CN113147888A - 转向器、助力转向系统及起重机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种转向器、助力转向系统及起重机。转向器包括：壳体；齿扇，被配置为与车辆的转向节臂连接；活塞，外部具有与齿扇的齿形配合的外齿条，内部具有螺纹腔；转向螺杆，穿设在活塞的螺纹腔内，并与螺纹腔螺纹配合；转向阀芯，与转向螺杆连接或一体制成，被配置为引导进出壳体内的液压油，以便向车辆的转向助力油缸提供助力用的液压油；转向输入轴，被配置为与车辆的方向盘连接，并向转向阀芯传递扭矩；和电动助力机构，被配置为根据方向盘提供给转向输入轴的输入扭矩的信号和车辆的行驶速度向转向阀芯传递电动助力扭矩。本公开实施例能够既满足大轴荷转向需求，又能够提升驾驶舒适性和行驶稳定性。

Description

转向器、助力转向系统及起重机

技术领域

本公开涉及工程机械领域，尤其涉及一种转向器、助力转向系统及起重机。

背景技术

在一些相关技术中，起重机底盘的转向系统采用液压助力转向器，其采用机械转向控制与液压助力相结合的方式，通过液压助力给转向提供辅助动力功能，从而使车辆转向操作相较于机械转向更轻便，降低司机驾驶强度，提升车辆转向操控性。电动助力转向技术被应用到车辆转向系统中，例如电动汽车的电动助力转向系统。但在工程机械领域，单纯的电动助力转向技术无法满足大轴荷转向需求。

起重机底盘的转向系统采用的液压助力转向器包括两类：转阀式整体式转向器和滑阀式半整体式转向器。无论是转阀式整体式转向器还是滑阀式半整体式转向器又均可分为单回路和双回路两种结构形式。两种结构形式的区分主要是为了实现不同的助力特性，用于匹配不同轴荷的起重机械车辆，实现转向操控与驾驶路感。

液压助力转向器存在多方面不足，例如在车辆原地和低速行驶时方向盘力矩偏大，驾驶感受不佳；在车辆高速行驶时，方向盘力矩过小，车辆路感不强，行驶稳定性较差；液压助力转向器虽然可以起到一定的转向回正作用，但回正作用有限，方向盘残余角度较大，驾驶操作感受不佳等。

发明内容

发明人经研究发现，相关技术中的电动助力转向技术因其无法满足大轴荷转向需求而难以直接应用到工程机械领域，而液压助力转向器的助力特性无法根据车速等信息实时地调整和反馈，从而在不同速度条件下存在着驾驶舒适性和行驶稳定性等问题。

有鉴于此，本公开实施例提供一种转向器、助力转向系统及起重机，能够既满足大轴荷转向需求，又能够提升驾驶舒适性和行驶稳定性。

在本公开的一个方面，提供一种转向器，用于车辆的转向，包括：

壳体，包括第一内腔、第二内腔和第三内腔；

齿扇，设置在所述第三内腔内，被配置为与所述车辆的转向节臂连接；

活塞，设置在所述第三内腔内，且外部具有与所述齿扇的齿形配合的外齿条，内部具有螺纹腔；

转向螺杆，至少部分地设置在所述第三内腔内，穿设在所述活塞的螺纹腔内，并与所述螺纹腔螺纹配合；

转向阀芯，至少部分地设置在所述第二内腔内，与所述转向螺杆连接或一体制成，被配置为引导进出所述壳体内的液压油，以便向所述车辆的转向助力油缸提供助力用的液压油；

转向输入轴，至少部分地设置在所述第一内腔内，被配置为与所述车辆的方向盘连接，并向所述转向阀芯传递扭矩；和

电动助力机构，至少部分地设置在所述第一内腔内，被配置为根据所述方向盘提供给所述转向输入轴的输入扭矩的信号和所述车辆的行驶速度向所述转向阀芯传递电动助力扭矩。

在一些实施例中，所述转向器还包括：

中间轴，至少部分地设置在所述第一内腔内，一端与所述转向输入轴连接，另一端与所述转向阀芯连接；

其中，所述电动助力机构与所述中间轴驱动连接，被配置为通过向所述中间轴输入扭矩的方式向所述转向阀芯传递所述电动助力扭矩。

在一些实施例中，所述转向输入轴和所述中间轴的相对端面分别具有沿轴向延伸的第一轴孔和第二轴孔，所述转向器还包括输入轴扭杆，所述输入轴扭杆的一端插设在所述第一轴孔内，并与所述转向输入轴固定连接，另一端插设在所述第二轴孔内，并与所述中间轴固定连接，所述转向输入轴经由所述输入轴扭杆向所述转向阀芯传递输入扭矩。

在一些实施例中，所述电动助力机构包括：

扭矩传感器，设置在所述第一内腔内，被配置为检测所述输入轴扭杆接收的扭矩作为所述输入扭矩的信号；

减速机构，与所述中间轴连接；

电机，与所述减速机构驱动连接，被配置为根据所述输入扭矩的信号和所述车辆的行驶速度向所述减速机构输入动力。

在一些实施例中，所述减速机构包括：

蜗杆，与所述电机的输出轴连接；

蜗轮，固定在所述中间轴外周，并与所述蜗杆啮合。

在一些实施例中，所述电机被配置为在所述扭矩传感器检测到所述输入扭矩的信号小于预设阈值，且所述车辆的行驶速度不为零时，向所述减速机构输入反向动力，以使所述方向盘回到中位。

在一些实施例中，所述转向器还包括：

转动限位机构，设置在所述第一内腔内，被配置为对所述中间轴的转动范围进行限制。

在一些实施例中，所述中间轴与所述转向输入轴一体制成，所述转向输入轴直接向所述转向阀芯传递所述输入扭矩和所述电动助力机构输入的电动助力扭矩。

在一些实施例中，所述转向器还包括：

弹性件，与所述转向螺杆或所述转向阀芯连接，被配置为使所述转向阀芯在所述第二内腔内在无扭矩输入时复位成不提供液压助力的状态，

其中，所述壳体对应于所述第二内腔的部分具有进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口，所述转向阀芯在所述第二内腔内可滑动。

在一些实施例中，所述转向阀芯包括转向杆和滑套，所述转向杆与所述转向螺杆固定连接或一体制成，所述滑套套在所述转向杆外，被配置为随所述转向杆的轴向移动在所述第二内腔内滑动。

在本公开的一个方面，提供一种助力转向系统，包括：

前述的转向器；

方向盘，与所述转向器的转向输入轴连接；

转向车桥；

转向节臂，与所述转向器的齿扇连接，并与所述转向车桥通过转向杆系传动连接；

多个转向助力油缸，与所述转向器通过液压油路连通，且与所述转向车桥或所述转向杆系连接；和

液压助力子系统，与所述转向器通过液压油路连接，被配置为向所述转向器提供液压油，以便经由所述转向器的壳体和转向阀芯形成的流道将液压油供应给所述转向助力油缸。

在一些实施例中，所述方向盘直接与所述转向输入轴连接，或者通过角传动器和转向传动轴与所述转向输入轴连接。

在一些实施例中，所述壳体对应于所述第二内腔的部分具有进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口，所述液压助力子系统包括：液压泵、限流阀、溢流阀和油箱，所述液压泵的吸油口和排油口分别与所述油箱和所述进油口连通，所述限流阀串联在所述液压泵和所述进油口之间的液压油路上，所述溢流阀的进口和出口分别与所述液压泵的进口和所述油箱连通，所述回油口与所述油箱连通，所述第一工作油口和所述第二工作油口分别与各个转向助力油缸的两个工作油腔连通。

在一些实施例中，所述助力转向系统还包括：

控制器，与所述转向器的电动助力机构信号连接，被配置为根据所述方向盘提供给所述转向输入轴的输入扭矩的信号和车辆的行驶速度向所述电动助力机构发送控制指令。

在一些实施例中，所述助力转向系统还包括：

车速提供单元，与所述控制器信号连接，被配置为将所述车辆的行驶速度发送给所述控制器。

在一些实施例中，所述助力转向系统还包括：设置在所述方向盘和所述转向阀芯之间的输入轴扭杆；

所述助力转向系统还包括：

扭矩传感器，包括在所述电动助力机构中或独立设置在所述转向器外，且与所述控制器信号连接，被配置为检测所述输入轴扭杆变形时两端的转角差，并根据所述转角差计算出所述方向盘提供给所述转向输入轴的输入扭矩的信号，并将所述输入扭矩的信号或所述输入轴扭杆两端的转角信号发送给所述控制器；或

角度传感器，包括在所述电动助力机构中或独立设置在所述转向器外，与所述控制器信号连接，被配置为对检测所述输入轴扭杆变形时两端的转角信号，并发送给所述控制器。

在本公开的一个方面，提供了一种起重机，包括：

前述的助力转向系统。

因此，根据本公开实施例，电动助力机构根据方向盘提供给转向输入轴的输入扭矩的信号和车辆的行驶速度向转向阀芯传递电动助力扭矩，结合转向阀芯所实现的液压助力，能够在实现方向盘转向助力的基础上，进一步满足较大轴荷的车辆(例如工程机械车辆)的转向操纵舒适性和安全性的综合需求，改善车辆在低速行驶时的驾驶轻便性和在高速行驶时的稳定性。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开转向器的一些实施例的内部结构示意图；

图2是根据本公开转向器的另一些实施例的内部结构示意图；

图3是根据本公开助力转向系统的一些实施例的原理示意图；

图4是根据本公开助力转向系统的另一些实施例的原理示意图；

图5是根据本公开助力转向系统的又一些实施例的原理示意图；

图6是根据本公开助力转向系统的一些实施例的控制方块示意图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

图1是根据本公开转向器的一些实施例的内部结构示意图。图2是根据本公开转向器的另一些实施例的内部结构示意图。参考图1和图2，并结合图3-图6所示的助力转向系统实施例的原理及控制示意图，在一些实施例中，转向器2用于车辆的转向。车辆可以为能够承担更大轴荷的工程机械车辆，也可以为其他车辆，例如家用或商用的机动车等。

转向器包括：壳体28、齿扇211、活塞210、转向螺杆261、转向阀芯262、转向输入轴21和电动助力机构。壳体28包括第一内腔281、第二内腔282和第三内腔283。壳体28可以采用整体结构，也可包括组装的多个分体结构。

在图1和图2中，壳体28从左到右可包括四个壳体部分，各个壳体部分通过螺栓等连接件进行固定连接，最右侧的壳体部分为封盖，与相邻的壳体部分共同形成第三内腔283，其他两个壳体部分分别形成第一内腔281和第二内腔282。这种分体结构在制造和装配方面更加便利。

齿扇211设置在所述第三内腔283内，被配置为与所述车辆的转向节臂7连接。转向节臂7可与车辆的转向车桥5通过转向杆系传动连接，这样通过齿扇211的转动来带动转向节臂7的转动，而转向节臂7的转动可通过转向杆系将转向力矩传递给对应的车桥，从而实现车辆转向功能。

活塞21设置在所述第三内腔283内，且外部具有与所述齿扇211的齿形配合的外齿条2101，内部具有螺纹腔2102。通过活塞21与齿扇211的外齿条2101之间的啮合可实现活塞21的平移与齿扇211的转动的转化。

转向螺杆261至少部分地设置在所述第三内腔283内，穿设在所述活塞210的螺纹腔2102内，并与所述螺纹腔2102螺纹配合。转向螺杆261也施加压力给活塞21，使活塞21平移，而活塞21的平移则会带动齿扇211转动，从而带动转向节臂7的转动。

转向阀芯262至少部分地设置在所述第二内腔282内，与所述转向螺杆261连接或一体制成，被配置为引导进出所述壳体28内的液压油，以便向所述车辆的转向助力油缸6提供助力用的液压油。

进出壳体28的液压油可由液压助力子系统提供，此时转向阀芯262与壳体28的第二内腔282实际上形成了一个液压控制阀，可实现液压控制阀的控制功能。这样当转向螺杆261随转向阀芯262转动时，活塞21受到齿扇211的齿形的限制，转向螺杆261则在与螺纹腔2101的螺纹配合的基础上相对于活塞21沿轴向平移，从而带动转向阀芯262也发生平移。转向阀芯262的平移则改变了转向阀芯262在第二内腔282中各流道的开度，从而调整了壳体28内液压油的流动关系，实现了对供应给液压助力油缸6的液压油的引导作用，进而改变转向系统输出的辅助压力数值，实时调整转向助力特性。这样液压助力油缸6则可以作用于车桥或转向杆系来提供更为精准的转向助力。

转向输入轴21至少部分地设置在所述第一内腔281内，被配置为与所述车辆的方向盘1连接，并向所述转向阀芯262传递扭矩。参考图3-图5，转向输入轴21可以直接与方向盘1连接，也可以通过其他中间部件实现连接，例如通过角传动器15和转向传动轴14与所述转向输入轴21连接。

电动助力机构至少部分地设置在所述第一内腔281内，被配置为根据所述方向盘1提供给所述转向输入轴21的输入扭矩的信号和所述车辆的行驶速度向所述转向阀芯262传递电动助力扭矩。电动助力机构根据车辆的行驶速度和方向盘1提供给转向输入轴21的输入扭矩的信号进行电动助力扭矩的传递。通过电动助力机构向转向阀芯传递电动助力扭矩，再结合转向阀芯所实现的液压助力，能够满足较大轴荷的车辆的转向助力需求。

当车辆行驶速度较低时，电动助力机构向转向阀芯传递与输入扭矩同向的叠加助力，可使得方向盘的操纵更加轻便自如；当车辆行驶速度较高时，电动助力机构可向转向阀芯传递与输入扭矩反向的阻力作用，从而使得方向盘操作稍显沉重，从而增强车辆直线行驶能力和高速行驶稳定性。这里的车辆行驶速度的高低可根据实际情况进行选择，例如设置特定的第一速度阈值和第二速度阈值，第二速度阈值大于第一速度阈值。当车辆行驶速度低于第一速度阈值时，确定为车辆行驶速度较低，当车辆行驶速度高于第二速度阈值时，确定为车辆行驶速度较高。

参考图1和图2，在一些实施例中，转向器2还包括中间轴25。中间轴25至少部分地设置在所述第一内腔281内，一端与所述转向输入轴21连接，另一端与所述转向阀芯262连接。电动助力机构与所述中间轴25驱动连接，被配置为通过向所述中间轴25输入扭矩的方式向所述转向阀芯262传递所述电动助力扭矩。中间轴25可起到接收合并来自转向输入轴和电动助力机构分别提供的扭矩的作用。中间轴25可与转向阀芯262通过联轴器或通过相对端的连接结构进行连接，从而实现转动力矩的传递。

为了确定方向盘向转向输入轴提供的输入扭矩的大小，可在转向器以内或转向器外设置测量部件。参考图1，在一些实施例中，转向输入轴21和所述中间轴25的相对端面分别具有沿轴向延伸的第一轴孔211和第二轴孔251。所述转向器2还包括输入轴扭杆22，所述输入轴扭杆22的一端插设在所述第一轴孔211内，并与所述转向输入轴21固定连接，另一端插设在所述第二轴孔251内，并与所述中间轴25固定连接，所述转向输入轴21经由所述输入轴扭杆22向所述转向阀芯262传递输入扭矩。

输入轴扭杆22由于截面尺寸小于转向输入轴，因此在受到扭矩时的变形更加明显，易于被检测到。相应地，电动助力机构可包括：扭矩传感器23、减速机构和电机19。扭矩传感器23设置在所述第一内腔281内，被配置为检测所述输入轴扭杆22接收的扭矩作为所述输入扭矩的信号。由于输入轴扭杆22在受到扭矩后发生变形，该变形会改变扭杆前后端的转角差。扭矩传感器23可根据该转角差计算出方向盘向转向输入轴提供的输入扭矩的大小，也可将该转角差或者扭杆前后端的转角信号提供给控制器，由控制器来计算输入扭矩的大小。

减速机构与所述中间轴25连接，电机19与所述减速机构驱动连接。被配置为根据所述输入扭矩的信号和所述车辆的行驶速度向所述减速机构输入动力。参考图1和图2，在一些实施例中，减速机构包括：蜗杆216和蜗轮24。蜗杆216与所述电机19的输出轴连接。蜗轮24固定在所述中间轴25外周，并与所述蜗杆216啮合。蜗轮蜗杆所形成的减速结构在传动上比较平稳。在另一些实施例中，也可采用其他形式的减速结构，例如齿轮减速结构等。

在一些实施例中，电机19可与减速机构、扭矩传感器23和输入轴扭杆22一起集成在转向器2中，从而提高集成性。在另一些实施例中，电机19可独立于转向器2设置，并根据实际需要与减速机构进行连接。

当车辆处于较低速度时，为了降低驾驶员的驾驶强度，可通过转向器使车辆主动回正。相应地，在一些实施例中，电机19可被配置为在所述扭矩传感器23检测到所述输入扭矩的信号小于预设阈值，且所述车辆的行驶速度不为零时，向所述减速机构输入反向动力，以使所述方向盘1回到中位。当检测到输入扭矩的信号小于预设阈值时，一般可认为方向盘已脱离人为操纵状态，而此时车速不为零，则及时使车辆主动回正，从而改善车辆跑偏辆，提高车辆直线行驶时的车道保持能力，降低驾驶员的驾驶强度，进而提高行驶安全性。

为了限制方向盘的最大转向范围，参考图1和图2，在一些实施例中，转向器2还包括转动限位机构215。该转动限位机构215设置在所述第一内腔281内，被配置为对所述中间轴25的转动范围进行限制。

当方向盘无人为操纵时，为了使转向阀芯及时回到使液压助力子系统不向液压助力油缸提供液压油的状态，参考图1和图2，在一些实施例中，转向器2还包括弹性件29。弹性件29与所述转向螺杆261或所述转向阀芯262连接，被配置为使所述转向阀芯262在所述第二内腔282内在无扭矩输入时复位成不提供液压助力的状态。壳体28对应于所述第二内腔282的部分具有进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口，所述转向阀芯262在所述第二内腔282内可滑动。

在一些实施例中，弹性件29可以为多个碟簧，转向螺杆261或所述转向阀芯262上固定设有径向凸缘，多个碟簧的一部分设置在径向凸缘的一侧，另一部分设置在径向凸缘的另一侧，通过径向凸缘两侧的碟簧可使得转向阀芯262在所述第二内腔282内在无扭矩输入时返回不提供液压助力的状态的位置。

在图1和图2中，转向阀芯262包括转向杆2621和滑套2622，所述转向杆2621与所述转向螺杆261固定连接或一体制成，所述滑套2622套在所述转向杆2621外，被配置为随所述转向杆2621的轴向移动在所述第二内腔282内滑动。滑套2622可以通过设置在转向杆2621上的挡圈实现相对于转向杆2621的轴向固定。当转向杆2621平移时，可带动滑套2622同步地平移。

在滑套2622的表面可设置多个环形凹槽，以便通过滑套2622的运动来改变壳体28上的进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口之间的连通关系。在另一些实施例中，转向阀芯262也可以是一体制造的结构。

在另一些实施例中，输入轴扭杆和扭矩传感器等可设在转向器之外，例如设置在方向盘与转向输入轴之间。相应地，参考图2，所述中间轴25与所述转向输入轴21可一体制成，所述转向输入轴21直接向所述转向阀芯262传递所述输入扭矩和所述电动助力机构输入的电动助力扭矩。电动助力机构可根据输入扭矩的信号以及车辆的行驶速度来进行电动助力扭矩的传递。

上述转向器实施例可用于各类车辆的助力转向系统。因此，本公开实施例提供了包括前述任一种转向器2的助力转向系统。

图3是根据本公开助力转向系统的一些实施例的原理示意图。图4是根据本公开助力转向系统的另一些实施例的原理示意图。图5是根据本公开助力转向系统的又一些实施例的原理示意图。参考图3-图5，结合图1和图2所示的转向器实施例的内部结构，助力转向系统除了包括前述转向器2，还包括：方向盘1、转向车桥5、转向节臂7、多个转向助力油缸6和液压助力子系统。

方向盘1与所述转向器2的转向输入轴21连接。这里的连接可以是方向盘1直接与所述转向输入轴21连接(参考图5)，也可以是通过角传动器15和转向传动轴14与所述转向输入轴21连接(参考图3或图4)。

转向节臂7与所述转向器2的齿扇211连接，并与所述转向车桥5通过转向杆系传动连接。在图3-图5中，转向杆系包括多个转向拉杆3和多个转向摇臂4，转向节臂7与一个转向拉杆3连接，该转向拉杆3与一个转向摇臂4连接，该转向摇臂4通过两个转向拉杆3分别与一个转向车桥5和另一个转向摇臂4连接，另一个转向摇臂4则与另一个转向车桥5连接。

多个转向助力油缸6与所述转向器2通过液压油路连通，且与所述转向车桥5或所述转向杆系连接。在图3中，一个转向助力油缸6与转向杆系中的一个转向摇臂4连接，另一个转向助力油缸6则连接在另一个转向摇臂4与另一个转向车桥5连接。在图4和图5中，对于每个车轴，均有两个转向助力油缸的一端连接车轴，另一端分别与该车轴位于左右两端的转向车桥5连接。

液压助力子系统与所述转向器2通过液压油路连接，被配置为向所述转向器2提供液压油，以便经由所述转向器2的壳体28和转向阀芯262形成的流道将液压油供应给所述转向助力油缸6。参考图3-图5，在一些实施例中，壳体28对应于所述第二内腔282的部分具有进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口。相应地，液压助力子系统包括：液压泵9、限流阀13、溢流阀10和油箱12。

液压泵9的吸油口和排油口分别与所述油箱12和所述进油口连通。所述限流阀13串联在所述液压泵9和所述进油口之间的液压油路上，用于限制进入进油口的液压油流量，以免过大流量的液压油损害转向器。溢流阀10的进口和出口分别与所述液压泵9的进口和所述油箱12连通，可实现液压泵9的溢流保护。

回油口与所述油箱12连通，所述第一工作油口和所述第二工作油口分别与各个转向助力油缸6的两个工作油腔连通。通过转向阀芯的移动，可改变进油口与第一工作油口或所述第二工作油口的连通关系或开度，以及改变回油口与第一工作油口或所述第二工作油口的连通关系或开度，从而实现液压油经第一工作油口(或第二工作油口)进入转向助力油缸6的一个工作油腔(例如有杆腔)，另一个工作油腔(例如无杆腔)中的液压油经第二工作油口(或第一工作油口)和回油口流回油箱的过程。

图6是根据本公开助力转向系统的一些实施例的控制方块示意图。参考图6，在一些实施例中，助力转向系统还包括控制器16。控制器16与所述转向器2的电动助力机构信号连接，被配置为根据所述方向盘1提供给所述转向输入轴21的输入扭矩的信号和车辆的行驶速度向所述电动助力机构发送控制指令。

在图6中，助力转向系统还可包括车速提供单元17。车速提供单元17与所述控制器16信号连接，被配置为将所述车辆的行驶速度发送给所述控制器16。车速提供单元17可以包括能够测量车速的传感器，或者包括能够获得车速等车辆状态参数的车辆的中心处理器。

在一些实施例中，输入轴扭杆22设置在所述方向盘1和所述转向阀芯262之间。相应地，助力转向系统还可包括：扭矩传感器23或角度传感器18。在一些实施例中，助力转向系统既可包括扭矩传感器23，也可包括角度传感器18。

扭矩传感器23可包括在所述电动助力机构中，或者独立设置在所述转向器2外。扭矩传感器23可与所述控制器16信号连接，被配置为检测所述输入轴扭杆22变形时两端的转角差，并根据所述转角差计算出所述方向盘1提供给所述转向输入轴21的输入扭矩的信号，并将所述输入扭矩的信号发送给所述控制器16。扭矩传感器23也可直接将所述输入轴扭杆22两端的转角信号发送给所述控制器16，由控制器16自行计算来获得方向盘1提供给所述转向输入轴21的输入扭矩的信号。

角度传感器18可包括在所述电动助力机构中，或者独立设置在所述转向器2外。角度传感器18可与所述控制器16信号连接，被配置为对检测所述输入轴扭杆22变形时两端的转角信号，并发送给所述控制器16。由控制器16进行计算来获得方向盘1提供给所述转向输入轴21的输入扭矩的信号。

上述助力转向系统可适用于存在助力转向需求的各类车辆，尤其适用于轴荷较大的工程机械车辆，例如起重机等。因此本公开还提供了一种起重机，包括前述任一种助力转向系统实施例。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种转向器(2)，用于车辆的转向，其特征在于，包括：

壳体(28)，包括第一内腔(281)、第二内腔(282)和第三内腔(283)；

齿扇(211)，设置在所述第三内腔(283)内，被配置为与所述车辆的转向节臂(7)连接；

活塞(210)，设置在所述第三内腔(283)内，且外部具有与所述齿扇(211)的齿形配合的外齿条(2101)，内部具有螺纹腔(2102)；

转向螺杆(261)，至少部分地设置在所述第三内腔(283)内，穿设在所述活塞(210)的螺纹腔(2102)内，并与所述螺纹腔(2102)螺纹配合；

转向阀芯(262)，至少部分地设置在所述第二内腔(282)内，与所述转向螺杆(261)连接或一体制成，被配置为引导进出所述壳体(28)内的液压油，以便向所述车辆的转向助力油缸(6)提供助力用的液压油；

转向输入轴(21)，至少部分地设置在所述第一内腔(281)内，被配置为与所述车辆的方向盘(1)连接，并向所述转向阀芯(262)传递扭矩；和

电动助力机构，至少部分地设置在所述第一内腔(281)内，被配置为根据所述方向盘(1)提供给所述转向输入轴(21)的输入扭矩的信号和所述车辆的行驶速度向所述转向阀芯(262)传递电动助力扭矩。

2.根据权利要求1所述的转向器(2)，其特征在于，还包括：

中间轴(25)，至少部分地设置在所述第一内腔(281)内，一端与所述转向输入轴(21)连接，另一端与所述转向阀芯(262)连接；

其中，所述电动助力机构与所述中间轴(25)驱动连接，被配置为通过向所述中间轴(25)输入扭矩的方式向所述转向阀芯(262)传递所述电动助力扭矩。

3.根据权利要求2所述的转向器(2)，其特征在于，所述转向输入轴(21)和所述中间轴(25)的相对端面分别具有沿轴向延伸的第一轴孔(211)和第二轴孔(251)，所述转向器(2)还包括输入轴扭杆(22)，所述输入轴扭杆(22)的一端插设在所述第一轴孔(211)内，并与所述转向输入轴(21)固定连接，另一端插设在所述第二轴孔(251)内，并与所述中间轴(25)固定连接，所述转向输入轴(21)经由所述输入轴扭杆(22)向所述转向阀芯(262)传递输入扭矩。

4.根据权利要求3所述的转向器(2)，其特征在于，所述电动助力机构包括：

扭矩传感器(23)，设置在所述第一内腔(281)内，被配置为检测所述输入轴扭杆(22)接收的扭矩作为所述输入扭矩的信号；

减速机构，与所述中间轴(25)连接；

电机(19)，与所述减速机构驱动连接，被配置为根据所述输入扭矩的信号和所述车辆的行驶速度向所述减速机构输入动力。

5.根据权利要求4所述的转向器(2)，其特征在于，所述减速机构包括：

蜗杆(216)，与所述电机(19)的输出轴连接；

蜗轮(24)，固定在所述中间轴(25)外周，并与所述蜗杆(216)啮合。

6.根据权利要求4所述的转向器(2)，其特征在于，所述电机被配置为在所述扭矩传感器检测到所述输入扭矩的信号小于预设阈值，且所述车辆的行驶速度不为零时，向所述减速机构输入反向动力，以使所述方向盘(1)回到中位。

7.根据权利要求2所述的转向器(2)，其特征在于，还包括：

转动限位机构(215)，设置在所述第一内腔(281)内，被配置为对所述中间轴(25)的转动范围进行限制。

8.根据权利要求2所述的转向器(2)，其特征在于，所述中间轴(25)与所述转向输入轴(21)一体制成，所述转向输入轴(21)直接向所述转向阀芯(262)传递所述输入扭矩和所述电动助力机构输入的电动助力扭矩。

9.根据权利要求1所述的转向器(2)，其特征在于，还包括：

弹性件(29)，与所述转向螺杆(261)或所述转向阀芯(262)连接，被配置为使所述转向阀芯(262)在所述第二内腔(282)内在无扭矩输入时复位成不提供液压助力的状态，

其中，所述壳体(28)对应于所述第二内腔(282)的部分具有进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口，所述转向阀芯(262)在所述第二内腔(282)内可滑动。

10.根据权利要求9所述的转向器(2)，其特征在于，所述转向阀芯(262)包括转向杆(2621)和滑套(2622)，所述转向杆(2621)与所述转向螺杆(261)固定连接或一体制成，所述滑套(2622)套在所述转向杆(2621)外，被配置为随所述转向杆(2621)的轴向移动在所述第二内腔(282)内滑动。

11.一种助力转向系统，其特征在于，包括：

权利要求1～10任一所述的转向器(2)；

方向盘(1)，与所述转向器(2)的转向输入轴(21)连接；

转向车桥(5)；

转向节臂(7)，与所述转向器(2)的齿扇(211)连接，并与所述转向车桥(5)通过转向杆系传动连接；

多个转向助力油缸(6)，与所述转向器(2)通过液压油路连通，且与所述转向车桥(5)或所述转向杆系连接；和

液压助力子系统，与所述转向器(2)通过液压油路连接，被配置为向所述转向器(2)提供液压油，以便经由所述转向器(2)的壳体(28)和转向阀芯(262)形成的流道将液压油供应给所述转向助力油缸(6)。

12.根据权利要求11所述的助力转向系统，其特征在于，所述方向盘(1)直接与所述转向输入轴(21)连接，或者通过角传动器(15)和转向传动轴(14)与所述转向输入轴(21)连接。

13.根据权利要求11所述的助力转向系统，其特征在于，所述壳体(28)对应于所述第二内腔(282)的部分具有进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口，所述液压助力子系统包括：液压泵(9)、限流阀(13)、溢流阀(10)和油箱(12)，所述液压泵(9)的吸油口和排油口分别与所述油箱(12)和所述进油口连通，所述限流阀(13)串联在所述液压泵(9)和所述进油口之间的液压油路上，所述溢流阀(10)的进口和出口分别与所述液压泵(9)的进口和所述油箱(12)连通，所述回油口与所述油箱(12)连通，所述第一工作油口和所述第二工作油口分别与各个转向助力油缸(6)的两个工作油腔连通。

14.根据权利要求11所述的助力转向系统，其特征在于，还包括：

控制器(16)，与所述转向器(2)的电动助力机构信号连接，被配置为根据所述方向盘(1)提供给所述转向输入轴(21)的输入扭矩的信号和车辆的行驶速度向所述电动助力机构发送控制指令。

15.根据权利要求14所述的助力转向系统，其特征在于，还包括：

车速提供单元(17)，与所述控制器(16)信号连接，被配置为将所述车辆的行驶速度发送给所述控制器(16)。

16.根据权利要求14所述的助力转向系统，其特征在于，还包括：设置在所述方向盘(1)和所述转向阀芯(262)之间的输入轴扭杆(22)；

所述助力转向系统还包括：

扭矩传感器(23)，包括在所述电动助力机构中或独立设置在所述转向器(2)外，且与所述控制器(16)信号连接，被配置为检测所述输入轴扭杆(22)变形时两端的转角差，并根据所述转角差计算出所述方向盘(1)提供给所述转向输入轴(21)的输入扭矩的信号，并将所述输入扭矩的信号或所述输入轴扭杆(22)两端的转角信号发送给所述控制器(16)；或

角度传感器(18)，包括在所述电动助力机构中或独立设置在所述转向器(2)外，与所述控制器(16)信号连接，被配置为对检测所述输入轴扭杆(22)变形时两端的转角信号，并发送给所述控制器(16)。

17.一种起重机，其特征在于，包括：

权利要求11～16任一所述的助力转向系统。

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