CN102328687B

CN102328687B - 一种汽车液压助力主动转向器

Info

Publication number: CN102328687B
Application number: CN 201110221507
Authority: CN
Inventors: 迟永滨
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: CN102328687A

Abstract

本发明公开了一种汽车液压助力主动转向器，由一个双活塞杆的两级伸缩油缸和一个齿轮齿条机构组成，第一级双活塞杆油缸为主动转向油缸，第二级双活塞杆油缸为助力油缸；具体包括主动转向油缸活塞杆，主动转向油缸缸筒，主动转向油缸活塞，转向齿轮，转向器壳体，助力油缸活塞杆；主动转向油缸缸筒的外圆的两端是活塞，中间段制有齿条与转向器齿轮啮合并一起装在转向器壳体内；2个助力油缸活塞杆分别固定连接在主动转向油缸缸筒的两侧并套装在主动转向油缸活塞杆上，与转向器壳体一起构成转向助力油缸。本发明将主动转向油缸与助力油缸集成在一起，共用一个液压系统，结构简化，成本低。

Description

一种汽车液压助力主动转向器

技术领域

本发明涉及汽车转向技术领域，具体是指一种汽车液压助力主动转向器。

背景技术

汽车转向技术经历了：传统机械式转向系统、液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering System，简称HPS系统)、电控液压动力转向系统(Electronic Control Hydraulic Power Steering System，简称ECHPS系统)，发展到现在正推广应用的电动液压动力转向系统(Electro-HydraulicPower Steering System，简称EHPS系统)和电动助力转向系统(Electric PowerSteering System，简称EPS系统)。而操稳性和安全性能更优的主动转向系统是目前世界研究热点。同时上述各种系统目前都在不同领域应用，并在原基础上不断得到创新。

“主动转向”是指：除了驾驶员的转向操作外，汽车自身也具有转向功能，即通过主动对车轮转向角的调节，提高车辆的稳定性、主动安全性和操纵舒适性。具体表现在：(1)变传动比转向操作。一直以来，汽车转向操纵的传动比(方向盘转角与转向轮转角的比值)是固定的，但人们期望的理想转向特性是：传动比能够随着车速的不同而改变。当车速较低时取较小的传动比，使操纵灵敏快捷，车速较高时取较大传动比，使操纵稳定。(2)通过强行主动转向方法控制车辆的横摆稳定性。到目前为止，控制车辆的的横向稳定主要是利用各轮胎的纵向力控制实现，例如DYC、ESP等电子稳定系统。而利用主动转向方法则更为直接有效。例如在转弯的极限工况下(达到倾翻状态)，通过主动转向控制可防止翻车事故。(3)针对较滑路面进行主动控制，车辆在较滑的路面行驶容易出现侧滑、甩尾、翻车等情况，通过主动转向可以及时校正车辆保持方向。(4)可自动校正转向过度或者转向不足的情况。

主动转向系统主要有两种类型：①机械式叠加转向；②线控转向。

线控转向系统(Steer by Wire system，简称SBW系统)基本组成是：方向盘，回正电机，控制器，转向驱动电机，转向器。其中：电机通过传动机构给方向盘提供回正旋转力矩或施加转动阻力矩；转向驱动电机给转向器提供转向力矩驱动车轮转向；控制器用网络线路与电机、转向驱动电机以及各种传感器(包括方向盘的转角和转矩传感器、车速传感器、转向车轮转角传感器等)连接。工作原理是：控制器根据所有传感器的信号作出判断，算出需要的车轮转向角和方向盘需要的回正旋转力矩或转动阻力矩，控制电机以实现转向要求。SBW系统的优点是：取消了方向盘和转向器之间的机械连接，占据空间小，便于布置，路面的冲击也不会直接传到驾驶员手上。缺点是：安全性差，由于取消了机械连接，当系统出现故障时(例如断电)司机无法操纵转向，容易导致交通事故。线控转向系统到目前为止还没有进入实用。

图1为目前市场上出现的一种汽车主动转向系统，它是一种机械式叠加转向系统，已经投入实用，方法是将方向盘1到转向器3之间增加一个主动转向驱动装置2，成为双自由度驱动。工作原理是：当转动方向盘1时，如果主动转向驱动装置2不动，则与普通转向操纵相同。若方向盘1不动，主动转向驱动装置2驱动时，按主动转向驱动的转速和转角驱动转向器3，若方向盘1和主动转向驱动装置2同时转动时，输出为两者之和，可以实现变传动比输出。该转向系统的优点是：①在主动转向控制部分出现故障时可以自动锁住，仍可以像普通的转向器一样正常操作，安全性好；②具有继承性，可以在现有转向器基础上，增加主动转向驱动部分。宝马公司采用的是液压助力转向和电机驱动主动转向的混合驱动系统，该系统的不足是：主动转向传动机构体积大，占用较大空间，对于在车内的空间布置有影响；液压和电机驱动两套系统并用，成本高。

图2为目前市场上出现的另一种液压驱动的主动转向系统，工作原理是：当若油缸4不动，单独转动方向盘1时，与普通转向操作相同。若方向盘1不动，油缸4单独推动转向器3沿滑轨5平移、推动转向拉杆6移动时，也可实现车轮转向。若方向盘1和油缸4同时动作时，输出车轮的转向角为两者的叠加。该转向系统的优点是：结构简单，当液压主动转向系统出现故障时，油缸被自动锁住，仍可以像普通的转向器一样正常操作，安全性好。该系统的不足是：滑轨的密封是个薄弱点，油缸占据较大空间，不易布置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、成本低、液压助力与液压主动转向集成在一起的汽车液压助力主动转向器。

本发明的目的可通过如下技术方案来实现：

一种汽车液压助力主动转向器，包括主动转向活塞杆、主动转向油缸缸筒、主动转向油缸活塞、转向齿轮、转向器壳体，其中主动转向活塞杆有两根，分别联接在主动转向油缸活塞的左右两端，主动转向油缸活塞置于主动转向油缸缸筒内，每根主动转向活塞杆上设有油路，油路由主动转向活塞杆的外端分别连通至主动转向油缸活塞内腔，主动转向油缸缸筒的外圆上设有与转向齿轮啮合的齿轨，该转向齿轮、齿轨被封装在转向器壳体内；所述主动转向器还包括两个助力油缸活塞杆分别固定连接在主动转向油缸缸筒的两侧、并套装在主动转向活塞杆上，主动转向油缸缸筒与助力油缸活塞杆构成助力油缸。

所述主动转向活塞杆与主动转向油缸缸筒之间液密封配合，所述主动转向油缸缸筒与转向器壳体之间液密封配合。

所述助力油缸活塞杆的油口位于转向器壳体的两侧。

所述每根主动转向活塞杆上设有油路，油路的入口处设置有进油口。

所述液密封配合具体是设置“○”形密封圈。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本专利主动转向油缸的成本低于电动主动转向装置，而且可以共用液压系统，避免了使用液压助力和电动转向两个不同系统。

(2)本专利主动转向油缸与转向器集成在一起，体积小，不存在外部进行润滑等薄弱环节。

(3)本发明在现有技术的基础上将液压助力与液压主动转向进一步集成在一起，共用一个液压系统，解决了只用液压驱动时的结构布置问题，降低了成本。但本发明不是一个单独的主动转向系统，因此在某些情况下当需要使用电动助力时，则需要使用图3的系统。

(4)本发明技术手段简便易行，安全可靠性好，成本低，便于推广应用。

附图说明

图1为现有汽车主动转向系统结构原理示意图。

图2为现有汽车主动转向系统结构原理示意图。

图3为本发明汽车液压助力主动转向器的结构示意图。

图4为图3的A-A剖面示意图。

图5为本发明汽车液压助力主动转向器的应用例示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合附图对本专利作进一步地说明，需要说明的是，具体实施方式并不是对本专利保护范围的限制。

如图3、图4所示，本发明汽车液压助力主动转向器，包括主动转向活塞杆7、主动转向油缸缸筒8、主动转向油缸活塞9、转向齿轮10、转向器壳体11，其中主动转向活塞杆7有两根，分别联接在主动转向油缸活塞9的左右两端，主动转向油缸活塞9置于主动转向油缸缸筒8内，每根主动转向活塞杆7上设有油路，油路由主动转向活塞杆7的外端分别连通至主动转向油缸活塞9内腔，主动转向油缸缸筒8的外圆上设有与转向齿轮啮合的齿轨，该转向齿轮10、齿轨被封装在转向器壳体11内；所述主动转向器还包括两个助力油缸活塞杆12分别固定连接在主动转向油缸缸筒8的两侧、并套装在主动转向活塞杆7上，主动转向油缸缸筒8与助力油缸活塞杆12构成助力油缸。所述助力油缸活塞杆12的油口13位于转向器壳体11的两侧。所述每根主动转向活塞杆7上设有油路，油路的入口处设置有进油口。

助力油缸的作用除了构成两级油缸外，还用于控制和改变助力油缸腔室的面积，使之与主动转向油缸的腔室面积相近，满足在相同的液压系统压力下，助力推力接近于主动转向推力。若取主动转向活塞杆7的半径为R1，主动转向油缸缸筒8的内半径R2，活塞杆12的半径为R3，转向器壳体11的内半径为R4，则需要满足(R2*R2-R1*R1)≥(R4*R4-R3*R3)。

所述主动转向活塞杆7与主动转向油缸缸筒8之间液密封配合，所述主动转向油缸缸筒8与转向器壳体11之间液密封配合。所述液密封配合具体是设置“○”形密封圈。

本专利可有下述3种工作模式：

(1)若主动转向活塞杆7的油路封闭、主动转向活塞杆7相对于主动转向油缸缸筒8无相对运动，单独转动方向盘驱动转向齿轮10，推动主动转向油缸缸筒8上的齿轨，带动主动转向油缸缸筒8和主动转向活塞杆7运动，此时为普通转向操作模式，这种工作模式与普通汽车转向器相同，液压助力的油进入油口13帮助推动主动转向油缸缸筒8运动起到助力作用。

(2)若方向盘不动，即转向齿轮10和主动转向油缸缸筒8都不动，单独给主动转向活塞杆7的一侧端头处的油口14供油，例如由左端的油口进油，油进入油缸的左侧腔室内推动主动转向油缸活塞9和主动转向活塞杆7向右侧运动，这种工作模式为主动转向模式，一般用于汽车失稳的紧急状态下或人为操纵不到位的情况下汽车自动通过主动转向调节汽车状态。

(3)若方向盘转动的同时，主动转向活塞杆7的一侧也同时供油推动主动转向活塞杆7相对于主动转向油缸缸筒8轴向移动，此时主动转向活塞杆7的位移等于主动转向油缸缸筒8的位移加上主动转向活塞杆7相对于主动转向油缸缸筒8的位移，这种工作模式一般用于汽车转向变传动比操作，可提高操作舒适性。

图5给出了一个汽车转向系统应用实例，总体包括：方向盘1，液压助力主动转向器3，连杆6，摆臂18，车轮19，主动转向控制阀16，转向助力阀17，液压泵15及其它液压系统元件。

工作方式结合图3～图5具体如下：

若单独打开控制阀16到右位或左位，油泵15泵出的油液经控制阀16进行流量调节后进入右侧或左侧的油口14，以调节的速率推动主动转向活塞杆7左移或右移，此时为单独主动转向操作。若单独转动方向盘1，驱动助力阀17和转向齿轮10，助力阀17首先打开，油液通过油口13进入助力油缸的腔室，帮助驱动主动转向油缸缸筒8并带动主动转向活塞杆7、连杆6、摆臂18、车轮19运动，此时为液压助力转向操作。若同时转动方向盘1和打开控制阀16，此时为两种单独操作的合成，主动转向活塞杆7的位移为两种操作位移的叠加。

本实施方式中只使用了一套液压系统，结构大为简化。

如上所述便可较好的实现本专利。

Claims

1.一种汽车液压助力主动转向器，其特征在于：包括主动转向活塞杆、主动转向油缸缸筒、主动转向油缸活塞、转向齿轮、转向器壳体，其中主动转向活塞杆有两根，分别联接在主动转向油缸活塞的左右两端，主动转向油缸活塞置于主动转向油缸缸筒内，每根主动转向活塞杆上设有油路，油路由主动转向活塞杆的外端分别连通至主动转向油缸活塞内腔，主动转向油缸缸筒的外圆上设有与转向齿轮啮合的齿轨，该转向齿轮、齿轨被封装在转向器壳体内；所述主动转向器还包括两个助力油缸活塞杆分别固定连接在主动转向油缸缸筒的两侧、并套装在主动转向活塞杆上，主动转向油缸缸筒与助力油缸活塞杆、转向器壳体和位于转向器壳体上的进出油口一起构成助力油缸。

2.根据权利要求1所述的汽车液压助力主动转向器，其特征在于：所述主动转向活塞杆与主动转向油缸缸筒之间液密封配合，所述主动转向油缸缸筒与转向器壳体之间液密封配合。

3.根据权利要求2所述的汽车液压助力主动转向器，其特征在于：所述助力油缸活塞杆的油口位于转向器壳体的两侧。

4.根据权利要求3所述的汽车液压助力主动转向器，其特征在于：所述每根主动转向活塞杆上设有油路，油路的油口设置在活塞杆的外端头部。

5.根据权利要求3所述的汽车液压助力主动转向器，其特征在于：所述液密封配合具体是设置“○”形密封圈。