CN1131106A - 车辆转向助动器 - Google Patents

Abstract

一种车辆转向助动器，包括约束机构，该约束机构包括圆筒形的反应活塞，该反应活塞具有一个反应表面和至少一个V形的凹陷，反应压力作用于反应表面上以使反应活塞有向下偏置的倾向，V形的凹陷设置在下部的裙部的底面上，圆筒形的反应活塞适合于以这样安装在输入轴上，即，反应活塞可以相对于输入轴纵向地往复滑动，而在周向上则是锁定于输入轴上的，输出轴的中段的端面上至少具有一个半球形的凸头以容纳在V形的凹陷中。

Description

车辆转向助动器

本发明涉及一种车辆转向助动器；尤其是可以根据车速的高低通过液压驱动器提供不同助动力的转向助动器。

有一种现有的转向助动器，它采用液压驱动器作为动力源，包括一个旋转阀，该旋转阀用于限定一个液压通道，液压泵的工作油通过该液压通道提供给液压驱动器并且控制通向液压驱动器的工作油的流速。该旋转阀包括两部分，即转子和套筒，转予设置在输入轴上，而套筒则安装在助动器的输出轴上。输入轴固定在方向盘上；输出轴通过转向齿轮、转向机构或相当的部件而与一对驱动轮相连。由于输出轴和输入轴是通过弹性元件相连的，如通过扭力轴相连，当在方向盘上施加一个转向力矩时，在转子和套筒之间就会产生相对角位移。旋转阀根据相对角位移的方向，即顺时针或逆时针，确定通向液压驱动器的工作油的通路，并且根据相对角位移的大小控制通向液压驱动器的流速，从而产生一个适当大小的转向助动力。

正如所熟知的那样，车辆转向所需的力与和车轮相接触的路面对车辆所施加的反作用力成正比；而该反作用力随着车速的提高而减小。换句话说，随着车速的提升，操纵方向盘所需的力会减小。因此，当车辆高速行驶时，液压驱动器没有必要提供大的助动力。过大的助动力还会影响到车辆转向的安全性。

相应地，已经提出了各种方案在转向助动器中根据车速的不同改变助动力的大小。其中有一个方案包括一套约束机构和一个反应压力控制阀，其中的反应压力控制阀用于产生与车速成正比的反应压力，而约束机构用于限制旋转阀的相对角位移，当来自反应压力控制阀的反应压力增大并施加至旋转阀时，就会产生这种相对角位移，从而相应地调节了助动力。

在日本公开出版物第Sho 61-202976号(Japanese Laid-Open Publication No.Sho 61-202976)中公布了具有上述方案的转向助动器。在该转向助动器中，轴箱共具有四个通路，其输出轴与轴箱相连，中心输入轴也安装在该轴箱上。轴箱的四个通路径向地分布在轴箱的内侧，每个通路都设有一个柱塞，该柱塞可内外滑动。另外，每个柱塞在其端面上都有一个半球形的凸头，中心输入轴上具有四个与半球形凸头相配合的凹陷。

然而，在上述的转向助动器中，存在着种种结构上的不足，数个滑动柱塞很难制造，轴箱上的通路也很难加工。例如，由于每个柱塞要根据通路中的工作油所施加的压力而内外移动，每个柱塞和通路之间的间隙就必须非常小，要有极高的配合精度才能防止工作油的泄漏。这些柱塞和通路都是很难加工至标准精度的，因而，整个的生产成本就加大了。

因此，本发明的基本目的是提供一种转向助动器，它能够根据需要提供优化的助动力的数值，并且可降低生产成本和缩短生产周期。

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆用的转向助动器，包括一个输入轴、一个输出轴、一个旋转阀、一个反应压力控制阀和一个约束机构，输入轴与方向盘相连，输出轴与一对驱动轮相连，反应压力控制阀用于产生与车速成正比的适当的反应压力，约束机构用于根据反应压力来控制液压助动力的大小，其中的约束机构包括：一个圆筒形的反应活塞、把反应活塞支撑在输入轴上的元件、和至少一个半球形的凸头，反应活塞具有一个反应表面和至少一个V形的凹陷，反应压力作用于反应表面上以使反应活塞有向下偏置的趋势，而V形的凹陷设置在下部裙部的底面上，反应活塞以如此的方式支撑在输入轴上，就是反应活塞可以相对于输入轴垂向地移动，而在周向上反应活塞则锁定在输入轴上，半球形的凸头设置在输入轴的中段的一个表面上以容纳在V形的凹陷中。

本发明的上述的和其他的目的及特征可以结合附图通过下文所述的实施例得以更清楚的解释，其中：

图1是根据本发明的转向助动器的纵向横截面图；

图2A是在本发明中采用的输入轴、输出轴及约束机构的分解透视图；

图2B是图2A沿2b-2b线的水平横截面图，图示了装配状态下的约束机构；

图3是在本发明的转向助动器中采用的反应压力控制阀的总体截面图；

图4是在本发明的转向助动器的反应压力控制阀中数个销和阀柱塞之间关系的示意图；

图5是在本发明的转向助动器的约束机构中采用的反应活塞的示意图；和

图6图示了反应活塞和本发明的转向助动器的约束机构的半球形的凸头。

图1是根据本发明的转向助动器100的纵向横截面图。该转向助动器100包括输入轴10、输出轴20、扭力轴30、旋转阀40、反应装置50和轴箱60。输入轴10可用方向盘转动。输出轴20通过一个转向机构，如一个转向齿轮或类似的零件，而与一对驱动轮相连。扭力轴30的两端分别与输入轴10和输出轴20相连，当在方向盘上施加一个转向力矩时，该扭力轴30承受着扭转的作用。

旋转阀40包括转子40b和套筒40a，该旋转阀40用于确定助动力的方向和大小。当转向力矩传递至输入轴10上时，阀的转子40b和套筒40a之间就会产生一个相对的角位移，转子40b安装在输入轴10上，而套筒40a安装在输出轴20上。根据相对角位移的方向和大小，从液压泵(没有示出)至液压驱动器的一条相应的油路就会连通并且从液压泵至液压驱动器的油的流速也相应地确定了，从而产生了相应的助动力。

反应装置50包括约束机构50a和反应压力控制阀50b，反应压力控制阀50b产生与车辆的速度成正比的反应压力，该反应压力作用于反应腔51。约束机构50a用于阻止输入轴10相对于输出轴20的转动，当反应压力控制阀50b的反应压力作用于反应腔51时，约束机构50a使阀的转子40b和套筒340a之间产生相对的角位移。其结果是，在车辆高速行驶时，液压驱动器的助动力就会很小。

轴箱60使得输入轴10、输出轴20、扭力轴30、旋转阀40和约束机构50a都得以相应的安装位置。

现在参照附图2A和2B对输入轴10、输出轴20及约束机构50a进行详细地说明。图2A是用于本发明的转向助动器100的输入轴10、输出轴20和约束机构50a的分解透视图。

输入轴10安装在扭力轴30的上端，在输入轴10的中部设有阀的转子40b，在输入轴10的下端具有十字形的部分70。该十字形的部分70具有四个翼形部分71，每个翼形部分的外边缘上都具有横截面为半圆形的纵向槽72。

输出轴20安装在扭力轴30的下端。输出轴20包括四个止档61，这些止档61都从该输出轴的上表面21上开始延伸。一对凸耳23径向地设置在两个互相面对的止档61上。在相邻的止档61之间形成了四个槽62。每个槽62用于容纳一个翼形部分71，槽62的两侧都设有阶梯式的台阶24，从而可使得输入轴10插入于输出轴20中。另外，在输出轴20的上表面21上还设有数个半球形的凸头22。

圆筒式的反应活塞80以设置在止档61的外表面周围，设置位置在上表面21和凸耳23之间。反应活塞80的中间位置上有一个表面81，反应压力控制阀50b的反应压力就作用在该表面81上。反应活塞80还有一直径较大的裙部82和一直径较小的裙部83，裙部82从表面81上向下延伸，而裙部83从表面81上向上延伸。反应压力控制阀50b的反应压力还作用在直径较小的裙部83的外表面83a上。在直径较大的裙部82的下端设有数目与半球形的凸头22的数目相同的V形的凹陷85。另外，反应活塞80还包括四个内表面上的纵向槽84。每个纵向槽84都具有半圆形的横截面，这样每个槽84都可与一个相应的输入轴10上的槽72相面对，在输入轴10和反应活塞80装配在一起之后就是这样。

图2B是输入轴10、输出轴20和反应活塞80处于安装状态下的横截面图。在纵向槽72和槽84之间的空隙中都设有钢珠90，槽72设置在输入轴10的十字形的部分70上，而槽84在反应活塞80上。由于数个钢珠90的存在，反应活塞80支撑在输入轴10上，这样反应活塞80可相对于输入轴10垂直地上下移动，也可以和输入轴10一起转动。另外，在翼形部分71和反应活塞80之间还设有钢珠定位器91，使得数个钢珠相互之间呈一定的分布。钢珠定位器91上具有数列通孔，这些通孔用于使钢珠90定位(参见图2A)。在本发明的转向助动器100中采用的钢珠定位器91由耐热塑料制成为好。

再看一下图3A，套筒40a和阀的转子40b合在一起构成了旋转阀40。套筒40a上具有一对凹口96以容纳输出轴上的凸耳23，该套筒40a可转动地安装在轴箱60内。

现在结合图3和图4对在本发明的转向助动器100中采用的反应压力控制阀50b进行更详细地说明。

如图3所示，根据本发明，反应压力控制阀5Ob大致可分为阀体101、阀柱塞102、数个销103、单向阀104和弹簧105。阀体101具有入口106和反应通道107，压力状态下的工作油通过入口106提供，反应通道延伸至反应活塞80的表面81和83a，而表面81和83a限定了反应腔51(参见图1和图2A)。

阀柱塞102可滑动地安装于阀体101中，阀柱塞102具有第一个开口部分108和第二个开口部分109。第一个开口部分108和第二个开口部分109分别设置在阀柱塞102的外表面上，两者通过第一个通道110而相互沟通。第二个开口部分109的尺寸是这样设置的，就是在阀柱塞102的整个位移范围内都能与反应通道107相通。在第二个开口部分109与反应通道107相通的同时，阀柱塞102可以在阀体101中在第一位置和第二位置之间往复滑动，在第一位置处，第一开口108与入口106完全相通，在第二位置处，第一开口108与入口106相互之间完全不相通。图3所示的是阀柱塞102处于第二位置状态下的情形。

另一方面，第二开口部分109也与阀柱塞102中的第二通道112相通。第二通道112与数个销孔113相通，这些阀柱塞102中的销孔均与阀柱塞的运动方向平行。每个销孔113中都插有一个销103，每个销103的一端都与单向阀104相连。

销103用于当通道107、110、112中的反应压力超过了一个最大反应压力值时把阀柱塞102移向第二个位置，该最大反应压力值是阀柱塞102的各通道内所允许的最大压力值。如图4所示，从图中可以看出，反应压力作用于销103上的力Fp使阀柱塞102偏移向其第二位置。

再看图3，弹簧105用于使阀柱塞102趋向其第一位置。单向阀104具有一个杆111，杆111用于克服弹簧105的作用而使阀柱塞102推向其第二位置。杆111可以伸出单向阀104，也可以缩回至单向阀104中。杆111的伸出长度与电流的大小成正比，该电流是由电子控制装置(ECU)115提供的。与车辆速度传感器114相连的电子控制装置115向单向阀104提供一个电流，所提供的电流与车辆的速度成反比。

下面要说明一下反应压力控制阀50b的工作过程。

如图4所示，阀柱塞受到力Fp、力Fr和弹力Fs的作用，力Fp是由反应压力施加的，力Fr是由单向阀104施加的，该力Fr倾向于把阀柱塞102推向其第二位置，而由弹簧105施加的弹力Fs倾向于把阀柱塞102推向其第一位置。相应地，阀柱塞102根据Fp＋Fr的值或F s的值而向后或向前移动。如果Fp＋Fr的值大于Fs，阀柱塞102就向后移动，反之亦然。

首先，当车辆以高速行驶时，电子控制装置115仅向单向阀104提供一个较小的电流，而这个较小的电流又使单向阀104向阀柱塞102施加一个较小的力Fr。相应地，阀柱塞102位于第一位置上，这时第一个开口部分108与入口106相互之间是完全相通的。因而，反应通道107和反应腔51中就形成了较大的反应压力。

另一方面，为了不使通道107、110、112中的反应压力超过所允许的最大反应压力，当反应压力达到了所允许的最大反应压力时，由于Fp的增大使阀柱塞102移向其第二位置。相应地，数个销103是如此的方式设置的，就是它们的横截面积之和可以使力Fr＋Fp大于力Fs，当通道107、110、112中的压力达到了所允许的最大反应压力时，情况就是这样的。

当车辆的速度下降时，电子控制装置115向单向阀104提供的电流就增大了，这使得施加在单向阀104上的力Fr也增大了。当力Fr＋Fp变得大于Fs时，阀柱塞102开始向其第二位置移动，使得第一个开口部分108和入口106之间的不对准程度加大了。结果，通道110、112中的反应压力就下降了。

最后一种情形是，在车辆启动或在低速行驶状态时，阀柱塞102位于其第二位置附近，这是由于单向阀104几乎是施加了最大的力Fr。在这种情况下，第一个开口部分108和入口106之间就变得几乎完全不相通了，结果是，通道107、110、112中的反应力几乎为零。

现在参照图5和图6详细说明一下在本发明的转向助动器100中采用的反应活塞80的操作过程。

本发明的反应活塞80的V形的凹陷85具有两条平直的母线85a。根据本发明，每个凹陷85的两平直母线85a之间的夹角取值在100°至140°之间的为好。

如图5所示，当不施加转向力矩时，不管车速是多大，每个V形的凹陷85总是对中于一个半球形的凸头22。在这种情况下，因为旋转阀40的转子40b和套筒40a之间的相对角位移几乎为零，就没有助动力产生。

在高速驱动状态过程中，输出轴20与反应活塞80可以一同周向地转动，而反应活塞80锁定在输入轴10上，V形凹陷85与半球形的凸头22保持着对中的状态。这时来自反应压力控制阀50b的大的反应压力就会作用在反应活塞80的表面81和83a上，使得反应活塞80不能向上运动。

如图6所示，从图中可以看出，反应活塞80如果不向上平移就不能相对于输出轴20转动。本发明的转向助动器的助动力大小的控制就是通过反应活塞80的向上平移的多少不同而完成的。正因为反应压力与车速成正比，才达到了正确地限制反应活塞80的平移量的目的。

进一步地说，因为反应活塞80变得可以相对于凸头22转动了，这时反应压力施加的力Fdn的作用大于司机施加的转向力矩Td’力Fdn越大，反应活塞80和凸头22之间的可能的相对角位移d就越小。如果在反应活塞80上施加一个极大的力Fdn，不管司机如何地费力转向，轮胎的转动也仅是由司机所施加的转向力矩Td产生的：

因而，当车辆在低速至中速行驶时，两个部件20和80之间的角位移d要根据反应压力大小来决定，并会产生一个与角位移d相对应的助动力。

尽管本发明已经结合实施例进行了图示和说明，应当注意到，对于那些精于本技术的人来说，可以对此加以各种变化和修改，但这都不会超过在下列的权利要求中所声明的本发明的精神和范畴。

Claims (10)

1、一种车辆转向助动器，包括一个输入轴、一个输出轴、一个旋转阀、一个反应压力控制阀和一个约束机构，输入轴与方向盘相连，输出轴与一对驱动轮相连、反应压力控制阀用于产生与车速成正比的反应压力，约束机构用于根据反应压力控制液压助动力，其特征在于该约束机构包括：

一个圆筒形的反应活塞，具有一个反应表面和至少一个V形的凹陷，反应压力作用在反应表面上以使反应活塞有向下偏置的倾向，而V形的凹陷设置在下部的裙部的底面上；

用于把反应活塞支撑在输入轴上的元件，支撑方式是这样的，就是反应活塞可以相对于输入轴垂向地移动，而在周向上，反应活塞则锁定在输入轴上；和

至少一个半球形的凸头，设置在输入轴的中段的一个表面上以容纳在V形的凹陷中。

2、如权利要求1所述的转向助动器，其特征在于，反应压力控制阀包括：

一个阀体，具有一个入口和一个反应通道，压力状态下的工作油通过入口提供，反应通道延伸至反应活塞的反应表面；

一个阀柱塞，具有一个外表面，在该外表面上分别设有第一个开口部分和第二个开口部分，第二个开口部分通过反应通道与第一个开口部分相通，阀柱塞以如此的方式安装在阀体内，就是阀柱塞可在第一位置和第二位置之间往复滑动，在第一位置处，第一个开口部分与入口完全相通，而在第二位置处，第一个开口部分与入口相互之间完全不相通；

一个单向阀，根据车速的下降适合于把阀柱塞推向其第二位置；和

一个弹簧，适合于把阀柱塞柱向其第一位置。

3、如权利要求1所述的转向助动器，其中的反应活塞的反应表面是由一个端面和一个外表面限定的，该端面在反应活塞的中间位置处，下部的裙部从该端面开始向下延伸，所述的外表面是直径较小的裙部的表面，该直径较小的裙部从上述的端面开始向上延伸。

4、如权利要求1所述的转向助动器，其中的反应活塞的V形凹陷的平直母线之间的夹角在100°至140之间。

5、如权利要求1所述的转向助动器，其中的反应活塞的支撑元件包括：

四个外部的纵向槽，每个外部的纵向槽都具有半圆形的横截面，输入轴下端的十字形的部分的四个翼形部分上都具有这样的纵向槽；

四个内部的纵向槽，每个内部的纵向槽都面对着一个外部的纵向槽，每个内部的纵向槽也都具有一个半圆形的横截面；

数个钢珠，定位在十字形部分的翼形部分和反应活塞之间；和

一个钢珠定位器，使得各钢珠相互之间呈固定的分布，设置在十字形的部分的翼形部分和反应活塞之间。

6、如权利要求２所述的转向助动器，其中的反应压力控制阀进一步包括：

数个销孔，设置在阀桂塞内，与阀柱塞的运动方向平行；和

与销孔同样数目的销，每个销都插入在一个相应的销孔中，每个销都有一端固定在单向阀上。

7、如权利要求5所述的转向助动器，其中的钢珠定位器由耐热塑料制成。

8、如权利要求5所述的转向助动器，其中的反应活塞支撑元件进一步包括四个止挡，每个止挡都从输出轴的中段的端面上延伸，从面形成了四个槽，每个槽用于容纳四个翼形部分中的其中一个。

9、如权利要求6所述的转向助动器，其中的数个销的横截面积的总和至少为(Fs－Fp)/p’，其中的Fs为弹簧的弹力，Fp为单向阀对阀柱塞施加的推力，P’为阀柱塞的各通道中所允许的最大反应压力。

10、如权利要求8所述的转向助动器，其中的每个止挡都有一对阶梯形的横向的台阶，以使输入轴可以安装于输出轴上。

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