阅读说明：本技术 一种悬浮式转向驱动桥、车辆以及其控制方法 (Suspension type steering drive axle, vehicle and control method thereof ) 是由 仪垂良 张成保 刘学峰 任东梅 孙绍华 孙盛刚 张翠英 高强 刘学串 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种悬浮式转向驱动桥、车辆以及其控制方法,属于非道路农用车辆传动技术领域,该转向驱动桥包括驱动桥壳体总成、左摇臂总成以及右摇臂总成；左摇臂总成和分别铰接在驱动桥壳体总成的两端；还包括悬浮油缸和液压控制单元；在驱动桥壳体总成与摇臂总成的之间设有悬浮油缸；所述悬浮油缸可通过液压控制单元控制调节悬浮油缸实现摇臂总成的上下摆动。本公开的驱动桥、包含该驱动桥的车辆以及控制方法可以调节左右两侧悬浮油缸的支撑刚度以缓冲车辆的纵向、横向冲击颠簸,从而保持整机运行姿态的平稳。(The utility model relates to a suspension type steering drive axle, a vehicle and a control method thereof, belonging to the technical field of non-road agricultural vehicle transmission, wherein the steering drive axle comprises a drive axle housing assembly, a left rocker arm assembly and a right rocker arm assembly; the left rocker arm assembly is hinged to two ends of the drive axle housing assembly respectively; the hydraulic control system also comprises a suspension oil cylinder and a hydraulic control unit; a suspension oil cylinder is arranged between the driving axle housing assembly and the rocker arm assembly; the suspension oil cylinder can be controlled and adjusted by the hydraulic control unit to realize the up-and-down swing of the rocker arm assembly. The drive axle, the vehicle comprising the drive axle and the control method can adjust the support rigidity of the suspension oil cylinders at the left side and the right side to buffer longitudinal and transverse impact jolts of the vehicle, so that the stability of the running posture of the whole vehicle is kept.)

一种悬浮式转向驱动桥、车辆以及其控制方法

技术领域

本公开属于非道路农用车辆传动技术领域，具体是涉及一种悬浮式转向驱动桥、车辆以及其控制方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

拖拉机作为主要的农田作业动力机械在我国农业生产中已广泛普及，具有巨大的社会保有量，为农业现代化发展提供了有力的支撑。但是，长期以来我国的拖拉机研发制造技术与国际先进水平相比还存在着较大差距，特别是在智能化、机电液一体化方面差距更大。转向驱动桥作为拖拉机的重要动力传动部件，对拖拉机的综合性能，特别是动力性能、通过性能、舒适性能影响较大。

发明人发现目前悬浮式转向驱动桥在国内拖拉机行业仍然是空白，随着拖拉机功能的不断拓展，四轮驱动及大型化趋势已经形成，但技术水平跟不上发展要求，大家依然使用传统的刚性转向驱动桥，在广大农村崎岖乡间道路和田间作业由刚性桥带来的颠簸振动严重影响了拖拉机的作业质量和作业效率，严重的甚至影响到驾驶员的身体健康，产生腰肌劳损、胃下垂等。随着农业、农村工作的发展，特别是新农村建设的推进，农民的生产、生活环境得到了极大的改善，人们对这类农机的技术先进性有了更高的要求，对悬浮式转向驱动桥关键技术的研究成为了必然。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本公开提供了一种悬浮式转向驱动桥、车辆以及其控制方法，应用于四轮驱动拖拉机替代目前的刚性转向驱动桥，填补国内同类技术空白。当拖拉机因行驶速度变化(包括加速和减速工况)或牵引负荷变化(突然增加或减少)也或是地面的凹凸不平对车轮产生冲击时，智能控制器会根据整机VCU和悬浮式转向驱动桥自身设置的悬浮位移传感器反馈的信号强度控制液压控制模块的比例阀和单向节流阀动作，调节左右两侧悬浮油缸的支撑刚度以缓冲吸收由此带来的纵向、横向冲击颠簸，从而保持整机运行姿态的平稳。

本公开至少一个实施例公开一种悬浮式转向驱动桥，包括驱动桥壳体总成、第一摇臂总成以及第二摇臂总成；第一摇臂总成和第二摇臂总成分别铰接在驱动桥壳体总成的两端；还包括悬浮支撑油缸和液压控制单元；所述悬浮支撑油缸设置在驱动桥壳体总成与摇臂总成之间；悬浮支撑油缸可通过液压控制单元控制调节油缸中液压油的流量及流向实现摇臂总成的上下摆动。

进一步地，所述液压控制单元包括比例电磁阀、单向节流阀、溢流阀组成的液压阀组；液压控制单元根据指令控制比例电磁阀动作并叠加单向节流阀的节流作用控制进出悬浮支撑油缸的液压油量。

进一步地，所述驱动桥还包括电控单元；所述电控单元包括微处理器、数模转换器、功率放大器、悬浮高度传感器；所述悬浮高度传感器被配置用于采集车轮受冲击时悬浮高度变化参数，并将参数经数模转换器处理后与来自车辆VCU的CAN信号一同输入微处理器，微处理器处理的结果经功率放大器放大后输出到液压控制单元的比例电磁阀控制液压油的流量、流速、流向。

进一步地，所述电控单元还包括工作模式转换开关；所述工作模式转换开关共分三档，中间档位是悬浮开启模式，手柄推进是悬浮在中位锁止模式，手柄拉出是悬浮在最低位。

进一步地，所述第一摇臂总成和第二摇臂总成均包括有第一摇臂、第二摇臂、转向节、转向主销；转向节通过转向主销与摇臂连接，第一摇臂和第二摇臂均通过转轴与驱动桥壳体连接形成四连杆机构；所述转轴上设有高度传感器；悬浮支撑油缸的一端支撑在驱动桥壳体上，另一端支撑在第二摇臂上。

进一步地，所述驱动桥壳体总成包括驱动桥壳体和设置在壳体端部的悬浮油缸支撑轴；驱动桥壳体的两端还设有用于连接摇臂总成的转轴孔；悬浮油缸支撑在驱动桥壳体的端部和摇臂总成的下摇臂之间。

进一步地，所述驱动桥还包括设置在驱动桥壳体总成内部的中央传动总成；所述中央传动总成包括中央传动主动齿轮、中央传动被动齿轮、自动限滑差速器；所述中央传动主动齿轮固定在中央传动支撑座内，且与中央传动被动齿轮啮合；中央传动被动齿轮固定在差速器壳体上，且与自动限滑差速器一起安装于中央传动支座的差速器固定座孔内。

进一步地，所述驱动桥还包括转向油缸总成，所述转向油缸总成包括油缸、转向拉杆接头；油缸的两端设有活塞杆，活塞杆与转向拉杆接头的一端铰接，转向拉杆接头的另一端与摇臂总成上的转向节臂连接构成转向梯形，油缸动作时带动左右转向节臂连动偏转实现转向功能。

本公开至少一个实施例还公开了一种车辆，该车辆包括上述任一项所述的一种悬浮式转向驱动桥。

本公开至少一个实施例还一种基于上述任一项所述一种悬浮式转向驱动桥的控制方法：

将通过位于摇臂总成上的高度传感器检测的信息反馈到数模转换器；

数模转换器转换后的信号和来自整机VCU的信号输入微处理器经运算再到功率放大器放大后，驱动液压控制单元中比例电磁阀动作来控制流入支撑油缸的液压油的流量及流向带动摇臂总成的上下摆动。

上述公开的实施例取得的有益效果如下：

1、本公开的悬浮式转向驱动桥实现了拖拉机转向驱动桥连接的左右车轮可独立动作的弹性支撑。

2、本公开的悬浮式转向驱动桥车轮支撑刚度实现了智能化控制，随车轮受到的冲击强度、整机运行速度变化强度实时改变；具有比传统刚性转向驱动桥机型更好的驾乘舒适性，改善田间作业质量。

4、本公开的悬浮式转向驱动桥中电控单元为适应不同作业工况，设置了三种工作模式，通常作业时使用悬浮模式，当采用前悬挂农具作业时可选择悬浮关闭模式或悬浮落至机械限位的工作模式。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的悬浮式转向驱动桥主视图；

图2为本公开实施例提供的悬浮式转向驱动桥俯视图；

图3为本公开实施例提供的悬浮式转向驱动桥左视图；

图4为本公开实施例提供的悬浮式转向驱动桥俯视图；

图5为本公开实施例提供的驱动桥壳体总成的俯视图；

图6为本公开实施例提供的驱动桥壳体总成的主视图；

图7为本公开实施例提供的中央传动总成的结构示意图；

图8为本公开实施例提供的左摇臂总成结构示意图；

图9为本公开实施例提供的左摇臂总成安装悬浮支撑油缸的结构示意图；

图10为本公开实施例提供的轮边减速器总成的结构示意图；

图11为本公开实施例提供的转向油缸总成的结构示意图；

图12为本公开实施例提供的液压控制单元的系统图；

图13为本公开实施例提供的电控单元的工作过程示意图。

图中：1、前中央传动总成，111、中央传动主动锥齿轮，112、中央传动被动锥齿轮，113、自动限滑差速器，114、中央传动支座，115、自动限滑差速器壳体，2、驱动桥壳体总成，211、驱动桥壳体，212、摇摆轴前支撑座，213、摇摆轴后支撑座，214、支撑油缸销轴，215、转轴孔，3、轮边减速器总成，311、行星架，312、轴承座，313、万向传动轴总成，4、左悬浮摇臂总成,411、上摇臂，412、下摇臂，413、转轴I，414、转轴II，415、转向节臂，5、右悬浮摇臂总成，6、转向油缸总成，611、油缸，612、活塞杆，613、活塞杆接头，7、液压控制单元，8、电控单元，9、悬浮高度传感器，10、转向角位移传感器，11、悬浮支撑油缸，12、液压储能器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本公开的的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图4所示，本实施例公开的智能控制悬浮式转向驱动桥，包含前中央传动总成1、驱动桥壳体总成2、轮边减速器总成3、左悬浮摇臂总成4、右悬浮摇臂总成5、转向油缸总成6、液压控制单元7、电控单元8。前中央传动总成1安装于驱动桥壳体总成2内部，左右悬浮摇臂总成安装于驱动桥壳体总成的两端并通过转轴与之连接，左、右上悬浮摇臂转轴处各安装一悬浮高度传感器9，在驱动桥壳体与下悬浮摇臂之间设有悬浮支撑油缸11，左、右悬浮摇臂总成中的转向节分别与左、右轮边减速器总成3连接，轮边减速器直接驱动转向驱动轮。当车辆运行在崎岖不平的地面或运行速度改变(如起步加速、制动减速)时，车轮会受到不同程度的冲击，使得悬浮摇臂产生上下跳动，悬浮高度传感器9和车辆整机VCU将检测信号传输给电控单元8，电控单元8中的控制器对信号处理后输出控制液压控制单元7动作并结合蓄能器12适时精准控制进出悬浮支撑油缸11的液压油的流量、流速、流向改变其支撑刚度来缓冲、吸收颠簸震动能量，以达到机组运行平稳。

如图5-图6所示，本实施中的驱动桥壳体总成2主要包括驱动桥壳体211，摇摆轴前支撑座212，摇摆轴后支撑座213，支撑油缸销轴214，中央传动总成1设置在驱动桥壳体内部，壳体总成的两端设有用于连接左摇臂总成的转轴孔215，这两个转轴孔分别与左摇臂总成和右摇臂总成中的上下摇臂通过转轴连接；悬浮支撑油缸销轴214用于与悬浮支撑油缸11的一端连接，悬浮支撑油缸11的的另一端固定在摇臂总成中的下摇臂上。

进一步地，如图7所示本实施中的所述前中央传动总成1包括中央传动主动锥齿轮111、中央传动被动锥齿轮112、自动限滑差速器113、中央传动支座114。中央传动主动锥齿轮111采用一对推力轴承安装在中央传动支座114内，中央传动被动齿轮通过螺栓固定在自动限滑差速器的壳体115上并与自动限滑差速器一起用一对推力轴承安装于中央传动支座的差速器固定座孔内。动力经中央传动主动齿轮输入，驱动中央传动被动齿轮从而带动自动限滑差速器一起转动，自动限滑差速器的两半轴差速齿轮通过花键与连接左右轮边减速器的万向传动轴连接以驱动两转向驱动轮工作，具体是来自分动箱的动力经被动锥齿轮传给差速器，再经差速器中的左右半轴齿轮、万向驱动轴传入左右两端的轮边减速器驱动前轮工作。自动限滑差速器内部的液压离合器在拖拉机直行时结合将两半轴差速齿轮和差速器壳体锁住一起转动使两转向驱动轮发挥最佳驱动效果，拖拉机转向时安装于左或右悬浮摇臂上转向节处的转向角位移传感器10发出信号液压离合器自动分离恢复差速器的差速功能；

进一步地，如图8-图9所示，本实施例中的摇臂总成以左悬浮摇臂总成为例，该悬浮摇臂总成包括上摇臂411、下摇臂412、转向节、悬浮支撑油缸、上转向主销、下转向主销。其中上摇臂411通过转轴I413与驱动桥壳体总成2上的上转轴孔相连接，下摇臂412通过转轴II414与驱动桥壳体总成2上的下转轴孔相连接，转向节通过上、下转向主销与上、下悬浮摇臂连接，这样上、下悬浮摇臂与驱动桥壳体连接形成四连杆机构。悬浮支撑油缸11的一端可直接设置在下摇臂412中，另一端与驱动桥壳体总成2上的支撑油缸销轴214连接。对于右悬浮摇臂总成连接方式同上述一样，这里就不再做过多的赘述。

为了保持车轮定位姿态消除运动干涉可将上、下转向主销设计为关节轴承结构。当车轮受到冲击或感知地面支撑力变化时悬浮摇臂总成会随悬浮油缸伸缩上下摆动,从而保持整机运行姿态的平稳。

本实施公开的轮边减速器总成用于连接车辆的车轮，同时与上、下悬浮摇臂总成连接，如图10所示，所述轮边减速器总成采用了行星减速机构，包含了行星架(轮毂)311、轴承座312、行星齿轮、内齿圈、内齿圈连接盘、万向传动轴总成313。内齿圈通过内齿圈连接盘固定于悬浮摇臂总成的转向节上作为行星减速机构的固定构件，行星架311作为轮毂为输出构件，其上面均布安装有三行星齿轮，行星架311与轴承座312共用一套螺栓与驱动轮连接，轮毂内设置两套圆锥辊子轴承支撑在转向节上，万向传动轴313的一端即太阳轮(行星减速机构的主动构件)穿过转向节与三行星齿轮啮合，另一端与***差速器的内半轴总成相连将来自差速器的动力输入行星减速机构。

进一步地，本实施例公开的转向驱动桥还设有转向油缸总成6；如图11所示，所述转向油缸总成，包含油缸611、活塞杆612、活塞杆接头613及转向拉杆接头。其中油缸611中置安装于中央传动支撑座上，对称双出活塞杆612，活塞杆612两端通过活塞杆接头613与转向拉杆接头铰接，转向拉杆接头的另一端设有球头销与转向节的转向节臂415连接构成转向梯形见图2，油缸动作时带动左右转向节连动偏转实现转向功能。

进一步地，如图12所示，本实施中的液压控制单元主要包含蓄能器9.1和9.2、比例电磁阀7.1和7.2、交叉式阀组8.1和8.2、电磁球阀6.1和6.2、溢流阀3、单向阀11.1和11.2、单向节流阀4、双向节流阀11.1和11.2、二位三通电磁阀2、节流孔5、梭阀10以及左右悬浮支撑油缸A和B。

拖拉机驾驶过程中的悬浮控制由比例电磁阀7.1和7.2、交叉式阀组8.1和8.2以及蓄能器9.1和9.2等元件执行。在悬浮模式状态下，二位三通电磁阀2、二位二通电磁球阀6.1或6.2失电，比例阀7.1和7.2部分或全部开启。蓄能器9.1和9.2为拖拉机提供减震器的作用，当前轮受地面冲击载荷发生变化悬浮油缸A和B因受力收缩时，液压油液被压进蓄能器9.1和9.2，在悬浮反弹时，悬浮油缸A和B伸张，液压油液从蓄能器9.1和9.2流出补油，这里交叉式阀组8.1和8.2提供被动式压缩阻尼功能。二位三通电磁阀2是提升阀，用于控制系统进油。当机身提升时，二位三通电磁阀2、二位二通电磁球阀6.1或6.2、比例阀7.1或7.2带电开启，悬浮油缸A或B大腔进油，悬浮油缸A或B活塞杆伸长，使拖拉机前部抬起；双向节流阀1.1和1.2分别用于控制机身提升速度和下降速度。当双向节流阀1.2开启，因拖拉机前部重力作用在悬浮油缸上，亦即，靠拖拉机自重，迫使悬浮压力油油液经节流阀泄入油箱，使悬架降低，拖拉机前部下落；节流孔5的作用是使负载敏感变量泵的高压出口压力与负载反馈压力产生压差，以控制激活油泵，确保其正常流量输出；比例电磁阀7.1和7.2的作用是提供动态变化的主动压缩阻尼；安全溢流阀3的作用是用于限定悬浮回路的最高工作压力，防止悬浮系统超载；二位二通电磁球阀6.1和6.2用于对左右悬浮油路进行隔离，确保悬浮提升、下降等工作模式有效独立控制，正常工作；单向阀11.1和11.2用于对左右悬浮油路进行隔离，在满足相关功能独立控制的条件下，保证左右悬浮系统共用一个安全阀3，并共用一套放油油路；单向节流阀4的功能是当机身电动下落时，控制悬架下落速度，确保动作安全平稳；梭阀10用于对整机提升系统和悬浮系统LS进行选择、切换和压力信号控制。

如图13所示，本实施例公开的转向驱动桥中的电控单元8，包含微处理器、数模转换器、功率放大器、电源、悬浮高度传感器、工作模式转换开关。当前轮受到凹凸不平的地面冲击，上下颠簸时悬浮摇臂跟随摆动，安装于摇臂轴承轴端的悬浮高度传感器将信号反馈到数模转换器，整机速度变化对前轮的冲击由整机VCU提供信号，数模转换器转换后的信号和来自整机VCU的信号输入微处理器经运算再到功率放大器放大后即可驱动液压控制单元中的比例电磁阀动作来控制流入悬浮支撑油缸的液压油的流量及流向从而实现悬浮功能。

另外，电控单元8还包括工作模式转换开关，该开关的的一端连接电源模块，另一端直接连接在数模转换器上，其中的工作模式转换开关共分三档，中间档位是悬浮开启模式，在此模式下前轮处于悬浮状态，可自动保持整机运行姿态平稳，手柄推进是悬浮在中位锁止模式，在此模式下支撑油缸进出油路全封闭状态，前轮失去悬浮功能。手柄拉出是悬浮在最低位，此时机械限位生效，通过设置这三档开关可以实现车辆在不同的行走环境下，转换工作模式，提高车辆的适应性能。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。