CN102341293B - 解除动力转向助力的方法及使用该方法的动力转向系统 - Google Patents

Abstract

一种用于陆上车辆的动力转向系统包括将高压流体经控制阀供给到液压马达的蓄能器，该液压马达驱动该车辆的可转向轮。蓄能器和液压马达之间的常开控制阀在可转向轮到达轮轴止挡前关闭以解除动力助力。

Description

解除动力转向助力的方法及使用该方法的动力转向系统

技术领域

本发明涉及一种在车辆的可转向轮到达轮轴止挡（wheel axle）前解除具有动力转向系统的车辆中的动力转向助力的方法以及实施该方法的动力转向系统。

背景技术

卡车和其它陆上车辆具有液压动力转向系统，该系统在使车辆的可转向轮转弯时提供动力助力。动力转向系统驱动可转向轮沿转向行程运动。转向行程的末端由机械地防止车轮作进一步运动的轮轴止挡来限定。

传统的液压动力转向系统使高压动力转向流体流到液压马达中，该液压马达在闭合的液压缸内具有活塞。活塞将缸分成位于活塞相对两侧上的马达腔。活塞连接到使可转向轮沿转向行程运动的转向连杆。活塞在缸内可在活塞行程的相对两端之间作轴向运动，以致动转向连杆并使可转向轮沿它们的转向行程向左或向右运动。

为了开始转弯，驾驶员转动方向盘以使可转向轮沿期望的转弯方向运动。方向盘连接到使高压流体流入一个马达腔（“高压腔”）并使另一马达腔（“低压腔”）连接到排出装置的控制阀。高压腔中的流体压力产生使活塞从其在缸内的中间位置（对应于可转向轮沿它们的转向行程的位于中间的、直前的位置）朝低压马达腔运动的动力助力。这会致动转向连杆，进而使可转向轮沿转弯方向运动。

期望在可转向轮撞击到轮轴止挡前除去动力助力。如果动力转向系统提供使可转向轮抵靠轮轴止挡的动力，则在转向连杆、动力转向部件和车辆的其它部件上会有较大的机械应力。

传统的液压动力转向系统在可转向轮到达轮轴止挡前除去动力助力。当解除动力助力时，活塞在其活塞行程的末端处停止运动。活塞行程的结束发生在可转向轮撞击到轮轴止挡前。

为了在活塞到达活塞行程末端时解除动力助力，一条常闭流体管路连接两个马达腔。在许多传统的系统中，流体管路延伸穿过活塞。常闭止回阀位于流体管路的与马达腔相邻的相对两端上。

高压马达腔内的流体压力使与高压马达腔相邻的止回阀打开，但从高压马达腔经由流体管路传递的流体压力促使另一止回阀关闭。结果，尽管当活塞沿其活塞行程从中间位置朝缸的一端运动时有一个止回阀打开，但流体管路在两个马达腔之间仍保持关闭。

当活塞靠近其活塞行程的末端时，发信号告知可转向轮正靠近轮轴止挡，于是低压腔内的致动构件使靠近低压腔的止回阀打开。现在，流体管路在活塞的两侧上都打开，从而均衡两个马达腔内的压力并在可转向轮撞击到轮轴止挡前使活塞停止于其活塞行程的末端处。

如果现在方向盘转成使可转向轮返回到它们的中间位置或直前位置，则控制阀使一个马达腔连接到排出装置并使另一马达腔连接到高压流体。与一个马达腔相邻的止回阀由于腔内的流体压力的损失而关闭，从而关闭流体管路并使另一马达腔内的高压能够让活塞的运动反向。活塞开始朝向液压缸的另一端运动并使可转向轮离开轮轴止挡朝向它们的中间位置运动。

通过打开两个马达腔之间的流体管路以使两腔之间流体连通来解除动力助力的方法已良好地工作了多年。动力转向系统通常使用发动机驱动的泵来使高压流体持续地流动到开中心式（open-center）控制阀。即使当轮子处于直前位置且并未转弯时，开中心式控制阀也会使从泵接收的动力转向流体持续流动。高压流体经控制阀的持续流动使动力助力能够在由于活塞到达其活塞行程末端而被解除之后快速重建。动力转向泵限制经过系统的流速，因而，当流体管路打开或当止回阀关闭时，流经系统的流体并不会损坏系统部件。

然而，目前越来越多的卡车使用节能动力转向系统，该系统采用闭中心式控制阀来控制流到转向马达的流体。当阀由于轮子并未转弯而处于中间状态时，闭中心式控制阀切断进入控制阀的高压流体流。仅当控制阀为了转弯而离开其中间位置时，控制阀才使高压流体能够流经阀并流到液压马达。

因为使用闭中心式阀的转向系统并不需要持续流动的高压流体，所以当需要时向控制阀提供来自气体加压的蓄能器的动力转向流体。当蓄能器内的流体压力或流体体积下降到某个最低水平以下时，电动机在如有需要的基础上间歇地将动力转向流体从储存器中供给到蓄能器。

打开各马达腔之间的流体管路以均衡流体压力并解除动力转向将对闭中心式动力转向系统起作用，但无法良好运作。流经马达腔的流体流快速耗尽存储于蓄能器内的能量，从而在几秒内耗尽蓄能器。这样造成时间延迟，直到蓄能器再被充满且动力转向助力可被重建为止。在延迟过程中，转向将是手动的并且不令人满意。

此外，当流体管路在各马达腔之间打开时，从蓄能器中排出的流体流不由动力转向系统来调节。经过活塞的高流速会使止回阀的一个或两个损坏，从而使阀不能关闭。

因此，需要改进在车辆的可转向轮到达轮轴止挡前解除动力转向系统的动力助力的方法。该方法应当限制能量在系统中耗尽的速率，以使得可快速重建动力助力并调节经过系统的流体流，同时解除动力助力，以避免损坏系统部件。

发明内容

本发明是在车辆的可转向轮撞击到轮轴止挡前解除由动力转向系统提供的动力助力的改进的方法。动力转向系统是具有高压流体源、活塞、第一流体管路以及第二流体管路的类型，活塞在液压缸中并将缸密封地分成位于活塞的相对两侧上的两个流体分隔开的腔，第一流体管路使流体源与缸的一个腔流体连通，而第二流体管路使缸的另一腔连接到排出装置，由此，一个高压腔中的流体压力推动活塞在缸中朝向活塞行程的末端运动，从而使可转向轮朝向它们转向行程的末端运动。

根据本发明的方法包括在轮子撞击到轮轴止挡前关闭第一流体管路或第二流体管路的步骤。在可转向轮撞击到轮轴止挡前关闭流体管路可除去动力助力。

关闭流体管路使流体停止流入和流出液压马达，从而在液压马达中建立液压锁定状态。已经在高压马达腔内的流体被拦截在马达腔内。除了一些泄漏，当解除动力助力时，在动力转向系统内的流体流动停止，且基本上消除了系统的能量损失。

在该方法的较佳实施例中，常开的截流阀置于流体管路中。截流阀可响应于传递到截流阀的、指示轮子正接近或靠近轮轴止挡的信号而关闭并由此关闭流体管路。信号可以是流体压力信号或电信号。

根据本发明实施解除动力助力的方法的动力转向系统包括液压马达、第一和第二马达管路、高压流体源、流体连接到流体源的供给管路、流体连接到排出装置的排出管路、控制阀以及第一截流阀。

液压马达具有用于使可转向轮沿转向行程运动的可轴向运动的活塞，该活塞将缸分成位于活塞的相对两侧上的第一马达腔和第二马达腔。第一马达管路流体连接到第一马达腔，而第二马达管路流体连接到第二马达腔。

控制阀连接到供给管路、排出管路以及第一马达管路和第二马达管路。控制阀可响应于驾驶员转向输入而置于中间和非中间状态，当控制阀处于非中间状态时，控制阀使供给管路和第一马达管路流体互连以形成从高压流体源到第一马达腔的高压管路，并且使排出管路和第二马达管路流体互连以形成从第二马达腔到排出装置的低压管路，由此，第一马达腔内的流体压力将活塞推向第二马达腔。

当控制阀处于非中间状态时，截流阀设置在高压管路或低压管路中的任一个管路中。当可转向轮离开轮轴止挡时，截流阀打开，并且允许（流体）流经与截流阀关联的管路。当可转向轮接近轮轴止挡时，截流阀关闭，由此阻塞流体流经与截流阀关联的管路。

较佳地，截流阀连接到将可转向轮正接近轮轴止挡的信号传递到截流阀的信号管路。在较佳的实施例中，信号管路是从截流阀到一个马达腔的流体管路。当可转向轮接近轮轴止挡时，截流阀与一个马达腔流体连通，一个马达腔中的流体压力产生压力信号以致动和关闭截流阀。当截流阀关闭时，信号管路中的节流结构降低系统能量损失。

截流阀可全部或部分地被电气致动、机械致动或液压致动。在动力转向系统的较佳实施例中，常开截流阀使用动力转向系统中的流体压力而液压地打开并关闭（借助于某些弹簧助力）。这使动力转向系统能为独立自给的并安装成一个单元，无须与其它车辆部件协作的接触开关或致动器。

当蓄能器是高压流体源时，本发明的动力转向系统特别有利。在解除动力转向助力时低速率的能量损失以及经调节的流动使驾驶员在车辆的可转向轮开始朝中间位置返回时能够快速重新获得动力转向助力。

随着说明的进行，特别是当考虑说明本发明的多个实施例的附图时，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。

附图说明

图1示出根据本发明的解除动力转向助力的动力转向系统；

图2示出活塞在其活塞行程末端且动力助力被解除时图1的动力转向系统；

图3示出根据本发明的动力转向系统的另一实施例；

图4是图3中所示的动力转向系统的控制模块的放大视图；

图5和6示出当活塞到达其活塞行程末端时解除动力助力的图3的动力转向系统；

图7是图3中所示的动力转向系统的阀体的剖视图；

图9是用于图3中所示的动力转向系统的常闭截流阀的剖视图；

图10是用于图3中所示的动力转向系统的第三实施例的常闭截流阀的剖视图；

图11示出根据本发明的动力转向系统的又一实施例的一部分；

图12示出当活塞到达其活塞行程末端时解除动力助力的图11中所示的动力转向系统；

图13示出根据本发明的动力转向系统的又一实施例的一部分；

图14示出根据本发明的动力转向系统的附加实施例的控制模块；

图15示出活塞处于中间位置时图14中所示的动力转向系统的一部分；

图16示出当活塞到达其活塞行程末端时解除动力助力的图14中所示的动力转向系统；

图17是示出图14中所示的动力转向系统的左侧截流阀的局部剖视图；

图18示出根据本发明的动力转向系统的另一实施例；

图19是图18中所示的动力转向系统的控制模块；

图20是图19中所示的控制模块的阀体的前视图。

图21是沿图20的线21-21剖取的阀体的剖视图；以及

图22示出根据本发明的动力转向系统的又一实施例。

具体实施方式

图1和2示出本发明的基本方法，即在陆上车辆的可转向轮撞击到轮轴止挡前，解除由动力转向系统10提供的动力助力。

动力转向系统10包括间歇地将动力转向流体从储存器14供给到气体加压蓄能器16的马达12。所示马达12是电动机，但也可使用在动力转向领域已知的其它类型的马达。第一流体管路或阀供给管路18使蓄能器16与传统闭中心式转向阀或控制阀20流体连接。控制阀20响应于转向输入，以传统方式来控制流体到液压马达22的流动。转向输入由连接到控制阀20的方向盘23表示，应当理解为转向输入可以由可转向车辆领域中已知的其它输入机构来提供。排出管路24使控制阀20与储存器14流体连接并使流体返回到储存器。

液压马达22包括液压缸26和在缸26内可轴向运动的活塞28。活塞28通过转向连杆（未示出）以传统方式连接到车辆的可转向轮，活塞的运动使可转向轮沿转向行程运动。活塞28密封地将缸26分成左侧缸腔或马达腔30以及右侧缸腔或马达腔32。左侧阀管路34使左侧马达腔30和控制阀20流体连接，而右侧阀管路36使右侧马达腔32和控制阀20流体连接。

常开截流阀42位于第一供给管路18中。

图1示出处于中间状态的动力转向系统10，其中活塞28在缸内居中，代表车辆可转向轮处于中间位置。截流阀42打开且动力转向系统10在此操作状态下以传统方式运作。

响应于例如将使活塞28运动到图1中所示之左侧的转向输入，控制阀20使右侧阀管路36和阀供给管路18流体连接。这形成使蓄能器和右侧马达腔32流体连接的高压管路50（见图2）。控制阀20使左侧阀管路34和排出管路24流体连接，从而形成使左侧马达腔30和排出流体存储器14流体连接的排出管路52。当高压流体经高压管路50流到右侧高压马达腔32，而低压流体从左侧低压马达腔30中流出时，两个马达腔的压力差使活塞28向左运动。

图2示出当活塞28到达其活塞行程的左端且动力助力被解除时的动力转向系统10。可转向轮与轮轴止挡间隔开。

响应于活塞28到达其活塞行程的末端，常开截流阀42关闭（下面将使用实施本方法的动力转向系统的具体实施例来作更详细地描述）。右侧马达腔32中的高压流体被“拦截”在活塞28和高压管路50中的高压流体之间，从而引起活塞28的液压锁定。因为流体不能再流入高压腔32，所以活塞28的运动停止并由此解除动力助力。

当截流阀42保持关闭时，没有流体流经动力转向系统10（忽略任何泄漏流）。当阀42关闭时，在系统10（包括蓄能器16）中基本上没有能量损失。当阀42打开以恢复动力转向时，蓄能器16可快速恢复动力转向助力。

当活塞28到达其活塞行程的右端时，动力转向系统10以相似的方式运作以解除动力助力，常开截流阀42关闭并使高压流体停止从蓄能器16流入高压马达腔32。

图3示出实施图1和2中所示方法的动力转向系统110。用相同的附图标记来给图3中所示的、图1中也有的部件标号。在此实施例中，动力转向系统110类似于系统10，但利用内部系统压力的变化作为关闭和打开阀42的信号。

动力转向系统110包括左侧流体供给管路或左侧信号管路38以及右侧流体供给管路40，左流体供给管路使蓄能器16和左侧马达腔30流体连接，而右侧流体供给管路使蓄能器16和右侧马达腔32流体连接。第一常闭截流阀44位于左侧信号管路38中，而第二常闭截流阀46位于左侧信号管路40中。

阀供给管路18、左侧供给管路38以及右侧供给管路40共有从蓄能器16延伸到常开截流阀42的共同流体管路段54。截流阀42位于控制模块55中。控制模块55形成具有入口58、第一出口60和第二出口62的阀体56（用虚线表示）。共同管路段54附连至入口58。阀供给管路18从截流阀42延伸的部分附连至第一出口60。第二和第三供给管路38、40共有第二共同流体管路段64，该共同流体管路段附连至第二出口62并延伸到两条供给管路38、40分开的连接点66。如图所示，止回阀68、70分别位于连接点66下游的供给管路38、40中并且防止流体在管路38、40中从液压缸26流动到蓄能器16。

阀体56形成内部流动通道或流体管路72、74。参见图4。流体管路72形成阀供给管路18的一部分并使阀入口58和第一阀出口60流体连接，而管路72中的截流阀42使阀供给管路18打开或关闭。流体管路74形成第二共同管路段64的一部分并使入口58和第二出口62流体连接。阀体56还形成流体管路74中的孔口或节流结构76。

截流阀42是液压致动阀。阀体56形成第一先导管路78和第二先导管路80，第一先导管路78从流体管路72伸出并促使阀42关闭先导管路，而第二先导管路80从流体管路74伸出并促使阀42打开。第二先导管路80与节流结构76下游的流体管路连接，因而，先导管路80中的流体压力可反映由流经节流结构76引起的任何压力下降。阀体56容纳弹簧82，该弹簧与先导管路80协作以促使截流阀42打开。由于由先导管路78、80产生的平衡的液压力，弹簧82仅须产生相对小的机械弹簧力来保持阀42打开。这使得能够使用相对较弱和紧凑的弹簧82。

返回参见图3，第一和第二常闭截流阀44、46被机械致动以打开。在所示实施例中，每个阀44、46都具有致动构件或柱塞84，致动构件或柱塞分别从液压缸26的对应端伸出并伸到左侧马达腔和右侧马达腔30、32。柱塞84配合活塞28并当活塞28到达其活塞行程的对应端时使阀44或46打开。当活塞28离开阀的柱塞84时，流体连接到阀供给管路38或40的弹簧86和先导管路88促使各截流阀44、46关闭。

图3示出活塞28处于其中间位置（对应于车辆的可转向轮居中）时的动力转向系统110。假定所有流体管路都充满流体。

截流阀44、46都通过由弹簧86和先导管路88产生的机械和液压关闭力的组合来保持关闭。没有动力转向流体流经第一和第二供给管路38、40。先导管路88视作整个系统压力，这是因为没有由于流经节流结构76而产生的压力损失。这使相对紧凑和较弱的弹簧88能够产生足够的弹簧力以保持其阀44或46关闭。

在活塞28未到达其活塞行程末端的正常车辆运行过程中，动力转向系统110像闭中心式动力转向系统那样运作。截流阀44和46关闭，因此没有流体流经信号管路34、36。蓄能器16和对应的截流阀44、46之间的信号管路34、36中的静止流体处于整个系统压力，整个系统压力起到活塞28还没到达其活塞行程末端的信号的作用或表示信号级。

图5和6示出对应于图2中所示的系统状态，即，当活塞28到达其活塞行程的左端时的动力转向系统110。为了更好地清楚描述，图5和6相继示出响应于活塞28到达其行程末端，动力转向系统110的操作状态中的基本上同步的变化。在附图中，以较粗实线来示出承载高压流体的流体管路，并以较粗虚线示出连接到排出装置的流体管路。

如图5中所示，活塞28配合并推抵左侧柱塞84。这使截流阀44打开并经由左侧信号管路38建立蓄能器16和左侧马达腔30之间的流体连通。打开的阀44使信号管路38的端部连接到左侧马达腔30并因此连接到排出管路24。流体从蓄能器16经由供给管路38、马达腔30、流体管路34、控制阀20和排出管路24流到储存器14。止回阀68防止高压流体流回到信号管路38。

因为现在信号管路38使蓄能器16连接到排出装置，所以流经节流结构76下游的信号管路38的流体压力基本上下降到排放压力。信号管路38中较低的流体压力起到表示活塞28已到达其活塞行程末端的信号或表示这样的信号级。

节流结构76限制经过信号管路38的流速并在活塞28位于其行程末端时使系统能量损失最小化。

图6示出截流阀42关闭后的动力转向系统110，应当理解成截流阀42基本上与截流阀44的打开同步地关闭。截流阀42使阀供给管路18关闭，从而如前所述地将高压流体拦截在右侧马达腔32中。如图6中所示，活塞28在其活塞行程末端变得不动，且动力转向助力被解除。

当动力助力被解除时，节流结构76和信号管路38协作以调节来自蓄能器16的流体流。供给管路38的横截面积较佳地基本上小于供给管路18的横截面积。

在动力转向助力被解除后，放开方向盘23将使截流阀42重新打开并使得能进行动力转向助力，开始使活塞28朝向其中间位置运动。放开方向盘23将使控制阀20重新居中。居中的控制阀20使两个马达腔30、32连接到排出装置，从而均衡活塞28的两侧上的压力。轮轴的倾角（caster）驱使活塞28返回其中间位置，从而关闭截流阀44。信号管路38中的静压力返回到整个系统压力，从而使截流阀42重新打开并由此使阀供给管路18重新打开。

动力转向系统110以与上述类似的方式运作，以当活塞28到达其活塞行程的右端时解除动力助力。活塞28使截流阀46打开，从而降低右侧信号管路40中的压力，并由此切断阀42，停止活塞28的进一步运动。

图7示出阀体56的一个实施例。将端口58和60流体连接的流动通道72以及将端口58和62流体连接的流动通道74都与控制通道相交，该控制通道形成为由轴向相对的端壁126、128闭合的圆柱形孔124。流动通道72与孔124在孔124的中心部分内相交。流动通道74与孔124在端壁126附近相交并穿过端壁126延伸到端口62。节流结构76形成为流动通道74中的直径缩小的流动孔口130。

形成为阀芯138的可轴向运动的滑动构件或阀构件位于控制通道124内。阀芯138通过压簧82朝向端壁128偏置。阀芯138将控制通道124密封地分成与端壁126相邻的第一腔141a和与端壁128相邻的第二腔141b。腔141a形成由流动管路74加压的先导管路80。腔141b形成由流动管路72加压的先导管路78的端部。阀芯138包括朝向端壁128的直径缩小的鼻部142（nose）以及由环形凹槽148间隔开的两个密封台肩144、146（sealing land）。当鼻部142抵靠端壁128时，凹槽148与流动通道72的端部流体连接。

在活塞28位于活塞行程的两端之间时的正常动力转向运作过程中，高压流体分别经由先导管路80和78与腔141a和腔141b连通。因为流体不能流出出口62（截流阀44、46关闭），所以阀芯138的两侧上的流体压力基本上相等，且弹簧82保持阀芯138抵靠端壁128。

当活塞28到达活塞行程的末端时，从阀体56中经流体管路74流出的流体必须流经孔口130，从而使先导管路80（腔部141a）中的流体压力下降。阀芯的一侧上的流体压力的下降使由腔141b中的流体产生的液压力能够克服由弹簧82产生的弹簧力，从而使阀芯138在图7中向左运动。阀芯138通过与止动构件（未示出）配合而在其关闭位置处停止，但也可以通过与壁126配合或通过紧实地压簧82而停止在关闭位置。无论阀138如何停止，阀138是否处于打开或关闭位置，管路74都保持无阻碍。当阀芯处于其关闭位置时，阀芯台肩144阻塞流动通道72，从而使阀42关闭并切断流体管路72。

当流动通道72被处于其关闭位置的阀芯138关闭时，从阀体56流出的是来自必须流过流动孔口130的流体。如前已述，由该相对较小的流体流量引起的蓄能器压力的下降相比于不调节流出蓄能器的流量的传统系统内的蓄能器压力的损失来说是最小的。

当活塞28从行程末端朝其中间位置运动时，流体停止流出阀56。腔141a和141b内的流体压力均等，且阀芯返回到其抵靠着端壁142的常开位置。阀芯凹槽148与流动管路72的端部重新连接，从而使截流阀42重新打开。

图9示出适于用作阀44或阀46的第一实施例的常闭截流阀150。截流阀150允许自动地调节阀的柱塞84伸入马达腔30内的距离，以确保在可转向轮撞击到轮轴止挡前解除动力转向助力。柱塞84形成为能够在柱塞和阀构件之间作相对运动的滚动销（roll pin），以可调节地设定延伸距离。

截流阀150安装在使液压缸26的一端闭合的端壁152上。阀的柱塞84穿过端壁152伸到相邻的缸腔30、32中（图9示出形成阀44的截流阀150）。

截流阀150包括可沿孔156中的阀行程轴向运动的细长阀体154，该孔延伸穿过端壁152的厚度。孔156连接到接纳供给管路38的一端的传统SAE塞件157（未示出）。

阀体154具有紧密容纳于孔156中的头部158，该头部具有接纳柱塞84的中心孔160。头部158上的外锥形阀表面162与孔156内的锥形阀座164协作以使孔156随着阀体154的轴向运动而打开和闭合。阀体154包括细长的直径缩小的管子166，该管子离开阀头部158延伸并接纳于轴向固定于孔156中的管状保持件168的开口端中。管子166形成通到中心阀头部孔160并与其同心的内孔170。

保持件168具有允许流体流经保持件168的开口端壁172。沿管子166内部密封滑动的塞件174使管子166的开口端闭合并防止流体流入管子166。压簧176围绕管子166的外部并被压在弹簧保持件168和阀头部158之间，从而促使阀表面162抵靠阀座164以使截流阀关闭。

在调节前，柱塞84延伸到马达腔30中足以使活塞在轮子到达轮轴止挡前与柱塞良好配合。调节柱塞84类似于在共同发明人Sheppard的美国专利5,803,201“具有卸载阀的液压动力转向装置组件”中为了调节安全阀所描述的方法，该专利转让于本发明的受让人并以参见的方式纳入本文，如同在这里进行了完全的阐述。

车辆被升高以将可转向轮抬离地面。转动方向盘以使活塞28朝缸的端壁152运动。当活塞28与滚动销84接触时，活塞28将阀体154推离阀座164并推向弹簧保持件168。继续转动方向盘使阀体154抵靠保持件端壁172运动，从而防止阀体的进一步轴向运动。在所示实施例中，阀体154具有由阀体154的端部限定的八分之一英寸的阀行程，当阀关闭时，该端部与壁172间隔开八分之一英寸。

当可转向轮接近轮轴止挡时，活塞28抵靠柱塞84的继续运动克服柱塞84和孔160的壁之间的摩擦力，从而使柱塞84在孔160中滑动并部分地运动到管子166中。当可转向轮撞击到轮轴止挡时，活塞在其相对于缸的端壁152的关闭位置停止。现在，建立柱塞84相对于阀体154的轴向位置。

当可转向轮运动返回它们的中间位置时，弹簧176推动阀体154和柱塞84一起朝阀座164运动八分之一英寸，直到阀表面162配合阀座164而关闭阀为止。现在，活塞28将在活塞到达其与端壁152最接近的位置前的八分之一英寸处配合柱塞84，以在可转向轮撞击到轮轴止挡前移除动力助力。

所示的截流阀150使用弹簧保持件的端部作为阀构件的轴向止挡件。在其它可能的实施例中，SAE配件、一些其它构件或变成压紧实的弹簧的弹簧可用作止挡件。

在动力转向系统110的正常运作过程中，阀150关闭。孔156中的流体压力将阀头部158推抵阀座162，从而使阀偏置到关闭。

当活塞28配合柱塞84并使阀体154离开阀座164运动时，流体从供给管路38经由孔156流到马达腔30以解除动力转向助力。流体经由SAE塞件157进入孔156，流经保持件端壁172，经过管子166和弹簧保持件168之间的环状间隙，并经过形成于阀头部158上的周向间隔开的凹瓣部（concave lobe）或凹陷部178。

当活塞28运动返回其中间位置时，弹簧176和流体压力协作以将阀体158推抵阀座164而关闭阀150。

如果柱塞84的位置需要重新设定，则将SAE配件157移除且将塞件174进一步拧入管子166，从而将柱塞84进一步推到马达腔中。

图10示出用于形成截流阀44或46的第二实施例的截流阀180（图10示出用于形成截流阀44的阀180）。可手动调节柱塞84伸入马达腔30或32的距离。

截流阀180包括延伸穿过圆筒形壁152并通入马达腔30的水平孔182。管状弹簧保持件184位于孔182内并容纳压簧186和使阀180打开和关闭的可动阀构件188。柱塞84牢固地附连于阀构件188并伸入马达腔30。垂直孔190从孔182延伸并连接到接纳供给管路38的一端的SAE塞件192（未示出）。

水平孔182具有离开马达腔的放大的螺纹端，该螺纹端与弹簧保持件184的外侧上的螺纹协作，以可调节地将弹簧保持件定位在孔182中并由此手动调节柱塞84伸入马达腔30的距离。

弹簧保持件184具有闭合端194和面向马达腔的开口端196。端部196形成与阀构件188上的锥形阀表面200协作的锥形阀座198，以打开并关闭阀。周向间隔开的开口202延伸穿过弹簧保持件184的厚度，并使流体能够从垂直孔190流入保持件184的内部。

在正常操作过程中，弹簧保持件184内的流体压力与弹簧186协作以将阀构件188推抵阀座198，从而关闭阀180。

当活塞28配合柱塞84并使阀体188离开阀座198运动时，流体从供给管路38流到马达腔30以解除动力转向助力。流体经SAE塞件192进入孔190，流入弹簧保持件184并流经形成于阀构件188上的周向间隔开的凹瓣部或凹陷部（未示出），从而经孔182排入马达腔30。

当活塞28运动回到其中间位置时，弹簧184和孔182中的流体压力协作以将阀体188推抵阀座200并关闭阀。

所示截流阀的实施例150、150a和180从液压缸28的端部轴向延伸，从而使液压马达组件的总长度延伸。

图11示出根据本发明的另一动力转向系统210的一部分，其不使液压马达组件的轴向长度延伸。在此实施例中，截流阀44、46承载于活塞28中。动力转向系统210在其它方面类似于动力转向系统110，且因此将仅描述区别之处。

第二共同流体管路段64包括形成于活塞28中、从活塞外表面延伸到连接点66的管路段212以及密封组件214，该密封组件在活塞28的整个轴向运动中将管路段212与管路段64的剩余部分密封连接。密封组件214利用与由本发明的受让人以模型92转向装置（MODEL92STEERING GEAR）为商标在市场上出售的转向装置中所用相同的滑动密封组件，因此将不作详细描述。供给管路38、40在连接点66下游的部分由活塞28中的两个内孔216、218形成，这两个孔分别通到截流阀44、46。止回阀68、70（未示出）可分别位于孔216、218中。

截流阀44、46都类似于截流阀180，而弹簧保持件拧到从活塞表面向内延伸到活塞内并与供给管路38或40流体连接的孔中。

图11示出活塞28处于其中间位置且截流阀44、46为了正常动力转向操作而关闭时的动力转向系统210。左侧截流阀44的柱塞84从活塞延伸到左侧马达腔30中，而右侧截流阀46的柱塞84从活塞延伸到右侧马达腔32中。

图12示出动力转向系统210，其中活塞28运动到其行程左端。左侧柱塞84压抵缸壁152，从而打开阀44并如前已述地解除动力转向助力。

动力转向系统110和210都利用流体信号管路38、40以在活塞28到达其行程末端位置时发出信号。信号管路38、40中的流体压力还用于打开和关闭截流阀42，并将阀42保持在这种打开或关闭状态。在本发明的其它可能实施例中，由信号管路中的压力表示的信号可用于启用打开和关闭阀42的其它方式。例如，压力开关可位于每个信号管路38、40内，该压力开关根据信号管路中的压力电气打开或关闭阀42。

图13示出类似于动力转向系统210、根据本发明的又一动力转向系统310的一部分，因此将仅描述区别之处。

信号管路连接点66形成为具有中心孔的管状本体312，该中心孔与形成于活塞28中的笔直的流体管路段314和316同轴并与其流体连接。管路段314从本体312延伸并通到马达腔30中，而管路段316从本体312延伸并通到马达腔32中。止回阀38和止回阀70分别位于管路段314和316中。每个止回阀68和70都包括本体312的形成阀座318的对应轴向端以及形成为使止回阀打开和关闭的球320的阀构件。每个截流阀44和46都包括拧到管路段314或316的开口端中的管状塞件322，并形成与使截流阀打开和关闭的球326的阀构件协作的阀座324。每个管路段314、316中的压簧328在管路段中的球320、326之间延伸，并且将球320、326推抵它们对应的阀座318、324。

致动并打开截流阀44、46的柱塞84承载于可调节柱塞组件330、332中，这些柱塞组件穿过液压缸26的轴向相对的壁而安装。柱塞组件330、332在构造上类似于在Sheppard的美国专利6,050,171中公开的柱塞组件，该专利转让给本发明的受让人并因此将不详细描述。

图13示出活塞28处于其中间位置时的动力转向系统310。截流阀42打开且连接点66处的流体压力使止回阀68、90打开并将球326暴露于使截流阀44、46在动力转向系统的正常运作过程中关闭的流体压力。

假定动力转向系统310被致动以使活塞28朝向其活塞行程的左端运动。马达腔32内的高压流体将活塞28推到左侧，并将截流阀46的球326推离其阀座324。球326的两侧上的流体压力基本上相等，且因此弹簧力保持截流阀46关闭。

当活塞28到达活塞行程的左端时，柱塞组件330的致动器84配合截流阀44的球326并使阀44打开，从而如前已述地解除动力助力。连接点66处的流体压力由于引起截流阀42关闭的压力下降而降低。压力下降可使截流阀46能够打开，但止回阀70保持关闭并防止连接点66和右侧马达腔32之间的流体连通。

上述动力转向系统110、210、310响应于经信号管路38或信号管路40传递的低压信号以关闭截流阀42。图14至17示出根据本发明的动力转向系统410，该动力转向系统可响应于高压信号以关闭截流阀42。

图14示出系统410的控制模块55。系统410的控制模块55与系统110的控制模块55类似，因此将仅讨论区别之处。流体管路74不连接到入口58，而是如所示在端口92处连接到排出装置14。在动力转向系统410的正常操作过程中，流体管路74内的流体压力处于排放压力或接近排放压力，并且小于入口58处的流体压力。由先导管路78产生的、促使截流阀42打开的力克服由先导管路80和弹簧82产生的、促使阀42关闭的组合力，且流体流到用于正常动力转向操作的控制阀20。

当发生行程到底的状况时，流体管路74中的流体压力增大到基本上整个系统压力。由先导管路78和弹簧82产生的关闭力克服由先导管路78和截流阀42产生的打开力，以如前所述移除动力转向助力。

如图15中所示，截流阀44、46以类似于动力转向系统210和310中的方式承载于活塞28中。信号管路38通到右侧马达腔32中，而信号管路40通到左侧马达腔30中。图15示出为了正常动力转向操作而关闭截流阀44、46且活塞28处于其中间位置时的动力转向系统410。信号管路216、218和64包含处于相对较小压力的流体，且因此截流阀42为了正常动力转向操作而打开。

图16示出活塞28运动到其行程左端时的动力转向系统410。左侧柱塞84压抵缸壁152，从而打开阀44并使信号管路64与右侧马达腔32中的高压流体连通。流体压力的增大使截流阀44关闭并解除动力转向助力。当活塞28开始返回到其中间位置时，信号管路64中的流体压力将下降并且截流阀关闭以使系统返回到正常动力转向操作。

图17更详细地示出动力转向系统410的左侧截流阀44，应当理解右侧截流阀46具有相似的构造。致动截流阀44、46的柱塞组件与那些在动力转向系统310中的相同，因此将不作描述。

截流阀44、46被拧到延伸穿过活塞28的轴向孔412的相对的螺纹端中。阀44包括拧到孔内的管状阀外壳414和承载于该外壳内、管状的可轴向运动的阀构件416。外壳414和阀构件416形成协配的锥形阀表面418、420，这些表面借助于阀构件416的轴向运动使阀44打开和关闭。信号管路216通到孔412内，在那里外壳414具有直径缩小的承载径向孔422，这些径向孔使外壳412的内部与信号管路216连通。阀构件416承载由球424和阀座426形成的内部止回阀组件423。滚动销428从阀构件416的内端伸出并支撑压簧430的一端。压簧430的另一端支撑于阀46的滚动销上，因而，压簧430促使两个阀44、46都关闭。螺母432密封阀外壳414的外端。

假定动力转向系统410的正常操作将活塞28推向图16所示的左侧。左侧马达腔32中的高压流体使截流阀46的止回阀423打开，从而允许高压流体进入活塞孔412。高压流体迫使阀44关闭并迫使截流阀44的止回阀423关闭。

当活塞28到达其行程的左端时，左侧柱塞组件配合阀构件416并将阀构件416推到孔412中抵靠弹簧，从而使截流阀44打开。孔412内的高压流体流入阀外壳414的内部并与传感管路66流体连通。传感器管路66中的压力增大使截流阀42关闭，从而解除动力转向助力。

在其它实施例中，截流阀42可直接通过活塞或悬置构件的运动来致动。例如，可设置伸到马达腔内的柱塞，这些柱塞起到使电触头打开和关闭的作用，这些电触头又使截流阀42打开或关闭。

在图18中示出通过关闭截流阀而产生液压马达22的液压锁定的另一替代实施例，其示出常开截流阀42置于排出管路24中的动力转向系统510。用相同的附图标记示出系统510的与动力转向系统10中元件相同的对应元件。当截流阀42关闭时，流体无法流出低压马达腔30或32。这使液压马达22被液压锁定，从而解除动力助力。

图19示出动力转向系统610的一部分，该动力转向系统具有由位于排出管路24中的控制模块55形成的截流阀42。系统610的控制模块55与系统110的控制模块55类似，但响应于低压信号操作来关闭阀42。动力转向系统610的截流阀44、46与图17中所示的构造相同，因此不在附图中示出。

图20和21示出动力转向系统610的阀体56的一个实施例。将端口58和60连接起来的流动通道72具有轴向偏置的流动部分72a、72b，这些部分与形成为圆柱形孔612的控制通道相交。由端壁614、616来闭合控制通道612。可轴向运动的阀芯618在控制通道612中，并在阀的相对两端上形成控制腔620、622。弹簧82在腔620内并将阀芯618推到其抵靠端壁616的打开位置。阀芯618具有能够在阀芯618抵靠端壁616时流经流动通道72的直径缩小的中间部分。流体管路74流入腔620，并且然后经由阀芯618内的轴向孔624流到腔618，并然后经由流动通道626流到端口58。孔622内的节流结构628形成孔口76。

在正常动力转向操作过程中，排出管路24和信号管路66包含与腔614、618连通的低压流体，且因此阀芯618的两端上的流体压力基本上相等。弹簧82使阀芯618如图21中所示保持在其打开位置。

当信号管路66内的流体压力增加到表示活塞28已到达行程末端的基本上系统压力时，腔622内的压力增加并且将阀芯618推到抵靠端壁620的关闭位置。阀芯618阻塞流动通道72并防止流体流出液压马达22，由此解除动力助力。

动力转向系统110、210、310、410、510、610利用蓄能器16和控制阀20之间或储存器14和控制阀20之间的单个常开截流阀42以解除动力转向助力。当截流阀42关闭时，液压马达22处于“液压锁定”中并且活塞22不能运动，这是因为流体不能流入或流出液压马达22。

在其它可能的实施例中，在控制阀20和液压马达22之间延伸的供给管路34、36中的一条或两条管路可包括常开的截流阀42以在关闭时产生液压锁定并解除动力转向助力。

上述动力转向系统利用流体压力的变化来表示活塞已到达行程末端的状态。图22示出根据本发明的动力转向系统710，其利用打开或关闭电气连接来表示可转向轮正接近行程末端。用相同的附图标记来表示功能上与转向系统10的部件相同的动力转向系统710的部件。

在此实施例中，常开截流阀42是电动操作的阀。该阀可操作地连接到成对的电开关或限位开关712，这些开关都可与对应的接触构件或接触板714配合以打开和关闭电气回路716，从而打开和关闭截流阀42（在附图中示出一个开关712和接触板714）。开关712和接触构件714之一附连于车辆转向连杆或轴组件的可动部分，而开关712和接触构件714中的另一个相对于这一个构件是静止的。箭头718标示由可转向轮的运动引起的开关712相对于接触板714的相对运动。

所述实施例中的每对开关712和接触构件714都定位成彼此配合，并且就在对应的左转和右转时到达轮子行程的末端前关闭电回路716，从而关闭截流阀42并解除动力助力。诸如相对于上述其它实施例讨论过的使用或传递流体压力信号的信号管路可用于发出转向助力应当恢复且截流阀42应当被打开的信号。在动力转向系统710的其它可能的实施例中，附连于转向柱或其它转向组装构件的开关可发出控制阀20居中且截流阀42应被打开的信号。

尽管我们已述本发明的较佳实施例，但应当理解，本发明能够进行修改，且因此我们并不希望限于下述精确细节，但期望有助于如落入下面权利要求书的范围内地进行这种变化和改变。

Claims (17)

1.一种用于具有至少一个可转向轮的车辆的动力转向设备，所述可转向轮能够沿转向行程朝形成所述转向行程的末端的轮轴止挡运动，所述设备包括：

用于使所述至少一个可转向轮运动的液压马达，所述液压马达包括用于使所述至少一个可转向轮沿所述转向行程运动的、能够轴向运动的活塞，所述活塞将缸分成在所述活塞的相对两侧上的第一马达腔和第二马达腔；

流体连接到所述第一马达腔的第一马达管路以及流体连接到第二马达腔的第二马达管路；

高压流体源和排出装置；

流体连接到所述流体源的供给管路和流体连接到所述排出装置的排出管路；

连接到所述供给管路、所述排出管路以及所述第一马达管路和第二马达管路的控制阀，所述控制阀能够响应于驾驶员的转向输入而置于中间和非中间状态，所述控制阀在处于所述非中间状态时将所述供给管路和所述第一马达管路流体互连以形成从所述高压流体源到所述第一马达腔的高压管路，并且将所述排出管路和所述第二马达管路流体互连以形成从所述第二马达腔到所述排出装置的低压管路，由此，所述第一马达腔内的流体压力将所述活塞推向所述第二马达腔；

截流阀；

当所述控制阀处于非中间状态时，所述截流阀设置于(a)与(b)中的一个管路：(a)所述高压管路以及(b)所述低压管路；

当所述至少一个可转向轮离开所述轮轴止挡时，所述截流阀打开，由此允许经过与所述截流阀关联的所述管路的流动；以及

当所述至少一个可转向轮接近所述轮轴止挡时，所述截流阀关闭，由此阻塞经过与所述截流阀关联的所述管路的流动。

2.如权利要求1所述的动力转向设备，其特征在于，所述截流阀设置在所述供给管路中。

3.如权利要求1所述的动力转向设备，其特征在于，所述截流阀设置在所述排出管路中。

4.如权利要求1所述的动力转向设备，其特征在于，所述截流阀设置在所述第一马达管路或所述第二马达管路中。

5.如权利要求1所述的动力转向设备，其特征在于，包括可操作地连接到所述截流阀的单个信号管路，所述信号管路传递表示所述至少一个可转向轮正靠近所述轮轴止挡的信号，所述截流阀构造成响应于所述信号而关闭。

6.如权利要求5所述的动力转向设备，其特征在于，所述信号管路是电气管路并传递电信号。

7.如权利要求5所述的动力转向设备，其特征在于，所述信号管路是流体管路并传递流体压力信号。

8.如权利要求7所述的动力转向设备，其特征在于，所述信号管路使所述截流阀与所述第一和第二马达腔中的一个马达腔流体连接。

9.如权利要求8所述的动力转向设备，其特征在于，所述截流阀表示第一截流阀并包括第二截流阀，所述第二截流阀设置在所述信号管路中，当所述至少一个可转向轮离开轮轴止挡时，所述第二截流阀关闭，当所述至少一个可转向轮靠近轮轴止挡时，所述第二截流阀打开，因而，所述信号管路将流体压力信号传递到所述第一截流阀。

10.如权利要求9所述的动力转向设备，其特征在于，所述第二截流阀可操作地连接到所述活塞，由此所述活塞的运动使所述第二截流阀打开和关闭。

11.如权利要求10所述的动力转向设备，其特征在于，所述第一截流阀设置在所述排出管路中，所述信号管路流体连接到所述第一马达腔，以当所述活塞到达对应于所述至少一个可转向轮靠近所述轮轴止挡的位置时，将高压信号传递到所述第一截流阀，所述第一截流阀响应于所述高压信号而关闭。

12.如权利要求1所述的动力转向设备，其特征在于，所述截流阀包括阀体和阀芯，所述阀芯能相对于所述阀体运动，以使所述截流阀打开和关闭。

13.一种利用车辆的动力转向系统使车辆的可转向轮朝轮轴止挡运动并在所述可转向轮撞击到所述轮轴止挡前基本上解除动力转向的方法，所述动力转向系统具有高压流体源、活塞、第一流体管路以及第二流体管路，所述活塞在液压缸中并将所述缸密封地分成位于所述活塞的相对两侧上的两个腔，所述第一流体管路使所述流体源与缸的腔中的一个腔流体连通，而所述第二流体管路使所述缸的另一腔连接到排出装置，所述活塞可操作地连接到所述可转向轮并沿活塞行程在所述缸中运动，当所述活塞沿所述活塞行程运动时，所述可转向轮朝向所述轮轴止挡运动，所述方法包括如下步骤：

(a)使高压流体流经所述第一流体管路并流到所述缸的一个腔内，并使所述缸的另一腔连接到排出装置，所述高压流体流入所述缸的一个腔，从而使所述活塞朝所述活塞行程的末端运动，所述活塞的运动将流体经由所述第二流体管路推出所述另一腔；以及

(b)在所述可转向轮撞击到所述轮轴止挡前，关闭所述第一流体管路或所述第二流体管路。

14.如权利要求13所述的方法，包括以下步骤：

(c)当所述可转向轮靠近所述轮轴止挡时，产生信号；以及

(d)响应于所述信号执行步骤(b)。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(c)还包括如下步骤：

(e)产生流体压力信号和电信号中的一种信号。

16.如权利要求13所述的方法，包括以下步骤：

(c)将常开截流阀置于所述第一流体管路或所述第二流体管路中；

(d)当所述可转向轮靠近所述轮轴止挡时，使所述截流阀与所述腔中的一个腔流体连通；以及

(e)当所述截流阀与所述腔中的一个腔流体连通时，关闭所述截流阀以执行步骤(b)。

17.如权利要求16所述的方法，包括以下步骤：

(f)将信号管路从所述腔中的一个腔延伸到所述截流阀，并将常闭截流阀置于所述信号管路中；以及

(g)当所述活塞已沿其行程到达预定位置时，打开所述常闭截流阀以执行步骤(d)。

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