Рулевое управление с изменяемым передаточным числом

(52) В 62 2) 5/О г рч )4 ъЦ, ВЫБЛЮЮТ)" нА 30 НИ ЕЛЬСТ 1л. Р 24 МЕ рж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(53) 629.113.014,5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 709448, кл. В 62 0 5/06, 1978,2.Авторское свидетельство СССР У 742232, кл. В 61 э 5/04 (прототип). (54)(57) РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ИЗ НЯЕМЫМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ, соде ащее связанный с рулевым колесомблок формирования сигналов углов поворота. управляемых колес с эадатчиком и приводы поворота управляемых колес, включающие датчики обратной связи и исолнительные механизмы, выходные валы которых связаны с осями поворота колес и датчиками обратной связи, отличающееся тем, что, с целью повышения маневренности и эффективности управления колесным транспортным средством на малых скоростях движения, блок формирования сигналов углов поворота управляемых колес содержит преобразователи сигналов, пропорциональных продольным и поперечным координатам осей поворота управляемых колес, и сумматоры, число которых в два раза меньше числа управляемых колес, привод поворота "дного иэ управляемых колес дополнительно содержит датчик скорости, связанный с осью поворота этого колеса, и ключ, соединенный одним из входов с датчиком обратной связи, а выходом - с исполнительным механизмом, при этом рулевое управление снабжено блоком изменения углового передаточного числа от скорости движения, состоящим из делителя напряжения, умножителя, узла сравнения, порогового элемента, двустороннего ограничителя величины большего сигнала скорости, узла выбора большей величины сигнала скорости, двух датчиков скорости и сумматора сигнала прямой пропорциональности и сигнала рассогласования, выход которого соединенс с первым входом делителя напряжения, э выход умножителя соединен с первым входом узла сравнения, выход которого соединен с первым входом сумматора сигнала прямой пропорциональности С и сигнала рассогласования, второй вход которого соединен с выходом задатчика, вторые входы делителя и умножителя соединены через двусторонний ограничитель велИчины большего сигнала скорости, узел выбора большей величины сигнала скорости с датчиками скорости, вход преобразователя сигналов, пропорциональных продольным координатам управляемых колес, соединен с выходом делителя, выход датчика скорости соединен с первым входом умножителя, а выход порогового элемента - с ключом.Изобретение относится к рулевымустройствам колесного шасси и может применяться в самоходных шассиразличного назначения, в частностив колесных большегрузных шасси, работающих преимущественно в маневровом.режиме.Известна гидравлическая системарулевого управления транспортногосредства, состоящая из задающего устройства, согласующего устройства, 10регулирующего дросселя, насоса, бака, гидроцилиндров и датчика скорости, в которой осуществляется зависимость углового передаточного числа от скорости движения Г 1,15Недостатками гидравлической системы являются, во-первых, изменение первоначально установленной Рулевым колесом величины поворота управляемых колес при изменении скорости движения, во-вторых, несовершенство работы механического датчикаскорости, в-третьих, изменение углового передатОчного числа происходит на всем интервале скоростей движения как при переднем, так и призаднем ходах.Известно также рулевое управлениес изменяемым передаточным числом,содержащее связанный с рулевым колесом блок формирования сигналов З 0углов поворота управляемых колес сзадатчиком и приводы поворота управляемых колес, включающие датчикиобратной связи и исполнительные механизмы, выходные валы которых связаны с осями поворота колес и датчиками обратной связи 2 3.Недостатком известного устройстваявляется отсутствие осуществления изменения углового передаточного числа в зависимости от скорости движениятранспортного средства, что ограничивает маневренность и снижает эффективность управления колесным транспОРт ным сРедст ВОм на малых скОРОстях 45,движения.Цель изобретения - повышение маневренности и эффективности управления колесным транспортным средством на малых скоростях движения.Поставленная цель достигаетсятем, что в рулевом управлении с изменяемым передаточнымчислом, содержащем связанный с рулевым колесомблок Формирования сигналов угловповорота управляемых колес с задатчиком и приводы поворота управляемых колес, включающие датчики обРатной связи и исполнительные механизмы, выходные валы которых связаныс осями поворота колес и датчиками 60обратной связи, блок формированиясигналов углов поворота управляемыхколес содержит преобразователи сигналов, пропорциональных продольным ипоперечным координатам осей поворо та управляемых колес, и сумматоры,число которых в два раза меньше числа управляемых колес, привод поворота одного иэ управляемых колес дополнительно содержит датчик скорости,связанный с осью поворота этого колеса, и ключ, соединенный одним извходов с датчиком обратной связи, авыходом - с исполнительным механизмом, при этом рулевое. управлениеснабжено блоком изменения угловогопередаточного числа от скорости движения, состоящим из делителя напряжения, умножителя, узла сравнения,порогового элемента, двустороннегоограничителя величины большего сигнала скорости, узла выбора большейвеличины сигнала скорости, двухдатчиков скорости и сумматора сигнала прямой пропорциональности и сигнала рассогласования, выход которого соединен с первым входом делителянапряжения, выход умножителя соединен с первым входом узла сравнения,выход которого соединен с первымвходом сумматора сигнала прямойпропорциональности и сигнала рассо. -гласования, второй вход которого соединен с выходом задатчика, вторыевходы делителя и умножителя соединены через двусторонний ограничительвеличины большего сигнала скорОсти,узел выбора большей Величины сигнала скорости - с датчиками скорости,вход преобразователя сигналов, пропорциональных продольным координатамуправляемых колес, соединен с выходом делителя, выход датчика скорости соединен с первым входом умножителя, а выход порогового элемента -с ключом.На фиг. 1 изображена структурнаясхема рулевого устройства; на Фиг.2схема шасси,Управляемое колесо движущегосятранспортного средства поворачивается вокруг оси поворота А на уголГ т9: си.с 1 Ф- 1 где ч - параметр, зависящий отскорости движения,,в/2 - координаты оси поворотаколеса в прямоугольныхкоординатах ХОУ,й - радиус поворота.При изменении величины Й в диапазоне , о дробь /ч /й-в/4 изменяется в диапазоне 0 Н Ь, )ч В/2, Такого же изменения дроби можно достичь, одновременно изменяя Ь и 8/2 от нуля до конечной величины, а ив от конечной величины до нуля. Меняя параметр ч , можно получить для одних и тех же значений , В/г и Р различные величины угла .6 т.е. осуществить зависимость угловогопередаточного числа рулевого управления от скорости движения, но приэтом изменение величины угла е, непроисходит, если ч меняется прификсированных Ь, Иг и йэтот принцип заложен в рулевое 5управление.Рулевое колесо валом связано сзадатчиком 1 двух сигналов, которыепри повороте рулевого колеса изменяются в прямой и обратной пропорциональности: первый - от нуля до максимума, а второй - от максимума донуля,Первый сигнал задатчика 1 подается на преобразователь 2, который 15преобразует сигнал прямой пропорциональности всигналы, пропорциональные поперечным координатам 6/г и-б)2 . Второй сигнал задатчика 1 обратной пропорциональности подаетсяна первые входы сумматоров 3, количество которых в два раза меньшеколичества управляемых колес. Выходы преобразователя 2 подсоединяются к вторым входам сумматоров 3.Выходы сумматоров 3 подсоединенык второму входу датчика 4 обратнойсвязи каждого привода 5 поворотауправляемого колеса 6,.Кроме преобразователя 2, первыйсигнал эадатчика 1 подается одновременно на вход датчика 7 скорости, на первый вход сумматора 8 сиг-нала прямой пропорциональности исигнала рассогласования, на второйвход органа 9 сравнения и на вход 35порогового элемента 10. На второйвход сумматора 8 поступает с органа9 сравнения сигнал рассогласования,являющийся разностью значений задающего сигнала прямой пропорциональности и сигнала, пропорциональногоуглу поворота управляемого колесаи данной скорости движения. Выходсумматора 8 сигнала прямой пропорциональности и сигнала рассогласования 45является первым входом делителя 11.На второй вход делителя 11 черездвусторонний ограничитель 12 величины большего сигнала скорости иузел 13 выбора большей величины сигнала скорости поступает сигнал скорости с датчика 14 или 15 скорости.Сигнал с делителя 11 подается напреобразователь 16, который преобразует его в сигналы, пропорциональные частному значений продольныхкоординат и скорости, т.е.lЧ и .(Ч,которые подаются попарно на первыевходы датчиков 4 обратной связи. Ро-.тор датчика обратной связи соединенс осью поворота управляемого колеса. 60Выход датчика 4 обратной связи соединен с входом усилителя 17 мощностина трех управляемых колесах непосредственно, а на оставшемся управляемом,колесе - через ключ 18, работой кото 65 рого управляет пороговый элемент 10.С осью поворота этого же управляемого колеса связан ротор датчика 7скорости, преобразующего углы поворота управляемого колеса в частноезначений сигнала прямой пропорциональности и сигнала, пропорциональйого скорости. Усилитель 17 мощности управляет исполнительным приводом19, состоящим из мотора и редуктора, выходной вал которого соединенс осью поворота колеса,Выход датчика 7 скорости соединенс входом умножителя 20, на второйвход которого поступает такой жесигнал, как на второй вход делителя11,.т.е. сигнал скорости. Выход умножителя 20 подключен к первомувходу органа 9 сравнения. Задатчик1, преобразователи 2 и. 16 и сумматоры 3 образуют блок 21 формированиясигналов углов поворота управляемыхколес, датчик 4 обратной связи,усилитель 17 мощности и исполнительный привод 19 образуют приводы 5поворота трех управляемых колес, ас ключом 18 и датчиком 7 скоростипривод 5 поворота оставшегося управляемого колеса, делитель 11, умножитель 20, орган 9 сравнения, сумматор 8 сигнала прямой пропорциональности и сигнала рассогласования, пороговый элемент 10, двусторонний ограничитель 12 величины большего сигнала скорости, узел 13 выбора большей величины сигнала скорости и датчики 14 и 15 скорости образуют блок22 изменения углового передаточногочисла в зависимости от скорости движения.Представленная схема может бытьвыполнена на переменном или постоянном токе. В случае переменного тока в качестве задатчика двух сигналов и датчиков обратной связи используются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы. Для датчика обратной связи входами являются обмотки возбуждения и квадратурная, а выходом - косинусная обмоткаВ качестве преобразователей используются трансформаторы напряжения, у которых число витков вторичных обмоток соответственно пропорционально величинам координат ,, В/г, - 8 И . Функции датчика скорости выполняет трансФорматор напряжения с переменным коэффициентом трансформации, подчинякщегося в зависимости от величины поворота ротора гиперболическому закону от скорости, т,е. )ч при повороте как в одну, так и в другую сторону от положения равновесия, в качестве датчиков скорости используются асинхронные тахогенераторы переменного тока.6 1100179 В случае постоянного тока в качестве задатчика двух сигналов используется сдвоенный потенциометр.Функции преобразователей выполняютделители напряжения, при этом напряжения должны быть пропорциональны 5величинам координат , Ег, а/г -в/г.В качестве датчиков обратной связииспользуется сдвоенный синусно-косинусный потенциометр, при этомвыходом являются последовательносоединенные обмотки синусная одногон косинусная другого потенциометров.,В качестве датчика скорости используется потенциометр, выходное напряжение которого зависит от поворотаротора по закону 1)ч при поворотекак в одну, так и в другую сторону,в качестве датчиков скорости используются тахогенераторы постоянноготока.для двух вариантов выполнениясхемы в качестве делителя и умножителя используются диодные функциональные преобразователи, выполняющие математические операции деленияи умножения, в качестве двусторонне 25го ограничителя величины большегосигнала скорости - диодный двусторонний ограничитель, в качестве ор. гана сравнения - соответствующеедиодное вычитающее устройство, в качестве органа выбора большей величины сигнала скорости - диодный ограничитель по минимуму, на вход ко.торого поступает сигнал с одногодатчика скорости, а сигнал другого 35датчика скорости является напряжением смещения этого диодного ограничителя,Рассмотрим работу схемы рулевогоуправления для двух случаев: поворот колесного транспортного средствана постоянной скорости движения иизменение скорости движения при фиксированном повороте рулевого колеса.Функционирование рулевого устройства 4в общем случае сводится к комбинации45этих двух ситуаций.датчики скорости располагаютсяна двух крайних противоположных управляемых колесах, датчик 7 скорости и ключ располагаются на одномиз этих двух колес.При повороте рулевого колеса отнуля до максимума, .движущегося спостоянной скоростью ч колесноготранспортного средства, на выходахэадатчика 1 сигналы плавно изменяются в диапазоне. ОЬ; ОгвоаХ /г 10 ны в:Р(оН, г) О 0,х Ч ч. О - вО гпгох в 0 вгвах60При этом на выходах преобразователей 2 и 16 сигналы пропорциональны величинам/в Н,х-О При этом аналогично для скорости65 ч угол поворота управляемых колес О В.,Р=О,В,Р,ОЬ; 0 ь. На выходе сумматоров 3 и на второмвходе датчиков 4 обратной связи(и-о в,р) - (о-и,в,.р),На первом входе датчиков обратнойсвязи Пороговый элемент 10 реагирует на изменение сигнала прямой пропорциональности и сигналом " 1" открывает ключ 18. На выходе датчика обратной связи при обработке следящим приводом нулевого сигнала имеем/О Ь,ибоо.о в,/г)-ыав,. ф" :о. При этом углы поворота колес рав.На выходе датчика 7 скорости имеемсигнал, меняющийся в диапазоне После умножителя 20, умножающего .сигнал на ч , имеем сигнал, изменяющийся в пределах0 -Оп,ахи поэтому на выходе узла 9 сравнения сигнал отсутствует, следовательно, при нулевом положении рулевого колеса управляемые колеса параллельны оси ОХ, а при крайнем положении рулевого колеса оси вращения управляемых колес пересекаются в точке О, и в зависимости от скорости ч,движения имеем различные угловые передаточные числа для рулевого управления. Величина напряжения скорости может меняться в диапазоне ч чввг в ь ввваХ. который задан нижним и верхним пределом двустороннего ограничителя величины напряжения большего сигнала скорости.Пусть при фиксированном повороте рулевого колеса происходит изменение скорости движения от ч, до чг тогда на выходах эадатчика 1 имеемСкорость ч, сменяется на скорость 5 ч 2 , но угол поворота управляемых колес не меняется, поскольку ключ 18 закрыт нулевым сигналом с порогового элемента 10, поэтому,10ОЬ. и в любой момент открывания ключа произойдет резкое.самопроизвольное изменение угла управляемых колес. Чтобы этого не случилось, происходит автоматическое восстановление знака равенства следующим образом: с выхода датчика 7 скорости сигнал 0(ч, соответствующий углу поворота данного управляемого колеса, поступает на умножитель 20, умножающий его на ч , после чего на первом входе органа 9 сравнения имеем У(чч . На выходе органа сравнения и на входе сумматора 8 сигнала прямой пропорциональности и сигнала рассогласования имеем сигнал О(ч/ч. С выхода сумч, ч матора сигнал у:, 1 1 2 делич ч1телем 11 превращается в сигналчи, аналогично первому случаю, угол поворота управляемых колес 6:агс 1 4вижения,орота т,е, при изменении скорос имея зафиксированный угол рулевого колеса, заданный сигналпрямой пропорциональности изменяется таким образом; что величина вышеприведенной дроби не меняется.Следовательно, нарушение соответствия угла поворота управляемых колесустановленному положению рулевогоколеса при измененйи скорости непроисходит,При повороте руля в другую сторону все происходит аналогичным образом, только сигнал скорости в данном случае будет сниматься с другогодатчика скорости. Это следует изтого, что узел 13 выбора пропускаетсигнал, соответствующий большей излинейных скоростей, которыми обладают два передних управляемых колеса,Таким образом, на малых скоростяхдвижения, которыми характеризуетсяманевровый режим работы колесного .транспортного,средства имеем уменьшение углового передаточного числаили уменьшение отношения величиныповорота рулевого колеса к углу поворота управляемых колес,Сравнивая предлагаемое устройство с рулевыми управлениями автомобилей - самосвалов большой и особобольшой грузоподъемности, можно,отметить, что известные рулевыеуправления не обеспечивают измененияуглового передаточного числа от скорости движения. Использование предлагаемого рулевого управления позволит сократить время работы водителя с рулевым колесом при выполнении маневра на погрузочно-разгрузочных операциях, что при перевозках на небольшие расстояния повышает производительность подвижного состава.1100179одпи сное илиал ППП "Патент" .Ужгород,ул,Проект