Гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства

 

Изобретение относится к рулевым управлениям транспортных средств с гидроприводом. Гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства содержит три двухпозиционных распределителя с приводом от датчика момента, имеющего механизм блокировки и расположенного на валу рулевого колеса, выполненных трехлинейными с возможностью соединения в одном из положений только двух гидролиний, основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель, кинематически связанный с рулевым колесом, штоком силового цилиндра и управляемыми колесами, и вспомогательный четырехлинейный трехпозиционный распределитель, имеющий привод от датчика положения управляемых колес. Датчик положения управляемых колес выполнен в виде постоянного магнита, закрепленного на подвижной части рулевого привода и трех магнитоуправляемых контактов, закрепленных на корпусе транспортного средства вдоль траектории перемещения постоянного магнита таким образом, что постоянный магнит расположен против центрального магнитоуправляемого контакта при нейтральном положении управляемых колес и против одного из двух крайних магнитоуправляемых контактов при отклонении управляемых колес от нейтрального положения. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевым управлениям транспортных средств с гидроприводом.

Известна гидравлическая система рулевого управления транспортного средства, содержащая основной распределитель, гидравлически соединенный с силовым цилиндром, напорной линией с насосом, сливной через редукционный клапан с гидробаком, а также с насос-мотором который, в свою очередь, кинематически связан с рулевым колесом и основным распределителем, а гидравлически с рабочими полостями силового цилиндра через дополнительный четырехлинейный трехпозиционный распределитель, имеющий кинематическую связь со штоком силового цилиндра посредством толкателя и кулачковой рейки [1] Недостатком известной системы является отсутствие жесткой кинематической связи между рулевым колесом и управляемыми колесами, что приводит к ухудшению характеристик управляемости и устойчивости транспортного средства. Износ рабочих поверхностей кулачковой рейки и толкателя дополнительного четырехлинейного трехпозиционного распределителя приводит к непостоянству рабочих характеристик системы стабилизации управляемых колес в процессе эксплуатации. Кроме того, увеличенное давление слива, создаваемое редукционным клапаном, установленным в сливной гидролинии, приводит к увеличению непроизводительных затрат мощности насоса, снижению максимального рабочего давления в гидросистеме и увеличению ошибки восприятия водителем момента сопротивления повороту транспортного средства. Принудительная стабилизация управляемых колес (создание сил и моментов, обеспечивающих возврат и удержание управляемых колес в нейтральном положении путем применения специальных устройств) начинается только после установки основного распределителя в среднее положение, что увеличивает время возврата рулевого колеса в нейтральное положение.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства [2] содержащая основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель, гидравлически соединенный с насосом, силовым цилиндром и через редукционный клапан с гидробаком и кинематически связанный с рулевым колесом, штоком силового цилиндра и управляемыми колесами. Основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель механически связан с механизмом возврата управляемых колес, выполненным в виде дополнительного силового цилиндра с двумя подвижными поршнями и гидравлически соединенным с гидробаком и редукционным клапаном через двухпозиционный распределитель, привод которого осуществляется от датчика момента, имеющего механизм блокировки и расположенного на валу рулевого колеса.

Недостатком данной системы является повышенное давление слива, создаваемое редукционным клапаном в сливной гидролинии и необходимое для создания давления рабочей жидкости в дополнительном силовом цилиндре при возврате управляемых колес в нейтральное положение, приводящее к непроизводительным затратам мощности насоса, снижению максимального рабочего давления в гидросистеме и увеличению ошибки восприятия водителем момента сопротивления повороту транспортного средства. Величина давления рабочей жидкости в дополнительном силовом цилиндре, определяемая давлением срабатывания редукционного клапана, не обеспечивает возврат управляемых колес в нейтральное положение в сложных дорожных условиях (при большом моменте сопротивления повороту управляемых колес, например, на грунтах с низкой несущей способностью). Принудительная стабилизация управляемых колес начинается только после установки основного четырехлинейного трехпозиционного распределителя в среднее положение, что увеличивает время возврата рулевого колеса в нейтральное положение. Кроме того, наличие дополнительного силового цилиндра и необходимость его жесткой кинематической связи с основным силовым цилиндром затрудняет компоновку рулевого управления на транспортном средстве, а большое количество подвижных механических соединений, несущих силовую нагрузку, снижает надежность рулевого управления и повышает потери на трение.

Изобретение направлено на повышение эффективности работы гидравлической системы рулевого управления колесного транспортного средства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства, содержащая основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель (далее основной распределитель), гидравлически соединенный с насосом и гидробаком с одной стороны и полостями силового цилиндра с другой, кинематически связанный с рулевым колесом, штоком силового цилиндра и управляемыми колесами, двухпозиционный распределитель с приводом от датчика момента, имеющего механизм блокировки и расположенного на валу рулевого колеса, дополнительно снабжена двумя двухпозиционными распределителями, которые также имеют привод от датчика момента и выполнены с возможностью соединения в одном из положений только двух гидролиний. Кроме того, система снабжена вспомогательным четырехлинейным трехпозиционным распределителем (далее вспомогательный распределитель), имеющим привод от датчика положения управляемых колес. Вспомогательный распределитель выполнен таким образом, что в одном из крайних положений соединены его первая гидролиния с третьей, вторая гидролиния с четвертой, в другом первая с четвертой, а вторая с третьей гидролинией. В нейтральном положении соединены его первая и вторая гидролинии при запертых двух других. Один из двухпозиционных распределителей соединен первой гидролинией с насосом, а второй и третьей с первыми гидролиниями основного и вспомогательного распределителей соответственно, в то время как их вторые гидролинии соединены с гидробаком. Два других двухпозиционных распределителя соединены своими первыми гидролиниями каждый с одной из полостей силового цилиндра, вторыми гидролиниями с третьей и четвертой гидролиниями вспомогательного распределителя, а третьими с третьей и четвертой гидролиниями основного распределителя.

Датчик положения управляемых колес выполнен в виде постоянного магнита, закрепленного на подвижной части рулевого привода и трех магнитоуправляемых контактов, закрепленных на корпусе транспортного средства вдоль траектории перемещения постоянного магнита таким образом, что постоянный магнит расположен против центрального магнитоуправляемого контакта при нейтральном положении управляемых колес и против одного из двух крайних магнитоуправляемых контактов при отклонении управляемых колес от нейтрального положения. Каждый из двух крайних магнитоуправляемых контактов соединен с S-входами двух D-триггеров, R-входы которых связаны с центральным магнитоуправляемым контактом. Прямые выходы D-триггеров соединены посредством усилителей тока с электронными ключами которые, в свою очередь, соединены с электромагнитами управления вспомогательного распределителя.

Заявляемая система отличается наличием дополнительно введенных элементов: двухпозиционных распределителей и вспомогательного распределителя с приводом от датчика положения управляемых колес и их связей с остальными элементами системы. Двухпозиционные распределители и вспомогательный распределитель широко известны, однако при их введении в указанной связи с остальными элементами, система проявляет новые свойства. В частности, в результате того, что один из двухпозиционных распределителей, управляемых датчиком момента, соединен первой гидролинией с насосом, а второй и третьей с первыми гидролиниями основного и вспомогательного распределителей соответственно, в то время как их вторые гидролинии связаны с гидробаком, а два других двухпозиционных распределителя соединены своими первыми гидролиниями каждый с одной из полостей силового цилиндра, вторыми гидролиниями с третьей и четвертой гидролиниями вспомогательного распределителя, а третьими с третьей и четвертой гидролиниями основного распределителя, принудительная стабилизация управляемых колес начинается сразу же после снятия усилия с рулевого колеса, независимо от положения основного распределителя, что приводит к уменьшению времени возврата рулевого колеса в среднее положение. Это возможно благодаря тому, что датчик положения управляемых колес выполнен в виде постоянного магнита, закрепленного на подвижной части рулевого привода и трех магнитоуправляемых контактов, закрепленных на корпусе транспортного средства вдоль траектории перемещения постоянного магнита таким образом, что постоянный магнит расположен против центрального магнитоуправляемого контакта при нейтральном положении управляемых колес и против одного из двух крайних магнитоуправляемых контактов при отклонении управляемых колес от нейтрального положения. Каждый из двух крайних магнитоуправляемых контактов соединен с S-входами двух D-триггеров, R-входы которых связаны с центральным магнитоуправляемым контактом. Прямые выходы D-тригеров соединены посредством усилителей тока с электронными ключами которые, в свою очередь, соединены с электромагнитами управления вспомогательного распределителя. Это позволяет управлять вспомогательным распределителем таким образом, что при снятии усилия с рулевого колеса, рабочая жидкость подается от насоса в полость силового цилиндра меньшего объема, а полость большего объема соединяется со сливом. Кроме того, в качестве механизма, возвращающего управляемые колеса в нейтральное положение, используется силовой цилиндр, осуществляющий поворот управляемых колес, в котором давление создается непосредственно насосом, а не редукционным клапаном, установленным в сливной гидролинии. Поэтому усилие, возвращающее управляемые колеса, такое же по величине как и усилие, создаваемое силовым цилиндром при повороте, что дает возможность возвращать управляемые колеса в нейтральное положение в сложных дорожных условиях. Отсутствие редукционного клапана в гидролинии слива, создающего давление рабочей жидкости для возврата и удержания управляемых колес в нейтральном положении, позволяет снизить непроизводительные затраты мощности насоса, увеличить максимальное рабочее давление в гидросистеме и уменьшить ошибку восприятия водителем момента сопротивления повороту транспортного средства. Отсутствие дополнительного силового цилиндра облегчает компоновку рулевого управления на транспортном средстве и значительно уменьшает количество подвижных механических соединений, несущих силовую нагрузку, повышая тем самым надежность системы и снижая потери на трение.

Таким образом, за счет устранения отмеченных недостатков повышается эффективность работы гидравлической системы рулевого управления транспортного средства.

На фиг. 1 представлена схема гидравлической системы рулевого управления колесного транспортного средства; на фиг.2 схема датчика положения управляемых колес; на фиг.3 вариант размещения постоянного магнита и магнитоуправляемых контактов на транспортном средстве.

Гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства (фиг. 1) содержит насос 1, гидравлически связанный с гидробаком 2 и с первой гидролинией двухпозиционного распределителя 3. Двухпозиционный распределитель 3 второй и третьей гидролиниями соединен с первыми гидролиниями основного 4 и вспомогательного 5 распределителей соответственно, в то время как их вторые гидролинии соединены с гидробаком 2. Два других двухпозиционных распределителя 6 и 7 соединены своими первыми гидролиниями каждый с одной из полостей силового цилиндра 8, вторыми гидролиниями с третьей и четвертой гидролиниями вспомогательного распределителя 5, а третьими с третьей и четвертой гидролиниями основного распределителя 4. Основной распределитель 4, кроме того, кинематически связан с рулевым колесом 9, штоком силового цилиндра 8 и управляемыми колесам 10. Двухпозиционные распределители 3, 6 и 7 имеют общий привод от датчика момента 11, расположенного на валу рулевого колеса 9 и имеющего механизм блокировки 12, выполненный, например, в виде размыкающего контакта без самовозврата и включенного последовательно в цепь питания датчика момента 11. Вспомогательный распределитель 5 управляется датчиком положения управляемых колес 13, который представляет собой постоянный магнит 14 (фиг.2, 3), закрепленный на подвижной части рулевого привода, например, рулевой сошке или продольной тяге, и три магнитоуправляемых контакта 15, 16 и 17. Магнитоуправляемые контакты 15, 16 и 17 закреплены на корпусе транспортного средства вдоль траектории перемещения постоянного магнита 14 таким образом, что постоянный магнит 14 расположен против центрального магнитоуправляемого контакта 16 при нейтральном положении управляемых колес 10 и против одного из двух крайних магнитоуправляемых контактов (15 или 17) при отклонении управляемых колес 10 от нейтрального положения. Каждый из двух крайних магнитоуправляемых контактов 15 и 17 соединен с S-входом одного из двух D-триггеров 18 и 19, R-входы которых связаны с центральным магнитоуправляемым контактом 16. Прямые выходы D-триггеров 18 и 19 соединены посредством усилителей тока 20, 21 с электронными ключами 22 и 23 соответственно. Электронные ключи 22 и 23, в свою очередь, соединены с электромагнитами управления вспомогательного распределителя 5.

При прямолинейном движении транспортного средства и отсутствии управляющих воздействий (момент на валу рулевого колеса 9 отсутствует) постоянный магнит 14 расположен против центрального магнитоуправляемого контакта 16. При этом крайние магнитоуправляемые контакты 15 и 17 разомкнуты, а центральный 16 замкнут. В результате R-входы D-триггеров 18 и 19 соединены с "землей" и D-триггеры 18, 19 находятся в сброшенном состоянии, на прямых выходах D-триггеров 18 и 19 присутствует низкий уровень. Следовательно электронные ключи 22 и 23 закрыты, а электромагниты вспомогательного распределителя 5 обесточены и вспомогательный распределитель 5 находится в нейтральном положении. Двухпозиционный распределитель 3 соединяет насос 1 с первой гидролинией вспомогательного распределителя 5, а двухпозиционные распределители 6 и 7 соединяют обе полости силового цилиндра 8 с третьей и четвертой гидролиниями вспомогательного распределителя 5. В этом случае полости силового цилиндра 8 заперты, а рабочая жидкость от насоса 1 поступает через вспомогательный распределитель 5 на слив в гидробак 2. Запирание полостей силового цилиндра 8 приводит к удержанию управляемых колес 10 в нейтральном положении при возникновении внешней силы, стремящейся отклонить их от положения прямолинейного движения (наезд на неровность дороги, разрушение шины).

При повороте рулевого колеса 9 усилие, возникающее на его валу, воспринимается датчиком момента 11, под управляющим воздействием которого двухпозиционный распределитель 3 соединяет насос 1 с первой гидролинией основного распределителя 4, а его третья и четвертая гидролинии подсоединяются двухпозиционными распределителями 6 и 7 к полостям силового цилиндра 8. Основной распределитель 4 в результате поворота рулевого колеса 9 смещается в одно из крайних положений, соединяя тем самым насос 1 с одной из полостей силового цилиндра 8, а другую с гидробаком 2. происходит поворот управляемых колес 10, в процессе которого подвижные детали рулевого привода перемещаются относительно корпуса транспортного средства. При этом перемещается и постоянный магнит 14, размыкая центральный магнитоуправляемый контакт 16 и замыкая один из крайних 15 или 17. В результате на S-входы одного из D-триггеров (18 или 19) поступает низкий логический уровень, принудительно переключая D-триггер в единичное состояние. Вследствие чего выходной сигнал через усилитель тока (20 или 21) воздействует на один из электронных ключей, 22 и 23 в зависимости от направления поворота, открывая его и тем самым включает один из электромагнитов управления вспомогательного распределителя 5. Вспомогательный распределитель 5 оказывается смещенным таким образом, что его первая гидролиния соединена с полостью силового цилиндра 8 меньшего объема, а вторая с полостью большего объема.

Если управляющее воздействие водителя на рулевое колесо 9 прекращается, то под управлением датчика момента 11 двухпозиционные распределители 3, 6 и 7 возвращаются в исходное положение, соединяя полости силового цилиндра 8 с третьей и четвертой гидролиниями вспомогательного распределителя 5, а его первую гидролинию с насосом 1. В результате того, что при повороте управляемых колес 10 датчик положения управляемых колес 13 переключил вспомогательный распределитель 5 в одной из крайних положений, рабочая жидкость подается от насоса 1 в полость силового цилиндра 8 меньшего объема, а из полости большего объема вытесняется на слив в гидробак 2, за счет чего и происходит возврат управляемых колес 10 в нейтральное положение. Это продолжается до тех пор, пока постоянный магнит 14 не разомкнет крайний магнитоуправляемый контакт (15 или 17) и не замкнет центральный магнитоуправляемый контакт 16, что приведет к сбросу D-триггера (18 или 19) и, следовательно, отключению электромагнита управления вспомогательного распределителя 5. В результате чего вспомогательный распределитель 5 занимает нейтральное положение и полости силового цилиндра 8 запираются.

При размыкании контактов механизма блокировки 12 двухпозиционные распределители 3, 6 и 7 приводятся в положение, соответствующее наличию момента на валу рулевого колеса 9, соединяя основной распределитель 4 с насосом 1 и полостями силового цилиндра 8. В таком состоянии система работает таким же образом как и гидравлические системы рулевых управлений серийных автомобилей.

Формула изобретения

1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель, гидравлически связанный с насосом и гидробаком с одной стороны и полостями силового цилиндра с другой, кинематически связанный с рулевым колесом, штоком силового цилиндра и управляемыми колесами, и двухпозиционный распределитель с приводом от датчика момента, имеющего механизм блокировки и расположенного на валу рулевого колеса, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена двумя двухпозиционными распределителями, также имеющими привод от датчика момента и выполненными с возможностью соединения в одном из положений только двух гидролиний, и вспомогательным четырехлинейным трехпозиционным распределителем, имеющим привод от датчика положения управляемых колес и имеющим возможность в одном из крайних положений соединения его первой гидролинии с третьей, второй гидролинии с четвертой, в другом первой с четвертой, а второй с третьей гидролинией, в нейтральном же положении первый и второй гидролиний при запертых двух других, причем один из двухпозиционных распределителей соединен первой гидролинией с насосом, а второй и третьей с первыми гидролиниями основного и вспомогательного четырехлинейных трехпозиционных распределителей соответственно, в то время как их вторые гидролинии соединены с гидробаком, а два других двухпозиционных распределителя соединены своими первыми гидролиниями каждый с одной из полостей силового цилиндра, вторыми гидролиниями с третьей и четвертой гидролиниями вспомогательного четырехлинейного трехпозиционного распределителя, а третьими с третьей и четвертой гидролиниями основного трехпозиционного распределителя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик положения управляемых колес представляет собой постоянный магнит, закрепленный на подвижной части рулевого привода, и три магнитоуправляемых контакта, закрепленных на корпусе транспортного средства вдоль траектории перемещения постоянного магнита с возможностью расположения постоянного магнита против центрального магнитоуправляемого контакта при нейтральном положении управляемых колес, а при их смещении против одного из двух крайних магнитоуправляемых контактов, соединенных с S-входами двух D-триггеров, R-входы которых связаны с центральным магнитоуправляемым контактом, а прямые выходы каждого из D-триггеров соединены посредством усилителей тока с электронными ключами, которые, в свою очередь, соединены с электромагнитами управления вспомогательного четырехлинейного трехпозиционного распределителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3