CN1951750A

CN1951750A - 用于汽车的电子控制动力转向装置

Info

Publication number: CN1951750A
Application number: CNA2006100824401A
Authority: CN
Inventors: 崔秉润
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP4350088B2; JP2007112412A; KR100723730B1; CN100441462C; KR20070043321A

Abstract

一种用于汽车的电子控制动力转向装置，包括液压反作用单元和压力控制阀。压力控制阀具有第一阀和第二阀。第一阀具有中空第一阀体、第一阀芯和第一弹性部件，第一阀体的外周上具有排放口和供给口，第一阀芯在第一阀体内滑动并具有第一通道，该第一通道与供给口连通并具有向下的开口，第一弹性部件形成于第一阀芯的顶部。第二阀具有中空第二阀体、第二阀芯、第二弹性部件和螺线管，第二阀体的外周上具有径向口，第二阀芯在第二阀体内滑动并具有第二通道，第二通道与径向口连通并具有向上的开口，第二弹性部件置于第二阀芯的一侧，螺线管置于第二阀芯的另一侧。在第一阀和第二阀的控制下，驾驶员可以感知随汽车速度变化而产生的转向感的明显差异。

Description

用于汽车的电子控制动力转向装置

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的电子控制动力转向装置。更具体地说，本发明涉及一种用于汽车的电子控制动力转向装置，该电子控制动力转向装置具有压力控制阀，该压力控制阀包括第一阀和第二阀，该第一阀用于控制作用于液压反作用单元(hydraulic reaction unit)上的工作流体的最大反作用压力，该第二阀用于根据汽车速度调节反作用压力，直到达到最大反作用压力，由此使得驾驶员可以感知随汽车速度变化而产生的转向感的明显差异。

背景技术

众所周知，驾驶员利用汽车的转向装置根据需要改变汽车的运动方向。特别地，转向装置改变汽车前轮的旋转中心，这样，汽车便沿着所需的方向前进。

动力转向装置有助于驾驶员利用伺服机构来操作方向盘，该伺服机构提高了操作力。结果，驾驶员可用较小的力很容易地改变汽车的路线。

动力转向装置被分为液压动力转向(HPS)装置和电动转向(EPS)装置。

在HPS装置的情况下，与发动机的旋转轴相连的液压泵向工作缸供给工作流体，其中所述工作缸与一齿条相连。然后，工作缸移动其活塞，并提高转向操作力，这样，驾驶员可用较小的力来执行转向操作。EPS装置包括马达和电子控制单元(ECU)，以替代液压泵和工作缸，因此，马达提高了操作力。

尽管近来日渐增多的汽车配备有EPS装置，但是，大部分汽车仍使用HPS装置。

在汽车以低速运行或者保持静止时，轮胎和路面之间的摩擦阻力较大。这意味着必须有相当大的转向动力。相反，在汽车以高速运行且摩擦阻力较小时，不必需要大的转向动力。在这一点上，传统的HPS装置具有这样的问题，即，不论汽车以低速或高速运行，其均供给相同量的转向动力。结果，在汽车以高速运行时，方向盘以比所需更宽松的方式操作(或抓握)，且转向稳定性降低。

为了解决该问题，近来引入电子控制动力转向(ECPS)装置，以通过根据汽车速度控制转向动力的供给，从而维持即使在高速时的转向稳定性。

图1示出了根据现有技术的用于汽车的电子控制动力转向装置的结构。图2a是示出根据现有技术的通道转换阀的一侧的剖视图。图2b是示出根据现有技术的通道转换阀的另一侧和压力控制阀的一侧的剖视图。

如图1至2b所示，根据现有技术的用于汽车的电子控制动力转向装置包括液压泵101，其由汽车的发动机(未示出)驱动；中空输入轴203，其包含扭力杆201；小齿轮轴205，其经由扭力杆201与输入轴203相连；通道切换阀103，其用于基于输入轴203和小齿轮轴205之间的相对位移来切换工作流体的通道；工作缸105，其用于借助于从流体切换阀103传送的工作流体来供应转向动力；速度传感器107，其用于检测汽车的速度；电子控制单元109，其用于接收来自速度传感器107的电信号；液压反作用单元209，其用于利用反作用柱塞(或反馈柱塞)207限制输入轴203和小齿轮轴205之间的相对位移，其中，所述反作用柱塞207适于借助于液压往复移动；以及压力控制阀111，其置于通道切换阀103的一侧，以在电子控制单元109的控制下控制供应到液压反作用单元209的工作流体。

压力控制阀111包括中空阀体211，其具有形成于外周上的供给口221、排放口223和反馈口224；弹簧213，其靠近顶部容纳于阀体211内，以向阀芯215(在下面描述)供给向下的弹力；阀芯215，其具有由弹簧213支撑的上端和由螺线管217(在下面描述)支撑的下端，以及形成于阀芯215的外周表面上的第一和第二台阶部分225、227，该第一和第二台阶部分225、227具有预定深度，同时相互隔开预定距离，并经由通道孔229相互连通；螺线管217，其用于在电子控制单元109的控制下从下方支撑阀芯215。

如上构造的电子控制动力转向装置的基本工作原理与传统液压动力转向装置的工作原理相同。更具体地说，驾驶员操作方向盘113，因此与方向盘113相连的转向轴115旋转。经由一万向接头117与转向轴115相连的输入轴203旋转，同时相对于小齿轮轴205产生相对位移。结果，工作流体被有选择地供给到工作缸105的左、右压力室105a、105b中的其中一个内，并向齿条119供给转向动力。

然而，如下面将参考图3和4详细描述的那样，该电子控制转向装置的操作随着汽车速度增大而变化。

图3和4示出了根据现有技术在汽车分别以低速和高速运行时压力控制阀的操作情况的剖视图。

在汽车停放或者以低速运行时，电子控制单元109接收已由速度传感器107检测的速度信号并控制压力控制阀111的螺线管217，这样，阀芯215向上滑动。在这种情况下，第一台阶部分225向上运动并与供给口221间隔开，因此工作流体未被传送到通道孔229。结果，没有工作流体供给到液压反作用单元209，且反作用柱塞207与输入轴203隔开，该输入轴203然后可旋转，并且相对于反作用柱塞207没有摩擦。这意味着方向盘113宽松自由地进行操作。换句话说，驾驶员能够感知与采用传统液压动力转向装置时的情况相同的转向感。

在汽车以中速或高速运行时，电子控制单元109接收已由速度传感器107检测的速度信号并控制压力控制阀111，这样，阀芯215向下滑动。在这种情况下，第一台阶部分225向下运动并与供给口221连通，这样，工作流体便被传送到通道孔229中。工作流体经由第二台阶部分227和反馈口224从通道孔229传送到液压反作用单元224。由于液压反作用单元209被供应有工作流体，通过工作流体的压力将反作用柱塞207紧固到输入轴203上，并限制输入轴203的旋转。结果，方向盘113困难地进行操作。换句话说，与传统液压动力转向装置相反，驾驶员在高速时感知到稳定的转向感。

图5是示出在操作传统压力控制阀时输入扭矩和从液压泵供给的工作流体的压力之间的关系图。图6是示出从液压泵供给的工作流体的压力(供给压力)和液压反作用单元中的工作流体的压力(反作用压力)之间的关系图。

从图5和6中可清楚地看出，在传统的电子控制动力转向装置的情况下，反作用压力随着汽车速度的增大而增大。特别地，反作用压力与汽车速度成正比地增大。

在这种情况下，驾驶员在汽车速度变化时几乎感觉不到转向感的差异。换句话说，转向感的差异不足以使驾驶员掌握当前的行车条件。

发明内容

因此，本发明被提出，以用于解决现有技术中出现的上述问题，而且本发明的目的是提供一种用于汽车的电子控制转向装置，其具有压力控制阀，该压力控制阀包括第一阀和第二阀，其中，该第一阀用于控制作用于液压反作用单元上的工作流体的最大反作用压力，该第二阀用于根据汽车速度调节反作用压力，直到达到最大反作用压力，由此使得驾驶员可感知随汽车速度变化而产生的转向感的明显差异。

为了实现该目的，提供了一种用于汽车的电子控制动力转向装置，该电子控制动力转向装置包括液压反作用单元和压力控制阀，该液压反作用单元用于限制输入轴和小齿轮轴之间的相对位移，该压力控制阀用于控制工作流体向液压反作用单元的供给，其中，该压力控制阀具有第一阀和第二阀，该第一阀具有中空第一阀体、第一阀芯以及第一弹性部件，该第一阀体具有形成于其外周上的排放口和供给口，该第一阀芯被设置成以便在该第一阀体内滑动，并在该第一阀芯中形成有第一通道，该第一通道与该供给口连通并具有向下的开口，该第一弹性部件形成于该第一阀芯的顶部，该第二阀具有中空第二阀体，该第二阀体具有径向口、第二阀芯、第二弹性部件以及螺线管，该径向口形成于该第二阀体的外周上，该第二阀芯被设置成以便在该第二阀体内滑动，且在该第二阀芯中形成有第二通道，该第二通道与该径向口连通，并具有向上的开口，该第二弹性部件被设置于该第二阀芯的一侧，该螺线管被设置于该第二阀芯的另一侧。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特点和优点将从下文结合附图进行的详细描述中变得更加明显，其中：

图1示出了根据现有技术的用于汽车的电子控制动力转向装置的结构；

图2a是示出根据现有技术的通道切换阀的一侧的剖视图；

图2b是示出根据现有技术的通道切换阀的另一侧和压力控制阀的一侧的剖视图；

图3是示出在汽车以低速运行时压力控制阀的操作情况的剖视图；

图4是示出在汽车以高速运行时压力控制阀的操作情况的剖视图；

图5是在操作传统压力控制阀时输入轴和从液压泵供给的工作流体的压力之间的关系图；

图6是在操作传统压力控制阀时从液压泵供给的工作流体的压力(供给压力)和液压反作用单元内工作的工作流体的压力(反作用压力)之间的关系图；

图7是根据本发明的第一实施例的压力控制阀的剖视图；

图8是根据本发明的第一实施例的第一阀的局部剖视图；

图9是输入扭矩和从液压泵供给的工作流体的压力之间的关系图；

图10是从液压泵供给的工作流体的压力(供给压力)和在液压反作用单元内工作的工作流体的压力(反作用压力)之间的关系图；以及

图11是示出根据本发明的第二实施例的压力控制阀的剖视图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的优选实施例。在下述说明书和附图中，相同的附图标记指示相同或类似的元件，因此将省去对相同或类似元件的重复描述。

图7是示出根据本发明的第一实施例的压力控制阀的剖视图。

如图7所示，根据本发明的第一实施例的压力控制阀包括第一阀710和第二阀720，并容纳在阀壳730内。第一阀710包括中空第一阀体701、第一阀芯或阀柱(spool)703以及第一弹性部件705，其中，该第一阀体701具有形成于其外周上的排放口223和供给口221，该第一阀芯703被设置成以便在第一阀体701内滑动，且在第一阀芯703内形成有第一通道707，并且第一通道707与供给口221连通(或相通)，并具有向下的开口，该第一弹性部件705置于第一阀芯703的顶部。第二阀720包括中空第二阀体711、第二阀芯713、第二弹性部件715和螺线管217，其中，该第二阀体711具有形成于其外周上的反馈口224，该第二阀芯被设置成以便在第二阀体711内滑动，且在该第二阀芯713内形成有第二通道717，并且第二通道717与反馈口224连通，并具有向上的开口，该第二弹性部件715形成于第二阀芯713的顶部，该螺线管217形成于第二阀芯713之下。

下面将详细描述构成第一阀710的第一阀体701、第一阀芯703和第一弹性部件705。

第一阀体701的形状为具有预定直径的中空圆柱形。第一阀体701具有形成于其外周上的供给口221和排放口223。供给口221用于供给从液压泵传送的工作流体。排放口223用于排放传送到油箱的工作流体。

图8是根据本发明的第一实施例的第一阀的局部剖视图。

如图8所示，供给口221可具有过滤器801，该过滤器801被设置在其开口处，以防止杂质与工作流体一起进入第一阀710。

可以从第一阀体701的外周表面至供给口221的内侧部分形成具有预定深度的防堵凹槽803，以便防止过滤器801堵塞供给口221。

过滤器801和防堵凹槽803可沿着第一阀体701的外周表面沿圆周方向形成。

第一阀芯703呈圆柱形，并被形成为可在第一阀体701内滑动。第一阀芯701内形成有第一通道707，该第一通道707与供给口221连通。

第一通道707具有朝向第一阀芯703的下侧的开口，这样，工作流体经由第一通道707从供给口221供给到第二阀720，其中，该第二阀720形成于第一阀芯703的下侧。第一阀710和第二阀720之间经由通道707连通的模式可根据需要进行变化，但是第一通道707优选将第一阀710和第二阀720串联连接。

第一弹性部件705置于第一阀芯703的上侧和第一阀体701的上部的内侧之间，以沿轴向向下的方向将弹力F施加于第一阀芯703上。当从下方作用于第一阀芯703上的工作流体的压力P和第一阀芯703的截面积A的乘积P×A大于第一弹性部件705的弹力F时，第一阀芯703沿着轴向向上移动，反之亦然。以这种方式，利用工作流体的压力驱使第一阀芯703沿轴向线性移动，并选择性地容许第一通道707与供给口221连通。这样便控制了工作流体的流动。

从第一阀芯703的下侧供给的工作流体也经由第二阀720供给到液压反作用单元209，并控制输入轴203的旋转。如上所述，工作流体的压力通过操作第一阀710来控制。

特别地，可预设第一弹性部件705可以施加的弹力，以便控制作用于第一阀芯703的下侧上的最大压力。

第一弹性部件705优选由具有预定弹力的弹簧制成，但是并不局限于这里所述的材料。

支座721可置于第一弹性部件705的顶部(或上方)，以便支撑该第一弹性部件705，且调节塞子723可置于支座721的顶部，以被螺纹连接到第一阀体701上，这样，调节塞子723可被调节，以驱使支座721向上或向下移动，并由此调节第一弹性部件705的弹力。

代替调节塞子723，一保持盖(定位盖)可置于第一弹性部件705的顶部并压入配合到第一阀体701中。

应该指出，在使用保持盖时，第一弹性部件705的弹力不可调节，而是固定的，因为保持盖保持压入配合到第一阀体701中。

然而，使用保持盖的优点在于，在大量生产根据本发明的压力控制阀时，与将调节塞子723螺纹连接到第一阀体701上的情况相比，其制造时间短。

第一阀芯703可具有置于其下的中空盖709，以便防止第一阀芯703因第一弹性部件705的弹力而从阀体701的内部脱离，其中，该中空盖709与第一通道707连通。

盖709可被压入配合到第一阀体701中。可替换地，可分别在盖709和第一阀体701的外周和内周表面上形成外螺纹和内螺纹，以将它们螺纹连接。

盖709可具有形成于其中的孔，以便在来自液压泵的工作流体具有波动时削弱该波动。

第一阀710和第二阀720均容纳(或包含)在阀体730内。为了防止第一阀芯703和第二阀芯713在滑动过程中彼此碰撞，可在第一阀710的下侧和第二阀720的上侧之间在阀壳730的内周表面上设置中断台阶731。

第二阀720与第一阀710共轴，并包括第二阀体711、第二阀芯713、第二弹性部件715和螺线管217。

第二阀体711的形状为具有预定直径的中空圆柱形，并在其外周表面上设有反馈口224。反馈口224用于从液压泵向液压反作用单元209供给工作流体。

第二阀芯713的形状为圆柱形，并被形成为可在第二阀体711内滑动。第二阀芯713内形成一第二通道717，该第二通道717与反馈口224连通。第二通道717具有朝向第二阀芯713的顶部的开口，这样，工作流体便经由第二通道717和反馈口224从第一阀710传送到液压反作用单元209。

第二弹性部件715置于第二阀体711的上部的内侧和第二阀芯713的上侧之间，并沿轴向向下的方向将弹力施加于第二阀芯713上。第二弹性部件715优选由弹簧制成，但是并不局限于这里所述的材料。

优选地，中空盖709置于第二弹性部件715的上侧和第二阀体711的上部的内侧之间，并与第二通道717连通，以便在螺线管217操作并且第二阀芯713沿轴向向上的方向滑动时支撑第二弹性部件715并防止其从第二阀体711的内部脱离，这将在后面进行描述。盖709可被压入配合到第二阀体711中。可替换地，可分别在盖709和第二阀体711的外周表面和内周表面上形成外螺纹和内螺纹，从而将它们螺纹连接。

螺线管217形成于第二阀芯713的下端，并与之同轴。在速度信号从速度传感器传送到电子控制单元时，螺线管217由电子控制单元致动。

在汽车以低速运行时，螺线管217沿轴向向上的方向移动第二阀芯713，并减小供给到液压反作用单元209的工作流体量，因此，可以宽松地操作方向盘。在汽车以高速运行时，螺线管217沿轴向向下的方向移动第二阀芯713，并增大供给到液压反作用单元209的工作流体量，因此，可紧紧地操作方向盘，并维持转向稳定性。

图9是根据本发明的第一实施例的压力控制阀在操作时输入扭矩和从液压泵供给的工作流体的压力之间的关系图。图10是根据本发明的第一实施例的压力控制阀在操作时从液压泵供给的工作流体的压力(供给压力)和液压反作用单元内工作的工作流体的压力(反作用压力)之间的关系图。

从图9和10中可以清楚地看出，根据本发明的第一实施例的压力控制阀以这种方式操作，即，反作用压力随着汽车速度的增大而增大，这与现有技术中的情况相同，但是，反作用压力增大的比率随汽车速度的增大而改变。结果，驾驶员可以感知转向感的明显差异，并很容易地掌握当前的行车条件。

如图11所示，根据本发明的第二实施例的压力控制阀包括第一阀710和第二阀720，并容纳在阀壳730内。第一阀710包括中空第一阀体701、第一阀芯703和第一弹性部件705，其中，第一阀体701具有形成于其外周上的排放口223和供给口221，第一阀芯703被设置成可在第一阀体701内滑动，且在第一阀芯703内形成有第一通道707，以使该第一通道707与供给口221连通，并具有向下的开口，该第一弹性部件705置于第一阀芯703的顶部。第二阀720包括中空第二阀体711、第二阀芯713、第二弹性部件715和螺线管217，其中，该第二阀体711沿着垂直于第一阀体701的轴向的方向延伸，并具有连接口1101，该连接口1101形成于第二阀体711的外周上，该第二阀芯713被设置成可在第二阀体711内滑动，且在该第二阀芯713中具有第二通道717，以使该第二通道717与该连接口1101连通，并具有朝向液压反作用单元(未示出)的开口，该第二弹性部件715形成于第二阀芯713的一侧，该螺线管217形成于第二阀芯713的另一侧。

第二阀720沿着垂直于第一阀710的轴向的方向形成，第二阀体711在其外周上形成有连接口1101，因此，工作流体经由连接口1101从第一阀710流入第二阀702。

以如上方式构造的根据本发明的第二实施例的压力控制阀的优点在于，与第一实施例相反，由于第二阀720沿着垂直于第一阀710的轴向的方向延伸，从而可以克服可能存在的空间限制。

根据本发明的第二实施例的压力控制阀的其他结构和操作与第一实施例相同。因此，相同的附图标记用于指示相同的元件，并且这里将省去相关的重复描述。

如上所述，根据本发明的用于汽车的电子控制动力转向装置的优点在于，其具有压力控制阀，该压力控制阀包括第一阀和第二阀，其中，该第一阀用于控制作用于液压反作用单元上的工作流体的最大反作用压力，该第二阀用于根据汽车速度调节反作用压力，直到达到最大反作用压力，因此，驾驶员可以感知随汽车速度变化而产生的转向感的明显差异。

尽管为了解释的目的已经描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求所披露的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种变化、附加和替换。

Claims

1.一种用于汽车的电子控制动力转向装置，包括：

液压反作用单元，其用于限制输入轴和小齿轮轴之间的相对位移，以及

压力控制阀，其用于控制工作流体向该液压反作用单元的供给，其中，

该压力控制阀具有第一阀和第二阀，

该第一阀具有中空第一阀体、第一阀芯和第一弹性部件，该第一阀体具有形成于其外周上的排放口和供给口，该第一阀芯被设置成以便在该第一阀体内滑动，并具有形成于该第一阀芯中的第一通道，该第一通道与该供给口连通并具有向下的开口，该第一弹性部件形成于该第一阀芯的顶部；以及

该第二阀具有中空第二阀体、第二阀芯、第二弹性部件和螺线管，该第二阀体具有形成于其外周上的径向口，该第二阀芯被设置成以便在该第二阀体内滑动，并具有形成于该第二阀芯中的第二通道，该第二通道与该径向口连通并具有向上的开口，该第二弹性部件被设置于该第二阀芯的一侧，该螺线管被设置于该第二阀芯的另一侧。

2.如权利要求1所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，该第一阀和该第二阀被容纳于一中空阀壳中，同时被紧固到该阀壳的内部，且该阀壳具有位于该第一阀和该第二阀之间的中断台阶。

3.如权利要求1或2所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，在该第一弹性部件的顶部设置有塞子。

4.如权利要求3所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，该塞子被压入配合到该第一阀体上。

5.如权利要求3所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，该塞子被螺纹连接到该第一阀体上。

6.如权利要求3所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，设置一支座，以邻接该塞子的下侧和该第一弹性部件的上侧。

7.如权利要求1所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，一中空盖被设置于该第一阀芯之下，并与该第一通道连通。

8.如权利要求7所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，在该盖内形成有孔。

9.如权利要求1所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，在该供给口的开口处设置有过滤器。

10.如权利要求9所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，从该第一阀体的外周表面至该供给口的内侧部分形成具有预定深度的凹槽。

11.如权利要求10所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，该第一阀和该第二阀沿轴向彼此平行。

12.如权利要求10所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，该第一阀和该第二阀彼此共轴。

13.如权利要求1所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，该第二阀垂直于该第一阀。

14.如权利要求10所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，一中空盖被设置于该第二弹性部件的一侧，并与该第二通道连通。

15.如权利要求1所述的用于汽车的电子控制动力转向装置，其特征在于，该第二阀被设置于该第一阀之下。