CN1990323A - 一种液压式助力转向系统及方向锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压式助力转向系统及方向锁定方法，是在汽车轮胎中设置轮胎气压监测仪，用于检测轮胎的胎压异常信号，轮胎气压监测仪可将检测到的轮胎异常信号迅速无线传输给电子控制单元(ECU)，电子控制单元便发出一电信号，通过导线使二电磁铁同时动作，控制所述两个二位二通电磁阀的油道的启闭动作，另通过该液控单向阀阻止液压油的流动，实现方向锁定。本发明不会影响驾驶者随意改变行驶方向，但它可在轮胎胎压异常情况尤其使爆胎发生时即刻锁定导向轮胎的行驶方向。而且，本发明中，所述两位两通电磁阀的阀芯设为球体结构，这就避免了与孔壁的摩擦，并且大大减小了液压油的阻尼作用，从而电磁铁的功率可减小，更不会出现卡死想象。

Description

一种液压式助力转向系统及方向锁定方法

技术领域

本发明涉及一种汽车行驶安全技术，尤其是指一种直接用于防止汽车在高速行驶时因导向轮胎爆裂而突然改变行驶方向的具有方向锁定功能的助力转向系统及其锁定方法。

背景技术

众所周知，传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压式助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。

但是，目前的液压式助力转向系统仍然有其缺点：高速行驶的汽车如遇导向轮胎突然发生异常情况，如爆胎时汽车将因爆胎一侧摩擦力突然增大等原因，使两侧车轮打破力的平衡，所产生的不平衡力将拉动助力油缸的活塞杆移动，使汽车行驶方向会突然转向爆胎侧，此时驾驶者如没有紧握方向盘就会滑脱，方向就会失去控制，导致重大交通事故发生。

有鉴于此，本发明人为解决上述公知技术存在的问题，乃决心凭其从事本领域多年研发、制造的经验，经多次的开发改良后终于得到本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种液压式助力转向系统及其方向锁定方法，以克服上述公知液压动力转向系统的缺陷。

本发明的技术解决方案是：一种液压式助力转向系统，该转向系统包括控制液压油流向的转向控制阀及助力油缸，其特征在于：该转向系统还包括一设置于转向控制阀与助力油缸之间的方向锁定装置，所述方向锁定装置包括两个二位二通电磁阀和两个液控单向阀；其中每个二位二通电磁阀和一个液控单向阀并联后再分别接入汽车转向系统的油路中，所述二位二通电磁阀由电子控制单元来控制其油道的启闭。

本发明还提出一种液压式助力转向系统的方向锁定方法，其包括：由电子控制单元发出一触发信号驱动线路控制电磁铁得电，关闭方向锁定装置的二位二通电磁阀的油道；利用方向锁定装置的单向液控阀只允许压力油单向流过的特点，阻止助力油缸的液压油的流动，实现方向锁定。

本发明的特点和优点是：本发明的液压式助力转向系统及方向锁定方法，是汽车轮胎中设置轮胎气压监测仪，用于检测轮胎的胎压异常信号，轮胎气压监测仪可将检测到的轮胎异常信号迅速无线传输给电子控制单元(ECU)，电子控制单元便发出一电信号，通过导线使二电磁铁同时动作，控制所述两个二位二通电磁阀的油道的启闭动作，另通过该液控单向阀阻止液压油的流动，实现方向锁定。本发明的液压式助力转向系统及方向锁定方法不会影响驾驶者随意改变行驶方向，但它可在轮胎胎压异常情况尤其使爆胎发生时即刻锁定导向轮胎的行驶方向。而且，本发明中，所述两位两通电磁阀的阀芯设为球体结构，这就避免了与孔壁的摩擦，并且大大减小了液压油的阻尼作用，从而电磁铁的功率可减小，更不会出现卡死想象；另外，采用分体式阀芯来分别控制单向阀芯，可使各部分的行程减小为一体式随动阀芯行程的二分之一，即响应时间缩短了一半，因此，可大大提高灵敏性。

附图说明

图1为本发明的液压式助力转向系统的方向锁定装置的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的液压式助力转向系统的方向锁定装置的另一实施例的结构示意图；

图3为本发明的方向锁定方法的流程图。

附图标号说明：

1、方向锁定装置           2、油泵                   3、储油罐

4、转向控制阀             5、助力油缸               53、活塞杆

7、7’、左、右油路        8、线路                   80、轮胎气压监测仪

90、电子控制单元          10、10’、二位二通电磁阀  20、20’、液控单向阀

11、11’、电磁阀球形阀芯  12、12’、22、22’、弹簧

13、13’、电磁铁          15、15’、45、45’、油口  21、21’、单向阀阀芯

201、201’、随动阀芯      203、203’、油道          40、方向盘转轴

51、51’、助力油缸的左右腔                          52、活塞

6、6’转向阀与方向锁定装置间的油管                  200、一体式随动阀芯

具体实施方式

下面配合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提出一种具有方向锁定功能的液压式助力转向系统及其方向锁定方法。如图1、图2所示，本发明的具有方向锁定功能的液压式助力转向系统包括控制液压油流向的转向控制阀4、助力油缸5及设置于转向控制阀4与助力油缸5之间的方向锁定装置1，所述方向锁定装置1包括两个二位二通电磁阀10、10’和两个液控单向阀20、20’；其中每个二位二通电磁阀10(10’)和一个液控单向阀20(20’)并联后再分别接入汽车转向系统的油路中，所述二位二通电磁阀10、10’由电子控制单元90(ECU)来控制其油道的启闭。由于本发明的助力转向系统中的其它零部件(如机械转向器、转动摇臂、转向直拉杆、横拉杆及转向轴等)及其连接关系均可与公知技术相同，此处不再一一赘述。

如图所示，本发明的二位二通电磁阀10、10’阀芯11、11’为球形，与圆柱形的阀芯相比，避免了与孔壁的摩擦，并且大大减小了液压油的阻尼作用，因此，阀芯响应快，电磁铁的功率可减小，更不会出现卡死想象。

在本发明的一具体实施例中，所述转向控制阀为一常流式转向控制阀4，该方向锁定装置1的二油口15、15’与转向控制阀的油口45、45’对应连通，方向锁定装置1的左边的二位二通电磁阀10和左边的液控单向阀20并联后接入左油路中，右边的二位二通电磁阀10’和右边的液控单向阀20’并联后接入右油路中，方向锁定装置1另外的二油口分别与助力油缸5的左右腔51、51’相连通。汽车本身的液压供油系统所提供的液压油输入常流式转向控制阀4，然后经左油路45、右油路45’与方向锁定装置1连通，最后连通到助力油缸5。

两个液控单向阀20、20’形成有一联动回路，使得并联油路其中的任一路需连通转向控制阀的压力油时，该联动回路可打开另一个液控单向阀，确保来自转向控制阀的压力油循环畅通，以保证转动方向盘时对行驶方向的控制。

如图1所示，所述两个液控单向阀的联动回路可以为一体式随动阀芯200，其两端分别与二液控单向阀20、20’的球状阀芯21、21’相配合。

另外，如图2所示，为本发明的另一实施例，其中前述两个液控单向阀的联动回路为分体式随动阀芯，其中左侧的随动阀芯部分201的左端用于配合控制相应的液控单向阀20的阀芯21，且其右端的腔室通过一油道203与右侧的油路相通，右侧的随动阀芯部分201’的右端与相应的液控单向阀20’的阀芯21’相配合，并通过油道203’与左侧的油路相通，分别控制单向阀芯21、21’。

后一种分体式随动阀芯201、201’与前一实施例的一体式随动阀芯200相比，具有更明显的优势。在汽车转弯的动作中，采用一体式结构随动阀芯时其换向行程大，即从左端移动到右端需要移动2e的距离，随动响应时间长，换向灵敏性差；而采用分体式随动阀芯时，各部分随动阀芯201、201’的行程仅为e，是一体式随动阀芯行程的二分之一，也就是说响应时间缩短了一半，因此，可大大提高液压助力转向的灵敏性。

本发明中的方向锁定装置1可通过油管与转向控制阀及助力油缸相连通，在本发明的一具体实施例中，该方向锁定装置1是与常流式转向控制阀4以可拆卸的方式连接为一体，具体实施时可改进公知常流式转向控制阀4的外形，使其与所述方向锁定阀相接触的一面具有对应的、方便与之固定的结构(如均为平面结构等)，然后用螺栓将其与方向锁定阀固定成一体；当然，该方向锁定装置1也可与助力油缸5可拆卸地连接为一体，由此可保证其该方向锁定装置1使用时的稳定性及便利性。

本发明在汽车轮胎中设有轮胎气压监测仪80，用于检测轮胎的胎压异常信号，轮胎气压监测仪80可将检测到的轮胎异常信号迅速无线传输给电子控制单元(ECU)90，电子控制单元便发出一电信号，通过导线8使电磁铁13、13’同时动作，控制所述两个二位二通电磁阀的油道的启闭动作，延时一定时间后电磁阀失电又恢复图2所示状态。

本发明的液压式助力转向系统的方向锁定方法，包括：一种液压式助力转向系统的方向锁定方法，其包括：由电子控制单元发出一触发信号驱动线路控制电磁铁得电，关闭方向锁定装置的二位二通电磁阀的油道；利用方向锁定装置的单向液控阀只允许压力油单向流过的特点，阻止助力油缸的液压油的流动，实现方向锁定。

如图3所示，为本发明的方向锁定方法的一具体实施例。以下对本发明的液压式助力转向系统的方向锁定方法进行详细说明：

汽车本身的液压供油系统包括储油罐3、油管及转向油泵2，该液压系统所提供的液压油输入常流式转向控制阀4，常流式转向控制阀4中的转轴40与汽车方向盘转轴(图中未绘出)为固定连接，即汽车方向盘转动转轴40可随之转动。本发明中，汽车正常行驶过程中，在轮胎气压监测仪80没有检测到胎压异常信号(如爆胎信号)时，其电子控制单元(ECU)90没有电信号输出，电磁铁13、13’不动作，阀芯11、11’保持图1、图2所示状态，两阀芯11、11’的相应油道开通。此种情况下，如顺时针转动方向盘，即使汽车右转弯，则常流式转向控制阀4中的转轴40相应做顺时针转动，常流式转向控制阀4中的油口45输出高压油，而油口45’为回油口；从油口45进入的高压油通过油口15后将流经阀芯11的油道，再经油管7流入助力油缸5的左腔51，助力油缸5的左腔51的高压油推动活塞52右移，助力油缸5的右腔51’中的液压油通过油管7’、经阀芯11’的油道及油口15’流到常流式转向控制阀4中的油口45’，从而实现汽车右转弯；反之，实现汽车左转弯。如果电磁铁13、13’得电关闭阀芯11、11’的相应油道，又是如何实现汽车转弯呢？此种情况下，如顺时针转动方向盘，即使汽车右转弯，则常流式转向控制阀4中的转轴40相应做顺时针转动，常流式转向控制阀4中的油口45输出高压油，而油口45’为回油口；从油口45进入的高压油通过油口15后将开启左侧液控单向阀芯21的油道(同时该高压油通过分体式随动阀芯的油道203’推动右侧的随动阀芯及单向阀芯21’从而开启右侧的液控单向阀芯21’)，再由阀芯21开通的油道及油管7进入到助力油缸5的左腔51，助力油缸5的左腔51的高压油推动活塞52右移，由于助力油缸的右腔51’中的液压油通过油管7’及阀芯21’开通的油道、油口15’流到常流式转向控制阀4中的油口45’，从而实现汽车右转弯；反之，实现汽车左转弯。当停止转动方向盘时，单向阀芯21、21’分别在弹簧22、22’弹力的作用下回位封闭油道。

如果在汽车直线行驶过程中，由轮胎气压监测仪80检测到胎压异常信号，则该轮胎气压监测仪80会迅速将该信号无线传输给电子控制单元(ECU)90，电子控制单元便发出一电信号，通过导线8使电磁铁13、13’同时动作，电磁铁13、13’的铁心推动阀芯11、11’移动，关闭相应油道。举例来说，如果是汽车左轮胎突然爆破，由于该轮胎的摩擦力突然增大，汽车两侧车轮打破了力的平衡，以图2所示的实施例为例，所产生的不平衡力将拉动助力油缸活塞杆53左移，助力油缸5活塞杆53带动助力油缸5的活塞52左移，助力油缸5的活塞52迫使助力油缸5的左腔51中的液压油流动，可是，由于前述两个二位二通电磁阀的油道已被关闭，同时，由于单向阀芯21在弹簧22的作用下也已将油道封闭，使得液压油无法流动，因此活塞杆53就保持不动，汽车就不会改变行驶方向，从而实现汽车方向锁定。

如果汽车在转弯时发生胎压异常(如爆胎)等情况，则爆胎时产生的力将推动助力缸5的活塞，由此产生的高压油的压力高于转弯本身的供油压力，从而在瞬间即可关闭单向阀，达到方向锁定的目的。当右轮胎突然爆破亦然。

在汽车方向被锁定后，如驾驶者转动方向盘，例如使汽车右转弯，则常流式转向控制阀4中的油口45输出高压油，通过油口15后将同时推动单向阀芯21及随动阀芯201’，从而推动单向阀芯21’，因此，单向阀芯21及单向阀芯21’被同时打开，如此，高压油相继通过油管7到达助力油缸5的左腔51，助力油缸的左腔51中的压力油就推动活塞52右移，助力油缸5的右腔51’中的液压油通过油管7’、单向阀芯21’开通的油道、油口15’到常流式转向控制阀4中的油口45’，实现汽车行驶方向锁定后的主动右转弯动作；反之，实现汽车行驶方向锁定状态的主动左转弯动作。当停止转动方向盘时，单向阀芯21、21’分别在弹簧22、22’弹力的作用下回位封闭油道。

通过上述可知，本发明的液压式助力转向系统及方向锁定方法不会影响驾驶者随意改变行驶方向，但它可在轮胎胎压异常情况尤其使爆胎发生时即刻锁定导向轮胎的行驶方向；另外，锁定功能启动并延时一定时间(该时间可根据需要来设定)后，则可由电子控制单元发出信号自动解除电信号，电磁铁13、13’断电，阀芯11、11’分别在弹簧12、12’弹力的作用下恢复到图示状态，油道开通，这样，仍能保证汽车在转弯时的方向自动回正功能。

除了上述以胎压监测仪的信号作为电磁铁的相应信号外，还可以车辆行驶的速度作为电磁铁动作的依据。由此，本发明的电子控制单元对电磁铁的控制方案可以有三种①仅通过车速检测装置测得的车辆行驶速度来控制；②仅通过测压仪的测得的胎压信号来控制；③二者合用。使用者可依需要对本发明的转向系统或方向锁定方法进行设置，如仅将检测到的爆胎信号传送给电子控制单元并触发电磁铁；同理，也可将检测到的车速信号及爆胎信号均传送到电子控制单元来触发电磁铁；当然，也可在电子控制单元(或胎压监测仪)中进行多种设定(组合)供驾驶者选择，以适应不同的情况。

由于低速行驶的汽车爆胎的可能性更小，且其危险性也较低，因为此种情况下爆胎时，驾驶者通常有时间和能力来进行相应的处理，因此，该方向锁定功能不是非常必要的，在一定的速度范围内，本发明的液压式助力转向系统可以仅提供助力转向的功能。在本发明的液压式助力转向系统的方向锁定方法的另一具体实施例中，还可以在转向系统的电子控制单元中设定一触发速度，当车辆的行驶速度达到或超过该触发速度时，所述电子控制单元才会根据所获得的爆胎信号来控制电磁铁13、13’的动作，以封闭油道，对行驶方向进行锁定。

以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的具体实施方式还可有多种，例如，所述方向锁定装置1通过螺栓还可与所述助力油缸5连接为一体，此时，该方向锁定装置1的除15、15’油口外的二油孔可分别与助力油缸5的左、右腔51、51’对接；所适用的转向控制阀还可为常流式滑阀等；另外，本发明也并不仅限于使用在图1、图2所示的转向系统，同样还可应用于循环球-齿条齿扇整体式助力转向系统；既可适用于小汽车，也可适用于客车及大型载重汽车。因此，本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围作出的等同变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范畴。

Claims (23)

1、一种液压式助力转向系统，该转向系统包括控制液压油流向的转向控制阀及助力油缸，其特征在于：该转向系统还包括一设置于转向控制阀与助力油缸之间的方向锁定装置，所述方向锁定装置包括两个二位二通电磁阀和两个液控单向阀；其中每个二位二通电磁阀和一个液控单向阀并联后再分别接入汽车转向系统的油路中，所述二位二通电磁阀由电子控制单元来控制其油道的启闭。

2、如权利要求1所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述二位二通电磁阀的阀芯为球状。

3、如权利要求2所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述两个液控单向阀形成有一联动回路，使得并联油路其中的任一路需连通转向控制阀的压力油时，该联动回路可打开另一个液控单向阀，确保来自转向控制阀的压力油的循环。

4、如权利要求3所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述两个液控单向阀的联动回路为一体式随动阀芯，其两端分别与二液控单向阀的球状阀芯相配合。

5、如权利要求3所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述两个液控单向阀的联动回路为分体式随动阀芯，其中左侧的随动阀芯部分的右端腔室与右侧的油路相通，右侧的随动阀芯部分的左端腔室与左侧的油路相通。

6、如权利要求2所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述方向锁定装置与前述转向控制阀或助力油缸可拆卸地连接为一体。

7、如权利要求2所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述转向控制阀为常流式转向控制阀或常流式滑阀。

8、如权利要求2所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述转向系统为齿轮-齿条齿式助力转向系统或循环球-齿条齿扇整体式助力转向系统。

9、如权利要求1至8任一项所述的液压式助力转向系统，其特征在于，所述电子控制单元控制所述两个二位二通电磁阀的油道启闭动作的信号来自于装设在导向轮上的轮胎气压监测仪。

10、一种液压式助力转向系统的方向锁定方法，其包括：

由电子控制单元发出一触发信号驱动线路控制电磁铁得电，关闭方向锁定装置的二位二通电磁阀的油道；

利用方向锁定装置的单向液控阀只允许压力油单向流过的特点，阻止助力油缸的液压油的流动，实现方向锁定。

11、如权利要求10所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，在电子控制单元发出触发信号之前，还包括获得一第一信号，并将该第一信号传送到电子控制单元，以作为控制电磁阀动作的依据。

12、如权利要求11所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，以设置在导向轮上的轮胎气压监测仪向电子控制单元传送的胎压异常信号作为所述第一信号。

13、如权利要求12所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，所述胎压异常信号为爆胎信号。

14、如权利要求13所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，在方向锁定后，还可随时转动方向盘，以开启液控单向阀，恢复原有液压助力转向功能。

15、如权利要求10所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，该方向锁定动作延长一段时间后，由电子控制单元驱动线路控制电磁铁失电，以自动解除方向锁定，保证汽车行驶方向的自动回正。

16、如权利要求13所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，所述轮胎气压监测仪是通过无线传输的方式将该车轮爆胎的信号传送给电子控制单元。

17、如权利要求10所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，还包括在转向系统的电子控制单元中设定一触发速度，当车辆的行驶速度达到或超过该触发速度时，所述电子控制单元才会控制电磁铁得电，关闭二位二通电磁阀的油道。

18、如权利要求12所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，还包括在转向系统的电子控制单元中设定一触发速度，当车辆的行驶速度达到或超过该触发速度时，所述电子控制单元才会根据所获得的胎压异常信号控制电磁铁得电，关闭二位二通电磁阀的油道。

19、如权利要求10至17任一项所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，所述电磁阀是利用电磁铁推动其球状阀芯移动来实现油道的启闭。

20、如权利要求18所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，与助力油缸的左右腔相对应设有两个液控单向阀，且所述两个液控单向阀形成一联动回路，使得并联油路其中的任一路需连通转向控制阀的压力油时，该联动回路可打开另一个液控单向阀，确保来自转向控制阀的压力油循环。

21、如权利要求19所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，所述两个液控单向阀的联动回路为一体式随动阀芯，其两端分别与二液控单向阀的球状阀芯相配合，实现二液控单向阀的联动。

22、如权利要求19所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，所述两个液控单向阀的联动回路为分体式随动阀芯，其中左侧的随动阀芯部分与右侧的油路相通，右侧的随动阀芯部分与左侧的油路相通，来自转向控制阀的高压油可同时打开左、右侧的液控单向阀。

23、如权利要求21所述的液压式助力转向系统的方向锁定方法，其特征在于，所述方向锁定装置与前述转向控制阀或助力油缸可拆卸地连接为一体。

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