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CN116873037A - 一种转向桥、转向系统及车辆 - Google Patents

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CN116873037A
CN116873037A CN202310740999.2A CN202310740999A CN116873037A CN 116873037 A CN116873037 A CN 116873037A CN 202310740999 A CN202310740999 A CN 202310740999A CN 116873037 A CN116873037 A CN 116873037A
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CN
China
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steering
axle
tie rod
steering axle
trapezoidal
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Pending
Application number
CN202310740999.2A
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English (en)
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曹希存
赵建国
王文庆
程伟
丁利刚
李宁
张加丽
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Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
Original Assignee
Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种转向桥、转向系统及车辆，其中转向桥结构的梯形横拉杆采用三段式球绞连接设计，在梯形横拉杆中设计助力腔和齿条，通过电机‑主动齿轮连接齿条，根据转向模式、车速及一桥转向角度等信息，控制电机来驱动梯形横拉杆沿其轴向运动，进而调节轮胎转角，并通过液压助力腔实现转向助力；利用电机制动器实现对电机的解锁或锁止，实现各种转向模式。该转向设计模式的转向回正能力强，前、后轮转角关系明确，控制精度高，助力效果好，适用于多种转向模式。

Description

一种转向桥、转向系统及车辆
技术领域
本发明涉及车辆转向桥技术领域，特别涉及一种多轴重型车辆用转向桥及使用该系统的车辆。
背景技术
汽车领域科学技术的不断发展，现代交通、工程运输车辆、军用车辆逐渐向大型化、多轴化的方向发展，其车速、轴数、载重量不断提高，驾驶员对车辆的操控性、舒适性及安全性要求也越来越高。大型多轴工程车辆，其车身长、轴荷大，对转向桥要求更加严格，传统的前轮转向桥会使车辆的转弯半径过大，并加剧对非转向桥轮胎的磨损，为提升大型多轴重载车辆的转向性能，出现了机械式、液压式、电控式等类型的转向桥实现多轴转向功能。
机械式多轮转向桥利用转向摇臂、转向拉杆连接转向桥，通过车桥的转向梯形机构实现左、右轮的转角关系，例如中国专利公开号为CN113184049A所公开的发明专利一种多轴重型车用机械式全轮转向桥，其稳定性、传动效率、使用寿命高，受外界环境、电磁干扰影响小，但其空间布置困难，各轮控制精度较难保证。
液压式转向桥利用各种液压阀来控制液压缸的运动方向、速度和位置，例如中国专利公开号为CN109050657A所公开的发明专利一种匹配式流量控制液压转向桥，该种驱动方式可提供较大的驱动力，但其运动精度较差；
电控液压式多轮转向桥适用于中低速行驶的多轴重载车辆，但其转向灵敏性、响应滞后性难以满足车辆的高速行驶要求，且工作过程中易受电源及电磁干扰等影响。
电控电动式转向桥具有动态响应快、转向控制精度高、抗外界干扰能力强、系统检测方便等优点，但其产生的驱动力较小。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种转向桥、转向系统及车辆，以解决上述技术问题。
技术方案：本发明提供的一种转向桥包括梯形横拉杆机构、用于驱动梯形横拉杆机构沿其轴向运动的电机驱动机构和用于辅助转向的液压助力机构，所述梯形横拉杆机构包括左横拉杆、梯形臂横拉杆、右横拉杆、梯形臂、与车桥固定连接的梯形臂外壳体，所述左横拉杆和右横拉杆一端分别与设于两侧的梯形臂铰接，另一端分别与梯形臂横拉杆铰接。
进一步的，所述电机驱动机构包括主动齿轮、齿条和电机，所述主动齿轮和齿条设于梯形臂外壳体内的梯形臂横拉杆上。
进一步的，所述电机驱动机构包括蜗轮、蜗杆和电机，所述蜗轮、蜗杆设于梯形臂外壳体内的梯形臂横拉杆上。进一步的，所述电机尾部带有用于后轮锁止的电机制动器。
进一步的，所述辅助转向的液压助力机构包括至少一个液压助力油缸，所述油缸设有活塞，所述活塞带动梯形横拉杆机构运动，辅助轮胎转向。
进一步的，所述液压助力油缸集成设置于梯形臂外壳体内，包括一个液压助力封闭腔，腔体内设有活塞，腔体底部活塞两侧分别设有第一油口和第二油口，所述活塞带动梯形臂横拉杆轴向运动。
进一步的，所述液压助力油缸设置于车桥上。
本发明提供的一种转向系统，包括方向盘、至少两个转向桥和用于接受转向模式、转角信号、车速信号、开度大小并向转向桥发出控制信号的转向控制器，所述转向桥至少包括用于控制前轮转向的前转向桥和用于控制后轮转向的后转向桥，所述前转向桥上设有第一角度传感器，所述后转向桥采用上述转向桥结构并设有第二角度传感器，所述第一角度传感器和第二角度传感器分别用于检测前后轮转角信息并与转向控制器通讯连接。
进一步的，所述转向桥还包括第二转向桥和第三转向桥，所述第二转向桥和前转向桥通过前转向杆系机构连接，所述第三转向桥和后转向桥通过后转向杆系机构连接，前轮转向通过机械杆系及液压助力实现，后轮转向角度通过电机驱动机构进行控制，后轮转向助力通过液压助力机构实现。
本发明提供的一种车辆，使用上述转向系统。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明成本低、结构形式简单；
2、本发明通过电机-主齿-齿条连接形式对后轮转角进行控制，前、后轮的转角关系控制精度高，轮胎寿命增长；
3、本发明适用于前轮转向、全轮转向、蟹形、后轮独立转向等多种转向模式；
4、本发明通过电机制动器实现后轮中位锁止，锁止对中性好，可靠性高。
5、本发明液压助力腔集成到转向梯形横拉杆中，空间布置紧凑；
6、本发明可满足后桥重载工况下的转向性能。
附图说明
图1为本发明的转向桥原理图；
图2为本发明的转向桥结构示意图；
图3为本发明后轮转向控制方法示意图；
图4为本发明的转向桥油缸前置结构示意图；
图5为本发明的转向桥油缸后置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。
本发明的一种转向桥如图2所示，包括梯形横拉杆机构、用于驱动梯形横拉杆机构沿其轴向运动的电机驱动机构和用于辅助转向的液压助力机构，梯形横拉杆机构包括左横拉杆401、梯形臂横拉杆406、右横拉杆411、梯形臂412、与车桥固定连接的梯形臂外壳体409，左横拉杆401和右横拉杆410一端分别与设于两侧的梯形臂412铰接，另一端分别与梯形臂横拉杆406铰接。电机驱动机构包括主动齿轮404、齿条405和电机403，主动齿轮404和齿条405设于梯形臂外壳体409内的梯形臂横拉杆406上。电机403尾部带有用于后轮锁止的电机制动器402。液压助力油缸集成设置于梯形臂外壳体409内，包括一个液压助力封闭腔，腔体内设有活塞408，腔体底部活塞两侧分别设有第一油口407和第二油口410，活塞408带动梯形臂横拉杆406轴向运动。
工作原理如下：梯形臂外壳体409与车桥固定连接，电机403与梯形臂外壳体409固定连接，电机403通过主动齿轮404与齿条405连接；当电机转动时，主动齿轮404带动齿条405沿梯形臂轴向移动，油口407为后轮右转助力油口，油口410为后轮左转助力油口；当油口407充高压油时，左侧封闭腔中液压油推动活塞408带动梯形臂横拉杆406向右轴向移动，左、右侧轮胎在梯形横拉杆406、横拉杆401、横拉杆411及梯形臂412的作用下，实现对应的转角关系，轮胎向右转；同理，油口410充高压油时，轮胎向左转。电机403尾部带有电机制动器402，用于后轮锁止。
本发明的一种转向系统如图1-3所示，以四桥车型为例，包括一种转向系统，包括方向盘、四个转向桥和用于接受转向模式、转角信号、车速信号、开度大小并向转向桥发出控制信号的转向控制器，转向桥前转向桥1、第二转向桥2、第三转向桥3和后转向桥4，前转向桥1上设有第一角度传感器5，后转向桥4采用上述转向桥结构并设有第二角度传感器6，第二转向桥2和前转向桥1通过前转向杆系机构连接，第三转向桥3和后转向桥1通过后转向杆系机构连接，前轮转向通过机械杆系及液压助力实现，后轮转向角度通过电机驱动机构进行控制，后轮转向助力通过液压助力机构实现。
本发明中转向系统可实现前轮转向、全轮转向、蟹形、后轮独立转向等四种行驶模式。所述的四种模式均可由驾驶员手动选择，前轮转向和全轮转向模式也可根据车速信号，自动切换模式。具体控制方式如图3所示，当驾驶员手动选择前轮转向模式，满足后轮锁止条件时，控制器发出信号，后轮电机制动器动作并将电机锁死，液压系统控制阀动作，液压系统不向后轮助力油缸供油，后轮将保持锁止状态。当驾驶员手动选择全轮转向模式，电机制动器解锁，液压系统控制阀动作，后轮助力油缸供油，后轮随动转向，一桥的角度传感器实时检测一桥转角并反馈信号至控制器，根据车辆参数信息及当前车辆行驶模式，给电机输出信号最终控制车辆后轮转角，系统通过角度传感器6检测后轮转角，反馈至控制器进行实时调节，保证后轮的转角控制精度。当驾驶员手动选择蟹形模式时，电机制动器解锁，液压系统控制阀动作，此时后轮助力油缸供油模式与全轮转向模式相反，后轮与前轮的转向方向相同，一桥角度传感器实时检测一桥转角并反馈信号至控制器，根据车辆参数信息及当前车辆行驶模式，给电机输出信号最终控制轮胎转角，系统通过角度传感器6检测后轮转角反馈至控制器并实时调节，保证后轮的转角控制精度。当驾驶员打开后轮独立转向功能时，通过驾驶室后轮独立转向旋钮调节后轮角度，控制器根据旋钮开度大小来调节电机输出信号，实现后轮转角控制，后轮转角不受前轮转角的影响。本发明的前轮与全轮转向模式也可根据车速信号自动调节，当车速低于设定值时，车辆控制器将转向模式切换为全轮转向模式；当车速高于设定值时，车辆控制器将转向模式切换为前轮转向模式。

Claims (10)

1.一种转向桥，其特征在于，包括梯形横拉杆机构、用于驱动梯形横拉杆机构沿其轴向运动的电机驱动机构和用于辅助转向的液压助力机构，所述梯形横拉杆机构包括左横拉杆(401)、梯形臂横拉杆(406)、右横拉杆(411)、梯形臂(412)、与车桥固定连接的梯形臂外壳体(409)，所述左横拉杆(401)和右横拉杆(410)一端分别与设于两侧的梯形臂(412)铰接，另一端分别与梯形臂横拉杆(406)铰接。
2.根据权利要求1所述的一种转向桥，其特征在于，电机驱动机构包括主动齿轮(404)、齿条(405)和电机(403)，所述主动齿轮(404)和齿条(405)设于梯形臂外壳体(409)内的梯形臂横拉杆(406)上。
3.根据权利要求1所述的一种转向桥，其特征在于，电机驱动机构包括蜗轮、蜗杆和电机(403)，所述蜗轮、蜗杆设于梯形臂外壳体(409)内的梯形臂横拉杆(406)上。
4.根据权利要求2所述的一种转向桥，其特征在于，所述电机(403)尾部带有用于后轮锁止的电机制动器(402)。
5.根据权利要求1所述的一种转向桥，其特征在于，所述辅助转向的液压助力机构包括至少一个液压助力油缸，所述油缸设有活塞，所述活塞带动梯形横拉杆机构运动，辅助轮胎转向。
6.根据权利要求5所述的一种转向桥，其特征在于，所述液压助力油缸集成设置于梯形臂外壳体(409)内，包括一个液压助力封闭腔，腔体内设有活塞(408)，腔体底部活塞两侧分别设有第一油口(407)和第二油口(410)，所述活塞(408)带动梯形臂横拉杆(406)轴向运动。
7.根据权利要求5所述的一种转向桥，其特征在于，所述液压助力油缸设置于车桥上。
8.一种转向系统，其特征在于，包括方向盘、至少两个转向桥和用于接受转向模式、转角信号、车速信号、开度大小并向转向桥发出控制信号的转向控制器，所述转向桥至少包括用于控制前轮转向的前转向桥(1)和用于控制后轮转向的后转向桥(4)，所述前转向桥(1)上设有第一角度传感器(5)，所述后转向桥(4)采用如权利要求1-7任一项所述的转向桥结构并设有第二角度传感器(6)，所述第一角度传感器(5)和第二角度传感器(6)分别用于检测前后轮转角信息并与转向控制器通讯连接。
9.根据权利要求8所述的一种转向转向系统，其特征在于，所述转向桥还包括第二转向桥(2)和第三转向桥(3)，所述第二转向桥(2)和前转向桥(1)通过前转向杆系机构连接，所述第三转向桥(3)和后转向桥(1)通过后转向杆系机构连接，前轮转向通过机械杆系及液压助力实现，后轮转向角度通过电机驱动机构进行控制，后轮转向助力通过液压助力机构实现。
10.一种车辆，其特征在于，使用如权利要求8-9任一项所述转向系统。
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