Система рулевого управления транспортного средства

(46) 07.0185. чере вход торо юл. 9 аркисян(72) Е.А.Роман Н.В.Богдан и В (71) Белорусск Красного Знаме ститут(53) 629,113.0 (56) 1, Патент кл. В 7 Н, 197 ик, Э.В.СВ.Гуськовй орденаи политех Трудовогонический ин 4.5 (088.8) АнГлии Р 12 7,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(54)(57) 1. СИСТЕМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая гидрораспределитель рулевогоуправления, гидравлически соединенный с гидронасосом, с гидробаком иисполнительным гидроцилиндром поворота, механически соединенным с секциями шарнирно сочлененного транспортного средства, рулевое колесо,кинематически связанное с датчикомповорота рулевого колеса, и датчикповорота секций шарнирно сочлененного транспортного средства, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью улучшения качества управленияза счет увеличения быстродействиясистемы, она снабжена блоком управления, состоящим из двух инверторов",трех логических элементов НЕ, двухсумматоров, трех схем сравнения,четырех логических элементов И н двухлогических элементов ИЛИ, гидрораспределитель рулевого управления выполнен электроуправляемым, а датчики поворота рулевого колеса и секций шарнирно сочлененного транспортного средства. - в виде потенциометров, при этом выход одного потен-.циометра датчика поворота рулевогоколеса соединен с входом первогосумматора и через первый инвертор -с входом второго сумматора, выходдатчика поворота секций соединен сдругим входом второго сумматора и.801133157 А з второй инвертор - с другим ом первого сумматора, выход кого соединен с входом первой схемы сравнения, вход второй схемы сравнения соединен с выходом дру 1=ого потенциометра датчика поворота рулевого колеса, вход третьей схемы сравнения соединен с выходом второго сумматора, а ее выход - с входами первого логическогц элемента НЕ и первого логического элемента И, выход второй схемы сравнения соединен с входами второго логического элемента НЕ, второГо и третьего логических элементов И, выход первой схемы сравнения соединен с входами четвертого логического элемента И и третьего логического элемента НЕ, выходы первого, второго и третьего логических элементов НЕ соединены соответственно с другими входами первого, второго и третьего логических элементов И, а выход второго логического элемента НЕ соединен также.с другиМ входом первого логического элемента И, а выходы первого, второго, третьего и четвер- того логических элементов И соединены соответственно с входами первого и второго логических элементов ИЛИ, выходы которых соединены с электромагнитами: электроуправляемого гидрораспределителя рулевого управления. 2, Система по п, 1, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что,она снабжена двухпозиционным электромагнитным клапаном, дополнительной схемой сравнения и кинематически связанным с рулевым колесом дополнительным силовым гидроцилиндром, полости которого соединены между собой через двухпозиционный электромагнитный клапан, электрически соединенный с выходом дополнительной схемы сравнения, вход которой соединен с выходом первого сумматора.Изобретение относится к автотракторостроению, а именно к системамрулевого управления транспортныхсредств.Известна система рулевого управления транспортного средства, содержащая гидрораспределитель рулевого управления, гидравлически соединенный с, гидронасосом, с гидробаком,и исполнительным гидроцилиндром поворота, механически связанным с секциями шарнирно сочлененного тРанспортного средства, рулевое колесо,кинематически связанное с датчикомповорота рулевого колеса и датчикповорота секций шарнирно сочлененного транспортного средства1 .Недостатком известной системыявляется наличие гидравлической об"ратной связи,что приводит к недостаточно высокому быстродействиюсистемы рулевого управления.Цельизобретения - улучшение качества управления за счет увеличения быстродействия системы,Поставленная цель достигаетсятем, что система рулевого управления транспортного средства, содержащая гидрораспределитель рулевогоуправления, гидравлически соединенный с гидронасосом, с гидробаком иисполнительным гидроцилиндром поворота; механически соединенным с секциями шарнирно сочлененного транспортного средства, рулевое колесо,кинематически связанноес датчикомповорота рулевого колеса, и датчик 35поворота секций шарнирно сочлененного транспортного средства, снабжена блоком управления, состоящим издвух инверторов, трех логических элементов НЕ, двух сумматоров, трехсхем сравнения, четырех логическихэлементов И и;двух Логических элементов ИЛИ, гидрораспределитель рулевого управления выполнен электро-управляемым, а датчики поворота рулевого колеса и секций. шарнирно сочлененного .транспортного средствав виде потенциометров, при этом выход одного потенциометра датчика поворота рулевого колеса соединен свходом первого сумматора и через пер- фвый инвертор - с входом второго сум 1 матора,. выхода датчика поворота секций соединен с другим входом второгосумматора и через второй инверторс другим входом первого сумматора,выход которого соединен с входомпервой схемы сравнения, вход второйсхемы сравнения соединен с выходомдругого потенциометра датчика поворота рулевого колеса, вход третьей 60схемы сравнения соединен с выходомвторого сумматора, а ее выход - свходами первого логического элемента НЕ и первого логического элемента И, выход Второй схемы сравнения 65 соединен с входами второго логического элемента НЕ, второго и третьего логических элементов И, выход первой схемы сравнения соединен с входами четвертого логического элемента И и третьего логического элемента НЕ", выходы первого, второго и третьего логических элементов НЕ соединены соответственно с другими входами первого, второго и третьего логических элементов И, а выход второго логического элемента НЕ соединен также с другим входом первого логи" ческого элемента И, а выходы первого, второго, третьего и четвертого логических элементов И соединены соответственно с входами первого и второго логических элементов ИЛИ, выходы которых соединены с электромагнитамн электроуправляемого гидрораспределителя рулевого управления.Система снабжена двухпозиционным электромагнитным клапаном, дополнительной схемой сравнения и кинематически связанным с рулевым колесом дополнительным силовым гидроцилиндром, полости которого соединены между собой через двухпозиционный электромагнитный клапан, электрически соединенный с выходом дополнительной схемы сравнения, вход которой соединен с выходом первого сумматора.На фиг.1 изображена схема рулевого управления транспортного средства; на фиг,2 - Функциональная схема электронного блока управления.Система рулевого управления транспортного средства содержит рулевое колесо 1; гидронасос 2, распределитель 3 рулевого управления, исполнительный гидроцилиндр 4, связанный с полурамами 5, Кроме этого, в систему включены датчик 6 поворота полурам 5, датчик 7 поворота рулевого колеса 1, связанные с блоком 8 управления. Датчик 7 поворота рулевого колеса состоит нз двух потенциометров 9 и 10. Потенциометр 9 служит для определения угла поворота рулевого колеса и соединен с первым входом сумматора 11 и с инвертором 12. Потенциометр 10 служит для определения направления поворота рулевого колеса и соединен с входом схемы 13 сравнения, другой вход которой предназначен для задания порогового уровня А. Логическое устройство 14 блока управления содержит логические элементы НЕ, И и ИЛИ. Логические элементы ИЛЙ 15 и 16 связаны с соответствующими электромагнитными устройствами 17 и 18 гидро- распределителя 3, а каждый из входов .элемента ИЛИ 15 - с соответствующими выходами элементов И 19 и 20; каждый из входов элемента ИЛИ 16 соединенв свою очередь, с соответствующими выходами элементов И 21 и 22.При этом один вход элемента И 19 связан через элемент НЕ 23 с выходом схемы 24 сравнения, а другой его вход - с выходом схемы 13 сравнения и с одним из входов элемента И 21, другой вход которого связан через 5 элемент НЕ 25 с схемой 26 сравнения и с одним входом элемента И 22. Другой вход последнего соединен с выходом элемента НЕ 27 и с одним входом элемента И 20, второй вход которого 10 соединен с выходом схемы 24 сравнения. При этом один из входов схемы 24 сравнении связан с выходом сумматора 11, первый вход схемы 26 сравнения соединен с выходом суммато . 5 ра 28; Другие входы указанных схем сравнения служат для задания пороговых уравнений.В свою очередь, один вход сумматора 28 связан с датчиком 6 поворота полурам и через инвертор 29 - с вторым, входом сумматора 11; а другой вход сумматора 28 соединен с инвертором 12. Кроме того, система снабжена дополнительной схемой 30 сравнения., двухпозиционным электромагнитным клапаном 31, дополнительным силовым гидроцилиндром 32, кинематически связанным с рулевым колесом, причем полости силового гидроцилиндра 32 соединены между собой через двухпозиционный. электромагнитный клапан 31, управляемый от схемы 30 сравнения, один вход которой предназначен для задания порогового уровня В, а другой связан с выходом сумматора 11. 35 Сиденье 33 водителя выполнено вращающимся вокруг своей оси. Переключатель 34 служит для подачи питания к потенциометру 10 датчика 7 поворота рулевого колеса. 40Система рулевого управления работает следующим образом.При повороте рулевого колеса 1 на угол А как в правую, так и в левую сторону от нейтрального положения 45 датчик 7 с помощью потенциометра 9 вырабатывает электрический аналоговый сигнал положительной полярности, пропорциональный величине угла б поворота рулевого колеса. Точно так, датчик 6 вырабатывает аналоговый электрический сигнал, пропорциональный величине угла,8 поворота полурам.При движении транспортного средства вперед и повороте рулевого колеса 1 от нейтрального положения вправо угол 4 С поворота рулевого колеса увеличивается с опережением по сравнению с углома поворота полу,рам 5 (вследствие того, что на срабатывание гидравлической системы ру левого управления требуется определенное время ), пока разница 4-Я, определяемая в сумматоре 11, превьпаает пороговый уровень А, равный, например, нулю, на выходе схемы 24 срав нения,формируется сигнал рассогласования (логическая "1" ), который передается через логическое устройство 14 на правый электромагнит 17 гидРораспределителя 3,В это же время на выходе сумматора 28 имеет отрицательный сигнал тактак с(,) 8), не превышающий пороговыйуровень схемы 26 сравнения, следствие чего на его выходе сигнал рассогласования отсутствует, что соответствует логическому "0", которыйчерез логическое устройство 14 пере-дается на левый электромагнит 18 гидрораспределителя 3. В таком случае(когда на правом электромагните логическая "1", а на левом логический"0"); гидрораспределителя 3 занимаетположение 111. В этом положении левая полость силового гидроцилиндра 4соединяется с гидронасосом, а правая - с сливом, в результате чегопоршень указанного силового гидроцилиндра перемещается вправо, и полурамы 5 поворачиваются вправо. Когдаугол ф поворота полурам сравнятся с углом поворота рулевого колеса, т.е. когда О- Я = 0 (при этом,в -- с(. также равно О , то на выходахсхем 24 и 26 сравнения сигналы рассогласования отсутствуют, и логические фО" передаются через логическое устройство 14 на правый и левыйэлектромагниты гидрораспределителя 3,что переводит последний в положение Т, в котором все выходы золотника 3 и полости силового гидроцилиндра 4 заперты, т.е. полурамы 5зафиксированы в нужном положенииПри возврате рулевого колеса 1 внейтральное положение уменыаение угла б поворота рулевого колеса опережает уменьшение угла,8 поворота полурам 5. В этом случае на выходесумматора 11 имеем. отрицательныйсигнал, не превышающий пороговыйуровень А схемы 24 сравнения, следовательно, на выходе последней сигнал рассогласования отсутствует. Тачким образом, логический "0" с выхода схемы 24 сравнения через логическое устройство 14 поступает на правый электромагнит 17 гидрораспределителя 3. В это же время сумматор 28определяет величину, пропорциональную /3-д и, если она превышает пороговый уровень схемы 26 сравнения,то на выходе последней появляетсясигнал рассогласования, который через логическое устройство 14.воздействует на левый электромагнит 18 гидрораспределителя 3. Последний зани-мает положение 11, при котором перемещение;поршня силового гидроцилиндра 4 (за счет давления жидкости, подаваемой через гидрораспределитель 3в правую полость силового гидроцилиндра 4) и поворот полурам 5 про 113315710 35 исходит в обратную сторону. Как только углы юб и Я сравняются, сигналрассогласования на выходе схемы 26сравнения исчезает, а на обоих электромагнитах гидрораспределителя 3 присутствуют логические "О", что переводит последний в положение 1, прикотором полости силового гидроцилиндра 4 заперты и полурамы 5 зафиксированы в нужном положении. Привозврате рулевого колеса 1 в нейтральное положение движок потенциометра 9 перемещается в свое среднееположение, и питание на блок 8 управления не подается. При этом гидрораспределитель 3 находится в положении 1Так работает предлагаемая системапри повороте рулевого колеса в правую сторону и возврате его в нейтральное положение.20Логическое устройство 14 служитдля обеспечения поворота транспортного средства в левую сторону. Оноосуществляет инвертирование сигналов, поступающих на соответствующиеэлектромагниты гидрораспределителя 3 от схем 24 и 26 сравнения толь"ко в том случае, если рулевое колесо 1 поворачивают от нейтральногоположения влево. Если же его поворачивают от нейтрального положения30вправо, то логическое устройство 14вышеуказанные сигналы не инвертирует, и работа предлагаемой системыпроисходит, как описано выше.Направление поворота рулевогоколеса 1 определяется с помощью потендиометра 10 датчика 7 и схемы 13сравнения. При повороте рулевого колеса 1 вправо от нейтрального положения движок потенциометра 10 перемешается также вправо, и на входсхемы 13 сравнения подается электрический сигнал отрицательной полярности через переключатель 34, который при начальной установке сиде" 45нья 33 водителя находится в верхнемположении (фиг.21. При возврате рулевого колеса 1 до достижения имнейтрального положения) полярностьвышеуказанного сигнала остается отрицательной, а следовательно, непревышает заданного порогового уровня равного нулю, и сигнал рассогласования на выходе схемы 13 сравненияотсутствует,При повороте рулевого колеса влево от нейтрального положения движокпотенциометра 10 перемещается влево,и на вход схемы 13 сравнения поступает электрический сигнал положительнойполйрности, которая не меняется до 60возврата рулевого колеса 1 в егонейтральное положение. В этом случаеположительный электрический сигнална входе схемы 13. сравнения превышает нулевой сигнал ее порогового уровня и на выходе схемы 13 сравнениявырабатывается сигнал рассогласования,соответствующий логической "1".Логическое устройство 14 работаетследующим образом.При повороте вправо, как было описано выше, на выходе схемы 24 сравнения имеем логическую "1", котораяинвертируется элементом НЕ 23 в логический "О", и последний поступаетна один вход элемента И 19, На другой вход этого элемента поступаетлогический "О" с выхода схемы 13сравнения. Известно, что в такомслучае на выходе элемента И 19 также будет "0". На входы элемента И 20напротив поступают логические "1",которые дают "1" и на его выходе.При этом на входах элемента ИЛИ 15,будут логические "О" и "1", что приведет к формированию логической "1"Фна выходе этого элемента, которая ибудет воздействовать на правый электромагнит 17 гидрораспределителя 3.Таким образом, показано, что сигнал, имеющийся на выходе схемы 24сравнения, в случае поворота рулевого колеса от нейтрального положениявправо логическим устройством 14 неинвертируется.Аналогично можно показать, что вэтом случае и при возврате рулевогоколеса 1 в нейтральное положение,сигнал, имеющийся на выходе схемы 26сравнения, также логическим устройством 14 не инвертируется. При повороте рулевого колеса влево отнейтрального положения, как указывалось выше, на выходе схемы 13сравнения формируется сигнал рассогласования ( логическая "1" . Так какпри повороте влево увеличение угла б.поворота рулевого колеса такжеопережает увеличение угла ф и разностьЫ-,В превышает заданный пороговый уровень,то на выходе схемы 24сравнения будет логическая "1".Элемент НЕ 23 инвертирует эту "1"в логический "О", который поступаетна вход элемента И 19, на другойвход этого элемента поступает логическая "1" с выхода схемы 13 сравнения. В результате на выходе элемента И 19 и на одном входе элемен.та ИЛИ 15 будет логический "Оп. Навходы элемента И 20 поступают логическая "1" с выхода схемы 24 сравнения и логический "О" с выхода элемента НЕ 27. При этом на выходе элемента И 20 и на другом входе элемента ИЛИ 15 будет логический "0". Логические нули на обоих входах элемента ИЛИ 15 дают логический "Оф ина его выходе, а значит и на правомэлектромагните 17 гидрораспределителя 3,В это же время, на выходе схемы 26сравнения присутствует логический"0", так как величина ф - А меньше заданного порогового уровня. Этот логический "0" поступает на один вход элемента И 22, на другой вход которого приходит логический "0" с выхода элемента НЕ 27, следовательно, на выходе элемента И 22 и на одном входе элемента ИЛИ 16 также будет присутствовать логический "0", На входы элемента И 21 напротив поступают логические "1" с выхода элемента НЕ 25 и с выхода схемы 13 сравнения. В результате на выходе элемента И 21 и на втором входе элемен- . та ИЛИ 16 присутствует логическая "1". Следовательно, и на выходе эле" мента ИЛИ 16 будет логическая "1", которая воздействует на левый электромагнит 18.гидрораспределителя 3.В таком случае (когда на правом электромагните гидрораспределителя 3 присутствует логический "0", а на левом - логическая "1") гидрбраспределитель 3 занимает положение 11, В этом положении он соединяет правую полость силового гидроцилиндра 4 с гидронасосом 2, а левую - со сливом. В результате поршень силового гидроцилиндра 4 перемещается влево и полурамы 5 поворачиваются влево,Как только углы,В и б сравняются, сигнал рассогласования навыходе схемы 24 сравнения исчезает, т.е. логическая "11 на этом выходе сменяется логическим "О"; который инвертируется элементом НЕ 23 в логическую "1 ф и последняя поступает на один вход элемента.И 19; На другом входе этого элемента, как указывалось выше, имеется логическая "1". Следовательно, на выходе элемента И 19 и на входе элемента ИЛИ 15 присутствует логическая "1". Аналогично можно показать, что на входах элемента 20 будет присутствовать логические "0" и "1", следовательно, на выходе элемента И 20 и на другом входе элемента ИЛИ 15 будет логический "0". Логические "0" и "1" на входах эле.мента ИЛИ 15 дают логическую "1" на его выходе, а следовательно, и, на входе правого электромагнита гидрораспределителя 3, Так как в рассматриваемом случаекогда,Я С) сигнал рассогласования на выходе схемы 26 сравнения отсутствует, то как и в описанном выше случае, на левом электромагните 18 гидрораспределителя 3 остается логическая "1 ф. Таким образом, на обоих электромагнитах гидрораспределителя 3 присутствуют электрические сигналы (логические ".1"), что вызывает переключение гидрораспределителя 3 в положение Т, при котором все его выходы и полости силового гидроци" линдра 4 заперты, что обеспечивает фиксацию полурам 5 в нужном положении.При реверсивном управлении (транспортное средство движется назад) сиденье водителя вместе с рулевым ко 5 лесом поворачивается на 180 , а пе=ореключатель 34 переводится в нижнее положение, что приводит к изменению полярности напряжения питанияпотенциометра 10 на противоположное.10 Следовательно, при повороте рулевогоколеса 1 вноаво и возврате его додостижения нейтрального положения,на вход схемы 13 сравнения поступа.ет положительный электрический сигнал, а при повороте рулевого колеса 1 влево и последующем возвратеего до достижения нейтрального положения - отрицательный электрическийсигнал от потенциометра 10.В результате на выходе схемы 13сравнения сигналы также поменяютсяна противоположные: при повороте ру=левого колеса вправо от нейтральногоположения на указанном выходе будетлогическая "1", при его повороте влево от нейтрального положения - логический "0", Так как работа блока 8происходит аналогично вышеописанной,то на выходах логического устройства 14 и на обоих электромагнитах гидЗ 0 рораспределителя 3 сигналы также поменяются на противоположные там,где была логическая "1", присутствует логически "О", и наоборот, гдебыл логический "О",появляется логи 35 ческая "1"1. При этом гидрораспределитель 3 срабатывает таким ббразом,что приводит к соответствию поворота полурам 5 повороту рулевого коле-са 1.40 Имитация усилия на рулевом, колесе происходит следующим образом,При повороте рулевого колеса 1 вту или иную сторону на угол М будетперемещаться поршень силового гидроцилиндра 32, перегоняя жидкость изодной его полости в другую, создаваятем самым усилие на рулевом колесе 1пропорционально скорости поворотапоследнего. Одновременно в схеме 30сравнения происходит сопоставлениеразницы углов О поворота рулевогоколеса 1 и б полурам 5 с пороговымуровнем В, и при превышении порогового уровня (например, при большомсопротивлении повороту - препятствии ) с помощью электромагнита 31блокируют. силовой гидроцилиндр 32.В этом случае силовой гидроцилиндр 32будет заблокирован до тех пор, пока гидросистема не повернет полура 60 мы 5 (увеличивая уголь) или покаводитель,не повернет рулевое колесо 1 в сторону уменьшения угла 0(.(за счет податливости привода междурулевым колесом 1 и поршнем силового65 гидроцилиндра 32),1133157 равлениядействиямы. в Корректор И.Муска В. Калмыгунова оставите ехред С. актор Е.Лушников 906 1/ 8 Тираж 601ВНИИПИ Государственнопо делам изобретен 113035, Москва, Ж, Ра Подписное о комитета СССР й и открытий ушская наб., д. 4/5,Зак илиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Экономический эффект предложенной системы рулевого управления достигается за счет улучшения качества уппутем увеличения быстрообратной связи систе 1