一种基于安全冗余的多轮转向系统及车辆的制作方法

1.本发明涉及车辆转向系统技术领域，尤其涉及一种基于安全冗余的多轮转向系统及车辆。

背景技术：

2.现代运载有重型化、大型化发展需求，与之配套的车辆也同步向重型化、多轴化发展。因此对转向系统提出了很高的要求，如最小转弯直径的大小，转向系统安全可靠性等，常规的前组转向模式已经不能满足车辆的使用需求。当车辆在狭小空间转向、或者5轴以上的多轴车在四级公路行驶时，需要更多桥参与转向，以减小转弯直径，提高通过性。当车辆离开狭小空间时，车辆可以前组转向模式高速行驶，满足车辆的机动能力。
3.同时，具有多轮转向功能的车型，由于转向桥数多、单桥承载重量大，因此所匹配的助力缸数量及缸径都会增加，导致转向系统的需求流量大幅提高。由于底盘取力口有限，且要满足冷却、悬架等系统及上装的取力需求，因此对流量需求较小的多轮转向车型，转向系统一般采用双联泵的布置型式，当转向系统所需流量更大时，则采用两个独立的大排量单泵的布置型式，而底盘受发动机空间的限制，油泵排量增大的范围有限，对于流量需求特别大的车型，往往无法满足转向系统的流量需求。因此在现有发动机常用转速范围内，匹配能够满足转向系统所需流量的油泵成为一个难点。

技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足从而提供一种基于安全冗余的多轮转向系统及车辆，应用于重型、超重型车辆上，实现在多桥中满足车辆的机动能力，且不增加整车成本、不改变系统配置的情况，仅调整个别液压管路，以最小的变化实现对后组转向系统进行流量补充。
5.本发明是采用如下技术方案来实现的：一种基于安全冗余的多轮转向系统，包括前组转向系统、后组转向系统、应急转向系统；所述前组转向系统包括前组油泵、转向机、前组转向助力缸、对中缸、电磁换向阀一；所述后组转向系统包括后组油泵、多路阀、后组转向助力缸、电磁换向阀二；所述应急转向系统包括应急泵、应急阀；所述前组油泵、应急泵分别与应急阀的p6口、p7口连接，所述应急阀的t6口分别与后组油泵、多路阀的p4口连接，所述多路阀的工作口连接至后组转向助力缸，所述后组转向助力缸连接至电磁换向阀二的c5和b5口，所述应急阀的a6口分别与转向机的p3口、电磁换向阀一的c8口连接，所述转向机的工作口连接至前组转向助力缸，所述电磁换向阀一的a8口连接至对中缸。
6.作为发明的进一步说明，还包括液压油箱；所述前组油泵、后组油泵、转向机的t3口、应急泵、多路阀的y4和t4口、电磁换向阀二的a5口、电磁换向阀一的b8口、对中缸分别与液压油箱连接。
7.作为发明的进一步说明，所述前组转向系统还包括流量控制阀；所述流量控制阀
的p1口与前组油泵连接，所述流量控制阀的a1口与应急阀的p6口连接，所述流量控制阀的b1口分别与液压油箱连接。
8.作为发明的进一步说明，所述前组转向系统还包括溢流阀一和溢流阀二；所述溢流阀一的p2口连接在流量控制阀的a1口与应急阀的p6口之间，所述溢流阀一的t2口连接至液压油箱与转向机的t3口之间；所述溢流阀二的p9口连接至电磁换向阀一的a8口与对中缸之间，所述溢流阀二的t9口连接至液压油箱与对中缸之间。
9.作为发明的进一步说明，所述后组转向系统还包括过滤器；所述前组油泵与应急泵分别通过所述过滤器与液压油箱连接。
10.作为发明的进一步说明，所述前组转向系统还包括蓄能器；所述蓄能器前、后分别设置有单向阀，所述应急阀的a6口与电磁换向阀一的c8口通过单向阀与蓄能器连接。
11.作为发明的进一步说明，还包括plc控制器；所述前组转向助力缸、电磁换向阀一、后组转向助力缸、电磁换向阀二、多路阀分别由plc控制器控制连接。
12.一种车辆，其特征在于，包括上述任意一项所述的基于安全冗余的多轮转向系统。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明包括前组转向系统、后组转向系统和应急转向助力系统，共同作用实现车辆的前组转向和多轮转向两种模式；当车辆选择前组转向模式，前组车轮转向，后组车轮对中锁闭；当选择多轮转向模式时，前组转向为主转向系统，所有转向模式下均发挥作用，当其液压助力失效时，由应急转向助力系统提供前组液压助力；本发明应用于重型、超重型车辆上，可以应用在多桥中，且不增加整车成本、不改变系统配置的情况，仅调整个别液压管路，以最小的变化实现对后组转向系统进行流量补充。
附图说明
14.下面结合附图对发明作进一步的说明：图1是本发明的基于安全冗余的多轮转向系统示意图；图2是本发明的基于安全冗余的多轮转向系统在重型车辆上应用示意图。
15.附图标记说明1、液压油箱；2、过滤器；3、前组油泵；4、后组油泵；5、流量控制阀；6、溢流阀一；7、转向机；8、前组转向助力缸；9、plc控制器；10、多路阀；11、后组转向助力缸；12、电磁换向阀二；13、应急阀；14、应急泵；15、蓄能器；16、电磁换向阀一；17、溢流阀二；18、对中缸；141-第一应急泵；142-第二应急泵；81-一桥助力缸；82-二桥助力缸；111-四桥助力缸；112-五桥助力缸；113-六桥助力缸；181-四桥对中缸；182-五桥对中缸；183-六桥对中缸。
具体实施方式
16.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况
理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.实施例一：说明：流量控制阀5、溢流阀一6、溢流阀二17、转向机7、应急阀13，其中的p口为压力油口，即进油口；t口为回油口；a，b口为方向控制口，即分别控制油流向油缸的有杆腔或无杆腔；y口为外部泄油口；电磁换向阀一16的工作原理：前组转向时，电磁换向阀一16为断电状态，a8口与c8口相通，a8口与b8口断开；多轮转向时，电磁换向阀一16为通电状态，a8口与b8口相通，a8口与c8口断开；电磁换向阀二12的工作原理：前组转向时，电磁换向阀二12为断电状态，a5口与b5口相通，a5口与c5口相通；多轮转向时，电磁换向阀二12为通电状态，a5口与b5口断开，a5口与c5口断开；应急阀13的原理：当应急阀13的p6口输入液压油流量正常时，p7口输入的液压油由t6口输出；当p6口输入液压油流量异常时，p7口输入的液压油由a6口输出；如图1所示，一种基于安全冗余的多轮转向系统，应用于重型、超重型车辆，包括前组转向系统、后组转向系统和应急转向助力系统，共同作用实现车辆的前组转向和多轮转向两种模式；当车辆选择前组转向模式，前组车轮转向，后组车轮对中锁闭；当选择多轮转向模式时，前组转向为主转向系统，所有转向模式下均发挥作用，当其液压助力失效时，由应急转向助力系统提供前组液压助力；前组转向系统包括前组油泵3、转向机7、前组转向助力缸8、对中缸18、电磁换向阀一16、溢流阀一6、溢流阀二17以及流量控制阀5、过滤器2；后组转向系统包括后组油泵4、多路阀10、后组转向助力缸11、电磁换向阀二12；应急转向系统包括应急阀13、应急泵14；当选择前组转向模式时，前组油泵3输出的液压油通过流量控制阀5、溢流阀一6后进入应急阀13的p6口，由应急阀13的a6口输出至转向机7、对中缸18，通过驾驶员操纵方向盘，转向机7带动转向杆系在前组转向助力缸8助力下实现前组车轮转向，通过plc控制器9控制电磁换向阀一16控制对中缸18高压锁定，控制电磁换向阀二12控制后组转向助力缸11为低压随动状态；应急阀13的a6口与电磁换向阀一16构成的对中回路设置蓄能器15，防止此模式下对中回路因为对中缸18因轻微内泄而压力下降，从而无法保持对中状态。蓄能器15前、后分别设置单向阀，对中回路压力与前组转向系统压力既相互关联又相互独立；行车时应急泵14输出的液压油通过应急阀13的t6口和后组油泵4输出的液压油通过多路阀10直接返回液压油箱1；前组转向模式时，后组车轮的对中缸18与前组转向系统共用一个液压泵即前组油泵3；当选择多轮转向模式时，通过控制电磁换向阀一16，将对中缸18切换为低压随动状态；通过控制电磁换向阀二12，将后组转向助力缸11切换为建压工作状态；前组油泵3输出的液压油通过流量控制阀5、溢流阀一6后进入应急阀13、转向机7，通过驾驶员操纵方向盘，实现前组转向车轮的转向；行车时应急泵14输出的液压油通过应急阀13的p7口输入后由t6口输出，和后组油泵4输出的液压油一起进入多路阀10的p4口，根据前组转向助力缸8的位移传感器采集的前组转向助力缸8的活塞位移信号，经plc控制器9运算后控制多路阀10各组出口的开口流量，不同流量的液压油分配到不同车桥的后组转向助力缸11的不同油腔，实现后组车轮按比例转向。
18.当多轮转向模式切换至前组转向模式，通过控制电磁换向阀一16、电磁换向阀二12及多路阀10的通、断电状态，最终使对中缸18进入建压工作状态，后组转向助力缸11进入低压回油随动状态，从而使后组车轮对中锁定；当前组油泵3液压油输出为非正常状态时，切换至应急转向助力系统，应急阀13将应急泵14输出液压油经p7口输入通过a6口输出进入
到转向机7、对中缸18，保证前组转向系统的转向助力。
19.前组转向系统转向桥数可以为一个，也可以为多个；后组转向系统的转向桥数可以为一个，也可以为多个。
20.如图2所示，以重型车辆为例，将该基于安全冗余的多轮转向系统应用在重型车辆上；前组油泵3和后组油泵4安装于发动机取力口，应急泵14安装于分动器中间轴，其它液压元件安装于车架或其它底盘结构件上；plc控制器9为车辆上的plc控制器共用，液压油箱1与车辆上的液压油箱共用，驾驶室仪表上的转向模式开关、强制对中开关分别控制转向模式、四桥对中缸181、五桥对中缸182、六桥对中缸183；当车辆为前组转向模式时，前组油泵3输出的液压油从应急阀13的p6口进入，经a6口输出后进入转向机7和四桥对中缸181、五桥对中缸182、六桥对中缸183，实现前组转向车轮的转向及后组转向轮直行对中锁止。行车中第一应急泵141和第二应急泵142提供的液压油经p7口进入应急阀13，从t6口进入后组转向系统，经过多路阀10后回油箱。
21.当车辆为多轮转向模式时，前组油泵3输出的液压油从应急阀13的p6口进入，经a6口输出后进入转向机7，根据驾驶员对方向盘的操纵，由转向机7进入一桥助力缸81、二桥助力缸82，实现前组的转向助力；行车时，当前组油泵3输出油液正常时，第一应急泵141和第二应急泵142输出的液压油通过应急阀13的p7口后进入t6口和后组油泵4输出的液压油经多路阀10后，根据一桥助力缸81内部的位移传感器采集的位移信号，plc控制器9控制多路阀10的开口流量，通过多路阀10将液压油分配到后组转向助力缸的四桥助力缸111、五桥助力缸112、六桥助力缸113，为后组转向系统进行流量补充，实现后组车轮转向。行车时，当前组转向助力系统出现故障时，第一应急泵141和第二应急泵142输出的液压油经应急阀13的a6口输入到前组转向助力系统，实现紧急情况下的前组转向助力；以多轮转向模式行驶时，在车速小于限定车速v时，驾驶员可通过手动切换驾驶室仪表上的转向模式开关，由多轮转向模式切换为前组转向模式；当车速超过限定车速v时，为保证行车安全，车载控制程序也将自动切换至前组模式。无论以何种方式进入前组转向模式，都是通过控制电磁换向阀一16、电磁换向阀二12及多路阀10的通、断电状态，最终使四桥对中缸181、五桥对中缸182、六桥对中缸183进入建压工作状态，四桥助力缸111、五桥助力缸112、六桥助力缸113进入低压回油随动状态，从而使后组车轮对中锁定。
22.车辆行驶中，当前组油泵3液压油输出为非正常状态时，车辆进入应急转向，应急阀13将第一应急泵141和第二应急泵142输出液压油经p7口输入通过a6口输出进入到转向机7、四桥对中缸181、五桥对中缸182、六桥对中缸183，保证前组转向系统的转向助力。
23.前组转向模式下，如四桥对中缸181、五桥对中缸182、六桥对中缸183、蓄能器15或者电磁换向阀一16等液压元件出现故障时，前组模式将失效，plc控制器9自动切换为助力缸对中，仪表上同步提醒驾驶员：“已切换为助力缸对中”。保证车辆可以前组模式高速行车；若转向模式开关或plc控制器9等出现故障时，可按下车上的强制对中开关，进入强制对中状态，以前组模式行车，直到故障修复后，方可选择转向模式。用于提高多轮转向系统的安全性和可靠性。
24.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
25.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种基于安全冗余的多轮转向系统，其特征在于，包括前组转向系统、后组转向系统、应急转向系统；所述前组转向系统包括前组油泵（3）、转向机（7）、前组转向助力缸（8）、对中缸（18）、电磁换向阀一（16）；所述后组转向系统包括后组油泵（4）、多路阀（10）、后组转向助力缸（11）、电磁换向阀二（12）；所述应急转向系统包括应急泵（14）、应急阀（13）；所述前组油泵（3）、应急泵（14）分别与应急阀（13）的p6口、p7口连接，所述应急阀（13）的t6口分别与后组油泵（4）、多路阀（10）的p4口连接，所述多路阀（10）的工作口连接至后组转向助力缸（11），所述后组转向助力缸（11）连接至电磁换向阀二（12）的c5和b5口，所述应急阀（13）的a6口分别与转向机（7）的p3口、电磁换向阀一（16）的c8口连接，所述转向机（7）的工作口连接至前组转向助力缸（8），所述电磁换向阀一（16）的a8口连接至对中缸（18）。2.如权利要求1所述的基于安全冗余的多轮转向系统，其特征在于，还包括液压油箱（1）；所述前组油泵（3）、后组油泵（4）、转向机（7）的t3口、应急泵（14）、多路阀（10）的y4和t4口、电磁换向阀二（12）的a5口、电磁换向阀一（16）的b8口、对中缸（18）分别与液压油箱（1）连接。3.如权利要求2所述的基于安全冗余的多轮转向系统，其特征在于，所述前组转向系统还包括流量控制阀（5）；所述流量控制阀（5）的p1口与前组油泵（3）连接，所述流量控制阀（5）的a1口与应急阀（13）的p6口连接，所述流量控制阀（5）的b1口分别与液压油箱（1）连接。4.如权利要求3所述的基于安全冗余的多轮转向系统，其特征在于，所述前组转向系统还包括溢流阀一（6）和溢流阀二（17）；所述溢流阀一（6）的p2口连接在流量控制阀（5）的a1口与应急阀（13）的p6口之间，所述溢流阀一（6）的t2口连接至液压油箱（1）与转向机（7）的t3口之间；所述溢流阀二（17）的p9口连接至电磁换向阀一（16）的a8口与对中缸（18）之间，所述溢流阀二（17）的t9口连接至液压油箱（1）与对中缸（18）之间。5.如权利要求4所述的基于安全冗余的多轮转向系统，其特征在于，所述后组转向系统还包括过滤器（2）；所述前组油泵（3）与应急泵（14）分别通过所述过滤器（2）与液压油箱（1）连接。6.如权利要求5所述的基于安全冗余的多轮转向系统，其特征在于，所述前组转向系统还包括蓄能器（15）；所述蓄能器（15）前、后分别设置有单向阀，所述应急阀（13）的a6口与电磁换向阀一（16）的c8口通过单向阀与蓄能器（15）连接。7.如权利要求6所述的基于安全冗余的多轮转向系统，其特征在于，还包括plc控制器（9）；所述前组转向助力缸（8）、电磁换向阀一（16）、后组转向助力缸（11）、电磁换向阀二（12）、多路阀（10）分别由plc控制器（9）控制连接。8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-7中任意一项所述的基于安全冗余的多轮转向系统。

技术总结

本发明涉及一种基于安全冗余的多轮转向系统及车辆，包括前组转向系统、后组转向系统、应急转向系统；本发明包括前组转向系统、后组转向系统和应急转向助力系统，共同作用实现车辆的前组转向和多轮转向两种模式；当车辆选择前组转向模式，前组车轮转向，后组车轮对中锁闭；当选择多轮转向模式时，前组转向为主转向系统，所有转向模式下均发挥作用，当其液压助力失效时，由应急转向助力系统提供前组液压助力；本发明应用于重型、超重型车辆上可以不增加整车成本、不改变系统配置的情况，仅调整个别液压管路，以最小的变化实现对后组转向系统进行流量补充。进行流量补充。进行流量补充。