[发明专利]一种面向多轴车辆纯滚动的电液伺服转向系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向多轴车辆纯滚动的电液伺服转向系统及转向控制方法，应用于汽车转向领域，本发明还涉及一种具有该电液伺服转向系统的多轴车辆。

背景技术

大型轮式车辆广泛应用于基础设施建设(如大吨位全地面起重机、大型运梁车和矿用自卸车等民用装备)及军事重工领域(如大型导弹运输车、重型电子发射车和牵引运载车等军用特种车辆)。高性能多轴转向可显著提升大型轮式车辆的低速行驶机动灵活性和高速行驶操纵稳定性，并有助于推动类车机器人、多轮月球车等相关技术的发展，已成为衡量现代大型重载车辆和前沿运载装备发展水平的关键技术之一，其核心技术突破有着重要意义。

然而，针对大型多轴车辆而言，其转向负载大，且各轮转角间需保证一定的几何关系，传统的机械摇臂式液压助力转向系统虽然有助于保证各轮间的转角关系，但存在转向模式单一、灵活性差等明显缺陷。该类系统已逐步向具有灵活性强、动态转向精度高，且驱动力矩大的电液控制转向系统方向发展。

当前，电液控制转向系统设计主要围绕转向梯形机构和电液控制回路两方面展开：(1)在转向梯形机构方面：通过虚拟样机技术或优化算法对梯形机构进行优化，使优化后的梯形机构逼近阿克曼机构，从而提高转向精度(如参考专利201110097127.6和93104300.x)；或通过在梯形机构中添加固定槽滚子副或凸轮转动副，使横向拉杆杆长可变，实现车轮纯滚动转向，以减小车胎磨损(如参考专利201110154053.5和01252825.3)。(2)电液控制回路方面：采用直接横向拉杆驱动转向方式，如用双出杆液压缸替换横向拉杆作为执行器，并结合电液控制阀和抑制路面扰动载荷的控制方法，增强转向系统稳定性(如参考专利EP1852329A2)；或采用电液比例系统实现转向，如通过电控换向阀和比例节流阀分别实现换向和流量精确控制，从而通过各元件的匹配动作实现比例转向，其响应速度快且转向操作灵敏(如参考专利201210370470.8)；或采用电液伺服系统实现转向，如采用伺服比例阀控制双转向助力缸，驱动转向梯形转向，不仅驱动负载大且频响高、无零位死区(如参考专利201010255429.5)。

现有的专利有助于提高多轴车辆的转向灵活性和动态转向精度，但仍存在以下一些不足，主要表现为：

1)纯滚动转向梯形机构的优质设计遇到瓶颈。多轴车辆实现全轮纯滚动转向可显著降低轮胎的磨损，并提高行驶稳定性。然而，由于传统设计转向梯形机构为四杆机构，通过优化转向梯形机构仅近似而无法严格满足纯滚动的阿克曼转角关系，因而无法实现真正意义上的纯滚动。此外，通过对转向机构变形进行纯滚动转向的机构(如参考专利201210423486.0、201010605346.6等)，满足了机构学上的纯滚动条件，却带来转弯半径大、布置困难等问题。因此，在实现纯滚动转向梯形的机构设计方面仍需进一步提升。

2)无法有效实现在纯滚动条件下高响应的精确动态转向。多轴车辆的转向系统要求具有高响应高精度转向梯形，同时也要求各转向轮尽可能满足阿克曼转向条件。当前的转向系统设计主要围绕上述一方面展开(如专利201010255429.5通过电液伺服控制提升转向响应速度和精度；专利201110154053.5和01252825.3利用新型结构设计实现纯滚动)。然而，由于多数具有纯滚动功能的结构设计无法同时有效实现高响应的精确控制，如何实现结构创新和有效控制相融合，突破纯滚动条件下的高响应精确动态转向系统设计，这方面仍存在明显不足。

3)纯滚动状态下动态转向的安全性有待加强。针对当前常规转向梯形而言，车辆高速行驶时常在小转角范围内转向，若此时转向机构出现故障，易产生巨大危害(如轮胎侧滑、转向失控等)，因此其安全性尤为重要。然而，现有具备纯滚动功能的转向机构，在车辆高速行驶转向安全性方面存在缺陷，有待进一步改进。

发明内容

本发明目的在于提供一种面向多轴车辆纯滚动的电液伺服转向系统，通过双伺服比例阀对多执行器进行电液伺服复合控制，以保证各转向轮满足实现纯滚动所需的阿克曼转向条件，并实现高响应和高精度的动态转向；优选的，该转向系统可将横向拉杆伸缩缸电液锁定，保障转向系统纯滚动转向效应的同时降低其高速行驶时的风险，提升多轴车辆高速行驶的安全性。本发明的另一目在于提供一种面向多轴车辆纯滚动的转向控制方法。本发明的目的还在于提供一种具有所述转向系统的多轴车辆。

为达到上述目的本发明采用的技术方案之一如下：