專利名稱：工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程車輛控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法。
技術(shù)背景
眾所周知，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正常工作，對于車輛行駛的安全性，機動性和操縱穩(wěn)定性都至關(guān)重要。
隨著重型工程車輛的發(fā)展，車身也越來越長，整車負載越來越大，車橋(也稱車軸)數(shù)量越來越多或車橋軸距也越來越大。這給車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出更高要求(1)各轉(zhuǎn)向軸之間轉(zhuǎn)向動作快慢和各轉(zhuǎn)向軸之間的轉(zhuǎn)角大小要協(xié)調(diào)；(2)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全關(guān)聯(lián)性；C3)多種場地轉(zhuǎn)向模式能靈活應(yīng)用；(4)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)高頻響應(yīng)的可靠性等等。
目前應(yīng)用于工程車輛的轉(zhuǎn)向控制方式主要有桿系連接轉(zhuǎn)向控制、電液比例轉(zhuǎn)向控制以及電液伺服轉(zhuǎn)向控制等等。這幾種轉(zhuǎn)向控制方式分別有其優(yōu)缺點，都已得到廣泛應(yīng)用。 桿系連接轉(zhuǎn)向控制可靠性高，協(xié)調(diào)性好，但桿系易變形，車輛高速行駛時有可能存在擺動現(xiàn)象且穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)向模式不夠靈活。電液控制轉(zhuǎn)向控制不存在桿系變形引起的穩(wěn)定性問題， 且轉(zhuǎn)向模式十分靈活，但是可靠性較桿系連接轉(zhuǎn)向控制低，存在延遲現(xiàn)象。其中，電液伺服轉(zhuǎn)向控制較電液比例轉(zhuǎn)向控制響應(yīng)快，精度高，協(xié)調(diào)性好一些；而電液比例轉(zhuǎn)向控制由于延遲較大，使得高速時穩(wěn)定性差。此外，電液比例轉(zhuǎn)向控制相對電液伺服轉(zhuǎn)向控制而言，控制更簡單直接，對環(huán)境要求低，更適合工程車輛使用環(huán)境；而電液伺服轉(zhuǎn)向控制更復(fù)雜，對液壓系統(tǒng)清潔度要求更高，可靠性較低。
由此可見，隨著工程車輛往超長重載多軸方向發(fā)展，前述的幾種轉(zhuǎn)向控制方式已不能單獨地適用于工程車輛中，否則會導(dǎo)致工程車輛的轉(zhuǎn)向性能不佳。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法，以提升工程車輛的轉(zhuǎn)向性能。
具體地，本發(fā)明實施例提出的一種工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括多個轉(zhuǎn)向軸、桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、傳感器、第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)以及第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。其中，上述多個轉(zhuǎn)向軸根據(jù)安裝位置依次劃分為第一轉(zhuǎn)向軸組、第二轉(zhuǎn)向軸組及第三轉(zhuǎn)向軸組，第二轉(zhuǎn)向軸組位于第一轉(zhuǎn)向軸組與第三轉(zhuǎn)向軸組之間。桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制第一轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。傳感器感測提供第一轉(zhuǎn)向軸中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號。第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)接收第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號以計算第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角，并根據(jù)計算所得的第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制第二轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，接收第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號以計算第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角，并根據(jù)計算所得的第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制第三轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。再者，第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)為電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中的一個，而第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)為電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中的另一個。
在本發(fā)明實施例中，上述第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)還接收工程車輛的車速信號，第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)計算第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角與第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)計算第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角時進一步將車速信號作為考慮因素。此外，上述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)例如還包括轉(zhuǎn)向模式控制器，根據(jù)車速信號決定是否分別使能第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
在本發(fā)明實施例中，上述桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)例如包括定量泵、方向機以及第一轉(zhuǎn)向助力油缸組，其中，第一轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸與方向機桿系連接，且方向機控制定量泵提供的液壓油驅(qū)動第一轉(zhuǎn)向助力油缸組以使第一轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。
在本發(fā)明實施例中，上述第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)例如為電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)， 其包括第一變量泵、第一控制器、第一傳感器組、電液比例閥組以及第二轉(zhuǎn)向助力油缸組， 其中，第一變量泵經(jīng)由電液比例閥組連接至第二轉(zhuǎn)向助力油缸組，第一控制器接收第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號以計算第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標角度后參考第一傳感器組感測提供的第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制電液比例閥組驅(qū)動第二轉(zhuǎn)向助力油缸組，以使第二轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。
在本發(fā)明實施例中，上述第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)例如為電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)， 其包括第二變量泵、第二控制器、第二傳感器組、伺服控制放大器組、電液伺服閥組以及第三轉(zhuǎn)向助力油缸組，其中，第二變量泵經(jīng)由電液伺服閥組連接至第三轉(zhuǎn)向助力油缸組，第二控制器接收第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號以計算第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角后參考第二傳感器組檢測提供的第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號通過伺服控制放大器組控制電液伺服閥組驅(qū)動第三轉(zhuǎn)向助力油缸組，以使第三轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。
本發(fā)明實施例提出的一種工程車輛的轉(zhuǎn)向方法，適用于包括第一轉(zhuǎn)向軸組、第二轉(zhuǎn)向軸組及第三轉(zhuǎn)向軸組的工程車輛。第二轉(zhuǎn)向軸組位于第一轉(zhuǎn)向軸組與第三轉(zhuǎn)向軸組之間。本實施例的轉(zhuǎn)向方法例如包括步驟利用第一轉(zhuǎn)向控制方式控制第一轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作；獲取第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號；利用第二轉(zhuǎn)向控制方式，根據(jù)第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號計算出第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角并根據(jù)計算所得的第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制第二轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作；以及利用第三轉(zhuǎn)向控制方式，根據(jù)第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號計算出第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角并根據(jù)計算所得的第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制第三轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。再者，第一、第二及第三轉(zhuǎn)向控制方式互不相同。
在本發(fā)明實施例中，上述第一轉(zhuǎn)向控制方式例如為桿系連接轉(zhuǎn)向控制方式，第二轉(zhuǎn)向控制方式例如為電液比例轉(zhuǎn)向控制方式與電液伺服轉(zhuǎn)向控制方式中之一，第三轉(zhuǎn)向控制方式例如為電液比例轉(zhuǎn)向控制方式與電液伺服轉(zhuǎn)向控制方式中之另一個。
在本發(fā)明實施例中，上述轉(zhuǎn)向方法例如更包括步驟獲取工程車輛的車速信號； 以及將車速信號作為計算第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角以及計算第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角的考慮因素。
在本發(fā)明實施例中，上述轉(zhuǎn)向方法例如還包括根據(jù)車速信號決定是否分別使能第二轉(zhuǎn)向控制方式與第三轉(zhuǎn)向控制方式。
在本發(fā)明實施例中，上述根據(jù)車速信號決定是否分別使能第二轉(zhuǎn)向控制方式與第三轉(zhuǎn)向控制方式的步驟例如包括當車速信號所代表的工程車輛的車速小于第一預(yù)設(shè)車速，則使能第二轉(zhuǎn)向控制方式與第三轉(zhuǎn)向控制方式；當車速信號所代表的工程車輛的車速大于第二預(yù)設(shè)車速，則禁能第二轉(zhuǎn)向控制方式與第三轉(zhuǎn)向控制方式；以及當車速信號所代表的工程車輛的車速介于第一預(yù)設(shè)車速和第二預(yù)設(shè)車速之間，則禁能第二轉(zhuǎn)向控制方式并使能第三轉(zhuǎn)向控制方式。
本發(fā)明實施例將工程車輛的多個轉(zhuǎn)向軸根據(jù)安裝位置依次劃分為第一、第二及第三轉(zhuǎn)向軸組，并根據(jù)第一至第三轉(zhuǎn)向軸組的安裝位置對應(yīng)地采用互不相同的第一、第二及第三轉(zhuǎn)向控制方式來分別控制其轉(zhuǎn)向動作。在此，第一、第二及第三轉(zhuǎn)向控制方式例如分別為桿系連接轉(zhuǎn)向控制方式、電液比例轉(zhuǎn)向控制方式及電液伺服轉(zhuǎn)向控制方式，如此，則發(fā)揮各轉(zhuǎn)向控制方式的優(yōu)勢而盡量避免或弱化各轉(zhuǎn)向控制方式的劣勢。此外，三個轉(zhuǎn)向控制方式采用獨立油泵，液壓系統(tǒng)相互獨立，可避免相互耦合影響轉(zhuǎn)向性能，提高可靠性。再者，利用車速信號計算第二轉(zhuǎn)向軸組和第三轉(zhuǎn)向軸組的目標轉(zhuǎn)角，更匹配車輛高速行駛時的瞬時轉(zhuǎn)向中心，可提高工程車輛行駛操縱穩(wěn)定性，減小輪胎磨損。再來，利用車速信號，高速時減少轉(zhuǎn)向軸組的數(shù)量，可提高車輛高速行駛操縱穩(wěn)定性。另外，第一控制器與第二控制器相對獨立，互不干擾，可靠性高；在高速行駛時轉(zhuǎn)向模式控制器逐步發(fā)出指令停止第一控制器和第二控制器工作，無須其長時間處于運行狀態(tài)，減少了電氣控制突發(fā)故障可能。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1是相關(guān)于本發(fā)明實施例的一種工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一種轉(zhuǎn)向過程狀態(tài)示意圖。
圖3是圖1所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是圖1所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖5是圖1所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖6是相關(guān)于本發(fā)明實施例的工程車輛的轉(zhuǎn)向方法的中間轉(zhuǎn)向軸組及后轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向控制流程圖。
具體實施方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法其具體實施方式
、方法、步驟及功效，詳細說明如后。
有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例詳細說明中將可清楚的呈現(xiàn)。通過具體實施方式
的說明，當可對本發(fā)明為達成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
首先說明的是，本發(fā)明實施例提出的工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法適用于包含多個轉(zhuǎn)向軸的工程車輛，以提升該工程車輛的轉(zhuǎn)向性能。因此，本發(fā)明的主要構(gòu)思之一在于將多個轉(zhuǎn)向軸按照安裝位置依次劃分成多個轉(zhuǎn)向軸組，每個轉(zhuǎn)向軸組包括一個或多個轉(zhuǎn)向軸，并使各個轉(zhuǎn)向軸組采用互不相同的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(或轉(zhuǎn)向控制方式)來實現(xiàn)其車輪的轉(zhuǎn)向動作，以此來發(fā)揮各轉(zhuǎn)向控制方式的優(yōu)勢而避免或弱化其劣勢；并且各個轉(zhuǎn)向軸組之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系利用角度信號關(guān)聯(lián)起來，具有很好的靈活性，可以輕松實現(xiàn)多種轉(zhuǎn)向模式。為方便說明，以下實施例僅以包含九個轉(zhuǎn)向軸的工程車輛為例對本發(fā)明實施例提出的工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法進行詳細描述，但本發(fā)明并不以此為限。
請參閱圖1，本發(fā)明實施例提出的工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)10包括第一至第九轉(zhuǎn)向軸、桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、角位移傳感器110、電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、以及轉(zhuǎn)向模式控制器181。其中，第一至第九轉(zhuǎn)向軸根據(jù)其在車架(未繪出)上的安裝位置依次劃分為前轉(zhuǎn)向軸組、中間轉(zhuǎn)向軸組以及后轉(zhuǎn)向軸組。
請一并參閱圖1及圖3，桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)為一種液壓助力式桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)前轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向動作，也即其上車輪的轉(zhuǎn)向，其包括方向機101、定量泵103、溢流閥105、油箱107以及安裝在前轉(zhuǎn)向軸組中的第一至第三轉(zhuǎn)向軸上的多個轉(zhuǎn)向助力油缸161，該些轉(zhuǎn)向助力油缸161構(gòu)成前轉(zhuǎn)向助力油缸組，且方向機101與前轉(zhuǎn)向軸組中的第一至第三轉(zhuǎn)向軸經(jīng)由桿系(未示出)連接。本實施例中，第一至第三轉(zhuǎn)向軸中的每一個對應(yīng)安裝有一對轉(zhuǎn)向助力油缸161，并且圖1中僅示意出第一轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向助力油缸161。定量泵103連接在油箱107與方向機101的進油口之間，方向機101的回油口連接至油箱107，且方向機101的進油口與回油口之間連接有溢流閥105。方向機101還與安裝在前轉(zhuǎn)向軸組中第一至第三轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向助力油缸161分別相連接，以致于駕駛員操縱方向機101上的方向盤可以控制定量泵103提供的液壓油來驅(qū)動各個轉(zhuǎn)向助力油缸161動作以實現(xiàn)前轉(zhuǎn)向軸組上車輪的轉(zhuǎn)向，并由桿系保證第一至第三轉(zhuǎn)向軸之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系。
請再參閱圖1，角位移傳感器110安裝在前轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸上，例如第一轉(zhuǎn)向軸上，以實時采集第一轉(zhuǎn)向軸(指定轉(zhuǎn)向軸)上車輪的角位移并輸出第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號。需要說明的是，也可將第二轉(zhuǎn)向軸或第三轉(zhuǎn)向軸作為指定轉(zhuǎn)向軸。
請一并參閱圖1及圖4，電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)中間轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向動作，也即其上車輪的轉(zhuǎn)向，其包括第一控制器121、變量泵123、多個電液比例閥125、油箱 127、角位移傳感器130a，130b，130c、以及安裝在中間轉(zhuǎn)向軸組中的第四至第六轉(zhuǎn)向軸上的多個轉(zhuǎn)向助力油缸164 ；在此，多個電液比例閥125構(gòu)成一電液比例閥組，角位移傳感器 130a，130b，130c構(gòu)成一傳感器組，該些轉(zhuǎn)向助力油缸164構(gòu)成中間轉(zhuǎn)向助力油缸組。本實施例中，第四至第六轉(zhuǎn)向軸中的每一個對應(yīng)安裝有一對轉(zhuǎn)向助力油缸164并配置一個電液比例閥125，并且圖1中僅示意出第四轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向助力油缸164以及一個電液比例閥 125。變量泵123與油箱127相連接以向各個電液比例閥125的進油口提供液壓油，且各個電液比例閥125的回油口與油箱127相連接。角位移傳感器130a，130b, 130c分別安裝在中間轉(zhuǎn)向軸組中的第四至第六轉(zhuǎn)向軸上，以實時采集各個轉(zhuǎn)向軸上車輪的角位移并提供第四至第六轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號。第一控制器121與角位移傳感器110及角位移傳感器130a，130b, 130c (圖1中僅示意出第一控制器121電連接至角位移傳感器130a)電連接，以接收第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號及第四至第六轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號；此外，第一控制器121還接收車速信號。各個電液比例閥125接受第一控制器121發(fā)出的控制器指令以利用變量泵123提供的液壓油驅(qū)動各個轉(zhuǎn)向助力油缸164動作以實現(xiàn)中間轉(zhuǎn)向軸組上車輪的轉(zhuǎn)向。
請一并參閱圖1及圖5，電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)后轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向動作， 也即其上車輪的轉(zhuǎn)向，其包括第二控制器141、變量泵143、多個電液伺服閥145、多個伺服控制放大器146、油箱147、角位移傳感器150a，150b，150c、以及安裝在后轉(zhuǎn)向軸組中的第七至第九轉(zhuǎn)向軸上的多個轉(zhuǎn)向助力油缸169;在此，多個電液伺服閥145構(gòu)成一電液伺服閥組，多個伺服控制放大器146構(gòu)成一伺服控制放大器組并可設(shè)置在同一伺服控制放大板上，角位移傳感器150a，150b，150c構(gòu)成一傳感器組，該些轉(zhuǎn)向助力油缸169構(gòu)成后轉(zhuǎn)向助力油缸組。本實施例中，第七至第九轉(zhuǎn)向軸中的每一個對應(yīng)安裝有一對轉(zhuǎn)向助力油缸169 并配置一個電液伺服閥145及一個伺服控制放大器146，并且圖1中僅示意出第九轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向助力油缸169以及一個電液伺服閥145及一個伺服控制放大器146。變量泵143與油箱147相連接以向各個電液伺服閥145的進油口提供液壓油，且各個電液伺服閥145的回油口與油箱147相連接。角位移傳感器150a，150b，150c分別安裝在后轉(zhuǎn)向軸組中的第七至第九轉(zhuǎn)向軸上，以實時采集各個轉(zhuǎn)向軸上車輪的角位移并提供第七至第九轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號。第二控制器141與角位移傳感器110及角位移傳感器150a，150b, 150c (圖1中僅示意出第二控制器141電連接至角位移傳感器150c)電連接，以接收第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號及第七至第九轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號；此外，第二控制器141還接收車速信號。各個電液伺服閥145 通過各自的伺服控制放大器146接受第二控制器141的控制以利用變量泵143提供的液壓油驅(qū)動各個轉(zhuǎn)向助力油缸169動作以實現(xiàn)后轉(zhuǎn)向軸組上車輪的轉(zhuǎn)向。
此外，本發(fā)明實施例中各個轉(zhuǎn)向軸組之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系是利用角度信號關(guān)聯(lián)起來。 圖2中示出第一至第九轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角(也即各個轉(zhuǎn)向軸上車輪的目標轉(zhuǎn)角)β工 β9、 以及第一轉(zhuǎn)向軸及第四至第九轉(zhuǎn)向軸分別到瞬時轉(zhuǎn)向中心0的距離L及L4 L9。具體地， 各轉(zhuǎn)向軸之間的目標轉(zhuǎn)角例如滿足如下關(guān)系式(1)八L. χ tan βλ
β = arctan—-— ,Li = fLi(v), L = fL(v)...........(I)L
式中，I為各轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角山為各轉(zhuǎn)向軸到瞬時轉(zhuǎn)向中心0的距離，L為第一轉(zhuǎn)向軸(也即前轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸)到瞬時轉(zhuǎn)向中心0的距離，^為第一轉(zhuǎn)向軸 (也即前轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸)的當前轉(zhuǎn)角，ν為車速，其中fu (ν) ^P fL(v)為與車速 ν相關(guān)的函數(shù)。
下面將結(jié)合圖1、2及圖6詳細描述應(yīng)用于圖1所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)10的轉(zhuǎn)向方法中的中間轉(zhuǎn)向軸組及后轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向控制過程。
如圖6所示，在前轉(zhuǎn)向軸組經(jīng)由桿系連接轉(zhuǎn)向控制方式進行轉(zhuǎn)向過程中，角位移傳感器110實時輸出前轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號，例如第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號。 該第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號連同轉(zhuǎn)向過程中的車速信號一并提供給第一控制器121及第二控制器141 ；并且車速信號還會提供給轉(zhuǎn)向模式控制器181，由轉(zhuǎn)向模式控制器181根據(jù)車速信號決定是否使能第一控制器121與第二控制器141，以借此決定是否對中間轉(zhuǎn)向軸組及后轉(zhuǎn)向軸組分別執(zhí)行電液比例轉(zhuǎn)向控制及電液伺服轉(zhuǎn)向控制。
當?shù)谝豢刂破?21被使能后，第一控制器121接收角位移傳感器130a，130b, 130c實時提供的中間轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號，并根據(jù)第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號及車速信號依據(jù)前述關(guān)系式(1)計算出中間轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角β4 β6，再參考中間轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號后發(fā)送控制器指令給各個電液比例閥125。各個電液比例閥125接受控制器指令的控制，分別控制進入各個轉(zhuǎn)向助力油缸164的油量進而實現(xiàn)中間轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸上車輪的轉(zhuǎn)向，直到中間轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號達到目標值。
當?shù)诙刂破?41被使能后，第二控制器141接收角位移傳感器150a，150b, 150c 實時提供的后轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號，并根據(jù)第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角信號及車速信號依據(jù)前述關(guān)系式(1)計算出后轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角β7 β 9，再參考后轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號后發(fā)送控制器指令給各個伺服控制放大器146。各個伺服控制放大器146接受控制器指令的控制，分別控制各個電液伺服閥145的閥芯動作；再由各個電液伺服閥145分別控制進入各個轉(zhuǎn)向助力油缸169的油量進而實現(xiàn)后轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸上車輪的轉(zhuǎn)向，直到后轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號達到目標值。
此外，對于轉(zhuǎn)向模式控制器181如何根據(jù)車速信號決定是否使能第一控制器121 與第二控制器141，可采用如下技術(shù)方案當車速信號所代表的車速小于第一預(yù)設(shè)值例如 30km/h，則使能第一控制器121與第二控制器141，如此中間轉(zhuǎn)向軸組與后轉(zhuǎn)向軸組皆參與轉(zhuǎn)向；當車速信號所代表的車速大于第二預(yù)設(shè)值例如50km/h，則禁能第一控制器121與第二控制器141，如此中間轉(zhuǎn)向軸組與后轉(zhuǎn)向軸組皆不參與轉(zhuǎn)向；而當車速信號所代表的車速介于第一預(yù)設(shè)值和第二預(yù)設(shè)值之間，則禁能第一控制器121但使能第二控制器141，如此中間轉(zhuǎn)向軸組不參與轉(zhuǎn)向而保持直行狀態(tài)，后轉(zhuǎn)向軸組仍參與轉(zhuǎn)向。
在本發(fā)明上述實施例中，桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)前轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向，可充分發(fā)揮其可靠性的優(yōu)勢，由駕駛員直接操縱方向盤，進而由方向機101控制轉(zhuǎn)向，無轉(zhuǎn)向延時，協(xié)調(diào)性好，使得駕駛員操作感好。中間轉(zhuǎn)向軸組由于正常轉(zhuǎn)向時在瞬時轉(zhuǎn)向中心0附近，其轉(zhuǎn)向角度較小，因此其轉(zhuǎn)向延時造成的動態(tài)角度誤差并不明顯，且有后轉(zhuǎn)向軸組的存在，其協(xié)調(diào)性不至于對整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)造成很大影響，另外隨著車速增高，可優(yōu)先關(guān)閉中間轉(zhuǎn)向軸組轉(zhuǎn)向，其高速穩(wěn)定性差的缺點得以避免，因此，中間轉(zhuǎn)向軸組采用電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)比較合適。另外，后轉(zhuǎn)向軸組正常轉(zhuǎn)向時角度較大，如果所采用的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)響應(yīng)慢，則造成較大的動態(tài)誤差，使得前后轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向角度明顯不協(xié)調(diào)，對車輛的安全性造成較大影響，而且由于絕對誤差較大會使得輪胎磨損嚴重；因此后轉(zhuǎn)向軸組轉(zhuǎn)向?qū)憫?yīng)速度要求更高，而采用電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，能夠控制較小的穩(wěn)態(tài)誤差和動態(tài)誤差，滿足轉(zhuǎn)向需求，而且限制電液伺服控制轉(zhuǎn)向軸數(shù)量，其可靠性差的劣勢得到弱化。然而，在此需要說明的是，前述桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)僅為前轉(zhuǎn)向軸組、中間轉(zhuǎn)向軸組及后轉(zhuǎn)向軸組所采用的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的舉例，并非用來限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際設(shè)計需要對各個轉(zhuǎn)向軸組的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)進行適當替換或者重新組合。
此外，在本發(fā)明上述實施例中，為取得車輛高速行駛操縱穩(wěn)定性和減小輪胎磨損， 將車速信號引入轉(zhuǎn)向控制。車速越高，車輛的瞬時轉(zhuǎn)向中心0將后移，這樣中間轉(zhuǎn)向軸組及后轉(zhuǎn)向軸組的目標轉(zhuǎn)角將與車速有關(guān)。將車速加入計算，對車輛高速行駛操縱穩(wěn)定性有益， 并減小輪胎磨損。另外車速越高，減少轉(zhuǎn)向軸的數(shù)量，對車輛高速穩(wěn)定性有益。當然，可以理解的是，車速信號的引入與否可依設(shè)計者的需要而定。
另外，本發(fā)明上述實施例以角位移傳感器作為舉例來實時提供各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，任何可以感測轉(zhuǎn)向軸上車輪的角度變化的傳感器皆應(yīng)可用于此。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括多個轉(zhuǎn)向軸，其特征在于，該多個轉(zhuǎn)向軸根據(jù)安裝位置依次劃分為第一轉(zhuǎn)向軸組、第二轉(zhuǎn)向軸組及第三轉(zhuǎn)向軸組，該第二轉(zhuǎn)向軸組位于該第一轉(zhuǎn)向軸組與該第三轉(zhuǎn)向軸組之間，該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，控制該第一轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作；傳感器，提供該第一轉(zhuǎn)向軸組中的一指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號；第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，接收該指定轉(zhuǎn)向軸的該轉(zhuǎn)角信號以計算該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角，并根據(jù)該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制該第二轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作；以及第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，接收該指定轉(zhuǎn)向軸的該轉(zhuǎn)角信號以計算該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角，并根據(jù)該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制該第三轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作；其中該第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)為電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中的一個，且該第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)為該電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與該電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中的另一個。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，該第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與該第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)還進一步接收該工程車輛的車速信號；該第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)計算該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角與該第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)計算該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角時進一步將該車速信號作為考慮因素。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，還包括轉(zhuǎn)向模式控制器，該轉(zhuǎn)向模式控制器根據(jù)該車速信號決定是否分別使能該第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與該第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，還包括轉(zhuǎn)向模式控制器，該轉(zhuǎn)向模式控制器根據(jù)該工程車輛的車速信號決定是否分別使能該第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與該第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，該桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括定量泵、方向機以及第一轉(zhuǎn)向助力油缸組，該第一轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸與該方向機桿系連接， 該方向機控制該定量泵提供的液壓油驅(qū)動該第一轉(zhuǎn)向助力油缸組，以使該第一轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，該第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)為該電液比例轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其包括第一變量泵、第一控制器、第一傳感器組、電液比例閥組以及第二轉(zhuǎn)向助力油缸組，該第一變量泵經(jīng)由該電液比例閥組連接至該第二轉(zhuǎn)向助力油缸組，該第一控制器接收該第一轉(zhuǎn)向軸組中的該指定轉(zhuǎn)向軸的該轉(zhuǎn)角信號以計算該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角后參考該第一傳感器組實時提供的該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制該電液比例閥組驅(qū)動該第二轉(zhuǎn)向助力油缸組，以使該第二轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，該第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)為該電液伺服轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其包括第二變量泵、第二控制器、第二傳感器組、伺服控制放大器組、電液伺服閥組以及第三轉(zhuǎn)向助力油缸組，該第二變量泵經(jīng)由該電液伺服閥組連接至該第三轉(zhuǎn)向助力油缸組，該第二控制器接收該第一轉(zhuǎn)向軸組中的該指定轉(zhuǎn)向軸的該轉(zhuǎn)角信號以計算該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角后參考該第二傳感器組實時提供的該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號通過該伺服控制放大器組控制該電液伺服閥組驅(qū)動該第三轉(zhuǎn)向助力油缸組，以使該第三轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作。
8.—種工程車輛的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于，該工程車輛包括第一轉(zhuǎn)向軸組、第二轉(zhuǎn)向軸組及第三轉(zhuǎn)向軸組，該第二轉(zhuǎn)向軸組位于該第一轉(zhuǎn)向軸組與該第三轉(zhuǎn)向軸組之間，該轉(zhuǎn)向方法包括步驟利用第一轉(zhuǎn)向控制方式控制第一轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作；獲取該第一轉(zhuǎn)向軸組中的一指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號；利用第二轉(zhuǎn)向控制方式，根據(jù)該指定轉(zhuǎn)向軸的該轉(zhuǎn)角信號計算出該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角并根據(jù)該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制該第二轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作；以及利用第三轉(zhuǎn)向控制方式，根據(jù)該指定轉(zhuǎn)向軸的該轉(zhuǎn)角信號計算出該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角并根據(jù)該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角參考該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制該第三轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向動作，該第一至第三轉(zhuǎn)向控制方式互不相同。
9.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于，該第一轉(zhuǎn)向控制方式為桿系連接轉(zhuǎn)向控制方式，該第二轉(zhuǎn)向控制方式為電液比例轉(zhuǎn)向控制方式與電液伺服轉(zhuǎn)向控制方式中的一個，該第三轉(zhuǎn)向控制方式為該電液比例轉(zhuǎn)向控制方式與該電液伺服轉(zhuǎn)向控制方式中的另一個。
10.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于，該第二轉(zhuǎn)向控制方式為該電液比例轉(zhuǎn)向控制方式，該第三轉(zhuǎn)向控制方式為該電液伺服轉(zhuǎn)向控制方式。
11.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于，更包括步驟獲取該工程車輛的車速信號；以及將該車速信號作為計算該第二轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角以及計算該第三轉(zhuǎn)向軸組中各個轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角的考慮因素。
12.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于，更包括步驟根據(jù)該車速信號決定是否分別使能該第二轉(zhuǎn)向控制方式與該第三轉(zhuǎn)向控制方式。
13.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于，根據(jù)該車速信號決定是否分別使能該第二轉(zhuǎn)向控制方式與該第三轉(zhuǎn)向控制方式的步驟包括當該車速信號所代表的該工程車輛的車速小于第一預(yù)設(shè)車速，則使能該第二轉(zhuǎn)向控制方式與該第三轉(zhuǎn)向控制方式；當該車速信號所代表的該工程車輛的車速大于第二預(yù)設(shè)車速，則禁能該第二轉(zhuǎn)向控制方式與該第三轉(zhuǎn)向控制方式，該第二預(yù)設(shè)車速大于該第一預(yù)設(shè)車速；以及當該車速信號所代表的該工程車輛的車速介于該第一預(yù)設(shè)車速和該第二預(yù)設(shè)車速之間，則禁能該第二轉(zhuǎn)向控制方式并使能該第三轉(zhuǎn)向控制方式。
14.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)向方法，其特征在于，更包括步驟獲取該工程車輛的車速信號；以及根據(jù)該車速信號決定是否分別使能該第二轉(zhuǎn)向控制方式與該第三轉(zhuǎn)向控制方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向方法，其中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括第一至第三轉(zhuǎn)向軸組、桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。桿系連接轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制第一轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向。第一電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)接收第一轉(zhuǎn)向軸組中的指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號以計算第二轉(zhuǎn)向軸組中各轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角并參考第二轉(zhuǎn)向軸組中各轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制第二轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向。第二電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)接收該指定轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號以計算第三轉(zhuǎn)向軸組中各轉(zhuǎn)向軸的目標轉(zhuǎn)角并參考第三轉(zhuǎn)向軸組中各轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角信號控制第三轉(zhuǎn)向軸組進行轉(zhuǎn)向。本發(fā)明可發(fā)揮各轉(zhuǎn)向控制方式的優(yōu)勢而避免或弱化其劣勢，因此可提升整個工程車輛的轉(zhuǎn)向性能。
文檔編號B62D5/04GK102490781SQ201110390979
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者劉權(quán), 張建軍, 李義, 李英智, 王啟濤, 詹純新, 郭堃 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司