车辆转向传动机构、车辆转向系统及其控制方法和车辆与流程

[0001]
本公开涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种车辆转向传动机构、车辆转向系统及其控制方法和车辆。


背景技术：

[0002]
转向系统目的是为了操纵行驶方向，保证转向的灵敏性和精确度以及直线行驶车辆的稳定性。传统的乘用车辆、商用车辆大多在道路上进行行驶和运输作业，它们采用传统的前轮转向或前组车轮转向就可以满足使用要求。随着汽车保有量的增加，城市变得拥挤，车辆泊车和转弯、倒车的空间变得更加狭小，单一的转向模式在面对这些问题时有很大局限性。对于部分专用的轮式工程车，常常需要在多种复杂的场地条件下工作，为满足复杂场地的使用要求，对于轮式工程车的转向系统提出了更高的要求。
[0003]
目前，汽车及部分工程车辆为应对复杂路面状况，一般设有实现一种或几种转向模式功能的装置。常见的转向模式有：前轮独立转向、后轮独立转向、全轮转向、蟹行、滑移转向、原地转向等。驾驶员可以根据不同的作业和场地情况，选择不同的转向模式，可以大大提高工程车辆的机动灵活性。
[0004]
目前通用的转向形式有机械式液压助力转向、全液压转向、线控转向等，机械式液压助力转向系统依靠转向柱及机械拉杆，并通过液压油缸给车轮提供转向推力，从而实现转向功能；全液压转向依靠液压油缸实现车轮的转向，可以实现车轮独立控制，能够完成多种转向模式，以适应不同作业环境；线控转向取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，采用传感器采集驾驶员转向意图然后发送到转向执行器来完成转向。通常的传动桥的两输出端传递的动力方向相同，使左右侧车轮转动方向一致。
[0005]
机械式液压助力转向的可靠性较高，但机械拉杆限制了此种转向系统无法实现原地滚动转向；全液压转向系统可以实现车辆多种模式转向功能，但一旦液压及控制系统失效，驾驶员将失去控制车轮转动的能力，尤其是车辆在高速行驶的情况下，危险性更大；线控转向仅仅是取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，车辆的转向还是需要机械拉杆来实现，因此也无法实现原地转向。输出动力方向相同的传动桥也不能支持车辆原地转向和滑移转向。


技术实现要素：

[0006]
经发明人研究发现，相关技术中存在转向模式和控制稳定可靠性不能同时满足的技术问题。
[0007]
有鉴于此，本公开实施例提供一种车辆转向传动机构、车辆转向系统及其控制方法和车辆，能够满足车辆转向模式的需要下提高转向安全可靠性。
[0008]
本公开的一些实施例提供了一种车辆转向传动机构，包括：
[0009]
左转向节臂，用于控制左侧车轮的左右转向；
[0010]
右转向节臂，用于控制右侧车轮的左右转向；
[0011]
转向纵拉杆，与左转向节臂和右转向节臂中之一连接；
[0012]
左梯形臂，相对于左转向节臂固定设置；
[0013]
右梯形臂，相对于右转向节臂固定设置；以及
[0014]
转向横拉杆，用于连接左梯形臂和右梯形臂；
[0015]
其中，转向横拉杆被配置为伸缩油缸，伸缩油缸的活塞杆和缸筒分别与左梯形臂和右梯形臂中之一和另一连接。
[0016]
在一些实施例中，转向横拉杆设有油缸锁止机构，用于锁止活塞杆相对于缸筒的伸缩。
[0017]
在一些实施例中，油缸锁止机构包括壳体、顶紧弹簧和锁销，锁销滑设在壳体内，顶紧弹簧设置在壳体内并作用于锁销，锁销在顶紧弹簧的独立作用下能够进入缸筒的有杆腔并卡住活塞杆，以锁止活塞杆相对于缸筒的伸缩。
[0018]
在一些实施例中，壳体设有解锁油口，用于向壳体的非弹簧腔供油，以使锁销离开缸筒的有杆腔来解锁活塞杆相对于缸筒的伸缩。
[0019]
在一些实施例中，还包括左转向助力油缸和右转向助力油缸，分别用于辅助驱动左转向节臂和右转向节臂。
[0020]
本公开的一些实施例提供了一种车辆转向系统，包括前述车辆转向传动机构。
[0021]
在一些实施例中，车辆转向系统包括前轮转向系统和后轮转向系统，前轮转向系统包括前述车辆转向传动机构，后轮转向系统包括液压转向传动机构。
[0022]
在一些实施例中，液压转向传动机构包括左后转向节臂、左后转向油缸、右后转向油缸以及右后转向节臂，左后转向节臂用于控制左后侧车轮左右转向，左后转向油缸用于驱动左后转向节臂，右后转向节臂用于控制右后侧车轮左右转向，右后转向油缸用于驱动右后转向节臂。
[0023]
本公开的一些实施例提供了一种控制方法，应用于控制前述车辆转向系统，包括：
[0024]
在原地滚动转向模式下，解锁转向横拉杆并控制转向横拉杆伸长，以使左右两侧的车轮的左右转向相反；
[0025]
在非原地滚动转向模式下，控制转向横拉杆收缩并锁止转向横拉杆，以使左右两侧的车轮的左右转向一致。
[0026]
本公开的一些实施例提供了一种车辆，包括前述车辆转向系统。
[0027]
因此，根据本公开实施例，通过将转向横拉杆配置为伸缩油缸结构，转向横拉杆可伸缩，从而能够实现左右两侧的车轮的左右转向相反或一致，在保证转向稳定可靠性的同时满足车辆转向模式的需要，具有较高的可实施性。
附图说明
[0028]
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
[0029]
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
[0030]
图1是本公开车辆转向系统的一些实施例的整体结构示意图；
[0031]
图2是本公开车辆转向系统的一些实施例中转向横拉杆的结构示意图；
[0032]
图3是图2中油缸锁止机构位置处的局部结构放大图；
[0033]
图4是本公开车辆转向系统的一些实施例在原地滚动转向模式下的结构示意图。
[0034]
附图标记说明
[0035]
1、动力系统总成；2、前后中央传动轴；3、车轮；11、活塞杆；12、缸筒；13、有杆腔；14、无杆腔；15、油缸锁止机构；16、壳体；17、顶紧弹簧；18、锁销；19、密封件；101、方向盘；102、角传动器；103、转向器；104、转向纵拉杆；105、左转向助力油缸；106、右转向助力油缸；107、左梯形臂；108、转向横拉杆；109、右梯形臂；110、左后转向节臂；111、左后转向油缸；112、右后转向油缸；113、右后转向节臂；114、左转向节臂；115、右转向节臂；201、传动半轴；202、左前换向器总成；203、主减速器总成；204、右前换向器总成；205、左后换向器总成；206、右后换向器总成。
具体实施方式
[0036]
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。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、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
[0037]
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0038]
在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。
[0039]
本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0040]
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，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0041]
结合图1所示，本公开的一些实施例提供了一种车辆转向传动机构，其包括：左转向节臂114、右转向节臂115、转向纵拉杆104、左梯形臂107、右梯形臂109以及转向横拉杆108，其中，左转向节臂114用于控制左侧车轮3的左右转向；右转向节臂115用于控制右侧车轮3的左右转向；转向纵拉杆104与左转向节臂114和右转向节臂115中之一连接；左梯形臂107相对于左转向节臂114固定设置；右梯形臂109相对于右转向节臂115固定设置；转向横拉杆108用于连接左梯形臂107和右梯形臂109；转向横拉杆108被配置为伸缩油缸，伸缩油缸的活塞杆11和缸筒12分别与左梯形臂107和右梯形臂109中之一和另一连接。
[0042]
在该示意性的实施例中，车辆转向传动机构利用转向纵拉杆104和转向横拉杆108组成的机械转向系来实现转向控制，确保控制稳定可靠性。通过将转向横拉杆108配置为伸缩油缸结构，转向横拉杆108可伸缩，伸缩油缸锁止时长度固定，可等效成一个机械连杆，从而使得左右两侧的车轮3的左右转向一致；锁止解锁后，转向横拉杆108可以伸长，从而使得左右两侧的车轮3的左右转向相反，在保证转向稳定可靠性的同时满足车辆转向模式的需要，具有较高的可实施性。
[0043]
在各种转向模式下，需要锁止或解锁转向横拉杆108的伸缩，在一些实施例中，如图2和图3所示，转向横拉杆108设有油缸锁止机构15，用于锁止活塞杆11相对于缸筒12的伸缩。油缸锁止机构的设置能够实现转向横拉杆108伸缩的实时锁止和解锁，安全可靠，且满足车辆所有转向模式的需要。
[0044]
作为油缸锁止机构的一种实现方式，在一些实施例中，如图2和图3所示，缸筒12设有有杆腔油口a和无杆腔油口b，有杆腔油口a与有杆腔13相通，无杆腔油口b与无杆腔14相通；油缸锁止机构15包括壳体16、顶紧弹簧17、锁销18以及密封件19，锁销18滑设在壳体16内，顶紧弹簧17设置在壳体16内并作用于锁销18，锁销18在顶紧弹簧17的独立作用下能够进入缸筒12的有杆腔13并卡住活塞杆11，以锁止活塞杆11相对于缸筒12的伸缩。壳体16设有解锁油口c，用于向壳体16的非弹簧腔供油，以使锁销18离开缸筒12的有杆腔13来解锁活塞杆11相对于缸筒12的伸缩。
[0045]
如图2和图3所示，转向横拉杆108的锁止过程为：有杆腔油口a进油，无杆腔油口b回油，转向横拉杆108收缩。当活塞杆11的活塞移动到缸筒12底部时，解锁油口c回油，锁销18在顶紧弹簧17的作用下沿壳体16向外移动，进入缸筒12的有杆腔13，顶紧弹簧17释放，活塞杆11的活塞被锁销18卡住，不能移动，转向横拉杆108锁止。
[0046]
转向横拉杆108的解锁过程为：解锁油口c进油，锁销18在油液压力作用下沿壳体向内移动，离开缸筒12的有杆腔13，顶紧弹簧17被压缩，并维持此状态，活塞杆11可沿缸筒12移动。无杆腔油口b进油，有杆腔油口a回油，活塞杆11伸出，转向横拉杆108解锁伸长。
[0047]
在一些实施例中，如图1所示，车辆转向传动机构还包括左转向助力油缸105和右转向助力油缸106，分别用于辅助驱动左转向节臂114和右转向节臂115，采用机械式液压助力转向结构，从而进一步提升转向可靠稳定性。
[0048]
如图1所示，本公开的一些实施例提供了一种车辆转向系统，包括方向盘101、角传动器102、转向器103以及前述车辆转向传动机构。由驾驶员转动方向盘101，在转向器103、左转向助力油缸105和右转向助力油缸106的作用下，带动转向梯形结构运动，促使车轮3实现左右转向。本公开车辆转向系统相应地也具有上述有益技术效果。
[0049]
在一些实施例中，车辆转向系统包括前轮转向系统和后轮转向系统，前轮转向系统包括前述车辆转向传动机构，后轮转向系统包括液压转向传动机构。车辆转向系统采用前轴机械式转向和后轴液压转向的组合结构形式，前轴机械式转向可靠性高，后轴液压转向方便省力，优化转向结构，具有较高的可实施性。在一些实施例中，压转向传动机构包括电液比例转向机构，精准控制转向，可实施性高。
[0050]
在一些实施例中，如图1所示，液压转向传动机构包括左后转向节臂110、左后转向油缸111、右后转向油缸112以及右后转向节臂113，左后转向节臂110用于控制左后侧车轮3左右转向，左后转向油缸111用于驱动左后转向节臂110，右后转向节臂113用于控制右后侧
车轮3左右转向，右后转向油缸112用于驱动右后转向节臂113。
[0051]
本公开的一些实施例提供了一种车辆，包括前述车辆转向系统。本公开车辆相应地也具有上述有益技术效果。
[0052]
在一些实施例中，车辆还包括传动系统、动力系统总成1、控制器、车轮3以及前后中央传动轴2。动力系统总成1包括发动机、变速箱、离合器及其附属件，为车辆驱动提供动力。
[0053]
如图1所示，传动系统包括前桥传动总成和后桥传动总成组成，其中前桥传动总成包括主减速器总成203、差速器总成、左前换向器总成202、右前换向器总成204以及传动半轴201，后桥传动总成包括主减速器总成203、差速器总成、左后换向器总成205、右后换向器总成206以及传动半轴201。主减速器总成203与前后中央传动轴2相连，其作用是传递动力、降速增扭及使传动轴的左右旋转转变为传动半轴201的前后旋转。差速器总成的功能是使左/右传动半轴201以不同转速旋转，避免轮胎与地面间打滑，使车轮3保持滚动行驶状态，以满足两侧驱动轮差速的需要。左/右换向器总成分别安装在主减速器总成203和差速器总成左右两侧，其作用是根据转向需要改变动力的传动方向，使左右两侧车轮的前后转动方向相同或相反。左/右传动半轴201分别安装在左/右换向器外侧，将动力传递到车轮3，使车轮3旋转，车辆移动。
[0054]
下面以车辆在不同转向模式下向左转向为例，结合图1～图4所示的实施例来具体说明车辆在各种转向模式下的操控流程，如下：。
[0055]
1、在独立前轮转向模式下，驾驶员操作方向盘101，在角传动器102、转向器103、转向传动轴及转向纵拉杆104的作用下将转向力矩传递到左转向节臂114、并且转向助力油缸在接收到控制器发出向左转向的信号后进行伸缩动作，其中右转向助力油缸106无杆腔回油，有杆腔进油，右转向助力油缸106收缩；左转向助力油缸105无杆腔进油，有杆腔回油，左转向助力油缸105伸长。在转向器103和转向助力油缸的共同作用下，带动左转向节臂114、右转向节臂115、左梯形臂107和右梯形臂109，使前轴左右两侧车轮3按照设计值同时向左转动，车轮驱动力方向相同，实现车辆独立前轮转向前行。左后转向油缸111、右后转向油缸112、转向横拉杆108和换向器总成均处于锁止状态，不执行动作。
[0056]
2、在独立后轮转向模式下，驾驶员操作后轮转向旋钮，左后转向油缸111和右后转向油缸112在接收到控制器发出向左转向的信号后进行伸缩动作，其中左后转向油缸111无杆腔回油，有杆腔进油，油缸收缩，带动左后转向节臂110旋转；右后转向油缸112无杆腔进油，有杆腔回油，油缸伸长，带动右后转向节臂113旋转，使后轴左右两侧车轮3按照设计值同时向右转动，车辆向左转向，车轮驱动力方向相同，实现车辆独立后轮转向前行。前轴机械转向系、转向横拉杆108和换向器总成均处于锁止状态，不执行动作。
[0057]
3、在四轮小直径转向模式下，驾驶员操作方向盘101，在角传动器102、转向器103、转向传动轴及转向纵拉杆104的作用下将转向力矩传递到左转向节臂114、并且转向助力油缸在接收到控制器发出向左转向的信号后进行伸缩动作，其中右转向助力油缸106无杆腔回油，有杆腔进油，右转向助力油缸106收缩；左转向助力油缸105无杆腔进油，有杆腔回油，左转向助力油缸105伸长。在转向器103和转向助力油缸的共同作用下，带动左转向节臂114、右转向节臂115、左梯形臂107和右梯形臂109，使前轴左右两侧车轮3按照设计值同时向左转动。同时，左后转向油缸111和右后转向油缸112在接收到控制器发出向右转向的信
号后进行伸缩动作，其中左后转向油缸111无杆腔回油，有杆腔进油，油缸收缩，带动左后转向节臂110旋转；右后转向油缸112无杆腔进油，有杆腔回油，油缸伸长，带动右后转向节臂113旋转，使后轴左右两侧车轮3按照设计值同时向右转动。车辆四个车轮驱动力方向相同，前轴车轮左转，后轴车轮右转，即实现车辆四轮小直径转向。转向横拉杆108和换向器总成均处于锁止状态，不执行动作。
[0058]
4、在原地滑移转向模式下，驾驶员操作滑移转向旋钮，左前换向器总成202和左后换向器总成205执行换向动作，使前后轴左侧与右侧车轮的驱动力大小相同，方向相反，即可实现车轮原地滑动转向。助力油缸、转向油缸、转向横拉杆108和其它换向器总成均处于锁止状态，不执行动作。
[0059]
5、如图4所示，在原地滚动转向模式下，驾驶员操作原地滚动转向旋钮，转向助力油缸在接收到控制器发出向左转向的信号后进行伸缩动作，其中左转向助力油缸105和右转向助力油缸106的无杆腔均回油，有杆腔均进油，两助力油缸收缩；同时，转向横拉杆108的无杆腔油口b、解锁油口c进油，有杆腔油口a回油，执行解锁动作，转向横拉杆108解锁伸长，与助力油缸共同作用带动左转向节臂114和右转向节臂115沿着相反的方向旋转，使前轴左右两侧车轮3按照设计值分别向右和向左转动，呈内八字形。同时，左后转向油缸111和右后转向油缸112在接收到控制器发出原地滚动转向的信号后进行伸缩动作，其中左后转向油缸111和右后转向油缸112的无杆腔均进油，有杆腔均回油，两转向油缸伸长，带动左后转向节臂110和右后转向节臂113沿着相反的方向旋转，使后轴左右两侧车轮3按照设计值分别向左和向右右转动，呈外八字形。左前换向器总成202和左后换向器总成205执行换向动作，使前后轴左侧与右侧车轮的驱动力大小相同，方向相反，即可实现车轮原地滚动转向。
[0060]
6、在蟹行转向模式下，驾驶员操作方向盘101，在角传动器102、转向器103、转向传动轴及转向纵拉杆104的作用下将转向力矩传递到左转向节臂114、并且转向助力油缸在接收到控制器发出向左转向的信号后进行伸缩动作，其中右转向助力油缸106无杆腔回油，有杆腔进油，右转向助力油缸106收缩；左转向助力油缸105无杆腔进油，有杆腔回油，左转向助力油缸105伸长。在转向器103和转向助力油缸的共同作用下，带动左转向节臂114、右转向节臂115、左梯形臂107和右梯形臂109，使前轴左右两侧车轮3按照设计值同时向左转动。同时，左后转向油缸111和右后转向油缸112在接收到控制器发出向左转向的信号后进行伸缩动作，其中左后转向油缸111无杆腔进油，有杆腔回油，油缸伸长，带动左后转向节臂110旋转；右后转向油缸112无杆腔回油，有杆腔进油，油缸收缩，带动右后转向节臂113旋转，使后轴左右两侧车轮3按照设计值同时向左转动。车辆四个车轮驱动力方向相同，前轴、后轴车轮都向左转前行，即实现车辆蟹行。转向横拉杆108和换向器总成均处于锁止状态，不执行动作。
[0061]
本公开车辆不仅适用于工程机械车辆，也适用于道路车辆，实现了独立前轮转向、独立后轮转向、四轮小直径转向、原地滑移转向、原地滚动转向及蟹行行驶，大大提高了车辆的场地适应性和机动灵活性。而且，本公开车辆改变传动桥两输出端传递动力的方向，实现了左右侧车轮转动方向一致或相反，提高了车辆行驶和转向作业工况适用范围。
[0062]
基于上述操控流程，本公开的一些实施例相应地提供了一种控制方法，应用于控制前述车辆转向系统，包括：
[0063]
在原地滚动转向模式下，解锁转向横拉杆108并控制转向横拉杆108伸长，以使左右两侧的车轮3的左右转向相反；
[0064]
在非原地滚动转向模式下，控制转向横拉杆108收缩并锁止转向横拉杆108，以使左右两侧的车轮3的左右转向一致。
[0065]
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，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。
[0066]
虽然已经通过示例对本公开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，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。