CN107117207B - 具有压力传感器的转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有压力传感器的转向系统。动力转向系统包括转向柱组件、转向齿轮组件和压力传感器以及转矩传感器。转向柱组件具有转向轴，并且转向齿轮组件可操作地连接至转向轴。转向齿轮组件具有延伸通过阀壳体并且延伸至齿条壳体中的输入轴。压力传感器被设置成提供指示置于齿条壳体内的第一腔体和第二腔体中的至少一个的流体压力的压力信号。

Description

具有压力传感器的转向系统

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年2月24日递交的美国临时专利申请第62/299,171的优先权，其全部内容通过参考引入本文中。

背景技术

本公开内容涉及具有压力传感器的转向系统。

液压动力转向系统使用动力转向泵以便向转向齿轮提供加压的液压流体。由液压动力转向系统提供的辅助水平由驾驶员施加至转向阀的扭矩量确定，该转向阀集成在转向齿轮中。

发明内容

根据本公开内容的实施例，一种动力转向系统被提供。该动力转向系统包括转向柱组件、转向齿轮组件和压力传感器。转向柱组件具有转向轴。转向齿轮组件具有齿条壳体和阀壳体。齿条壳体容纳转向齿条组件的一部分。转向齿条组件的一部分和齿条壳体限定第一腔体和第二腔体。阀壳体可操作地连接至齿条壳体。阀壳体容纳阀组件和输入轴，该输入轴延伸通过阀组件并且可操作地连接至转向齿条组件和转向轴。压力传感器被设置成提供指示第一腔体压力和第二腔体压力中的至少一个的压力信号。

根据本公开内容的另一个实施例，一种动力转向系统被提供。该动力转向系统包括转向柱组件、转向齿轮组件、压力传感器和扭矩传感器。转向柱组件具有转向轴。转向齿轮组件可操作地连接至转向轴。转向齿轮组件具有延伸通过阀壳体并且延伸至与阀壳体连接的齿条壳体中的输入轴。齿条壳体限定第一腔体和第二腔体。压力传感器被设置成提供指示第一腔体和第二腔体中的至少一个的流体压力的压力信号。扭矩传感器被设置成提供指示施加至转向轴的转向扭矩的扭矩信号。

根据本公开内容的又一个实施例，一种动力转向系统被提供。该动力转向系统包括转向齿轮组件和转向辅助组件。转向齿轮组件可操作地连接至转向轴，并且包括齿条，阀体和输入轴。齿条置于齿条壳体内。齿条端和齿条壳体限定第一腔体和第二腔体。阀体置于可操作地连接至齿条壳体的阀壳体内。阀体限定流体连接至第一腔体的第一环形沟槽以及流体连接至第二腔体的第二环形沟槽。输入轴延伸通过阀体并且可操作地连接至延伸至齿条中的旋转构件。转向辅助组件具有可操作地连接至转向轴和输入轴的电致动器。

通过结合附图的下列描述，这些及其他优点和特征将变得更加明显。

方案1.一种动力转向系统，包括：

转向柱组件，所述转向柱组件具有转向轴；

转向齿轮组件，所述转向齿轮组件具有：

齿条壳体，所述齿条壳体容纳转向齿条组件的一部分，所述转向齿条组件的部分和所述齿条壳体限定第一腔体和第二腔体，以及

阀壳体，所述阀壳体可操作地连接至所述齿条壳体，所述阀壳体容纳阀组件和输入轴，所述输入轴延伸通过所述阀组件并且可操作地连接至所述转向齿条组件和所述转向轴；以及

压力传感器，所述压力传感器被设置成提供指示第一腔体压力和第二腔体压力中的至少一个的压力信号。

方案2.根据方案1所述的动力转向系统，其中，所述压力传感器是双通道压力传感器。

方案3.根据方案1所述的动力转向系统，其中，所述阀组件包括围绕所述输入轴设置的阀体，所述阀体限定第一环形沟槽和第二环形沟槽，每个沟槽设置在所述阀壳体和所述阀体之间。

方案4.根据方案3所述的动力转向系统，其中，所述第一环形沟槽流体连接至所述第一腔体以及所述第二环形沟槽流体连接至所述第二腔体。

方案5.根据方案3所述的动力转向系统，进一步包括转向辅助组件，所述转向辅助组件具有可操作地连接至所述转向轴和所述输入轴中的至少一个的电致动器。

方案6.根据方案5所述的动力转向系统，进一步包括与所述压力传感器和所述电致动器通信的控制器。

方案7.根据方案6所述的动力转向系统，其中，所述控制器被编程以操作所述电致动器从而基于所述压力信号而施加辅助扭矩至所述转向轴和所述输入轴中的至少一个。

附图说明

在说明书的结论部分处的权利要求书中特别地指出并且明确地要求保护被视为本发明的主题。通过结合附图的下列详细说明，本发明的前述及其他特征和优点使明显的，在附图中：

图1是具有压力传感器的动力转向系统的透视图；

图2是具有压力传感器和扭矩传感器的动力转向系统的透视图；并且。

图3是图1和图2的动力转向系统的转向齿轮组件的横截面视图。

具体实施方式

现在参考附图，在这里，将参考具体的实施例对本公开内容进行描述，但不对本公开内容进行限制，要理解的是所公开的实施例仅是本公开内容可以以各种形式和替代形式实施的说明性内容。所公开的实施例的各种元素可以被组合或省略以形成本公开内容的另外的实施例。附图不必按比例绘制；一些特征可以被夸大或者被最小化以显示特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不被解释为限制性的，而是仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式实施本公开内容的代表性基础。

参考附图1和2，其示出动力转向系统10。动力转向系统10可以被构造为具有电动转向辅助系统的液压动力转向系统。电动转向辅助系统与液压动力转向系统结合提供了实施高级功能的能力，例如，主动阻尼，主动可退回性，牵拉补偿，车道保持，转向反馈以及泊车辅助。动力转向系统10的这些高级功能和标准操作可能要求液压动力转向系统和电动转向辅助系统之间的配合。

动力转向系统10包括转向柱组件20，转向齿轮组件22，转向辅助组件24，传感器组件26和控制器28。

转向柱组件20包括可操作地连接至转向轴42的方向盘40。转向轴42沿着转向柱轴线44延伸通过转向柱46。

转向齿轮组件22通过中间轴50可操作地连接至转向轴42。转向齿轮组件22是可操作地连接至液压动力转向泵的液压机构，该液压动力转向泵被构造成向转向齿轮组件22提供加压的液压流体。加压的液压流体的量改变了由转向齿轮组件22提供的辅助水平，该辅助水平至少部分地由车辆的驾驶员施加至转向轴42的扭矩的量确定；并且在所示实施例中，通过方向盘40将扭矩施加至转向轴42。

参考图1-3，转向齿轮组件22包括齿条壳体60，转向齿条组件62，阀壳体64，阀组件66以及输入轴68。

参考图3，齿条壳体60从阀壳体64延伸。在至少一个实施例中，齿条壳体60限定了第一端口70和第二端口72。在至少一个实施例中，阀壳体64限定了第一端口70并且齿条壳体限定了第二端口72。第一端口70延伸通过形成在隔板(bulkhead)74中的开口，隔板74置于阀壳体64和转向齿条组件62之间。隔板74延伸至齿条壳体60中。

齿条壳体60被构造成容纳转向齿条组件62的至少一部分。转向齿条组件62包括齿条80，旋转构件82，连杆轴(Pitman shaft)84以及连杆臂86。

齿条80放置在齿条壳体60内。齿条80包括在第一齿条端92和第二齿条端94之间延伸的齿条体90。第一齿条端92被放置成靠近并面朝阀组件66。第二齿条端94被放置成与第一齿条端92相对并且面朝齿条壳体60的一端。

齿条体90限定了朝向齿条壳体60的内表面延伸的多个齿或突起100。齿条体90限定了从第一齿条端92延伸至第二齿条端94的齿条孔102。齿条孔102限定了螺旋状球形沟槽。

齿条体90进一步限定了靠近第二齿条端围绕齿条体90的周界延伸的齿条沟槽104。齿条环106容纳在齿条沟槽104内。

齿条壳体60和齿条80限定了第一腔体110和第二腔体112。第一腔体110被放置成靠近第一齿条端92、齿条壳体60以及阀组件66的至少一部分。在至少一个实施例中，第一腔体110置于齿条环106和齿条体90的第二齿条端94之间。第一端口70被限定成靠近第一腔体110并且与第一腔体110流体连接。第二腔体112被限定成靠近齿条环106和齿条壳体60的端部。第二端口72被限定成靠近第二腔体112并与第二腔体112流体连接。

旋转构件82延伸至齿条80的齿条体90的齿条孔102中，并且延伸至阀壳体64中。旋转构件82附接至输入轴68。旋转构件82在齿条80上提供推力以便沿着旋转构件82或相对于旋转构件82平移齿条80。旋转构件82被构造为螺杆。

在旋转构件82旋转时，阀组件66取决于辅助转向车辆的转矩的方向而向第一腔体110或第二腔体112提供辅助压力。例如，当辅助压力被提供至第一腔体110时，齿条80朝向齿条壳体60的端部移动。当辅助压力被提供至第二腔体112时，齿条80朝向阀组件66移动。齿条80的齿条体90的齿或突起100与连杆轴84的齿配合或啮合。在齿条80沿着旋转构件82或相对于旋转构件82平移时，连杆轴84沿着其轴线旋转或围绕其轴线旋转。连杆轴84可操作地连接至与车辆的转向连杆连接的连杆臂86。在连杆臂86旋转时，连杆臂86沿弧线摇摆或移动以便使车辆的转向连杆移动，使得车辆的可转向轮成角度从而使车辆转向。

阀壳体64可操作地连接至齿条壳体60。在至少一个实施例中，阀壳体64限定了第一端口120和第二端口122。阀壳体64容纳阀组件66和输入轴68。

阀组件66包括在第一阀体端132和第二阀体端134之间延伸的阀体130。第二阀体端134与第一阀体端132相对放置，并且面朝转向齿条组件62。阀体130置于阀壳体64内并且围绕输入轴68放置。

阀体130限定了第一环形沟槽140和第二环形沟槽142。第一环形沟槽140流体连接至第一腔体110。第一端口120被放置成靠近第一环形沟槽140附近并且流体连接至第一环形沟槽140。第二环形沟槽142流体连接至第二腔体112。第二端口122被放置成靠近第二环形沟槽142并且流体连接至第二环形槽142。第一环形沟槽140和第二环形沟槽142的每一个置于阀壳体64和阀体130之间。

参考图1-3，输入轴68至少部分地延伸通过阀壳体64和阀组件66。输入轴68的至少一部分可操作地连接至旋转构件82的一部分，旋转构件82的该部分延伸至阀壳体64中并且通过联接构件146(例如，扳手螺母)还延伸至齿条80中。输入轴68的一部分从阀壳体64朝向转向轴42延伸。输入轴68经由中间轴50可操作地连接至转向轴42。输入轴68包括在输入轴68和旋转构件82之间传输扭矩的扭力杆。该扭力杆使得输入轴58能够相对于旋转构件82旋转。

参考附图1和2，转向辅助组件24置于转向柱组件20和转向齿轮组件22之间。转向辅助组件24经由转向轴42可操作地连接至转向柱组件20，并且经由中间轴50和输入轴68可操作地连接至转向齿轮组件22。在至少一个实施例中，转向辅助组件24直接地连接至转向轴42和输入轴68。

转向辅助组件24被构造为电助力机构，其提供扭矩覆盖以便辅助驾驶员转向车辆并且提供反馈扭矩以便改善车辆的驾驶员的感受。转向辅助组件24向转向轴42施加扭矩以便影响车辆的操作者通过方向盘40感受到的扭矩。该扭矩可以是通过辅助机构施加的反作用扭矩。转向辅助组件24可以直接地连接至转向柱46。在至少一个实施例中，转向辅助组件24可以直接地连接至转向齿轮组件22。转向辅助组件24包括输出轴150，辅助机构152以及电致动器154。

输出轴150从辅助机构152延伸并且可操作地连接至转向轴42、中间轴50和/或输入轴68。

辅助机构152被构造成将辅助扭矩或辅助力从电致动器154提供至转向轴42、中间轴50和/或输入轴68。辅助机构152可以被构造为蜗杆或者蜗轮、带驱动机构、同心电机，或者连接至电致动器154的任意其他适合的方法。

电致动器154将补充扭矩或辅助扭矩提供至由至少一个驾驶员提供至转向轴42和转向齿轮组件22的扭矩，以便辅助执行转向操纵和/或动力转向系统10的高级特征的操纵。

传感器组件26包括压力传感器组件160、扭矩传感器162和车辆传感器164。

参考附图1-3，压力传感器组件160可操作地连接至转向齿轮组件22。压力传感器组件160被设置成提供指示第一腔体110和第二腔体112的流体压力的压力信号。第一腔体压力和第二腔体压力被提供至控制器28。

压力传感器组件160可以可操作地连接至由齿条壳体60限定的第一端口70和第二端口72。压力传感器组件160可以可操作地连接至由阀壳体64限定的第一端口120和第二端口122，如图3中所示。

压力传感器组件160被构造为能够测量第一腔体110和第二腔体112之间的压力差的压力传感器。压力传感器组件160可以是可以用于监测或测量第一腔体110和第二腔体112之间的压力差的压力差传感器或双通道压力传感器。两个通道可以集成至一个单个传感器中，或者可以是与控制器28通信的两个单独的压力传感器。

控制器28可以使用压力传感器组件160来确定提供至转向辅助组件24的开环转矩命令以用于诸如可变力的共同辅助条件。可变力基于由压力传感器组件160提供的压力信号，由车辆的操作者施加至方向盘40和/或转向轴42的扭矩，以及由车辆传感器164提供的车辆信号。

参考图2和图3，扭矩传感器162被设置成向控制器28提供扭矩信号，该扭矩信号指示传递至或施加至方向盘40和转向轴42中的至少一个的转向扭矩。扭矩传感器162被设置成靠近辅助机构152并且被设置成围绕转向轴42和/或转向柱46。扭矩传感器162可以与压力传感器组件160结合使用或者由控制器28单独使用以便确定辅助扭矩覆盖命令，诸如引导和牵拉修正。在至少一个实施例中，压力传感器组件160和扭矩传感器162可以由控制器28使用以便基于扭矩提供由转向辅助组件24提供的辅助水平的闭环控制。

参考图1和图2，车辆传感器164被设置成向控制器28提供指示车辆的操作参数的至少一个车辆信号。该操作参数可以是车辆速度，转向角度，转向力，制动扭矩等。

控制器28可以是独立的部件或者被提供作为转向辅助组件24的电致动器154的一部分。在至少一个实施例中，控制器28被提供作为整个控制系统或车辆监测系统的一部分。

控制器28与压力传感器组件160以及扭矩传感器162和车辆传感器164中的至少一个通信。控制器28设置有输入通信通道，该输入通信通道被构造成接收压力信号、扭矩信号和车辆信号。控制器28设置有输出通信通道，该输出通信通道被构造成向电致动器154提供命令、信号或消息。

控制器28设置有控制逻辑，该控制逻辑由至少一个处理器执行，使得控制器28被编程以操作电致动器154从而向转向轴42和输入轴68中的至少一个提供或施加反馈扭矩或者辅助扭矩。由电致动器154提供或者施加的反馈扭矩或辅助扭矩基于由压力传感器组件160测得的压力差，以及由扭矩传感器162测得的至少一个输入扭矩和由车辆传感器164测得的车辆的操作参数中的至少一个。

在至少一个实施例中，控制器28向电致动器154提供扭矩覆盖命令，包括由电致动器154提供至转向轴42和输入轴68中的至少一个的辅助扭矩的量。

控制器28可以包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储器。KAM是可以用于在CPU掉电时存储各种操作变量的永久或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可以使用任意数量的已知存储器装置实施，例如，PROMs(可编程只读存储器)，EPROMs(电PROM)，EEPROMs(电可擦除PROM)，闪存，或者能够存储数据的任意其他电、磁、光或组合的存储器装置，其中的一些代表由控制器28使用的可执行指令，用于控制转向辅助组件24的电致动器154、转向柱组件20、转向齿轮组件22和传感器组件26或与这些组件配合工作。

在整个说明书中，术语“附接”、“附接”、“连接”、“联接”、“联接”、“安装”或“安装”要被解释为意指结构部件或元件以一些方式直接地或通过至少一个中间结构元件间接地连接至其他元件或与其他元件接触，或者与其他结构元件整体形成。

虽然已经仅结合有限数量的实施例详细地说明了本公开内容，但是应该理解的是本公开内容不限于这样的公开的实施例。相反地，本公开内容能够被修改成包括之前没有描述但与本公开内容的精神和范围相称的任意数量的变形、更改、替换或者等同结构。额外地，虽然已经描述了本公开内容的各种实施例，但要理解的是本公开内容的各方面可以仅包括一些所描述的实施例。因此，本公开内容不被视为受之前的描述限制。

Claims (13)

1.一种动力转向系统，包括：

转向柱组件，所述转向柱组件具有转向轴；

转向齿轮组件，所述转向齿轮组件可操作地连接至所述转向轴，所述转向齿轮组件具有输入轴，所述输入轴延伸通过阀壳体并且延伸至与所述阀壳体连接的齿条壳体中，所述齿条壳体限定第一腔体和第二腔体；

压力传感器，所述压力传感器被设置成提供指示所述第一腔体和所述第二腔体中的至少一个的流体压力的压力信号；以及

扭矩传感器，所述扭矩传感器被设置成提供指示施加至所述转向轴的转向扭矩的扭矩信号。

2.根据权利要求1所述的动力转向系统，进一步包括：

转向辅助组件，所述转向辅助组件置于所述转向柱组件和所述转向齿轮组件之间，所述转向辅助组件具有可操作地连接至所述转向轴和所述输入轴的电致动器。

3.根据权利要求2所述的动力转向系统，进一步包括与所述压力传感器、所述扭矩传感器和所述电致动器通信的控制器。

4.根据权利要求3所述的动力转向系统，其中，所述控制器被编程以操作所述电致动器从而基于所述压力信号和所述扭矩信号而施加辅助扭矩至所述输入轴和所述转向轴中的至少一个。

5.一种动力转向系统，包括：

转向齿轮组件，所述转向齿轮组件可操作地连接至转向轴，所述转向齿轮组件具有：

齿条，所述齿条设置在齿条壳体内，齿条端和所述齿条壳体限定第一腔体和第二腔体，

阀体，所述阀体设置在阀壳体内，所述阀壳体可操作地连接至所述齿条壳体，所述阀体限定与所述第一腔体流体连接的第一环形沟槽以及与所述第二腔体流体连接的第二环形沟槽，以及

输入轴，所述输入轴延伸通过所述阀体并且可操作地连接至延伸至所述齿条中的旋转构件；以及

转向辅助组件，所述转向辅助组件具有可操作地连接至所述转向轴和所述输入轴的电致动器。

6.根据权利要求5所述的动力转向系统，其中，所述阀壳体限定与所述第一环形沟槽流体连接的第一端口以及与所述第二环形沟槽流体连接的第二端口。

7.根据权利要求6所述的动力转向系统，进一步包括：

压力传感器组件，所述压力传感器组件可操作地连接至所述第一端口和所述第二端口，并且被构造成提供指示所述第一腔体和所述第二腔体的流体压力的压力信号。

8.根据权利要求7所述的动力转向系统，进一步包括在所述转向轴和所述输入轴之间延伸以便可操作地连接所述转向辅助组件和所述转向齿轮组件的轴。

9.根据权利要求7所述的动力转向系统，进一步包括：

扭矩传感器，所述扭矩传感器可操作地连接至所述转向轴，并且被设置成提供指示所述转向轴的转向扭矩的转矩信号。

10.根据权利要求9所述的动力转向系统，进一步包括：

车辆传感器，所述车辆传感器被设置成提供指示车辆的操作参数的车辆信号。

11.根据权利要求10所述的动力转向系统，其中，所述操作参数是车辆速度、转向角度和转向力中的至少一个。

12.根据权利要求10所述的动力转向系统，进一步包括与所述压力传感器组件以及所述转矩传感器和所述车辆传感器中的至少一个通信的控制器。

13.根据权利要求12所述的动力转向系统，其中，所述控制器被编程以操作所述电致动器从而基于所述压力信号以及所述转矩信号和所述车辆信号中的至少一个而施加辅助扭矩至所述转向轴和所述输入轴中的至少一个。