转向装置、悬挂油缸、控制系统、方法和起重机与流程

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种转向装置、悬挂油缸、控制系统、方法和起重机。

背景技术：

为了满足客户对全地面起重机驾乘舒适性的要求，全地面起重机由原来的整体式车轴逐渐向独立悬架式车轴转型。独立悬架车轴的应用，消除了车辆行驶过程中左右侧车轮上下运动相互影响，极大程度提升了全地面起重机行驶过程中的驾乘舒适性。

目前，为了匹配独立悬架车轴，设计了工程机械车辆电液车轴转向系统。但当前的转向系统存在以下缺陷：

(1)该转向系统的转向机构包括过渡摇臂、梯形臂和转向拉杆等，这造成转向机构重量太大。

(2)通过测量转向摇臂转角后，运用拟合工具间接获取轮胎转角数据，轮胎转角数据准确性较差。

(3)左右侧车轮轮胎转角关系固定，在切换不同转向模式的过程中，由于理论设计轮胎转角的变化而造成某一侧轮胎转角不足或转角过大，从而容易造成轮胎异常磨损。

(4)独立悬架车桥四轮定位困难，由于转向机构中梯形机构连接复杂，在进行四轮定位时，无法准确找到理论设计中位状态而造成四轮定位困难。

技术实现要素：

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种转向装置，包括：转向节臂和转向助力油缸；其中，所述转向节臂位于悬挂油缸与车轴轮边之间；所述转向助力油缸包括第一端和第二端，所述第一端连接在车架底部，所述第二端与所述转向节臂相连。

在一个实施例中，所述转向装置还包括：固定支架；其中，所述固定支架固连在所述车架底部，所述转向助力油缸的第一端与所述固定支架铰接；所述转向节臂通过螺栓与所述悬挂油缸及所述车轴轮边连接；所述转向助力油缸的第二端与所述转向节臂铰接。

本发明的转向装置可以应用于工程机械车辆底盘，可显著减轻车辆转向系统部件的重量，为整机轻量化设计做出显著的贡献。

根据本发明的第二方面，提供了一种悬挂油缸，包括：缸杆、缸筒、连接杆和角度传感器，其中，所述角度传感器包括转动部和固定部，所述转动部与所述缸筒连接，所述固定部与所述连接杆相连；所述连接杆与所述缸杆连接。

在一个实施例中，所述悬挂油缸还包括：位移传感器，与所述缸杆固连，并且与所述连接杆可滑动地相连；以及旋转限制装置，设置在所述连接杆上，限制所述位移传感器和所述连接杆之间的相对旋转。

在一个实施例中，所述悬挂油缸还包括：轴承，安装在所述缸筒上，其中，所述角度传感器的转动部与所述轴承相连。

本发明的悬挂油缸通过角度传感器实现了缸筒和缸杆之间的旋转运动检测，可直接获取轮胎转角，解决了间接获取轮胎转角导致精度差的问题。

根据本发明的第三方面，提供了一种转向控制系统，包括：第一角度传感器、第二角度传感器和转向控制器；所述第一角度传感器和所述第二角度传感器分别与所述转向控制器电连接；所述第一角度传感器采集与机械转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第一转向角度，并将所述第一转向角度传送至所述转向控制器；所述第二角度传感器采集与电控转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第二转向角度，并将所述第二转向角度传送至所述转向控制器；所述转向控制器根据所述第一转向角度获得相应行驶模式下的与所述电控转向轴对应的车轮的理论转向角度，并将所述第二转向角度与所述理论转向角度进行比较，根据这两者的差值控制与所述电控转向轴对应的车轮进行转向，直至所述第二转向角度与所述理论转向角度的差值在预设的范围内。

在一个实施例中，所述第一角度传感器安装在与所述机械转向轴对应的第一悬挂油缸上；所述第二角度传感器安装在与所述电控转向轴对应的第二悬挂油缸上。

在一个实施例中，所述第一角度传感器与所述第一悬挂油缸集成在一起，所述第二角度传感器与所述第二悬挂油缸集成在一起；其中，所述第一角度传感器包括第一转动部和第一固定部，所述第一转动部与所述第一悬挂油缸的缸筒连接，所述第一固定部与所述第一悬挂油缸的连接杆相连；所述第二角度传感器包括第二转动部和第二固定部，所述第二转动部与所述第二悬挂油缸的缸筒连接，所述第二固定部与所述第二悬挂油缸的连接杆相连。

在一个实施例中，所述机械转向轴为独立机械车轴，所述电控转向轴为独立电控车轴；在所述独立机械车轴的左右两侧的悬挂油缸上分别安装第一角度传感器，以及在所述独立电控车轴的左右两侧的悬挂油缸上分别安装第二角度传感器；其中，所述转向控制器根据所述第一转向角度和所述第二转向角度分别控制所述独立电控车轴的左右两侧的车轮转向。

在一个实施例中，所述转向控制器按照阿克曼定理计算相应行驶模式下的与所述电控转向轴对应的车轮的理论转向角度；其中，所述行驶模式包括：正常公路行驶模式、小转弯行驶模式、蟹形行驶模式、防甩尾行驶模式、后轴独立转向行驶模式和后轴锁定行驶模式。

在一个实施例中，所述机械转向轴包括：第一机械转向轴和第二机械转向轴；与所述机械转向轴对应的车轮包括：与所述第一机械转向轴对应的第一车轮和与所述第二机械转向轴对应的第二车轮；所述第一转向角度包括：第一车轮的转向角度和第二车轮的转向角度；其中，所述转向控制器根据所述第一车轮的转向角度和所述第二车轮的转向角度这二者之间的阿克曼定理关系以及所述第二车轮的转向角度判断所述第一车轮的转向角度是否正确，如果所述第一车轮的转向角度正确，则根据所述第一车轮的转向角度计算相应行驶模式下的与所述电控转向轴对应的车轮的理论转向角度。

在一个实施例中，所述转向控制系统还包括：转向液压系统，用于在收到所述转向控制器的转向电信号后，通过液压油控制相应车轮的转向装置进行动作，从而控制与所述电控转向轴对应的车轮转向；其中，所述转向控制器根据所述第二转向角度与所述理论转向角度的差值向所述转向液压系统发送转向电信号。

在一个实施例中，所述转向装置包括：转向节臂和转向助力油缸；其中，所述转向节臂位于悬挂油缸与车轴轮边之间；所述转向助力油缸包括第一端和第二端，所述第一端连接在车架底部，所述第二端与所述转向节臂相连。

在一个实施例中，所述转向液压系统包括：液压泵、液压油箱、方向电磁阀组和油腔锁止阀组；其中，所述转向控制器分别与所述方向电磁阀组和油腔锁止阀组电连接，所述方向电磁阀组分别通过油路与所述液压泵、所述液压油箱以及相应的所述油腔锁止阀组相连，所述液压泵通过油路与所述液压油箱相连，所述油腔锁止阀组通过油路连接至所述转向装置的转向助力油缸的油腔；所述转向控制器根据所述第二转向角度与所述理论转向角度的差值分别向相应的方向电磁阀组和油腔锁止阀组发送转向电信号，使得所述相应的方向电磁阀组和油腔锁止阀组的油路导通，从而控制相应的转向助力油缸进行伸出或缩回动作，进而控制相应车轮进行转向。

在一个实施例中，所述转向控制系统还包括：车速检测设备，用于获得车速，并将所述车速传输至所述转向控制器；其中，所述转向控制器结合所述车速对与所述电控转向轴对应的车轮的转向角度进行调整。

在一个实施例中，所述转向控制系统还包括：位置检测开关，设置在所述转向装置的转向助力油缸上，用于检测所述转向助力油缸中的活塞位置，并且将所述活塞位置发送到所述转向控制器；其中，所述转向控制器根据所述活塞位置判断所述转向助力油缸是否处于中位，当所述转向油缸不处于中位时控制所述活塞运动，使得所述转向助力油缸处于所述中位。

在一个实施例中，所述的转向控制系统还包括：油缸位移传感器，设置在所述转向装置的转向助力油缸上，用于检测所述转向助力油缸的位移，并且将所述位移发送到所述转向控制器；其中，所述转向控制器根据所述位移判断所述转向助力油缸是否处于中位，当所述转向油缸不处于中位时控制活塞运动，使得所述转向助力油缸处于所述中位。

在一个实施例中，所述转向控制器还用于在所述转向助力油缸处于所述中位后锁定所述活塞的位置，并在调整所述车轮的定位参数后对所述第一角度传感器和所述第二角度传感器进行自动清零操作。

本发明的转向控制系统实现了对车轮转向的控制。该系统可以实现独立悬架车轴左、右侧车轮独立控制转向，显著降低工程机械车辆多种转向模式下切换工作时轮胎异常磨损现场发生。

进一步地，可以实现工程机械车辆四轮定位新方案，独立调整单个车轴轮胎的位置参数。该定位调整的方法简单可靠。

根据本发明的第四方面，提供了一种辅助应急控制系统，包括：辅助控制器，与转向控制器电连接，用于读取所述转向控制器的信号，当获知所述转向控制器出现故障或与所述转向控制器对应的转向液压系统出现故障时，向辅助液压系统发送应急电信号；以及所述辅助液压系统，用于当接收到所述应急电信号时通过液压油控制对应车轮的转向装置的转向助力油缸动作，使得所述车轮回到中位。

在一个实施例中，所述辅助液压系统包括：分动箱、辅助应急泵和多个辅助控制电磁阀；所述辅助应急泵安装在所述分动箱上，所述辅助应急泵通过油路连接至液压油箱，并且通过油路与所述多个辅助控制电磁阀相连；每个所述辅助控制电磁阀分别通过油路连接至对应的转向助力油缸的大腔和小腔；所述辅助控制器与所述多个辅助控制电磁阀电连接；其中，所述辅助控制器向所述辅助控制电磁阀发送所述应急电信号，控制所述辅助控制电磁阀通断，从而控制相应的转向助力油缸动作。

在一个实施例中，所述辅助应急控制系统还包括：位置检测开关，设置在所述转向助力油缸上，用于检测所述转向助力油缸中的活塞位置，并且将所述活塞位置发送到所述辅助控制器；其中，所述辅助控制器当根据所述活塞位置获知所述转向助力油缸回到中位时，确定所述车轮回到中位，从而停止控制所述转向助力油缸动作。

在一个实施例中，所述辅助应急控制系统还包括：油缸位移传感器，设置在所述转向助力油缸上，用于检测所述转向助力油缸的位移，并且将所述位移发送到所述辅助控制器；其中，所述辅助控制器当根据所述位移获知所述转向助力油缸回到中位时，确定所述车轮回到中位，从而停止控制所述转向助力油缸动作。

在一个实施例中，所述辅助液压系统还包括：通断电磁阀和优先选择阀；所述通断电磁阀与所述辅助控制器电连接；所述通断电磁阀通过油路与所述辅助应急泵相连，并且通过油路与所述优先选择阀相连；所述优先选择阀通过油路连接至与机械转向轴对应的转向液压系统；其中，当车辆的电控转向轴发生故障时，所述辅助控制器向所述通断电磁阀和所述优先选择阀发送导通电信号，控制所述通断电磁阀和所述优先选择阀导通，从而控制与机械转向轴对应的车轮转向。

在一个实施例中，其中，当车辆的转向控制系统发生故障时，所述辅助控制器在接收到所述位移后，根据所述位移计算所述车轮的当前转向角度，并结合所述当前转向角度控制所述车轮转向。

根据本发明的第五方面，提供了一种起重机，包括：如前所述的转向控制系统。

在一个实施例中，所述起重机还包括：如前所述的辅助应急控制系统。

根据本发明的第六方面，提供了一种转向控制方法，包括：采集与机械转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第一转向角度；并采集与电控转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第二转向角度；以及根据所述第一转向角度获得相应行驶模式下的与所述电控转向轴对应的车轮的理论转向角度，并将所述第二转向角度与所述理论转向角度进行比较，根据这两者的差值控制与所述电控转向轴对应的车轮进行转向，直至所述第二转向角度与所述理论转向角度的差值在预设的范围内。

在一个实施例中，所述机械转向轴为独立机械车轴，所述电控转向轴为独立电控车轴；采集所述第一转向角度和所述第二转向角度的步骤包括：采集在所述独立机械车轴的左右两侧的车轮的第一转向角度和在所述独立电控车轴的左右两侧的车轮的第二转向角度；控制与所述电控转向轴对应的车轮进行转向的步骤包括：根据所述第一转向角度和所述第二转向角度分别控制所述独立电控车轴的左右两侧的车轮转向。

在一个实施例中，获得所述理论转向角度的步骤包括：按照阿克曼定理计算相应行驶模式下的与所述电控转向轴对应的车轮的理论转向角度；其中，所述行驶模式包括：正常公路行驶模式、小转弯行驶模式、蟹形行驶模式、防甩尾行驶模式、后轴独立转向行驶模式和后轴锁定行驶模式。

在一个实施例中，与机械转向轴对应的车轮包括：与第一机械转向轴对应的第一车轮和与第二机械转向轴对应的第二车轮；与电控转向轴对应的车轮包括：与第三电控转向轴对应的第三车轮、与第四电控转向轴对应的第四车轮、与第五电控转向轴对应的第五车轮、与第六电控转向轴对应的第六车轮和与第七电控转向轴对应的第七车轮。

在一个实施例中，其中，在所述正常公路行驶模式下，所述第五车轮、所述第六车轮和所述第七车轮的转向方向与所述第一车轮、所述第二车轮、所述第三车轮和所述第四车轮的转向方向相反，并且所述第一车轮至所述第七车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，其中，在所述小转弯行驶模式下，所述第五车轮、所述第六车轮和所述第七车轮的转向方向与所述第一车轮、所述第二车轮、所述第三车轮和所述第四车轮的转向方向相反，并且所述第一车轮至所述第七车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，其中，在所述蟹形行驶模式下，所述第一车轮至所述第七车轮的转向方向相同，并且所述第一车轮和所述第二车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，其中，在所述防甩尾行驶模式下，所述第七车轮的转向方向与所述第一车轮、所述第二车轮、所述第三车轮和所述第四车轮的转向方向相反，所述第五车轮和所述第六车轮不参与转向，并且所述第一车轮、所述第二车轮、所述第三车轮、所述第四车轮和所述第七车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，其中，在所述后轴独立转向行驶模式下，所述第五车轮、所述第六车轮和所述第七车轮的转向方向与所述第三车轮和所述第四车轮的转向方向相反，所述第一车轮和所述第二车轮不参与转向，并且所述第三车轮至所述第七车轮的转向角度满足阿克曼定理；其中，获得所述理论转向角度的步骤包括：获得车辆的旋钮旋转角度和旋钮至转向中心的垂直距离；以及结合所述旋钮旋转角度和所述垂直距离计算所述第三车轮至所述第七车轮的理论转向角度。

在一个实施例中，其中，在所述后轴锁定行驶模式下，所述第三车轮至所述第七车轮不参与转向，所述第一车轮和所述第二车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，所述第一转向角度包括：第一车轮的转向角度和第二车轮的转向角度；获得所述理论转向角度的步骤包括：根据所述第一车轮的转向角度和所述第二车轮的转向角度这二者之间的阿克曼定理关系以及所述第二车轮的转向角度判断所述第一车轮的转向角度是否正确；以及如果所述第一车轮的转向角度正确，则根据所述第一车轮的转向角度计算相应行驶模式下的与所述电控转向轴对应的车轮的理论转向角度。

在一个实施例中，根据这两者的差值控制与所述电控转向轴对应的车轮进行转向的步骤包括：根据所述第二转向角度与所述理论转向角度的差值向转向液压系统发送转向电信号；以及所述转向液压系统在收到所述转向电信号后，通过液压油控制相应车轮的转向装置进行动作，从而控制与所述电控转向轴对应的车轮转向。

在一个实施例中，所述方法还包括：获得车速；以及结合所述车速对与所述电控转向轴对应的车轮的转向角度进行调整。

在一个实施例中，所述方法还包括：检测转向助力油缸中的活塞位置；以及根据所述活塞位置判断所述转向助力油缸是否处于中位，当所述转向油缸不处于中位时控制所述活塞运动，使得所述转向助力油缸处于所述中位。

在一个实施例中，所述方法还包括：在所述转向助力油缸处于所述中位后锁定所述活塞的位置；调整车轮的定位参数；以及对采集的所述第一转向角度和所述第二转向角度进行自动清零操作。

本发明的转向控制方法实现了对车轮转向的控制。该方法可以实现独立悬架车轴左、右侧车轮独立控制转向，显著降低工程机械车辆多种转向模式下切换工作时轮胎异常磨损现场发生。

进一步地，可以实现工程机械车辆四轮定位新方案，独立调整单个车轴轮胎的位置参数。该定位调整的方法简单可靠。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的转向装置的结构示意图。

图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的悬挂油缸的结构示意图。

图3是示意性地示出根据本发明一个实施例的转向控制系统的结构示意图。

图4是示意性地示出根据本发明一个实施例的安装有转向系统的车辆底部示意图。

图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的液压系统的结构示意图。

图6是示意性地示出根据本发明另一个实施例的转向控制系统的结构示意图。

图7A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在正常公路行驶模式下的转向示意图。

图7B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在正常公路行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。

图8A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在小转弯行驶模式下的转向示意图。

图8B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在小转弯行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。

图9A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在蟹形行驶模式下的转向示意图。

图9B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在蟹形行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。

图10A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在防甩尾行驶模式下的转向示意图。

图10B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在防甩尾行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。

图11A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在后轴独立转向模式下的转向示意图。

图11B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在后轴独立转向模式下转向过程中的车轮状态示意图。

图12是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在后轴锁定转向模式下的转向示意图。

图13是示意性地示出根据本发明一个实施例的带有位置检测开关的转向助力油缸的结构示意图。

图14是示意性地示出根据本发明一个实施例的液压系统的结构示意图。

图15是示意性地示出根据本发明一个实施例的控制系统的结构示意图。

图16是示出根据本发明一个实施例的转向控制方法的流程图。

图17是示出根据本发明一个实施例的辅助应急控制方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的转向装置的结构示意图。图1示出了断开式非驱动车轴120和断开式驱动车轴130。车轴通过悬挂油缸111与车架(图1中未示出)相连。其中悬挂油缸111的缸杆顶部与车架相连，缸筒底部与车轴轮边112相连，在转向运动过程中，缸杆可相对于车架无旋转运动，车轴轮边112带动缸筒转动。

如图1所示，转向装置100可以包括：转向节臂102和转向助力油缸(为车轮转向提供助力作用的油缸)101。该转向节臂102位于悬挂油缸111与车轴轮边112之间。例如，如图1所示，该转向节臂102可以通过螺栓与悬挂油缸111及车轴轮边112(例如车轴轮边上的转向节)连接。该转向助力油缸101可以包括第一端1011和第二端1012。该第一端1011连接在车架底部(图1中未示出)。该第二端1012与转向节臂102相连。例如，如图1所示，该转向助力油缸的第二端1012可以与转向节臂102铰接。

在一个实施例中，如图1所示，该转向装置100还可以包括：固定支架103。其中，该固定支架103可以固连在车架底部，该转向助力油缸101的第一端1011可以与该固定支架103铰接。

在该实施例中，车轴上的轮胎在转向运动过程中，动力来自于与轮边相连的转向助力油缸，转向助力油缸通过液压助力的形式将油缸的伸缩运动转化为轮胎的转动。本发明实施例的转向装置的结构简单，重量较轻，且易于操作。本发明的转向装置可以应用于工程机械车辆底盘，可显著减轻车辆转向系统部件的重量，为整机轻量化设计做出显著的贡献。

在本发明的实施例中，可以在左、右轮边转向节上分别安装一个转向节臂，在固定独立悬架车桥的车架下底面上安装两个固定支架，同一侧的固定支架与转向节臂之间设置转向助力油缸，该转向助力油缸与固定支架采用铰接连接，并且该转向助力油缸与转向节臂采用铰接连接。通过液压油泵给转向助力油缸提供油压，而通过控制转向助力油缸的行程位移来控制单侧车轮转向角度，实现独立悬架车轴的单侧车轮独立转向功能。

图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的悬挂油缸的结构示意图。如前面所述，该悬挂油缸的上端210可以与车架相连，底部220可以与轮边相连，轮边转动可带动缸筒沿着缸杆轴线进行旋转。

如图2所示，该悬挂油缸可以包括：缸杆201、缸筒206、连接杆204和角度传感器208。该角度传感器208可以包括转动部和固定部。例如，该转动部可以与缸筒206连接，该固定部可以与连接杆204相连。该连接杆204可以与缸杆201连接。在一个实施例中，该悬挂油缸还可以包括轴承207。该轴承207安装在缸筒206上。其中，该角度传感器208的转动部与该轴承207相连。

在一个实施例中，如图2所示，该悬挂油缸还可以包括位移传感器202。该位移传感器202与缸杆201固连。并且该位移传感器202(例如通过位移传感器的杆)可以与连接杆204可滑动地(例如可上下滑动地)相连。另外，图2中还示出了位移传感器202的磁感应块203。

在一个实施例中，如图2所示，该悬挂油缸还可以包括旋转限制装置205。该旋转限制装置205可以设置在连接杆204上，限制位移传感器202和连接杆204之间的相对旋转。例如，在位移传感器202的杆底部设置一个螺纹沉孔，在连接杆204上安装一个旋转限制装置205，该旋转限制装置205可以是类似花键的连接方式，也可以是其他连接形式。这样在下方安装的角度传感器208的一端(即固定部)通过轴承207的中心部与旋转限制装置205一起固定不动，角度传感器208的另一端(即转动部)安装在缸筒上，跟随轮胎一起旋转，以检测轮胎角度。

在上述实施例中，图2示出了自带位移传感器及角度传感器的悬挂油缸，可以检测油缸位移和轮胎转角。但在车辆使用过程中，有时可能并不需要所有的油缸均带有位移传感器，因此在此处将位移传感器202的杆替换成铁杆，去除位移传感器的磁感应块203，即可成为另外一种不带位移检测的悬挂油缸，但可检测车轮旋转角度。

本发明实施例的悬挂油缸通过角度传感器实现了缸筒和缸杆之间的旋转运动检测，可直接获取轮胎转角，解决了间接获取轮胎转角导致精度差的问题。

图3是示意性地示出根据本发明一个实施例的转向控制系统的结构示意图。如图3所示，该转向控制系统可以包括：第一角度传感器301、第二角度传感器302和转向控制器310。该第一角度传感器301和该第二角度传感器302分别与转向控制器310电连接。该转向控制系统可以应用在具有机械转向轴和电控转向轴的车辆上。另外，图3中还示出了执行机构320。

该第一角度传感器301可以采集与机械转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第一转向角度，并将该第一转向角度传送至该转向控制器310。

该第二角度传感器302可以采集与电控转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第二转向角度，并将该第二转向角度传送至该转向控制器310。

该转向控制器310可以根据该第一转向角度获得相应行驶模式下的与电控转向轴对应的车轮的理论转向角度，并将第二转向角度与该理论转向角度进行比较，根据这两者的差值控制与电控转向轴对应的车轮进行转向，直至该第二转向角度与该理论转向角度的差值在预设的范围内。例如，该转向控制器310实时地向执行机构320发送转向电信号，控制对应车轮转向，并且第二角度传感器实时地采集第二转向角度并传送到该转向控制器，该转向控制器实时地或周期性地判断第二转向角度与理论转向角度的差值是否在预设的范围内，当这两者的差值在预设范围内时，则停止车轮转向。上述实施例提供了一种转向控制系统，实现了控制车轮转向的目的。

在一个实施例中，该第一角度传感器301可以安装在与机械转向轴对应的第一悬挂油缸(这里，将安装在机械转向轴上的悬挂油缸称为第一悬挂油缸)上。该第二角度传感器302安装在与电控转向轴对应的第二悬挂油缸(这里，将安装在电控转向轴上的悬挂油缸称为第二悬挂油缸)上。例如，第一角度传感器301与第一悬挂油缸集成在一起，第二角度传感器302与第二悬挂油缸集成在一起，所集成形成的装置可以参考图2所示。或者，由于图2所示的悬挂油缸包括了角度传感器，因此可以将多个如图2所示的悬挂油缸设置在机械转向轴或电控转向轴上，将这些悬挂油缸的角度传感器分别作为第一角度传感器或第二角度传感器。

在一个实施例中，第一角度传感器可以包括第一转动部和第一固定部。该第一转动部与第一悬挂油缸的缸筒连接，该第一固定部与第一悬挂油缸的连接杆相连。在另一个实施例中，第二角度传感器可以包括第二转动部和第二固定部。该第二转动部与第二悬挂油缸的缸筒连接，该第二固定部与第二悬挂油缸的连接杆相连。

在一个实施例中，机械转向轴为独立机械车轴，电控转向轴为独立电控车轴。即机械转向轴和电控转向轴均是独立车轴。独立车轴是在左、右车轮之间没有一根刚性梁或非断开式车桥连接，左、右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥。在独立机械车轴的左右两侧的悬挂油缸上分别安装第一角度传感器，即在对应独立机械车轴的左右两侧的车轮，可以分别设置一个第一角度传感器来分别测量左右车轮的转向角度。在独立电控车轴的左右两侧的悬挂油缸上分别安装第二角度传感器，即在对应独立电控车轴的左右两侧的车轮，可以分别设置一个第二角度传感器来分别测量左右车轮的转向角度。其中，转向控制器根据第一转向角度和第二转向角度分别控制独立电控车轴的左右两侧的车轮转向。该实施例实现了对电控转向轴同轴不同侧的车轮的各自独立的转向控制。

图4是示意性地示出根据本发明一个实施例的安装有转向系统的车辆底部示意图。该车辆底部具有七个车轴，分别为第一机械转向轴401、第二机械转向轴402、第三电控转向轴403、第四电控转向轴404、第五电控转向轴405、第六电控转向轴406和第七电控转向轴407。下面以图4所示的七轴结构的车辆底部为例进行说明。

在一个实施例中，如图4所示，前面所述的机械转向轴可以包括：第一机械转向轴(以下简称第一轴)401和第二机械转向轴(以下简称第二轴)402。与该机械转向轴对应的车轮可以包括：与第一机械转向轴401对应的第一车轮和与第二机械转向轴402对应的第二车轮。在一个实施例中，如图4所示，前面所述的电控转向轴可以包括：第三电控转向轴(以下简称第三轴)403、第四电控转向轴(以下简称第四轴)404、第五电控转向轴(以下简称第五轴)405、第六电控转向轴(以下简称第六轴)406和第七电控转向轴(以下简称第七轴)407。与该电控转向轴对应的车轮可以包括：与第三电控转向轴403对应的第三车轮、与第四电控转向轴404对应的第四车轮、与第五电控转向轴405对应的第五车轮、与第六电控转向轴406对应的第六车轮和与第七电控转向轴407对应的第七车轮。

如图4所示，第三轴403、第四轴404、第五轴405、第六轴406和第七轴407可以分别采用图1所示的车轴结构形式。在这些车轴上安装的转向装置可以采用图1中所示的转向装置，该转向装置的结构前面已经详述，这里不再赘述。例如图4中示出了该转向装置的转向助力油缸409。另外，图4还示出了机械转向系统408和机械转向油缸410。该机械转向系统408和该机械转向油缸410可以采用现有的转向系统和油缸。图4中还示出了悬挂油缸，例如带位移传感器和角度传感器的悬挂油缸(其结构可以参考图2所示)411以及带角度传感器的悬挂油缸412等。

第一轴401与第二轴402之间的轮胎通过机械拉杆的形式连接在一起，然后通过液压助力的形式使轮胎转动，其中在第一轴右侧悬挂油缸、第二轴右侧悬挂油缸上设有角度传感器。

在一个实施例中，第一转向角度可以包括：第一车轮的转向角度和第二车轮的转向角度。转向控制器(图4中未示出)可以根据该第一车轮的转向角度和该第二车轮的转向角度这二者之间的阿克曼定理关系以及该第二车轮的转向角度判断该第一车轮的转向角度是否正确，如果该第一车轮的转向角度正确，则根据该第一车轮的转向角度计算相应行驶模式下的与电控转向轴(例如第三轴至第七轴)对应的车轮的理论转向角度。

在一个实施例中，转向控制器可以按照阿克曼定理计算相应行驶模式下的与电控转向轴对应的车轮的理论转向角度。在一个实施例中，该行驶模式可以包括：正常公路行驶模式、小转弯行驶模式、蟹形行驶模式、防甩尾行驶模式、后轴独立转向行驶模式和后轴锁定行驶模式。后面将详细描述这六种行驶模式下的转向情况。

图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的液压系统的结构示意图。图5中示出了第一车轮51、第二车轮52、第三车轮53、第四车轮54、第五车轮55、第六车轮56和第七车轮57。此外，图5中还示出了三轴左侧转向助力油缸5301、三轴右侧转向助力油缸5302、四轴左侧转向助力油缸5401、四轴右侧转向助力油缸5402、五轴左侧转向助力油缸5501、五轴右侧转向助力油缸5502、六轴左侧转向助力油缸5601、六轴右侧转向助力油缸5602、七轴左侧转向助力油缸5701和七轴右侧转向助力油缸5702。再者，图5中还示出了液压泵(例如柱塞泵)511、取力器512、发动机513、第一转向泵514、第二转向泵515、前转向应急泵516、第一阀组517和第二阀组518等，例如这些部件可以采用现有的连接方式进行连接。

在本发明的实施例中，转向控制系统还可以包括转向液压系统。该转向液压系统用于在收到转向控制器的转向电信号后，通过液压油控制相应车轮的转向装置进行动作，从而控制与电控转向轴对应的车轮转向。其中，转向控制器根据第二转向角度与理论转向角度的差值向该转向液压系统发送转向电信号。

在一个实施例中，该转向液压系统可以包括：液压泵、液压油箱、方向电磁阀组和油腔锁止阀组。转向控制器分别与该方向电磁阀组和该油腔锁止阀组电连接。该方向电磁阀组分别通过油路与液压泵、液压油箱以及相应的油腔锁止阀组相连。该液压泵通过油路与该液压油箱相连。该油腔锁止阀组通过油路连接至转向装置的转向助力油缸的油腔。转向控制器根据第二转向角度与理论转向角度的差值分别向相应的方向电磁阀组和油腔锁止阀组发送转向电信号，使得该相应的方向电磁阀组和油腔锁止阀组的油路导通，从而控制相应的转向助力油缸进行伸出或缩回动作，进而控制相应车轮进行转向。

例如，如图5所示，该转向液压系统可以包括：液压泵511、液压油箱501、第三轴方向电磁阀组531、第三轴油腔锁止阀组532、第四轴方向电磁阀组541、第四轴油腔锁止阀组542、第五轴方向电磁阀组551、第五轴油腔锁止阀组552、第六轴方向电磁阀组561、第六轴油腔锁止阀组562、第七轴方向电磁阀组571和第七轴油腔锁止阀组572。每个方向电磁阀组可以包括多个方向电磁阀，分别对应于不同的车轮。每个油腔锁止阀组可以包括分别对应于不同车轮的转向助力油缸的大腔和小腔的大腔锁止阀和小腔锁止阀。

下面以液压泵511、液压油箱501、第三轴方向电磁阀组531和第三轴油腔锁止阀组532为例详细说明该液压转向系统的工作过程。

当第三车轮需要转向时，转向控制器(图5中未示出)根据第二转向角度与理论转向角度的差值分别向第三轴方向电磁阀组531和第三轴油腔锁止阀组532发送转向电信号。例如，第三轴方向电磁阀组531中分别对应于左侧第三车轮和右侧第三车轮的两个方向电磁阀分别得到转向电信号，从而使得相应的进油油路和回油油路导通。又例如，第三轴油腔锁止阀组532中的大腔锁止阀和小腔锁止阀分别得到转向电信号，从而使得相应的大腔油路和小腔油路导通。液压泵511通过进油油路将液压油箱501中的液压油经第三轴方向电磁阀组531和第三轴油腔锁止阀组532进入三轴左侧转向助力油缸5301和三轴右侧转向助力油缸5302，例如进入这两个油缸的大腔，然后小腔中的液压油通过回油油路返回液压油箱，最终实现了第三车轮的转向动作。其他车轮的转向控制操作与第三车轮类似，这里不再一一赘述。

图6是示意性地示出根据本发明另一个实施例的转向控制系统的结构示意图。如图6所示，该转向控制系统包括了三个转向控制器610，当然这三个转向控制器也可以集成为一个转向控制器，这三个转向控制器610与图3中示出的转向控制器310类似。

该转向控制系统还可以包括第一角度传感器和第二角度传感器。

在一个实施例中，该第一角度传感器可以包括：第一轴角度传感器6011和第二轴角度传感器6012。其中，第一轴角度传感器6011用于采集第一车轮的实际转向角度，第二轴角度传感器6012用于采集第二车轮的实际转向角度。

在一个实施例中，第二角度传感器可以包括：第三轴角度传感器、第四轴角度传感器、第五轴角度传感器、第六轴角度传感器和第七轴角度传感器(图6中未示出)。其中，第三轴角度传感器用于采集第三车轮的实际转向角度，第四轴角度传感器用于采集第四车轮的实际转向角度，第五轴角度传感器用于采集第五车轮的实际转向角度，第六轴角度传感器用于采集第六车轮的实际转向角度，第七轴角度传感器用于采集第七车轮的实际转向角度。

在一个实施例中，如图6所示，第三轴方向电磁阀组可以包括：三轴左侧车轮左转电磁阀6321、三轴左侧车轮右转电磁阀6322、三轴右侧车轮左转电磁阀6341和三轴右侧车轮右转电磁阀6342。

在一个实施例中，如图6所示，第三轴油腔锁止阀组可以包括：三轴左侧油缸大腔锁止阀6331、三轴左侧油缸小腔锁止阀6332、三轴右侧油缸大腔锁止阀6351和三轴右侧油缸小腔锁止阀6352。

在一个实施例中，如图6所示，第四轴方向电磁阀组可以包括：四轴左侧车轮左转电磁阀6421、四轴左侧车轮右转电磁阀6422、四轴右侧车轮左转电磁阀6441和四轴右侧车轮右转电磁阀6442。

在一个实施例中，如图6所示，第四轴油腔锁止阀组可以包括：四轴左侧油缸大腔锁止阀6431、四轴左侧油缸小腔锁止阀6432、四轴右侧油缸大腔锁止阀6451和四轴右侧油缸小腔锁止阀6452。

在一个实施例中，如图6所示，第五轴方向电磁阀组可以包括：五轴左侧车轮左转电磁阀6521、五轴左侧车轮右转电磁阀6522、五轴右侧车轮左转电磁阀6541和五轴右侧车轮右转电磁阀6542。

在一个实施例中，如图6所示，第五轴油腔锁止阀组可以包括：五轴左侧油缸大腔锁止阀6531、五轴左侧油缸小腔锁止阀6532、五轴右侧油缸大腔锁止阀6551和五轴右侧油缸小腔锁止阀6552。

在一个实施例中，如图6所示，第六轴方向电磁阀组可以包括：六轴左侧车轮左转电磁阀6621、六轴左侧车轮右转电磁阀6622、六轴右侧车轮左转电磁阀6641和六轴右侧车轮右转电磁阀6642。

在一个实施例中，如图6所示，第六轴油腔锁止阀组可以包括：六轴左侧油缸大腔锁止阀6631、六轴左侧油缸小腔锁止阀6632、六轴右侧油缸大腔锁止阀6651和六轴右侧油缸小腔锁止阀6652。

在一个实施例中，如图6所示，第七轴方向电磁阀组可以包括：七轴左侧车轮左转电磁阀6721、七轴左侧车轮右转电磁阀6722、七轴右侧车轮左转电磁阀6741和七轴右侧车轮右转电磁阀6742。

在一个实施例中，如图6所示，第七轴油腔锁止阀组可以包括：七轴左侧油缸大腔锁止阀6731、七轴左侧油缸小腔锁止阀6732、七轴右侧油缸大腔锁止阀6751和七轴右侧油缸小腔锁止阀6752。

图6中还示出了三轴左侧转向助力油缸5301、三轴右侧转向助力油缸5302、四轴左侧转向助力油缸5401、四轴右侧转向助力油缸5402、五轴左侧转向助力油缸5501、五轴右侧转向助力油缸5502、六轴左侧转向助力油缸5601、六轴右侧转向助力油缸5602、七轴左侧转向助力油缸5701和七轴右侧转向助力油缸5702。此外，图6中还示出了三轴左侧车轮转角6311、三轴右侧车轮转角6312、四轴左侧车轮转角6411、四轴右侧车轮转角6412、五轴左侧车轮转角6511、五轴右侧车轮转角6512、六轴左侧车轮转角6611、六轴右侧车轮转角6612、七轴左侧车轮转角6711和七轴右侧车轮转角6712。

下面以第三车轮转向为例描述转向控制系统的工作过程。

转向控制器610分别从第一轴角度传感器6011和第二轴角度传感器6012接收到第一车轮的实际转向角度和第二车轮的实际转向角度。当车轮转向时，这两个转向角度应该满足阿克曼定理关系，因此可以根据阿克曼定理关系以及第二车轮的实际转向角度计算第一车轮的转向角度，并对计算得到的第一车轮的转向角度和实际采集的第一车库的转向角度进行比较，如果二者差值在允许的范围内，则可以确定采集的第一车轮的实际转向角度正确。然后该转向控制器610根据该第一车轮的实际转向角度计算相应行驶模式下的第三车轮的理论转向角度。接下来，该转向控制器610根据第三车轮的实际转向角度与理论转向角度的差值向三轴左侧车轮左转电磁阀6321、三轴右侧车轮左转电磁阀6341、三轴左侧油缸大腔锁止阀6331、三轴左侧油缸小腔锁止阀6332、三轴右侧油缸大腔锁止阀6351和三轴右侧油缸小腔锁止阀6352发送转向电信号，控制三轴左侧转向助力油缸5301和三轴右侧转向助力油缸5302动作，从而控制第三车轮向左转。在一些实施例中，上述差值为正值，表示车轮向左转；上述差值为负值，表示车轮向右转。该第二车轮的实际转向角度可以作为后轴转角的基准输入。第二车轮的实际转向角度可以作为第一车轮转向角度的判断设计和冗余设计，在第一车轮转向角度输入至转向控制器，利用第二车轮转向角度进行判断第一车轮转角输入信号是否正确，第一车轮和第二车轮转角关系预存至转向控制器。

关于其他车轮的转向控制操作，与第三车轮的上述实施例类似，这里不再一一赘述。

在本发明的实施例中，如图6所示，该转向控制系统还可以包括：车速检测设备603。该车速检测设备603用于获得车速，并将该车速传输至转向控制器610。该转向控制器610可以结合该车速对与电控转向轴对应的车轮的转向角度进行调整。例如，该车速检测设备603可以为变速箱或车辆自身的ABS(antilock brake system，制动防抱死系统)。即车速信号可从变速箱获得或者从车辆自身的ABS内部获得信号。

在本发明的实施例中，该转向控制系统还可以包括：中央控制器691和显示器692。中央控制器691为整车控制，与转向控制器之间进行通讯，将转角信号传递至显示器692，驾驶员可以在显示器上观察车辆转向系统状态。

图7A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在正常公路行驶模式下的转向示意图。如图7A所示，在正常公路行驶模式下，第五车轮55、第六车轮56和第七车轮57的转向方向与第一车轮51、第二车轮52、第三车轮53和第四车轮54的转向方向相反，并且第一车轮51至第七车轮57的转向角度满足阿克曼定理。

图7B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在正常公路行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。如图7所示，左侧车轮(或轮胎)转角用L表示，各轴左侧车轮转角分别用L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆和L₇表示，其中，在转向中心O之后的转角值为负值。右侧车轮(或轮胎)转角用R表示，各轴右侧车轮转角分别用R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇表示，在转向中心O之后转角值为负值。车轴至转向中心O的距离用H表示，各车轴至转向中心的距离分别用H₁、H₂、H₃、H₄、H₅、H₆和H₇表示，在转向中心O之后的距离值为负值。

已知一轴转角L₁、各车轴的轴距、两主销中心线延长线到地面交点之间的距离M以及各车轴至转向中心的距离H，则各车轴转向角度与一轴转角关系如下：

L₁已知；

在该正常公路行驶模式下，转向控制器在获知一轴转角L₁(即第一车轮的实际转向角度，通过第一角度传感器采集得到)后，可以计算在该正常公路行驶模式下的对应各个车轴的车轮的理论转向角度，并结合各个车轮的实际转向角度控制车轮转向，直至相应车轮的实际转向角度与理论转向角度的差值在预设的范围内。

图8A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在小转弯行驶模式下的转向示意图。如图8A所示，在小转弯行驶模式下，第五车轮55、第六车轮56和第七车轮57的转向方向与第一车轮51、第二车轮52、第三车轮53和第四车轮54的转向方向相反，并且第一车轮51至第七车轮57的转向角度满足阿克曼定理。

图8B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在小转弯行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。如图8B所示，左侧车轮(或轮胎)转角用L表示，各轴左侧车轮转角分别用L₁、L₂(图8B中未标出L₂)、L₃、L₄、L₅、L₆和L₇表示，其中，在转向中心O之后的转角值为负值。右侧车轮(或轮胎)转角用R表示，各轴右侧车轮转角分别用R₁、R₂(图8B中未标出R₁和R₂)、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇表示，在转向中心O之后转角值为负值。车轴至转向中心O的距离用Q表示，各车轴至转向中心的距离分别用Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆和Q₇表示，在转向中心O之后的距离值为负值。

已知一轴转角L₁、各车轴的轴距、两主销中心线延长线到地面交点之间的距离M以及各车轴至转向中心的距离Q，则各车轴转向角度与一轴转角关系如下：

L₁已知；

在该小转弯行驶模式下，转向控制器在获知一轴转角L₁(即第一车轮的实际转向角度，通过第一角度传感器采集得到)后，可以计算在该小转弯行驶模式下的对应各个车轴的车轮的理论转向角度，并结合各个车轮的实际转向角度控制车轮转向，直至相应车轮的实际转向角度与理论转向角度的差值在预设的范围内。

图9A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在蟹形行驶模式下的转向示意图。如图9A所示，在蟹形行驶模式下，第一车轮51至第七车轮57的转向方向相同，并且第一车轮51和第二车轮52的转向角度满足阿克曼定理。

图9B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在蟹形行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。如图9B所示，左侧车轮(或轮胎)转角用L表示，各轴左侧车轮转角分别用L₁、L₂(图9B中未标出L₂)、L₃、L₄、L₅、L₆和L₇表示。右侧车轮(或轮胎)转角用R表示，各轴右侧车轮转角分别用R₁、R₂(图9B中未标出R₁和R₂)、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇表示。已知一轴转角L₁，则各车轴转向角度与一轴转角关系如下：

L₁已知；L₁＝L₃＝L₄＝L₅＝L₆＝L₇＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝R₇。

该蟹形行驶模式下，转向控制器在获知一轴转角L₁(即第一车轮的实际转向角度，通过第一角度传感器采集得到)后，可以计算在该蟹形行驶模式下的对应各个车轴的车轮的理论转向角度，并结合各个车轮的实际转向角度控制车轮转向，直至将相应车轮的实际转向角度调整到与一轴转角相等。

图10A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在防甩尾行驶模式下的转向示意图。如图10A所示，在防甩尾行驶模式下，第七车轮57的转向方向与第一车轮51、第二车轮52、第三车轮53和第四车轮54的转向方向相反，第五车轮55和第六车轮56不参与转向，并且第一车轮51、第二车轮52、第三车轮53、第四车轮54和第七车轮57的转向角度满足阿克曼定理。

图10B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在防甩尾行驶模式下转向过程中的车轮状态示意图。如图10B所示，左侧车轮(或轮胎)转角用L表示，各轴左侧车轮转角分别用L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆和L₇表示，其中，在转向中心O之后的转角值为负值。右侧车轮(或轮胎)转角用R表示，各轴右侧车轮转角分别用R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇表示，在转向中心O之后转角值为负值。车轴至转向中心O的距离用S表示，各车轴至转向中心的距离分别用S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆和S₇表示，在转向中心O之后的距离值为负值。已知一轴转角L₁、各车轴的轴距、两主销中心线延长线到地面交点之间的距离M以及各车轴至转向中心的距离S，则各车轴转向角度与一轴转角关系如下：

L₁已知；L₅＝0；L₆＝0；

R₅＝0；R₆＝0；

在该防甩尾行驶模式下，转向控制器在获知一轴转角L₁(即第一车轮的实际转向角度，通过第一角度传感器采集得到)后，可以计算在该防甩尾行驶模式下的对应各个车轴的车轮的理论转向角度，并结合各个车轮的实际转向角度控制车轮转向，直至相应车轮的实际转向角度与理论转向角度的差值在预设的范围内。

图11A是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在后轴独立转向模式下的转向示意图。如图11A所示，在后轴独立转向行驶模式下，第五车轮55、第六车轮56和第七车轮57的转向方向与第三车轮53和第四车轮54的转向方向相反，第一车轮51和第二车轮52不参与转向，并且第三车轮53至第七车轮57的转向角度满足阿克曼定理。

图11B是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在后轴独立转向模式下转向过程中的车轮状态示意图。如图11B所示，左侧车轮(或轮胎)转角用L表示，各轴左侧车轮转角分别用L₁、L₂(图11B中未标出L₁和L₂)、L₃、L₄、L₅、L₆和L₇表示，其中，在转向中心O之后的转角值为负值。右侧车轮(或轮胎)转角用R表示，各轴右侧车轮转角分别用R₁、R₂(图11B中未标出R₁和R₂)、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇表示，在转向中心O之后转角值为负值。车轴至转向中心O的距离用K表示，各车轴至转向中心的距离分别用K₁、K₂(图11B中未标出K₁和K₂)、K₃、K₄、K₅、K₆和K₇表示，在转向中心O之后的距离值为负值。已知旋钮旋转角度P(该旋钮是指后轴独立转向旋钮，此旋钮主要功能是：机械转向轴受方向盘控制，所谓的后轴独立转向是指机械转向轴不转向，电控转向轴独立转向，此旋钮旋转角度的大小决定了后轴转向角度的大小)、旋钮至转向中心的垂直距离Kp、各车轴的轴距、两主销中心线延长线到地面交点之间的距离M以及各车轴至转向中心的距离K，则各车轴转向角度与一轴转角关系如下：

在该后轴独立转向模式下，转向控制器在获知一轴转角L₁(此时L₁＝0)后，还可以获得车辆的旋钮旋转角度和旋钮至转向中心的垂直距离，然后结合该旋钮旋转角度和该垂直距离计算第三车轮至第七车轮的理论转向角度，并结合各个车轮的实际转向角度控制车轮转向，直至相应车轮的实际转向角度与理论转向角度的差值在预设的范围内。

图12是示意性地示出根据本发明一个实施例的车辆在后轴锁定转向模式下的转向示意图。在后轴锁定行驶模式下，第三车轮53至第七车轮57不参与转向(也即第三车轮53、第四车轮54、第五车轮55、第六车轮56和第七车轮57的转向角度为0)，第一车轮51和第二车轮52的转向角度满足阿克曼定理。

在该后轴锁定转向模式下，转向控制器在获知一轴转角L₁后，将第三车轮至第七车轮的转向角度调整到0度(即不参与转向)，从而实现该模式下的转向操作。

在上述六种模式的布置形式中，电控转向轴左右侧轮胎之间转向可以没有关联，在转向模式切换过程中，转向车轮不再受到机械约束，可按照预定的定理转动到位。

在本发明的实施例中，在车辆行驶过程中，第一轴车轮转角作为基准输入至转向控制器，第二轴车轮转角作为冗余信号输入至该转向控制器，该转向控制器获取输入条件后，在其程序内部运算后输出控制相应阀组执行动作的转向电信号，转向助力油缸作为执行元件最终推动车轮转动。车轮转动后，悬挂油缸内部的角度传感器将车轮转角信号反馈至转向控制器，转向控制器内部会对获得的实际转角信号与理论转角信号进行对比，不断地对车轮转角进行调整，以获得最优的车轮转角。

在一个实施例中，该转向控制系统还可以包括位置检测开关。该位置检测开关设置在转向装置的转向助力油缸上，用于检测转向助力油缸中的活塞位置，并且将该活塞位置发送到转向控制器。该转向控制器根据该活塞位置判断该转向助力油缸是否处于中位，当该转向油缸不处于中位时控制活塞运动，使得该转向助力油缸处于中位。

在一个实施例中，转向控制系统还可以包括油缸位移传感器。该油缸位移传感器设置在转向装置的转向助力油缸上，用于检测转向助力油缸的位移，并且将该位移发送到转向控制器。该转向控制器根据该位移判断转向助力油缸是否处于中位，当转向油缸不处于中位时控制活塞运动，使得该转向助力油缸处于中位。

在一个实施例中，转向控制器还用于在转向助力油缸处于中位后锁定活塞的位置，并在调整车轮的定位参数后对第一角度传感器和第二角度传感器进行自动清零操作。

图13是示意性地示出根据本发明一个实施例的带有位置检测开关的转向助力油缸的结构示意图。如图13所示，该转向助力油缸包括：转向助力油缸球头1301、缸筒1302、螺母1303、活塞1304、密封装置1305、缸杆1306、导向套1307和可调节球头1308。球头1301与该缸筒1302连接。活塞1304设置在缸筒1302内部，并且通过螺母1303固定在缸杆1306的一端上。密封装置1305包绕地设置在缸杆1306上。另外，在缸筒1302和缸杆1306之间设置导向套1307。可调节球头1308与缸杆1306的另一端相连。

在一个实施例中，如图13所示，该转向助力油缸还可以包括位置检测开关1309。该位置检测开关与转向助力油缸的其他部件集成在一起。该位置检测开关1309设置在转向助力油缸的缸筒1302上。例如，可以在缸筒1302的特定位置设置与该位置检测开关1309匹配的内螺纹，该位置检测开关1309为外螺纹，可直接安装在转向助力油缸的缸筒上。该位置检测开关1309可以用来检测转向助力油缸的中位位置。每个车轮转向过程中的每个角度都对应转向助力油缸不同的位移点，车轮处于中位位置时的油缸长度作为中位检测点，每个轮胎对应的助力油缸的中位检测点不同，油缸设计过程中将针对车轮中位进行设计。

例如，可以在转向助力油缸的中位位置两侧各设置一个位置检测开关。该位置检测开关可以在一键实现转向助力油缸自动回到设计中位过程中，用来检测活塞在该位置检测开关的左边还是右边，以实现向左转还是向右转车轮才能回到中位的目的。该位置检测开关还可以检测油缸是否回到中位，提供一键实现转向助力油缸自动回到设计中位过程的一个基准。

本发明针对电控转向轴还提出了一种新型的四轮定位方法。在设计过程中，按照轮胎中位对转向助力油缸进行匹配设计，每个转向助力油缸对应一个设计中位。对转向助力油缸设计中位进行检测，将检测信号输入转向控制器，转向控制器可根据自身设定的程序在驾驶室内部可一键实现转向助力油缸自动回到设计中位，此时利用四轮定位设备微调转向助力油缸长度，达到调整轮胎姿态的目的。调整完成后，所有的轮胎处于设计零位，在驾驶室内部通过转向控制器可实现悬挂油缸内部的角度传感器一键归零。通过四轮定位，可以确保车辆具有良好的行驶性能和可靠性。

例如，在转向助力油缸回到中位后锁定，即可开始车轮四轮定位参数的调整，通过调整油缸缸杆端部的球头螺纹来实现油缸长度的微调，获得合理的轮胎姿态参数。四轮定位设备可以采用现有的检测轮胎姿态的设备。在四轮定位完成后，所有的轮胎处于中位状态，但此时角度传感器信号可能不在零位。此时可以通过手动调节来使角度传感器归零；或者为了达到省时省力的效果，可以通过驾驶室控制模块，对角度传感器进行自动清零，在显示器上显示为零值，控制器即在系统内部认为该转角为零。

当转向控制系统出现故障时，车辆有可能不能进行转向操作，因此本发明还提供一种辅助应急控制系统。

在一个实施例中，该辅助应急控制系统可以包括：辅助控制器和辅助液压系统。该辅助控制器与转向控制器电连接，用于读取该转向控制器的信号，当获知该转向控制器出现故障或与该转向控制器对应的转向液压系统出现故障时，向辅助液压系统发送应急电信号。该辅助液压系统用于当接收到该应急电信号时通过液压油控制对应车轮的转向装置的转向助力油缸动作，使得该车轮回到中位。该系统可以在主控制系统出现报警或者故障的情况下启动，使电控转向轮回至预定的中位。

在一个实施例中，辅助应急控制系统还可以包括位置检测开关。该位置检测开关设置在转向助力油缸上(例如，如前所述，该位置检测开关与转向助力油缸集成在一起)。该位置检测开关用于检测转向助力油缸中的活塞位置，并且将该活塞位置发送到辅助控制器。该辅助控制器当根据活塞位置获知转向助力油缸回到中位时，确定车轮回到中位，从而停止控制转向助力油缸动作(即使得转向助力油缸停止动作)。

在一个实施例中，辅助应急控制系统还可以包括油缸位移传感器。该油缸位移传感器设置在转向助力油缸上(例如，该油缸位移传感器与转向助力油缸集成在一起)，用于检测该转向助力油缸的位移，并且将该位移发送到辅助控制器。其中，辅助控制器当根据该位移获知转向助力油缸回到中位时，确定车轮回到中位，从而停止控制转向助力油缸动作(即使得转向助力油缸停止动作)。

图14是示意性地示出根据本发明一个实施例的液压系统的结构示意图。图14中除了示出了与图5所示的转向液压系统相似的部分。所不同的是，图14的转向液压系统包括：第三轴方向电磁阀组731、第三轴油腔锁止阀组732、第四五轴左侧方向电磁阀组741、第四五轴左侧油腔锁止阀组742、第四五轴右侧方向电磁阀组751、第四五轴右侧油腔锁止阀组752、第六七轴左侧方向电磁阀组761、第六七轴左侧油腔锁止阀组762、第六七轴右侧方向电磁阀组771、第六七轴右侧油腔锁止阀组772。

图14中还示出了辅助液压系统。该辅助液压系统可以包括：分动箱(可以随着车辆运行而转动)820、辅助应急泵810和多个辅助控制电磁阀(例如，图14中示出了两组三位四通辅助控制电磁阀组831和832，这两个控制电磁阀组包括了辅助控制电磁阀)。辅助应急泵810安装在分动箱820上(具体地，该辅助应急泵安装在分动箱取力口上)，该辅助应急泵通过油路连接至液压油箱501，并且通过油路与多个辅助控制电磁阀相连。每个辅助控制电磁阀分别通过油路连接至对应的转向助力油缸的大腔和小腔。例如，三轴左侧辅助控制电磁阀连接至与第三轴对应的转向助力油缸的大腔和小腔，其他类似。辅助控制器(图14中未示出)与该多个辅助控制电磁阀电连接。其中，辅助控制器向辅助控制电磁阀发送应急电信号，控制辅助控制电磁阀导通，从而控制相应的转向助力油缸动作，以使得相应的车轮回到中位。例如，辅助控制器向三轴左侧辅助控制电磁阀发送应急电信号，控制该三轴左侧辅助控制电磁阀导通，从而控制与第三轴对应的转向助力油缸动作，从而控制三轴左侧车轮回到中位。

在上述实施例中，辅助应急控制系统的动力源来自于安装在分动箱取力口上的辅助应急泵，在此该辅助应急泵与三、四、五、六和七轴等电控转向车轴的左、右侧转向油缸之间增加两组三位四通辅助控制电磁阀组，分别控制电控车轴的左、右侧转向助力油缸，电磁阀由单独的辅助控制器控制，此辅助控制器读取控制电控车轴转向的控制器(即转向控制器)的实际信号，当控制电控车轴转向的控制器出现故障或某一个液压回路出现故障时，辅助控制器控制出现故障的回路的辅助控制电磁阀通断，实现该回路控制的转向助力油缸处于中位行程状态，即实现该轮胎中位状态，保证车辆的安全性。

在一个实施例中，如图14所示，辅助液压系统还包括：通断电磁阀840和优先选择阀850。该通断电磁阀840与辅助控制器(图14中未示出)电连接。该通断电磁阀840通过油路与辅助应急泵810相连，并且通过油路与优先选择阀850相连。该优先选择阀850通过油路连接至与机械转向轴对应的转向液压系统。其中，当车辆的电控转向轴发生故障时，辅助控制器向通断电磁阀840和优先选择阀850发送导通电信号，控制该通断电磁阀840和该优先选择阀850导通，从而控制与机械转向轴对应的车轮转向。在该实施例中，当电控转向轴发生故障时，对电控转向轴进行了锁定处理，通过这里的通断电磁阀和优先选择阀来实现机械操作转向。

图15是示意性地示出根据本发明一个实施例的控制系统的结构示意图。图15中示出了与图6中的转向控系统相同或相似的结构。此外，图15中还示出了辅助控制器910和多个辅助控制电磁阀。这多个辅助控制电磁阀分别是：三轴左侧油缸辅助电磁阀8313、三轴右侧油缸辅助电磁阀8323、四轴左侧油缸辅助电磁阀8314、四轴右侧油缸辅助电磁阀8324、五轴左侧油缸辅助电磁阀8315、五轴右侧油缸辅助电磁阀8325、六轴左侧油缸辅助电磁阀8316、六轴右侧油缸辅助电磁阀8326、七轴左侧油缸辅助电磁阀8317和七轴右侧油缸辅助电磁阀8327。

以三轴左侧油缸辅助电磁阀8313为例，描述辅助应急控制系统的控制过程：该转向控制器610出现故障或与该转向控制器610对应的转向液压系统出现故障时，该转向控制器610向辅助控制器910发送信号(可以称为故障信号)，辅助控制器910在获得该信号后，向辅助液压系统发送应急电信号，例如当前需要控制三轴左侧车轮回到中位，则向三轴左侧油缸辅助电磁阀8313发送应急电信号，控制该三轴左侧油缸辅助电磁阀8313导通，从而控制三轴左侧转向助力油缸动作，使得三轴左侧助力油缸转向。并且设置在三轴左侧转向助力油缸上的位置检测开关实时的获得该助力油缸的活塞位置，并反馈给辅助控制器910。辅助控制器910当根据活塞位置确定该助力油缸回到中位(也即三轴左侧车轮回到中位)时，停止控制该助力油缸动作。对其他辅助电磁阀的控制过程类似，这里不再一一赘述。

另外，前面描述了一种在对电控转向轴进行锁定处理后的转向操作。这里在描述一种对电控转向轴不锁定的转向操作。在一个实施例中，当车辆的转向控制系统发生故障时，辅助控制器在(例如从油缸位移传感器)接收到(转向助力油缸的)位移后，根据该位移计算车轮的当前转向角度，并结合当前转向角度控制所述车轮转向。例如，在该过程中，前面所述的第一角度传感器采集的与机械转向轴对应的车轮的第一转向角度也输入到该辅助控制器，该辅助控器可以根据该第一转向角度得到相应车轮的理论转向角度，并根据前面计算的当前转向角度和这里的理论转向角度的差值控制相应车轮转向，直至这二者的差值在预设的范围内。

本发明还提供了一种起重机，该起重机包括如前所述的转向控制系统。

在一个实施例中，该起重机还可以包括：如前所述辅助应急控制系统。

图16是示出根据本发明一个实施例的转向控制方法的流程图。

在步骤S1601，采集与机械转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第一转向角度；并采集与电控转向轴对应的车轮的实际转向角度，记为第二转向角度。

在步骤S1602，根据第一转向角度获得相应行驶模式下的与电控转向轴对应的车轮的理论转向角度。

在步骤S1603，将第二转向角度与理论转向角度进行比较，根据这两者的差值控制与电控转向轴对应的车轮进行转向。

在步骤S1604，判断第二转向角度与理论转向角度的差值是否在预设的范围内。如果是，则过程结束；否则返回步骤S1603，即继续控制相应车轮转向。

在该实施例中，采集第一转向角度和第二转向角度，然后根据第一转向角度获得相应行驶模式下的与电控转向轴对应的车轮的理论转向角度，并将该第二转向角度与该理论转向角度进行比较，根据这两者的差值控制与电控转向轴对应的车轮进行转向，直至该第二转向角度与该理论转向角度的差值在预设的范围内，从而实现了对车轮转向的控制。

在一个实施例中，机械转向轴为独立机械车轴，电控转向轴为独立电控车轴。采集第一转向角度和第二转向角度的步骤可以包括：采集在独立机械车轴的左右两侧的车轮的第一转向角度和在独立电控车轴的左右两侧的车轮的第二转向角度。控制与电控转向轴对应的车轮进行转向的步骤可以包括：根据第一转向角度和第二转向角度分别控制独立电控车轴的左右两侧的车轮转向。

在一个实施例中，获得所述理论转向角度的步骤可以包括：按照阿克曼定理计算相应行驶模式下的与电控转向轴对应的车轮的理论转向角度。其中，该行驶模式可以包括：正常公路行驶模式、小转弯行驶模式、蟹形行驶模式、防甩尾行驶模式、后轴独立转向行驶模式和后轴锁定行驶模式。

在一个实施例中，与机械转向轴对应的车轮可以包括：与第一机械转向轴对应的第一车轮和与第二机械转向轴对应的第二车轮。在一个实施例中，与电控转向轴对应的车轮可以包括：与第三电控转向轴对应的第三车轮、与第四电控转向轴对应的第四车轮、与第五电控转向轴对应的第五车轮、与第六电控转向轴对应的第六车轮和与第七电控转向轴对应的第七车轮。

在一个实施例中，在正常公路行驶模式下，第五车轮、第六车轮和第七车轮的转向方向与第一车轮、第二车轮、第三车轮和第四车轮的转向方向相反，并且第一车轮至第七车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，在小转弯行驶模式下，第五车轮、第六车轮和第七车轮的转向方向与第一车轮、第二车轮、第三车轮和第四车轮的转向方向相反，并且第一车轮至第七车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，在蟹形行驶模式下，第一车轮至第七车轮的转向方向相同，并且第一车轮和第二车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，在防甩尾行驶模式下，第七车轮的转向方向与第一车轮、第二车轮、第三车轮和第四车轮的转向方向相反，第五车轮和第六车轮不参与转向，并且第一车轮、第二车轮、第三车轮、第四车轮和第七车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，在后轴独立转向行驶模式下，第五车轮、第六车轮和第七车轮的转向方向与第三车轮和第四车轮的转向方向相反，第一车轮和第二车轮不参与转向，并且第三车轮至第七车轮的转向角度满足阿克曼定理。在一个实施例中，获得所述理论转向角度的步骤可以包括：获得车辆的旋钮旋转角度和旋钮至转向中心的垂直距离；以及结合该旋钮旋转角度和该垂直距离计算第三车轮至第七车轮的理论转向角度。

在一个实施例中，在后轴锁定行驶模式下，第三车轮至第七车轮不参与转向，第一车轮和第二车轮的转向角度满足阿克曼定理。

在一个实施例中，第一转向角度可以包括：第一车轮的转向角度和第二车轮的转向角度。获得所述理论转向角度的步骤包括：根据第一车轮的转向角度和第二车轮的转向角度这二者之间的阿克曼定理关系以及该第二车轮的转向角度判断该第一车轮的转向角度是否正确；以及如果该第一车轮的转向角度正确，则根据该第一车轮的转向角度计算相应行驶模式下的与电控转向轴对应的车轮的理论转向角度。

在一个实施例中，根据这两者的差值控制与电控转向轴对应的车轮进行转向的步骤可以包括：根据第二转向角度与理论转向角度的差值向转向液压系统发送转向电信号；以及该转向液压系统在收到该转向电信号后，通过液压油控制相应车轮的转向装置进行动作，从而控制与电控转向轴对应的车轮转向。

在一个实施例中，所述转向控制方法还可以包括：获得车速；以及结合该车速对与电控转向轴对应的车轮的转向角度进行调整。

在一个实施例中，所述转向控制方法还可以包括：检测转向助力油缸中的活塞位置；以及根据该活塞位置判断转向助力油缸是否处于中位，当该转向油缸不处于中位时控制该活塞运动，使得该转向助力油缸处于中位。

在一个实施例中，所述转向控制方法还可以包括：在转向助力油缸处于中位后锁定该活塞的位置；调整车轮的定位参数；以及对采集的第一转向角度和第二转向角度进行自动清零操作。

图17是示出根据本发明一个实施例的辅助应急控制方法的流程图。

在步骤S1701，读取转向控制器的信号，当获知该转向控制器出现故障或与该转向控制器对应的转向液压系统出现故障时，向辅助液压系统发送应急电信号。

在步骤S1702，辅助液压系统当接收到应急电信号时通过液压油控制对应车轮的转向装置的转向助力油缸动作，使得该车轮回到中位。

上述实施例实现了当转向控制系统出现故障时进行辅助应急控制的方法，从而使电控转向车轮回至预定的中位。

在一个实施例中，所述辅助应急控制方法还可以包括：获得转向助力油缸中的活塞位置；以及当根据该活塞位置获知转向助力油缸回到中位时，确定车轮回到中位，从而停止控制转向助力油缸动作(即使得转向助力油缸停止动作)。

在一个实施例中，所述辅助应急控制方法还可以包括：获得转向助力油缸中的位移；以及当根据该位移获知转向助力油缸回到中位时，确定车轮回到中位，从而停止控制转向助力油缸动作(即使得转向助力油缸停止动作)。

在一个实施例中，所述辅助应急控制方法还可以包括：当车辆的电控转向轴发生故障时，向通断电磁阀和优先选择阀发送导通电信号，控制该通断电磁阀和该优先选择阀导通，从而控制与机械转向轴对应的车轮转向。

在一个实施例中，所述辅助应急控制方法还可以包括：当车辆的转向控制系统发生故障时，在获得转向助力油缸的位移后，根据该位移计算车轮的当前转向角度，并结合该当前转向角度控制车轮转向。

本发明不仅适用于独立悬架车轴，而且适用于整体式车轴。独立悬架是这样的悬架：在左、右车轮之间没有一根刚性梁或非断开式车桥连接，左、右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥。整体式车轴是这样的车轴：两侧车轮有一根整体式结构件相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架上，左右车轮跳动时相互影响。

本发明具有以下优点中的至少一个优点：

1、本发明的转向装置可以应用于工程机械车辆底盘，可显著减轻车辆转向系统部件的重量，为整机轻量化设计做出显著的贡献。

2、本发明可以实现既可以检测悬挂油缸位移又可以检测轮胎转角的新型悬挂油缸，也可以实现可单独检测轮胎转角的新型悬挂油缸。本发明的悬挂油缸通过角度传感器实现了缸筒和缸杆之间的旋转运动检测，可直接获取轮胎转角，解决了间接获取轮胎转角导致精度差的问题。

3、可以实现独立悬架车轴左、右侧车轮独立控制转向，显著降低工程机械车辆多种转向模式下切换工作时轮胎异常磨损现场发生。

4、实现工程机械车辆四轮定位新方案，独立调整单个车轴轮胎的位置参数。该定位调整的方法简单可靠。

5、在主控制系统出现报警或者故障的情况下启动辅助应急控制系统，使电控转向车轮回至预定的中位。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。