一种基于制动的新型转向系统的制作方法

1.本发明涉及车辆控制领域，特别是涉及一种基于制动的新型转向系统。


背景技术：

2.传统的转向功能一般通过主动转向实现，输入期望转向指令，通过转向执行机构，在转向专用动力源的协助下实现主动转向功能。包括液压助力转向、电控液压转向和电助力转向结构。其中液压助力转向系统结构复杂，维护成本较高，能量消耗量大，已经逐渐被淘汰。电控液压转向开发成本高，能耗大。电动助力转向较以上两种转向助力结构好，但需要大功率电机助力，对能量需求仍是一大挑战。以上问题对电池储能有限的新型电动车辆，尤其是商用车等耗能较大车辆的推广和使用具有一定阻碍，因此尽可能的避免车辆行驶过程中不必要的能源消耗成为亟需解决的一大技术问题。
3.传统的单边制动辅助转向系统多采用单独在左右侧轮毂分别设置一套制动系统，依靠操作人员的经验分别踩单边制动踏板或者同时踩两侧制动踏板，从而实现转向，但该转向结构未考虑车速，在车速较高时进行单边制动容易导致车辆侧翻。此外，单边制动踏板的方式易产生车轮抱死现象，降低车辆的行驶安全性；且传统的单边制动系统未考虑对地面不平度等外部干扰因素的抵抗和防御能力，导致转向或直行过程中车辆行驶的稳定性变差。
4.为实现车辆的单边制动功能，中国专利公开号cn104149759a，公开日期2014年11月19日，公开了一种工程车辆单边制动辅助转向系统，该转向系统包括制动踏板、制动加力器、制动液杯、转向桥、随动桥和制动油路等结构，其中制动液杯中的制动液通过制动加力器加压后通过制动油路分别流向转向桥和随动桥两侧车轮的制动器。此外还包括转向选择开关、控制器、两位两通电磁阀、三位四通电磁阀、其中两位两通电磁阀位于转向桥一侧的制动油路中，三位四通电磁阀位于随动桥一侧的制动油路中，两个电磁阀与转向开关进行串联，根据转向开关的选择，控制电磁阀的状态，从而通过制动实现车辆转向。此单边主动转向系统理论上可以实现制动转向功能，但是该转向系统结构复杂，且对当前车辆的行驶速度具有一定要求，即在执行制动转向过程前，需要对当前车速提前做出判断，将车辆速度控制在一定阈值范围内后再进行制动转向，对实现车辆的实时转向功能不够友好。
5.基于上述问题，亟需一种新的转向系统以在降低能耗的基础上，保证转向过程的平稳性和可靠性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于制动的新型转向系统，可在降低车辆能耗的基础上，保证转向过程的平稳性和可靠性。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种基于制动的新型转向系统，用于实现目标车辆的转向，所述目标车辆包括转向桥、左侧车轮及右侧车轮，左侧车轮及右侧车轮分别设置在转向桥的两端，其特征在于，
所述基于制动的新型转向系统包括：
9.涡轮，设置在所述转向桥上；
10.蜗杆，与所述涡轮啮合；
11.转向控制部件，用于接收目标转向角，并根据所述目标转向角生成制动指令及转向电机的目标转角指令；
12.转向电机，与所述蜗杆及所述转向控制部件连接，用于根据所述目标转角指令控制所述蜗杆的转动，以带动所述涡轮旋转，使所述转向桥、所述左侧车轮和所述右侧车轮转动；
13.制动部件，与所述左侧车轮、所述右侧车轮及所述转向控制部件连接，用于根据所述制动指令对所述左侧车轮或右侧车轮进行制动。
14.可选地，所述涡轮设置在所述转向桥的中部。
15.可选地，所述转向电机为伺服电机。
16.可选地，所述转向控制部件包括：
17.转向控制器，与所述制动部件连接，用于接收目标转向角，根据所述目标转向角生成制动指令，以控制所述制动部件进行制动，并将所述目标转向角换算为转向电机的目标转动角度；
18.转向电机控制器，与所述转向控制器及所述转向电机连接，用于根据所述目标转动角度生成转向电机的目标转角指令，以控制所述转向电机转动。
19.可选地，所述转向控制部件还包括：
20.角度检测单元，设置在所述转向电机上，并与所述转向控制器及所述转向电机控制器连接，用于检测所述转向电机的实际转动角度；
21.所述转向控制器还用于在所述实际转动角度与所述目标转角信号相等时，控制所述制动部件停止制动；
22.所述转向电机控制器还用于在所述实际转动角度与所述目标转角信号相等时，控制所述转向电机停止转动，在所述实际转动角度与所述目标转角信号不相等时，控制所述转向电机继续转动。
23.可选地，所述角度检测单元为编码器。
24.可选地，所述制动指令包括左侧制动指令及右侧制动指令；
25.所述转向控制器在所述目标转向角大于0
°
时，产生左侧制动控制信号，在所述目标转向角小于0
°
时，产生右侧制动控制信号；在所述目标转向角等于0
°
时，所述转向控制器不产生制动指令；
26.所述制动部件包括：
27.左侧制动器，设置在所述左侧车轮上，并与所述转向控制器连接，用于根据所述左侧制动指令对所述左侧车轮进行制动；
28.右侧制动器，设置在所述右侧车轮上，并与所述转向控制器连接，用于根据所述右侧制动指令对所述右侧车轮进行制动。
29.可选地，所述目标车辆为半挂车。
30.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：将涡轮设置在转向桥上，蜗杆与涡轮啮合，转向电机根据目标转向角控制蜗杆转动，以带动涡轮旋转，进而使
转向桥及左右侧车轮转动，通过涡轮蜗杆的反向自锁能力，能够抵抗路面不平整等外部因素的影响，保证转向过程的平稳性和可靠性，而且涡轮蜗杆本身的自锁功能避免了动力系统对维持直线行驶过程的能源消耗，降低了车辆的能源消耗。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明基于制动的新型转向系统的俯视图；
33.图2为本发明基于制动的新型转向系统的左视图；
34.图3为本发明基于制动的新型转向系统的整体结构示意图；
35.图4为本发明基于制动的新型转向系统的转向流程图。
36.符号说明：
37.转向桥-1，左侧车轮-2，右侧车轮-3，涡轮-4，蜗杆-5，转向控制器-61，转向电机控制器-62，伺服电机编码器-63，转向电机-7，制动部件-8，左侧制动器-81，右侧制动器-82，副车架-9，主车架-10。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种基于制动的新型转向系统，通过涡轮蜗杆的反向自锁能力，保证转向过程的平稳性和可靠性，避免动力系统对维持直线行驶过程的能源消耗，降低车辆的能源消耗，以解决现有转向系统结构复杂、转向抗干扰能力差、无法自动保持转向平稳状态、高速转向易发生甩尾、造价高等问题。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.如图1和图2所示，本发明基于制动的新型转向系统用于驱动目标车辆转向。目标车辆包括转向桥1、左侧车轮2及右侧车轮3，左侧车轮2及右侧车轮3分别设置在转向桥1的两端。在本实施例中，目标车辆为半挂车。目标车辆还包括主车架10和副车架9。
42.本发明基于制动的新型转向系统包括：涡轮4、蜗杆5、转向控制部件、转向电机7及制动部件8。具体地，转向电机7为伺服电机。
43.其中，所述涡轮4设置在所述转向桥1上。优选地，所述涡轮4设置在所述转向桥1的中部。使得在带动转向桥1转动时更均衡。在本实施例中，涡轮4与转向桥1固定连接。
44.所述蜗杆5与所述涡轮4啮合。
45.所述转向控制部件用于接收目标转向角，并根据所述目标转向角生成制动指令及转向电机7的目标转角指令。本发明的新型转向系统可适用于所有车型，目标转向角根据不
同车型采用不同的方式得到。
46.所述转向电机7与所述蜗杆5及所述转向控制部件连接，所述转向电机7用于根据所述目标转角指令控制所述蜗杆5的转动，以带动所述涡轮4旋转，使所述转向桥1、所述左侧车轮2和所述右侧车轮3转动。
47.所述制动部件8与所述左侧车轮2、所述右侧车轮3及所述转向控制部件连接，所述制动部件8用于根据所述制动指令对所述左侧车轮2或右侧车轮3进行制动。
48.不同于传统的主动转向结构和现有的单边制动转向结构，本发明在现有单边制动系统的基础上添加了转向电机带动的涡轮蜗杆，涡轮蜗杆安装在车桥中部，即将车桥中间安装带有一定范围齿的涡轮结构，实现与蜗杆的啮合，涡轮蜗杆结构存在反向自锁能力，能够抵抗由于路面不平整导致车辆在转向过程中的抖动等外部因素影响，保证车辆行驶过程的稳定性和可靠性。通过涡轮蜗杆协调单边制动的方式实现转向的过程，避免了转向过程中由于车辆行驶方向保持导致的能源的消耗，降低了能源消耗。
49.进一步地，如图3所示，所述转向控制部件包括：转向控制器61及转向电机控制器62。
50.其中，所述转向控制器61与所述制动部件8连接，所述转向控制器61用于接收目标转向角，根据所述目标转向角生成制动指令，以控制所述制动部件8进行制动，并将所述目标转向角换算为转向电机7的目标转动角度。
51.所述转向电机控制器62与所述转向控制器61及所述转向电机7连接，所述转向电机控制器62用于根据所述目标转动角度生成转向电机7的目标转角指令，以控制所述转向电机7转动。
52.所述转向控制部件还包括角度检测单元。所述角度检测单元设置在所述转向电机7上，并与所述转向控制器61及所述转向电机控制器62连接，所述角度检测单元用于检测所述转向电机7的实际转动角度。在本实施例中，所述角度检测单元为伺服电机编码器63。
53.所述转向控制器61还用于在所述实际转动角度与所述目标转角信号相等时，控制所述制动部件8停止制动。
54.所述转向电机控制器62还用于在所述实际转动角度与所述目标转角信号相等时，控制所述转向电机7停止转动，在所述实际转动角度与所述目标转角信号不相等时，控制所述转向电机7继续转动。
55.通过编码器实时检测伺服电机的实际转动角度，并将实际转动角度反馈到转向电机控制器62中，对伺服电机形成反馈控制，提高了转向的精准度。
56.具体地，所述制动指令包括左侧制动指令及右侧制动指令。所述转向控制器61在所述目标转向角大于0
°
时，产生左侧制动控制信号，在所述目标转向角小于0
°
时，产生右侧制动控制信号；在所述目标转向角等于0
°
时，所述转向控制器61不产生制动指令。
57.所述制动部件8包括左侧制动器81及右侧制动器82。
58.其中，所述左侧制动器81设置在所述左侧车轮2上，并与所述转向控制器61连接，所述左侧制动器81用于根据所述左侧制动指令对所述左侧车轮2进行制动。
59.所述右侧制动器82设置在所述右侧车轮3上，并与所述转向控制器61连接，所述右侧制动器82用于根据所述右侧制动指令对所述右侧车轮3进行制动。
60.本发明采用左右侧独立的制动部件8，结构简单且维护成本低。
61.此外，制动部件8还可包括制动踏板。还可通过制动踏板进行人为制动。
62.如图4所示，当目标转向角大于0时，为向左转，转向控制器61控制左侧制动器81开启制动，同时转向电机控制器62控制转向电机7进行顺时针旋转，带动蜗杆5转动，从而带动涡轮4向左侧方向转动一定的角度，左侧制动器81开始与涡轮蜗杆之间进行协调转向。通过编码器检测转向电机7的实际转动角度，当检测到转向电机7的转动角度与目标转向角存在偏差时，则转向电机7继续转动，控制涡轮蜗杆的转动。当转向电机7的转动角度与目标转向角相等时，转向电机7停止带动涡轮蜗杆的转动，此时涡轮蜗杆处于反向自锁状态。可以很好的抵抗外部干扰导致的车辆反方向抖动问题。由于涡轮4与转向桥1之间固定连接，故转向桥1跟随涡轮4实现同步向左侧转动，实现稳定转向。而且通过反馈控制，使车辆能够准确地转向目标角度。
63.同理，当目标转向角小于0
°
时，为向右侧，转向控制器61控制右侧制动器82进行制动。在左右两侧制动力存在偏差的情况下，转向电机7逆时针旋转解除涡轮蜗杆的反向自锁功能，并带动涡轮蜗杆转动，进一步带动转向桥转动，并在转向过程中与右侧制动器82实现协调转向过程。左右侧制动系统与涡轮、蜗杆、转向电机进行协调控制，可通过左右两侧的力差进行蜗轮蜗杆5结构的快速解锁，转向电机7提供很小的力，便可实现涡轮4蜗杆5与制动部件8的协同转向。
64.针对外部干扰对车辆行驶过程的影响，由于涡轮蜗杆结构反向自锁功能使得车辆只能实现在制动部件和转向电机的协同下向单方向运动，从而避免了车辆行驶过程中的晃动等不稳定现象。车辆在直线行驶过程中，左右侧车轮不制动，转向电机不转向，且涡轮蜗杆本身的自锁功能降低了动力系统对维持直线行驶过程的能源消耗，提高了能源利用效率。
65.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。