CN104724165A - 车辆转向装置及其控制方法、汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆转向装置及其控制方法和汽车，所述装置还包括应急转向助力机构；应急转向助力机构包括：储能缸，与转向油泵和/或转向器连接，用以储存转向油泵和/或转向器多余的液压油和回油压力；具有第一、第二腔的双向作用油缸，双向作用油缸与储能缸和转向传动机构连接，在转向助力机构停止工作或提供的转向动力不足时，储能缸将其储存的液压油和回油压力传送至双向作用油缸，以驱动所述转向传动机构动作使所述车轮转向。本发明通过设置储能缸，将转向油泵和/或转向器多余的液压油和回油压力收集，既可用于车辆应急转向，也可原地转向，结构简单，节省能源，适用于需转向力较大的重型汽车，尤其是轮式汽车起重机。

Description

车辆转向装置及其控制方法、汽车

技术领域

本发明涉及车辆转向技术，特别是涉及一种车辆转向装置及其控制方法，以及使用该装置的汽车。

背景技术

车辆的转向系统中，尤其是以工程车辆为主，其负载较重，转向助力方式多采用转向油泵为助力缸提供液压油的方式，一般无应急转向功能。国内许多轮式汽车起重机由于因应急转向系统价格昂贵而放弃安装应急转向系统，导致无法通过法规、无法出口国外。如图1所示，此种助力方式的转向油泵03与发动机02输出轴连接，发动机运转时转向油泵03将液压油从油箱01抽出，通过转向油泵03加压后的液压油一部分输送给转向器04，另一部分多余的液压油直接返回油箱01。输送给转向器04的液压油一部分用做转向的动力输送给液压缸05，另一部分也是直接返回油箱01。

液压油的流量与发动机的转速成正比，为了在发动机怠速时能得到充足的液压油流量来满足转向需求，就必然造成发动机高速时液压油流量过多，这部分过多的液压油往往是直接流回转向油箱中，造成能量的浪费，目前国内还并未有对此类能量浪费做出回收利用的装置。

有些车辆的转向系统中，尤其是以工程车辆为主，其负载较重，在低速行驶转向特别是原地转向时需要特别大的转向力，但高速行驶时并不需要如此大的转向力。所以是配备大排量高压力的转向油泵以满足低速行驶转向而造成浪费，还是为节约成本造成原地转向沉重，一直是个矛盾。

现有技术中的一种应急转向系统，如图2所示，包括液压缸06，连接液压缸06的应急转向分配阀07，应急转向分配阀07一个输出端连接储能缸08，另一个输出端连接应急转向储油罐014，还包括依次连接的粗滤器013、分流阀012、液压泵010、分流阀09，粗滤器013连接应急转向储油罐014，分流阀09连接储能缸08，液压泵010连接发动机取力口011；该应急转向系统虽然也是从发动机输出轴上连接转向油泵，形成一套独立的应急转向系统，解决了国内应急转向系统动力源价格昂贵且性能不稳定的问题。但是，这种系统也未能够充分利用普通转向系统中浪费掉的能量，并且仅作为应急转向来使用也无法解决原地转向沉重的矛盾。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何减少车辆转向系统中产生的液压油和回油压力等能量的浪费。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种车辆转向装置，包括：转向操纵机构、转向助力机构、转向传动机构，转向传动机构连接车轮；

其特征在于，

所述车辆转向装置还包括应急转向助力机构；应急转向助力机构包括：储能缸，与所述转向油泵和/或转向器连接，用以储存转向油泵和/或转向器多余的液压油和回油压力，以在所述转向助力机构停止工作或提供的转向动力不足时，利用储能缸储存的液压油和回油压力作为动力，以驱动所述转向传动机构动作使所述车轮转向。

其中，所述应急转向助力机构还包括：具有第一腔和第二腔的双向作用油缸，双向作用油缸与储能缸和转向传动机构连接，在所述转向助力机构停止工作或提供的转向动力不足时，储能缸储存的液压油和回油压力传送给双向作用油缸，以驱动所述转向传动机构动作使所述车轮转向。

其中，所述储能缸连接转向油泵时，储能缸进油口与转向油泵回油口之间设置有单向阀和压力控制阀，压力控制阀还连接所述油箱。

其中，所述储能缸连接转向器时，储能缸进油口与转向器回油口之间设置有单向阀和压力控制阀，压力控制阀还连接所述油箱。

其中，所述应急转向助力机构还包括连接双向作用油缸的分配阀，所述分配阀连接所述储能缸的出油口和油箱。

其中，所述转向助力机构工作时，所述双向作用油缸的第一腔和第二腔相连通且所述分配阀处于断开所述储能缸与所述双向作用油缸之间连通的第一位置；所述转向助力机构停止工作或提供的转向动力不足时，所述第一腔和第二腔断开连通且所述分配阀处于所述储能缸与所述第一腔相连通的第二位置或所述储能缸与所述第二腔相连通的第三位置，以向所述第一腔或第二腔注油，从而使所述双向作用油缸的活塞向所述第二腔方向运动或向所述第一腔方向运动。

其中，所述转向器的高压油口处设置转换阀，转换阀与储能缸出油口和转向油泵分别连接。

其中，所述储能缸内装有氦气。

本发明还提供了一种汽车，其具有上述任一所述的车辆转向装置。

本发明进一步提供了一种适用于上述车辆转向装置的控制方法，其包括以下步骤：

判断转向助力机构是否正常工作；

如果转向助力机构正常工作，则进一步判断车辆是否需要额外的转向动力；

如果车辆不需要额外的转向动力，则连通双向作用油缸的第一腔和第二腔，且不向所述第一腔和第二腔之一供油；以及

如果转向助力机构不正常工作或者需要额外的转向动力，则断开所述第一腔和第二腔的连通，且向所述第一腔和第二腔之一内供油，以便所述双向作用油缸通过驱动所述转向传动机构使车轮转向。

（三）有益效果

上述技术方案所提供的车辆转向装置及其控制方法和汽车，通过设置具有储能缸和双向作用油缸的应急转向助力机构，将转向油泵和/或转向器多余的液压油和回油压力收集，进一步用于辅助车轮转向，既可用于车辆的应急转向，也可用于沉重的原地转向，结构简单，节省能量，适用于需转向力较大的重型汽车上，尤其是轮式汽车起重机。

附图说明

图1是现有技术车辆转向系统中液压转向助力装置结构示意图；

图2是现有技术车辆转向系统中应急转向辅助装置结构示意图；

图3至图5分别是本发明各实施例中转向助力机构和应急转向助力机构的结构示意图。

其中，01：油箱；02：发动机；03：转向油泵；04：转向器；05、06：液压缸；07：应急转向分配阀；08：储能缸；09：分流阀；010：液压泵；011：发动机取力口；012：分流阀；013：粗滤器；014：应急转向储油罐；1：双向作用油缸；2：分配阀；3：储能缸；4：单向阀；5：转向油泵；6：发动机；7：转向器；8：转向液压缸；9：油箱；10：压力控制阀；11：转换阀。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决上述技术问题，本发明在车辆原有转向助力机构的基础上增设了具有储能缸和双向作用油缸的应急转向助力机构，由储能缸收集转向油泵或转向器中多余的液压油和回油压力，在原有转向助力机构不工作或提供动力不足时，由应急转向助力机构工作，以用于车辆应急转向以及沉重的原地转向，结构简单，节省能量，适用于需转向力较大的重型汽车上，尤其是轮式汽车起重机。

实施例1

车辆转向装置一般包括：转向操纵机构，与转向操纵机构连接的转向助力机构，与转向助力机构连接的转向传动机构，转向传动机构连接车轮。

参照图3所示，本实施例转向助力机构包括：与发动机6输出轴和油箱9连接的转向油泵5，发动机6运转时转向油泵5将液压油从油箱9抽出，转向油泵5加压后的液压油一部分输送给转向器7，另一部分多余的液压油直接返回油箱9，转向器7连接转向液压缸8，输送给转向器7的液压油一部分用做转向的动力输送给转向液压缸8，另一部分也是直接返回油箱9。

为充分利用转向油泵5多余的液压油和回油压力，以辅助车辆原有转向助力机构进行应急转向或原地沉重转向，本实施例设置了：储能缸3，与转向油泵5连接，用以储存转向油泵5多余的液压油和回油压力；具有第一腔和第二腔的双向作用油缸1，双向作用油缸1与储能缸3和转向传动机构连接，在原有转向助力机构停止工作或其提供的转向动力不足时，储能缸3将其储存的液压油和回油压力传送至双向作用油缸1，以驱动所述转向传动机构动作使所述车轮转向。本实施例车辆转向装置用储能缸3储存转向油泵5部分多余的液压油和回油压力，并不影响转向油泵5自身的性能。双向作用油缸1与转向液压缸8功能相同，不同的是，转向液压缸8为主液压缸，双向作用油缸1为副液压缸，起辅助和备用功能。

储能缸3中装有氦气，由此提高储能缸3的储能效果。储能缸3有一出油口和一进油口，进油口与转向油泵5回油口之间设有单向阀4和压力控制阀10，压力控制阀10还连接所述油箱9，压力控制阀10保证储能缸3压力恒定不超压，单向阀4保证储能缸3压力不泄漏回流。

应急转向助力机构还包括连接双向作用油缸1的分配阀2，所述分配阀2连接所述储能缸3的出油口和油箱9。

当转向油泵5、发动机6、转向器7和转向液压缸8形成的原有转向助力机构正常运行且提供的动力能够满足车轮转向需要时，应急转向助力机构不参与转向助力，此时，所述双向作用油缸1的第一腔和第二腔相连通且所述分配阀2处于断开所述储能缸3与所述双向作用油缸1之间连通的第一位置；储能缸3出油口关闭，转向油泵5回油口有液压油排出时，排出的液压油通过储能缸3进油口进入储能缸3中压缩氦气储存能量。当原有转向助力机构出现故障时，车辆转向装置自动开启分配阀2，所述第一腔和第二腔断开连通且所述分配阀2处于所述储能缸3与所述第一腔相连通的第二位置或所述储能缸3与所述第二腔相连通的第三位置，以向所述第一腔或第二腔注油，从而使所述双向作用油缸1的活塞向所述第二腔方向运动或向所述第一腔方向运动；也就是说，储能缸3的出油口打开，液压油通过出油口流向双向作用油缸1的第一腔和第二腔之一，将储能缸3中的能量转化成压力传递给双向作用油缸1，通过方向盘控制双向作用油缸1进行转向助力，以完成应急转向。一旦原有转向助力机构故障排除，储能缸3即可重新储存转向油泵5多余的液压油和回油压力，以备下一次使用。储能缸3内常保持足够压力以备在应急转向时向双向作用油缸1输送液压油。

同样的，当车辆在粗糙路面、或车辆原地转向时出现转向沉重，原有转向助力机构不能为车轮转向提供足够的转向动力时，可手动开启分配阀2，使所述第一腔和第二腔断开连通且所述分配阀2处于所述储能缸3与所述第一腔相连通的第二位置或所述储能缸3与所述第二腔相连通的第三位置，从而将储能缸3的出油口打开，液压油通过出油口流向双向作用油缸1的第一腔和第二腔之一，将储能缸3中的能量转化成压力传递给双向作用油缸1，通过方向盘控制双向作用油缸1进行转向助力，此时双向作用油缸1与转向液压缸8同时参与转向助力，以共同完成转向。一旦关闭应急转向助力机构，原有转向助力机构正常运行后，储能缸3即可重新储存转向油泵5多余的液压油和回油压力，以备下一次使用。

实施例2

参照图4所示，本实施例的车辆转向装置与实施例1相似，均包括由转向油泵5、发动机6、转向器7和转向液压缸8形成的原有转向助力机构，以及由双向作用油缸1、分配阀2、储能缸3、单向阀4和压力控制阀10形成的应急转向助力机构，其区别之处在于，储能缸3与转向器7连接，由储能缸3回收转向器7多余的液压油和回油压力，单向阀4和压力控制阀10设置在储能缸3与转向器7回油口之间。

实施例2中的车辆转向装置需要转向油泵5设有独立的回油口，当转向油泵5没有独立的回油口时，即可采用本实施例的储能缸3连接在转向器7的回油口上，其辅助转向和应急转向的功能均与实施例1相同，在此不进一步赘述。

基于上述实施例1和实施例2，应急转向助力机构的储能缸的进油口也可以同时连接转向油泵回油口和转向器回油口，同时收集转向油泵和转向器多于的液压油和回油压力，进一步将储能缸出油口通过分配阀连接双向作用油缸，以对车辆进行辅助转向和应急转向。

实施例3

参照图5所示，本实施例车辆转向装置在包括实施例1和实施例2中所述的由转向油泵5、发动机6、转向器7和转向液压缸8形成的原有转向助力机构外，设置了储能缸3，储能缸3连接转向油泵5，储能缸3与转向油泵5回油口之间设置有单向阀4和压力控制阀10，压力控制阀10连接所述油箱9，所述储能缸3出油口连接转向器高压油口，所述转向器高压油口处设置转换阀11，与储能缸出油口和转向油泵5分别连接。

本实施例仅作为应急转向用，结构简化为储能缸出油口与转向器高压油口连接，当上述原有转向助力机构供油压力不足时，由储能缸3为转向系统提供压力油，完成应急转向，储能缸储存转向油泵5多余的液压油和回油压力、以及提供应急转向助力的过程描述如实施例1，在此不作进一步赘述。

基于上述实施例1-3，本发明还提供了一种汽车，使用上述任一车辆转向装置进行车辆转向。

此外，本发明还提供了一种适用于上述车辆转向装置的控制方法，其包括以下步骤：

判断转向助力机构是否正常工作；

如果转向助力机构正常工作，则进一步判断车辆是否需要额外的转向动力；

如果车辆不需要额外的转向动力，则连通双向作用油缸的第一腔和第二腔，且不向所述第一腔和第二腔之一供油；以及

如果转向助力机构不正常工作或者需要额外的转向动力，则断开所述第一腔和第二腔的连通，且向所述第一腔和第二腔之一内供油，以便所述双向作用油缸通过驱动所述转向传动机构使车轮转向。

由以上实施例可以看出，本发明适用于转向力较大的重型汽车上，尤其是以轮式汽车起重机为主，其负载较重，转向助力方式多采用转向油泵为助力缸提供液压油的方式。其优点在于：合理利用回流动力，节省能量。无需额外动力源，结构简单，制造成本低；既可做为辅助助力又可以做为应急助力使用；动力源持续，一次使用后自动蓄能，可重复使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆转向装置，包括：转向操纵机构、转向助力机构、转向传动机构，转向传动机构连接车轮；其特征在于，

所述车辆转向装置还包括：应急转向助力机构；应急转向助力机构包括：储能缸，与所述转向油泵和/或转向器连接，用以储存转向油泵和/或转向器多余的液压油和回油压力，以在所述转向助力机构停止工作或提供的转向动力不足时，利用储能缸储存的液压油和回油压力作为动力，以驱动所述转向传动机构动作使所述车轮转向。

2.如权利要求1所述的车辆转向装置，其特征在于，所述应急转向助力机构还包括：具有第一腔和第二腔的双向作用油缸，双向作用油缸与储能缸和转向传动机构连接，在所述转向助力机构停止工作或提供的转向动力不足时，储能缸储存的液压油和回油压力传送给双向作用油缸，以驱动所述转向传动机构动作使所述车轮转向。

3.如权利要求2所述的车辆转向装置，其特征在于，所述储能缸连接转向油泵时，储能缸进油口与转向油泵回油口之间设置有单向阀和压力控制阀，压力控制阀还连接所述油箱。

4.如权利要求2所述的车辆转向装置，其特征在于，所述储能缸连接转向器时，储能缸进油口与转向器回油口之间设置有单向阀和压力控制阀，压力控制阀还连接所述油箱。

5.如权利要求3或4所述的车辆转向装置，其特征在于，所述应急转向助力机构还包括连接双向作用油缸的分配阀，所述分配阀连接所述储能缸的出油口和油箱。

6.如权利要求5所述的车辆转向装置，其特征在于，所述转向助力机构工作时，所述双向作用油缸的第一腔和第二腔相连通且所述分配阀处于断开所述储能缸与所述双向作用油缸之间连通的第一位置；所述转向助力机构停止工作或提供的转向动力不足时，所述第一腔和第二腔断开连通且所述分配阀处于所述储能缸与所述第一腔相连通的第二位置或所述储能缸与所述第二腔相连通的第三位置，以向所述第一腔或第二腔注油，从而使所述双向作用油缸的活塞向所述第二腔方向运动或向所述第一腔方向运动。

7.如权利要求3所述的车辆转向装置，其特征在于，所述转向器的高压油口处设置转换阀，转换阀与储能缸出油口和转向油泵分别连接。

8.如权利要求6所述的车辆转向装置，其特征在于，所述储能缸内装有氦气。

9.一种汽车，其特征在于，具有上述权利要求1-7中任一所述的车辆转向装置。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的车辆转向装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断转向助力机构是否正常工作；

如果转向助力机构正常工作，则进一步判断车辆是否需要额外的转向动力；

如果车辆不需要额外的转向动力，则连通双向作用油缸的第一腔和第二腔，且不向所述第一腔和第二腔之一供油；以及

如果转向助力机构不正常工作或者需要额外的转向动力，则断开所述第一腔和第二腔的连通，且向所述第一腔和第二腔之一内供油，以便所述双向作用油缸通过驱动所述转向传动机构使车轮转向。