CN101056791A

CN101056791A - 机动车动力转向系统

Info

Publication number: CN101056791A
Application number: CNA2005800380866A
Authority: CN
Inventors: G·弗格尔; A·欣茨; D·祖克
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-10-17
Also published as: US20080251310A1; EP1807298A1; JP2008518841A; WO2006048453A1; KR20070083958A

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的车辆转向系统，该车辆转向系统带有能够由驾驶员操作并与车辆转向轮(10、11)相连以确定行驶方向的转向手柄(1)。该车辆转向系统包括具有两个作用方向的液压工作缸(19)，并且包括加载液压压力到阀组件(30)的液压压力源(12)。阀组件(30)控制输送到工作缸(19)的液压压力的大小，并且确定工作缸(19)的作用方向。阀组件(30)包括两个分离的阀，其中第一阀确定工作缸的作用方向，而第二阀控制液压工作缸的工作压力。本发明还涉及一种操作车辆转向系统的方法。

Description

机动车动力转向系统

技术领域

本发明涉及一种车辆转向系统，以及一种操作车辆转向系统的方法。

背景技术

目前的机动车，尤其是乘用车，一般都配备有液力或电液动力转向系统，其中转向盘机械地与车辆转向轮以相互作用的方式相连。车辆转向系统的助力通常在转向机构的中部包括诸如液压缸的致动器。由致动器产生的力支持转向机构的运行，作为对由驾驶员引起的转向盘转动的反应。这减小了在转向过程中驾驶员的力量消耗。

在已知的车辆转向系统中设有模拟控制的滑阀，其调节助力缸的作用方向及助力压力的大小。所述滑阀构造为旋转滑阀，其中滑动件由行程磁体(Hubmagneten)和/或由带有减速齿轮的电机定位，以使在助力缸中需要的缸室内以需要的量出现需要的动压力。所需的旋转滑阀比较复杂并且需要高制造成本。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的包括提供一种替代的车辆转向系统。

此目的通过根据权利要求1的车辆转向系统实现。本发明提出一种用于机动车的车辆转向系统，所述车辆转向系统包括由驾驶员操作的转向手柄，所述手柄与车辆转向轮相互作用地连接，以确定车辆的行驶方向。所述车辆转向系统包括液压工作缸和液压压力源，所述工作缸具有两个作用方向，所述液压压力源向阀组件加载液压压力。所述阀组件控制引入工作缸的液压压力的大小并且确定工作缸的作用方向。所述阀组件包括两个分离的阀，其中第一阀确定工作缸的作用方向，第二阀控制液压工作缸的工作压力。

在本发明一实施例中，第一阀为数字控制的电磁滑阀。在本发明另一实施例中，第一阀是模拟控制的电磁滑阀。

在一优选实施例中，第一滑阀显示出可变的切换速度。所述可变的切换速度有利于实现平顺切换。

在一实用实施例中，在工作缸从一个作用方向切换到另一个作用方向时，第一阀的滑动件在工作缸的两个缸室之间形成液压短路。所述液压短路提高了驾驶员的转向舒适性。

在本发明的车辆转向系统一优选实施例中设有控制单元，所述控制单元接收来自于转向角度传感器及转向力矩传感器的信号并且从中算出控制命令，所述命令被传送给阀组件。

在本发明的另一个实施例中，第二阀是模拟控制的滑阀。在此情况下可以设有位移传感器(Wegsensor)，所述位移传感器检测第二阀的滑动件的位移并且将相应的位移信号传送给控制单元。

合适地，所述压力源可以是泵，所述泵从贮存器中输出液压介质，并将所述液压介质加载到阀组件。

本发明一优选实施例中设有安全阀，在发生故障时所述安全阀在工作缸的缸室之间建立液压短路。所述安全阀可以是电磁阀，所述电磁阀被机械弹簧预加载在液压短路的位置。

在本发明的车辆转向系统的实用改进中，设有至少三个压力传感器，在正常工作时，所述三个传感器中的两个总是测量相同的压力。此结构的优点在于，当没有两个压力传感器显示相同的压力时，可以快速简单地检测为发生特定运行故障。

本发明的另一个目的在于，提供一种操作前述类型的车辆转向系统的方法。

根据本发明，此目的通过一种操作液力车辆转向系统的方法来实现，所述方法包括以下步骤：

-选择工作缸的缸室，用液压介质对其加载；

-在从工作缸要求转向力时，克服机械弹簧的力保持安全阀闭合；和

-在没有从工作缸要求转向力时或识别到故障时，打开安全阀。

附图说明

附图中示出本发明的各实施例。相同的或相应的部件用相同的附图标记表示。附图中，

图1为本发明的车辆转向系统的示意图；

图2a示出本发明的车辆转向系统的第一实施例的液压回路图；

图2b示出本发明的车辆转向系统的第二实施例的液压回路图；

图2c示出本发明的车辆转向系统的第三实施例的液压回路图；

图3a示出图2c的第三实施例的车辆转向系统的一个具体改进；

图3b示出图2c的第三实施例的车辆转向系统的另一个具体改进；

图3c示出图2c的第三实施例的第三个具体改进。

具体实施方式

图1所示的转向系统包括转向盘1和与转向盘1相连的转向管柱2，转向管柱2具有两个万向节3、4。转向管柱2与转向盘轴5相连或形成为转向盘轴5的一部分。转向盘轴5驱动转向齿轮6，该转向齿轮6将转向盘轴5的转动转换为转向拉杆7的平动。在图1中，转向拉杆7构造为驱动配置在其上的转向横拉杆8、9的齿条7。转向横拉杆8、9的运动引起轮10、11的偏转以控制车辆的行驶方向。在所示的齿轮齿条式转向系统中，液力辅助是借助于液压泵12实现的，所述液压泵由车辆的驱动电机驱动。在所示的实施例中，泵12由驱动带13驱动。当然，使用在现有技术中已知的所有其它合适的驱动方法来实现本发明也是可行的。液压泵12在液压流体中产生压力，所述液压流体通过管路14被输送到方向控制阀15。压力流体能够通过返回管路16流回贮存器17。方向控制阀15通过两个液压管路18a、18b与液压工作缸19相连。活塞20将工作缸19分隔成两个缸室21、22。

活塞20被固定在转向拉杆7上，以使当过高压力被加载到两个缸室21、22中的一个时，活塞20可以直接向转向拉杆7施加作用力。

在第二万向节4与转向齿轮6之间，设有扭杆23、力矩传感器24和角度传感器25。角度传感器25测量驾驶员使用转向盘1预确定的转向角度，并输出代表该转向角度的输出信号δ。输出信号δ通过车辆总线(CAN)27传递，并被传送给中央控制单元(ECU)28。车辆总线还将输出信号δ传递给例如行驶稳定性控制，所述行驶稳定性控制并未示于图1中，也不是本发明的主题。力矩传感器24测量由驾驶员施加的转向力矩并将代表该转向力矩的输出信号M传送给控制单元28。

最后，为了能够传出转向故障信息，即，电池电压降低至低于临界值并且无法继续保证车辆转向系统的正常功能，控制单元28还接收代表电池电压的信号U_Bat。所述故障信息导致安全阀33断开并且在缸室21、22之间建立液压短路，所述液压短路使液力转向辅助失效。

控制管路29从控制单元28通向方向控制阀15，用以确定转向辅助的方向，即，两个缸室21、22中的哪一个将会被加载压力介质。另外，由图1中没有示出的滑阀45(图2)确定工作压力的大小，即，转向辅助的程度。位移传感器31测量方向控制阀15中滑动件的位置，传感器31的输出信号被反馈回控制单元28以闭合控制回路。

第二控制管路32将控制单元28与安全阀33相连。在系统失效的情况下，安全阀33在工作缸19的两个缸室21、22之间建立液压短路。由此确保由于转向盘1与转向杆7之间的机械联接而保持车辆转向能力。在两个缸室21、22之间的液压短路确保使活塞20以及转向拉杆可移动。

安全阀33构造为，被机械弹簧34预加载到如图1中所示的液压短路位置。当相应的电流流过电磁体35的线圈时，电磁体35克服弹簧力使安全阀33闭合。当控制单元28切断此电流时或者当电流失效时，安全阀33自动返回短路位置，由此，车辆转向性能得到了保证。

包括安全阀33的调整工作压力的大小及方向的组件被简称为阀组件30并在图1中用虚线画出。

图2a示出图1中说明的车辆转向系统的液压回路图。泵12从贮存器17中抽取液压流体并以增高的压力通过管路14将其输送给方向控制阀15。图2a中的方向控制阀15为磁阀，其带有两个布置在两侧的行程磁体40a、40b，所述行程磁体40a、40b抵消同样布置在两侧的弹簧41a、41b。由此，方向控制阀15被弹性居中。当两个磁体40a、40b都切换为非激励状态时，方向控制阀15的滑动件(方向滑动件)将处于图2a中所示的中间位置，在此中间位置，阀的四个端口两两液压短路。当行程磁体中的一个被激励时，阀15的端口分别径直或交叉接合。滑动件的位置由位移传感器31监测，所述位移传感器31的输出信号被传给控制单元28。

在另一个实施例中，位移传感器31可以被位移开关替换，所述位移开关监测方向滑动件的位置。

液压管路18a和18b分别将方向控制阀15的两个端口与工作缸19的左、右缸室21、22相连接。在缸室21、22与方向控制阀15之间布置有安全阀33，所述安全阀33的工作模式已经参考图1进行了说明。

压力管路14中的压力大小由压力传感器43测量。另外，在通向两个缸室21、22的两个管路18a和18b的每一个中都布置有一个压力传感器44a、44b。所说明的三个压力传感器43、44a、44b的布置允许有效地监测阀15和33的正常工作。在阀15和33正常工作的情况下，三个压力传感器中的两个总是测量到同样的压力：当缸室21被加压时，压力传感器43和44a测量到同样的压力。与流出缸室22相连的压力传感器44b测量到较低的压力。另一方面，如果缸室22被加压，则压力传感器43和44b测量到同样的压力。与流出缸室21相连的压力传感器44a测量到较低的压力。压力传感器43、44a和44b的输出信号被传给控制单元28，并在其中进行处理。

控制单元28将不同于此种形式的测量值评价为故障。对故障的可能反应为使液力转向辅助不起作用，其中安全阀33将管路18a和18b短路。所述短路使工作缸19失效，如参照图1所述的情况。在本发明的一个实施例中设置为，在评价测量结果前，重复进行压力测量。

压力的大小由滑阀45调节。所述滑阀被模拟式磁阀46先导控制，即，阀45的滑动件由液压驱动，其中所述驱动压力由磁阀46调节。由此液压流体的供给管路14与返回管路16之间的压力梯度得到利用。在阀45与46之间的连接管路中设有限流装置47和过滤器48，以防止例如压力突变。

在一替代实施例中，滑阀45由磁体驱动。正如被液压先导控制的阀45一样，该实施例允许连续地改变阀滑动件的位置，以使工作压力的连续改变成为可能。在返回管路16中也设有流体过滤器49，该流体过滤器49与作为旁通阀的限压阀51并联连接。

图2b示出本发明的车辆转向系统的改进实施例的液压回路图。与图2a所示实施例的不同之处在于方向控制阀15的设计。在图2b的实施例中，方向控制阀包括布置在其一端的一个行程磁体40，用于抵消一弹簧41。然而，图2b中的方向控制阀15，恰如图2a中的方向控制阀15，也有中间位置，在此中间位置处，当方向控制阀切换工作缸19的作用方向时，在工作缸19的两个缸室21、22之间建立液压短路。与图2a中所示实施例相比，对于在图2b中的方向控制阀15，只需要为行程磁体设置一个单独的联接接头，这提供了成本上的优势。

图2c示出本发明的车辆转向系统的另一个实施例的液压回路图。与图2b所示实施例相同，方向控制阀15只有一个单独的行程磁体40，用于抵消一弹簧41。与图2b所示实施例不同的是，在方向控制阀切换时的液压短路却不是由单独的开关位置实现的。更确切地说，图2c的方向控制阀15中滑动件上的控制边缘比套筒的供给孔的内径小，以使在滑动件从一个位置变到另一个位置时，很快地在工作缸19的两个缸室21、22之间形成需要的液压短路。图2c中所示方向控制阀与图2a和2b中所示方向控制阀相比复杂性降低。

图2c所示实施例的特别有利之处在于，方向滑动件没有单独的中间位置，并且因此，能够被非常简单快速地制造出。然而，只要安全阀33是起作用的，在优选方向上，即，当开关磁体未被通电时的方向上，在压力控制阀处不可避免的动态压力将会在工作缸19内产生不希望的力。因此在本实施例中，在没有要求转向助力时安全阀33总是被切断的。这个操作模式对电子单元中的热效率有正面的影响。相应的操作方法代表了本发明的第二个方面。

图3a示出图2c所示液压回路图的一个具体实施例。在图3a所示的实施例中，安全阀33包括带有六个阶梯部57的套筒56。另外，安全阀33包括不带有横向孔的空心活塞58。单独的贮存口59负责安全阀33内的压力平衡。安全阀不能微型压接。

方向控制阀15包括带有五个阶梯部62的喷嘴61，以及构造为实心部件的活塞63。方向控制阀15能够微型压接。

图3b为图2c所示液压回路图的另一个具体实施例。在此实施例中，安全阀33包括带有五个阶梯部67的套筒66。安全阀33设有带有横向孔的空心活塞68。然而没有提供由单独的贮存口负责的压力平衡。

方向控制阀15包括带有四个阶梯部72的套筒71，以及带有横向孔的空心活塞73。方向控制阀15可以微型压接。

最后，图3c示出图2c所示液压回路图的最后一个具体实施例。在此实施例中，方向控制阀15及安全阀33被构造为，其中套筒和活塞分别设计为同等的部件。特别地，套筒设有五个阶梯部。活塞是空心的并带有横向孔。阀15与阀33都可以微型压接。没有为安全阀33提供由单独的贮存口负责的压力平衡。

Claims

1.用于机动车的车辆转向系统，所述车辆转向系统带有能够由驾驶员操作并与车辆转向轮(10、11)相连以确定行驶方向的转向手柄(1)，并包括具有两个作用方向的液压工作缸(19)，和加载液压压力到阀组件(30)的液压压力源(12)，所述阀组件(30)控制输送到工作缸(19)的液压压力的大小，并且确定工作缸的作用方向，

其特征在于，所述阀组件(30)包括两个分离的阀(15、45)，其中第一阀(15)确定工作缸的作用方向，而第二阀(45)控制液压工作缸的工作压力。

2.根据权利要求1所述的车辆转向系统，

其特征在于，所述第一阀(15)构造为数字控制的电磁滑阀。

3.根据权利要求1所述的车辆转向系统，

其特征在于，所述第一阀(15)为模拟控制的电磁滑阀。

4.根据权利要求3所述的车辆转向系统，

其特征在于，所述第一滑阀(15)具有可变切换速度。

5.根据权利要求2至4中的一项或多项所述的车辆转向系统，

其特征在于，当所述工作缸(19)的作用方向从一个切换为另一个时，所述第一阀(15)的滑动件在所述工作缸的两个缸室之间建立液压短路。

6.根据权利要求1所述的车辆转向系统，

其特征在于，所述第二阀(45)为模拟控制的滑阀。

7.根据权利要求1所述的车辆转向系统，

其特征在于，设有控制单元，所述控制单元接收来自于转向角度传感器及转向力矩传感器的信号并从中算出控制命令，所述控制命令被传送给所述阀组件。

8.根据权利要求6和7所述的车辆转向系统，

其特征在于，设有位移传感器(31)，所述位移传感器测量所述第一阀(15)的滑动件的位置并将相应的位置信号传送给所述控制单元(28)。

9.根据权利要求1所述的车辆转向系统，

其特征在于，所述压力源构造为泵(12)，所述泵(12)从贮存器(17)中输出液压介质并将所述液压介质加载到所述阀组件(30)。

10.根据权利要求1所述的车辆转向系统，

其特征在于，设有安全阀(33)，当发生故障时，所述安全阀(33)在所述工作缸(19)的两个缸室(21、22)之间建立液压短路。

11.根据权利要求10所述的车辆转向系统，

其特征在于，所述安全阀(33)为电磁阀，所述电磁阀被机械弹簧(34)预加载在液压短路的位置。

12.根据权利要求10所述的车辆转向系统，

其特征在于，设有至少三个压力传感器(43、44a、44b)，其中两个传感器在正常工作时测量相同的压力。

13.操作液力车辆转向系统的方法，所述方法包括以下步骤：

-选择工作缸(19)的缸室(21、22)，用液压压力介质对其加载；

-当从所述工作缸(19)要求转向力时，克服机械弹簧的力保持安全阀(33)闭合；以及

-当没有从所述工作缸要求转向力时或者当检测到故障时，打开所述安全阀(33)。