CN116620393A - 液压转向单元 - Google Patents

Abstract

描述了一种液压转向单元，该转向单元包括：具有供应端口和返回端口的供应端口装置；具有两个工作端口的工作端口装置；具有两个阀元件的转向阀装置，该两个阀元件布置在壳体中并且相对于彼此能够移动以改变节流孔的特性；和测量马达，布置在转向阀装置与所述工作端口中的一个工作端口之间的管线中。液压转向单元应在两个转向方向上形成相似的末端止动感觉。为此，设置背压装置，该背压装置在测量马达上产生背压，其中该背压装置由阀元件控制，并且在所述阀元件中的一个阀元件与壳体之间、或在测量马达的旋转部分与壳体之间相应地设置摩擦装置。

Description

液压转向单元

技术领域

本发明涉及一种液压转向单元，该液压转向单元包括：具有供应端口和返回端口的供应端口装置；具有两个工作端口的工作端口装置；转向阀装置，所述转向阀装置布置在所述供应端口装置与所述工作端口装置之间并且具有两个阀元件，所述两个阀元件布置在壳体中并且相对于彼此能够移动以改变节流孔的面积特性；和测量马达，所述测量马达布置在所述转向阀装置与所述工作端口中的一个工作端口之间的线路中。

背景技术

这种转向单元是已知的，例如通过EP 3 078 571 B1或US 10 723 378 B2。

当测量马达布置在工作管线中，即布置在转向阀装置与工作端口之间的管线中时，该液压转向单元提供非常精确和舒适的转向。转向盘的致动与转向的轮的反作用之间的死区(dead band)可以被最小化。

然而，产生如下问题，转向盘(或任何其他转向命令设备)中的末端止动感觉对于两个转向方向将是不同的。当连接到工作端口装置的转向马达到达一侧的末端位置时，配备有液压转向单元的车辆的驾驶员会感觉到相当硬的末端止动，这是因为该工作管线中的流体的压力将增加，并且转向马达处于末端位置，使得转向马达无法再转动。在另一侧，末端止动将不太硬，这是因为测量马达的出口连接到返回管线并且从该返回管线连接到罐。

发明内容

本发明的目的是在两个转向方向上形成相似的末端止动感觉。

在如开始所描述的液压转向单元中解决该目的，其中设置背压装置，所述背压装置在所述测量马达上产生背压，其中所述背压装置由所述阀元件控制，并且在所述阀元件中的一个阀元件与所述壳体之间、或在所述测量马达的旋转部分与所述壳体之间相应地设置摩擦装置。

以这种方式，可以在测量马达的出口侧形成升高的压力，使得当达到转向马达的末端止动位置时，该测量马达不再工作。由于背压装置由阀元件控制，因此这要求两个阀元件相对彼此移动，以便改变一些节流孔的特性。然而，在一些情况下，当驾驶员旋转转向盘时，不发生两个阀元件相对彼此的移动。例如，当测量马达布置在连接阀装置与右工作端口的工作管线中，并且转向盘已经被致动以将转向马达移动到左侧末端冲程，并且然后将该转向盘旋转回到中性位置，并且再次缓慢向左手侧旋转时，可能会发现转向通过现象：以例如高达10rpm(转每分钟)的低旋转速度旋转转向盘将不引起两个阀元件相对彼此的移动，并且在不引起作用在测量马达上的压力显著增加的情况下，来自左工作端口的液压流体可以流动回到返回端口。

然而，当摩擦装置作用于阀元件中的一个阀元件而不作用于另一阀元件时，由该摩擦装置产生的摩擦力将一个阀元件保持就位，使得该另一阀元件可以相对于第一个指定的阀元件移动。以这种方式，背压装置可以产生所需的背压。

在本发明的实施例中，所述阀元件中的一个阀元件是由转向命令设备致动的滑阀，并且另一阀元件是围绕所述滑阀的套筒，其中所述摩擦装置作用于所述套筒。该摩擦装置将套筒保持就位，即不允许该套筒旋转，同时通过转向命令设备(例如，转向盘)旋转该滑阀。因此，即使当滑阀仅以低旋转速度旋转时，滑阀与套筒之间的节流孔的特性也会改变，使得产生所需的背压。

在本发明的实施例中，所述滑阀和所述套筒由中性弹簧装置连接，其中在滑阀与套筒之间的预定旋转角度中，所述摩擦装置产生大于所述中性弹簧装置的扭矩的保持扭矩。特别地，当滑阀相对于套筒完全偏转时，由摩擦装置产生的扭矩大于由中性弹簧装置产生的扭矩。因此，即使滑阀相对于套筒尽可能地旋转，该套筒也被保持就位，使得用于形成背压的节流孔可以完全打开或闭合，这是背压装置所要求的。

在本发明的实施例中，所述套筒连接到所述测量马达，并且所述摩擦装置产生小于由所述测量马达产生的扭矩的保持扭矩。尽管摩擦力由摩擦装置产生，但仍可以使套筒返回到相对于滑阀的中性位置。

在本发明的实施例中，所述摩擦装置包括压缩的弹性元件，所述压缩的弹性元件位于所述套筒与所述壳体之间、和/或位于所述测量马达的旋转元件与所述壳体之间。弹性元件可以例如是弹簧装置或任何其他可压缩元件，其产生相应地在套筒和/或测量马达的旋转元件与壳体之间起作用的力。当滑阀旋转时，该力在套筒与壳体之间形成摩擦，该摩擦将套筒保持就位。

在本发明的实施例中，所述弹性元件相应地布置在所述套筒的前面或所述旋转元件的前面。在该位置，存在足够的空间用于容纳弹性元件，使得不必显著地改变常规的转向单元的结构。

在本发明的实施例中，在所述弹性元件与所述壳体之间布置滑环。滑环避免了弹性元件的磨损。

在本发明的实施例中，所述滑环由金属、硬塑料或聚四氟乙烯制成。该环借助于弹性元件压靠于壳体，并由此在套筒与壳体之间产生所需的摩擦。

在本发明的实施例中，所述弹性元件呈O形环的形式。例如，该O形环布置在凹槽中，并且当相应的套筒或测量马达的旋转元件安装到壳体时，该O形环被压缩。压缩的O形环产生必要的力以用于生成所需的摩擦。

替代性地或附加地，所述摩擦装置包括连接到所述供应端口的压力室，其中所述压力室中的压力径向地且不对称地作用于所述套筒。当供应端口的压力不对称地且径向地作用在套筒上时，该套筒本身被压靠于壳体中的钻孔的壁上，套筒布置在该钻孔中。这是产生增加的摩擦的其他可能。

在本发明的实施例中，所述背压装置在所述阀装置中包括位于所述测量马达与所述返回端口之间的返回节流孔、和连接到所述供应端口且连接到所述返回节流孔与所述测量马达之间的点的可变的节流孔。只有当滑阀已经相对于套筒旋转超过预定角度时，特别是当滑阀已经完全偏转时，该可变的节流孔才会打开。在这种情况下，可变的节流孔允许来自供应端口的压力到达测量马达的出口，使得生成所需的背压。

在本发明的实施例中，所述返回节流孔为固定节流孔。该固定节流孔在转向单元的操作期间不会改变其特性。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明，在附图中：

图1是液压转向系统的示意图；

图2示出了由转向单元的阀装置对于三种不同转向情况所形成的节流孔；

图3示出了图1的处于左末端冲程位置的转向系统；

图4示出了图3的细节IV；

图5以剖视图示意性地示出了转向系统的转向单元；以及

图6示出了阀装置的一些节流孔的泄出孔特性。

具体实施方式

在所有附图中，用相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了包括转向单元2和转向马达3的转向系统1。该转向单元2包括具有供应端口P和返回端口T的供应端口装置。此外，该转向单元2包括负载感测端口LS。

转向单元2连接到先导阀(priority valve)4。该先导阀4连接到泵5，由车辆的原动机6驱动该泵5，该车辆待由该转向系统1转向。

先导阀4包括先导端口CF和辅助端口EF，该先导端口CF连接到转向单元2的供应端口P，该辅助端口EF以未示出的方式连接到其他液压消耗装置。先导阀4包括阀元件7，借助于负载感测端口LS处的压力来控制该阀元件7的位置。

转向单元2包括阀装置8和测量马达9。

图1示出了处于泵5正在运行且不转向的位置的阀装置8，即该阀装置8处于中性位置。阀装置8连接到转向柱10，该转向柱10可以例如借助于转向盘(steering wheel)(未示出)旋转。

转向单元2包括LS管线12(即，连接LS端口LS和阀装置8的管线)中的入口止回阀11。此外，转向单元包括连接供应端口P和阀装置8的压力管线14中的入口止回阀13。先导减压阀(pilot reduction valve)15布置在LS管线12与罐管线16之间，该罐管线16借助于阀17连接到阀装置8。阀15通过限制来自先导阀4的LS管线12中的压力来控制该转向马达3的末端冲程处的最大转向压力(P-T)。通过压力管线14中的压力来控制阀17。当压力管线14中的压力高于罐管线16中的压力超出例如5巴时，阀17打开，以用于使油从阀装置8返回到罐28。当压力差下降至低于5巴时，阀17关闭，以用于使油从阀装置8返回。然后，在所谓的紧急转向模式中，返回的油被引导经过止回阀19进入阀装置8中，并且然后流出至转向马达3。在紧急转向模式中，测量马达9充当由转向盘驱动的手动泵。呈止回阀形式的抽吸阀20、21分别布置在左工作管线22与罐管线16之间以及右工作管线23与罐管线16之间。该左工作管线22连接阀装置8和左工作端口L，而右工作管线23连接右工作端口R和阀装置8。

转向马达3包括连接到活塞25的杆24。转向马达3包括左工作室26和右工作室27。左工作室26连接到左工作端口L，并且右工作室27连接到右工作端口R。

阀装置包括多个节流孔(orifice)或泄出孔(bleed)，其中一些在图2中图示出。阀装置8包括固定节流孔A10，该固定节流孔A10经由紧急转向阀17连接到罐管线16。此外，阀装置8包括泄出孔A13/14，该泄出孔A13/14连接压力管线14和固定节流孔A10与测量马达9之间的点，如以下解释的。节流孔A13/14可以通过单个节流孔来实现。然而，由于结构的约束，节流孔A13/14是通过两个节流孔来实现的。将在后面解释节流孔A13/14。

图1示出了处于中性位置的转向系统1，其中转向马达3的活塞25处于其中间位置，使得将由该转向系统转向的车辆的转向的轮笔直向前驱动。当泵5运行时，先导阀4将引导主流从辅助端口EF流出并流入罐28。受限的流将流向转向单元2的LS端口LS，使得止回阀11打开，并且液压流体流向阀装置8，进一步流过紧急转向阀17，并经由罐管线16流向罐28。

当转向马达3被致动以将车辆转向右手侧时，右压力室27经由右工作端口R而被加压。在这种情况下，阀装置8将压力管线14连接到测量马达9，并将测量马达9连接到右工作端口R。从左工作室26排放的液压流体被引导回到阀装置8，并且通过固定节流孔A10到达紧急转向阀17。因为经由信号线29通过供应端口P处的压力使紧急转向阀17沿打开方向致动，该紧急转向阀17打开。相应地，从左工作室26排放的液压流体经由罐管线16引导回到罐28。

当转向马达3的活塞25达到右侧末端冲程且不能进一步移动时，不可能向右工作室27进一步供应液压流体，使得右工作室27中的压力增加。增加的压力反馈至测量马达9的出口。当测量马达9两侧的压力平衡时，该测量马达9不再旋转。在转向盘无法再旋转时，驾驶员会经受这种情况。在右侧末端冲程中，驾驶员经受硬末端止动(hard end stop)。

然而，当转向马达3在左侧末端冲程中转向时，如图3所示，情况有所不同。

在图4中示出阀装置8的一些节流孔的情况。来自供应端口 P的压力被引导至左工作管线22，并且然后从该左工作管线22引导至左工作端口L。从转向马达3的右工作室27排放出的液压流体被引导回到测量马达9。这些流体经过测量马达9，并且然后经由固定节流孔A10和紧急转向阀17被引导至罐管线16。在没有任何附加措施的情况下，在测量马达9的出口(如图3所示，测量马达9的右手侧)不存在实质上的压力，使得驾驶员不会经受转向马达3的硬末端冲程。

当向左旋转转向盘直到转向马达3达到左侧末端冲程，并且再次旋转回到中性位置，并且然后缓慢向左侧旋转时，情况尤其如此。在这种情况下，可能会发现转向通过现象(steer through phenomenon)：以例如高达10rpm(转每分钟)的低旋转速度旋转转向盘将不引起任何明显的扭矩阻力。将参考图5和图6来解释。

图5示意性地示出了转向单元2的剖面图。转向单元2包括壳体30。该壳体30包括钻孔31。在钻孔31中布置一组滑阀(spool)32和套筒33。滑阀32包括连接几何结构34，滑阀32通过该连接几何结构34可以连接到转向盘的转向柱10。

滑阀32和套筒33借助于中性弹簧套件35来连接。

测量马达9包括齿圈36和齿轮37。分配器板38布置在壳体30与测量马达9之间。测量马达9在与壳体30相反的一侧设有端盖39。出于该图示说明的目的，分配器板38和端盖39被视为壳体的一部分。

万向节轴40借助于十字销41连接齿轮37和套筒33。轴承套件42设置在壳体30与套筒33的前面之间，且与滑阀32的前面分离开。

摩擦装置43布置在套筒33与分配器板38之间，或(替代性地或附加地)布置在齿轮37与端盖39之间。也可以将摩擦装置布置在齿轮37与分配器板38之间。在任何情况下，摩擦装置43布置在转向单元2的未连接到转向盘的旋转部分与壳体30、38、39之间。

在本示例中，摩擦装置43布置在旋转部分33、37的前面与壳体30、38、39之间。

摩擦装置43包括压缩的弹性元件44和滑环45，该压缩的弹性元件44例如呈O形环的形式，该滑环45位于弹性元件44与壳体部分38或39之间。滑环45避免弹性元件44的磨损。仅需要O形环少量的压缩。

附加地或替代性地，摩擦装置43′包括压力室46，该压力室46通过供应端口P的压力而被加载，并具有附加开口47，其中供应端口P的压力可以不对称地并且径向地作用于套筒33。

当滑阀32以低旋转速度进行旋转时，包括弹性元件44的摩擦装置43或使用供应端口P处的压力的摩擦装置43′两者都可以防止套筒33的旋转。在滑阀32相对于套筒33的完全偏转位置中，摩擦装置43在套筒33上产生大于中性弹簧装置35的扭矩的保持扭矩。然而，由摩擦装置43、43′产生的保持扭矩小于由测量马达9产生的扭矩。

由滑阀32和套筒33形成节流孔A13/14。如图6所示，仅当滑阀32已经相对于套筒33旋转较大角度时，节流孔A13/14才会打开，特别地仅当滑阀32已经相对于套筒33旋转尽可能远时，节流孔A13/14才会打开。可能的旋转受到贯穿滑阀32中的开口47的十字销41的限制，其中开口47具有比十字销41的直径更大的直径。

当转向马达3到达左侧末端位置时，如图3所示，节流孔A13/14打开，使得来自供应端口P的流到达固定节流孔A10与测量马达9之间的点。以这种方式，测量马达9在转向马达3的左侧末端位置中经受增加的压力，使得用户经受硬末端冲程。

即使转向盘只是缓慢地旋转，情况也是如此。摩擦装置43、43′保证即使在这种操作模式中，滑阀32也可以相对于套筒33旋转，使得节流孔A13/14打开。

图6示出了其他节流孔的泄出孔特性。可以看出，节流孔A10为固定节流孔。如主节流孔A1和测量马达节流孔A2R、A3R、A2L、A3L之类的其他节流孔具有常规特性。

Claims (12)

1.一种液压转向单元(2)，包括：具有供应端口(P)和返回端口(T)的供应端口装置；具有两个工作端口(L、R)的工作端口装置；转向阀装置(8)，所述转向阀装置布置在所述供应端口装置与所述工作端口装置之间并且具有两个阀元件(32、33)，所述两个阀元件布置在壳体(30、38、39)中并且相对于彼此能够移动以改变节流孔(A13/14)的面积特性；和测量马达(9)，所述测量马达布置在所述转向阀装置(8)与所述工作端口(L、R)中的一个工作端口之间的管线中，

其特征在于，设置背压装置，所述背压装置在所述测量马达(9)上产生背压，其中所述背压装置由所述阀元件(32、33)控制，并且在所述阀元件中的一个阀元件(33)与所述壳体(30、38、39)之间、或在所述测量马达(9)的旋转部分与所述壳体(30、38、39)之间相应地设置摩擦装置(43、43’)。

2.根据权利要求1所述的液压转向单元，其特征在于，所述阀元件中的一个阀元件是由转向命令设备致动的滑阀(32)，并且另一阀元件是围绕所述滑阀(32)的套筒(33)，其中所述摩擦装置(43、43’)作用于所述套筒(33)。

3.根据权利要求2所述的液压转向单元，其特征在于，所述滑阀(32)和所述套筒(33)由中性弹簧装置(35)连接，其中在所述滑阀(32)与所述套筒(33)之间的预定旋转角度中，所述摩擦装置(43、43’)产生大于所述中性弹簧装置(35)的扭矩的保持扭矩。

4.根据权利要求3所述的液压转向单元，其特征在于，所述套筒(33)连接到所述测量马达(9)，并且所述摩擦装置(43、43’)产生小于由所述测量马达(9)产生的扭矩的保持扭矩。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的液压转向单元，其特征在于，所述摩擦装置(43、43’)包括压缩的弹性元件(44)，所述压缩的弹性元件位于所述套筒(33)与所述壳体(30、38、39)之间、和/或位于所述测量马达的旋转元件(37)与所述壳体(30、38、39)之间。

6.根据权利要求5所述的液压转向单元，其特征在于，所述弹性元件(44)相应地布置在所述套筒(33)的前面或所述旋转元件(37)的前面。

7.根据权利要求5或6所述的液压转向单元，其特征在于：在所述弹性元件(44)与所述壳体(30、38、39)之间布置滑环(45)。

8.根据权利要求7所述的液压转向单元，其特征在于，所述滑环(45)由金属、硬塑料或聚四氟乙烯制成。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的液压转向单元，其特征在于，所述弹性元件(44)呈O形环的形式。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的液压转向单元，其特征在于，所述摩擦装置(43、43’)包括连接到所述供应端口(P)的压力室(46)，其中所述压力室(46)中的压力径向地且不对称地作用于所述套筒(33)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的液压转向单元，其特征在于，所述背压装置在所述阀装置(8)中包括位于所述测量马达(9)与所述罐端口(T)之间的返回节流孔(A10)、和连接到所述供应端口(P)且连接到所述返回节流孔(A10)与所述测量马达(9)之间的点的可变的节流孔(A13/14)。

12.根据权利要求11所述的液压转向单元，其特征在于，所述返回节流孔(A10)为固定节流孔。