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专利号: 2023114964872
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种履带车辆方向盘转向装置,包括直行操作机构(1)、方向盘操作机构(2)、履带底盘(3)、控制器和液压马达;所述履带底盘(3)安装固定在左、右两侧履带上方的履带支架上,履带底盘(3)用来安装直行操作机构(1)、方向盘操作机构(2)、控制器和液压马达,其特征在于:所述液压马达包括第一液压马达(4)和第二液压马达(5),第一液压马达(4)驱动左侧履带转动,第二液压马达(5)驱动右侧履带转动,所述直行操作机构(1)包括电机、串联变量柱塞泵(170)和换挡手柄;所述电机包括第一电机(110)、第二电机(120),所述串联变量柱塞泵(170)固定连接在所述履带底盘(3)上;所述第一电机(110)控制串联变量柱塞泵(170)上第一流量控制阀门旋转的开度,所述第二电机(120)控制串联变量柱塞泵(170)上第二流量控制阀门旋转的开度,第一液压马达(4)与串联变量柱塞泵(170)的第一流量控制阀门的进出油口联接,第二液压马达(5)与串联变量柱塞泵(170)的第二流量控制阀门的进出油口联接,所述换挡手柄与所述控制器连接,所述控制器控制第一电机(110)和第二电机(120)旋转,换挡手柄动作时,第一电机(110)和第二电机(120)同速、同向、同角度旋转;

所述方向盘操作机构(2)包括方向盘、转向轴(260)和角度编码器(293);所述方向盘与转向轴(260)同轴连接联动,角度编码器(293)设置在转向轴(260)的底部并且角度编码器(293)的转动轴与转向轴(260)同轴固定连接,角度编码器(293)与控制器连接,方向盘通过角度编码器(293)将转动的角度传输给控制器,通过控制器、在换挡手柄动作的基础上进一步调整第一电机(110)或第二电机(120)的旋转角度、旋转方向,使第一液压马达(4)和第二液压马达(5)产生转速差,控制履带车辆进行转向。

2.根据权利要求1所述的履带车辆方向盘转向装置,其特征在于:所述换挡手柄共五个档位分别为前进快挡D3、前进中档D2、前进慢档D1、停车档P和倒车档R;五个档位通过五根杜邦线与控制器连接,用来传递五个不同信号。

3.根据权利要求2所述的履带车辆方向盘转向装置,其特征在于:所述转向轴(260)可转动安装在方向盘支撑架(210)内,所述方向盘支撑架(210)固定在所述履带底盘(3)上,所述连接板(230)固定在方向盘支撑架(210)的下方,连接板(230)上安装有第一轴承座(240),所述第一轴承座(240)内安装有第一轴承(220),所述转向轴(260)穿过第一轴承(220),并且通过第一轴承(220)与连接板(230)转动连接,所述转向轴(260)穿过第一轴承(220)的一端上、同轴套装有小齿轮(280),所述小齿轮(280)与转向轴(260)联动,所述连接板(230)的下方还固定有编码器固定架(292),所述角度编码器(293)安装在编码器固定架(292)上,所述连接板(230)上还安装有限制小齿轮(280)正反转动的圈数的限位装置。

4.根据权利要求3所述的履带车辆方向盘转向装置,其特征在于:所述限位装置包括设置在连接板的第二轴承座(250),所述第二轴承座(250)内安装有第二轴承,所述第二轴承内安装有与转向轴(260)平行的传动轴(270),传动轴(270)上同轴安装有大齿轮(290),所述大齿轮(290)与小齿轮(280)啮合,所述大齿轮(290)上安装有限位挡件(291),所述限位挡件(291)固定在大齿轮(290)的齿缝中,限位挡件(291)用于限制小齿轮(280)正反转动的圈数,并且保证小齿轮(280)正反向转动度数相同。

5.根据权利要求4所述的履带车辆方向盘转向装置,其特征在于:串联变量柱塞泵(170)包括第一流量控制阀门和第二流量控制阀门,当第一流量控制阀门和第二流量控制阀门处于中间位置时,串联变量柱塞泵(170)的排量为零,当第一流量控制阀门和第二流量控制阀门正向旋转到最大角度时,串联变量柱塞泵(170)的正向流量最大,当第一流量控制阀门和第二流量控制阀门反向旋转到最大角度时,串联变量柱塞泵(170)反向流量最大。

6.根据权利要求5所述的履带车辆方向盘转向装置,其特征在于:所述第一电机(110)和第二电机(120)均为步进电机。

7.一种权利要求1至6任意一项所述的履带车辆方向盘转向装置的控制方法,其特征在于:具体包括如下步骤:

S1、控制器判断直行操作机构的档位控制信号:

设串联变量柱塞泵的流量控制阀门正反向最大旋转角度为θ度,电机旋转轴旋转360度所需的脉冲数为N,换挡手柄设有n个档位,换挡手柄在不同档位对应的流量控制阀门的旋转角度为αn度(n=1、2、3......n,αn≦θ);

每个换挡手柄的档位对应控制器中的一个外部中断,每个外部中断对应控制器内的一个中断函数,中断函数的脉冲数为αn*N/360,根据不同的档位,控制器将对应的脉冲数同时发送给第一电机和第二电机,通过第一电机和第二电机分别控制第一流量控制阀门和第二流量控制阀门;

S2、控制器判断步骤S1中挂挡后,再判断方向盘操作机构的转向控制信号:

设方向盘以中位为起点顺时针、逆时针的最大旋转角度为β,设角度编码器检测方向盘以中位为起点顺时针和逆时针旋转的角度为γ,γ≦β,

将在不同档位流量控制阀门的旋转角度αn与方向盘旋转角度γ对应,得出方向盘以中位为起点每转动1度时,流量控制阀门需转动的度数βn=2αn/β,当方向盘以中位为起点顺时针转动γ度时,第一电机不动,控制器控制第二电机向另一方向转动|γβn|度,当方向盘回正γ度时,第一电机不动,控制器控制第二电机回位|γβn|度,当方向盘以中位为起点逆时针转动γ度时,第二电机不动,控制器控制第一电机向另一方向转动|γβn|度,当方向盘回正γ度时,第二电机不动,控制器控制第一电机回位|γβn|度,通过控制第一电机和第二电机,使第一液压马达和第二液压马达产生转速差,从而控制履带车辆进行转向。

8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于:所述换挡手柄设置有五个档位分别为前进快挡D3、前进中档D2、前进慢档D1、停车档P和倒车档R,分别对应的流量控制阀门的旋转角度为α1、α2、α3、α4、α5,其中α1为流量控制阀门正向旋转开度最大值,α2为流量控制阀门正向旋转开度的中位,α3为流量控制阀门正向旋转开度的最小值,α4为零,α5为流量控制阀门反向旋转开度最小值;

当档位停车档P时,α4=0,第一电机和第二电机不旋转,第一、第二流量控制阀门关闭,串联变量柱塞泵排量为零,此时履带车辆停车;

当档位在前进快挡D3时,控制器控制第一电机和第二电机同时正向旋转α1度,第一、第二流量控制阀门正向开度最大,串联变量柱塞泵流量最大,第一液压马达和第二液压马达正向旋转速度最快,履带车辆快速前进;

当档位在前进中档D2时,控制器控制第一电机和第二电机同时正向旋转α2度,第一、第二流量控制阀门正向开度适中,串联变量柱塞泵流量适中,第一液压马达和第二液压马达以中速顺时针旋转,履带车辆中速前进;

当档位在前进慢档D1时,控制器控制第一电机和第二电机同时正向旋转α3度,第一、第二流量控制阀门正向开度最小,串联变量柱塞泵流量最小,第一液压马达和第二液压马达正向旋转速度最慢,履带车辆慢速前进;

档位在倒车档R时,控制器控制第一电机和第二电机同时反向旋转α5度,第一、第二流量控制阀门反向旋转,第一液压马达和第二液压马达反向旋转,履带车辆后退。