车辆液控转向系统及控制方法与流程

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种车辆液控转向系统及控制方法。

背景技术：

为了提高车辆的低速机动灵活性、高速操纵稳定性，参与电液转向的轴数增加，电液转向系统对车辆的行驶安全，显得至关重要。目前，电液转向系统的动力源常见有三种：常流式、恒压式、负载敏感液压系统。负载敏感液压系统能自动将负载所需压力或者流量变化的信号通过负载口传到敏感控制阀或者泵变量控制机构的敏感腔，实现调整变量泵的运行状态，与恒压式液压系统相比，能减少压力、流量变化引起的功率损失，减少液压系统的发热量。但是，负载敏感液压系统不能向液压对中缸提供恒定的压力油源。目前的转向系统在车辆断电时，电控转向轴无法回到转向中位位置上，无法在电控转向轴故障时保障车辆行驶的安全性。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种车辆液控转向系统及控制方法，能够提高车辆行驶过程中的安全性。

为实现上述目的，本发明的实施例一方面提供了一种车辆液控转向系统，包括：

转向机构，与车辆的转向轴连接；

转向油缸，用于驱动转向机构运动以使转向轴偏转；

对中油缸，用于驱动转向机构运动以使转向轴回正；

比例阀组，用于控制转向油缸伸缩；和

转向对中阀组，用于在断电状态下，将比例阀组的工作油口与回油油路连通，以使转向油缸处于浮动状态，并将对中油缸的两个腔体与高压油路连通，以驱动转向轴回正；且在通电状态下，将对中油缸的两个腔体与回油油路连通，比例阀组的工作油口与高压油路连通，以通过转向油缸驱动转向轴偏转。

在一些实施例中，转向对中阀组包括：

两个液控单向阀，并联设置；和

电磁换向阀，用于在断电状态下，将对中油缸的两个腔体与高压油路连通，并利用高压油路将两个液控单向阀导通，以使转向对中阀组上与比例阀组和转向油缸连通的工作油口均与回油油路连通；在通电状态下，将对中油缸的两个腔体与回油油路连通，两个液控单向阀截止，以使转向对中阀组与比例阀组连通的工作油口和与转向油缸连通的工作油口对应导通。

在一些实施例中，电磁换向阀的出油口与两个液控单向阀的控制油路直接连通。

在一些实施例中，转向对中阀组还包括：

第一阀体，其上设有进油口、回油口、第一工作油口、第二工作油口、第三工作油口、第四工作油口和第五工作油口，第一工作油口和第二工作油口分别与比例阀组的两个工作油口连通，第三工作油口和第四工作油口分别与转向油缸的两个腔体连通，第五工作油口与电磁换向阀的出油口连通；

其中，电磁换向阀的进油口与第一阀体上的进油口连通，出油口与第一阀体上的第五工作油口连通；

两个液控单向阀的进油口与第一阀体上的回油口连通，其中一个液控单向阀的出油口与第一阀体上的第一工作油口和第三工作油口均连通，另一个液控单向阀的出油口与第一阀体上的第二工作油口和第四工作油口均连通。

在一些实施例中，转向对中阀组还包括：

第一溢流阀，设在两个液控单向阀的控制油路与第五工作油口之间的油路上；和/或

第二溢流阀，设在第一阀体上的第一工作油口和第三工作油口之间的油路上；和/或

第三溢流阀，设在第一阀体上的第二工作油口和第四工作油口之间的油路上。

在一些实施例中，还包括第一油源，用于为比例阀组供油，第一油源为负载敏感泵，比例阀组具有负载敏感油口，负载敏感油口用于获取转向油缸工作的负载压力，并与负载敏感泵的先导压力油口连通。

在一些实施例中，比例阀组包括：

比例换向阀，用于控制转向油缸伸缩；和

压力补偿阀，设在比例换向阀的工作油口所在的油路上，负载敏感油口的油液作用于压力补偿阀的控制端。

在一些实施例中，还包括：

第一油源，用于同时为比例阀组和转向对中阀组供油；和

分流阀，用于将第一油源提供的油液按照预设比例分配至比例阀组和转向对中阀组。

在一些实施例中，还包括：第二油源，用于为转向对中阀组供油；

其中，第二油源包括泵、换向阀、充液阀、蓄能器和压力传感器，压力传感器设在蓄能器的进油口，在压力传感器的检测值低于第一预设压力时，换向阀切换至第一状态，泵提供的油液依次通过换向阀和充液阀进入蓄能器。

在一些实施例中，在充液过程中，在压力传感器的检测值高于第二预设压力时，换向阀切换至第二状态，泵提供的油液通过换向阀供应至其它液压系统，其中，第二预设压力大于第一预设压力。

在一些实施例中，车辆同一排左右两侧的车轮分别设有一个转向轴，每个转向轴对应设置一套转向机构，两侧的转向机构相互连接，对中油缸与其中一套转向机构连接。

为实现上述目的，本发明的实施例另一方面提供了一种基于上述车辆液控转向系统的控制方法，包括：

在需要使转向轴偏转时，使转向对中阀组处于通电状态，以使对中油缸的两个腔体与回油油路连通，比例阀组的工作油口与高压油路连通，从而通过转向油缸驱动转向轴偏转；

在需要使转向轴回正时，使转向对中阀组处于断电状态，以将比例阀组的工作油口与回油油路连通，从而使转向油缸处于浮动状态，并使对中油缸的两个腔体与高压油路连通，以通过对中油缸驱动转向轴回正。

在一些实施例中，车辆液控转向系统还包括：第二油源，用于为转向对中阀组供油，第二油源包括泵、换向阀、充液阀、蓄能器和压力传感器；控制方法还包括：

通过压力传感器检测蓄能器的出口压力值；

判断压力传感器的检测值是否低于第一预设压力，如果是，则将换向阀切换至第一状态，以使泵提供的油液依次通过换向阀和充液阀进入蓄能器。

在一些实施例中，在充液过程中，控制方法还包括：

判断压力传感器的检测值是否高于第二预设压力时，如果是则将换向阀切换至第二状态，以使泵提供的油液通过换向阀供应至其它液压系统。

基于上述技术方案，本发明实施例的车辆液控转向系统，当发动机熄火或车辆断电，使得比例阀组和转向对中阀组均不得电时，对中油缸在转向对中阀组的进油口高压油液的作用下，可以使电控转向轴回到转向中位，能够在任意条件下保证电控转向轴的主动回正，提高车辆行驶安全性，提高车辆行驶安全保护等级，防止车辆出现行驶跑偏、故障桥轮胎螺母松动或损坏、故障桥轮边损坏和轮胎异常磨损等问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明车辆液控转向系统的一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明车辆液控转向系统中比例阀组的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明车辆液控转向系统中转向对中阀组的一个实施例的结构示意图；

图4为本发明车辆液控转向系统中第二油源的一个实施例的结构示意图；

图5为第二油源的控制方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种车辆液控转向系统，在一些实施例中，包括：转向机构8、转向油缸7、对中油缸9、比例阀组2和转向对中阀组4。

其中，在车辆在长度方向上设有多排轴，至少部分排的轴作为转向轴6，为了便于转向，车辆同一排轴采用分体式结构，左右两侧的车轮5分别对应设有一个转向轴6，每个转向轴6对应设置一套转向机构8。

转向机构8与车辆的转向轴6连接，具体地，转向机构8可位于转向轴6中线的后方，包括：第一连杆81、第二连杆82、第三连杆83和第四连杆84，在转向轴6回正时，第三连杆83与转向轴6平行设置，第二连杆82的第一端与第三连杆83的第一端铰接，第二端与第一连杆81的第一端铰接，第一连杆81的第一端与转向油缸7的活塞杆连接，转向油缸7的缸体固定在车架上，用于驱动转向机构8运动以使转向轴6在水平面内偏转；第四连杆84的第一端与第三连杆83的第二端铰接，第四连杆84的第二端与转向轴6铰接。

对中油缸9的活塞杆与第一连杆81铰接，用于驱动转向机构8运动以使转向轴6回正，回正是指转向轴6与车体的宽度方向一致。具体地，对中油缸9沿缸筒轴线的中间位置设有环形止推圆柱台，其中一侧设有活塞杆形成有杆腔，另一侧设有活动塞，活动塞与缸筒之间形成无杆腔，活动塞与活塞杆和止推圆柱台的中间区域形成中间腔。当有杆腔和无杆腔同时通入高压油时，活塞杆和活塞均朝向中间运动，并在抵靠在止推圆柱台沿轴向的两端时停止运动，中间腔与回油连接以将多余油液排出，此时对中油缸9将转向轴6限定在回正的位置，左右车轮5不再偏转转向。当有杆腔和无杆腔同时连接回油时，活塞杆和活塞可自由移动，中间腔通过回油进行补充油液，此时左右车轮5在转向油缸7的液压作用下可以偏转转向。如图1所示，两侧的转向机构8相互连接，对中油缸9与其中一套转向机构8连接，就能使两侧的转向轴6均回正。

比例阀组2用于控制转向油缸7伸缩。转向对中阀组4用于在断电状态下，将比例阀组2的工作油口与回油油路连通，以使转向油缸7处于浮动状态，并将对中油缸9的有杆腔和无杆腔均与高压油路连通，以驱动转向轴6回正；且在通电状态下，将对中油缸9的两个腔体均与回油油路连通，比例阀组2的工作油口与高压油路连通，以通过转向油缸7驱动转向轴6偏转。

本发明实施例的车辆液控转向系统，当发动机熄火或车辆断电，使得比例阀组和转向对中阀组均不得电时，对中油缸在转向对中阀组的进油口高压油液的作用下，可以使转向轴回到转向中位，能够在任意条件下保证转向轴的主动回正，提高车辆行驶安全性，提高车辆行驶安全保护等级，防止车辆出现行驶跑偏、故障桥轮胎螺母松动或损坏、故障桥轮边损坏和轮胎异常磨损等问题。

如图3所示，转向对中阀组4包括：电磁换向阀41和两个并联设置的液控单向阀42。例如，电磁换向阀41可以是两位三通阀，电磁换向阀41用于在断电状态(右位)下，将对中油缸9的两个腔体与高压油路连通，并利用高压油路将两个液控单向阀42导通，以使转向对中阀组4上与比例阀组2和转向油缸7连通的工作油口均与回油油路连通；在通电状态(左位)下，将对中油缸9的两个腔体与回油油路连通，两个液控单向阀42截止，以使转向对中阀组4与比例阀组2连通的工作油口和与转向油缸7连通的工作油口对应导通。

优选地，电磁换向阀41的出油口与两个液控单向阀42的控制油路直接连通。当转向对中阀组4的进油口p接入高压油时，高压油在通入对中油缸9的同时，直接通入液控单向阀42的控制油路，无需额外增加其它阀使高压油连通至液控单向阀42的控制油路，可减少转向对中阀组4组成结构，各个阀结构简单，可采用成品无需定制，同时还能简化内部油路连接关系，动作灵敏，提高断电时使转向轴回正的可靠性。

在一个具体的实施例中，转向对中阀组4为集成阀组，还包括：第一阀体，其上设有进油口p、回油口t、第一工作油口a1、第二工作油口a2、第三工作油口b1、第四工作油口b2和第五工作油口n，第一工作油口a1和第二工作油口a2分别与比例阀组2的两个工作油口a和b连通，第三工作油口b1和第四工作油口b2分别与转向油缸7的两个腔体连通，第五工作油口n与电磁换向阀41的出油口连通。

其中，电磁换向阀41的进油口与第一阀体上的进油口p连通，出油口与第一阀体上的第五工作油口n直接连通。两个液控单向阀42的控制油口与电磁换向阀41的出油口直接连通，进油口p与第一阀体上的回油口t连通。第一工作油口a1和第三工作油口b1直接连通，第二工作油口a2和第四工作油口b2，其中一个液控单向阀42的出油口与第一阀体上的第一工作油口a1和第三工作油口b1均连通，另一个液控单向阀42的出油口与第一阀体上的第二工作油口a2和第四工作油口b2均连通。

进一步地，转向对中阀组4还可包括：第一溢流阀43，设在两个液控单向阀42的控制油路与第五工作油口n之间的油路上，能够在通入对中油缸9的油液压力超过预设压力时溢流，提高对中油缸9工作的可靠性，防止转向轴6回正时产生较大的冲击力。

转向对中阀组4还可包括第二溢流阀44，设在第一阀体上的第一工作油口a1和第三工作油口b1之间的油路上；和/或第三溢流阀45，设在第一阀体上的第二工作油口a2和第四工作油口b2之间的油路上。这两个溢流阀能够在转向油缸7的油液压力超过预设压力时溢流，提高转向油缸7工作的可靠性，防止转向轴6偏转时产生较大的冲击力。

如图1所示，本发明的车辆液控转向系统还包括第一油源1，用于为比例阀组2供油，第一油源1为负载敏感泵，比例阀组2具有负载敏感油口ls，用于采集转向油缸7工作的负载压力，负载敏感油口ls与负载敏感泵的先导压力油口x连通。负载敏感油口ls的压力来自转向轮的负载压力，该压力来自转向油缸7的两个工作腔的最高工作压力，以根据转向负载压力实时调节负载敏感泵的排量和供油压力。

如图2所示，比例阀组2包括：比例换向阀21，用于通过换向控制转向油缸7伸缩；和压力补偿阀22，设在比例换向阀21的工作油口所在的油路上，负载敏感油口ls通过梭阀提取比例阀组2上第一工作油口a和第二工作油口b的最大负载压力，并将油液作用于压力补偿阀22的弹簧控制端，压力补偿阀22的非弹簧腔与比例换向阀21相应的工作油口连通，根据压力补偿阀22的静压平衡关系，ls压力反馈到负载敏感泵的补偿装置，以调节负载敏感泵的出口压力。该比例阀组2可根据转向负载压力实时调整压力补偿阀22的开度，例如，根据当前转向角度与目标转向角度之间的角度差，控制器向比例换向阀21发出电控信号，以调节比例换向阀21的开度，比例换向阀21的开度与角度差正相关，同时，根据比例换向阀21的工作油口压力以及ls压力，可通过压力补偿阀22调整比例换向阀21的工作油口与负载之间保持合适的压差，以配合比例换向阀21的开度变化。

优选地，比例阀组2采用集成阀组，包括第二阀体，第二阀体上设有进油口p、回油口t、负载敏感油口ls、第一工作油口a和第二工作油口b，负载敏感油口ls与压力补偿阀22的控制端连接，第一工作油口a和第二工作油口b分别与两个压力补偿阀22的工作油口连通，而且比例阀组2的第一工作油口a和第二工作油口b分别与转向对中阀组4的第一工作油口a1和第三工作油口a2连通。

进一步地，负载敏感油口ls通过节流阀23与比例阀组2上的回油口t连接，以增加回油的平稳性。

进一步地，负载敏感油口ls与比例阀组2上的回油口t之间设有第四溢流阀24，以防止负载敏感油路上压力过大，提高工作安全性。

具体地，如图2所示，比例换向阀21采用电比例三位八通阀，中位的油口1～8均处于截止状态，油口1和4与第二阀体上的进油口p连接，油口2和3与第二阀体上的回油口t连接，油口5与其中一个压力补偿阀22的进油口连通，油口6直接与该压力补偿阀22的出油口连通，油口7直接与另一个压力补偿阀22的进油口连通，油口8与该压力补偿阀22的出油口连通。在比例换向阀21处于左右位时，转向轴6偏转方向不同，第一油源1提供的油液由第二阀体上的进油口p通过比例换向阀21，之后需要经过压力补偿阀22才会到达第一工作油口a和第二工作油口b。可选地，比例换向阀21也可采用三位四通阀。

在一些实施例中，本发明的车辆液控转向系统还包括：第一油源1，用于同时为比例阀组2和转向对中阀组4供油；和分流阀，用于将第一油源1提供的油液按照预设比例分配至比例阀组2和转向对中阀组4。

此种供油方式可减少油源数量，通过供油需求量同时向比例阀组2和转向对中阀组4供油，能够满足同时供油的需求，并降低液压系统在最大负载以外工况下泵的功率消耗。

在另一些实施例中，车辆液控转向系统还包括：第一油源1，用于分时为比例阀组2和转向对中阀组4供油；和换向阀，用于在切换为不同状态时，将第一油源1的油液提供至比例阀组2或转向对中阀组4。

此种供油方式可按工作需求供应油液，减少油源数量，可保证负载较大情况下的供油量。

在再一些实施例中，比例阀组2与转向对中阀组4采用独立油源。如图4所示，本发明的车辆液控转向系统还包括：第二油源3，用于为转向对中阀组4供油。其中，第二油源3包括泵31、换向阀32、充液阀33、蓄能器34和压力传感器35，蓄能器34的m接口用于为转向对中阀组4的进油口p供油。例如，换向阀32可采用两位四通电磁换向阀，换向阀32的其中一个工作油口通过充液阀33与蓄能器34连接，另一个工作油口与其它液压系统连接。压力传感器35设在蓄能器34的进油口，在压力传感器35的检测值低于第一预设压力p1时，控制部件可使换向阀32切换至第一状态(左位)，泵31提供的油液依次通过换向阀32和充液阀33进入蓄能器34，否则泵31提供的油液通过换向阀32供应至其它液压系统。充液阀33的进油口p与换向阀32的其中一个工作油口连通，油液从进油口p进入充液阀33后，大部分通过油口a供应至蓄能器，另一小部分通过油口o供应至其它液压系统，或者油口o也可与回油口t连通。

该实施例能够通过设置第二油源3同时满足转向对中阀组4和其它也压系统的供油需求，通过设置蓄能器34充液为转向对中阀组4供油，并在蓄能器34的压力低于第一预设压力p1时及时充液，在需要使转向轴6回正时向对中油缸9提供充足的高压油，以保证转向轴6可靠回正，提高车辆行驶安全性。

进一步地，在充液过程中，在压力传感器35的检测值高于第二预设压力p2时，第二预设压力p2大于第一预设压力p1。控制部件可使换向阀32切换至第二状态(右位)，停止充液，泵31提供的油液通过换向阀32供应至其它液压系统。

该实施例可使蓄能器34在充油完毕后，及时地将泵31的供油切换至其它液压系统，以保证蓄能器34的使用安全性，并使其它液压系统顺利工作。

当换向阀32不得电时，转向对中阀组4的进油口p的油液来自蓄能器34内储存的高压油液，第二油源3同时向其它液压系统供油，使第二油源3的能量充分利用。而且，当车辆断电的状态下，蓄能器34仍可稳定地向转向对中阀组4提供高压油，以使对中油缸9驱动转向轴6回正，从而使车辆在任意条件下均能保证转向轴6主动回正，提高车辆行驶安全性。

当换向阀32得电时，泵31就可以向蓄能器34内补充油液，弥补因转向轴6偏转、转向轴6向中位过程中对中油缸9所需的油液。

下面结合图1至图3来说明本发明车辆液控转向系统的工作原理。

在需要使转向轴6偏转时，使电磁换向阀41得电处于左位，第二油源3中蓄能器34向转向对中阀组4的供油被截止，转向对中阀组4的第五工作油口n与回油口t连通，对中油缸9的活塞杆和活动塞处于浮动状态，两个液控单向阀42处于截止状态，第一油源1的供油通过比例换向阀21和压力补偿阀22后，进入到转向油缸7的工作腔内，以通过转向油缸7的活塞杆运动驱动转向机构8运动，从而实现转向轴6的偏转。

在需要使转向轴6回正时，使电磁换向阀41失电处于右位，第二油源3中蓄能器34提供的高压油通过电磁换向阀41后，使两个液控单向阀42处于导通状态，两个液控单向阀42的进油口和回油口均与回油连通，使转向对中阀组4的第一工作油口a1、第二工作油口a2、第三工作油口b1和第四工作油口b2均与回油连通，使转向油缸7处于浮动状态。同时，蓄能器34提供的高压油通过电磁换向阀41后，经过转向对中阀组4的第五工作油口n供应至对中油缸9，对中油缸9的活塞杆和活动塞进行位置保持，使转向轴6回正。

其次，本发明还提供了一种基于上述实施例车辆液控转向系统的控制方法，在一些实施例中，包括：

步骤101、在需要使转向轴6偏转时，使转向对中阀组4处于通电状态，以使对中油缸9的两个腔体与回油油路连通，比例阀组2的工作油口与高压油路连通，从而通过转向油缸7驱动转向轴6偏转；

步骤102、在需要使转向轴6回正时，使转向对中阀组4处于断电状态，以将比例阀组2的工作油口与回油油路连通，从而使转向油缸7处于浮动状态，并使对中油缸9的两个腔体与高压油路连通，以通过对中油缸9驱动转向轴6回正。

在一些实施例中，车辆液控转向系统还包括：第二油源3，用于为转向对中阀组4供油，第二油源3包括泵31、换向阀32、充液阀33、蓄能器34和压力传感器35；如图5所示的流程示意图，此种控制方法还包括：

步骤201、通过压力传感器35检测蓄能器34的出口压力值；

步骤202、判断压力传感器35的检测值是否低于第一预设压力p1，如果是，则执行步骤203，否则执行步骤204；

步骤203、将换向阀32切换至第一状态(左位)，以使泵31提供的油液依次通过换向阀32和充液阀33进入蓄能器34；

步骤204、使泵31提供的油液通过换向阀32供应至其它液压系统。

该实施例能够通过设置第二油源3同时满足转向对中阀组4和其它也压系统的供油需求，通过设置蓄能器34充液为转向对中阀组4供油，并在蓄能器34的压力低于第一预设压力p1时及时充液，在需要使转向轴6回正时向对中油缸9提供充足的高压油，以保证转向轴6可靠回正，提高车辆行驶安全性。

进一步地，在执行步骤203充液过程中，控制方法还包括：

步骤205、判断压力传感器35的检测值是否高于第二预设压力p2时，如果是则执行步骤206，否则继续通过步骤203充液；

步骤206、将换向阀32切换至第二状态(右位)，以使泵31提供的油液通过换向阀32供应至其它液压系统。

该实施例可使蓄能器34在充油完毕后，及时地将泵31的供油切换至其它液压系统，以保证蓄能器34的使用安全性，并使其它液压系统顺利工作。

以上对本发明所提供的实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。