《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》是長沙中聯重工科技發展股份有限公司於2010年8月26日申請的專利，該專利的公布號為CN102372022A，授權公布日為2012年3月14日，發明人是詹純新、劉權、郭堃、黎鑫溢、李英智、郭紀梅、林小珍、張建軍。
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》公開了一種多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和具有該轉向系統的多軸車輛，該電液伺服轉向系統包括：液壓轉向系統，其包括變數泵、至少安裝於在後各轉向橋上的轉向助力油缸、以及用於控制油路走向和流量調節的伺服比例閥，電子控制系統，其包括與在後各轉向橋的伺服比例閥信號連線並形成閉環控制的下位控制器，用於根據第一橋轉角和轉向模式計算在後各轉向橋的目標轉角的上位控制器。該發明優選兩級控制器的電子控制系統，使伺服比例閥和下位控制器形成一個小閉環，高頻響的下位控制器配合伺服比例閥保證了精度，而可程式邏輯控制器進行主要的計算工作並傳送給各下位控制器轉角指令。該發明結構布置簡單、安全可靠、操縱穩定性好。
2018年12月20日，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛
- 公告號：CN102372022A
- 授權日：2012年3月14日
- 申請號：2010102654295
- 申請日：2010年8月26日
- 申請人：長沙中聯重工科技發展股份有限公司
- 地址：湖南省長沙市銀盆南路361號
- 發明人：詹純新、劉權、郭堃、黎鑫溢、李英智、郭紀梅、林小珍、張建軍
- Int.Cl.：B62D5/04(2006.01)I; B62D5/06(2006.01)I
- 代理機構：北京康信智慧財產權代理有限責任公司
- 代理人：吳貴明
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
車輛轉向系統對於車輛行駛的安全性、機動性和操縱穩定性都有直接的關係。
隨著重型汽車的發展，整車負載越來越大，這就需增加車橋數量，車身也越來越長。為了減小最小轉向半徑和行駛阻力，同時減少輪胎磨損，一方面要增加轉向橋數量，另一方面要求各轉向車輪，在轉向時相互協調。
傳統多軸車輛採用的是液壓助力桿系傳動轉向系統，占用了車架布置空間，而且桿系易變形，車輛高速行駛時有可能存在擺動現象且穩定性差。截至2010年8月26日，隨著電液技術的迅速發展，在多軸車輛上採用電液控制轉向系統已有套用，但一般的電液比例電磁閥由於回響頻率的限制，使得轉向時誤差較大，尤其是動態誤差較大，這極大地影響了轉向性能和輪胎壽命。
有鑒於此，亟待開發出一種新的轉向系統，對多軸轉向系統中的各性能參數提出更高的要求，以確保車輛行駛的安全性、機動性和操縱穩定性。
發明內容
專利目的
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》目的在於提供一種多軸車輛的轉向系統，該轉向系統結構布置簡單、安全可靠、操縱穩定性好，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的另一目的在於提供一種多軸車輛的轉向控制方法。《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的目的還在於提供一種具有所述轉向系統的多軸車輛。
技術方案
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》一方面提供了一種用於多軸車輛的電液伺服轉向系統，該多軸車倆包括第一橋和在後各轉向橋，該電液伺服轉向系統包括：液壓轉向系統，其包括提供油源的變數泵、至少安裝於所述在後各轉向橋上的轉向助力油缸、在所述變數泵和轉向助力油缸之間的主油路上設定的用於控制油路走向和流量調節的伺服比例閥，電子控制系統，用於根據第一橋的轉角信號和轉向模式計算出在後各轉向橋所需的目標轉角，並且向所述在後各轉向橋的所述伺服比例閥輸出與所述目標轉角相對應的指令信號，同時根據所述在後各轉向橋反饋的轉角信號實時調節所述指令信號。
進一步地，上述液壓轉向系統還包括在主油路上設定的液控單向閥，其中，液控單向閥的液控管路上設定有電磁閥，電磁閥與電子控制系統信號連線。
進一步地，上述液壓轉向系統還包括在主油路上設定的精密濾油器。
進一步地，上述電子控制系統包括：與在後各轉向橋的伺服比例閥信號連線並形成閉環控制的下位控制器，與各下位控制器信號連線、用於根據第一橋轉角和轉向模式計算在後各轉向橋的目標轉角的上位控制器，以及用於檢測各轉向橋的轉角信號的多個角位移感測器。
進一步地，上述上位控制器還用於根據角位移感測器反饋的轉角信號進行車輛狀態顯示和/或故障報警。
進一步地，上述上位控制器為可程式邏輯控制器。
根據《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的另一方面，還提供了一種具有上述電液伺服轉向系統的多軸車輛。
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》還提供了一種多軸車輛的轉向控制方法，其包括以下步驟：檢測車輛第一橋和在後各轉向橋的轉角，並將第一橋的轉角信號傳送給上位控制器，其中，在後各轉向橋設有用於控制轉向助力油缸的伺服比例閥和用於控制伺服比例閥的下位控制器；上位控制器根據轉向模式和第一橋的轉角信號計算在後各轉向橋所需的目標轉角，並且將相應的目標轉角控制信號輸出至各下位控制器；以及各下位控制器根據上位控制器的目標轉角控制信號向相應的伺服比例閥傳送指令信號，並且根據轉向橋反饋的轉角信號實時調節指令信號。
進一步地，上述上位控制器為可程式邏輯控制器或單片機，下位控制器的回響頻率與伺服控制閥的回響頻率相適配。
進一步地，上述方法還包括將轉向橋反饋的轉角信號用於車輛狀態顯示和/或故障報警的步驟。
與一般的桿系連線和電液轉向方案相比，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的轉向系統結構布置簡化，用伺服比例閥來實現轉向控制，未加入壓差補償閥和分流閥等，用儘量少的元器件實現了高性能，使得系統相對安全可靠；採用伺服比例閥，具有回響速度快的巨大優勢，易於實現精確控制；另外，採用變數泵既滿足發動機怠速時的流量要求又相對節能。
改善效果
與一般的電子控制系統相比，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》優選採用兩級控制器的電子控制系統，伺服比例閥和下位控制器形成一個小閉環，高頻回響的下位控制器配合伺服比例閥保證了精度，上位控制器例如可程式邏輯控制器（或稱為PLC或PLC控制器）進行主要的計算工作，並將與目標轉角相對應的指令信號傳送給各下位控制器（或稱為單軸閉環控制器）。
根據《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》多軸車輛的電液伺服轉向系統，多種轉向模式可靈活運用，可操作性強，轉向模式方便擴展。
除了上面所描述的目的、特徵、和優點之外，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》具有的其它目的、特徵、和優點，將結合附圖作進一步詳細的說明。
附圖說明
圖1示出了根據《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》多軸車輛的電液伺服轉向系統的液壓轉向系統的示意圖；
圖2示出了圖1所示的液壓轉向系統的助力轉向油缸安裝於轉向橋的示意圖；
圖3示出了根據《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》多軸車輛的電液伺服轉向系統的電子控制系統的示意圖；
圖4示出了根據《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》多軸車輛電液伺服轉向系統的用於實現轉向橋轉向的控制邏輯框圖。
技術領域
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》涉及一種多軸車輛的轉向系統和轉向控制方法，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》還涉及一種具有該電液伺服轉向系統的多軸車輛。
權利要求
1.一種用於多軸車輛的電液伺服轉向系統，所述多軸車輛包括第一橋和在後各轉向橋，其特徵在於，所述電液伺服轉向系統包括：液壓轉向系統，其包括提供油源的變數泵、安裝於所述在後各轉向橋和轉向橋梯形臂的轉向節臂之間的兩轉向助力油缸、以及在所述變數泵和所述兩轉向助力油缸之間的主油路上設定的用於控制油路走向和流量調節的伺服比例閥，其中，所述兩轉向助力油缸中的一油缸的有桿腔和另一油缸無桿腔相連通，當一油缸伸出時，另一油缸回縮，以及電子控制系統，用於根據第一橋的轉角信號和轉向模式計算出在後各轉向橋所需的目標轉角，並且向所述在後各轉向橋的所述伺服比例閥輸出與所述目標轉角相對應的指令信號，同時根據所述在後各轉向橋反饋的轉角信號實時調節所述指令信號。
2.根據權利要求1所述的電液伺服轉向系統，其特徵在於，所述液壓轉向系統還包括在所述主油路上設定的液控單向閥，其中，所述液控單向閥的液控管路上設定有電磁閥，所述電磁閥與所述電子控制系統信號連線。
3.根據權利要求1所述的電液伺服轉向系統，其特徵在於，所述液壓轉向系統還包括在所述主油路上設定的精密濾油器。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的電液伺服轉向系統，其特徵在於，所述電子控制系統包括：上位控制器，下位控制器，以及用於檢測各所述轉向橋的轉角信號的多個角位移感測器，其中，所述每個在後轉向橋的伺服比例閥和一個下位控制器信號連線並形成閉環控制，所述上位控制器與各所述下位控制器信號連線、用於根據所述第一橋轉角和轉向模式計算所述在後各轉向橋的目標轉角。
5.根據權利要求4所述的電液伺服轉向系統，其特徵在於，所述上位控制器還用於根據所述角位移感測器反饋的轉角信號進行車輛狀態顯示和/或故障報警。
6.根據權利要求5所述的電液伺服轉向系統，其特徵在於，所述上位控制器為可程式邏輯控制器。
7.一種具有根據權利要求1至6中任一項所述的電液伺服轉向系統的多軸車輛。
8.一種根據權利要求7所述的多軸車輛的轉向控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：檢測車輛第一橋和在後各轉向橋的轉角，並將第一橋的轉角信號傳送給上位控制器，其中，所述在後各轉向橋設有用於控制轉向助力油缸的伺服比例閥和用於控制所述伺服比例閥的下位控制器；所述上位控制器根據轉向模式和所述第一橋的轉角信號計算所述在後各轉向橋所需的目標轉角，並且將相應的目標轉角控制信號輸出至各所述下位控制器；以及各所述下位控制器根據所述上位控制器的目標轉角控制信號向相應的伺服比例閥傳送指令信號，並且根據所述轉向橋反饋的轉角信號實時調節所述指令信號。
9.根據權利要求8所述的多軸車輛的轉向控制方法，其特徵在於，所述上位控制器為可程式邏輯控制器或單片機，所述下位控制器的回響頻率與所述伺服控制閥的回響頻率相適配。
10.根據權利要求8所述的多軸車輛的轉向控制方法，其特徵在於，還包括將所述轉向橋反饋的轉角信號用於車輛狀態顯示和/或故障報警的步驟。
實施方式
以下結合附圖對《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的實施例進行詳細說明，但是《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》多軸車輛的電液伺服轉向系統包括液壓轉向系統和電子控制系統，該液壓轉向系統在圖1和圖2中示出，電子控制系統在圖3示出。在《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》中，第一橋的轉向控制方式不受限制，可採用傳統的轉向控制方式，例如液壓助力加機械導向的方式，也可以採用《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的轉向助力油缸直接驅動轉向橋梯形臂的方式。《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》意欲使在後各轉向橋轉角快速、準確、可靠的跟蹤第一橋轉角。下面結合圖1至圖3對《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》多軸車輛的電液伺服轉向系統進行詳細說明。
如圖1和圖2所示，液壓轉向系統包括：安裝在車橋30和轉向橋梯形臂20的轉向節臂21、22之間的兩轉向助力油缸6、向兩轉向助力油缸6提供油源的變數泵4，以及控制轉向助力油缸6動作進而實現轉向的伺服比例閥5。
此外，液壓轉向系統還可以包括在兩轉向助力油缸6主油路上設定的液控單向閥10和精密濾油器8，其中，液控單向閥的控制油路上設定有電磁閥9。
兩轉向助力油缸6的一油缸的有桿腔和另一油缸無桿腔相連通，當一油缸伸出時，另一油缸回縮，以實現協同動作，採用兩個轉向助力油缸，增大了車橋轉向助力和有效降低了車輛轉向液壓壓力需求，為節能和節約布置空間提供條件。
伺服比例閥5具有流量調節功能和換向功能，可通過市購獲得，通過該伺服比例閥5的換向功能，可控制油路走向進而實現轉向助力油缸的伸出和回縮，油量調節功能可以改變向轉向助力油缸的供油量，通過調節向轉向助力油缸的供油量，可以控制轉向助力油缸的動作，進而實現對轉向橋轉向角度的精確控制。
在《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》中，電子控制系統用於根據第一橋的轉角信號和轉向模式計算出在後各轉向橋所需的目標轉角，並且向在後各轉向橋的伺服比例閥輸出與目標轉角相對應的指令信號，同時根據在後各轉向橋反饋的轉角信號實時調節該指令信號。
在這裡，轉向模式是諸如正常轉向、後橋鎖死、蟹行轉向等由用戶選擇或設定的模式。
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的電子控制系統優選採用兩級控制器，如圖3所示，其包括：與在後各轉向橋的伺服比例閥信號連線並形成單軸閉環控制的下位控制器（或稱為單軸閉環控制器）3，與各下位控制器3信號連線、用於根據第一橋的轉角信號和轉向模式計算在後各轉向橋的目標轉角的上位控制器例如可程式邏輯控制器2（或稱PLC控制器），以及在各轉向橋（包括第一橋和在後各轉向橋）上安裝的角位移感測器1，其中，各角位移感測器分別與上位控制器和相應的下位控制器信號連線，用於檢測各轉向橋的實際轉角信號。
下位控制器3還與電磁閥9信號連線，用於控制液控單向閥10。當電磁閥9得電時，切斷液控單向閥10的控制油源，鎖定轉向助力缸6；當電磁閥9失電時，液控單向閥10打開，伺服比例閥5可以控制轉向助力缸6動作。
採用兩級控制器的電子控制系統的優點是：伺服比例閥5和下位控制器3形成一個小閉環，高頻率回響的下位控制器3配合高頻率回響的伺服比例閥5，保證了動態精度和穩態精度，上位控制器2進行主要的計算工作，並傳送給各下位控制器3目標轉角指令信號。
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的多軸車輛的轉向控制方法包括以下步驟：檢測車輛第一橋和在後各轉向橋的轉角，並將第一橋的轉角信號傳送給上位控制器，其中，在後各轉向橋設有用於控制轉向助力油缸的伺服比例閥和用於控制伺服比例閥的下位控制器；上位控制器根據轉向模式和第一橋的轉角信號計算在後各轉向橋所需的目標轉角，並且將相應的目標轉角控制信號輸出至各下位控制器；以及各下位控制器根據上位控制器的目標轉角控制信號向相應的伺服比例閥傳送指令信號，並且根據轉向橋反饋的轉角信號實時調節指令信號。
下面再結合圖1至圖4對《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》電液伺服轉向系統和轉向控制方法進行說明。
參見圖4，車輛進行轉向時，轉動方向盤，通過裝在第一橋的角位移感測器1來檢測此角度信號，並將此信號傳送給上位控制器2。
上位控制器2根據用戶選擇的轉向模式和第一橋轉角信號計算每軸所需的目標轉角，再通過模擬量輸出連線埠輸出給下位控制器3。
下位控制器3接收到上位控制器2的轉角控制信號後，控制伺服比例閥5，由變數泵4提供液壓動力，進而驅動轉向助力油缸6帶動轉向橋7（即某在後轉向橋）實現轉向，同時通過角位移感測器1檢測轉向橋7的實際轉角，下位控制器3將轉角反饋信號與上位控制器2的指令信號進行比較，根據比較結果實時調節伺服比例閥5的控制信號，直到反饋信號與指令信號相等為止。
通過單軸轉角的閉環控制，可使後面各轉向橋7轉角快速、準確、可靠的跟蹤第一橋轉角。
由於在上位控制器2中轉角關係可以靈活設定，故方便實現多種轉向模式，包括正常轉向，後橋鎖死，蟹行轉向等模式。後面各轉向橋7的轉角信號既傳給下位控制器3做比較用，同時也傳遞給上位控制器2，上位控制器2根據這些角位移感測器1反饋的轉角信號進行車輛狀態顯示和/或故障報警（如圖3所示），以實現實時監控和故障判斷用。
《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的轉向系統和轉向控制方法擺脫了原來的桿系連線轉向系統中轉向拉桿變形、裝配誤差、累積誤差的不利因素。閉環控制及伺服比例閥的微控性保證了穩態精度，而伺服比例閥的回響速度也保證了動態精度。車輛行駛時發動機轉速在很大的範圍內變化，採用變數泵，保證了怠速時系統的供油量充足，又相對節能。
以上僅為《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的優選實施例而已，並不用於限制《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》，對於該領域的技術人員來說，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》可以有各種更改和變化。凡在《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》的保護範圍之內。
榮譽表彰
2018年12月20日，《多軸車輛電液伺服轉向系統、轉向控制方法和多軸車輛》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
