专利名称：多轴车辆电液伺服转向系统、转向控制方法和多轴车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多轴车辆的转向系统和转向控制方法，本发明还涉及一种具有该电液伺服转向系统的多轴车辆。
背景技术：
车辆转向系统对于车辆行驶的安全性、机动性和操纵稳定性都有直接的关系。随着重型汽车的发展，整车负载越来越大，这就需增加车桥数量，车身也越来越长。为了减小最小转向半径和行驶阻力，同时减少轮胎磨损，一方面要增加转向桥数量，另一方面要求各转向车轮，在转向时相互协调。传统多轴车辆采用的是液压助力杆系传动转向系统，占用了车架布置空间，而且杆系易变形，车辆高速行驶时有可能存在摆动现象且稳定性差。近年来，随着电液技术的迅速发展，在多轴车辆上采用电液控制转向系统已有应用，但一般的电液比例电磁阀由于响应频率的限制，使得转向时误差较大，尤其是动态误差较大，这极大地影响了转向性能和轮胎寿命。有鉴于此，亟待开发出一种新的转向系统，对多轴转向系统中的各性能参数提出更高的要求，以确保车辆行驶的安全性、机动性和操纵稳定性。
发明内容
本发明目的在于提供一种多轴车辆的转向系统，该转向系统结构布置简单、安全可靠、操纵稳定性好，本发明的另一目的在于提供一种多轴车辆的转向控制方法。本发明的目的还在于提供一种具有所述转向系统的多轴车辆。为此，本发明一方面提供了一种用于多轴车辆的电液伺服转向系统，该多轴车俩包括第一桥和在后各转向桥，该电液伺服转向系统包括液压转向系统，其包括提供油源的变量泵、至少安装于所述在后各转向桥上的转向助力油缸、在所述变量泵和转向助力油缸之间的主油路上设置的用于控制油路走向和流量调节的伺服比例阀，电子控制系统，用于根据第一桥的转角信号和转向模式计算出在后各转向桥所需的目标转角，并且向所述在后各转向桥的所述伺服比例阀输出与所述目标转角相对应的指令信号，同时根据所述在后各转向桥反馈的转角信号实时调节所述指令信号。进一步地，上述液压转向系统还包括在主油路上设置的液控单向阀，其中，液控单向阀的液控管路上设置有电磁阀，电磁阀与电子控制系统信号连接。进一步地，上述液压转向系统还包括在主油路上设置的精密滤油器。进一步地，上述电子控制系统包括与在后各转向桥的伺服比例阀信号连接并形成闭环控制的下位控制器，与各下位控制器信号连接、用于根据第一桥转角和转向模式计算在后各转向桥的目标转角的上位控制器，以及用于检测各转向桥的转角信号的多个角位移传感器。进一步地，上述上位控制器还用于根据角位移传感器反馈的转角信号进行车辆状态显示和/或故障报警。进一步地，上述上位控制器为可编程逻辑控制器。根据本发明的另一方面，还提供了一种具有上述电液伺服转向系统的多轴车辆。本发明还提供了一种多轴车辆的转向控制方法，其包括以下步骤检测车辆第一桥和在后各转向桥的转角，并将第一桥的转角信号传送给上位控制器，其中，在后各转向桥设有用于控制转向助力油缸的伺服比例阀和用于控制伺服比例阀的下位控制器；上位控制器根据转向模式和第一桥的转角信号计算在后各转向桥所需的目标转角，并且将相应的目标转角控制信号输出至各下位控制器；以及各下位控制器根据上位控制器的目标转角控制信号向相应的伺服比例阀发送指令信号，并且根据转向桥反馈的转角信号实时调节指令信号。进一步地，上述上位控制器为可编程逻辑控制器或单片机，下位控制器的响应频率与伺服控制阀的响应频率相适配。进一步地，上述方法还包括将转向桥反馈的转角信号用于车辆状态显示和/或故障报警的步骤。与一般的杆系连接和电液转向方案相比，本发明的转向系统结构布置简化，用伺服比例阀来实现转向控制，未加入压差补偿阀和分流阀等，用尽量少的元器件实现了高性能，使得系统相对安全可靠；采用伺服比例阀，具有响应速度快的巨大优势，易于实现精确控制；另外，采用变量泵既满足发动机怠速时的流量要求又相对节能。与一般的电子控制系统相比，本发明优选采用两级控制器的电子控制系统，伺服比例阀和下位控制器形成一个小闭环，高频响应的下位控制器配合伺服比例阀保证了精度，上位控制器例如可编程逻辑控制器(或称为PLC或PLC控制器)进行主要的计算工作， 并将与目标转角相对应的指令信号发送给各下位控制器(或称为单轴闭环控制器)。根据本发明多轴车辆的电液伺服转向系统，多种转向模式可灵活运用，可操作性强，转向模式方便扩展。除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图1示出了根据本发明多轴车辆的电液伺服转向系统的液压转向系统的示意图；图2示出了图1所示的液压转向系统的助力转向油缸安装于转向桥的示意图。图3示出了根据本发明多轴车辆的电液伺服转向系统的电子控制系统的示意图；以及图4示出了根据本发明多轴车辆电液伺服转向系统的用于实现转向桥转向的控制逻辑框图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本发明多轴车辆的电液伺服转向系统包括液压转向系统和电子控制系统，该液压转向系统在图1和图2中示出，电子控制系统在图3示出。在本发明中，第一桥的转向控制方式不受限制，可采用传统的转向控制方式，例如液压助力加机械导向的方式，也可以采用本发明的转向助力油缸直接驱动转向桥梯形臂的方式。本发明意欲使在后各转向桥转角快速、准确、可靠的跟踪第一桥转角。下面结合图1至图3对本发明多轴车辆的电液伺服转向系统进行详细说明。如图1和图2所示，液压转向系统包括安装在车桥30和转向桥梯形臂20的转向节臂21、22之间的两转向助力油缸6、向两转向助力油缸6提供油源的变量泵4，以及控制转向助力油缸6动作进而实现转向的伺服比例阀5。此外，液压转向系统还可以包括在两转向助力油缸6主油路上设置的液控单向阀 10和精密滤油器8，其中，液控单向阀的控制油路上设置有电磁阀9。两转向助力油缸6的一油缸的有杆腔和另一油缸无杆腔相连通，当一油缸伸出时，另一油缸回缩，以实现协同动作，采用两个转向助力油缸，增大了车桥转向助力和有效降低了车辆转向液压压力需求，为节能和节约布置空间提供条件。伺服比例阀5具有流量调节功能和换向功能，可通过市购获得，通过该伺服比例阀5的换向功能，可控制油路走向进而实现转向助力油缸的伸出和回缩，油量调节功能可以改变向转向助力油缸的供油量，通过调节向转向助力油缸的供油量，可以控制转向助力油缸的动作，进而实现对转向桥转向角度的精确控制。在本发明中，电子控制系统用于根据第一桥的转角信号和转向模式计算出在后各转向桥所需的目标转角，并且向在后各转向桥的伺服比例阀输出与目标转角相对应的指令信号，同时根据在后各转向桥反馈的转角信号实时调节该指令信号。在这里，转向模式是诸如正常转向、后桥锁死、蟹行转向等由用户选择或设定的模式。本发明的电子控制系统优选采用两级控制器，如图3所示，其包括与在后各转向桥的伺服比例阀信号连接并形成单轴闭环控制的下位控制器(或称为单轴闭环控制器)3， 与各下位控制器3信号连接、用于根据第一桥的转角信号和转向模式计算在后各转向桥的目标转角的上位控制器例如可编程逻辑控制器2 (或称PLC控制器)，以及在各转向桥(包括第一桥和在后各转向桥)上安装的角位移传感器1，其中，各角位移传感器分别与上位控制器和相应的下位控制器信号连接，用于检测各转向桥的实际转角信号。下位控制器3还与电磁阀9信号连接，用于控制液控单向阀10。当电磁阀9得电时，切断液控单向阀10的控制油源，锁定转向助力缸6 ；当电磁阀9失电时，液控单向阀10 打开，伺服比例阀5可以控制转向助力缸6动作。采用两级控制器的电子控制系统的优点是伺服比例阀5和下位控制器3形成一个小闭环，高频率响应的下位控制器3配合高频率响应的伺服比例阀5，保证了动态精度和稳态精度，上位控制器2进行主要的计算工作，并发送给各下位控制器3目标转角指令信号。本发明的多轴车辆的转向控制方法包括以下步骤检测车辆第一桥和在后各转向桥的转角，并将第一桥的转角信号传送给上位控制器，其中，在后各转向桥设有用于控制转向助力油缸的伺服比例阀和用于控制伺服比例阀的下位控制器；上位控制器根据转向模式和第一桥的转角信号计算在后各转向桥所需的目标转角，并且将相应的目标转角控制信号输出至各下位控制器；以及各下位控制器根据上位控制器的目标转角控制信号向相应的伺服比例阀发送指令信号，并且根据转向桥反馈的转角信号实时调节指令信号。下面再结合图1至图4对本发明电液伺服转向系统和转向控制方法进行说明。参见图4，车辆进行转向时，转动方向盘，通过装在第一桥的角位移传感器1来检测此角度信号，并将此信号传送给上位控制器2。上位控制器2根据用户选择的转向模式和第一桥转角信号计算每轴所需的目标转角，再通过模拟量输出端口输出给下位控制器3。下位控制器3接收到上位控制器2的转角控制信号后，控制伺服比例阀5，由变量泵4提供液压动力，进而驱动转向助力油缸6带动转向桥7(即某在后转向桥)实现转向， 同时通过角位移传感器1检测转向桥7的实际转角，下位控制器3将转角反馈信号与上位控制器2的指令信号进行比较，根据比较结果实时调节伺服比例阀5的控制信号，直到反馈信号与指令信号相等为止。通过单轴转角的闭环控制，可使后面各转向桥7转角快速、准确、可靠的跟踪第一桥转角。由于在上位控制器2中转角关系可以灵活设定，故方便实现多种转向模式，包括正常转向，后桥锁死，蟹行转向等模式。后面各转向桥7的转角信号既传给下位控制器3做比较用，同时也传递给上位控制器2，上位控制器2根据这些角位移传感器1反馈的转角信号进行车辆状态显示和/或故障报警(如图3所示)，以实现实时监控和故障判断用。本发明的转向系统和转向控制方法摆脱了原来的杆系连接转向系统中转向拉杆变形、装配误差、累积误差的不利因素。闭环控制及伺服比例阀的微控性保证了稳态精度， 而伺服比例阀的响应速度也保证了动态精度。车辆行驶时发动机转速在很大的范围内变化，采用变量泵，保证了怠速时系统的供油量充足，又相对节能。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于多轴车辆的电液伺服转向系统，所述多轴车辆包括第一桥和在后各转向桥，其特征在于，所述电液伺服转向系统包括液压转向系统，其包括提供油源的变量泵、至少安装于所述在后各转向桥上的转向助力油缸、以及在所述变量泵和转向助力油缸之间的主油路上设置的用于控制油路走向和流量调节的伺服比例阀，以及电子控制系统，用于根据第一桥的转角信号和转向模式计算出在后各转向桥所需的目标转角，并且向所述在后各转向桥的所述伺服比例阀输出与所述目标转角相对应的指令信号，同时根据所述在后各转向桥反馈的转角信号实时调节所述指令信号。
2.根据权利要求1所述的电液伺服转向系统，其特征在于，所述液压转向系统还包括在所述主油路上设置的液控单向阀，其中，所述液控单向阀的液控管路上设置有电磁阀，所述电磁阀与所述电子控制系统信号连接。
3.根据权利要求1所述的电液伺服转向系统，其特征在于，所述液压转向系统还包括在所述主油路上设置的精密滤油器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电液伺服转向系统，其特征在于，所述电子控制系统包括上位控制器，下位控制器，以及用于检测各所述转向桥的转角信号的多个角位移传感器，其中，所述每个在后转向桥的伺服比例阀和一个下位控制器信号连接并形成闭环控制，所述上位控制器与各所述下位控制器信号连接、用于根据所述第一桥转角和转向模式计算所述在后各转向桥的目标转角。
5.根据权利要求5所述的电液伺服转向系统，其特征在于，所述上位控制器还用于根据所述角位移传感器反馈的转角信号进行车辆状态显示和/或故障报警。
6.根据权利要求5所述的电液伺服转向系统，其特征在于，所述上位控制器为可编程逻辑控制器。
7.一种具有根据权利要求1至6中任一项所述的电液伺服转向系统的多轴车辆。
8.一种多轴车辆的转向控制方法，其特征在于，包括以下步骤检测车辆第一桥和在后各转向桥的转角，并将第一桥的转角信号传送给上位控制器， 其中，所述在后各转向桥设有用于控制转向助力油缸的伺服比例阀和用于控制所述伺服比例阀的下位控制器；所述上位控制器根据转向模式和所述第一桥的转角信号计算所述在后各转向桥所需的目标转角，并且将相应的目标转角控制信号输出至各所述下位控制器；以及各所述下位控制器根据所述上位控制器的目标转角控制信号向相应的伺服比例阀发送指令信号，并且根据所述转向桥反馈的转角信号实时调节所述指令信号。
9.根据权利要求8所述的多轴车辆的转向控制方法，其特征在于，所述上位控制器为可编程逻辑控制器或单片机，所述下位控制器的响应频率与所述伺服控制阀的响应频率相适配。
10.根据权利要求8所述的多轴车辆的转向控制方法，其特征在于，还包括将所述转向桥反馈的转角信号用于车辆状态显示和/或故障报警的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种多轴车辆电液伺服转向系统、转向控制方法和具有该转向系统的多轴车辆，该电液伺服转向系统包括液压转向系统，其包括变量泵、至少安装于在后各转向桥上的转向助力油缸、以及用于控制油路走向和流量调节的伺服比例阀，电子控制系统，其包括与在后各转向桥的伺服比例阀信号连接并形成闭环控制的下位控制器，用于根据第一桥转角和转向模式计算在后各转向桥的目标转角的上位控制器。本发明优选两级控制器的电子控制系统，使伺服比例阀和下位控制器形成一个小闭环，高频响的下位控制器配合伺服比例阀保证了精度，而可编程逻辑控制器进行主要的计算工作并发送给各下位控制器转角指令。本发明结构布置简单、安全可靠、操纵稳定性好。
文档编号B62D5/04GK102372022SQ201010265429
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者刘权, 张建军, 李英智, 林小珍, 詹纯新, 郭堃, 郭纪梅, 黎鑫溢 申请人:长沙中联重工科技发展股份有限公司