技术领域
[0001] 本
发明涉及工程车辆控制技术领域，尤其涉及工程车辆的转向系统及转向方法。
背景技术
[0002] 众所周知，车辆转向系统的正常工作，对于车辆行驶的安全性，机动性和操纵
稳定性都至关重要。
[0003] 随着重型工程车辆的发展，
车身也越来越长，整车负载越来越大，车桥(也称车轴)数量越来越多或车桥
轴距也越来越大。这给车辆转向系统提出更高要求：(1)各
转向轴之间转向动作快慢和各转向轴之间的转
角大小要协调；(2)转向系统稳定性和安全关联性；(3)多种场地转向模式能灵活应用；(4)转向系统高频响应的可靠性等等。
[0004] 目前应用于工程车辆的转向控制方式主要有杆系连接转向控制、电液比例转向控制以及电液伺服转向控制等等。这几种转向控制方式分别有其优缺点，都已得到广泛应用。杆系连接转向控制可靠性高，协调性好，但杆系易
变形，车辆高速行驶时有可能存在摆动现象且稳定性差，转向模式不够灵活。电液控制转向控制不存在杆系变形引起的稳定性问题，且转向模式十分灵活，但是可靠性较杆系连接转向控制低，存在延迟现象。其中，电液伺服转向控制较电液比例转向控制响应快，
精度高，协调性好一些；而电液比例转向控制由于延迟较大，使得高速时稳定性差。此外，电液比例转向控制相对电液伺服转向控制而言，控制更简单直接，对环境要求低，更适合工程车辆使用环境；而电液伺服转向控制更复杂，对液压系统清洁度要求更高，可靠性较低。
[0005] 由此可见，随着工程车辆往超长重载多轴方向发展，前述的几种转向控制方式已不能单独地适用于工程车辆中，否则会导致工程车辆的转向性能不佳。
发明内容
[0006] 因此，本发明的目的在于提供工程车辆的转向系统及转向方法，以提升工程车辆的转向性能。
[0007] 具体地，本发明
实施例提出的一种工程车辆的转向系统，包括多个转向轴、杆系连接转向控制系统、
传感器、电液比例转向控制系统、电液伺服转向控制系统以及转向模式
控制器。其中，上述多个转向轴根据安装
位置依次划分为第一转向轴组、第二转向轴组及第三转向轴组，第二转向轴组位于第一转向轴组与第三转向轴组之间。杆系连接转向控制系统控制第一转向轴组进行转向动作。传感器感测提供第一转向轴中的
指定转向轴的转角
信号。电液比例转向控制系统包括第一变量
泵、第一控制器、第一传感器组、电液比例
阀组以及第二转向助
力油缸组，该第一
变量泵经由该电液
比例阀组连接至该第二转向助力油缸组，该第一控制器接收该第一转向轴组中的该指定转向轴的该转角信号以计算该第二转向轴组中各个转向轴的目标转角后参考该第一传感器组实时提供的该第二转向轴组中各个转向轴的转角信号控制该电液比例阀组驱动该第二转向助力油缸组，以使该第二转向轴组进行转向动作。电液伺服转向控制系统包括第二变量泵、第二控制器、第二传感器组、伺服控制
放大器组、电液
伺服阀组以及第三转向助力油缸组，该第二变量泵经由该电液伺服阀组连接至该第三转向助力油缸组，该第二控制器接收该第一转向轴组中的该指定转向轴的该转角信号以计算该第三转向轴组中各个转向轴的目标转角后参考该第二传感器组实时提供的该第三转向轴组中各个转向轴的转角信号通过该伺服控制放大器组控制该电液伺服阀组驱动该第三转向助力油缸组，以使该第三转向轴组进行转向动作。转向模式控制器与电液比例转向控制系统和电液伺服转向控制系统相连，转向模式控制器根据该工程车辆的车速信号决定是否分别使能该电液比例转向控制系统与该电液伺服转向控制系统。
[0008] 在本发明实施例中，上述电液比例转向控制系统与电液伺服转向控制系统还接收工程车辆的车速信号，电液比例转向控制系统计算第二转向轴组中各个转向轴的目标转角与电液伺服转向控制系统计算第三转向轴组中各个转向轴的目标转角时进一步将车速信号作为考虑因素。
[0009] 在本发明实施例中，上述杆系连接转向控制系统例如包括定量泵、方向机以及第一转向助力油缸组，其中，第一转向轴组中各个转向轴与方向机杆系连接，且方向机控制定量泵提供的液压油驱动第一转向助力油缸组以使第一转向轴组进行转向动作。
[0010] 本发明实施例提出的一种利用上述的工程车辆的转向系统对工程车辆进行控制的转向方法，本实施例的转向方法例如包括步骤：利用杆系连接转向控制系统控制第一转向轴组进行转向动作；获取第一转向轴组中的指定转向轴的转角信号；利用电液比例转向控制系统，根据第一转向轴组中的指定转向轴的转角信号计算出第二转向轴组中各个转向轴的目标转角并根据计算所得的第二转向轴组中各个转向轴的目标转角参考第二转向轴组中各个转向轴的转角信号控制第二转向轴组进行转向动作；利用电液伺服转向控制系统，根据第一转向轴组中的指定转向轴的转角信号计算出第三转向轴组中各个转向轴的目标转角并根据计算所得的第三转向轴组中各个转向轴的目标转角参考第三转向轴组中各个转向轴的转角信号控制第三转向轴组进行转向动作；获取该工程车辆的车速信号；以及利用转向模式控制器，根据该车速信号决定是否分别使能该电液比例转向控制系统与该电液伺服转向控制系统。
[0011] 在本发明实施例中，上述转向方法例如更包括步骤：将车速信号作为计算第二转向轴组中各个转向轴的目标转角以及计算第三转向轴组中各个转向轴的目标转角的考虑因素。
[0012] 在本发明实施例中，上述根据车速信号决定是否分别使能电液比例转向控制系统与电液伺服转向控制系统的步骤例如包括：当车速信号所代表的工程车辆的车速小于第一预设车速，则使能电液比例转向控制系统与电液伺服转向控制系统；当车速信号所代表的工程车辆的车速大于第二预设车速，则禁能电液比例转向控制系统与电液伺服转向控制系统；以及当车速信号所代表的工程车辆的车速介于第一预设车速和第二预设车速之间，则禁能电液比例转向控制系统并使能电液伺服转向控制系统。
[0013] 本发明实施例将工程车辆的多个转向轴根据安装位置依次划分为第一、第二及第三转向轴组，并根据第一至第三转向轴组的安装位置对应地采用互不相同的杆系连接转向控制系统、电液比例转向控制系统及电液伺服转向控制系统来分别控制其转向动作。如此，则发挥各转向控制系统的优势而尽量避免或弱化各转向控制系统的劣势。此外，三个转向控制系统采用独立油泵，液压系统相互独立，可避免相互耦合影响转向性能，提高可靠性。再者，利用车速信号计算第二转向轴组和第三转向轴组的目标转角，更匹配车辆高速行驶时的瞬时转向中心，可提高工程车辆行驶操纵稳定性，减小轮胎磨损。再来，利用车速信号，高速时减少转向轴组的数量，可提高车辆高速行驶操纵稳定性。另外，第一控制器与第二控制器相对独立，互不干扰，可靠性高；在高速行驶时转向模式控制器逐步发出指令停止第一控制器和第二控制器工作，无须其长时间处于运行状态，减少了电气控制突发故障可能。
[0014] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照
说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合
附图，详细说明如下。
附图说明
[0015] 图1是相关于本发明实施例的一种工程车辆的转向系统的结构示意图。
[0016] 图2是图1所示转向系统的一种转向过程状态示意图。
[0017] 图3是图1所示转向系统中的杆系连接转向控制系统的结构
框图。
[0018] 图4是图1所示转向系统中的电液比例转向控制系统的结构框图。
[0019] 图5是图1所示转向系统中的电液伺服转向控制系统的结构框图。
[0020] 图6是相关于本发明实施例的工程车辆的转向方法的中间转向轴组及后转向轴组的转向控制
流程图。
具体实施方式
[0021] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的工程车辆的转向系统及转向方法其具体实施方式、方法、步骤及功效，详细说明如后。
[0022] 有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
[0023] 首先说明的是，本发明实施例提出的工程车辆的转向系统及转向方法适用于包含多个转向轴的工程车辆，以提升该工程车辆的转向性能。因此，本发明的主要构思之一在于将多个转向轴按照安装位置依次划分成多个转向轴组，每个转向轴组包括一个或多个转向轴，并使各个转向轴组采用互不相同的转向控制系统(或转向控制方式)来实现其
车轮的转向动作，以此来发挥各转向控制方式的优势而避免或弱化其劣势；并且各个转向轴组之间的转向关系利用角度信号关联起来，具有很好的灵活性，可以轻松实现多种转向模式。为方便说明，以下实施例仅以包含九个转向轴的工程车辆为例对本发明实施例提出的工程车辆的转向系统及转向方法进行详细描述，但本发明并不以此为限。
[0024] 请参阅图1，本发明实施例提出的工程车辆的转向系统10包括：第一至第九转向轴、杆系连接转向控制系统、
角位移传感器110、电液比例转向控制系统、电液伺服转向控制系统、以及转向模式控制器181。其中，第一至第九转向轴根据其在车架(未绘出)上的安装位置依次划分为前转向轴组、中间转向轴组以及后转向轴组。
[0025] 请一并参阅图1及图3，杆系连接转向控制系统为一种液压助力式杆系连接转向控制系统，用于实现前转向轴组的转向动作，也即其上车轮的转向，其包括方向机101、定量泵103、溢流阀105、油箱107以及安装在前转向轴组中的第一至第三转向轴上的多个转向助力油缸161，该些转向助力油缸161构成前转向助力油缸组，且方向机101与前转向轴组中的第一至第三转向轴经由杆系(未示出)连接。本实施例中，第一至第三转向轴中的每一个对应安装有一对转向助力油缸161，并且图1中仅示意出第一转向轴上的转向助力油缸161。定量泵103连接在油箱107与方向机101的进油口之间，方向机101的回油口连接至油箱107，且方向机101的进油口与回油口之间连接有溢流阀105。方向机101还与安装在前转向轴组中第一至第三转向轴上的转向助力油缸161分别相连接，以致于驾驶员操纵方向机101上的
方向盘可以控制定量泵103提供的液压油来驱动各个转向助力油缸161动作以实现前转向轴组上车轮的转向，并由杆系保证第一至第三转向轴之间的转向关系。
[0026] 请再参阅图1，角位移传感器110安装在前转向轴组中的指定转向轴上，例如第一转向轴上，以实时采集第一转向轴(指定转向轴)上车轮的角位移并输出第一转向轴转角信号。需要说明的是，也可将第二转向轴或第三转向轴作为指定转向轴。
[0027] 请一并参阅图1及图4，电液比例转向控制系统用于实现中间转向轴组的转向动作，也即其上车轮的转向，其包括第一控制器121、变量泵123、多个电液比例阀125、油箱127、角位移传感器130a,130b,130c、以及安装在中间转向轴组中的第四至第六转向轴上的多个转向助力油缸164；在此，多个电液比例阀125构成一电液比例阀组，角位移传感器
130a,130b,130c构成一传感器组，该些转向助力油缸164构成中间转向助力油缸组。本实施例中，第四至第六转向轴中的每一个对应安装有一对转向助力油缸164并配置一个电液比例阀125，并且图1中仅示意出第四转向轴上的转向助力油缸164以及一个电液比例阀125。变量泵123与油箱127相连接以向各个电液比例阀125的进油口提供液压油，且各个电液比例阀125的回油口与油箱127相连接。角位移传感器130a,130b,130c分别安装在中间转向轴组中的第四至第六转向轴上，以实时采集各个转向轴上车轮的角位移并提供第四至第六转向轴转角信号。第一控制器121与角位移传感器110及角位移传感器
130a,130b,130c（图1中仅示意出第一控制器121电连接至角位移传感器130a）电连接，以接收第一转向轴转角信号及第四至第六转向轴转角信号；此外，第一控制器121还接收车速信号。各个电液比例阀125接受第一控制器121发出的控制器指令以利用变量泵123提供的液压油驱动各个转向助力油缸164动作以实现中间转向轴组上车轮的转向。
[0028] 请一并参阅图1及图5，电液伺服转向控制系统用于实现后转向轴组的转向动作，也即其上车轮的转向，其包括第二控制器141、变量泵143、多个电液伺服阀145、多个伺服控制放大器146、油箱147、角位移传感器150a,150b,150c、以及安装在后转向轴组中的第七至第九转向轴上的多个转向助力油缸169；在此，多个电液伺服阀145构成一电液伺服阀组，多个伺服控制放大器146构成一伺服控制放大器组并可设置在同一伺服控制放大板上，角位移传感器150a,150b,150c构成一传感器组，该些转向助力油缸169构成后转向助力油缸组。本实施例中，第七至第九转向轴中的每一个对应安装有一对转向助力油缸169并配置一个电液伺服阀145及一个伺服控制放大器146，并且图1中仅示意出第九转向轴上的转向助力油缸169以及一个电液伺服阀145及一个伺服控制放大器146。变量泵143与油箱147相连接以向各个电液伺服阀145的进油口提供液压油，且各个电液伺服阀145的回油口与油箱147相连接。角位移传感器150a,150b,150c分别安装在后转向轴组中的第七至第九转向轴上，以实时采集各个转向轴上车轮的角位移并提供第七至第九转向轴转角信号。第二控制器141与角位移传感器110及角位移传感器150a,150b,150c（图1中仅示意出第二控制器141电连接至角位移传感器150c）电连接，以接收第一转向轴转角信号及第七至第九转向轴转角信号；此外，第二控制器141还接收车速信号。各个电液伺服阀145通过各自的伺服控制放大器146接受第二控制器141的控制以利用变量泵143提供的液压油驱动各个转向助力油缸169动作以实现后转向轴组上车轮的转向。
[0029] 此外，本发明实施例中各个转向轴组之间的转向关系是利用角度信号关联起来。图2中示出第一至第九转向轴的目标转角(也即各个转向轴上车轮的目标转角)β1～β9、以及第一转向轴及第四至第九转向轴分别到瞬时转向中心O的距离L及L4～L9。具体地，各转向轴之间的目标转角例如满足如下关系式(1)：
[0030]
[0031] 式中，βi为各转向轴的目标转角，Li为各转向轴到瞬时转向中心O的距离，L为第一转向轴(也即前转向轴组中的指定转向轴)到瞬时转向中心O的距离，β1为第一转向轴(也即前转向轴组中的指定转向轴)的当前转角，v为车速，其中fLi(v)和fL(v)为与车速v相关的函数。
[0032] 下面将结合图1、2及图6详细描述应用于图1所示转向系统10的转向方法中的中间转向轴组及后转向轴组的转向控制过程。
[0033] 如图6所示，在前转向轴组经由杆系连接转向控制方式进行转向过程中，角位移传感器110实时输出前转向轴组中的指定转向轴的转角信号，例如第一转向轴转角信号。该第一转向轴转角信号连同转向过程中的车速信号一并提供给第一控制器121及第二控制器141；并且车速信号还会提供给转向模式控制器181，由转向模式控制器181根据车速信号决定是否使能第一控制器121与第二控制器141，以借此决定是否对中间转向轴组及后转向轴组分别执行电液比例转向控制及电液伺服转向控制。
[0034] 当第一控制器121被使能后，第一控制器121接收角位移传感器130a,130b,130c实时提供的中间转向轴组中各个转向轴的转角信号，并根据第一转向轴转角信号及车速信号依据前述关系式(1)计算出中间转向轴组中各个转向轴的目标转角β4～β6，再参考中间转向轴组中各个转向轴的转角信号后发送控制器指令给各个电液比例阀125。各个电液比例阀125接受控制器指令的控制，分别控制进入各个转向助力油缸164的油量进而实现中间转向轴组中各个转向轴上车轮的转向，直到中间转向轴组中各个转向轴的转角信号达到目标值。
[0035] 当第二控制器141被使能后，第二控制器141接收角位移传感器150a,150b,150c实时提供的后转向轴组中各个转向轴的转角信号，并根据第一转向轴转角信号及车速信号依据前述关系式(1)计算出后转向轴组中各个转向轴的目标转角β7～β9，再参考后转向轴组中各个转向轴的转角信号后发送控制器指令给各个伺服控制放大器146。各个伺服控制放大器146接受控制器指令的控制，分别控制各个电液伺服阀145的阀芯动作；再由各个电液伺服阀145分别控制进入各个转向助力油缸169的油量进而实现后转向轴组中各个转向轴上车轮的转向，直到后转向轴组中各个转向轴的转角信号达到目标值。
[0036] 此外，对于转向模式控制器181如何根据车速信号决定是否使能第一控制器121与第二控制器141，可采用如下技术方案：当车速信号所代表的车速小于第一预设值例如30km/h，则使能第一控制器121与第二控制器141，如此中间转向轴组与后转向轴组皆参与转向；当车速信号所代表的车速大于第二预设值例如50km/h，则禁能第一控制器121与第二控制器141，如此中间转向轴组与后转向轴组皆不参与转向；而当车速信号所代表的车速介于第一预设值和第二预设值之间，则禁能第一控制器121但使能第二控制器141，如此中间转向轴组不参与转向而保持直行状态，后转向轴组仍参与转向。
[0037] 在本发明上述实施例中，杆系连接转向控制系统用于实现前转向轴组的转向，可充分发挥其可靠性的优势，由驾驶员直接操纵方向盘，进而由方向机101控制转向，无转向延时，协调性好，使得驾驶员操作感好。中间转向轴组由于正常转向时在瞬时转向中心O附近，其
转向角度较小，因此其转向延时造成的动态角度误差并不明显，且有后转向轴组的存在，其协调性不至于对整车转向系统造成很大影响，另外随着车速增高，可优先关闭中间转向轴组转向，其高速稳定性差的缺点得以避免，因此，中间转向轴组采用电液比例转向控制系统比较合适。另外，后转向轴组正常转向时角度较大，如果所采用的转向控制系统响应慢，则造成较大的动态误差，使得前后转向轴组的转向角度明显不协调，对车辆的安全性造成较大影响，而且由于绝对误差较大会使得轮胎磨损严重；因此后转向轴组转向对响应速度要求更高，而采用电液伺服转向控制系统，能够控制较小的稳态误差和动态误差，满足转向需求，而且限制电液伺服控制转向轴数量，其可靠性差的劣势得到弱化。然而，在此需要说明的是，前述杆系连接转向控制系统、电液比例转向控制系统及电液伺服转向控制系统仅为前转向轴组、中间转向轴组及后转向轴组所采用的转向控制系统的举例，并非用来限制本发明，本领域技术人员可根据实际设计需要对各个转向轴组的转向控制系统进行适当替换或者重新组合。
[0038] 此外，在本发明上述实施例中，为取得车辆高速行驶操纵稳定性和减小轮胎磨损，将车速信号引入转向控制。车速越高，车辆的瞬时转向中心O将后移，这样中间转向轴组及后转向轴组的目标转角将与车速有关。将车速加入计算，对车辆高速行驶操纵稳定性有益，并减小轮胎磨损。另外车速越高，减少转向轴的数量，对车辆高速稳定性有益。当然，可以理解的是，车速信号的引入与否可依设计者的需要而定。
[0039] 另外，本发明上述实施例以角位移传感器作为举例来实时提供各个转向轴的转角信号，但本领域技术人员可以理解的是，任何可以感测转向轴上车轮的角度变化的传感器皆应可用于此。
[0040] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
