TW503198B - Power steeping system - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503198 A7 B7___ 五、發明說明（，） I圈範圍 本發明係有關於一種動力轉向系統。 ^前技藝說明 動力轉向系統已廣泛應用於汽車或工業用車輛中，作爲 一輔助一方向盤轉向動作的裝置。特別地，對於一譬如一 堆高機等工業用車輛而言，若車輛未包括一動力轉向系統 ’則一方向盤之轉向動作將十分笨重。因此，大多數情況 下這種工業用車輛皆設裝一動力轉向系統。 圖1係槪略圖示一現存之動力轉向系統。在此系統中， 當一操縱者或一駕駛者轉動一方向盤ιοί時，一連接至一 轉向軸102之感測器103(譬如一轉速感測器或一扭力感測 器）將偵測此轉向動作。一控制器1 04係根據感測器1 03之 輸出來控制一驅動一油泵105用之馬達106，如此可產生 一配合方向盤101轉向動作之油壓（輸出），該油壓再由一 動力轉向閥107傳送至一動力轉向液壓缸108。該油壓產 生一改變車輪 110角度用之推力而得以控制車輪110之 角度。 在具有上述結構之系統中，當迅速旋轉一方向盤101時 需要一大輸出來快速地改變車輪110之角度，因此控制器 104係以一高速旋轉馬達106。同時，當方向盤101慢速 轉動時僅一小量輸出即已足夠，因此控制器1 04係以一低 速旋轉馬達106。 控制器104係以一脈寬調變（PWM)方法控制馬達106之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------!f i!tr——！拳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503198 A7 __——….. B7 五、發明說明（>) 轉速。亦即當馬達1 06慢速旋轉時，控制器1 04提供馬達 106 —具有一小工作週期（工作週期或脈衝率）之脈波信號 作爲一控制信號。同時，當馬達1 〇6快速旋轉時，控制器 104提供馬達1〇6 —具有一大工作週期之脈波信號。注意 『工作週期」一詞係指一循環內之工作時間對一整個循環 週期之時間比率。 圖2A說明一用於圖1中現存系統之馬達控制方法。在 此’馬達106之旋轉係藉控制器104產生之控制信號之工 作週期而決定。 使用此系統時，當方向盤101未旋轉時係將馬達106控 制於低速以消耗較少功率。圖2A範例中之控制器1 04於 方向盤101未旋轉時係以一 30%工作週期控制馬達106。 當方向盤101旋轉時，馬達106之控制信號之工作週期將 根據方向盤101之轉速而改變，即控制信號之工作週期係 隨著方向盤101轉速加快而增加。 如上所述，在具有上述結構之動力轉向系統中係使用控 制器1 04產生之控制信號來控制馬達1 06，以依據方向盤 101之轉向動作來控制車輪110之角度。 此外，在具有上述結構之系統中係使用一油壓來控制車 輪110之角度。然而，如圖2B所示改變車輪110角度所 需之推力可根據該時刻之車輪11〇偏心角度而有所不同。 即，當車輪110處於一中立狀態且車輪110相對車體之偏 心角較小時，改變車輪1 1 0角度所需之推力亦較小。同時， 當車輪110相對車體之偏心角變大時，改變車輪110角度 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） -------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503198 A7 ____—_B7 五、發明說明（々） 所需之推力亦將增加。這係由動力轉向液壓缸108及一桿 件109等結構造成。 如上所述，當方向盤101末旋轉時將降低馬達106之轉 速以消耗較少功率。因此，當方向盤1 0 1開始旋轉時係如 圖2A所示者以一 30 %工作週期驅動馬達106。是以，此 時馬達106之轉速較低且油泵105產生之輸出較小。 緣是，倘若方向盤101係於車輪110處於中立狀態或一 近似.狀態時開始旋轉，則轉向動作將十分平緩。然而，若 方向盤101係於車輪110相對車體之偏心角較大時開始旋 轉，則轉向動作將顯得笨重。 發明之槪述 本發明之一目的係提供一種在所有情況下皆消耗較少功 率且達成一平緩轉向動作之動力轉向系統。 使用一依據本發明之動力轉向系統時，其用於改變一車 輪角度之推力（譬如一油泵之輸出）係根據一方向盤之轉速 及車輪之偏心角而定。 由於這種結構中用於產生一推力之輸出係根據一方向盤· 之轉速及一車輪之偏心角而定，儘管改變車輪角度所需之 推力係根據方向盤轉向時之車輪偏心角而有所差異，但仍 可取得一符合需求且足夠之推力，因此在所有情況下皆可 達成平緩轉向。 一依據本發明另一較佳具體實施例之動力轉向系統係採 用一液壓系統。該動力轉向統包括一轉速偵測器係用於檢 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------------— 丨訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503198 A7 B7 _ 五、發明說明（4 ) 出一方向盤之轉速；一角度偵測器係用於檢出一車輪之偏 心角；一油泵係產生一用於改變車輪角度之輸出；及一控 制器係根據轉速偵測器檢出之方向盤轉速與角度偵測器檢 出之車輪偏心角度來驅動油泵。 使用具有該結構之系統亦可藉類似於依據上述較佳具體 實施例中之一功能而在所有情況下皆達成一平緩之轉向動 作。特別地，譬如當方向盤靜止時，控制器係控制油泵之 輸出使其在車輪偏心角較大時產生之推力大於車輪偏心角 較小者。 Μ圖之簡單說明 圖1係槪略圖示一現存之動力轉向系統； 圖2Α係說明一現存之馬達控制方法； 圖2B顯示車輪之偏心角與改變車輪角度所需之推力之間 的關係； 圖3係顯示一依據本發明之一較佳具體實施例之動力轉 向系統之結構； 圖4係說明一控制器之結構； 圖5A係槪略圖示暫存於一工作週期表中之工作週期資 訊；及 圖5 B係顯示車輪偏心角與工作週期之間的關係。 &M具體實施例說明 以下將藉圖式來說明一依據本發明之較佳具體實施例。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503198 A7 B7 五、發明說明（r ) 圖3係顯示一依據本發明之一較佳具體實施例之動力轉 向系統之結構。圖3之參考代碼若已在圖1中出現者係指 相同之組成構件。 一方向盤角度感測器1係連接至一轉向軸1 02且偵測一 方向盤101之角度。方向盤101每旋轉一預設角度，方向 盤角度感測器1即輸出一脈波。假設一方向盤角度感測器 1係設計爲方向盤101每轉2度即輸出一脈波，則當方向 盤101旋轉180度時方向盤角度感測器將輸出90個脈波。 一車輪角度感測器2係偵測車輪1 1 〇之角度（偏心角）且 輸出譬如一脈波信號之偵測結果。一車速感測器3係用於 偵測配置該動力轉向系統之車輛的行駿速度。 上述方向盤角度感測器1、車輪角度感測器2、及車速 感測器3等現有感測器皆可使用且無需任何修飾。 一將於稍後特別說明之控制器4係根據方向盤角度感測 器1、車輪角度感測器2、及車速感測器3之輸出來控制 一馬達106之轉速而得以控制油泵105之輸出（油壓）。需 注意到控制器4係根據方向盤角度感測器1每單位時間輸 出之脈波數而檢出方向盤101之轉速（或角速度）。 一電磁閥5係藉由調整一供應於一動力轉向液壓缸108 之油壓而使方向盤角度感測器1顯示之方向盤101位置（方 向盤101自一中立狀態旋轉之角度）完全符合車輪角度感 測器2輸出所顯示之車輪1 1 0之偏心角。電磁閥5係根據 譬如控制器4之指令動作。 圖4係說明一控制器4之結構。如上所述，控制器4係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —-----------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503198 A7 B7__ 五、發明說明（b ) 根據方向盤角度感測器1、車輪角度感測器2、及車速感 測器3之輸出來控制一馬達106之轉速。爲簡化說明。在 此假設僅根據方向盤角度感測器1及車輪角度感測器2之 輸出來控制馬達1 06之轉速。 ' 一中央處理器（CPU)ll可檢出根據方向盤角度感測器1 輸出而定之方向盤110轉速及根據車輪角度感測器2輸出 而定之車輪110偏心角。中央處理器11再使用檢出之速 度與角度作爲搜尋關鍵來參照一儲存於一記憶體12中之 工作週期表13。記憶體12中儲存一由中央處理器11執行 之程式及工作週期表13。工作週期表13中暫存之工作週 期値係分別對應於合成爲一組之兩個搜尋關鍵（方向盤101 之轉速與車輪110之偏心角）。 圖5A係槪略圖示暫存於一工作週期表13中之工作週期 資訊。 驅動馬達106用之控制信號工作週期不僅根據方向盤101 之轉速，亦根據車輪1 1 0之偏心角改變。即，工作,週期係 隨著方向盤101之轉速增加而變大，且於方向盤101之轉 速較低時亦隨著車輪110之偏心角增加而變大。如圖5B · 所示之本較佳具體實施例，當方向盤101之轉速爲「0」 時，工作週期係隨著車輪110由一中立狀態轉變至終止狀 態而連續地出30%改變至50%。「終止狀態」一詞係指車 輪11 0之偏心角爲最大値時之狀態。 其次，將說明具有上述結構之動力轉向系統之動作。爲 方便說明，在此假設僅根據方向盤角度感測器1及車輪角 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------丨、--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503198 A7 B7 五、發明說明（7 ) 度感測器2之輸出來控制馬達1 〇 6之轉速。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 控制器4持續地監測根據方向盤角度感測器1與車輪角 度感測器2之輸出而定之方向盤1〇1轉速與車輪11〇偏心 角。控制器4係藉由使用檢出値作爲搜尋關鍵來參照工作 週期表13而取得對應之工作週期値，並依據該工作週期 驅動馬達106。油泵105可因此產生一對應方向盤101轉 速及車輪110偏心角度之輸出。 轉向閥107係依據方向盤101之轉向動作而運作，且對 應方向盤101之轉向而切換液壓流體供入動力轉向液壓缸 108時之供應方向。緣是，當轉動方向盤1〇1時，具有對 應於方向盤101轉速與車輪1 10之輸出（推力）的液壓流體 將供應至動力轉向液壓缸108以使車輪110之一角度符合 方向盤101之轉向改變，如此即可控制車輪110之方向。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在一具有上述結構之動力轉向系統中，當車輪110處於 中立狀態或一近似狀態、且當方向盤1 0 1靜止時，控制器 4將以一小工作週期驅動馬達106。如圖5A所示之範例中， 控制器4係以一 30%工作週期驅動馬達106。緣是，動力 轉動系統於此時段中僅消耗少量功率。此外，如圖2B所· 說明者，當車輪110處於中立狀態或一近似中立態時無需 一大推力來改變車輪110之角度。即，當車輪110處於中 立狀態或一近似中立狀態時，即使一微小工作週期造成之 推力亦可經易控制車輪110之方向。是以，當車輪110處 於中立狀態或一近似狀態，即使已降低馬達1 06轉速，一 操縱者或一駕駛者開始轉向動作時仍可平緩地轉動方向 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503198 A7 — B7 五、發明說明（β) 盤101，而因此同時實現系統之低功率消耗及一平緩之轉 向動作。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 同時，倘若車輪1 1 0之偏心角接近終止狀態，則即使方 向盤1 0 1係靜止，控制器4仍似一較大工作週期驅動馬達 106。上述範例中，控制器4係以一 50%工作週期驅動馬 達1 06。在此，倘若車輪1 1 〇之偏心角接近終止狀態，則 如上述者必須藉一較大推力來改變車輪110之角度。然而， 依據該具體較佳實施例之動力轉向系統中，倘若車輪110 之偏心角接近終止狀態，即使車輪係靜止，仍需以一較大 工作週期驅動馬達106。即，當一操縱者或一駕駛者開始 轉動方向盤101時，油泵105將對應工作週期產生一較大 輸出（推力）。一操縱者或一駕駿者可藉轉向動作輕易地控 制車輪110之角度，亦即一操縱者或一駕駿者可平緩地轉 動力向盤101。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述較佳具體實施例中，方向盤101之轉速係根據一連 接至轉向軸102之方向盤角度感測器1檢出，且同時，車 輪110之偏心角係根據一連接至接近車輪110處之車輪角 度感測器2的輸出檢出。然而，方向盤1〇1之轉速及車輪. 110之偏心角可僅藉由方向盤角度感測器1之輸出檢出， 然此時必須符合方向盤101之位置（方向盤101自中立狀態 旋轉之角度）需完全配合車輪110之偏心角，以及力向盤101 之旋轉方向需可由方向盤角度感測器1之輸出檢出等條 件。 此外，在上述較佳具體實施例中，控制器4係根據方向 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503198 A7 B7 五、發明說明（9 ) 盤角度感測器1及車輪角度感測器2之輸出來控制馬達1 06 ’然而亦可考慮另一或其他參數，譬如可根據方向盤角度 感測器1、車輪角度感測器2、及車速感測器3之輸出來 控制馬達106。在此種情形下譬如於車輛高速行駛時使用 一減少驅動馬達106之控制信號工作週期之方法和其比較 車輛低速行駿狀態時會被列入考慮。 此外，依據本發明之動力轉向系統不僅可應用於一工業 用車輛，亦可應用於一般車輛。 又，上述較佳具體實施例係採用液壓動力轉向系統，且 係指系統產生一對應於方向盤轉速及一車輪偏心角度之油 壓。然而，本發明並不以此結構爲限，即本發明涵蓋所有 可根據方向盤轉速及一車輪偏心角度來決定一改變一車輪 角度所需推力的系統。 如上所述，依據本發明，一用於改變一車輪角度之泵輸 出係由一方向盤之轉速以及一車輪之偏心角度共同決定’ 因此可在所有情況下皆達成一平緩之轉向動作。此外’倘 若改變一車輪角度所需推力較小，則亦將上述之栗輸出控 制至微小量因而減少功率消耗。 1件符號對照表 101 方向盤 102 轉向軸 103 感測器 104 控制器 -1 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i丨丨丨丨—丨訂·丨丨—丨-. 503198 A7 B7 五、發明說明（ 105 油泵 106 馬達 107 動力轉向閥 108 動力轉向液壓缸 109 桿件 1 10 車輪 1 方向盤角度感測器 2 車輪角度感測器 3 車速感測器 4 控制器 5 電磁閥 11 中央處理器 12 記憶體 13 工作週期表 ---------f -------訂·！条 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 503198 六、申請專利範圍 第89 1 1 048 1號「動力轉向系統」 (91年5月17日修正) 六申請專利範圍： 1 · 一種動力轉向系統，包括·· 一轉速偵測器，係用於檢出一方向盤之轉速； 一角度偵測器，係用於檢出一車輪之偏心角； 一油泵係產生一用於改變車輪角度之輸出；及 一控制器’係根據該轉速偵測器檢出之方向盤轉速 與該角度偵測器檢出之車輪偏心角度而驅動該油泵， 當方向盤處於靜止時，該控制器係控制該油泵之輸出 使其在車輪偏心角較大時產生之推力大於車輪偏心角 較小者。 2 ·如申請專利範圍第1項之動力轉向系統，其中該油泵 包括一馬達，係由控制器以一脈寬調變（PWM )方法控制 :該控制器係使用一具有一對應方向盤轉速與車輪偏 心角度組合之工作週期的脈波信號而控制一馬達之轉 速；及該油泵產生一對應馬達轉速之推力。 3 ·如申請專利範圍第2項之動力轉向系統，其中該控制 器包括一參照表，係儲存一對應作爲搜尋關鍵用之轉 速與偏心角度組合的工作週期値。