一种推土机用可调节转向装置及其转向方法

技术领域

本发明属于推土机转向控制技术领域，具体涉及一种推土机用可调节转向装置及其转向方法。

背景技术

推土机作为一种常用的工程机械设备，主要用于挖掘土地、平整地面以及搬运材料等工作。在工地施工中，推土机的操作性和灵活性对于提高工作效率和减少劳动力的使用非常重要。目前市场上的推土机转向装置大多采用传统的纯机械结构，其转向角度固定，转向力矩不可调，无法灵活应对不同工作条件下的转向需求，存在转向不灵活等缺点，不能满足复杂环境下的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推土机用可调节转向装置及其转向方法，可以调节转向力矩、转向角度用以改变推土机的行进路径，从而使推土机可以灵活地适应不同工地和人群的需要。

为实现上述目的，本发明一种推土机用可调节转向装置，包括：

转向系统，控制推土机的转向动作并根据操作员输入的转向指令调整转向轮的转向角度；

力矩反馈装置，安装于转向系统上，在推土机转向动作时，反馈力矩信息给驾驶员，使其感受到转向时的力量和方向；

绝对值编码器，安装于转向桥上，通过拉线与转向齿轮连接，确定转向轮的绝对位置和角度；

推土机控制器，接收来自绝对值编码器和力矩反馈装置的输入信号，并根据预设的转向曲线进行处理，确定转向角度后将信息发送给转向系统。

作为本发明进一步的方案：所述转向系统包括转向柱，所述转向柱设置在推土机的前部，上部连接方向盘，下部连接转向部件，所述方向盘设于推土机的驾驶室位置，驾驶员作用在方向盘上的力转变为转矩后，通过转向柱驱动转向部件，完成推土机的转向动作。

作为本发明进一步的方案：所述力矩反馈装置同轴安装在转向柱上，所述力矩反馈装置包括：

电磁弹性体组件，采用电磁材料制成，随外部输入电流的大小发生形变，增加转向阻尼力，并反馈至驾驶员改变施加在方向盘上的力；

传感器元件，用于检测转向力矩，并将力矩转换为电信号；

信号处理电路，用于提前和处理传感器元件产生的电信号，确保准确可靠的力矩测量；

装配连接器的外壳，利用外壳安装力矩反馈装置所有部件，提供物力保护，同时利用连接器将传感器元件与推土机控制器连接，并通过CANopen协议进行通讯。

为实现上述目的，本发明另一方面提供一种推土机用可调节转向方法，包括以下步骤：

S1、信息获取：通过绝对值编码器检测转向轮的角度变化并将其转换为相应的电信号信息；

S2、数据处理：推土机控制器接收到绝对值编码器提供的角度信息，根据预设转向曲线的指定角度进行计算和比较，进行数据处理和分析；

S3、控制信号生成：推土机控制器根据数据处理的结果，生成相应的控制信号；

S4、转向力矩调节：生成的控制信号被传输到转向系统，根据控制信号的变化进行相应的动作；

S5、角度调整与稳定：转向系统中，驾驶员施加给转向柱的力使转向系统工作，从而调整转向轴的转向角度；推土机控制器通过对力矩反馈装置反馈的电压信号进行实时监控，当出现角度偏差时，通过调节输出电流大小以使力矩反馈装置中电磁弹性原件产生形变，实现对转向柱所需转向力大小的实时调整，以保持转向轴在指定角度附近的稳定性。

作为本发明进一步的方案：还包括：

指定转向角度位置锁死，力矩反馈装置通过CAN通信连接到推土机控制器的数字信号线，传感器可以将当前转向角度位置信息发送给推土机控制器；当车辆达到预设的转向角度位置时，推土机控制器通过加大力矩反馈装置中的瞬时电流，增大转向柱的转向阻尼力，控制转向力大小，以实现指定转向角度锁死；

轮胎回中角度提醒，当驾驶员转动方向盘时，转向桥上的绝对值编码器会检测转向轮转向角度信息，并将该信息传递给推土机控制器；推土机控制器根据这些信息来计算出轮胎的转向角度α，并与预设的回中角度β进行比较；当轮胎的转向角度α偏离预设回中角度β时，推土机控制器通过仪表盘上的警告灯或蜂鸣器报警提示驾驶员进行调整；

通过加大力矩反馈装置中的瞬时电流，增大转向柱转向阻尼力，控制转向力大小，使驾驶员感知转向力的变化，实现回中角度提醒，帮助驾驶员更好地掌控车辆的转向行为。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

可以根据操作员的不同需求进行灵活调整，操作员作用在方向盘上的转向力矩大小可调，使推土机在复杂环境中具有更好的操控性和适应性；

通过转向控制和转向力矩反馈，可实现轮胎角度回中提醒，指定转向角度锁死功能，操作员可以更准确地控制转向动作，提高工作效率和安全性；

能够适用于不同类型和规模的推土机，具有较高的通用性和适用性。

附图说明

图1是一种推土机用可调节转向装置的结构示意图。

图2是一种推土机用可调节转向装置的立体状态结构示意。

图中：1、转向系统，2、力矩反馈装置，3、绝对值编码器，4、推土机控制器；

11、方向盘，12、转向柱，13、转向部件；

21、电磁弹性体组件，22、传感器元件，23、信号处理电路，24、装配连接器的外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种推土机用可调节转向装置，包括：

转向系统1，控制推土机的转向动作并根据操作员输入的转向指令调整转向轮的转向角度；

具体的，转向系统1包括转向柱12，转向柱12设置在推土机的前部，上部连接方向盘11，下部连接转向部件13，方向盘11设于推土机的驾驶室位置，驾驶员作用在方向盘11上的力转变为转矩后，通过转向柱12驱动转向部件13，完成推土机的转向动作；

力矩反馈装置2，安装于转向系统1上，在推土机转向动作时，反馈力矩信息给驾驶员，使其感受到转向时的力量和方向；

具体的，力矩反馈装置2同轴安装在转向柱12上，力矩反馈装置2包括：

电磁弹性体组件21，采用电磁材料制成，随外部输入电流的大小发生形变，增加转向阻尼力，并反馈至驾驶员改变施加在方向盘11上的力；

传感器元件22，用于检测转向力矩，并将力矩转换为电信号；

信号处理电路23，用于提前和处理传感器元件22产生的电信号，确保准确可靠的力矩测量；

装配连接器的外壳24，利用外壳安装力矩反馈装置2所有部件，提供物力保护，同时利用连接器将传感器元件22与推土机控制器4连接，并通过CANopen协议进行通讯；

绝对值编码器3，安装于转向桥上，通过拉线与转向齿轮连接，基于CANopen协议向外输出8-12位二进制数据，用于确定转向轮的绝对位置和角度；

具体的，当转向动作发起时，转向轮产生角度偏移，通过拉线使绝对值编码器3转轴转动，并输出脉冲信号，脉冲曲线中A相领先B相90°，以此判断转轴正反转，并通过can线传输至推土机控制器4，获取转向轮转向角度，与传统角度传感器相比，绝对值编码器3精度获取转向角度精度更高；

推土机控制器4，接收来自绝对值编码器3和力矩反馈装置2的输入信号，并根据预设的转向曲线进行处理，确定转向角度后将信息发送给转向系统1；

具体的，推土机控制器4根据力矩反馈装置2输出的脉冲信号占空比，将其转化为电信号并它通过与预设的转向曲线进行比较，确定所需的转向角度，将该信息发送给转向系统1。

一种推土机用可调节转向方法，包括以下步骤：

S1、信息获取：通过绝对值编码器3检测转向轮的角度变化并将其转换为相应的电信号信息；

S2、数据处理：推土机控制器4接收到绝对值编码器3提供的角度信息，根据预设转向曲线的指定角度进行计算和比较，进行数据处理和分析；

具体的，转向曲线的预设可以根据车辆的设计要求、驾驶习惯和安全考虑来进行调整。预设转向曲线的目标是在不同速度下提供一致且可控的转向感受，预设曲线可以通过修改转向控制器的参数或者在系统中使用专门的调节装置进行实现；

S3、控制信号生成：推土机控制器4根据数据处理的结果，生成相应的控制信号，根据当前角度与指定角度之间的差异来调整控制信号的输出；

S4、转向力矩调节：生成的控制信号被传输到转向系统1，根据控制信号的变化进行相应的动作；

具体地，当驾驶员转动方向盘11时，通过反馈力矩传感器测量车轮转向时的方向盘11转动力矩，方向盘11转动力矩公式：T＝F*R，R为转向方向盘11直径，F为转向力，T为方向盘11转动力矩，当R保持不变时，T与转向力F成正比关系；F大小受力矩反馈装置2中通过电流大小控制，即电流越大，弹性电磁装置形变越大，所需克服形变力F越大，进而控制车轮转向力矩，实现控制车轮转向力矩可调；

S5、角度调整与稳定：转向系统1中，驾驶员施加给转向柱12的力使转向系统1工作，从而调整转向轴的转向角度；推土机控制器4通过对力矩反馈装置2反馈的电压信号进行实时监控，当出现角度偏差时，通过调节输出电流大小以使力矩反馈装置2中电磁弹性原件产生形变，实现对转向柱12所需转向力大小的实时调整，以保持转向轴在指定角度附近的稳定性；

还能够进行指定转向角度位置锁死和轮胎回中角度提醒；

指定转向角度位置锁死，力矩反馈装置2通过CAN通信连接到推土机控制器4的数字信号线，传感器可以将当前转向角度位置信息发送给推土机控制器4；当车辆达到预设的转向角度位置时，推土机控制器4通过加大力矩反馈装置2中的瞬时电流，增大转向柱12的转向阻尼力，控制转向力大小，以实现指定转向角度锁死；

轮胎回中角度提醒，当驾驶员转动方向盘11时，转向桥上的绝对值编码器3会检测转向轮转向角度信息，并将该信息传递给推土机控制器4；推土机控制器4根据这些信息来计算出轮胎的转向角度α，并与预设的回中角度β进行比较；当轮胎的转向角度α偏离预设回中角度β时，推土机控制器4通过仪表盘上的警告灯或蜂鸣器报警提示驾驶员进行调整；

通过加大力矩反馈装置2中的瞬时电流，增大转向柱12转向阻尼力，控制转向力大小，使驾驶员感知转向力的变化，实现回中角度提醒，帮助驾驶员更好地掌控车辆的转向行为。