CN104487317B - 用于补偿方向盘与转向阀之间的传动装置中的游隙的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车辆的液压伺服转向系统的操作方法，其中，借助于转向阀将转向油缸集成到液压回路中，该转向油缸将支承力施加至转向传动装置，转向阀的转向阀开度确定该支承力，其中，该支承力由转向阀根据借助于具有游隙的传动装置施加至方向盘的转向扭矩设定，并且其中，该转向系统还包括致动器，该致动器作用在该传动装置上以便对传动装置进行相对调整，其中，该操作方法设置补偿步骤，在该补偿步骤中，如果检测到转向方向反转，就借助于该致动器沿与传动装置的在先接合方向相反的方向相对地调整该传动装置，该调整持续预定的持续时间或预定的调整距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压伺服转向系统和一种相关的操作方法，其中，将支承力施加至转向传动装置的转向油缸借助于转向阀集成到液压回路中。该支承力由转向阀根据借助于具有游隙的传动装置施加于方向盘的转向扭矩设定。该转向系统还包括致动器，该致动器作用在该传动装置上以便对该传动装置进行相对调整。
背景技术
诸如客车之类的机动车辆的通用液压伺服转向系统可用于对双轨迹机动车辆的车轮、尤其是前轮进行转向调整。车轮借助于转向传动装置围绕它们的转向轴线回转或转动。这由机动车辆的驾驶员利用它的方向盘启动，该方向盘通过放入所谓的转向装置借助于还称之为转向柱的转向轴连接至转向传动装置。支承力可借助于形成为液压同步油缸的所谓的转向油缸施加至该转向传动装置。这依靠由驾驶员借助于转向阀强加的左右轮转动的程度来完成，该转向阀的作用在于分别联接至扭转杆或施加于它的扭矩，该扭矩又对应于由驾驶员施加的转向扭矩。由此，转向阀确定了转向扭矩与支承力之间的相关性。
这种常规的液压动力转向系统或伺服转向系统分别以高能量密度、高最大力、以及良好的动态特性为特征。
转向阀起作用以通过改变转向阀开度来设定该支承力，并由此以与施加至方向盘的转向扭矩直接相关的方式起作用。此外，转向系统是已知的，其中，转向阀开度借助于诸如小齿轮轴与阀套之间的小齿轮传动组件之类的传动装置设定。特别地，这种传动装置设置在转向系统中，此外，在该转向系统中，转向阀开度与所施加的转向扭矩之间的比率、即阀特性(还称之为升压曲线)可由致动器改变。这种转向系统例如公开在DE 102007028529 A1、EP 1514766A1和DE 102004015991A1中，并且根据“扭矩叠加”研发出，以便扩展液压转向器在自动泊车和车道保持方面的功能。当在常规转向阀中时，转向阀开度和由此初始转向支承直接关联于施加至方向盘的转向扭矩，在该方向盘中，借助于致动器能够进行附加调整。例如，在常规转向系统中，接合在齿条中的小齿轮轴被固定地连接至阀套，而在根据本发明的阀中时，例如，由致动器导致的相对运动是可能的。存在为本领域技术人员已知的多种技术方法。
所有的这些方法均具有下列缺点，即，该传动装置具有游隙，并且因此在改变转向方向时，存在其中转向阀开度并不随动于该转向扭矩而是滞后的转向角度范围。这严重妨碍了转向控制；并且最多导致被视为是一种缺点的非常间接的转向控制；一般来说，特别是在多次改变方向的情况下，例如在持久的弯道中，驾驶员将该游隙感知为不稳定的转向扭矩。该不稳定的感觉还称之为“手抖(handshake)”。这种手抖尤其在液压油缸中的两个腔室的高差压处发生并具有陡峭的升压曲线，这是由于在该工作范围中，由该游隙所导致的小微分角导致了明显更大的差压。
发明内容
因此，在现有技术中的缺点的背景下，本发明的目的是改善转向性能并且特别是避免至少在特定的转向情况下控制转向阀调整的传动装置中的游隙的缺点，并且提高液压伺服转向系统的响应性能。
该目的由根据权利要求书所述的方法及系统来获得。有利实施方式是从属权利要求的主题。应该注意到的是，权利要求中所提及的各个特征都可以任何技术可行的方式彼此结合并可带来本发明的其它实施方式。本说明书另外表征并详细说明了本发明。
具有创造性的用于液压伺服转向系统的操作方法提供了借助于转向阀将支承力施加至转向传动装置的转向油缸，该转向阀的转向阀开度限定该支承力，该转向阀被集成到液压回路中。此外，液压回路例如包括液压泵，该液压泵将压力施加于液压流体以产生循环。
根据本发明的操作方法设置的转向阀通过以与施加至方向盘(steering wheel)的转向扭矩直接相关的方式改变转向阀的转向阀开度而引起对支承力的调整。根据本发明，转向阀开度的改变借助于具有游隙的传动装置所导致，该传动装置例如将小齿轮轴的转向运动施加至转向阀的阀套。此外，本发明设置有致动器，该致动器作用在传动装置上以便对传动装置进行相对调整，即例如阀套相对于小齿轮轴的旋转。根据本发明，该操作方法由此包括补偿步骤，在该补偿步骤中，如果检测到转向方向反转，则借助于致动器沿与传动装置的在先接合方向相反的方向相对地调整该传动装置，该调整持续预定的持续时间或预定的调整距离。例如，接合方向的反转可意指将小齿轮传动装置的旋转方向反转。该措施可至少部分补偿该游隙，即至少部分补偿了由该游隙所导致的后座力。由此避免在改变转向方向时，转向阀开度并不随行于转向扭矩。如果没有消除，也降低了最终导致的对于转向感觉的损害、例如所谓的手抖。
术语液压伺服转向系统应该被广义地解释成包括具有液压伺服转向器的所有转向系统且并不限于齿条和小齿轮转向系统、即在转向柱与转向杆之间的齿条和小齿轮接合。例如，它还可以是液压辅助块型转向系统或液压辅助循环滚珠型转向系统。优选地，该伺服转向系统包括齿条和接合在该齿条中的小齿轮以及与该小齿轮以抗扭矩的方式连结的输出轴，该输出轴还称之为小齿轮轴，并且该传动装置设置在转向阀与输出轴之间。
具体实施方式
根据优选实施方式，转向阀与所施加的转向扭矩之间的比率和由此阀特性(还称之为升压曲线)可由致动器改变。这种转向阀例如从DE 102007028529 A1、EP 1514766 A1和DE102004015991A1获知：它们根据“扭矩叠加”研发，以便扩展液压转向器在自动泊车和车道保持方面的功能。而在常规转向阀中，转向阀开度和由此初始转向支承与施加至方向盘的转向扭矩直接连接，这里，借助于致动器能够进行附加叠加调整。传动装置设置在致动器与转向阀之间。具有缩小游隙的传动装置的制造是昂贵且复杂的，这是由于传动部件必须具有范围狭小的制造公差。例如，在常规转向系统中，接合在齿条中的小齿轮轴和阀套彼此附接，而在根据本发明的阀中，该致动器允许对转向阀开度进行相对调整。存在为此为本领域技术人员所熟悉的许多技术方法。
根据一个实施方式，转向阀特性的改变意指对转向阀套相对于由小齿轮轴的位置限定的位置进行旋转调整。在该实施方式中，小齿轮轴和输入轴可借助于扭转杆相对于彼此反向旋转。阀套相对于输入轴的位置确定了支承力。由此，阀套的相对旋转还导致了相对于输入轴的旋转，并且该支承力通过旋转而改变。
根据简单实施方式，由致动器所导致的最大调整距离对于所有的转向情况均被固定地确定为常数值并且由此适应于该传动装置的游隙。尽管根据本发明的该过程使得“手抖”最小化，但是该“严格的”过程并不是最佳的并且对于用于调节该支承力的稳定性具有有害作用。因此，优选的是，最大调整距离和/或调整时间和/或调整速度根据诸如当前或在先转向扭矩和/或当前转向速度之类的转向参数进行选择，以便根据转向情形来修正该游隙。例如，最大调整距离取决于转向角度并在转向角度从直进位置逐渐变化时增大。
根据另一有利实施方式，调整距离和/或持续时间和/或调整速度根据诸如当前车辆速度或当前偏航率(yaw rate)之类的转向参数进行选择。
根据另一实施方式，并不设置补偿步骤，除非该转向角度超过特定值。例如，当转向角度相对于该直进位置超过一定度数、例如1度时，执行该补偿步骤。
根据另一实施方式，规定对传动装置的游隙进行感测。在一个实施方式中，在适当的驾驶或转向情形中，借助于输入轴与转向阀套之间的扭矩传感器对该游隙进行感测。例如，游隙可还在转向系统的生产期间被确定。
在另一有利实施方式中，当反转该转向方向时，对转向角度进行检测和存储，并且在下列补偿步骤中，致动器的调整距离被选择成与当前转向角度与存储的转向角度之间的差值成比例。
根据一个实施方式，规定借助于小齿轮轴上的转向角度传感器对转向方向反转进行检测、即对方向盘的旋转方向的反转进行检测。
优选地，转向方向反转利用转向角度传感器进行检测，该转向角度传感器直接检测与方向盘具有抗扭矩连接的输入轴的旋转方向。
根据优选实施方式，该转向阀具有行星齿轮传动装置以改变由致动器所产生的阀特性。这种转向阀的特征在于它们的对于阀特性进行的极为快速且精确的可调整性。这种转向阀从DE 102004049686 A1获知。更为优选的是在DE 102009029532中描述的实施方式，该文献以参引的方式被全部结合到本文中。
优选的是，根据本发明的致动器是诸如多相电机或伺服电机之类的机电致动器。
根据本发明的方法的实施方式的另一方面，预定的最大调整距离利用致动器以朝向最大设定值的恒定或正弦增长方式被稳步地设定，即该致动器被设定成避免任何急剧调整。这防止了在牵引方向盘时在听觉上识别出和/或在触觉上识别出该再调整。恒定增加意指例如线性增加的调整，直到可对应于传动装置游隙的最大调整距离的最大调整距离。正弦增加意指对应于0至90°之间的正弦模式的增加。优选地，陡度、即稳定调整发生所处的速度根据转向情况、例如根据先于调整而存在的转向角度和/或当前转向速度被选择。例如，在高转向速度(即偏航角(yaw angle)的快速变化)下，该致动器在仅几毫秒内就改变至最大调整距离，而在缓慢转向速度下，可在100毫秒(ms)甚至更长时间内完成调整。
本发明还涉及一种液压伺服转向系统，该系统包括：液压回路；集成到该液压回路中的转向油缸，该转向油缸将支承力施加至转向传动装置；集成到该液压回路中的转向阀，该转向阀根据借助于具有游隙的转向装置施加于方向盘的转向扭矩设定该支承力。该转向系统还包括：致动器，该致动器作用在该传动装置上以便对其进行相对调整；和控制单元，其中，该控制单元被形成为执行根据上述实施方式的操作方法。本发明由此包括补偿步骤，在该补偿步骤中，如果检测到转向方向反转，就借助于致动器沿与该传动装置的在先接合方向相反的方向相对地调整该传动装置，该调整持续预定的持续时间或预定的相对调整距离。接合方向的反转意指例如小齿轮传动装置的旋转方向的反转。该措施可至少部分地补偿该游隙，即至少部分地补偿由该游隙所导致的后座力。可以避免的是，当改变转向方向时，转向阀开度并不随行于转向扭矩。最终导致的对于转向感觉的损害，例如所谓的手抖，被降低乃至消除。由于能够减小制造公差，可更为节省成本地制造相应装配的转向系统。
Claims (13)
1.一种用于机动车辆的液压伺服转向系统的操作方法，其中，借助于转向阀将转向油缸集成到液压回路中，所述转向油缸将支承力施加至转向传动装置，所述转向阀的转向阀开度确定所述支承力，其中，所述支承力由所述转向阀根据借助于具有游隙的传动装置施加至方向盘的转向扭矩设定，并且其中，所述转向系统还包括致动器，所述致动器作用在所述传动装置上以便对所述传动装置进行相对调整，其中，所述操作方法包括补偿步骤，在所述补偿步骤中，如果检测到转向方向反转，就借助于所述致动器沿一方向相对地调整所述传动装置，该方向与所述传动装置的在先接合方向相反，所述调整持续预定的持续时间或预定的调整距离。
2.根据权利要求1所述的操作方法，包括至少一个其它步骤，在所述至少一个其它步骤中，借助于所述致动器和所述传动装置来执行阀特性的改变。
3.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，根据当前转向角度和/或当前或在先转向扭矩和/或当前转向速度选择所述调整距离和/或所述调整持续时间和/或调整速度。
4.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，根据当前车辆速度和/或当前偏航率选择所述调整距离和/或所述调整持续时间和/或调整速度。
5.根据权利要求3所述的操作方法，其特征在于，除非所述转向角度超过某预定值，否则不设置所述补偿步骤。
6.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，设置检测步骤，在所述检测步骤中，对所述传动装置的所述游隙进行检测。
7.根据权利要求3所述的操作方法，其特征在于，所述转向角度存在于在检测时对转向方向反转进行测量和存储的期间，并且所述致动器的最大调整距离在随后的补偿步骤中被选择成与所述当前转向角度与存储的转向角度之间的差异成比例。
8.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，对于所述转向方向反转进行的检测由转向角度传感器完成，所述转向角度传感器直接检测与所述方向盘具有抗扭矩连接的输入轴的旋转方向。
9.根据权利要求2所述的操作方法，其特征在于，所述转向阀设置有至少一个行星齿轮传动装置以借助于所述致动器改变所述阀特性。
10.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述致动器为多相电机或伺服电机。
11.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述预定调整距离借助于所述致动器以恒定或正弦的增长方式稳步地设定。
12.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述伺服转向系统包括齿条和接合在所述齿条中的小齿轮以及与所述小齿轮具有抗扭矩连接的小齿轮轴，并且所述传动装置设置在所述转向阀与所述小齿轮轴之间。
13.一种液压伺服转向系统，包括：液压回路；集成到所述液压回路中的转向油缸，所述转向油缸将支承力施加至转向传动装置；集成到所述液压回路中的转向阀，所述转向阀根据借助于具有游隙的传动装置施加至所述方向盘的转向扭矩设定所述支承力，并且所述转向系统还包括：致动器，所述致动器作用在所述传动装置上以便对所述传动装置进行相对调整；以及控制单元，所述控制单元被设计成执行根据前述权利要求中的任一项所述的操作方法。
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