CN108216360A - 多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，该系统采用一二桥方向盘机械控制液压助力转向和五六桥电控轮毂电机主动差速转向，由后桥电控主动差速转向系统、转向操纵机构1、转向传动机构2、转向液压控制系统3、转向控制器及显示系统4、角度传感器装置5组成；在低速转弯时后组车轮和前组车轮反向转动，可以减小车辆的转弯半径，提高了车辆的机动灵活性；在高速时前组车轮有转向功能，后组车轮无转向功能，提高高速转弯以及加速超车时车辆的稳定性，减小车辆在高速转弯时产生回旋运动，且后组车轮的转向是转向控制器自动识别，无需驾驶者干预，使得操纵车辆变得更为简单。

Description

多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统

技术领域

本发明涉及汽车转向技术领域，尤其涉及多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统。

背景技术

随着汽车工业的高速发展，环境污染和能源问题也日益凸显，因此对重型特种多轴混合动力车辆的研发也受到广泛关注。多轴混合动力特种越野车辆为五轴10×10驱动形式，其中一、二、五、六桥为转向桥，前三桥采用常规内燃机驱动系统，后两桥采用新型轮毂电机驱动系统，两系统既可独自运行，还可同时协调运行，相较于传统燃油车辆，混合动力车辆在能源消耗、尾气排放等方面均有一定改善。特种混合动力车辆行驶工况比较复杂，特别会在一些条件恶劣路况下行驶，对车辆操纵性稳定性和转向灵活性要求较高。

车辆常用的多轴分组转向系统有机械液压助力转向系统、机械液压助力与电控液压助力混合转向系统。这些转向系统重量大、利用空间程度低，而且操纵性稳定性和转向灵活性较差，降低了转向系统的安全性。轮毂电机驱动车轮可通过控制轮毂电机的转矩和转速实现差速转向功能，可以精确地控制轮毂电机驱动车轮的速度和转矩，提高车辆的操纵性稳定性和转向灵活性，但是轮毂电机驱动车轮存在电机失效情况，如何在电机失效的情况下保证车辆的稳定性需要解决的问题。同时多轴车辆在高速行驶时容易产生甩尾，增加车轮磨损及危险性，如何让车辆的安全性与灵活性协调统一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供了一种多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统。

本发明为解决上述问题采用以下技术方案：

本发明实施一种多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，采用多轴分组转向，一二桥采用方向盘机械控制液压助力转向，五六桥采用电控轮毂电机主动差速转向，这两种转向系统组合使用，称为机械液压与主动差速分组混合转向技术，分组混合转向系统由后桥电控主动差速转向系统、转向操纵机构、转向传动机构、转向液压控制系统、转向控制器及显示系统、角度传感器装置组成。

上述方案中，所述后桥电控主动差速转向系统包括四五桥前置断开式转向梯形机构、后转向桥组液压系统、角度传感器装置、转向控制器及显示系统、轮毂电机，角度传感器装置将转向桥角度信号和车速信号传至转向控制器，转向控制器自主选择控制模式，控制模式信号传至执行机构四五桥前置断开式转向梯形机构、后转向桥组液压系统和轮毂电机，完成相应的转向模式，通过CAN总线将相应转向模式显示在副显示屏上。

上述方案中，所述转向操纵机构包括方向盘、转向管柱、传动轴，所述传动轴的转向节与转向器连接，操纵机构控制车辆左右行驶方向，同时控制转向器液压阀进而让一二桥助力油缸工作。

上述方案中，所述转向传动机构包括断开式转向梯形机构和纵向转向传动机构，所述断开式转向梯形机构将一、二桥断开式转向梯形后置，四、五桥断开式转向梯形前置，断开式转向梯形机构保证每根桥的内外轮转角满足一定的关系；所述纵向转向传动机构包括转向垂臂机构、转向直拉杆机构和轴间转向传动机构，转向垂臂机构布置在纵拉杆间，用来传递轴间转角关系，使各桥转向轮运动协调，保证一二桥车轮作纯滚动运动，不发生轮胎滑磨；转向直拉杆机构传递转向器与转向轮间的转角关系，传递方向盘与转向车轮间传动比，使方向盘具有良好的力特性，同时保证转向过程中方向盘具有合理的有效行程；轴间转向传动机构保证一二桥的车轮转角满足一定的关系。

上述方案中，所述转向液压控制系统包括前转向桥组液压系统和后转向桥组液压系统，所述前转向桥组液压系统由油箱、液压泵、滤油器、单向阀、单回路转向器和一二桥助力油缸，提供一、二桥液压助力转向；所述后转向桥组液压系统由油箱、液压泵、滤油器、单向阀、四桥电磁控制阀、五桥电磁控制阀、四五桥对中锁止油缸，控制四、五桥转向锁止，两系统共用一套油箱、液压泵、滤油器、单向阀组成一个转向液压控制系统。

上述方案中，所述转向控制器及显示系统包括转向控制器、副显示器，转向控制器基于CAN总线的车辆信息化通信系统，通过采集车轮角度信号、车速信号、轮毂电机信号，自动控制后转向桥组转向状态，可实现低速行驶转向、中速行驶转向、高速行驶转向三种转向模式，在车辆高速行驶时，自动锁定后两桥，防止甩尾，保证行车安全，同时和HMI通信，上传转向状态信息，通过仪表盘副显示屏进行显示及开启。

上述方案中，所述角度传感器装置包括角度传感器和安装机构，测量一、二、五、六桥的车轮转角，转角信号上传至转向控制器，实现实时反馈车轮转角。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)该转向系统通过转向控制器调节五六桥轮毂电机的转矩和转速实现差速主动转向功能，不但可以省去复杂的机械传动机构和机械差速装置，减轻汽车重量，还可以获得更好的空间利用率,同时提高了传动效率，而且精确地控制轮毂电机驱动车轮的速度和转矩，提高车辆的操纵性稳定性和转向灵活性，让其车辆的安全性与灵活性协调统一。

(2)多轴分组混合转向在低速转弯时后组车轮和前组车轮反向转动，可以减小车辆的转弯半径，提高了车辆的机动灵活性，使车辆在狭窄空间里泊车、掉头、转弯更为便利，是一种理想的混合动力车辆动力转向技术；在高速时，前组车轮有转向功能和后组车轮无转向功能，提高高速转弯以及加速超车时汽车的稳定性，减小汽车车身在高速转弯时易产生的回旋运动，且后组车轮的转向控制是由转向控制器自动识别，无需驾驶者干预，使得操纵车辆变得更为简单。

附图说明

图1为本发明的多轴分组混合转向系统方案图；

图2为本发明的分组混合转向传动机构布置图；

图3为本发明的分组混合转向液压工作原理图；

图4为本发明的电控主动差速转向功能原理图；

图5为本发明的电控主动差速转向控制逻辑流程图；

图6为本发明的多轴车辆分组混合转向示意图。

图中：1-转向操纵机构、2-转向传动机构、3-转向液压控制系统、4-转向控制器及显示系统、5-角度传感器装置、6-转向垂臂机构、7-转向直拉杆机构、8-轴间转向传动机构、9-一桥断开式转向梯形、10-二桥断开式转向梯形、11-四桥断开式转向梯形、12-五桥断开式转向梯形、13-油箱、14-液压泵、15-滤油器、16-单向阀、17-单回路转向器、18-四桥电磁控制阀、19-五桥电磁控制阀、20-一桥助力油缸、21-二桥助力油缸、22-四桥对中锁止油缸、23-五桥对中锁止油缸

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供了一种多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，如图1至6所示，该系统包括一二桥方向盘机械控制液压助力转向和五六桥电控轮毂电机主动差速转向，两种方式完成多轴混合动力车辆分组混合转向功能，分组混合转向系统由后桥电控主动差速转向系统(四桥断开式转向梯形11、五桥断开式转向梯形12、转向控制器及显示系统4、四桥电磁控制阀18、五桥电磁控制阀19、四桥对中锁止油缸22、五桥对中锁止油缸23)、转向操纵机构1、转向传动机构2、转向液压控制系统3、转向控制器及显示系统4、角度传感器装置5。

所述转向操纵机构1有方向盘、转向管柱、传动轴，传动轴万向节花键与单回路转向器12输入轴连接，通过一二桥转向传动机构2控制车辆行驶方向，同时控制一桥助力油缸20和二桥助力油缸21动作。

所述转向传动机构2有断开式转向梯形机构和纵向转向传动机构，将一桥断开式转向梯形9和二桥断开式转向梯形10后置，四桥断开式转向梯形11和五桥断开式转向梯形12前置，断开式转向梯形机构使每根桥的内外轮转角满足一定的关系；纵向转向传动机构有转向垂臂机构6、转向直拉杆机构7和轴间转向传动机构8，转向垂臂机构6布置在纵拉杆间，用来传递轴间转角关系，转向直拉杆机构7传递单回路转向器12与一二桥转向轮间的转角关系，传递方向盘与一二桥转向车轮间传动比，轴间转向传动机构8保证一二桥的车轮转角满足一定的关系，如图2所示。

所述转向液压控制系统3有前转向桥组液压系统和后转向桥组液压系统构成，有油箱13、液压泵14、滤油器15、单向阀16、单回路转向器17、四桥电磁控制阀18、五桥电磁控制阀19、一桥助力油缸20、二桥助力油缸21、四桥对中锁止油缸22、五桥对中锁止油缸23，前转向桥组液压系统提供一二桥转向助力，后转向桥组液压系统在车辆高速行驶时，自动锁定后两桥，防止甩尾，保证行车安全，如图3所示。

所述转向液压控制系统3工作过程，启动发动机带动液压泵14运转，四桥电磁控制阀18和五桥电磁控制阀19均为失电状态，四五桥处于自由转向状态，液压泵14油液通过压力卸荷阀直接卸荷至油箱13，降低系统发热量，此时各桥转角无变化，四桥对中锁止油缸22和五桥对中锁止油缸23处于准备锁止转向状态、通过转向操纵机构1控制单回路转向器17进而控制一桥助力油缸20和二桥助力油缸21伸缩起到助力作用；选择后转向桥组对中状态时，四桥对中锁止油缸22和五桥对中锁止油缸23在油压力下使四、五桥保持对中锁止状态，同时在轮毂电机失效时可以保持转向轮直行状态，使车辆更加安全可靠。

所述转向控制器及显示系统4有转向控制器、副显示器，转向控制器基于CAN总线的车辆信息化通信系统，通过采集车轮转角信号、车速信号、轮毂电机信号，自动控制后两桥转向状态，可实现不同车速下的三种不同转向模式，同时和HMI通信，上传转向状态信息，通过仪表盘副显示屏进行显示及开启，如图4所示。

所述角度传感器装置5有角度传感器和安装机构，安装在转向梯形摆臂旋转轴上，测量一、二、五、六桥的车轮转角，转角信号上传至转向控制器，实现实时反馈车轮转角的目的。

本发明后桥电控主动差速转向系统工作过程：

如图5所示，后桥电控主动差速转向系统包括转向控制器、副显示器、角度传感器装置5、液压电磁控制阀、断开式转向梯形、对中锁止油缸；分别在一、二、四、五桥左侧转向节处安装角度传感器装置5，控制系统首先判断转向模式，采集前转向桥组车轮转角信号和车速信号判断是否需要转向，计算各桥的理论转角，控制器根据反馈的实际转角信号计算偏差，根据偏差按照一定的控制算法计算相应的控制量，驱动桥轮毂电机差速，控制后桥转向，后桥转向方向同前桥转向方向相反如图6所示；电控主动差速转向可实现车辆低速行驶转向、中速行驶转向、高速行驶转向三种转向模式。

车辆行驶转向模式，通过CAN车身总线检测车辆行驶速度，当车速30km/h以下时，低速行驶的转向模式，控制器根据一、二桥角度传感器装置反馈的信息，检测后桥各桥角度传感器装置的实际转角，并计算后桥转角的变化量，转向控制器控制轮毂电机差速，使后桥快速、平稳的达到期望转向角度，可实现最小转弯半径转向；当车辆行驶速度在30km/h-50km/h时，中速行驶转向模式，转向控制器控制四桥恢复直线行驶状态并对中锁止，对中油缸锁止到位时，四桥角度传感器装置反馈信号，电驱动轮断开四桥轮毂电机差速功能；当车辆行驶速度超过50km/h后，高速行驶转向模式，转向控制器控制四、五桥为直线行驶状态，并用电控对中锁止油缸锁定四、五桥，对中油缸锁止到位时，角度传感器装置反馈信号，电驱动轮断开四、五桥轮毂电机差速功能。

当方向盘左转向时，通过前桥角度传感器装置测得前桥左转，并根据前桥转向轮的转向角度计算四、五桥的瞬时期望转向角度，输出相应左右轮毂电机差速值，后桥转向轮达到预设转角，角度传感器装置反馈信号，控制器发出指令停止转向，左右轮毂电机停止差速，转向角度处于保持状态，当左转向回到直行时，转向控制器按四、五桥的瞬时期望转向角度反向转过相应的转角。当通过转角零位时，让轮毂电机延时断开差速，如果继续转向则左右轮毂电机连续差速控制转向操作，如果恢复直行则轮毂电机停止差速，系统恢复并保持直行状态。

当方向盘右转向时，通过前桥角度传感器装置测得前桥右转，并根据前桥转向轮的转向角度计算四、五桥的瞬时期望转向角度，输出相应左右轮毂电机差速值信号，控制轮毂电机差速通过断开式转向梯形控制左右轮按一定关系的角度动作，达到预设转角，角度传感器装置5反馈信号，控制器发出指令停止转向，左右轮毂电机停止差速，转向角度处于保持状态，当右转向回到直行时，转向控制器按已转过的四、五桥的瞬时期望转向角度转过相应的转角。

Claims (5)

1.多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，其特征在于，该系统包括一二桥方向盘机械控制液压助力转向和五六桥电控轮毂电机主动差速转向，两种方式完成多轴混合动力车辆分组混合转向功能，系统由后桥电控主动差速转向系统(四桥断开式转向梯形11、五桥断开式转向梯形12、转向控制器及显示系统4、四桥电磁控制阀18、五桥电磁控制阀19、四桥对中锁止油缸22、五桥对中锁止油缸23)、转向操纵机构1、转向传动机构2、转向液压控制系统3、转向控制器及显示系统4、角度传感器装置5。

2.根据权利要求1所述的多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，其特征在于：所述后桥电控主动差速转向系统，系统首先判断转向模式，采集前桥转角信号和车速信号判断是否需要转向，计算各桥的理论转角，转向控制器根据反馈的实际转角信号计算偏差，根据偏差按照一定的控制算法计算相应的控制量，控制后桥转向，驱动桥轮毂电机差速，后桥转向方向同前桥转向方向相反，可实现车辆低速行驶转向、中速行驶转向、高速行驶转向三种转向模式，完成相应的转向模式，通过CAN总线将相应转向模式显示在副显示屏上。

3.根据权利要求1所述的多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，其特征在于：所述转向传动机构2包括断开式转向梯形机构和纵向转向传动机构，将一桥断开式转向梯形9和二桥断开式转向梯形10后置，四桥断开式转向梯形11和五桥断开式转向梯形12前置，断开式转向梯形机构让每根桥的内外轮转角满足一定的关系；纵向转向传动机构有转向垂臂机构6、转向直拉杆机构7和轴间转向传动机构8，转向垂臂机构6布置在纵拉杆间，用来传递轴间转角关系，转向直拉杆机构7和轴间转向传动机构8传递单回路转向器12与一二桥转向轮间的转角关系，传递方向盘与一二桥转向车轮间传动比。

4.根据权利要求1所述的多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，其特征在于：所述转向液压控制系统3启动发动机带动液压泵14运转，四桥电磁控制阀18和五桥电磁控制阀19均为失电状态，四五桥处于自由转向状态，此时各桥转角无变化；转向时通过转向操纵机构1控制单回路转向器17进而控制一桥助力油缸20和二桥助力油缸21伸缩起到助力作用；选择转向模式后，四桥对中锁止油缸22和五桥对中锁止油缸23在油压下使四、五桥保持对中锁止状态，同时在轮毂电机失效时可以保持转向轮直行状态，使车辆更加安全可靠。

5.根据权利要求1所述的多轴混合动力车辆机械液压与主动差速分组混合转向系统，其特征在于：所述转向控制器及显示系统4有转向控制器、副显示器，转向控制器基于CAN总线的车辆信息化通信系统采集车速信号、轮毂电机信号，通过安装在一、二、四、五桥左侧转向节处摆臂旋转轴上的角度传感器装置5采集车轮转角信号，实现实时反馈车轮转角的目的，进而自动控制后两桥转向状态，可实现不同车速下的三种不同转向模式，同时和HMI通信，上传转向状态信息，通过仪表盘副显示屏进行显示及开启。