CN104661899B - 用于车辆后从动轴的转向系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆(F)的至少一个后从动轴(An)的转向系统(L)，包括：用于检测车辆前轴(Av)车轮(Rv)的转向角(α)的转向角传感器(Sα)、用于检测车辆(F)车速(v)的车速传感器(Sv)、用于驱动液压泵(P)的电动机(M)，该泵又与至少一个用于使后从动轴(An)车轮(Rn)转向的工作缸(Z)连接；控制器(C)，该控制器一方面与转向角传感器(Sα)和车速传感器(Sv)连接并且另一方面与电动机(M)连接或可连接、构造用于由转向角(α)和车速(v)确定车辆(F)后从动轴(An)车轮(Rn)的主销后倾角(β)并且基于该主销后倾角(β)控制电动机(M)，工作缸(Z)中的活塞(K)具有永久磁铁(B)，该永久磁铁能相对于电磁阀(V1)移动，所述电磁阀在后从动轴(An)车轮(Rn)的直线行驶位置中被永久磁铁(B)切换到工作位置(A1)中，在该工作位置中禁止工作缸(Z)上的液压油交换，并且活塞(K)被锁定在后从动轴(An)车轮(Rn)的直线行驶位置中。本发明还涉及一种用于操控车辆(F)的至少一个后从动轴(An)的车轮(Rn)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及转向系统技术领域、尤其是一种用于车辆后从动轴的转向系统和一种用于操控车辆的相应方法。
背景技术
重型车辆、尤其是商用车辆常常具有多于两个的车轴、即所谓的后从动轴(NLA)。如NLA构造成刚性的，则车辆具有大的转弯轨迹。因此，除了前轴转向装置外通常也附加地安装可转向的NLA。NLA在此可强制转向或附着转向、即通过车轮自身的复位运动转向。附加的NLA转向装置可实现较小的转弯半径，由此获得更高的可操作性。此外，减小了轮胎的侧偏角，由此降低了车轮的磨损。
然而希望仅在低速时进行NLA的主动转向。在较高车速中不希望NLA转向，因为这不利于稳定行驶。必须从特定的、与车辆有关的速度起固定NLA，以避免引起不稳定的行驶状态。
由现有技术已知，NLA通过液压缸转向。根据阀如何被切换，通过内燃机驱动的泵将油泵入一个或另一个缸室中，但在一些车辆中转向泵并非由内燃机驱动，而是通过电动机驱动。由于电动机可在两个方向上相同地驱动，因此能够借助可逆泵根据旋转方向加载一个或另一个缸室。
现有系统中的问题在于，在故障或在较高车速时须借助极高耗费将车轴保持在直线行驶位置中。
德国专利申请DE 103 51 482 A1示出一种转向系统，在其中液压转向的车辆后轴借助附加的锁定装置保持在当前位置中或附着转向地返回中间位置并且随后锁定。但这需要额外的构件并且因此是昂贵的；此外需要很多空间。另外，在许多液压系统中泵也固定连接在内燃机上，以致泵连续地运行。因此，恰恰在车辆长时间所处的直线行驶中液压泵连续地运行，尽管这是不需要的。在此运行状态中，液压产生损耗，该损耗不对应任何附加值。这违背了降低车辆燃料消耗的要求。
德国专利申请DE 10 2006 008 436 A1示出一种机械耦合的多车轴转向装置，在其中只有当附加的转向轴也需要主动转向时(即在转向回转时)，才向该附加的转向轴施加转向力。但此系统只有以极高的耗费才能被实现用于后轴转向装置，所述后轴转向装置在直线行驶中从特定的车速范围起应被锁定。
在德国专利DE 4414161C1中描述了一种多车轴转向装置，在其中控制一个传感器缸。根据该传感器缸在前轴上的位置，后轴上的输出缸作出反应。在该系统中不利的是与该传感器缸的相应位置的直接关联。因此借助该系统不能根据车速影响后轴。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于车辆后从动轴的转向系统，该转向系统尽可能全面地考虑车辆的当前行驶状态、节能且可靠地工作并且可简单且低成本地实现。
该任务借助根据本发明的转向系统来解决。尤其是结合附图的说明附加地详细说明了本发明的特征。
据此，规定一种用于车辆的至少一个后从动轴的转向系统，包括：用于检测车辆前轴车轮的转向角的转向角传感器；用于检测车辆车速的车速传感器；用于驱动液压泵的电动机，该液压泵又与至少一个用于使后从动轴车轮转向的工作缸连接；控制器，该控制器一方面与转向角传感器和车速传感器连接并且另一方面与电动机连接或能与电动机连接、构造用于由转向角和车速确定车辆后从动轴车轮的主销后倾角(Nachlaufwinkel)并且基于该主销后倾角控制电动机，工作缸中的活塞具有永久磁铁，该永久磁铁能相对于电磁阀移动，当后从动轴车轮处于直线行驶位置时所述电磁阀被永久磁铁切换到工作位置中，在该工作位置中工作缸上的液压油交换被禁止并且当后从动轴车轮处于直线行驶位置时活塞被锁定。
因此首先提供一种用于后从动轴的电液转向系统，在其中方向盘并不机械地与待转向的车轴连接，后从动轴的转向独立于前轴的转向进行。另外该系统与内燃机脱耦，从而一方面可根据需求进行控制并且另一方面——通过较少的并且另外可自由放置的构件——确保了转向系统安装时较高的空间灵活性。在低速行驶以及在停车时，可借助该系统根据前轴的转向角以及车速进行主动转向。尤其是后从动轴的车轮在电子装置和/或泵出现故障时仍能够随时自动地、即被附着驱动地从任何偏转角返回其直线行驶位置中并且可靠地锁定在那里，且为此无需附加的电子装置和/或液压驱动装置。在活塞向其中间位置的附着驱动运动中，液压油从工作缸的一个缸室被输出，同时在不使用泵的情况下被吸入另一缸室中。当永久磁铁切换电磁阀时，永久磁铁的进一步移动通过在两侧被封闭的液压油锁定，从而后从动轴车轮可靠地保持在其直线行驶位置中。因此，在低速行驶中当泵和/或电子装置出现故障时存在这样的可能性，即后从动轴被阻尼地、附着转向地进入中间位置中并且保持在那里。在此“后从动轴”应理解为任何跟随已转向的车轴的偏转的轴并且该轴位于刚性后轴或前轴的后方或前方、即也可设置为前从动轴。
根据一种有利的方案，根据本发明的转向系统具有至少一个控制阀，该控制阀设置在工作缸和泵之间的液压管线中，所述控制阀在基本位置中禁止工作缸和泵之间的流体流并且在工作位置中释放工作缸和泵之间的流体流，在所述至少一个控制阀处于基本位置和电磁阀处于基本位置时补偿管线是打开的，该补偿管线允许工作缸上的液压油交换，从而活塞能被附着驱动地移动至其中间位置中，在该中间位置中电磁阀是被切换的，并且后从动轴车轮被锁定在直线行驶位置中。所述至少一个控制阀在此例如可被弹簧驱动地保持在其关闭的基本位置中并且通过电磁铁的作用移动到其打开的工作位置中。在例如泵出现故障时，该系统可通过所述阀的切换进入安全状态。当电磁阀例如在控制阀无故障工作并且后从动轴车轮偏转的情况下处于其基本位置中时，允许活塞的附着驱动运动的补偿管线是关闭的，并且活塞只能通过泵移动。当现在出现故障时——在其中所述至少一个控制阀进入其不通电的基本位置中，则活塞不能再借助泵移动，并且补偿管线接通，该补偿管线允许活塞被附着驱动地挤压液压油，直到活塞到达其中间位置。在该中间位置中，电磁阀通过永久磁铁切换到其基本位置中并且禁止经由补偿管线在工作缸上进行液压油交换。电磁阀可在永久磁铁的力作用下无能量地并且因此特别可靠地保持在该基本位置中，在此关闭的泵也不再需要附加的能量。
控制器在此可有利地构造用于在超过可预规定的车速时将所述至少一个控制阀断电。后从动轴从某一可预规定的车速起向其中间位置运动并且保持在那里，使得后从动轴车轮位于直线行驶位置中。由于可在不消耗能量的情况下保持该中间位置，因此该系统的能量消耗最少。
原则上所述至少一个工作缸可构造为单作用缸，其连接泵的液压管线仅需一个控制阀。但所述至少一个工作缸也可构造为双作用缸或构造为由两个单个缸构成的双作用组合体，由此可改善力传递，并且同时实现空间上更灵活的安装。在双作用缸中在此分别使用一个控制阀，用以释放或禁止每个缸室上的液压油交换。所述至少一个缸的不同缸室的体积补偿优选通过由双压力阀和储油器构成的组合实现。可由该储油器吸取液压油并输送之，以便实现相应的液体补偿。尤其是当活塞返回中间位置时，例如可通过吸入阀吸取液压油或将液压油送回储油器中。但原则上也可使用两个具有相同缸室体积的缸来代替例如差动缸，因此不需要储油器。
优选泵构造为能可逆运行的泵或构造为由可单向运行的泵与阀体构成的组合。可逆运行的泵在此对于转向系统的空间需求最少，而可单向运行的泵能够借助更简单的电驱动器运行。所述至少一个控制阀原则上可电磁地和/或液压地操作，以便确保高的可靠性。
上述任务也通过一种用于操控车辆的至少一个后从动轴的车轮的方法解决，在其中检测车速和车辆前轴车轮的转向角并且由此确定后从动轴车轮的主销后倾角，并且后从动轴车轮通过工作缸转向，该工作缸具有永久磁铁，该永久磁铁与工作缸的活塞连接并且相对于电磁阀移动并且在后从动轴车轮的直线行驶位置中切换电磁阀，使得该电磁阀禁止工作缸上的液压油交换，并且活塞被锁定在后从动轴车轮的直线行驶位置中。
由此首先提供一种用于后从动轴的电液脱耦的转向方法，在其中后从动轴可独立于前轴被转向。由此可实现后从动轴的适应于当前行驶情况的转向，另外，这种转向具有节能潜力并且确保高可靠性。尤其是在泵和/或电子装置出现故障时，后从动轴车轮可简单且可靠地机械返回其直线行驶位置中。
在该方法的一种优选方案中，在此至少一个控制阀设置在工作缸和泵之间的液压管线中，所述控制阀在基本位置中禁止工作缸和泵之间的流体流并且在工作位置中释放工作缸和泵之间的流体流，在所述至少一个控制阀处于基本位置和电磁阀处于基本位置时打开补偿管线，该补偿管线允许工作缸上的液压油交换，从而活塞能被附着驱动地移动至其中间位置中，并且随后切换电磁阀，并且后从动轴车轮被锁定在直线行驶位置中。由此，后从动轴车轮可在不消耗能量的情况下从任何偏转的位置可靠地、被附着驱动地返回并且安全地保持在直线行驶位置中。
根据本发明的转向系统基于其特别可靠且安全的工作方式优选用于商用车辆、尤其是载重汽车或旅游大巴中。
附图说明
下面借助附图所示实施例详细说明本发明的其它细节和优点。相同或相似的构件使用同一附图标记。附图如下：
图1为具有本发明转向系统的车辆功能图；
图2为图1的本发明转向系统的功能图。
具体实施方式
图1示出具有第一种根据本发明的转向系统L的车辆F的功能图。为了检测前轴Av车轮Rv的转向角α，在此设置转向角传感器Sα，并且为了检测车速v，设置车速传感器Sv。所述传感器的信号通过信号导线W1传输给控制单元C，该控制单元构造用于控制电动机M和由其直接驱动的可逆液压泵P。替换或附加地，转向角α也可直接在方向盘上测得并且通过信号导线W2传输给控制单元C。另一方面，控制单元C通过信号导线W3与双作用缸Z的位置传感器S1连接，该缸可使车辆F的后从动轴An车轮Rn移动到主销后倾角β中。
只有要求主动转向时，该系统L才通过电动机M驱动。借助能可逆运行的泵P，油流可朝向缸Z的一个或另一个缸室的方向被泵送。工作缸Z在此是双作用缸，其也可被构造为同步缸或差动缸。为了一方面能够在直线行驶时减少能耗并且另一方面在系统故障时使后从动轴An的车轮Rn保持直线行驶(α＝0、β＝0)，缸Z的活塞K具有永久磁铁B，当活塞K处于中间位置G中时，该永久磁铁将电磁阀V1切换到关闭的工作位置A1中。在电磁阀V1的基本位置N1中(活塞K不处于中间位置G)，缸Z的两个缸室之间的补偿管线X3打开，该补偿管线允许油交换，从而可实现活塞K的被附着驱动的运动，直到永久磁铁B将电磁阀V1切换到其关闭的工作位置A1(活塞K处于中间位置G)中并且因此关闭补偿管线X3。
在主动转向时，控制阀V2、V3相反切换到通电的、打开的工作位置A2、A3中，以便打开泵P和相应缸室之间的管线X1、X2并且断开两个缸室之间的补偿管线X3。当活塞K离开其中间位置G时，磁性操作的阀V1切换，但这不起作用，因为内部油回路、即补偿管线X3与泵P分离。在系统故障时，控制阀V2、V3断电并且后从动轴An被附着转向，直到车轮Rn处于直线行驶位置中并被保持在那里。
下面基于图1并且借助图2详细说明转向系统L的各种运行状态。图2以放大比例示出图1的转向系统L功能图。
较高车速
在较高车速时，电动机M可保持关断并且车轴An保持被液压地固定，因为控制阀V2、V3断电并且电磁阀B被切换到关闭的工作位置A1中。
在低速时主动转向
在主动转向时，电动机M由控制器C控制并且控制阀V2、V3切换到其通电的、打开的工作位置A2、A3中，因此补偿管线X3中断。前轴Av车轮Rv的转向回转α或方向盘的转向角在测量技术上被检测并且通过信号导线W1或W2被传输给控制器C。借助这些值和其它值、如车速v计算后从动轴An车轮Rn的规定转向。由控制器C控制与经由液压管线X1、X2将油输送到相应缸室中的泵P连接的电动机M，由此触发活塞运动。该控制通过相应控制算法进行直至达到后从动轴An上的额定值。
转向系统故障
当转向系统L例如因电动机M、转向角传感器Sα和/或车速传感器Sv或控制器C的故障而出现故障时，电动机M关断并且控制阀V2、V3例如被弹簧驱动地进入不通电的、关闭的基本位置N2、N3中。阀B根据活塞K的位置磁性地切换，以便进入安全状态、即如下所述将后从动轴An保持在车轮Rn的直线行驶位置中。
在高速直线行驶中出现故障
当系统L在直线行驶中出现故障时，则该系统不起作用。两个控制阀V2、V3断电并且因此处于其关闭的基本位置N2、N3中。阀B被磁性地切换并且因此位于其关闭的工作位置A1中，在该工作位置中油被液压封闭在两个缸室中。因此，后从动轴An车轮Rn保持在直线行驶位置中。
在低速辅助转向时出现故障
当系统L在主动转向中出现故障时，阀控制装置D、如控制阀V2、V3的相应磁铁断电，由此相应阀V2、V3例如被弹簧驱动地进入其无电流的、关闭的基本位置N2、N3中。通过该过程，泵P与缸室液压分离。如果后从动轴An偏转，则相应于转弯半径的轴向力作用于车轮Rn，该车轮被附着驱动地挤入直线行驶位置中。当车辆F从转弯行驶进入直线行驶时，则轴向复位力引起向直线行驶方向的转向，该运动可通过电磁阀B实现，该电磁阀处于其打开基本位置N1中并且因此释放补偿管线X3，直到活塞K的永久磁铁B到达其中间位置G。在到达该中间位置G后，永久磁铁B使电磁阀V1切换到其关闭的工作位置A1中并且因此使两个缸室彼此分离。因此后从动轴An被液压地锁定。
当然，也可想到本发明转向系统的其它属于技术人员知识和技能范畴内的具体技术方案。重要的是，确保在故障情况下使后从动轴自动、机械地返回其中间位置。因此总体上产生这样的转向系统，其全面地考虑车辆的当前行驶状态、节能且安全地工作并且可简单且低成本地实现。此外，原则上这种转向系统不仅可用于引导后从动轴，而且也可用于其它的转向后轴、如前从动轴。
应注意，术语“包括/具有”不排除其它元件或方法步骤，同样术语“一个”不排除多个元件和步骤。
所使用的附图标记仅为了更好的理解并且决不应被视为限制性的。
附图标记列表
A1 电磁阀的工作位置
A2、A3 控制阀的工作位置
An 后从动轴
Av 前轴
B 永久磁铁
C 控制器
D 阀控制装置
F 车辆
G 活塞的中间位置
K 活塞
L 转向系统
M 电动机
N1 电磁阀的基本位置
N2、N3 控制阀的基本位置
P 泵
Rn 后从动轴车轮
Rv 前轴车轮
S1 位置传感器
Sv 车速传感器
Sα 转向角传感器
v 车速
V1 电磁阀
V2、V3 控制阀
V4、V5 止回阀
W1、W2、W3 信号导线
X1、X2 液压管线
X3 补偿管线
Z 工作缸
α 前轴转向角
β 后从动轴转向角
Claims (9)
1.用于车辆(F)的至少一个后从动轴(An)的转向系统(L)，该转向系统包括：
用于检测车辆(F)前轴(Av)车轮(Rv)的转向角(α)的转向角传感器(Sα)；
用于检测车辆(F)车速(v)的车速传感器(Sv)；
用于驱动液压泵(P)的电动机(M)，该液压泵又与至少一个用于使后从动轴(An)车轮(Rn)转向的工作缸(Z)连接；
控制器(C)，该控制器一方面与转向角传感器(Sα)和车速传感器(Sv)连接并且另一方面与电动机(M)连接或能与电动机连接，并且构造用于由转向角(α)和车速(v)确定车辆(F)后从动轴(An)车轮(Rn)的主销后倾角(β)并且基于该主销后倾角(β)控制电动机(M)，
工作缸(Z)中的活塞(K)具有永久磁铁(B)，该永久磁铁能相对于电磁阀(V1)移动，当后从动轴(An)车轮(Rn)处于直线行驶位置时所述电磁阀被永久磁铁(B)切换到工作位置(A1)中，在该工作位置中工作缸(Z)上的液压油交换被禁止并且当后从动轴(An)车轮(Rn)处于直线行驶位置时活塞(K)被锁定。
2.根据权利要求1所述的转向系统(L)，其中，至少一个控制阀(V2、V3)设置在工作缸(Z)和液压泵(P)之间的液压管线(X1、X2)中，所述控制阀在基本位置(N2、N3)中禁止工作缸(Z)和液压泵(P)之间的流体流并且在工作位置(A2、A3)中释放工作缸(Z)和液压泵(P)之间的流体流，在所述至少一个控制阀(V2、V3)处于基本位置(N2、N3)且电磁阀(V1)处于基本位置(N1)时补偿管线(X3)是打开的，该补偿管线允许工作缸(Z)上的液压油交换，从而活塞(K)能被附着驱动地移动至其中间位置(G)中，在该中间位置中电磁阀(V1)是被切换的，并且后从动轴(An)车轮(Rn)被锁定在直线行驶位置中。
3.根据权利要求2所述的转向系统，其中，所述控制器构造用于在超过可预规定的车速时将所述至少一个控制阀(V2、V3)切换到基本位置(N2、N3)中。
4.根据上述权利要求中任一项所述的转向系统(L)，其中，所述至少一个工作缸(Z)构造为双作用缸或构造为由两个单个缸构成的双作用组合体。
5.根据上述权利要求1至3中任一项所述的转向系统(L)，其中，所述至少一个工作缸(Z)的不同缸室的体积补偿通过由双压力阀和储油器构成的组合实现。
6.根据上述权利要求1至3中任一项所述的转向系统(L)，其中，所述液压泵(P)构造为能可逆运行的泵或构造为由可单向运行的泵与阀体构成的组合。
7.用于操控车辆(F)的至少一个后从动轴(An)的车轮(Rn)的方法，在其中检测车速(v)和车辆(F)前轴(Av)车轮(Rv)的转向角(α)并且由此确定后从动轴(An)车轮(Rn)的主销后倾角(β)，并且后从动轴(An)车轮(Rn)通过工作缸(Z)转向，该工作缸具有永久磁铁(B)，该永久磁铁与工作缸的活塞(K)连接并且相对于电磁阀(V1)移动并且在后从动轴(An)车轮(Rn)的直线行驶位置中切换电磁阀(V1)，使得该电磁阀禁止工作缸(Z)上的液压油交换，并且当后从动轴(An)车轮(Rn)处于直线行驶位置时活塞(K)被锁定。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，至少一个控制阀(V2、V3)设置在工作缸(Z)和液压泵(P)之间的液压管线(X1、X2)中，所述控制阀在基本位置(N2、N3)中禁止工作缸(Z)和液压泵(P)之间的流体流并且在工作位置(A2、A3)中释放工作缸(Z)和液压泵(P)之间的流体流，在所述至少一个控制阀(V2、V3)处于基本位置(N2、N3)且电磁阀(V1)处于基本位置(N1)时打开补偿管线(X3)，该补偿管线允许工作缸(Z)上的液压油交换，从而活塞(K)被附着驱动地移动至其中间位置(G)中并且电磁阀(V1)被切换，并且后从动轴(An)车轮(Rn)被锁定在直线行驶位置中。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的转向系统(L)的应用，用于应用在商用车辆中。
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