一種用于多軸車輛純滾動轉向的機液伺服控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于多軸車輛純滾動轉向的機液伺服控制裝置，應用于汽車轉向 領域。
【背景技術】
[0002] 大型輪式車輛廣泛應用于基礎設施建設及軍事重工領域，如大噸位全地面起重 機、大型運梁車和礦用自卸車等民用裝備和大型導彈運輸車、重型電子發射車和牽引運載 車等軍用特種車輛。多軸轉向可顯著提升大型輪式車輛的低速行駛機動靈活性和高速行駛 操縱穩定性，已成為衡量現代大型重載車輛發展水平的關鍵技術之一。同時，高性能多軸轉 向技術的發展有助于推動類車機器人、多輪月球車等前沿載運裝備技術的發展。因此，突破 多軸轉向核心技術對推動高性能載運裝備的發展有著重要意義。
[0003] 由于大型多軸車輛的轉向負載大，且各輪轉角間需保證一定的幾何關系，傳統的 轉向梯形機構雖然有助于保證各輪在轉向時的轉角關系，但梯形機構自身存在轉向誤差， 隨著轉向角度的增大誤差越明顯，從而加大車輛轉向阻力和車胎磨損程度，影響行車穩定 性和駕駛舒適性。因此，具有轉向控制精度高、可靠性強、安全性好的純滾動轉向技術是多 軸車輛轉向技術的發展方向之一。
[0004] 當前，車輛的純滾動轉向技術主要圍繞純滾動轉向機構和電液控制回路兩方面展 開：（1)在純滾動轉向機構方面：采用優化方法(如通過虛擬樣機技術）對梯形機構進行優 化，使優化后的梯形機構逼近阿克曼機構，從而提高轉向精度(如參考專利201110097127. 6 和93104300. X);或添加輔助裝置如通過在梯形機構中設置長度調節裝置(如螺母、滑槽 和凸輪板等)，使橫向拉桿桿長可變，實現車輪純滾動轉向，以減小車胎磨損(如參考專利 201110154053. 5和US7077232);或設計新型轉向裝置如車輛轉向時通過控制軌跡，使執 行機構沿著純滾動軌跡移動，使整車全輪繞著共同的瞬時轉動中心轉動，實現轉向輪的 阿克曼轉向（如參考專利201010605436. 6)。（2)在電液控制回路方面：采用直接橫向拉 桿驅動轉向方式，如用雙出桿液壓缸替換橫向拉桿作為執行器，并結合電液控制閥和抑 制路面擾動載荷的控制方法，增強轉向系統穩定性(如參考專利EP1852329A2);或采用電 液比例系統實現轉向，如通過電控換向閥和比例節流閥分別實現換向和流量精確控制， 從而通過各元件的匹配動作實現比例轉向，其響應速度快且轉向操作靈敏(如參考專利 201210370470. 8);或采用電液伺服系統實現轉向，如采用伺服比例閥控制雙轉向助力缸， 驅動轉向梯形轉向，不僅驅動負載大且頻響高、無零位死區（如參考專利201010255429. 5)。
[0005] 現有的專利有助于提高多軸車輛的轉向靈活性和動態轉向精度，但仍存在以下一 些不足，主要表現為： 1)車輛純滾動驅動的可靠性有待提高。在多軸車輛純滾動轉向設計中，一般采用電液 或電控系統驅動轉向梯形機構，使各轉向輪(盡可能）滿足阿克曼轉向條件，實現純滾動轉 向。同時為進一步提高響應速度和精度，采用高頻響伺服閥或伺服電機驅動轉向機構精確 轉向，但這種驅動方式涉及到電子閉環控制，而電子系統易受到環境、振動等影響而失效， 導致轉向系統無法正常工作，產生諸如轉向失控等安全隱患。
[0006] 2)純滾動轉向梯形機構的優質設計遇到瓶頸。優質的轉向梯形結構是多軸車輛實 現純滾動轉向的關鍵，其結構特性直接決定著車輛轉向精度。當前常利用外接長度調節裝 置(如螺母、滑槽和凸輪板等）通過改變橫向拉桿長度以實現車輛的純滾動轉向，但由于轉 向輪轉向角度小，調節裝置的調節區域受限，導致車輛轉向控制困難且精度低。為提高轉向 精度且實現純滾動轉向，也通過增大梯形結構的方法擴大有效控制區域，然而這卻帶來了 轉向梯形機構尺寸大、布置困難等不利因素(參考專利201110154053. 5)。
[0007] 3)純滾動狀態下動態轉向的安全性有待加強。針對當前常規轉向梯形而言，車輛 高速行駛時常在小轉角范圍內轉向，若此時轉向機構出現故障，易產生巨大危害(如輪胎側 滑、轉向失控等)，因此其安全性尤為重要。然而，現有具備純滾動功能的轉向機構，在車輛 高速行駛轉向安全性方面存在缺陷，有待進一步改進。
【發明內容】
[0008] 本發明公開了一種用于多軸車輛純滾動轉向的機液伺服控制裝置，通過機液伺服 控制閥對橫向拉桿伸縮缸進行伺服控制，有效保證了各轉向輪滿足阿克曼轉向條件；通過 橫向拉桿伸縮缸和機液伺服控制閥的負反饋控制，實現車輛高響應和高精度的動態純滾動 轉向；通過開關閥、減壓閥和單向閥自動對反饋腔進行補油，消除系統內負壓，提高液壓系 統穩定性。優選地，機液伺服控制裝置中的分段多級凸輪曲線，可實現橫向拉桿伸縮缸機液 鎖定，保障系統純滾動轉向效應的同時降低了其高速行駛時的風險，由此提升多軸車輛高 速行駛的安全性。
[0009] 本發明的技術方案在于： 一種用于多軸車輛純滾動轉向的機液伺服控制裝置，包括橫向拉桿伸縮缸9和機液伺 服控制閥13 ;橫向拉桿伸縮缸9的活塞部分與一側的第一梯形臂8鉸接，橫拉桿伸縮缸9的 缸體部分與另一側的第二梯形臂10鉸接； 所述的橫向拉桿伸縮缸9的左工作腔Dl與機液伺服控制閥13的右工作油口 B相連， 右工作腔D2與機液伺服控制閥13的左工作油口 A相連；橫向拉桿伸縮缸9的左反饋腔El 與機液伺服控制閥13的右控制端口 C2相連，右反饋腔E2與機液伺服控制閥13的左控制 端口 Cl相連；機液伺服控制閥13的回油口 T通回油箱1，進油口 P與液壓泵2出口相連， 機液伺服控制閥13的上機械控制端Fl與角位移放大機構14相連；角位移放大機構14與 車輛一側轉向節12連接；機液伺服控制閥13的下機械控制端F2與開關閥3的機械控制端 相連。
[0010] 機液伺服控制閥13包括橫向閥體18、垂向閥體44、閥套19、閥芯29、凸輪27、凸輪 軸42、閥芯彈簧16、左閥套彈簧35和右閥套彈簧26 ; 橫向閥體18上側外表面開有四個閥口自左向右依次為：左控制端口 Cl、第一工作油口 A、第二工作油口 B、右控制端口 C2,橫向閥體18下側外表面開有三個閥口自左向右依次為： 第一回油口 T1、進油口 P和第二回油口 T2 ; 閥套19安裝在橫向閥體18內且可沿軸向往復移動，閥套19左端與左閥套彈簧35接 觸，其右端與右閥套彈簧26接觸，且閥套19上開有五個環槽自左向右依次為：第一閥套環 槽20、第二閥套環槽21、第三閥套環槽22、第四閥套環槽23和第五閥套環槽24 ;閥套左階 梯端面41與密封蓋34和橫向閥體18形成閥套左控制腔33,閥套右階梯端面45與橫向閥 體18內壁形成閥套右控制腔25,左控制端口 Cl與閥套左控制腔33連通，右控制端口 C2與 閥套右控制腔25連通； 閥芯29安裝在閥套19內且可沿軸向往復移動，閥芯29左端與閥芯彈簧16接觸，閥芯 彈簧16左端與彈簧座17接觸；閥芯29的右端安裝閥芯頂桿頭28,閥芯頂桿頭28與凸輪 27接觸，且閥芯29外表面開有三個環槽自左向右依次為：第一閥芯環槽32、第二閥芯環槽 31、第三閥芯環槽30。
[0011] 第二閥芯環槽31、第三閥套環槽22和進油口 P始終保持相互連通狀態；第一閥芯 環槽32、第一閥套環槽20和第一回油閥口 Tl始終保持相互連通狀態；第三閥芯環槽30、第 五閥套環槽24和第二回油閥口 T2始終保持相互連通狀態。
[0012] 機液伺服控制閥的凸輪軸42依靠上軸承37和下軸承39安裝在垂向閥體44內部， 凸輪27安裝在凸輪軸42的軸肩上，通過凸輪鍵38進行圓周定位，且通過套筒43對凸輪27 進行軸向定位；并由上軸承蓋36和下軸承蓋40共同保證垂向閥體44的密封性。
[0013] 凸輪27的輪廓曲線分為有效作用區域圓弧段QS、WV、UT和過渡圓弧段TQ、SW、VU ; 其中圓弧段QS又可分為圓弧段QH和SH，兩圓弧段對應的圓心角α3、α4均大于30°，圓弧 段GH和PH所對應的圓心角CtpCt 2S臨界鎖定轉角且其值范圍為5° ~30° ;圓弧段GH和 PH的半徑均為Rl，圓弧段GQ的半徑從Rl均勻變化至R2, Rl和R2的差值為0. 2~8mm，圓弧 段PS的半徑從Rl均勻變化至R3, Rl和R3的差值為0. 2~8mm。
[0014] 機液伺服控制閥13是三位四通機液換向閥，該閥也是零開口四邊滑閥。
[0015] 角位移放大機構14的輸入軸48與轉向節12連接，輸出軸47與機液伺服控制閥 上機械控制端Fl連接，角位移放大機構14的傳動比為1~10,角位移放大機構的箱體46內 壁上設有限位銷49,且限位銷49位于傳動元件51的限位槽50內。
[0016] 開關閥3進油口與液壓泵2出口相連，開關閥3的出油口與減壓閥4的進油口相 連，減壓閥4的出油口同時與第一單向閥5和第二單向閥6的進油口相連，第一單向閥的5 的出油口與左反饋腔E1相連，第二單向閥6的出油口與右反饋腔E2相連。
[0017] 開關閥3為常閉的二位二通機動閥；當車橋轉向輪回復至中位時，凸輪27觸發開 關閥3換向至接通狀態。
[0018] 減壓閥4為定值減壓閥，其壓力定值為l~20MPa。
[0019] 本發明的優點： 1)采用液壓力線性負反饋機構，實現車輛精確純滾動轉向。橫向拉桿可變的梯形機構 代替傳統橫向拉桿定長的梯形機構，當車輛轉向時，橫向拉桿伸縮缸的反饋腔通過控制機 液伺服控制閥的閥套控制腔（即將橫向拉桿長度變化量轉化為壓力反饋信號控制閥套控制 腔)，以調節橫向拉桿的長度，梯形機構由傳統的單自由度驅動轉變為雙自由度驅動，實現 雙側車輪的精確伺服純滾動轉向。
[0020] 2)通過機液耦合方式驅動橫向拉桿伸縮缸，提高多軸車輛純滾動轉向的可靠性。 設計新型機液伺服閥，該閥內置的凸輪機構將車輛轉向輪的轉向旋轉運動轉化為閥芯的往 復直線移動，以驅動機液伺服控制閥的開閉，即由車輪自身轉向角度的變化直接控制橫拉 桿伸縮缸長度的變化，實現機液伺服控制，消除電子系統的故障干擾，提高多軸車輛純滾動 轉向的可靠性。
[0021] 3)橫向拉桿伸縮缸采用機液控制式鎖定，有效提升多軸車輛高速行駛時的安全 性。車輛高速行駛時轉向角度常工作在小轉角范圍，通過設置凸輪的臨界角，進而通過機液 控制方式直接鎖定橫向拉桿，將變胞轉向梯形重新轉化為常規轉向梯形。由此，可有效避免 機構變胞部分發生故障時所導致的危險，在保障變胞機構純滾動轉向效應(小轉角時，定長 度橫向拉桿也