模型操控栅格电液助力同步万能转向机构的制作方法

本实用新型涉及一种多轮车辆万能转向机械式操控机构，属陆用非轨道多轮车辆车轮转向操控技术领域，分类代码为B62D5。

背景技术：

目前，国内外多轮车辆转向技术中，侧边轮转向以梯形传动补偿为主，后轮转向中，常见有梯形传动补偿，也有微电脑数控助力转向；在大型多轮多轴重型车辆设计中，全轮转向中现行先进技术为全部采用微电脑操控车轮助力转向技术，即线控转向技术，在引进国外重卡技术中采用双向液压助力转向。通常应用在多轴装甲车、导弹载车上，其向中低档车辆普及过程中，二者在高精尖附带的制造成本，以及单一性转向传动部件的可靠性和精确响应方面各有优缺点。

现有技术是由本申请的发明人申请的发明专利申请（申请号201410170960.2）和实用新型专利（专利号201520206467.1），上述两项现有技术虽然很好地解决了制造成本高和单一性转向传动部件的可靠性和精确响应方面的问题，但在实际应用中也存在转向传动机构对车辆悬架空间布局的相互干扰等缺陷，同时用材重量也有减少的空间，扩展适用性也需要进一步扩展。

技术实现要素：

本实用新型是在上述两项现有技术的基础上，为了克服在实际应用中转向传动机构对车辆悬架空间布局的相互干扰等缺陷，同时减少用材重量，扩展适用性而改进设计的一种模型操控栅格电液助力同步万能转向机构。

本实用新型的技术方案是：一种模型操控栅格电液助力同步万能转向机构，包括车架（15）、车轮（18）和转向机构，在矩形车架（15）的左右两边各安装有左右对称的三对以上的车轮（18）；其特征在于，各实体车轮转向轴（10）分别与按比例缩小的模型控制器（P10）中对应副转向轴（10＇）通过同步转向传动机构连接,包含缘盘栅格脉冲步进电动助力、校正和驾驶双态同芯换向阀控制的同步液压动副液压反馈压力敏感电控助力同步转向传动管路（P5）；该模型控制器（P10）包括方向盘（2）、中轴摆杠（13）、中轴摆杆（3）、副转向轴（10＇）、副转向轴轴盘（52）、正弦比例分配器（12）和液压比例阀（FA）之一，方向盘（2）设在车架前端，模型控制器（P10）内部中轴摆杠（13）和方向盘（2）半径连杆连接正弦比例分配器（12）或者控制液压比例阀（FA），完成正弦比例分配后，通过铰接滑动轴承连接连杆（5）和中轴摆杆（3），中轴摆杆（3）用垂直滚轮夹持与中轴摆杆平行约束的摆杆(6b)矩形框的垂直边或用平行四连杆平行约束连接与中轴摆杆平行约束的摆杆(6b)，与中轴摆杆平行约束的摆杆(6b)一端铰接锚定在余弦连杆桁架（4）上，另一端水平挑动横向齿条连杆带动倒转齿轮（101）旋转，倒转齿轮（101）分别带动余弦连杆桁架（4）两侧的同步余弦连杆（11）产生纵向余弦增减补偿效果，余弦桁架（4）及其附着连接的各轴位连杆（5）、纵向连杆（11）、与中轴摆杆平行约束的摆杆（6b）、横齿条和齿轮（101）作为整体，在方向盘(2)余弦连杆和压力敏感电控传感器控制的助力器带动下沿模型控制器（P10）的中轴线纵向滑动，两侧连杆（11）和各轴位连杆（5）端头滑槽中滑动轴承层叠铰接在各副转向轴位同一曲轴摇臂轴上，曲轴摇臂插入副转向轴轴盘（52）上截面径向梯形滑动槽口，副转向轴轴盘（52）中间固定安装缘盘栅格，副转向轴轴盘（52）下截面径向矩形槽口啮合连接液压反馈同步传动运动副的转动轴，矩形槽口处插入扭矩压力敏感电控传感器；液压运动副通过包含校正和驾驶双态同芯换向阀控制的同步液压传动管路（P5）连接车轮转向轴（10）同步运动副，在矩形槽口处扭矩压力敏感电控传感器所产生的电信号，直接控制伺服助力作用于车轮转向轴（10）的摆臂；副转向轴轴盘（52）和实体车轮转向轴（10）上安装相同型号、相同安装参数、同步归零的传动运动副；与第一组的第一、第二直线助力活塞缸（82、83）相位差60～120度角的转向轴曲轴摇臂位置，增加第二组的直线助力活塞缸（82、83）液压反馈回路和伺服电控液压助力，形成曲轴双活塞缸交替做功全圆转向助力；各副转向轴和各实体车轮转向轴都安装零相位限位齿槽，弹簧归位+电磁力控制+储液缸液压三力控制限位插入锁定；在转向机构的中部和后部的两侧分别装有两对第一摆动活塞油缸（80）和第一直线助力活塞缸（82），模型控制器端的第一摆动活塞油缸（80）和第一直线助力活塞缸（82）的输出管道和输入管道经弹簧自动归位于驾驶模式Z状态和同轴四联三接口换向阀分别与实体车轮端的同型号运动副第二摆动活塞油缸（81）或第二直线助力活塞缸（83）的输入管道和输出管道连接，成为往返同步反馈控制回路，副转向轴和实体车轮转向轴同向等量同步转向；副转向轴端双向第一直线助力活塞缸（82）固定车架的连杆与铰接副转向轴曲轴摆臂的连杆呈跨越缸体十字抱篮夹持活塞缸的独特连接；模型控制器（P10）的副转向轴轴盘（52）下截面径向矩形槽口中扭矩压力敏感电控传感器所产生的转向助力控制电信号，经放大后直接控制电磁阀（FB）连通液压储油罐高输出端（FG）、低输出端（FM）与伺服助力液压摆动活塞油缸的左端（FL）和右端（FR）连接，或与伺服助力双向液压活塞缸的无杆缸室和有杆缸室连接，双向液压活塞缸助力的活塞杆与实体车轮转向轴曲轴铰接，其固定端铰接连接在车架上，实体车轮转向轴端反馈运动副按与副转向轴端相同参数与实体车轮转向轴曲轴铰接，其固定端铰接连接车架上，助力转向效果经同型号运动副同步液压反馈到副转向轴矩形槽口处，使压力敏感电控传感器信号趋向于湮灭后止动，完成转向动作。

所述的液压比例阀（FA）详细连接结构为：用刹柄（Fv）垂直连接中轴摆杠（13），摆杠(6B)平行连接中轴摆杠（13）,中轴摆杠（13）上用齿条连接控制各轴位对应液压比例阀（FA）和等压溢流阀，两阀芯共轴并联，方向盘（2）的正弦半径杆（22）端点轴承连接连杆（19），连接轴承处插入压力敏感电控传感器，同步控制电磁阀（FB）控制储液缸连通主动液压助力活塞缸驱动连杆（19），连杆（19）上再串连的各轴位等量同步位移供液从动有杆活塞缸，各轴位从动有杆活塞缸高压液流从高压缸室挤出，用管道连接受中轴摆杠（13）同轴调节的比例阀(FA)和正、反两个单向等压溢流阀分支并联管道，比例阀分支给比例位移活塞缸供液，活塞杆连接驱动正弦连杆（5），比例位移活塞缸两侧缸室接口用压力顶推轴阀竞争选出高液压连接侧出口，再用管道连接等压限流阀顶推阀柱芯关闭溢流通道，通过溢流阀的液流顶推阀柱芯与对侧液压竞争夺路溢出，正、反两个溢流阀只有一个方向能够溢流工作，溢流分支管道与从比例位移活塞缸排液缸室流出的液流合并，回流进入对应轴位从动有杆活塞缸低压缸室，各轴位的正弦连杆（5）垂直滑槽中滑动的铰接轴承（38）再与中轴摆杆（3）铰接连接，保障各轴位的轴承（38）在一条直线上，中轴摆杆（3）设计成桁架，安装在轴承（38）处的压力敏感电控传感器电控阀液压助力协助保持直线性；还包括与中轴摆杆（3）为平行约束可滑动连接的与中轴摆杆平行约束的摆杆（6b），与中轴摆杆平行约束的摆杆（6b）一体的矩形一角与桁架（4）由轴承铰接，矩形两横边与中轴摆杆（3）为两组垂直滑动架夹持；中轴摆杆（3）偏转角度平行传动给与中轴摆杆平行约束的摆杆（6b），与中轴摆杆平行约束的摆杆（6b）在产生横向偏转位移，摆杠（6B）控制的比例位移活塞缸连接与中轴摆杆平行约束的摆杆(6b)端头横向齿条，横向齿条啮合齿轮（101）的轴承安装于余弦桁架（4）上，横向偏转位移经由齿轮（101）齿条倒转为余弦桁架（4）两侧纵向余弦补偿连杆（11）位移由中轴摆杠（13）和方向盘（2）操控产生的模型控制器（P10）各个副转向轴（10＇）轴盘上安装三层环栅格，在密零相位标记△处发生止动电信号，并设置储罐液压+双向电磁+弹簧归位三力联合控制的限位齿槽；在转向角需要精细控制时，用10～18环位的双格栅格脉冲控制步进电动机直接驱动转向轴涡杆。

用液压反馈传动压力敏感电控助力同步转向时，分为校正X和驾驶Z两种液压管道工作模式：液压传动管路（P5）是由电磁力和弹簧归位力控制分别处于校正X、驾驶Z两个相位模式的四个同轴芯三接口换向阀（86）控制管理液压管路，校正X模式下，反馈回路两端运动副断开，由转向轴缘盘三层环光电栅格电信号控制助力，第一、二层分别控制助力路径和方向，第三层精确控制归零到位时发出止动电信号，各缘盘光电栅格电信号分别控制两个四接口液压阀（88）接通由第一、第二摆动活塞油缸（80、81）和第一、第二直线助力活塞缸（82、83）组成的运动副输入、输出管路分别连接液压储罐高压罐（H）、低压罐（L），液压助力转向对应转向轴归零，可以进入电磁力帮助插入限位齿槽，所有模型控制器副转向轴和车轮转向在低速直行中完成校正，驾驶模式Z下，四个同轴芯三接口换向阀(86)弹簧力归位（Z）相位，副转向轴（10＇）运动副输出管路接通车轮转向轴（10）同型号运动副输入管口，两端恒等同步运动，副转向轴轴盘（52）下截面矩形槽口处的扭矩压力敏感电控传感器，所产生的电信号直接控制转向伺服助力机构作用于车轮转向轴（10）上，电动涡杆连接驱动转向轴（10）、液压摆动缸和活塞缸两缸室接口在电信号控制下由四接口液压阀（88）分别接通高压储罐（H）、低压储罐（L），液压反馈回路同步运动，减少矩形槽口压力负荷，直到压力敏感电信号湮灭。

所述的液压反馈运动副和转向伺服助力机构包括以下组合之一：

模型控制器精细栅格双栅格电脉冲控制步进电动机、摆动活塞油缸反馈回路+摆动活塞油缸助力机构、摆动活塞油缸反馈回路+双向活塞缸单缸助力机构、摆动活塞油缸反馈回路+双向活塞缸双缸曲轴助力机构、摆动活塞油缸反馈+电动涡杆助力机构、摆动活塞油缸反馈+齿轮泵涡杆助力机构、双向活塞缸单缸反馈+双向活塞缸单缸助力机构、双向活塞缸双缸曲轴反馈+双向活塞缸双缸曲轴助力机构、双向活塞缸双缸曲轴反馈+电动涡杆助力机构、双向活塞缸双缸曲轴反馈+齿轮泵涡杆助力机构、内啮合齿轮泵反馈+电动涡杆助力机构、内啮合齿轮泵反馈+齿轮泵涡杆助力机构或内啮合齿轮泵反馈+双向活塞缸双缸曲轴助力机构。

本实用新型的优点是：以机械和液压传动提供可靠的转向操控机构设计方案，组合成可靠性和精确性、灵活机动性兼备的技术方案，即克服机械传动固有的配合公差和机械振动，有摩擦阻力和磨损，又克服微电脑故障、电力供给故障，故障一旦发生时车辆转向系统由人力和液压储罐剩余液压能量助力下实现尽可能的可操控性，完成安全减速停车；在直线慢速行进中完成校正。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是图1中模型控制器P10（机械式万能转向操控机构）的放大图；

图3是本实用新型的液压比例阀和压力敏感电控液压阀芯控制示意图；

图4是本实用新型的比例分配器的平面示意图；

图5是本实用新型的比例分配器的层叠关系示意图；

图6是图1中P5部分（同步液压运动副液压反馈同步转向传动管路）的结构示意图。

具体实施方式

参见图1-图6，本实用新型的具体结构说明如下：

一、模型控制器：

先前两个专利申请案说明书中的机械式万能转向操控机构（图2所示）按比例缩小成模型控制器P10（图1），根据车速调整球头刹柄Fv的限位板13t，由驾驶员在可调范围内沿V型滑槽13v操控球头刹柄Fv，由助力及锁定机构确定中轴摆杠头端13和尾端13’位置。驾驶员根据路况操控方向盘2，如果驾驶员不施力，在自动归位器1的弹簧力作用下方向归正，方向盘2的半径杆22端点把原为横向正弦sinα位移转换为纵向位移后上传到纵向正弦连杆19，再按中轴摆杠13距离车架15中轴线20的距离，在各轴位中点由正弦比例分配器12呈线性比例地分配方向盘2正弦sinα位移，因各轴位所得正弦位移线性差异，导致中轴摆杆3及其垂直矩形框架Di、Bi整体偏转。在模型控制器中，横向摆杆6的纵向位移变换为与中轴摆杆3平行约束的摆杆6b横向位移，再用齿轮101齿条把这个横向位移还原为在中轴余弦随动桁架4两侧的等量纵向连杆11位移，二维合成副转向轴轴盘52滑槽位置也随连杆11横移同步向中轴桁架两侧靠拢，相对于实体转向轴10产生了位置偏离，成为副转向轴10＇。

方向盘2半径杆21端点产生余弦cosα位移，该端点与中轴余弦连杆4的横向杆滑动连接，或者直接用正弦连杆5替代中轴余弦连杆4的横向杆，并在连接处插入压力传感压力敏感电阻传感器28，触发控制助力器17，助力中轴桁架纵向随动。

再经中轴摆杠13与正弦比例分配器12、摆杆42交叉点获取所在位轴的正弦位移，即横向移动纵梁38位移，它与横向正弦连杆5的交叉点即中轴关键操控点G0i，该点与正弦连杆5中点铰接；此处的正弦位移由横向正弦连杆5传动滑动梁在中轴桁架两侧与纵向连杆11传动滑动梁交叉，曲轴摇臂轴承同时穿过垂直的两组滑动梁，即取得二维合成关键操控点，曲轴摇臂在副转向轴轴盘52的梯形滑槽中滑动改变半径，推动转向轴盘10’产生转向角。在副转向轴轴盘52衔接液压运动副的槽口端两侧安装扭力矩压力敏感电控传感器，在未产生电信号时，由弹性夹片直接传动力矩给转向连杆或其替代者—液压反馈运动副；一旦产生电信号，则直接用于控制实体转向轴10的转向伺服助力机构。转向动作结果经连杆或液压反馈同步性地回到液压运动副槽口端扭力矩压力敏感电控传感器，趋向于消减衔接槽口端压力传感器的电信号。

二、比例分配器：

以上二种选其一：

（一）正弦比例分配器12为层叠结构（与现有技术相同），图4和图5所示，详述如下：

（1）在各轴位与中轴线20交叉点位置与车架固定连接安装一个中轴正弦比例分配器12，最前端的一个中轴正弦比例分配器12层叠安装在方向盘2下方。

（2）垂直于半径杆21的半径杆22端点与横梁23滑动连接，横梁23的一端固定连接纵向正弦连杆19，此过程称为正弦上传。

（3）各排轴中点的中轴正弦比例分配器12的“Ф”形摆杆一端与纵向正弦连杆19对应点铰接轴承35滑动连接。下列分层叠置，中轴摆杠13在中轴正弦比例分配器12上封壳40上的横向滑槽30（第一层）中滑块轴承31滑-滑连接，滑块轴承31下端滑-滑连接横向移动纵梁32(第二层)上缘，横向移动纵梁32下缘的滑块轴承33滑-滑连接已受纵向正弦连杆19同步偏转操控的“Ф”形摆杆滑槽34（第三层），滑块轴承33下端再滑-滑连接纵向移动横梁36（第四层），横梁36的一侧端点轴承37同时铰-滑连接直角摆杆39（第五层），在39的垂直位摆杆滑块位置铰-滑轴承带动的拨叉内侧面安装压力敏感电阻传感29，正负极拨叉夹持横向移动纵梁38一端（第六层），在横向移动纵梁38上滑动的滑块轴承G0i（i=1,2,3,4），与正弦连杆5的中点铰接，还与中轴摆杆纵杆3和中轴摆杆横杆6中点垂直连接点铰接，在无中轴摆杆横杆6的轴位上与中轴摆杆纵杆3上滑动连接夹持对应点铰接，最后还连接中轴转向角αi的半径杆42，至此经上述封装于封壳40内的六层层叠传动机构完成正弦比例分配，此过程称为正弦分配。

（二）液压比例阀：

图3所示，各轴位正弦比例分配阀FA连杆齿条连接在同一直线摆杠上，该摆杠首尾受控于在v形滑槽13v内球头滑动的操控柄Fv所控制的液压助力，由车速传感器控制的限位板13t遮盖v形滑槽13v滑槽限制球头刹柄Fv操控位置不能到达盖板以下，即高速时车架转向中心O1必须从车架质心O0后移到车体以外。与中轴摆杠13平行约束（垂直滑轮架连接长方形框架或平行四边形四连杆）的摆杠6B半轴对应比例距离挑起的连杆齿条，摆杠6B和连杆19上串联从动活塞缸联合控制的比例位移活塞缸连接与中轴摆杆平行约束的摆杆6b端头横向齿条，连接齿条的轴承处安装压力敏感电控传感器，用于控制倒转齿轮101的液压助力转动和两侧余弦补偿连杆11齿条纵向移动。在液压活塞缸助力操控的条件下，常用液压比例阀FA控制流量分配，其连接关系是方向盘2的半径杆22端点连接连杆19，连接轴承处插入压力敏感电控传感器，同步控制液压阀FB由主动液压助力活塞缸驱动连杆19，连杆19上再串连的各轴位等量同步位移供液从动有杆活塞缸，各轴位从动活塞缸高压液流从高压端用管道输出液流，同步等量供给各轴位的同轴芯实缺互换的比例阀FA和恒压溢流阀两个分支并联管道，比例阀分支给比例位移活塞缸供液，活塞杆连接驱动正弦连杆5，比例位移活塞缸两侧缸室接口分出死胡同的管道连接压力顶推“中”形阀芯柱轴阀，两个接口中竞争后较高液压从阀中部侧出口输出，再用管道传导到等压限流阀，顶推“中”形阀芯柱趋向于关闭柱芯侧出口，通过了摆杠控制开口溢流阀的液流在“中”形阀芯对侧液压顶推竞争，液压竞争夺路而出的溢流分支与从比例位移活塞缸排液缸室流出的液流分支合并，流回到对应从动有杆活塞缸低压回流缸室，完成比例位移分配，各轴位比例阀和等压溢流阀的各轴位两个开口大小的总和都相同，比例阀的阀芯为矩形平行切圆实心，两侧接口分别连接活塞缸两缸室，而等压溢流阀的阀芯为矩形平行切圆空心，只有高低压两个接口，两阀轴芯实、缺互换，同轴连接中轴摆杠13上的横向齿条同步控制相位，而液流管路并联，同归于从动缸的低压缸室。单个等压限流阀是单的，因此要并连另一组反向的阀组才能实现双向可逆操控，等压限流阀总是连接在比例开口限流阀之后，阀芯柱侧壁溢流口只能溢出、不能流进，两路逆向并连后，即可实现双向可逆操控。这样摆杠调控共轴的三支路阀，包括一路为比例分配和正、反向剩余比例等压溢流阀，比例分配阀和处于有效工作状态的剩余比例阀芯前后液压差相等，开口大小决定流量。允许连杆19随时反向位移，比例阀都能正常工作，这是关键一点。安装在头、尾轴位的比例阀和溢流阀必然一个是全开全闭，即与连杆19等量位移，头尾比例阀作为主要控制连接，在车架转向中心位置，比例阀全关闭，溢流阀全开且无限压溢流，精确地实现零位移，也是精确控制连接，其它位置则由安装在中部各轴位轴承38处的压力敏感电控传感器电控阀液压助力协助保持直线性。串联在连杆19的各轴位有杆从动活塞缸、对应比例分配位移活塞缸与需要安装校正直线形光电栅格和同轴联动换向电磁阀控制的校正液压管路，接受统一的校正换向命令，在光电栅格电信号引导下接通高、低压储液罐，不分主动和从动，所有活塞缸缸室接通两个储液罐，使活塞助力归零，消除误差，同时完成补液。一般情况下，尽量在方向盘直线行驶中变换车架转向中心，即在路口转向前提前减速，在直线行驶状态即把车架转向中心从车尾以个移到车架质心，转向中途变换车架转向中心，势必造成偏轴斜行，直线行驶变成车架斜向一侧状态的直行，但直线行驶轴线与车架轴线一个车架转向中心成立时正弦连杆不在零位造成的偏离角，此时车辆仍可操控的，轴线除非在路面状态不得以时紧急处理才这样驾驶操作，这是液压比例阀相对于机械式比例分配器12的缺点。在连杆19未归零状态变换中轴摆杠位置及车架转向中心造成的车架转向中心偏离轴线误差，操作策略一是按操控程序反向操控，在斜向直线行驶中变换车架转向中心为直线蟹行，再方向盘归零；操作策略二是在慢速直线行驶中校正归零时全面消除。驾驶员在可调范围内沿v形滑槽13v的‘v’型滑槽轨道操控球头刹柄Fv，由助力及锁定机构确定中轴摆杠头端和尾端位置,中轴摆杠上的各轴位流量比例阀控制各轴位活塞流量和位移，活塞推动正弦连杆5横向运动，余弦桁架4在液压助力17推动下，随方向盘余弦纵向移动，同时安装在桁架上的余弦补偿助力活塞在受中轴摆杠平行约束的摆杆6b控制比例阀FA控制下及纵横倒转齿轮101齿条推动余弦连杆11完成两侧余弦加减补偿。为保持活塞活动比例良好，各活塞铰接点都用横连杆连接在同一个直线钢性桁架中轴摆杆3上，通过影响比例位移活塞缸溢流量消除误差，中轴摆杆3偏转，带动与中轴摆杆平行约束的摆杆6b偏转，偏转位移经齿轮101转换成纵向位移，传递给两侧余弦补偿连杆11，将随方向盘余弦纵向移动的中轴桁架，以及桁架上的包括两侧余弦补偿连杆11和各轴位正弦连杆5在内的各随动机构一并纵向移动，在各轴位对应的副转向轴10’的圆盘滑槽曲轴摇臂上交叉合成产生关键操控点，控制曲轴圆盘转动。

三、同步转向传动控制

从副转向轴10’转向角传动到实体车轮转向轴10，在已授权专利案中使用了过桥齿轮，因受车架高度限制，存在空间安装困难。在发明申请中除机械传动外，设计了从方向盘到各关键连杆，再到车轮转向轴的绝对值数字光栅尺三级数控程序校正替代，因未涉及直接模型控制步进电机驱动助力的设计，需要查遗补漏。根据润滑油等液体不可压缩的特性，液压传动常用于机械传动控制，但在精准控制方面各有不同。本设计采用转向缘盘栅格和同步液压反馈两种伺服助力传动控制及其相结合传动控制方案来保证模型控制器中的转向角与实体车轮转向角一致恒等。图5所示。

（一）栅格控制伺服步进电动机助力转向。精细到10～18位栅格缘盘控制步进电机，结构简单，但遇强阻力时可靠性较差，存在步进振动，适用于车辆型机器人，优点是模型控制器制作成遥控器，直接向各编号的车轮转向马达传达脉冲步进命令。附图5中只标示了3层环，精细栅格是每个外层将内层的一个栅格一格分割为二格，并分别标示为黑白，代表不透光、透光，或者是代表正极、负极或接地，在二进制中分别代表１和０，这样逐层分割，层数达到10～18层，最外层栅格代表的角度精度就达到了预设转向角控制要求。模型控制器中，副转向轴缘盘上的光电栅格逐层精确分隔，增加角度精密度，成为激光栅格盘，对应角度精度达到0.022度以上后(二进制14位栅格)，转向轴缘盘栅格随模型控制器转向操控，所产生的各车轮转向角绝对值和相对值变成电信号脉冲，这个脉冲信号经放大后，每两个栅格0、1为一个脉冲控制单元步长，两个栅格位移后导致内层栅格绝对值增加或减少，用来控制位移方向，简单的电路板即可放大和管理步进脉冲，控制步进电机驱动各车轮转向轴转向动作。在设计步进传动时，步长必须与两个栅格表示的角度相等，即齿轮传动比以２的Ｎ次幂为设计倍数。产生相当于两个栅格对应的步长与光电栅格所对应角度相同。模型控制可以借此与线性数控转向技术结合，提高转向操控精准度。校正归零和限位齿槽设计以步进电动机伺服助力驱动方面的设计对于栅格步进电动机助力转向是属于选配，不是必配。在校正时，步进电动机受正弦波脉冲发生器产生的连续步进脉冲控制驱动，方向受栅格相位控制，直到回归起始零位，以14位二进制计数，零位为中点位，即01111111111111-10000000000000步长位，限位齿槽也设置在这个相位。只涉及从副转向轴到实体转向轴的步进传动，不涉及模型控制器内部的数控校正替代范围，即只是先前发明专利申请案中转向机构设计方案（在本案中被称为模型控制器）的外配补充，两者属不同层次。

（二）液压反馈压力敏感电控助力与转向缘盘绝对值栅格校正相结合。

双向液压油缸（含直线活塞缸、摆动油缸）或者内啮合齿轮泵作为反馈液压回路运动副，回路两端采用同型号运动副，保障在电控助力作用下恒等同步转向，把转向结果反馈到模型控制器副转向轴衔接槽口端的压力敏感电控传感器上。附图5中标注的箭头，表明了两种运动副和液压油流在驾驶Z模式下方向，其中摆动活塞缸，只是示图，未标注管道连接，是因为两种运动副二选一即可。在驾驶Z模式下，电磁力控制关闭，同轴四个三接口方向阀在弹簧归位力作用下同步右旋转动，中间的二组栅格正负极控制的液压四通阀被隔离切断，液压反馈回路连接两端运动副，同步同向等量运动，运动副的方向主要受模型控制器中方向盘和Fv球头柄操控，小部分由间隙弹簧力传递给副转向轴10’端运动副，经液压回路传递给实体车轮转向轴10端运动副，大部分由压力敏感电控扭力传感器产生电信号，直接控制实体转向轴端主要伺服助力，带动实体车轮转向轴10，再经液压回路传递给副转向轴10’端运动副，其电磁阀控制主要伺服助力的液压管路，与校正模式下左侧液压四通阀控制助力示图相同，不同之处是控制电信号源不是栅格，而是安装在模型控制器端副转向轴10’与运动副之间的扭矩压力敏感电控传感器，附图５中副转向轴10’顺时针旋转，压力敏感电控产生＋号电磁阀FB控制信号，控制主要伺服助力产生液压助力，使实体转向轴产生顺时针旋转，图中各箭头表明了运动副和液压油流运动方向，两侧运动副方向相同；在校正X模式下，电磁力控制同轴四个三接口方向阀克服弹簧归位力，同步左旋转动，反馈回路被分割成左右两个独立部分，上两阀和下两阀之间的离断状态，中间的左右二组栅格正负极控制的液压四通阀FB被接通，分别利用高压油罐FG送来的液压力推动两端运动副向栅格归零方向运动，到栅格零位时停止助力，两端转向轴运动副各自归零。

同步反馈运动副介绍如下：

1、摆动活塞缸：

附图5中80、81。摆动活塞缸可以提供一个摆动角，在全封闭固定缸套内，固定隔板密封条压紧转向轴轴缘，转向轴上连体摆动活塞扇，同芯缸筒内围成的空间被活塞扇分隔成两个油缸空间，通过固定隔板上安装的管道把液压流动和摆动活塞的转向角建立机械对应关系。这种关系可靠性很高，极限摆动角可以达到330度，但是不能达到全圆多圈循环转动。

2、直线活塞缸82和83（参见图5）：

一般单活塞缸用于控制转向轴摇臂锐角转向，双活塞缸安装于起始相位夹角大于或等于直角的双曲轴上，用于全圆多圈转向。设计上要用三环电极（或光电）栅格把全圆分为四个不等分象限，象限分隔角度线依次为绝对值零相位、活塞极短位、零相位对侧、活塞极长位，所有活塞的绝对值零相位必须相同与模型控制器方向盘零相位对应一致，而极短位、极长位、顺旋切线位、反旋切线位以及切线角度可以随安装空间位置调整，但有反馈回路两端转向轴一致调整。控制活塞缸两侧缸室与储液罐连通顺序和运动方向，模型控制器曲轴揺臂轴盘和车轮转向轴曲轴这两个位置安装的活塞缸要求曲轴半径、起始切点相位、活塞缸固定端夹角完全相同，且两端活塞缸的活塞连杆反向安装，等截面积缸室FL、FR伸缩对应，往返回路两端的缸容积之和恒等，活塞连杆影响的容积变化也同步恒等，即一端运动副连杆伸出缸室接口经液压反馈回路管道连接另一个运动副连杆缩进缸室接口，而一端曲轴连接的活塞缸体外套用支架把活塞缸推向曲轴端，而支架另一端连接固定铰接点，活塞连杆运动副端铰接超过缸体外套的另一组支架连杆，这样两组垂直交叉支架夹持活塞缸体，保证缩进缸室的容积变量与反馈回路上另一端运动副正常安装缸体的对应缸室变量相等，而方向相反，同时，从曲轴铰接轴承到缸体外套固定铰接点的空间距离恒等，两组转向轴转向角度也同步恒等；双活塞中两组同步反馈活塞的曲轴铰接初始相位相差60～120度，一般选用直角，并用双曲轴轴向连接层叠，两组连杆交替协同消灭对曲轴转向扭矩作功死角，单活塞缸只能锐角转向作功，双曲轴活塞缸可以实现全圆连续转向，实体转向轴10的动作实时反馈中控器副转向轴10’曲轴摇臂滑槽处压力敏感电控传感器，按所产生电信号控制伺服助力评判方向，一个转向操控动作产生压力敏感电信号后，控制伺服电液助力作用于实体转向轴10，再经反馈回路带动副转向轴10’转动，使滑槽追上曲轴，直至产生压力电信号的压力消失，完成助力转向动作。这种连接以及相位角同步助力的主活塞缸，内漏和外漏油可能性极小，其可靠性与所替代的双曲轴连杆相同，实体转向轴。

3、齿轮泵。对于强调全圆多圈转向时，则优先选择内啮合齿轮泵，因高压泵油时存在一个低于1%的溢漏油率，所以反馈回路设计为低压回路，并且要经常用栅格校正转向超始相位，以提高转向精度，管道为膨缩可变容量很低的复合材料螺旋管，液体为脱气处理过的润滑油，适用性较广，但要求齿轮泵加工精度级别高，月芽板自动补偿，无困液、低内漏。作为助力液压驱动时，可以中高液压运行。图５中内啮合齿轮泵84作为储油罐增压泵使用，它可以用于替代摆动油缸80、81使用。

同步反馈运动副（齿轮泵、活塞缸）主要承担实时反馈监控压力敏感电信号平衡，之间的活动配合公差主要是压力敏感传感器安装灵敏度公差和液压传动公差，实体车轮转向轴转向角对反馈液压回路恒等同步地传递给中控器中的同步转向运动副，使反馈运动传动到压力传感器被动端，压力传感器主动操控端和被动端之间产生相对运动和相互作用力，由压力大小产生电信号用来判断是否运动到位，是否需要伺服助力发生动作及方向。提高操控精度反馈回路同步运动副可以分担一部分驱动力，使驾驶员感知负荷变化状态，即所谓驾驶“路感”。反馈回路负荷比例，随车型重载负荷和助力伺服液压罐储备液压决定。提高液压齿轮泵的传动比例，可以提高转向操控精度，减少反馈工作液压。对于高档车和乘用车，要求反馈液压回路按大缀余安全设计，即反馈液压泵和管道按大液压装配，极限液压要求能够胜任无助力手控，平常用低压精密状态工作，紧急故障时允许手控，提供短时间的有效控制。

四、转向轴起始位机械限位装置：

为了消除转向伺服助力机构主要助力意外消失，增加安全性和可校正性，在车轮转向轴缘上设定一个齿槽，对应相位外缘（或上下侧环）设置可伸缩位移插入的限位齿，其伸缩受三种力综合控制，其一是原始位为锁定位的弹簧力，其二是电磁力，电磁力能够克服弹簧力，它受驾驶室主控器控制，并有两种方向，其三是助力液压影响，当助力液压高于预设定压强Q0时，才能克服弹簧力缩起限位齿解锁，而助力液压低于设定压强Q0时，一旦转向轴齿槽转过来，限位齿被弹簧力顶入齿槽啮合锁定，限定转向轴定位于原始零相位而不再转向。各轴位预设的Q0成阶梯状，后轴高于前轴，即在储备液压减低过程中依次从后轴开始向前轴逐轴锁定。限位齿槽两侧分设不同电极耦合器或是光电栅格，与限位齿齿缘的电极可以构成因位置不同产生不同的电路回路，当开启零位校正电路开关时，液压反馈回路短路阀开启，该电路将替代压力传感器控制电路来控制电磁阀状态驱动主要助力液压转向运动，直至限位齿顶入齿槽，两侧电极耦合器电路平衡，即实体车轮转向轴归零，限位齿位置对应电路信息显示在专用显示屏上。在限位齿锁定状态的车轮只能直线行驶，保障液压转向助力突然消失后，短暂时间内由储电池供电的故障监测电路自动启动紧急校正电路，电磁阀控制液压储罐剩余液压能量使各车轮全部回归直线行驶，安全减速停车。正常行驶时，转向助力液压罐压大于Q0，在车辆发动后，预热增加罐压之前，如不用电磁力控制解锁只能按原有转向模式或直线行驶，转向助力液压正常后才可任意转向行驶，若起步就要求立即转向，则必须利用储电池能源控制电磁力进行限位齿解锁，而当高速行驶和助力液压正常之后可以不再使用这个耗用储电池的电磁力，使其自动归零。校正电路区分逐个车轮校正和紧急集体校正两种模式，逐个校正，由驾驶人员选择操控，紧急集体校正一是驾驶人员按键操控，二是故障监测电路自动开启。

五、助力校正归零：

为了消除反馈液压回路两端活塞缸或液压齿轮泵运动副之间相位同步性的累积误差，保持恒等相位同步转向运动，需要定期校正。在附图5中，校正模式X下，电磁力克服弹簧归位力控制同轴四个换向阀左旋到X位，在模型控制器中转向运动副连接实体车轮转向轴运动副的两条往返反馈回路管道被隔离断开，同时接通中间左右两组分别受控于两端转向轴缘盘光电栅格或者电极靴电路控制的四接口阀FB，因在三环栅格上当前位置不同，产生+、-不同的电信号，在电磁力作用下，四接口阀FB阀芯向+、-方向扭转一个45度角后，控制液压运动副两侧缸室分别接通高FH、低FL压储油罐，实现两端转向轴各自液压助力转向归零。借此机会，反馈回路也完成补油过程。

六、主要伺服助力

1、第一种最简单的方式，是电动涡杆连接转向轴，对于轮毂电机电动汽车为最简便的方式。

2、第二种方式是双向摆动油缸液压助力，是用较粗大的摆动油缸取得较大的转向力矩，其安装较方便，直接套接在转向轴上。

3、第三种齿轮泵液压助力方式，是用更大流量的高压齿轮柱泵作为主要液压助力。

4、第四种是夹角相位安装的双活塞曲轴代替双连杆，但对于活塞缸液压回路的控制是用3位数递增式绝对值电极栅格（或遮光性光电栅格）圆盘，与压力敏感电控电信号共同控制两个活塞交替出力，完成全圆转向动作，或者校正归零动作。每个活塞的极长相位、极短相位、活塞缸切点相位与对应绝对值电极栅格（或遮光性光电栅格）盘上内环正负电极折返断点（遮光性光电栅格跳格点）相对应，车轮直行对应的活塞校正归零相位，在对应安装的绝对值电极栅格盘外环设计为电极折返断点，两个活塞的零位电极折返断点要求同步出现。在正常转向操控时，绝对值电极栅格盘上的外环校正电路为并联支路断开失效状态，而由压力敏感电控电路替代，决定助力折返或平衡的相位；绝对值电极栅格盘上的内环电极（或遮光性光电栅格光敏电路）决定活塞助力的往复方向，即正、负极颠倒接通控制四接口阀的活塞两侧缸室连接高压低压液流的接通方式，再由外环电极或压力敏感电控电路决定活塞止动相位。电磁阀在关闭状态，提供一个±5度的全闭活动区间，保障无漏液，保证锁定状态，使受控助力活塞缸在引起反馈压力敏感电控传感器发出反应电信号触发助力之前能够承受一定冲击扭矩。内外环组合电极电路控制串联的两级电磁阀，从而控制液压助力。在相位电磁阀控制下，两组活塞缸交替往复作功，完成大扭矩助力转向，同时止动于压力敏感电控电路受力平衡点，或者是校正归零点。夹角双活塞缸代替连杆，是为了完成全圆转向时避免实体连杆安装与悬架之间的相互影响，同时，所提供的转向助力扭矩较大，抗路面不平的冲击；在条件许可时，实体连杆连接是最可靠的连接，液压反馈电控只是比较可靠的替代方式。如果是设计锐角转向车辆，单活塞缸即可完成助力转向动作，其安装和控制相对简单一些，不再赘述。悬架可以选过桥齿轮竖直嵌套，也可以选侧跪式转向传动弹簧承重轴独立悬架，还可以用最简单的普通悬架转向轴下方连接曲轴揺臂。

5、步进电机伺服助力

前面三（一）段落中已述，不再赘述。

七、根据车辆用途不同，设计不同的具体转向系统组合方式。

1、四轮乘用车，要求安全可靠性，四轮乘用车，锐角万能转向，推荐采用前轮连杆连接副转向轴和实体转向轴，后轮采用模型控制双向活塞缸反馈压力敏感电控双向液压活塞缸助力转向。驾驶室方向柱一侧安装摆动刹柄Fv。

2、多轴乘用车，包括装甲车，全部为活塞缸反馈电控双向液压缸助力转向，活塞缸按车体两侧纵向铰接转向轴内侧摇臂。

3、浮渡两栖突击车，内啮合齿轮泵液压反馈电控齿轮柱泵助力转向。

4、高档特车，所有转向轴都用激光栅格盘控制步进电动机助力转向。重型车辆的跪式弹簧悬架等都可以保持不变，只改变转向液压管道的供油控制，是连接模型控制器即可，绝对值光栅数控校正程序可以复合应用。

八、实施校正的具体操作方式

在宽阔直线路面上，以步行低速直线行驶状态，启动紧急校正按键，同时电磁力推入锁定状态，转向轴缘盘光电栅格或电耦正负极由光电信号源或电极靴接通电源，液压助力调到1～1.5倍Q0态，相位栅格控制液压阀接通液压缸助力大小和转向助力方向，同时向管道回路补注液压油，3秒钟内所有转向轴都回归零位并限位齿插入齿槽进入锁定状态使车辆直线行驶，方向盘也在方向柱轴缘光电栅格或电耦控制助力电动机作用下自动调整到零位状态后，光电信号提示校正位置到位，即可关闭紧急校正状态。完成校正后，立即回归驾驶状态，反馈液压回路四接口阀在弹簧作用下自动回归反馈回路连通状态，恢复恒等转向相位角反馈关系，断开轴缘盘光电栅格或电耦供电电路和液压储罐的伺服助力控制管路，恢复模型控制器副转向轴与对应实体转向轴之间的恒等相位同步转向管路，控制伺服助力液压的电磁阀转换为受控于模型控制器中曲轴与滑槽间压力敏感电控传感器。模型控制器内零件加工精度控制和直线度在微米级，压力敏感电控传感器在两者之间的弹性配合公差和自由间隙决定转向角操控精度，一般保持在1/1500mm，前进1.5米最大偏离误差1毫米，对轮胎无横向磨损，对应角度为0.04度，弹性模量根据路感设计，要求路感增强时就加强弹性张力。驾驶状态中，电磁力设定到限位齿解锁或者液压储罐升压后关闭人工干预电磁力，齿槽两侧电耦合器失效不再控制电磁阀，使车轮恢复正常驾驶，准确完成万能转向动作。在越野地型，利用逐个车轮跨沟离地的机会，方向盘先归正，按车轮离地顺序逐个完成校正和恢复，也能完成校正。在准备完成高精难转向动作之前，进行校正操作消除误差，是提高车辆驾驶可靠性的必要准备。

液压反馈控制和绝对值光栅微电脑数控两种操控复合并用为最佳模式，在慢速直行状态可用光电栅格校正液压起即相位。一旦高速行驶时微电脑数控出现故障，液压反馈系统将操控正确转向行驶，即使液压电机主助力失灵，或者液压储罐突然失压，通过反馈管道的机械液压传动也能短暂胜任小力矩转向操控完成全人力可操控减速安全停车。二者复合并用相较于单独用线控转向相比较，安全可靠性更有保障。本设计还有一个优点是在模型控制器比例性缩小后，其空间安装位置可更自由地选择，只要保持控制器内空间比例关系，保持液压管道对应连接关系即可，减少空间布局上与悬架的冲突影响。

安全性分析。高速行驶时发生转向助力故障，其转向模式必然是钟摆转向，所有车轮集体同向转向，集体刹车，转向力矩和刹车力分散分配，原地转向受限，侧翻概率减少，突发故障时，在方向盘可控减速过程中剩余液压储能和电池储能只要不同时消失即能完成方向盘可控减速动作，方向盘人力、液压储能、电池储能三者都消失后，弹簧推动限位齿插向限位槽，一旦方向盘和实体转向轴转动到位即插入锁定直行至停车，不再变化，这种概率极低的事故一旦发生，只能是限定事故损失，减少高速行驶侧翻概率和设计限位齿槽就是本设计充分考虑的安全设计措施。