一种用于多轴车辆纯滚动转向的机液伺服控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于多轴车辆纯滚动转向的机液伺服控制装置，应用于汽车转向 领域。
【背景技术】
[0002] 大型轮式车辆广泛应用于基础设施建设及军事重工领域，如大吨位全地面起重 机、大型运梁车和矿用自卸车等民用装备和大型导弹运输车、重型电子发射车和牵引运载 车等军用特种车辆。多轴转向可显著提升大型轮式车辆的低速行驶机动灵活性和高速行驶 操纵稳定性，已成为衡量现代大型重载车辆发展水平的关键技术之一。同时，高性能多轴转 向技术的发展有助于推动类车机器人、多轮月球车等前沿载运装备技术的发展。因此，突破 多轴转向核心技术对推动高性能载运装备的发展有着重要意义。
[0003] 由于大型多轴车辆的转向负载大，且各轮转角间需保证一定的几何关系，传统的 转向梯形机构虽然有助于保证各轮在转向时的转角关系，但梯形机构自身存在转向误差， 随着转向角度的增大误差越明显，从而加大车辆转向阻力和车胎磨损程度，影响行车稳定 性和驾驶舒适性。因此，具有转向控制精度高、可靠性强、安全性好的纯滚动转向技术是多 轴车辆转向技术的发展方向之一。
[0004] 当前，车辆的纯滚动转向技术主要围绕纯滚动转向机构和电液控制回路两方面展 开：（1)在纯滚动转向机构方面：采用优化方法(如通过虚拟样机技术）对梯形机构进行优 化，使优化后的梯形机构逼近阿克曼机构，从而提高转向精度(如参考专利201110097127. 6 和93104300. X);或添加辅助装置如通过在梯形机构中设置长度调节装置(如螺母、滑槽 和凸轮板等)，使横向拉杆杆长可变，实现车轮纯滚动转向，以减小车胎磨损(如参考专利 201110154053. 5和US7077232);或设计新型转向装置如车辆转向时通过控制轨迹，使执 行机构沿着纯滚动轨迹移动，使整车全轮绕着共同的瞬时转动中心转动，实现转向轮的 阿克曼转向（如参考专利201010605436. 6)。（2)在电液控制回路方面：采用直接横向拉 杆驱动转向方式，如用双出杆液压缸替换横向拉杆作为执行器，并结合电液控制阀和抑 制路面扰动载荷的控制方法，增强转向系统稳定性(如参考专利EP1852329A2);或采用电 液比例系统实现转向，如通过电控换向阀和比例节流阀分别实现换向和流量精确控制， 从而通过各元件的匹配动作实现比例转向，其响应速度快且转向操作灵敏(如参考专利 201210370470. 8);或采用电液伺服系统实现转向，如采用伺服比例阀控制双转向助力缸， 驱动转向梯形转向，不仅驱动负载大且频响高、无零位死区（如参考专利201010255429. 5)。
[0005] 现有的专利有助于提高多轴车辆的转向灵活性和动态转向精度，但仍存在以下一 些不足，主要表现为： 1)车辆纯滚动驱动的可靠性有待提高。在多轴车辆纯滚动转向设计中，一般采用电液 或电控系统驱动转向梯形机构，使各转向轮(尽可能）满足阿克曼转向条件，实现纯滚动转 向。同时为进一步提高响应速度和精度，采用高频响伺服阀或伺服电机驱动转向机构精确 转向，但这种驱动方式涉及到电子闭环控制，而电子系统易受到环境、振动等影响而失效， 导致转向系统无法正常工作，产生诸如转向失控等安全隐患。
[0006] 2)纯滚动转向梯形机构的优质设计遇到瓶颈。优质的转向梯形结构是多轴车辆实 现纯滚动转向的关键，其结构特性直接决定着车辆转向精度。当前常利用外接长度调节装 置(如螺母、滑槽和凸轮板等）通过改变横向拉杆长度以实现车辆的纯滚动转向，但由于转 向轮转向角度小，调节装置的调节区域受限，导致车辆转向控制困难且精度低。为提高转向 精度且实现纯滚动转向，也通过增大梯形结构的方法扩大有效控制区域，然而这却带来了 转向梯形机构尺寸大、布置困难等不利因素(参考专利201110154053. 5)。
[0007] 3)纯滚动状态下动态转向的安全性有待加强。针对当前常规转向梯形而言，车辆 高速行驶时常在小转角范围内转向，若此时转向机构出现故障，易产生巨大危害(如轮胎侧 滑、转向失控等)，因此其安全性尤为重要。然而，现有具备纯滚动功能的转向机构，在车辆 高速行驶转向安全性方面存在缺陷，有待进一步改进。
【发明内容】
[0008] 本发明公开了一种用于多轴车辆纯滚动转向的机液伺服控制装置，通过机液伺服 控制阀对横向拉杆伸缩缸进行伺服控制，有效保证了各转向轮满足阿克曼转向条件；通过 横向拉杆伸缩缸和机液伺服控制阀的负反馈控制，实现车辆高响应和高精度的动态纯滚动 转向；通过开关阀、减压阀和单向阀自动对反馈腔进行补油，消除系统内负压，提高液压系 统稳定性。优选地，机液伺服控制装置中的分段多级凸轮曲线，可实现横向拉杆伸缩缸机液 锁定，保障系统纯滚动转向效应的同时降低了其高速行驶时的风险，由此提升多轴车辆高 速行驶的安全性。
[0009] 本发明的技术方案在于： 一种用于多轴车辆纯滚动转向的机液伺服控制装置，包括横向拉杆伸缩缸9和机液伺 服控制阀13 ;横向拉杆伸缩缸9的活塞部分与一侧的第一梯形臂8铰接，横拉杆伸缩缸9的 缸体部分与另一侧的第二梯形臂10铰接； 所述的横向拉杆伸缩缸9的左工作腔Dl与机液伺服控制阀13的右工作油口 B相连， 右工作腔D2与机液伺服控制阀13的左工作油口 A相连；横向拉杆伸缩缸9的左反馈腔El 与机液伺服控制阀13的右控制端口 C2相连，右反馈腔E2与机液伺服控制阀13的左控制 端口 Cl相连；机液伺服控制阀13的回油口 T通回油箱1，进油口 P与液压泵2出口相连， 机液伺服控制阀13的上机械控制端Fl与角位移放大机构14相连；角位移放大机构14与 车辆一侧转向节12连接；机液伺服控制阀13的下机械控制端F2与开关阀3的机械控制端 相连。
[0010] 机液伺服控制阀13包括横向阀体18、垂向阀体44、阀套19、阀芯29、凸轮27、凸轮 轴42、阀芯弹簧16、左阀套弹簧35和右阀套弹簧26 ; 横向阀体18上侧外表面开有四个阀口自左向右依次为：左控制端口 Cl、第一工作油口 A、第二工作油口 B、右控制端口 C2,横向阀体18下侧外表面开有三个阀口自左向右依次为： 第一回油口 T1、进油口 P和第二回油口 T2 ; 阀套19安装在横向阀体18内且可沿轴向往复移动，阀套19左端与左阀套弹簧35接 触，其右端与右阀套弹簧26接触，且阀套19上开有五个环槽自左向右依次为：第一阀套环 槽20、第二阀套环槽21、第三阀套环槽22、第四阀套环槽23和第五阀套环槽24 ;阀套左阶 梯端面41与密封盖34和横向阀体18形成阀套左控制腔33,阀套右阶梯端面45与横向阀 体18内壁形成阀套右控制腔25,左控制端口 Cl与阀套左控制腔33连通，右控制端口 C2与 阀套右控制腔25连通； 阀芯29安装在阀套19内且可沿轴向往复移动，阀芯29左端与阀芯弹簧16接触，阀芯 弹簧16左端与弹簧座17接触；阀芯29的右端安装阀芯顶杆头28,阀芯顶杆头28与凸轮 27接触，且阀芯29外表面开有三个环槽自左向右依次为：第一阀芯环槽32、第二阀芯环槽 31、第三阀芯环槽30。
[0011] 第二阀芯环槽31、第三阀套环槽22和进油口 P始终保持相互连通状态；第一阀芯 环槽32、第一阀套环槽20和第一回油阀口 Tl始终保持相互连通状态；第三阀芯环槽30、第 五阀套环槽24和第二回油阀口 T2始终保持相互连通状态。
[0012] 机液伺服控制阀的凸轮轴42依靠上轴承37和下轴承39安装在垂向阀体44内部， 凸轮27安装在凸轮轴42的轴肩上，通过凸轮键38进行圆周定位，且通过套筒43对凸轮27 进行轴向定位；并由上轴承盖36和下轴承盖40共同保证垂向阀体44的密封性。
[0013] 凸轮27的轮廓曲线分为有效作用区域圆弧段QS、WV、UT和过渡圆弧段TQ、SW、VU ; 其中圆弧段QS又可分为圆弧段QH和SH，两圆弧段对应的圆心角α3、α4均大于30°，圆弧 段GH和PH所对应的圆心角CtpCt 2S临界锁定转角且其值范围为5° ~30° ;圆弧段GH和 PH的半径均为Rl，圆弧段GQ的半径从Rl均匀变化至R2, Rl和R2的差值为0. 2~8mm，圆弧 段PS的半径从Rl均匀变化至R3, Rl和R3的差值为0. 2~8mm。
[0014] 机液伺服控制阀13是三位四通机液换向阀，该阀也是零开口四边滑阀。
[0015] 角位移放大机构14的输入轴48与转向节12连接，输出轴47与机液伺服控制阀 上机械控制端Fl连接，角位移放大机构14的传动比为1~10,角位移放大机构的箱体46内 壁上设有限位销49,且限位销49位于传动元件51的限位槽50内。
[0016] 开关阀3进油口与液压泵2出口相连，开关阀3的出油口与减压阀4的进油口相 连，减压阀4的出油口同时与第一单向阀5和第二单向阀6的进油口相连，第一单向阀的5 的出油口与左反馈腔E1相连，第二单向阀6的出油口与右反馈腔E2相连。
[0017] 开关阀3为常闭的二位二通机动阀；当车桥转向轮回复至中位时，凸轮27触发开 关阀3换向至接通状态。
[0018] 减压阀4为定值减压阀，其压力定值为l~20MPa。
[0019] 本发明的优点： 1)采用液压力线性负反馈机构，实现车辆精确纯滚动转向。横向拉杆可变的梯形机构 代替传统横向拉杆定长的梯形机构，当车辆转向时，横向拉杆伸缩缸的反馈腔通过控制机 液伺服控制阀的阀套控制腔（即将横向拉杆长度变化量转化为压力反馈信号控制阀套控制 腔)，以调节横向拉杆的长度，梯形机构由传统的单自由度驱动转变为双自由度驱动，实现 双侧车轮的精确伺服纯滚动转向。
[0020] 2)通过机液耦合方式驱动横向拉杆伸缩缸，提高多轴车辆纯滚动转向的可靠性。 设计新型机液伺服阀，该阀内置的凸轮机构将车辆转向轮的转向旋转运动转化为阀芯的往 复直线移动，以驱动机液伺服控制阀的开闭，即由车轮自身转向角度的变化直接控制横拉 杆伸缩缸长度的变化，实现机液伺服控制，消除电子系统的故障干扰，提高多轴车辆纯滚动 转向的可靠性。
[0021] 3)横向拉杆伸缩缸采用机液控制式锁定，有效提升多轴车辆高速行驶时的安全 性。车辆高速行驶时转向角度常工作在小转角范围，通过设置凸轮的临界角，进而通过机液 控制方式直接锁定横向拉杆，将变胞转向梯形重新转化为常规转向梯形。由此，可有效避免 机构变胞部分发生故障时所导致的危险，在保障变胞机构纯滚动转向效应(小转角时，定长 度横向拉杆也