一种带自动回正功能的液压转向系统及车辆

1.本发明涉及车辆转向技术领域，特别是指一种带自动回正功能的液压转向系统及车辆。


背景技术：

2.工程车辆整机质量大，转向负载大，一般采用液压驱动转向系统。根据转向液压系统的工作原理，这种系统不具备转向后自动回正的功能，需要驾驶员根据车辆行驶情况手动回正，导致驾驶员劳动强度大，容易疲劳，且这套转向系统无法直接移植到无人驾驶车辆上。
3.关于车辆转向自动回正的问题，有一些专利提出了解决方案，如专利cn113492906a(一种液压转向系统及其控制方法、装置)，专利cn114954653a(后轮转向电动清扫车的转向控制装置及回正控制方法)。这些技术方案都是采用线控转向的方式，控制器接收来自车轮转角、车速、转向指令等信号后，根据控制策略输出信号给执行元件实现转向和回正。这种控制方式没有机械回正机构，完全依靠传感器信号来驱动，而电信号抗干扰能力差，如果控制系统某一环节出现问题，车辆将无法精准回正，需要不断纠偏。
4.还有一些专利提出了机械回正的方案，例如专利cn215883797u(一种具有自动回正功能的转向器)，专利cn207517214u(一种模拟驾驶器转向盘自动回正装置)，专利cn110843905a(一种自动回正转向系统)。这些技术方案采用弹簧作为储能元件产生回正力矩，当车辆转向时，弹簧处于拉伸或者收缩状态储存弹性势能，转向结束后依靠弹簧的弹性势能使转向轮自动回正。但弹簧在多次被拉伸或收缩后容易产生疲劳失效，会造成回正力矩不稳定，无法精准回正，同时为了满足合适的回正力矩，弹簧体积可能会比较大，导致安装和维护不方便。
5.专利cn109552410b(方向盘自动回正装置、车辆转向系统和车辆)提出通过方向盘自动回中位实现车辆回正的方案，该方案是在方向盘(转向柱)转动过程中带动收卷装置收卷，收卷装置带动液压缸收缩，液压缸无杆腔油液进入蓄能器储能，当转向结束后凭借蓄能器的压力使方向盘回正，从而使转向轮回正。但是全液压转向器容积效率较低，方向盘回到中位并不意味着转向油缸就能回正中位，还需要驾驶员根据车辆行驶情况进行纠偏，而且这套机构非常复杂。
6.近几年来，车辆无人驾驶技术得到越来越多的关注和发展，工程车辆由于工作环境恶劣，对无人驾驶车辆的转向系统要求更高。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是提供一种带自动回正功能的液压转向系统及车辆，以解决现有的带自动回正功能的液压转向系统不稳定、容积效率较低、结构复杂以及安装和维护不方便的问题。
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
9.一种带自动回正功能的液压转向系统，包括液压油箱、伺服电机、液压泵、换向阀和转向油缸，所述液压转向系统还包括回正油缸和蓄能器，所述回正油缸的活塞杆与所述转向油缸两端的活塞杆相连接；所述蓄能器与所述回正油缸的腔室连接，以在转向时产生回正力矩。
10.其中，所述回正油缸的二个活塞杆分别通过连杆结构与所述转向油缸的二个活塞杆连接，当所述转向油缸的活塞杆动作时，所述回正油缸的活塞杆跟着一起动作；所述回正油缸的两个腔室分别与蓄能器连接。
11.其中，所述液压转向系统还包括压力传感器，所述压力传感器与所述蓄能器连接。
12.进一步地，所述回正油缸的数量为二个，二个所述回正油缸分别设置在所述转向油缸的两侧，二个所述回正油缸各自有一端活塞杆与所述转向油缸的活塞杆连接。
13.优选地，所述转向油缸和二个所述回正油缸集成为转向及回正油缸，所述转向及回正油缸包括缸体，所述缸体内依次设置有第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体中分别设置有第一活塞、第二活塞和第三活塞，以将所述第一腔体分隔成第一腔室和第二腔室，将所述第二腔体分隔成第三腔室和第四腔室，将所述第三腔体分隔成第五腔室和第六腔室；所述第一活塞的两侧分别连接有第一活塞杆和第二活塞杆，所述第三活塞的两侧分别设置有第三活塞杆和第四活塞杆，所述第二活塞杆和所述第三活塞杆穿过腔体壁，分别与所述第二活塞的两侧固定连接；所述第一腔室和所述第六腔室分别与蓄能器连接。
14.其中，所述换向阀包括三位四通电磁换向阀和常闭电磁换向阀，所述三位四通换向阀的出油口分别连接所述转向油缸的两个腔室，用于控制所述转向油缸运动的方向，所述常闭电磁换向阀的两个油口分别与所述转向油缸的两个腔室连接。
15.其中，所述液压转向系统还包括用于限制所述液压转向系统的最高工作压力的溢流阀和用于过滤油液的过滤器。
16.本发明还提供一种车辆，包括上述液压转向系统，所述液压转向系统的转向油缸和回正油缸固定在车辆的车架上。
17.其中，所述车辆包括转向轮，转向轮的内侧设置有转向节，转向节上铰接有拉杆，回正油缸的活塞杆与拉杆铰接。
18.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
19.上述方案中，所述液压转向系统引入了回正油缸，所述回正油缸和转向油缸采用串联或者并联的结构形式，回正油缸的腔室通过连接蓄能器作为储能元件，在转向时产生回正力矩，车辆完成转向后，可实现自动精确回正；所述液压转向系统的结构简单紧凑，实现成本低，易于安装和维护；所述液压转向系统可用于无人驾驶车辆，降低了转向控制难度，提高了车辆工作可靠性。
附图说明
20.图1为本发明液压转向系统的第一实施例的结构示意图；
21.图2为本发明液压转向系统的第一实施例的原理图；
22.图3为本发明液压转向系统的第二实施例的结构示意图；
23.图4为本发明液压转向系统的第二实施例的原理图；
24.图5为本发明液压转向系统的第二实施例中的转向及回正油缸的结构图。
25.[附图标记]
[0026]
1、转向轮；2、拉杆；3、转向油缸；4、转向节；5、车架；6、回正油缸；
[0027]
7、转向及回正油缸；8、液压油箱；9、伺服电机；10、液压泵；
[0028]
11、溢流阀；12、三位四通电磁换向阀；13、常闭电磁换向阀；
[0029]
14、蓄能器；15、压力传感器；16、过滤器；17、第一活塞杆；
[0030]
18、第二活塞杆；19、第三活塞杆；20、第四活塞杆。
具体实施方式
[0031]
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0032]
如图1～图5所示的，本发明的实施例提供一种带自动回正功能的液压转向系统，包括液压油箱8、伺服电机9、液压泵10、换向阀和转向油缸3；所述液压转向系统还包括回正油缸6和蓄能器14，回正油缸6的活塞杆与转向油缸3两端的活塞杆相连接，具体可采用并联连接方式或串联连接方式；蓄能器14与回正油缸6的腔室通过管道连接，以在转向时产生回正力矩。蓄能器14与转向机构可以分开放置，整车布置更方便，结构紧凑。
[0033]
如图1所示的，第一实施例中，回正油缸6的数量为一个，与转向油缸3采用并联的连接方式，回正油缸6的二个活塞杆分别通过连杆结构与转向油缸3的二个活塞杆连接，当转向油缸的活塞杆动作时，回正油缸的活塞杆跟着一起动作；回正油缸6的两个腔室分别与蓄能器14通过管道连接。在转向过程中，一个蓄能器14的压力升高，另一个蓄能器14的压力降低，形成压力差，为所述液压转向系统提供回正力矩。蓄能器14通过内部受压气体提供回正力，通过调节充气压力即可调节回正力矩，调节更方便。
[0034]
所述液压转向系统还包括压力传感器15，压力传感器15与蓄能器14连接，用于检测工作状态。在车辆转向过程中，控制器可以通过压力传感器15的信号，感知车辆的转向角度。与油缸位移传感器或者车轮转角传感器相比，压力传感器15的体积小，安装方便，抗干扰能力强，稳定性好，可靠性更高。
[0035]
如图3所示的，第二实施例中，回正油缸6的数量为二个，二个回正油缸6分别设置在转向油缸3的两侧，二个回正油缸6各自有一端活塞杆与转向油缸3的活塞杆连接，与转向油缸3采用串联的连接方式。
[0036]
优选的，转向油缸3分别与二个回正油缸62共用其中一个活塞杆，转向油缸3和二个回正油缸6集成为转向及回正油缸7。如图5所示的，转向及回正油缸7包括缸体，缸体内依次设置有第一腔体、第二腔体和第三腔体，第一腔体、第二腔体和第三腔体中分别设置有第一活塞、第二活塞和第三活塞，以将第一腔体分隔成第一腔室和第二腔室，将第二腔体分隔成第三腔室和第四腔室，将第三腔体分隔成第五腔室和第六腔室；第一活塞的两侧分别连接有第一活塞杆17和第二活塞杆18，第三活塞的两侧分别设置有第三活塞杆19和第四活塞杆20，第二活塞杆18和第三活塞杆19穿过腔体壁，分别与第二活塞的两侧固定连接；第一腔室和第六腔室分别与蓄能器14连接，压力传感器15与蓄能器14连接，用于检测工作状态。
[0037]
如图2和图4所示的，换向阀包括三位四通电磁换向阀12和常闭电磁换向阀13，三位四通换向阀12的出油口分别连接转向油缸3的两个腔室，用于控制转向油缸3运动的方
向，常闭电磁换向阀13的两个油口分别与转向油缸3的两个腔室连接，当电磁铁通电后，转向油缸3呈浮动状态。
[0038]
其中，伺服电机9用于带动液压泵10为所述液压转向系统供油，所述液压转向系统还包括溢流阀11，溢流阀11并联在液压泵10出口，用于限制液压转向系统的最高工作压力。所述液压转向系统还包括用于过滤油液的过滤器16，在过滤器16的作用下，保证液压系统油液保持很好的清洁度，提高系统工作可靠性。
[0039]
本发明的实施例还提供一种车辆，包括上述液压转向系统，所述液压转向系统的转向油缸3和回正油缸6固定在车辆的车架5上。回正油缸6无论是采用并联形式，还是串联形式，都可以在现有车辆转向机构上通过小的改动实施，结构简单紧凑，改造成本低，易于安装和维护。
[0040]
所述车辆包括转向轮1，转向轮1的内侧设置有转向节4，转向节4上铰接有拉杆2，回正油缸6的活塞杆与拉杆2铰接。所述液压转向系统可以实现车辆转向后的自动回正，同时保证车辆行驶过程中转向轮1受到路面侧向干扰力时不会改变行驶方向。
[0041]
本发明的实施例提供的车辆工作过程如下：
[0042]
当车辆接收到转向信号时，伺服电机9驱动液压泵10为所述液压转向系统供油，由伺服电机9本身变速变转矩的功能以满足转向变速和变负载的要求，三位四通电磁换向阀12切换到相应的工作位置，常闭电磁换向阀13保持断电状态，转向油缸3的活塞杆开始动作，通过活塞杆驱动转向节4和转向轮1转动，执行车辆转向动作，同时带动回正油缸6的活塞杆相应动作，连接回正油缸6容积减小腔的蓄能器14内油液增加，压力升高，连接回正油缸6容积增大腔的蓄能器14内油液流出，压力降低。转向轮1转动到相应的角度后，三位四通电磁换向阀12切换到中位，转向轮1固定在某一角度不变，转向油缸3和回正油缸6也都固定在某一位置不变，此时伺服电机8可以关闭。
[0043]
当车辆接收到回正信号时，三位四通电磁换向阀12保持中位，常闭电磁换向阀13电磁铁通电，切换至连通位置，转向油缸3左右两腔油液连通，回正油缸6在两侧蓄能器14压力差的作用下回到中位，同时带动转向油缸3也回到了中位。车辆回正后两侧蓄能器14压力相等，在蓄能器14压力的作用下，回正油缸6和转向油缸3保持在中间位置，避免转向轮1在受到路面侧向干扰力的作用下偏离直线行驶方向。
[0044]
上述方案中，所述液压转向系统引入了回正油缸，所述回正油缸和转向油缸采用串联或者并联的结构形式，回正油缸的腔室通过连接蓄能器作为储能元件，在转向时产生回正力矩，车辆完成转向后，可实现自动精确回正；所述液压转向系统的结构简单紧凑，实现成本低，易于安装和维护；所述液压转向系统可用于无人驾驶车辆，降低了转向控制难度，提高了车辆工作可靠性。
[0045]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种带自动回正功能的液压转向系统，包括液压油箱、伺服电机、液压泵、换向阀和转向油缸，其特征在于，所述液压转向系统还包括回正油缸和蓄能器，所述回正油缸的活塞杆与所述转向油缸两端的活塞杆相连接；所述蓄能器与所述回正油缸的腔室连接，以在转向时产生回正力矩。2.根据权利要求1所述的带自动回正功能的液压转向系统，其特征在于，所述回正油缸的二个活塞杆分别通过连杆结构与所述转向油缸的二个活塞杆连接，当所述转向油缸的活塞杆动作时，所述回正油缸的活塞杆跟着一起动作；所述回正油缸的两个腔室分别与蓄能器连接。3.根据权利要求2所述的带自动回正功能的液压转向系统，其特征在于，所述液压转向系统还包括压力传感器，所述压力传感器与所述蓄能器连接。4.根据权利要求1所述的带自动回正功能的液压转向系统，其特征在于，所述回正油缸的数量为二个，二个所述回正油缸分别设置在所述转向油缸的两侧，二个所述回正油缸各自有一端活塞杆与所述转向油缸的活塞杆连接。5.根据权利要求4所述的带自动回正功能的液压转向系统，其特征在于，所述转向油缸和二个所述回正油缸集成为转向及回正油缸，所述转向及回正油缸包括缸体，所述缸体内依次设置有第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体中分别设置有第一活塞、第二活塞和第三活塞，以将所述第一腔体分隔成第一腔室和第二腔室，将所述第二腔体分隔成第三腔室和第四腔室，将所述第三腔体分隔成第五腔室和第六腔室；所述第一活塞的两侧分别连接有第一活塞杆和第二活塞杆，所述第三活塞的两侧分别设置有第三活塞杆和第四活塞杆，所述第二活塞杆和所述第三活塞杆穿过腔体壁，分别与所述第二活塞的两侧固定连接；所述第一腔室和所述第六腔室分别与蓄能器连接。6.根据权利要求1所述的带自动回正功能的液压转向系统，其特征在于，所述换向阀包括三位四通电磁换向阀和常闭电磁换向阀，所述三位四通换向阀的出油口分别连接所述转向油缸的两个腔室，用于控制所述转向油缸运动的方向，所述常闭电磁换向阀的两个油口分别与所述转向油缸的两个腔室连接。7.根据权利要求1所述的带自动回正功能的液压转向系统，其特征在于，所述液压转向系统还包括用于限制所述液压转向系统的最高工作压力的溢流阀和用于过滤油液的过滤器。8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1～7任意一项所述的液压转向系统，所述液压转向系统的转向油缸和回正油缸固定在车辆的车架上。9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括转向轮，转向轮的内侧设置有转向节，转向节上铰接有拉杆，所述回正油缸的活塞杆与拉杆铰接。

技术总结
本发明提供一种带自动回正功能的液压转向系统及车辆，属于车辆转向技术领域；所述液压转向系统包括液压油箱、伺服电机、液压泵、换向阀和转向油缸，所述液压转向系统还包括回正油缸和蓄能器，所述回正油缸的活塞杆与所述转向油缸两端的活塞杆相连接；所述蓄能器与所述回正油缸的腔室连接，以在转向时产生回正力矩。上述方案中，所述液压转向系统引入了回正油缸，所述回正油缸的腔室通过连接蓄能器作为储能元件，在转向时产生回正力矩，车辆完成转向后，可实现自动精确回正；所述液压转向系统的结构简单紧凑，实现成本低，易于安装和维护；所述液压转向系统可用于无人驾驶车辆，降低了转向控制难度，提高了车辆工作可靠性。提高了车辆工作可靠性。提高了车辆工作可靠性。


技术研发人员：杨耀东 杨珏 王迎欣 张文明
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/4