變量泵(3)，其中，所述比例轉向液壓迴路還包括根據權利 要求I至6中任一項所述的比例轉向閥(1)，該比例轉向閥(I)的數量與所述多個車橋的數量相同，其中各個所述比例轉向閥(I)的換向閥的第一工作埠(12)與相應的一對所述左、右轉向驅動缸(2)各自的有杆腔連通，第二工作埠( 13)與該對左、右轉向驅動缸(2)各自的無杆腔連通，各個所述比例轉向閥(I)的內部進油油路(23)的另一端與所述變量泵(3)的輸出油口連通，各個所述比例轉向閥(I)的換向閥的回油埠(11)與油箱或回油油路連通。
13.根據權利要求12所述的比例轉向液壓迴路，其中，所述變量泵(3)為負載敏感變量泵，各個所述比例轉向閥(I)還分別包括梭閥(8)，各個所述比例轉向閥(I)的梭閥(8)的第一輸入埠(20)與該比例轉向閥(I)的比例節流閥(4)的輸出埠(14)連通；並且 各個所述梭閥(8)通過油路依次連接，其中各個所述梭閥(8)的第二輸入埠(21)依次地與相鄰的下一個梭閥的輸出埠(22)連通，並且該依次連接的所述梭閥中的第一個梭閥的輸出埠(22)與所述負載敏感變量泵的油壓反饋輸入油口(Ls)連通，最後一個梭閥的第二輸入埠(21)與所述油箱或回油油路連通。
14.比例轉向系統，其中，包括控制器以及根據權利要求10至13中任一項所述的比例轉向液壓迴路，其中所述控制器電連接於各個所述比例轉向閥(1)，以根據輸入到該控制器的輸入轉向角信號控制各個所述比例節流閥(4)的通流流量和所述換向閥的換向方向，從而通過各對所述轉向驅動缸(2)驅動對應的車橋兩端的車輪轉向。
15.根據權利要求14所述的比例轉向系統，其中，所述比例轉向系統還包括用於檢測車輛轉向操作的輸入轉向角的轉向傳感器，所述控制器電連接於該轉向傳感器以接收所述輸入轉向角信號。
16.根據權利要求14所述的比例轉向系統，其中，所述控制器在控制各個所述比例節流閥(4)的通流流量之前預先控制向各個所述比例節流閥輸入一個預設補償電流(10)，以消除或減小各個所述比例節流閥(4)的通流截止區。
17.根據權利要求14至16中任一項所述的比例轉向系統，其中，所述比例轉向系統還包括用於檢測車輪實際轉向角的轉角傳感器，所述車輛的通過所述比例轉向迴路驅動車輪轉向的各個相應車橋上分別配置有所述轉角傳感器。
18.車輛，其中，該車輛包括根據權利要求14至17中任一項所述的比例轉向系統。
19.根據權利要求18所述的車輛，其中，所述車輛為汽車起重機或全地面起重機。
全文摘要
比例轉向閥，其中，包括換向閥和比例節流閥(4)，所述換向閥至少具有進油埠(10)、回油埠(11)、第一工作埠(12)和第二工作埠(13)，所述比例節流閥的輸出埠(14)與所述進油埠(10)連通，該比例節流閥(4)的輸入埠(15)連接於內部進油油路(23)的一端。此外，本發明還提供一種包括所述比例轉向閥的比例轉向迴路、比例轉向系統以及車輛。本發明通過比例節流閥和電控換向閥分別實現流量控制功能和換向功能，從而通過組合控制實現轉向，這能夠便於加快響應速度，顯著改善轉向操作的靈敏性。本發明採用普通液壓元件，成本相對低廉，抗汙染能力強。
文檔編號B62D5/08GK102862603SQ201210370470
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者詹純新, 劉權, 李英智, 宋院歸, 李義, 張建軍, 王啟濤 申請人:中聯重科股份有限公司