CN102390428A - 转向中心轴控制方法及液压控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转向中心轴控制方法及液压控制系统。控制方法包括：车辆处于正常行驶模式，控制转向中心轴的转向角度为零；车辆处于蟹形转向或防偏摆行驶模式，控制转向中心轴的转向角度达到目标转向角度，该目标转向角度根据车辆的第一转向轴的转向角度确定。液压控制系统，包括：液压油供给装置；转向电磁阀，与转向中心轴的转向助力油缸相连；控制器，用于控制转向电磁阀使转向中心轴的转向角达到目标转向角。本发明提供的转向中心轴控制方法，操作方便，能满足稳态精度要求高，动态精度要求不高的工况特点。本发明提供的转向中心轴液压控制系统，结构简单，液压元件全部为开关阀，对清洁度要求低，安全可靠，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别地，涉及一种转向中心轴的控制方法及液压控制系统。
背景技术
轮式车辆转向系统对于车辆行驶的安全性，机动性和操纵稳定性都有直接的关系。
随着重型车辆的发展，整车负载越来越大，车轴数量也越来越多，从而车身越来越长，车辆的行驶空间和作业空间使得对转向系统有了更高的要求：一方面减小转弯半径，这需要增多转向轴数量，使得前后轴都能转向；另一方面需要多种转向模式，以满足不同的作业空间要求。
电液控制技术的发展使得电液控制转向系统也得到了应用，并能够轻松实现最小转弯半径和多种转向模式，但电液控制转向系统也有其自身的缺点：第一，电液控制转向系统是一种随动转向控制系统，不可避免的会出现动作延迟、控制系统的超调震荡的现象；第二，为提高转向性能，主要是平稳性，动态精度和稳态精度，需要各轴配有角度传感器和控制器，以及价格昂贵的高频响应的电液比例阀或电液伺服阀，成本较高；第三，液压系统属于阀控系统，压力损失大，能耗大；第四，由于涉及的元件较多，控制系统复杂且要求较高，因此可靠性较低。
从车辆行驶的稳定性、安全性方面考虑，传统的液压助力杆系转向系统依然是目前的主流转向形式。但是，杆系转向系统因车架布置空间、杆系传递方式、多轴转向杆系受合力较大、易变形等因素，在多轴车辆的应用受到了很大的制约；为了尽可能减少转向轴的数量，在设计转向系统的时候通常将转向中心定在某一根轴上或某一根轴附近，该轴通常被称为转向中心轴，转向中心轴在车辆正常行驶时是不转向的。从转向模式来说，目前较为流行的转向模式是蟹型转向模式，然而，蟹型转向模式要求所有轴包括转向中心轴都能转向，但是，采用蟹型转向模式进行转向时，多数是通过油气悬挂系统将非转向轴提起，也就是通过油气悬挂系统将转向中心轴提起，此种方法能够解决正常公路行驶和蟹型转向模式之间的矛盾，但却存在如下缺点：
第一，需要油气悬挂系统和转向系统配合操作，操作步骤复杂，过程繁琐，尤其是蟹型转向模式结束后，油气悬挂系统需要重新调平才能进行正常公路行驶；
第二，当转向中心轴被提离地面时，负载会转移到其他轴上，增加其他轴的负载，对其他轴及轮胎产生不利影响；
第三，因转向中心轴被提离地面时，其他各轴负载需要重新分配，如果油气悬挂处于弹性状态，则车身姿态无法保证，虽然此时悬挂多处于刚性状态，但对各轴危害较大。
发明内容
本发明目的在于提供一种转向中心轴控制方法及液压控制系统，以解决现有的多轴车辆在进行蟹形转向时，需要利用悬挂系统将转向中心轴在蟹形转向时提起，导致车辆转向控制过程繁琐、悬挂系统和转向系统结构复杂的技术问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转向中心轴控制方法，包括：若车辆处于正常行驶模式，控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度，第一目标转向角度为零；若车辆处于蟹形转向或防偏摆行驶模式，控制转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度，第二目标转向角度根据车辆的第一转向轴的转向角度确定。
进一步地，控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度之前还包括：接收第一目标转向角度值和转向中心轴的实时转向角度；确定实时转向角度与第一目标转向角度的差值，根据该差值控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度。
进一步地，控制转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度之前还包括：接收第二目标转向角度值和转向中心轴的实时转向角度；确定实时转向角度与第二目标转向角度的差值，根据该差值控制转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种转向中心轴液压控制系统，包括：液压油供给装置；转向电磁阀，具有进油口、第一工作油口和第二工作油口，进油口与液压油供给装置相连，第一工作油口与转向中心轴的左转向助力油缸的无杆腔和右转向助力油缸的有杆腔相连，第二工作油口与右转向助力油缸的无杆腔和左转向助力油缸的有杆腔相连；控制器，用于控制转向电磁阀，使第一工作油口或第二工作油口与进油口相连，使转向中心轴的转向角达到目标转向角，目标转向角包括车辆处于正常行驶状态时转向中心轴的第一目标转向角和车辆处于蟹形转向或防偏摆转向时转向中心轴的第二目标转向角。
进一步地，第一工作油口分别通过第一分支和第二分支与左转向助力油缸的无杆腔和右转向助力油缸的有杆腔相连，第一分支和第二分支汇集于第一节点，第一节点与第一工作油口之间设置有第一单向阀；第二工作油口分别通过第三分支和第四分支与右转向助力油缸的无杆腔和左转向助力油缸的有杆腔相连，第三分支和第四分支汇集于第二节点，第二节点与第二工作油油口之间设置有第二单向阀。
进一步地，转向电磁阀的进油口与液压油供给装置之间设置有并联的第一油路和第二油路，第一油路上设置有与控制器电连接的用于控制第一油路通断的通断电磁阀。
进一步地，第一油路和第二油路的进油端汇集于第三节点，第三节点与液压油供给装置的输出端之间设置有减压阀。
进一步地，第一油路和第二油路上分别设置有第一阻尼孔和第二阻尼孔，减压阀的控制油口与第一阻尼孔和第二阻尼孔出口端相连。
进一步地，控制器在控制转向电磁阀使转向中心轴的转向角达到目标转向角的控制过程的第一阶段，控制通断电磁阀接通，在控制过程的第二阶段，控制通断电磁阀断开。
进一步地，本发明提供的转向中心轴液压控制系统，还包括：参数输入装置，用于输入所述车辆的转向模式，并根据转向模式确定目标转向角与第一转向轴的转角之间的计算公式，根据相应的所述计算公式确定第一目标转向角度或第二目标转向角度，参数输入装置与控制器电连接；角位移传感器，用于检测转向中心轴的实时转动角度，角位移传感器设置于转向中心轴上，控制器还用于确定实时转动角度与第一目标转向角度或第二目标转向角度的差值，并根据该差值控制转向电磁阀，使第一工作油口或第二工作油口与所述进油口相连。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的转向中心轴控制方法，在车辆处于不同的行驶模式时，控制转向中心轴跟踪不同的目标转向角度进行转向，保证转向中心轴在正常行驶时不转向、在蟹形转向或防偏摆行驶时无需再将转向中心轴提起，简化了转向系统和悬挂系统的结构。为了实现上述控制方法，本发明提供的转向中心轴液压控制系统，利用控制器实时控制转向电磁阀，实现左转或右转，并根据实际转角与目标转角的差值大小，由控制器控制通断电磁阀实现两级速度控制，能够保证转向中心轴始终跟踪相应的目标转向角度，提高转向中心轴的控制精度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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是本发明优选实施例的转向中心轴控制方法的流程示意图；
图2是本发明优选实施例的转向中心轴液压控制系统所应用的车辆底盘结构示意图；
图3是本发明优选实施例的转向中心轴液压控制系统的原理结构示意图；以及
图4是本发明优选实施例的转向中心轴液压控制系统的工作原理示意框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1和图2所示，本发明提供了一种转向中心轴控制方法，该方法包括：
S01：若车辆处于正常行驶模式，控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度，所述第一目标转向角度为零；
S02：若车辆处于蟹形转向或防偏摆行驶模式，控制所述转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度，所述第二目标转向角度根据所述车辆的第一转向轴的转向角度确定。
具体地说，控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度之前还包括：接收第一目标转向角度值和转向中心轴的实时转向角度；确定实时转向角度与第一目标转向角度的差值，根据该差值控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度。
相应地，控制转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度之前还包括：接收第二目标转向角度值和转向中心轴的实时转向角度；确定实时转向角度与第二目标转向角度的差值，根据该差值控制转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度。
实际上，无论车辆处于哪种行驶模式，都是对转向中心轴50进行了闭环控制，也就是说，首先设定一个目标值，然后实时检测转向中心轴50的实时转向角度，该实时转向角度作为一个反馈值，再与目标值进行比较，得到一个差值，控制器可以根据该差值对转向中心轴50进行控制，使转向中心轴50的转动幅度与该差值相匹配以使得转向中心轴50的转向角度能够跟踪目标转向角度。当车辆处于正常行驶状态时，第一目标转向角度为零，也就是说，转向中心轴50的转向角度始终保持为零，一旦检测到转向中心轴50的转向角度不为零，那么就会对转向中心轴50的转向位置进行调整，保证转向中心轴50处于中位，实现转向中心轴50在正常行驶时不转向的目的。同样地，当车辆处于蟹形转向或防偏摆的行驶状态时，根据车辆的第一转向轴70的转向角度，确定第二目标转向角度，然后再控制转向中心轴50跟踪第二目标转向角度，该控制过程与上述控制过程相似，在此不再赘述。
如图3和图4所示，为了实现上述转向中心轴的控制方法，本发明还提供了一种转向中心轴液压控制系统，该系统包括：液压油供给装置10；转向电磁阀21，具有进油口21a、第一工作油口21b和第二工作油口21c，进油口21a与液压油供给装置10相连，第一工作油口21b与转向中心轴的左转向助力油缸31的无杆腔和右转向助力油缸32的有杆腔相连，第二工作油口21c与右转向助力油缸32的无杆腔和左转向助力油缸31的有杆腔相连；控制器，用于控制转向电磁阀21的第一工作油口21b或第二工作油口21c与进油口21a连接，使转向中心轴的转向角达到目标转向角，目标转向角包括车辆处于正常行驶状态时转向中心轴的第一目标转向角和车辆处于蟹形转向或防偏摆时转向中心轴的第二目标转向角。
转向电磁阀21可以为三位四通电磁换向阀。
第一工作油口21b分别通过第一分支和第二分支与左转向助力油缸31的无杆腔和右转向助力油缸32的有杆腔相连，第一分支和第二分支汇集于第一节点A，第一节点A与第一工作油口21b之间设置有第一单向阀23；第二工作油口21c分别通过第三分支和第四分支与右转向助力油缸32的无杆腔和左转向助力油缸31的有杆腔相连，第三分支和第四分支汇集于第二节点B，第二节点B与第二工作油油口21c之间设置有第二单向阀25。
转向电磁阀21的进油口21a与液压油供给装置10之间设置有并联的第一油路和第二油路，第一油路上设置有与控制器电连接的用于控制第一油路通断的通断电磁阀22。通断电磁阀22可以采用两位两通电磁阀。第一油路和第二油路的进油端汇集于第三节点C，第三节点C与液压油供给装置10的输出端之间设置有减压阀24。
第一油路和第二油路上分别设置有第一阻尼孔27和第二阻尼孔29。通过转向中心轴50上的角度反馈，计算并控制两个阻尼孔的开关，以达到两级速度(转向速度)的目的。控制器在通过控制转向电磁阀21使转向中心轴的转向角达到目标转向角的控制过程的第一阶段，通断电磁阀22不得电，第一阻尼孔27处于接通状态，此时，第一阻尼孔27和第二阻尼孔29同时向两个转向助力油缸中送油，使转向助力油缸的运动速度较快，也可以说，第一阶段是转向中心轴50的转向速度较快的阶段；而在控制过程的第二阶段，通断电磁阀22得电断开，此时，只有第二阻尼孔29所在的通路向转向助力油缸里送油，油量较小，转向助力油缸的动作较慢，使得转向中心轴50的转向速度较慢，也可以说，第二阶段是转向中心轴50的转向速度较慢的阶段。
通过两级速度的控制，使得转向中心轴50能够针对性的满足稳态精度要求高，动态精度要求不高的工况特点。前述减压阀24的控制油口连接于第一阻尼孔27和第二阻尼孔29之后。
本发明提供的转向中心轴液压控制系统，还包括：参数输入装置，用于输入车辆的转向模式，根据不同的转向模式确定不同的计算公式，进而得出第一目标转向角度和第二目标转向角度，参数输入装置与控制器电连接；角位移传感器80，用于检测转向中心轴50的实时转动角度，角位移传感器80设置于转向中心轴上，控制器还用于确定实时转动角度与第一目标转向角度、第二目标转向角度的差值，并根据差值控制转向电磁阀21的第一工作油口21b和第二工作油口21c的输出油量。
目标转角是第一转向轴转角的函数，不同的转向模式，对应不同的函数关系，因此在转向过程中，第一转向轴的转角由角位移传感器80实时采集得到，并经过控制器按照函数关系实时计算，从而得到转向中心轴50的目标转角。
转向中心轴的实际转角也由角位移传感器80实时采集得到，这时由控制器将转向中心轴50的实际转角与目标转向进行比较，并发送指令给转向控制阀组20，其中的转向电磁阀21控制转向中心轴50的左、右转向。比如：如果差值为正，控制器向转向电磁阀21的第一工作油口21b端发出得电信号，此时转向电磁阀21的第一工作油口21b与进油口21a相连，压力油进入与A点连接的左转向助力油缸31的无杆腔和右转向助力油缸32的有杆腔，由两个油缸共同推动转向中心轴50的轮胎转向(假定此时为左转)；如果差值为负，控制器向转向电磁阀21的第二工作油口21c发出得电信号，此时转向电磁阀21的第二工作油口21c与进油口21a相连，压力油进入与B点连接的左转向助力油缸31的无杆腔和右转向助力油缸32的有杆腔，由两个油缸共同推动转向中心轴50的轮胎转向(假定此时为右转)。
上述差值为正或负，代表此时转向中心轴50的实际转角与目标转角相比是偏左或偏右，由控制器控制转向电磁阀21是第一工作油口21b还是第二工作油口21c与进油口21a相连。
另外，根据差值的大小来决定通断电磁阀22是否得电，进而实现两级速度控制。这是由减压阀24，通断电磁阀(两位两通电磁阀)22，第一阻尼孔27和第二阻尼孔29实现的。比如差值大于3°时，通断电磁阀22不得电，此时进入转向助力油缸30的流量为两个阻尼孔的叠加，速度较快，此过程为控制过程的第一阶段；差值小于3°时，通断电磁阀22得电，此时进入油缸的流量为仅为阻尼孔29的流量，速度较慢，此过程为控制过程的第二阶段。减压阀24起到压力补偿的作用，使得经过阻尼孔的前后压差保持恒定，进而流量恒定，使得转向中心轴50在转向过程中动作平稳，并且转向速度与负载无关。
这样可以保证转向中心轴始终跟踪相应的目标转向角度。
第一单向阀23和第二单向阀25将转向助力油缸30锁定，保持转向中心轴50处于目标转向角度。
本发明提供的转向中心轴的控制方法，操作方便，可靠性高，成本低，且能满足稳态精度要求高，动态精度要求不高的工况特点。
本发明提供的液压控制系统结构简单，液压元件全部为开关阀，对清洁度要求低，控制算法简单，安全可靠，成本低，并且能针对性的满足稳态精度要求高，动态精度要求不高的蟹型工况特点，而且蟹型工况操作简单。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种转向中心轴控制方法，其特征在于，包括：
若车辆处于正常行驶模式，控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度，所述第一目标转向角度为零；
若车辆处于蟹形转向或防偏摆行驶模式，控制所述转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度，所述第二目标转向角度根据所述车辆的第一转向轴的转向角度确定。
2.根据权利要求1所述的转向中心轴控制方法，其特征在于，控制转向中心轴的转向角度达到第一目标转向角度之前还包括：
接收第一目标转向角度值和所述转向中心轴的实时转向角度；
确定所述实时转向角度与所述第一目标转向角度的差值，根据所述差值控制所述转向中心轴的转向角度达到所述第一目标转向角度。
3.根据权利要求1所述的转向中心轴控制方法，其特征在于，控制所述转向中心轴的转向角度达到第二目标转向角度之前还包括：
接收第二目标转向角度值和所述转向中心轴的实时转向角度；
确定所述实时转向角度与所述第二目标转向角度的差值，根据所述差值控制所述转向中心轴的转向角度达到所述第二目标转向角度。
4.一种转向中心轴液压控制系统，其特征在于，包括：
液压油供给装置(10)；
转向电磁阀(21)，具有进油口(21a)、第一工作油口(21b)和第二工作油口(21c)，所述进油口(21a)与所述液压油供给装置(10)相连，所述第一工作油口(21b)与转向中心轴的左转向助力油缸(31)的无杆腔和右转向助力油缸(32)的有杆腔相连，所述第二工作油口(21c)与所述右转向助力油缸(32)的无杆腔和所述左转向助力油缸(31)的有杆腔相连；
控制器，用于控制所述转向电磁阀(21)，使所述第一工作油口(21b)或所述第二工作油口(21c)与所述进油口(21a)相连，使所述转向中心轴的转向角达到目标转向角，所述目标转向角包括车辆处于正常行驶状态时所述转向中心轴的第一目标转向角和所述车辆处于蟹形转向或防偏摆转向时所述转向中心轴的第二目标转向角。
5.根据权利要求4所述的转向中心轴液压控制系统，其特征在于，
所述第一工作油口(21b)分别通过第一分支和第二分支与所述左转向助力油缸(31)的无杆腔和所述右转向助力油缸(32)的有杆腔相连，所述第一分支和所述第二分支汇集于第一节点(A)，所述第一节点(A)与所述第一工作油口(21b)之间设置有第一单向阀(23)；
所述第二工作油口(21c)分别通过第三分支和第四分支与所述右转向助力油缸(32)的无杆腔和所述左转向助力油缸(31)的有杆腔相连，所述第三分支和所述第四分支汇集于第二节点(B)，所述第二节点(B)与所述第二工作油油口(21c)之间设置有第二单向阀(25)。
6.根据权利要求4所述的转向中心轴液压控制系统，其特征在于，所述转向电磁阀(21)的所述进油口(21a)与所述液压油供给装置(10)之间设置有并联的第一油路和第二油路，所述第一油路上设置有与所述控制器电连接的用于控制所述第一油路通断的通断电磁阀(22)。
7.根据权利要求6所述的转向中心轴液压控制系统，其特征在于，所述第一油路和所述第二油路的进油端汇集于第三节点(C)，所述第三节点(C)与所述液压油供给装置(10)的输出端之间设置有减压阀(24)。
8.根据权利要求7所述的转向中心轴液压控制系统，其特征在于，所述第一油路和所述第二油路上分别设置有第一阻尼孔(27)和第二阻尼孔(29)，所述减压阀(24)的控制油口(24a)与所述第一阻尼孔(27)和所述第二阻尼孔(29)出口端相连。
9.根据权利要求6所述的转向中心轴液压控制系统，其特征在于：
所述控制器在通过控制所述转向电磁阀(21)使所述转向中心轴的转向角达到目标转向角的控制过程的第一阶段，控制所述通断电磁阀(22)接通，在所述控制过程的第二阶段，控制所述通断电磁阀(22)断开。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的转向中心轴液压控制系统，其特征在于，还包括：
参数输入装置，用于输入所述车辆的转向模式，并根据转向模式确定所述目标转向角与第一转向轴的转角之间的计算公式，根据相应的所述计算公式确定所述第一目标转向角度或所述第二目标转向角度，所述参数输入装置与所述控制器电连接；
角位移传感器(80)，用于检测所述转向中心轴的实时转动角度，所述角位移传感器(80)设置于所述转向中心轴(50)上，所述控制器还用于确定所述实时转动角度与所述第一目标转向角度或所述第二目标转向角度的差值，并根据所述差值控制所述转向电磁阀(21)，使所述第一工作油口(21b)或所述第二工作油口(21c)与所述进油口(21a)相连。
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