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CN110803217A - 一种自卸车液压动力转向系统 - Google Patents

一种自卸车液压动力转向系统 Download PDF

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CN110803217A
CN110803217A CN201911026015.4A CN201911026015A CN110803217A CN 110803217 A CN110803217 A CN 110803217A CN 201911026015 A CN201911026015 A CN 201911026015A CN 110803217 A CN110803217 A CN 110803217A
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CN
China
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steering
wheel
hydraulic
power cylinder
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911026015.4A
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English (en)
Inventor
王卓周
林羽
罗朋
黄俊阁
郭骏
来艳
胡潇睿
左曙光
田振华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Electrical Locomotive Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Electrical Locomotive Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Electrical Locomotive Co Ltd filed Critical Guangzhou Electrical Locomotive Co Ltd
Priority to CN201911026015.4A priority Critical patent/CN110803217A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/10—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of power unit
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Abstract

一种自卸车液压动力转向系统，包括用于控制左车轮转角的左转向动力缸和用于控制右车轮转角的右转向动力缸；转向系统的控制方法包括以下步骤：(1)方向盘转角传感器采集方向盘的转角信号；(2)计算不同方向盘转角下满足阿克曼转向几何关系的左、右车轮的转角；(3)通过转向机构杆件间的运动学关系计算出左、右转向动力缸中活塞杆的位移；(4)根据转向动力缸和活塞杆的横截面积，确定转向液压系统需要输出到左、右转向动力缸中的液压油流量。取消了转向横拉杆，前悬架间车架之下不再有阻挡，提高了车辆的通过性。

Description

一种自卸车液压动力转向系统
技术领域
本发明涉及转向系统，尤其是一种自卸车液压动力转向系统。
背景技术
现有的自卸车液压动力转向系统结构包含左(右)转向助力缸、左(右)转向节、左(右)转向节臂、转向横拉杆等部件。右转时，高压油进入左转向油缸的无杆腔，右转向油缸的有杆腔；左转时，高压油进入左转向油缸的有杆腔，右转向油缸的无杆腔，转向油缸在高压油的推动下，使车轮转向。直线行驶时，转向油缸两腔油压相等。
两侧的转向节臂、转向横拉杆和车架构成了四连杆机构，使车辆转向时左、右车轮的转角满足阿克曼转向几何的要求，即转向时内、外侧车轮绕同一个瞬时转动中心旋转。同时，左、右两侧转向油缸采用双缸交叉的方式连接，如图2所示。当车辆转向时，转向液压油进入其中一条转向油路，推动转向活塞运动。两个油腔之间的油量通过油路中压强平衡自动分配。
现有转向系统存在以下缺陷：
(1)现有的转向机构为整体式转向，一般适用于非独立前悬架。而自卸车由于采用独立式前悬架，转向横拉杆的存在，会使得一侧转向轮的跳动影响到另一侧转向轮；
(2)转向横拉杆的位置处于前悬架间、车架之下，降低了车辆的最小离地间隙，影响车辆的通过性；
(3)转向横拉杆增大了车辆的簧下质量，影响整车的平顺性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自卸车液压动力转向系统，解决原有的液压动力转向系统由于转向横拉杆而带来的诸多问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自卸车液压动力转向系统，包括用于控制左车轮转角的左转向动力缸和用于控制右车轮转角的右转向动力缸；转向系统的控制方法包括以下步骤：
(1)方向盘转角传感器采集方向盘的转角信号；
(2)计算不同方向盘转角下满足阿克曼转向几何关系的左、右车轮的转角；
(3)通过转向机构杆件间的运动学关系计算出左、右转向动力缸中活塞杆的位移；
(4)根据转向动力缸和活塞杆的横截面积，确定转向液压系统需要输出到左、右转向动力缸中的液压油流量。
作为改进，在控制过程中，通过车轮转角传感器不断检测左右车轮的转角，由左、右转向动力缸中的液压油的增减来控制修正左、右车轮转角间的关系，以满足转向需求。
作为改进，所述步骤(4)中，输出的液压油经由流量放大器放大后，进入对应的转向动力缸。
作为改进，所述转向机构杆件包括转向动力缸、转向节臂和主销，输入到转向动力缸中的液压油推动活塞杆运动，并通过活塞杆推动转向节臂绕主销转动，从而带动车轮的偏转。
作为改进，活塞将转向动力缸分为有杆腔和无杆腔两个腔体；左、右两个转向动力缸共四个腔体，分别连接液压系统的四条管路。
作为改进，输出到左、右转向动力缸的油液体积Vl、Vr关系如下：
Figure BDA0002248639640000031
Figure BDA0002248639640000032
D为活塞直径，d为杆直径。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
1、用流量控制取代转向梯形机构，简化了系统的机械机构，减轻了簧下质量，有助于改善车辆的平顺性；
2、取消了转向横拉杆，前悬架间车架之下不再有阻挡，提高了车辆的通过性；
3、左右车轮之间不再有机械连接，避免了两侧车轮之间的运动耦合。
附图说明
图1为本发明转向机构示意图，
图2为液压动力转向原理框图。
图3为转向机构连接示意图。
图4为右转时左侧(外轮)车轮轨迹图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种自卸车液压动力转向系统，包括左转向机构和右转向机构，所述左转向机构包括左转向动力缸1、左主销2和左转向节臂3；所述右转向机构包括右转向动力缸4、右主销5和右转向节臂6。转向器根据方向盘转角位置，通过控制阀门的开启时间，输出相应体积的液压油，经由流量放大器放大后，进入对应的转向动力缸；输入到转向动力缸中的液压油推动活塞运动，并通过转向活塞杆推动转向节臂绕主销转动，从而带动车轮的偏转，实现整车的转向。
如图3所示，转向液压系统与转向动力缸的连接，活塞将转向动力缸分为有杆腔和无杆腔两个腔体，左、右两个转向动力缸共四个腔体，分别连接液压系统的四条管路为1-4。以车辆右转为例，左侧转向活塞杆应向外伸出，右侧转向活塞杆向内收缩，因此液压油应流入左侧无杆腔和右侧有杆腔，即高压油经油路2、4流入，左侧有杆腔和右侧无杆腔中的液压油分别经由1和3流出。为了使左右车轮的转角符合阿克曼转向几何的要求，需要精确控制流入左、右转向动力缸的油量。
为满足阿克曼转向几何关系，左、右车轮需满足的一定运动关系，以车辆右转时为例：左侧为外侧车轮，右侧为内侧车轮。如图4所示，左侧车轮轨迹(实线表示初始位置，虚线表示转向后车轮、转向节、转向动力缸的位置)：
由杆件的几何尺寸、运动关系及阿克曼转向几何的要求可得：
Figure BDA0002248639640000041
Figure BDA0002248639640000042
Figure BDA0002248639640000043
式中：a为外侧车轮转角；β为内侧车轮转角；a为主销中心点与转向活塞杆连接点之间的距离，其值为531.265mm；l为主销中心点到转向缸安装点间的距离，其值为1511.76mm；l1转向动力缸和活塞杆安装原长，其值为1522.6mm，l2为转向过程中动力缸和活塞杆杆总长；θ为初始角度，其值为81.08°，Δl为活塞杆伸长/缩短量；B为左、右主销之间的距离，其值为3554mm，L为轴距，其值为5300mm。
设定条件：方向盘转角为0度时，车轮转角为0度；方向盘转770度时，内外侧车轮达到最大转角。由整车结构尺寸及最小转弯半径分析可知，其值分别为：38.05度，27.17度。此时对应的内外侧转向油缸位移为：
Figure BDA0002248639640000051
Figure BDA0002248639640000052
用二次函数来拟合方向盘转角与油缸位移之间的关系，拟合条件：在不同活塞杆位移下左右轮转角满足梯形关系决定的转角关系。
左侧：
Figure BDA0002248639640000053
右侧：
Figure BDA0002248639640000054
车轮转角对应的转向活塞杆伸长/缩短量确定的方向盘转角对应的输出到左、右转向机构的油液体积Vl、Vr关系如下(假设右转)：
Figure BDA0002248639640000055
Figure BDA0002248639640000056
式中:D为活塞直径，其值为127mm，d为杆直径，其值为63.5mm。
如图2所示，转向系统的控制方法包括以下步骤：
(1)方向盘转角传感器采集方向盘的转角信号；
(2)计算不同方向盘转角下满足阿克曼转向几何关系的左、右车轮的转角；
(3)通过转向机构杆件间的运动学关系计算出左、右转向动力缸中活塞杆的位移；
(4)根据转向动力缸和活塞杆的横截面积，确定转向液压系统需要输出到左、右转向动力缸中的液压油流量；
(5)在控制过程中，通过车轮转角传感器不断检测左右车轮的转角，由左、右转向动力缸中的液压油的增减来控制修正左、右车轮转角间的关系，以满足转向需求。

Claims (6)

1.一种自卸车液压动力转向系统，其特征在于：包括用于控制左车轮转角的左转向动力缸和用于控制右车轮转角的右转向动力缸；转向系统的控制方法包括以下步骤：
(1)方向盘转角传感器采集方向盘的转角信号；
(2)计算不同方向盘转角下满足阿克曼转向几何关系的左、右车轮的转角；
(3)通过转向机构杆件间的运动学关系计算出左、右转向动力缸中活塞杆的位移；
(4)根据转向动力缸和活塞杆的横截面积，确定转向液压系统需要输出到左、右转向动力缸中的液压油流量。
2.根据权利要求1所述的一种自卸车液压动力转向系统，其特征在于：在控制过程中，通过车轮转角传感器不断检测左右车轮的转角，由左、右转向动力缸中的液压油的增减来控制修正左、右车轮转角间的关系，以满足转向需求。
3.根据权利要求1所述的一种自卸车液压动力转向系统，其特征在于：所述步骤(4)中，输出的液压油经由流量放大器放大后，进入对应的转向动力缸。
4.根据权利要求1所述的一种自卸车液压动力转向系统，其特征在于：所述转向机构杆件包括转向动力缸、转向节臂和主销，输入到转向动力缸中的液压油推动活塞运动，并通过活塞杆推动转向节臂绕主销转动，从而带动车轮的偏转。
5.根据权利要求1所述的一种自卸车液压动力转向系统，其特征在于：活塞将转向动力缸分为有杆腔和无杆腔两个腔体；左、右两个转向动力缸共四个腔体，分别连接液压系统的四条管路。
6.根据权利要求1所述的一种自卸车液压动力转向系统，其特征在于：输出到左、右转向动力缸的油液体积Vl、Vr关系如下：
Figure FDA0002248639630000021
Figure FDA0002248639630000022
D为活塞直径，d为杆直径。
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