一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种车轮转角测量装置，尤其是涉及一种用于断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，以及车轮转角的测量方法。

背景技术：

对于重型特种车底盘而言，因具有大吨位、多轴数、高越野性的特点，其转向系统一般采用多轴转向技术。近年来，随着重型特种车底盘高机动性的发展趋势，为保证底盘操纵稳定性与行驶安全性，越来越多的底盘采用多轴电控分组转向方案。多轴电控分组转向系统通常以前桥组车轮转角作为控制参考量，以后桥组车轮转角作为控制反馈量，对后桥组车轮转角进行闭环控制。车轮转角实时测量是多轴分组电控转向技术的关键。由于重型特种车底盘具有高越野性的特点，车轮跳动量较大，主要采用断开式梯形转向传动机构，其车轮与转向节的运动耦合了跳动与转向，难以对转向运动进行独立测量，这给直接测量车轮转角带来了困难。目前本领域通过拉杆与摆臂组合测量车轮转角的技术方案，不仅结构复杂、刚度差，且难于将车轮跳动量完全消除，致使测量精度较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置及测量方法，所述车轮转角测量装置具有结构简单、使用方便、测量精确的优点，所述测量方法具有实时性强、可靠性高的优点。

为解决现有技术中通过拉杆与摆臂组合测量车轮转角存在的结构复杂、刚度差、测量精度差的问题，本发明提供了一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，包括转角传感器、连接套筒和止动块，所述连接套筒的一端与转角传感器的外壳固定连接，且使转角传感器的中心轴处于连接套筒中，所述止动块通过销柱固定于转角传感器的中心轴上；安装使用时，让所述连接套筒的另一端与转向系统的摆臂固定连接，且使止动块卡扣在摆臂立轴沿其轴线开设的止动孔中。

进一步的，本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，其中，所述转角传感器为光电编码器。

进一步的，本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，其中，所述连接套筒与转角传感器外壳的固定连接方式为栓接、铆接或焊接。

进一步的，本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，其中，所述连接套筒与转角传感器外壳的固定连接方式为栓接。

进一步的，本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，其中，所述连接套筒与转向系统摆臂的固定连接方式为栓接、铆接或焊接。

进一步的，本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，其中，所述连接套筒与转向系统摆臂的固定连接方式为栓接。

进一步的，本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置，其中，所述止动块和止动孔采用相互配合的矩形、三角形、梯形、菱形或椭圆形。

本发明还提供了一种对断开式梯形转向系统的车轮转角进行测量的方法，包括以下步骤：

一、通过连接套筒将转角传感器的外壳与转向系统的左摆臂固定连接，并使转角传感器中心轴上的止动块卡扣在左摆臂立轴沿其轴线开设的止动孔中；

二、通过转角传感器实时测量左摆臂的转角；

三、根据左摆臂、左边拉杆、左梯形臂、左转向节的运动传递关系，以及实时测得的左摆臂的转角，采用空间机构法实时计算左车轮的转角；

四、根据左摆臂、横拉杆、右摆臂、右边拉杆、右梯形臂、右转向节的运动传递关系，以及实时测得的左摆臂的转角，采用空间机构法实时计算右车轮的转角。

本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置及测量方法与现有技术相比，具有以下优点：车轮转角测量装置通过设置转角传感器、连接套筒和止动块，让连接套筒的一端与转角传感器的外壳固定连接，且使转角传感器的中心轴处于连接套筒中，让止动块通过销柱固定于转角传感器的中心轴上。安装使用时，让连接套筒的另一端与转向系统的摆臂固定连接，且使止动块卡扣在摆臂立轴沿其轴线开设的止动孔中。通过以上结构设置就构成了一种结构简单、使用方便、测量精确的断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置。在实际应用中，本发明通过让转角传感器的壳体通过连接套筒与摆臂固定连接，而让转角传感器中心轴上的止动块卡扣在摆臂立轴沿轴线开设的止动孔中，在摆臂绕摆臂立轴转动的过程中就会带动转角传感器的壳体绕其中心轴转动，从而实现实时测量摆臂转角的目的。车轮转向节和车轮的转向运动源于边拉杆对与其固定连接的转向梯形臂的拉动，而边拉杆的运动源于摆臂绕摆臂立轴的转动。由于摆臂立轴是通过摆臂立轴支座固定在车架上的，使摆臂与车架之间仅有传动转向的旋转运动，不存在他耦合运动，又由于摆臂绕摆臂立轴的转动与转向节和车轮的转向运动具有一一对应关系，通过测量的摆臂转角，采用空间机构法即可实时计算出车轮转角。本发明通过将摆臂转角作为直接测量量，具有测量简便、可靠性高的特点，且可完全消除悬架运动的影响，提高了测量的精确度。所述测量方法具有实时性强、可靠性高的优点。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置的立体图

图2为本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置的平视图；

图3为本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置的俯视图；

图4为图2中的a-a向视图；

图5为本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置与断开式转向梯形系统的连接关系示意图；

图6为本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置与左摆臂及左摆臂立轴的连接关系示意图；

图7为本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置与左摆臂及左摆臂立轴的连接关系剖视图；

图8为左摆臂转角与左车轮转角的转换关系曲线图；

图9为左摆臂转角与右车轮转角的转换关系曲线图。

具体实施方式

如图1至图4所示本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置的具体实施方式，包括转角传感器1、连接套筒2和止动块3。让连接套筒2的一端与转角传感器1的外壳固定连接，且使转角传感器1的中心轴处于连接套筒2中。让止动块3通过销柱4固定于转角传感器1的中心轴上。在安装使用时，让连接套筒2的另一端与转向系统的摆臂固定连接，且使止动块3卡扣在摆臂立轴沿轴线开设的止动孔中。通过以上结构设置就构成了一种结构简单、使用方便、测量精确的断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置。在实际应用中，本发明通过让转角传感器1的壳体通过连接套筒2与摆臂固定连接，而让转角传感器1中心轴上的止动块3卡扣在摆臂立轴沿轴线开设的止动孔中，在摆臂绕摆臂立轴转动的过程中就会带动转角传感器1的壳体绕其中心轴转动，从而实现实时测量摆臂转角的目的。转向节和车轮的转向运动源于边拉杆对与其固定连接的转向梯形臂的拉动，而边拉杆的运动源于摆臂绕摆臂立轴的转动。由于摆臂立轴是通过摆臂立轴支座固定在车架上的，使摆臂与车架之间仅有传动转向的旋转运动，不存在其他耦合运动，又由于摆臂绕摆臂立轴的转动与转向节和车轮的转向运动具有一一对应关系，通过实时测量的摆臂转角，采用空间机构法即可实时计算出车轮转角。本发明通过将摆臂转角作为直接测量量，具有测量简便、可靠性高的特点，且可消除悬架运动的影响，提高了测量的精确度。

需要说明的是，本发明中的转角传感器1通常采用高分辨率人光电编码器，其可提供双通道模拟量输出，能保证转角测量的可靠性。连接套筒2与转角传感器1外壳的固定连接方式可采用栓接、铆接或焊接等多种方式，优选栓接方式，可实现快速拆装的目的。同理，连接套筒2与转向系统摆臂的固定连接方式也可采用栓接、铆接或焊接等多种方式，优选栓接方式，以实现快速拆装。而止动块3和摆臂立轴上的止动孔可采用相互配合的矩形、三角形、梯形、菱形或椭圆形等多种形状，只要能达到限制止动块3和摆臂立轴之间的相对转动即可实现本发明的技术目的。另外，上述摆臂是指断开式梯形转向系统中的任一摆臂，既可以是左摆臂或右技臂，也可以是单摆臂转向系统中的单摆臂，摆臂立轴是指对应的摆臂旋转轴，采用本发明的车轮转角测量装置均可实其技术目的。

如图5至图9所示，本发明还提供了一种对断开式梯形转向系统的车轮转角进行测量的方法，包括以下步骤：

一、通过连接套筒2将转角传感器1的外壳与转向系统的左摆臂5固定连接，并使转角传感器1中心轴上的止动块3卡扣在左摆臂立轴6沿其轴线开设的止动孔中；

二、通过转角传感器1实时测量左摆臂5的转角；

三、根据左摆臂5、左边拉杆8、左梯形臂9、左转向节10的运动传递关系，以及实时测得的左摆臂5的转角，采用空间机构法实时计算左车轮的转角；

四、根据左摆臂5、横拉杆11、右摆臂12、右边拉杆13、右梯形臂14、右转向节15的运动传递关系，以及实时测得的左摆臂5的转角，采用空间机构法实时计算右车轮的转角。

为帮助本领域的技术人员理解本发明，如图7至图9所示，下面对本发明一种断开式梯形转向系统的车轮转角测量装置的原理进行简略说明：

在断开式梯形转向系统中，左右转向节与车桥的左右车轮固定连接，左右转向节的转角即为左右车轮的转角。在车辆行驶过程中，由于左右转向节的运动耦合了车轮转向运动与车轮跳动，难以对其转向运动进行独立的测量。

本发明根据断开式梯形转向系统的结构特性，在左摆臂5上安装了车轮转角测量装置。在运动传递关系中，左转向节10的转向运动源于左边拉杆8对与其固定连接的左转向梯形臂9的拉动，左边拉杆8的运动源于左摆臂5绕左摆臂立轴6的转动。由于左摆臂5是通过轴承结构安装在左摆臂立轴6上的，而左摆臂立轴6是通过左摆臂立轴支座7与车架固定连接的，左摆臂5绕左摆臂立轴6的旋转运动相对车架而言不会与车轮跳动等其他运动耦合。左摆臂5绕左摆臂立轴6的旋转运动，通过左边拉杆8与左转向梯形臂9的传递与左转向节10的转向运动具有一一对应关系。根据左摆臂5、左边拉杆8、左梯形臂9、左转向节10的运动传递关系，采用空间机构法即可依据测量的左摆臂5转角实时计算左转向节10和左车轮的转角。而左摆臂5绕左摆臂立轴6的旋转运动通过横拉杆11将运动传递至右摆臂12及右摆臂立轴16，再通过右边拉杆13及右转向梯形臂14将运动传递至右转向节15，左摆臂5绕左摆臂立轴6的旋转运动与右转向节15的转向运动也具有一一对应关系。根据左摆臂5、横拉杆11、右摆臂12、右边拉杆13、右梯形臂14、右转向节15的运动传递关系，采用空间机构法即可依据测量的左摆臂5转角实时计算右转向节15和右车轮的转角。

本发明通过采用车轮转角测量装置，并将断开式梯形转向系统的摆臂转角作为直接测量量，通过空间机构法对运动关系进行转换，即可实时测得车轮转角，具有测量方便、精确的优点，可完全消除悬架运动的影响，且具有结构紧凑、布置方便、易于拆装的优点。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。