CN101233040A - 电动液压转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动液压转向系统，该转向系统包括通过操作元件(2)控制的转向装置(4)，该转向装置用于为转向马达(6)供给压力介质。根据对操作元件(2)的操纵或者根据外部信号，通过转向阀(28)为转向马达(6)供给附加压力介质量。根据本发明，在附加压力介质流动线路中设有截止阀(29)，该截止阀能够被置于截止位置，以截断流向转向马达的附加压力介质流动线路。

Description

电动液压转向系统

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电动波压转向系统。

电动液压转向系统应当首先为工作机械的操作者提供更好的舒适性或者实现过程的自动化。例如，农用拖拉机和轮式装载机属于这些工作机械。

DE 102 57 130 A1公开了这种类型的电动液压转向系统，在该转向系统中，根据通过例如为方向盘或操纵杆的操作元件调节的转向角，压力介质通过转向装置输送至转向马达。例如，在由申请人发行的数据页RD 14 365/07.03中公开了这种类型的转向装置，也称作Orbitrol的基本结构。这种类型的转向装置主要包括手动操作的具有转阀结构的伺服阀、根据摆线原理工作的转子组件(定量供给泵)及液压转向循环所需的阀。为了放大转向，除了通过转向装置输送至转向马达的压力介质体积流量之外，还并联地通过转向阀向转向马达供给附加压力介质体积流量。这种类型的电动液压转向系统例如在拖拉机的情况下实现了行驶路线导航，在该行驶路线导航中，控制是通过外部信号，例如GPS的位置信号实现，其中，转向量只是通过转向阀进行调节。在所谓的放大转向系统中，除了通过转向装置向转向马达输送的压力介质体积流量之外，还通过转向阀向转向马达输送规定的附加压力介质量，从而对于在工作机械的轮子上的一定的转向角，减少了必要的方向盘转数。同样可以实现的是舒适转向，在该舒适转向中，除了方向盘之外，其他操作元件，例如操纵杆或也使操作者对工作机械的转向变得容易。

由于这些工作机械也越来越多地参与公共交通或者它们允许的行驶速度变得越来越大，因此要特别注意电动液压转向系统的安全功能。

在转向阀例如由于活塞卡住而出现故障时，可能发生如下情况：该转向阀的调节活塞不能再回到其中性位置(截止位置)上。在这种情况下，虽然操作者已经朝着减小转向回转的方向操纵操作元件，但是通过比例阀继续向转向马达输送附加压力介质量，从而操作者不具有反向转向的可能性或者可能性很有限——工作机械变成不可控制。虽然可以通过在现有技术中存在的转向阀行程监控来指示功能失效，但是操作者还是不能积极地采取相应措施，以撤回转向回转。

因此，本发明的任务在于提高电动液压转向系统的工作安全性。

该任务是通过具有权利要求1的特征的电动液压转向系统得以解决。

根据本发明，电动液压转向系统设计成包括通过操作元件操纵的转向装置，该转向装置用于为转向马达供给压力介质。该转向马达可以通过附加压力介质流动线路并通过转向阀而被供给附加压力介质量。在这里，根据本发明，在该附加压力介质流动线路中设有截止阀，该截止阀可以被置于截止位置，以截断流向转向马达的附加压力介质流动线路。该截止阀实现了在出现故障的情况下，例如在转向阀的活塞卡住的情况下截断附加压力介质流动线路，从而为操作者留有手动地通过转向装置校正转向回转的可能性。因此，工作机械即使在转向阀出现故障的情况下仍然是可控制的。

在一个优选的实施例中，优选是为操作元件对应至少一个传感器，该传感器用于检测调节的额定值，其中，转向阀和截止阀的触是根据该额定值，通过控制装置来实现。因此，设在附加压力介质流动线路中的转向阀以及截止阀的调节可以根据在操作元件上调定的额定值来进行(放大转向)。

特别有利的是，这两个阀设计成包括用于检测相应的阀位置的传感器。设计该控制单元，使得在其中一个阀出现故障或功能失效时，相应的另一个阀可以被调节至截止位置，也就是在截止阀不是位于其预定位置上的情况下，转向阀被调节至截止位置。相反地，如果转向阀不是占据其规定位置，那么截止阀被置于其截止位置，以截断流向转向马达的附加介质压力流动线路。

在一个实施例中，该转向阀相应地具有截止位置。此外，该转向阀可以被调节至第一工作位置，在该工作位置上，转向马达的第一工作接口与压力介质源连接。此外，该转向阀还可以被调节至第二工作位置，在该工作位置上，转向马达的第二工作接口与压力介质源连接。

截止阀优选设计成开关阀。

在本发明的一个优选的实施例中，该截止阀设计成二位四通开关阀，该开关阀在其截止位置上截断压力介质源与转向马达之间的以及压力介质排泄槽与转向马达之间的附加压力介质流动线路，而在其接通位置上开通该压力介质流动线路。

在这里，优选的是转向阀在第一工作位置上连接第二工作接口与压力介质排泄槽，而在第二工作位置上连接第一工作接口与压力介质排泄槽。在该实施例中，附加压力介质量从压力介质源输送到转向马达，并从该转向马达通过转向阀和截止阀输回到压力介质排泄槽。

此外，还特别优选的是截止阀设置在转向阀与转向马达之间的压力介质流动线路中。

在一种可选的解决方案中，附加压力介质流只通过截止阀和转向阀从压力介质源输送至转向马达，而压力介质的排出是通过转向装置而实现。在这种情况下，截止阀和转向阀可以设计得比在前述的实施例中更加简单。

在不允许通过转向系统的电动液压部分泄漏的情况下，该开关阀可以设计成中心阀。

如果分配给截止阀的传感器是终点位置开关，和/或分配给可连续调节的转向阀的传感器是行程传感器，从而截止阀或转向阀的故障可以可靠地被识别，那么电动液压转向系统的结构特别简单。在这里，不仅是转向阀的位置而且它的调节速度可以被监控，以提早识别例如转向阀的故障。

在一种解决方案中，转向阀的正确的调节也可以通过测量实际的附加压力介质体积流量并通过将该实际值与额定值比较来检测。

作为用于供给转向装置和/或用于提供附加压力介质量的压力介质源，可以使用定量泵或变量泵。

本发明的其他有利的改进方案是附加的从属权利要求的内容。

下面借助示意图详细地说明本发明的优选实施例。

图1示出了电动液压转向系统的第一实施例的线路示意图，和

图2示出了另一个简化的实施例。

图1示出了电动液压转向系统1的第一实施例的线路示意图。该转向系统主要包括通过例如为方向盘2的操作元件可操纵的转向装置4，通过该转向装置可以向转向马达，在所示实施例中是设计成同步运转缸的转向缸6供给转向量，以调节例如为轮式装载机的工作机械的转向回转。该转向装置4主要由转子组件(定量供给泵)和手动操作的具有转阀结构的伺服阀。这种转向装置(方向盘直接驱动转向器，即Orbitrol)在开头所述的数据页RD 14 365/57.03中得到详细描述，因此可以省去对手动操作的伺服阀和根据摆线原理工作的定量供给泵的结构的详细描述。定量供给泵的结构尺寸例如可以被选择，从而可以以3到5个方向盘转数从转向系统的一个转角限制器转向到另一个转角限制器。在图1所示的线路示意图中，手动操作的伺服阀和定量供给泵用Orbitrol的圆形的标记8表示。该转向装置1具有压力接口P和油箱接口T，这两个接口与例如为定量泵或变量泵的压力介质源连接，或者与优选是油箱的压力介质排泄槽连接。由定量供给泵和伺服阀组成的单元8的两个工作接口L’和R’是通过工作通道10，12和转向装置4的控制接口L，R以及工作管道14，16与转向缸6的环形腔18或20连接，从而在操纵与定量供给泵机械连接的方向盘2时，根据方向盘的转动方向，压力介质输送至环形腔18或20，并且压力介质相应地从其他环形腔20或18朝着油箱T的方向流出。

在两个工作管道10，12之间，以已知的方式设有两个充液阀22，24以及两个溢流阀25，27，其中，两个溢流阀25，27的出口和两个充液阀22，24的进口通过油箱管道26与油箱接口T连接。通过这两个溢流阀25，27(也称作过载阀)，连到转向缸6的两个接口L，R受到保护。如果溢流阀25，27中的其中之一起作用，那么压力介质通过充液阀在相对侧的低压侧上供给。通过两个充液阀22，24，压力介质可以被从油箱抽吸。

在与接口P连接的泵出现故障的情况下，转向装置4作为通过方向盘2操作的手动泵而工作，从而工作机械在没有助力支持的情况下进行转向。在这里，用手可达到的压力取决于定量供给泵的转子组件的结构尺寸以及通过方向盘施加的力。转子组件越小，可手动形成的压力也就越大。

借助在图1中所示的实施例，通过供给(附加的)转向量(下面称作附加压力介质量)实现了自动转向、放大转向或者舒适转向功能。一般地，概念“附加压力介质量”被理解为用于调节转向缸6的压力介质量，其中，该压力介质量不必以必要的方式被补充到转向装置的压力介质体积流量中，从而转向缸6也可以只通过附加压力介质量进行调节。该附加压力介质量通过主要包括可连续调节的转向阀28和二位四通开关阀29的阀装置进行调节。转向阀28设有电动液压先导装置，该先导装置包括两个先导阀，其中，每个先导阀可以通过一个设计成比例磁铁的先导电磁铁30，31调节。转向阀28通过对中弹簧装置32被预紧至原始位置，在该原始位置上，压力接口P和油箱接口T相对于两个工作接口A，B被阻塞，并且转向阀可以调节至位置(a)或(b)。两个工作接口A，B通过附加压力介质管道33或35与工作管道16或工作管道14连接。转向阀28的两个接口P，T通过泵管道34或排出管道36与压力介质源或压力介质排泄槽(定量泵/变量泵或油箱)连接。可以通过控制接口X对转向阀28的先导装置加载控制压力，并通过控制接口Y对转向阀28的先导装置卸载控制压力。控制油被排出至油箱。阀芯的调节是通过行程传感器38检测。该行程传感器的输出信号由控制装置40进行分析。

先导电磁铁30，31的触发主要是通过该控制装置40，根据两个设在方向盘2上的转向传感器42，44的信号来实现，通过这两个传感器，转向速度和转向方向(类似于在电脑鼠标中)是可检测的。从这些传感器信号和基于附加压力介质量的期望的换算，控制装置40计算出必须通过换向阀轴配量的压力介质量。因此，两个转向传感器42，44至少在放大转向时是有利的。

在所示的实施例中，开关阀29设置在位于转向阀28与转向缸6之间的压力介质流动线路中。开关阀29的活塞通过弹簧46被预紧至其所示的截止位置，在该截止位置上，在转向阀28的工作接口A，B与转向缸6之间的压力介质连接被截断。通过触发开关阀29的电动液压先导装置，该开关阀可以转换至通路位置(a)，在该通路位置上，在转向阀28的工作接口A，B与转向缸6的环形腔20或18之间的压力介质连接被开通。该先导装置再次设计成包括控制接口X和控制油接口Y，其中，通过转换操作电磁铁47，能够在控制接口X处对开关阀29的活塞加载控制压力，以将该开关阀置于其开启位置。这个接通位置借助终点位置开关48进行监控。操作电磁铁47的操纵是通过由控制装置40发出的信号来实现。由终点位置开关48产生的信号同样由控制装置40分析。

在所示的实施例中，行程传感器38和终点位置开关48被设计成主要用于为控制装置40提供阀的相应的活塞位置的信息。在其中一个阀轴(开关阀轴，转向阀轴)出现功能失效时，通过控制装置40导致相应的另一根阀轴的关闭，并且附加压力介质流动线路被截断，从而为操作者留有单独通过转向装置4控制工作机械的可能性。

在正常工作中，在起动工作机械时，开关阀29被转换至其通路位置，从而在操作方向盘2时，根据转向回转和转向速度，额定值信号通过转向传感器42，44发送到控制装置40。该控制装置根据这些信号和期望的换算计算附加压力介质量，并将相应的信号发送至转向阀28的先导装置。在向左(L)调节方向盘时，先导电磁铁30相应地通过控制装置40被触发，以将转向阀28的阀芯向右(图1)移动至位置(a)，从而该转向阀的压力接口P与工作接口B连接，而工作接口A与油箱接口T连接，相应地，附加压力介质量输送至转向缸6的环形腔18，而相应的压力介质量从环形腔20通过开关阀29及通过工作接口A和转向阀28的油箱接口T输回至油箱T。工作机械借助放大转向系统进行控制，从而对于在轮子上的一定转向角，减少了必要的方向盘转数。因此，例如对于拖拉机，在田地端处通过减少方向盘转数，可以减少操作者在使机械转向时的工作。

通过可连续调节的转向阀28和开关阀29，也可以在没有操作方向盘2的情况下，例如通过电位器或操纵杆使工作机械转向——这种工作方式(舒适转向)特别是在倒车装置中是有利的。

自动工作方式可以在开头所述的行驶路线导航(Fahrgassenführung)时打开，在该行驶路线导航中，工作机械的控制是通过GPS信号或其他外部信号来实现。

在开关阀轴29或转向阀轴28出现故障的情况下，通过控制装置40关闭相应的另外的阀轴，也就是说置于截止位置。在可连续调节的换向阀28中，这种故障例如可由于一个或两个比例磁铁30，31的故障，由于行程传感器38的故障，或者由于活塞卡住而出现。当终点位置开关48存在故障，操作电磁铁出现故障或者开关阀的活塞卡在非中性位置(通路位置)上时，在开关阀29中识别到故障。在这两个阀轴上的传感装置被选择，使得控制装置40在接通工作机械时，因此在不希望的运动之前，就可以借助可信度检查而检测两个阀轴28，29是否正常工作。在执行该可信度检查之后才接通电动液压转向系统。假使例如代替开关阀29的终点位置开关48，在转向缸6上只设有行程传感器，那么阀轴的功能失效在已被转向的轮子运动之后才被识别-利用这种系统可能不能排除人员危险。

取代图1的终点位置开关48，也可能使用模拟传感器。对于两个阀轴28，29，除了监控活塞位置之外，附加地还可以采用接通/调节时间的监控，从而通过分析这些时间可以推断出相应的轴例如由于污染而出现故障苗头。

在前述的实施例中，通过行程传感器38检测可连续调节的转向阀28的位置进而检测其通流截面。当开关阀28上的压力差保持不变时，从通流截面得出附加压力介质量。如图1用虚线所示，该压力差可以借助压力天平保持不变。该压力天平50连接至泵管道54，并且朝着开启的方向由弹簧力及在转向阀28的工作接口A和B中的两个压力中较高的那个压力加载，而朝着关闭的方向由在转向阀28的泵接口P的压力加载。可选地，取决于转向阻力及泵压力的转向阀上的压降也可以通过两个压力传感器来检测，并根据期望的附加压力介质量来调节通流截面。

如前面所述，在电子控制装置40上也可以连接可选的操作元件，例如操纵杆或电位器。对于自动控制，与外部信号源的连接是可想到的，从而除了前述的惯用的转向之外，也可以是自动功能。

对于不允许通过转向系统的电动液压部分泄漏的应用情况，开关阀轴29也可以设计成中心阀。这个变形方案在图1中在括号中表示。

在前述的实施例中，输送至转向缸6的附加压力介质量和从该转向缸流出的附加压力介质量通过两个阀轴28，29输送。在图2所示的简化的实施例中，附加压力介质量通过两个阀轴18，20输送，而从转向缸6流出的总的压力介质流通过转向装置4输回至油箱。在这种简化的变形方案中，自动功能是不可能的，因为对转向装置4的手动调节是必需的。

在图2所示的实施例中，转向装置4及其与转向缸6连接的接口的基本结构与在前述的实施例相同，因此，关于这方面，为了简便起见可参见在图1中的相应设计。

在该实施例中，转向阀28设计成包括三个接口P，A，B，其中，两个工作接口A，B与附加液压管道33或35连接。可连续调节的转向阀28又设计成包括电动液压先导装置并通过对中弹簧装置32被预紧至原始位置，在该原始位置上，两个工作接口A，B和压力接口被阻塞。先导装置的比例磁铁30，31的触发是通过从控制装置40发出的信号来实现，其中，阀芯位置通过行程传感器38检测。转向阀28的压力接口P通过泵管道34与压力介质源(定量泵，变量泵)连接。在该压力管道34中设有开关阀29，该开关阀在该实施例中是二位二通阀。通过操纵其先导装置的操作电磁铁，该开关阀被置于其通路位置(a)上。该转换也通过终点位置开关48检测。

在方向盘的向后转向回转的情况下，比例磁铁31通过控制装置40被通电，从而在图2的视图中的转向阀28的活塞向左移动以及压力接口P与工作接口A连接。然后，附加液压介质量通过打开的开关阀29、转向阀28及附加压力介质管道33输送至右边的环形腔20内，而从左边的环形腔18挤出的压力介质通过工作管道14和转向装置4输回至油箱T。转向阀28的调节也根据转向传感器42，44的信号而进行。通过传感器38，48只实现转向阀28或开关阀29的调节的监控。在控制装置40识别到阀轴28，29中其中之一出现故障的情况下，相应的另一个被移动至截止位置，从而附加压力介质流动线路被截断，而工作机械仍然可手动地通过方向盘2进行转向。

即使在这个变形方案中，开关阀29可选地可以设计成中心阀。

在前述的实施例中，设置了先导式阀轴——但是，在体积流量较小的情况下也可使用直控式阀轴。

本发明公开了一种电动液压转向系统，该转向系统包括可通过操作元件触发的转向装置，该转向装置用于为转向马达供给压力介质。根据对操作元件的操纵或根据通过外部信号，通过转向阀可以为转向马达供给附加压力介质量。根据本发明，在附加压力介质流动线路中设有截止阀，该截止阀可以被置于截止位置，以截断流向转向马达的附加压力介质流动线路。

附图标记清单：

1电动液压转向系统

2方向盘

4转向装置

6转向缸

8伺服阀/定量供给泵

10工作通道

12工作通道

14工作管道

16工作管道

18环形腔

20环形腔

22充液阀

24充液阀

25溢流阀

26油箱管道

27溢流阀

28可连续调节的转向阀

29开关阀

30先导电磁铁

31先导电磁铁

32对中弹簧装置

33附加压力介质管道

34泵管道

35附加压力介质管道

36排出管道

38行程传感器

40控制装置

42转向传感器

44转向传感器

46弹簧

47操作电磁铁

48终点位置开关

50压力天平

Claims (13)

1.电动液压转向系统，其包括通过操作元件(2)触发的转向装置(4)，该转向装置用于为转向马达(6)供给压力介质，该转向马达(6)可以通过转向阀(28)被供给附加压力介质量，该转向阀设置在压力介质源(P)与转向马达(6)之间的附加压力介质流动线路中、可连续调节以及可以根据对操作元件(2)的操纵或者根据外部信号被触发，其特征在于设置在附加压力介质流动线路中的截止阀(29)，该截止阀能够被置于截止位置，以截断流向转向马达(6)的附加压力介质流动线路。

2.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，该转向系统包括至少一个用于检测用操作元件(2)调节的额定值的传感器(42，44)，以及包括根据该额定值触发转向阀(28)和截止阀(29)的控制装置。

3.如权利要求1或2所述的转向系统，其特征在于，该转向系统包括用于检测转向阀调节和/或截止阀调节的传感器(38，48)，其中，设计控制装置(40)，使得在其中一个阀(28，30)出现故障或功能失效时，相应的另一阀(29，28)能够被调节至截止位置。

4.如权利要求2所述的转向系统，其特征在于，所述转向阀(28)具有截止位置，以及具有第一工作位置(a)和第二工作位置(b)，在第一工作位置上，第一工作接口(B)与压力介质源(P)连接，而在第二工作位置上，第二工作接口(A)与压力介质源(P)连接。

5.如前述权利要求中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述截止阀是开关阀(29)。

6.如权利要求5所述的转向系统，其特征在于，所述开关阀是二位四通开关阀(29)，该开关阀在其截止位置上截断位于压力介质源(P)与转向马达(6)之间的以及位于压力介质排泄槽与转向马达(5)之间的附加压力介质流动线路，而在其接通位置上，开通该附加压力介质流动线路。

7.如权利要求4和6所述的转向系统，其特征在于，所述转向阀(28)在第一工作位置(a)上将第二工作接口(A)与压力介质排泄槽(T)连接，而在第二工作位置(b)上将第一工作接口(B)与压力介质排泄槽连接。

8.如权利要求6或7所述的转向系统，其特征在于，所述开关阀(29)设置在转向阀(28)与转向马达(6)之间。

9.如权利要求4和5所述的转向系统，其特征在于，所述截止阀是二位二通开关阀(29)，该开关阀在其截止位置上截断位于压力介质源(P)与转向马达(6)之间的附加压力介质流动线路，而在其接通位置(a)上开通该附加压力介质流动线路，其中，从转向马达(6)流出的压力介质通过转向装置(4)排出至压力介质排泄槽(T)。

10.如前述权利要求中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述截止阀(29)是中心阀。

11.如权利要求3所述的转向系统，其特征在于，所述截止阀(29)的传感器是终点位置开关(48)和/或所述转向阀(28)的传感器是行程传感器(38)。

12.如权利要求3所述的转向系统，其特征在于，所述转向阀调节是通过检测实际的压力介质体积流量并与额定值的比较来监控。

13.如前述权利要求中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述压力介质源(P)是定量泵或变量泵。

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