專利名稱：線控結構形式的車輛轉向系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種線控結構形式的車輛轉向系統(tǒng)，在駕駛者的方向盤和啟動至少 一個可轉向車輪的由駕駛者經(jīng)過該方向盤所預定的轉向運動的轉向機構之間沒有機械的 連貫傳動機構(Durchtrieb)，能作用于該轉向機構的是一個利用方向盤預定信號由電子控 制單元加以控制的執(zhí)行器，該轉向系統(tǒng)具有一個液壓返回平面(Riickfallebene)，該液壓 返回平面有一個與方向盤耦聯(lián)的液壓輸送單元及一個與所謂的轉向機構耦聯(lián)的或者形成 該轉向機構的液壓執(zhí)行單元，依此，液壓輸送單元和液壓執(zhí)行單元能經(jīng)過兩條液壓線路 彼此相連，使得在執(zhí)行器不能運轉的情況下，一個以方向盤預定的方向盤旋轉角則經(jīng)過 液壓輸送單元和液壓執(zhí)行單元而轉換到一個相應的方向盤轉向角；在液壓輸送單元和液 壓執(zhí)行單元之間那兩個所述的液壓線路可經(jīng)過一個可切換的所謂轉向控制閥(Lenkventil) 彼此相連。就現(xiàn)有技術而言，例如可參考DE 198 01 393 Al。
背景技術：
所謂的轉向線控系統(tǒng)，依此系統(tǒng)，由車輛的駕駛者在方向盤等上(代替方向盤 也可以配置一個可謂的旁操縱桿或其它所謂的轉向把手，下面為了簡明起見就只談有關 方向盤以及針對方向盤的操作而言只談方向盤旋轉角的問題)所確定的轉向愿望不是按 直接的機械方法即如當前普通的車輛上那樣經(jīng)過所謂的轉向柱或轉向軸以及與之相聯(lián)的 轉向機構(例如齒條轉向機構)加以傳遞到可轉向車輪的，而是用電的或液壓的方法加以 傳遞的，這些所謂的轉向系統(tǒng)就車輛上各系統(tǒng)部件的安裝可能性而言都是有利的。有利 之處是，利用這些轉向線控系統(tǒng)，也可不依賴于駕駛者的預定而調整可轉向車輪上的轉 向角，例如這樣加以調整，使得可反制不穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。一般地說，在采用轉向線控 系統(tǒng)的情況下，在一個在方向盤上所設定的轉向預定值(即方向盤旋轉角)和根據(jù)這一轉 向預定值而在可轉向車輪上所實施的轉向運動(即車輪轉向角)之間沒有剛性的相互關 系，所以有利的是可以在方向盤旋轉角和車輪轉向輪之間實現(xiàn)一種所謂的可變轉向傳動 比，這種傳動比也可根據(jù)行駛速度加以改變。由于在轉向線控系統(tǒng)中，不同用途的傳感器，特別是還有由方向盤預定信號加 以控制地樞轉可轉向車輪的所述及的執(zhí)行器，都可能發(fā)生故障，所以配置了一個所謂的 返回平面，該返回平面針對所要求的結構空間靈活性例如是設計成液壓式的，而且可能 包含在權利要求1的前序部分中就此所列出的特征，即一個與方向盤相耦聯(lián)的液壓輸 送單元；一個與所述及的轉向機構相耦聯(lián)的、在一特定實施形式中本身就形成轉向機構 的液壓執(zhí)行單元；以及一個將這兩個單元以液壓方式彼此連接起來的液壓回路。該液壓 回路具有至少兩條液壓線路，液壓執(zhí)行單元經(jīng)由這兩條液壓線路通過液壓輸送單元便能 將可轉向的車輪朝一個方向或另一個方向樞轉，因此無論液壓輸送單元或液壓執(zhí)行單元 例如從一個中點或零位出發(fā)都具有兩個彼此逆向的“工作方向”。當然，只有當液壓執(zhí) 行單元可按一個方向或另一方向運行所經(jīng)由的兩條液壓線路之間不存在短路的情況下， 液壓輸送單元才能夠經(jīng)過液壓執(zhí)行單元促使可轉向的車輪實現(xiàn)樞轉運動。按現(xiàn)有技術狀況，當液壓返回平面不應起作用的時候，那種短路是經(jīng)過一條所謂的、在其上配有一個 簡單的既可關斷又可完全開啟的截止閥的短路線路，由于該截止閥的開啟而造成的。在 此情況下，在操作液壓輸送單元時，液壓介質只能從該液壓輸送單元的一邊經(jīng)過開著的 短路線路而被循環(huán)到該液壓輸送單元的另一邊。相反地，當液壓返回平面例如由于所述 執(zhí)行器的功能故障之故或者由其控制之故而須起作用的時候，以下(及在權利要求1的前 序部分中)稱之為轉向控制閥的該截止閥則被關斷或者保持關斷狀態(tài)。此外，已知的轉向線控系統(tǒng)具有一個所謂的轉向力矩模擬器，利用該模擬器可 將一個與由駕駛者所采取的轉向力矩相逆的力矩施加到轉向盤上，借以使駕駛者獲得一 個正常的轉向感覺，從而好像對車行道有一種觸覺的接觸感。在現(xiàn)有技術狀況中，這種 轉向力矩模擬器是由一個作用于方向盤的電動機所形成的，該電動機被一個電子控制單 元適宜地如此加以控制，使得可以根據(jù)各種須加以考慮的邊界條件在方向盤上設定出一 個所謂的手力矩或所謂的手力。

發(fā)明內容
這樣一種以控制復雜的電動機為形式的獨立的轉向力矩模擬器當然有希望避免 的復雜性，因此提出一種相對較簡單的如權利要求1的前序部分所述的車輛轉向系統(tǒng)， 利用該轉向系統(tǒng)便可有針對性地設定一個使駕駛者能在其方向盤上覺察出的手力矩(即 本發(fā)明的目的)。上述目的的解決方案的特征在于所述轉向控制閥設計為連續(xù)閥，其通流橫截 面可基本上在兩個極端位置“完全關斷”和“完全開啟”之間連續(xù)地調節(jié)；該轉向控 制閥在執(zhí)行器能運轉的情況下也不是被保持在其完全開啟位置上，而是保持在關斷位置 上，或者將之置于一個部分地開啟位置上，此時應取消在關斷的轉向控制閥情況下方向 盤旋轉角和車輪轉向角之間的基本上剛性的相配，執(zhí)行器至少在完全關斷的轉向控制閥 的情況下在一定程度上加以控制，使得為了有關轉向過程可在方向盤上設定出一個按照 至少一個邊界條件所希望的、對駕駛者可感覺到的所謂手力矩。其它有利設計和發(fā)展是 從屬權利要求的內容。因此，本發(fā)明提出的轉向系統(tǒng)，也就是說所謂的線控結構形式轉向系統(tǒng)，在最 正常的工作點而言不作為單純形式的線控系統(tǒng)加以操作，而應按照線控運轉和激活的返 回平面之間的一種混合形式加以操作。依此，根據(jù)對轉向控制閥的控制，將液壓返回平 面完全地或部分地加以接通，與此同時所謂的線控范圍的各元件都是起作用的。在駕駛 者的現(xiàn)有轉向愿望的情況下，所述液壓輸送單元和所述執(zhí)行器為了轉換上述轉向愿望而 彼此并聯(lián)地工作，于此，駕駛者通過液壓輸送單元在其轉向盤上基本獲得一個手力矩， 執(zhí)行器總歸在關斷的轉向控制閥情況下并從而在完全激活的返回平面的情況下有助于上 述手力矩獲得某個(合乎愿望的)值。當能夠促成或阻止在返回平面的所述兩個液壓線路之間的短路的這種轉向控制 閥在執(zhí)行器能運轉的情況下仍保持在其關斷位置上時，便可經(jīng)過該返回平面相應于一個 預定的方向盤旋轉角而設定出一個車輪轉向角，從而與此同時可通過適當控制執(zhí)行器而 在方向盤上設定出一個所希望的手力矩。于此，后者可如此加以控制，使得在通過駕駛 者旋轉方向盤和通過轉向機構設定車輪轉向角的情況下，可在所述的兩個液壓線路之間形成液壓壓差，這種液壓壓差是由于對可轉向車輪在其轉向過程中所施加的相反阻力所 引起的并通過液壓輸送單元加以轉換的，該液壓壓差導致在方向盤上獲得一個所希望的 手力矩。該手力矩可能與邊界條件有關，因而特別是與車輛的行駛速度有關。也就是說，由于安全原因反正要使用已存在的為產(chǎn)生在方向盤上的手力矩所需 的液壓返回平面，所以就不需要復雜的獨立的轉向力矩模擬器了。于此，在關斷的轉向 控制閥情況下，除了由于液壓輸送單元和液壓執(zhí)行單元之間的液壓傳遞的彈性所產(chǎn)生的 偏差之外，獲得了方向盤旋轉角和車輪轉向角之間的固定的相配。此外依本發(fā)明提出的轉向系統(tǒng)，也可以保持剛才所述及的那種在方向盤旋轉角 和車輪轉向角之間的固定相配，從而可利用轉向線控系統(tǒng)的另一有利性質，即可以設定 出一個與駕駛者的預定相偏離的車輪轉向角，這一點大家都知道例如可以用來穩(wěn)定一種 不穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。按本發(fā)明提出的轉向系統(tǒng)可通過以下措施達到上述目的所述及的 轉向控制閥不僅可設計為單路閥，也可設計為多路閥，該閥不僅在可取得所謂的終端位 置上的離散的開關位置，而且可獲得任意的中間位置。因此，對這種轉向控制閥而言就 指的是一種所謂的連續(xù)閥，該閥可以在兩個液壓線路之間不僅要么100%地形成短路，要 么可完全抑制這樣一個短路，正如一個只能有兩個離散的開關位置的轉向控制閥的情況 那樣，而且配置在兩個液壓線路之間的這樣一個連續(xù)閥也能在這兩個液壓線路之間形成 部分短路，例如所謂的50%短路。當所述轉向控制閥根據(jù)情況被置于一個部分開啟位置上，該位置可在液壓輸送 單元和液壓執(zhí)行單元之間的兩個液壓線路之間形成一個部分短路，則便取消方向盤旋轉 角和車輪轉向角之間的剛性相配。在設定這樣一個部分短路的情況下，在駕駛者進行的 轉向過程中利用液壓輸送單元所輸送的液壓介質中只有一部分到達液壓執(zhí)行單元中；而 由液壓輸送單元輸送到那兩個所述液壓線路中的一個液壓線路中的液壓介質的其它部分 然后經(jīng)過這兩個液壓線路中的另一個液壓線路而返回到所述液壓輸送單元的另一邊。利 用對這樣一個部分短路的設定，即可使方向盤部分地與轉向機構如此脫耦，使得一個由 駕駛者所預定的方向盤旋轉角只能部分地轉變成一個車輪轉向角，從而就是在方向盤旋 轉角的預定值和繼而所設定的車輪轉向角之間的所謂轉向傳動比得以改變。在完全關斷 的轉向控制閥的情況下，90°的方向盤旋轉角例如引起5°的車輪轉向角，而在通過所述 的轉向控制閥設定50%短路時，從液壓輸送單元所排出的液壓介質量中只有一半進入到 液壓執(zhí)行單元中，這時利用90°的方向盤旋轉角只能產(chǎn)生2.5°的車輪轉向角。相應地， 在設定兩個所述的液壓線路之間的這樣一個短路時，由已轉向的車輪經(jīng)過液壓執(zhí)行單元 和液壓輸送單元而加在方向盤上的反力矩或手力矩會相應變小。如果代替兩個所述液壓線路之間的部分短路，而在其間實現(xiàn)完全短路，依此將 所述轉向控制閥完全開啟，那么根本就沒有液壓介質從液壓輸送單元進入到液壓執(zhí)行單 元中，從而在液壓行程上的方向盤沒有力矩被引入到轉向機構中。因此，在液壓輸送單 元的作用下，根本就不能設定出車輪轉向角，而且對駕駛者在方向盤上可覺察的手力矩 只能從液壓介質由液壓輸送單元的一邊到其另一邊的循環(huán)中產(chǎn)生。當在兩個所述的液壓線路之間實現(xiàn)部分短路時，于是就可利用執(zhí)行器簡單地設 定出一個所希望的車輪轉向角，于此，便可為駕駛者從由此產(chǎn)生的可轉向車輪的樞轉運 動中相應于已設定的部分短路部分地在其方向盤上傳遞一個反力矩作為手力矩。也就是可以利用執(zhí)行器在分析方向盤上的所述旋轉角傳感器的信號的情況下設定出一個車輪轉 向角，相應于一個合適的存放在電子控制單元中的計算程序，不需要駕駛者明確地在其 方向盤上確定這一點，然后實際上也就取消了在關斷的轉向控制閥的情況下在方向盤旋 轉角和車輪轉向角之間存在的剛性相配。從而能特別設定車輪轉向角，這些車輪轉向角 可以穩(wěn)定車輛的可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定行駛狀態(tài)。駕駛者在何種程度上能夠在其方向盤上確 定這些與其預定相偏離的車輪轉向角的設定，這特別取決于其時利用所述轉向控制閥所 設定的短路的大小和范圍。從原則上說，依此不僅可設定出一個與駕駛者的轉向預定相偏離的車輪轉向 角，以達到車輛行駛狀態(tài)的穩(wěn)定的目的，而且借此還可以改變方向盤或一個利用該方向 盤所預定的方向盤旋轉角和繼此所設定的車輪轉向角之間的已簡短地述及的轉向傳動 比。也即是如前所述，當經(jīng)過第一條所述液壓線路由所述液壓輸送單元所輸送的液壓介 質從該輸送單元的壓力側流出，而經(jīng)過另一條液壓線路液壓介質然后又可流回到該輸送 單元并依此而流回該輸送單元的吸入側的時候，則在所謂的30%短路的情況下，被輸送 的在第一條液壓線路中流動的液壓介質按定義只有30%經(jīng)過第二條液壓線路流回到液壓 輸送單元的吸入側。在這種所謂的30%短路的情況下，也就是駕駛者的70%的轉向預 定，經(jīng)過液壓返回平面被加以變換，于此，不使用所述的執(zhí)行器，駕駛者也能感受到在 方向盤上的由相應車輪轉向偏角所產(chǎn)生的作為手力矩的反力矩。這種手力矩可以通過對 執(zhí)行器的適當控制而減小到所希望的值，為此該執(zhí)行器將一個適合的支持力矩導入到轉 向機構中。在所謂的60%短路的情況下，駕駛者的轉向預定只有40%經(jīng)過液壓返回平面 加以轉換，于此，不使用所述的執(zhí)行器、駕駛者也能在方向盤上覺察出作為手力矩的從 相應車輪轉向偏角所產(chǎn)生的反力矩，這種反力矩在否則未改變的邊界條件下當然小于在 30%短路情況下的。這種手力矩也可以通過適當控制執(zhí)行器而減小到更低的所希望的 值，為此該執(zhí)行器將一個合適的支持力矩導入到轉向機構中。在所謂的0%短路的情況下，駕駛者的轉向預定的100%經(jīng)過液壓返回面加以轉 換，于此不使用所述執(zhí)行器，駕駛者也能在方向盤上覺察到作為手力矩的由相應車輪轉 向偏角所造成的反力矩，該反力矩大于前述兩種情況。該手力矩也可以通過適當控制執(zhí) 行器而減小到所希望的值，為此該執(zhí)行器將一個合適的支持力矩導入到轉向機構中。在同時設定手力矩的情況下經(jīng)過液壓返回平面實現(xiàn)轉向傳動比的這種所述的匹 配是可能的，此時由駕駛者所施加的轉向力矩或手力矩是逆轉向方向加以定向的，例如 在停車時或在提高車速情況下在從轉向中心啟動轉向時。在此情況下，轉向傳動比可通 過所述的轉向控制閥的開啟加以削減，然后液壓介質便可經(jīng)過所述的轉向控制閥，從兩 個所述的液壓線路中的那一個在其中存在較高壓力水平的液壓線路中排入到兩個所述液 壓線路中的另一個在其中存在較低壓力水平的液壓線路中。反之，在轉向運動和手力矩 或轉向力矩的相同方向條件下，如同例如在一個通常復位的、將轉向加以定中心的力矩 的作用下轉回到中性位置所顯示的情況那樣，轉向傳動比或手力矩都不任意加以調配， 因為于此在兩個所述的液壓線路之間的壓力差與前述的情況正好相反，所以液壓介質不 能按照本來所希望的方向在兩個液壓線路之間加以交換。當然，如果所希望的手力矩的 設定是無關緊要的話，如此特別在采取行駛動力學干預的情況下，依此經(jīng)過本發(fā)明提出的轉向系統(tǒng)，一個所謂的行駛動力學調節(jié)器可獨立于駕駛者設定出一定的車輪轉向角， 借以穩(wěn)定車輛的行駛狀態(tài)，那么就可按照所述方式如同采用一種完全的線控轉向系統(tǒng)那 樣實際上設定出任意的轉向角。上面述及的三個例證表明在本發(fā)明提出的車輛轉向系統(tǒng)上，通過任意的所 謂“短路份額”的設定，經(jīng)過作為連續(xù)閥設計的轉向控制閥，便可至少在一定的行駛狀 態(tài)中設定出方向盤和配屬的可轉向車輪之間的轉向傳動比；與此同時，通過合適控制執(zhí) 行器便可在方向盤上設定出一個所希望的手力矩，為此不需要一個獨立的轉向力矩模擬 器。此外，在極端的行駛狀況中，轉向角和相關的轉向傳動比可以自由地加以重疊或加 以設定，而手力矩則無須明確地加以設定，例如在對轉向進行很快速的行駛動力學干預 時所做的那樣。因此有了極簡單的線控轉向系統(tǒng)，這是因為該系統(tǒng)所必需的而又現(xiàn)有的 返回平面結合適當加以控制的執(zhí)行器便形成轉向力矩模擬器之故。這種所述的執(zhí)行器的 適當控制最好采用一電子控制單元，為此為該電子控制單元配屬了合適的輸入?yún)?shù)，也 例如(按權利要求4)在所述的液壓輸送單元和所述的液壓執(zhí)行單元之間的兩個所述的液 壓線路之間的壓力差，于此，該壓力差在控制短路閥的情況下也可提供適合的借鑒。液壓輸送單元和液壓執(zhí)行單元可以按各種已知的結構類型的形式加以設計，兩 個單元各自應該有其一個元件既可沿著一個第一方向移動又可沿著一個與第一方向相反 的第二方向移動，借以能夠從方向盤或可轉向的車輪的一個居中位置或零點位置出發(fā)都 能分別朝兩個方向實現(xiàn)旋轉或樞轉。例如，這種液壓執(zhí)行單元可以采用一個液壓可逆馬 達，而作為液壓輸送單元則可采用一種可逆泵。另外，也可采用合適的活塞-液壓缸單元。同樣地，對于轉向機構及執(zhí)行器也可采用基本上已知的不同結構類型。按第一 個優(yōu)選的結構形式，執(zhí)行器可以作為配有下游的傳動機構的電動機加以設計，該傳動機 構作用于轉向機構，該轉向機構具有一個可縱向移動的傳動元件，在該傳動元件的兩端 上鉸接為兩個可轉向車輪所配的轉向橫拉桿。于此，轉向機構本身可以是基本上常規(guī)的 齒條轉向機構，一個以活塞-液壓缸單元形式的液壓執(zhí)行單元(用于返回平面)是與該齒 條轉向機構相串聯(lián)的。根據(jù)另一種可行的實施形式，執(zhí)行器可以作為一個在方向盤和液 壓輸送單元之間起作用的電動機加以設計，亦如下面參照原理圖所說明的實施例中之一 所指出的。


圖1、2、3為本發(fā)明的三個可行的實施例的所附的和下面將加以說明的原理 圖，其中，所有相同的和可比較的元件分別以相同的附圖標記表示。
具體實施例方式因此能由車輛駕駛者操縱的方向盤用1表示。集成在與該方向盤抗扭轉地相連 的轉向柱2上的是一個旋轉角傳感器3，利用該傳感器可探測由駕駛者以其方向盤1所預 定的轉向角。按圖2和3所示的實施例，還在轉向柱2上配置了一個轉矩傳感器4，利用 該轉矩傳感器便可探測由駕駛者在方向盤1上所預定的轉向力矩或手力矩；當然，這種 轉矩傳感器也可配置在其它實施例中。
在所有實施例中，都在轉向柱2的與方向盤1相對的一端上配置了一個以活 塞-液壓缸單元的形式的液壓輸送單元7，該液壓輸送單元，更確切地說是該單元的活 塞，利用方向盤1的旋轉運動，在中間連接一個合適的傳動機構(按圖1、3所示實施例 于此所指的是一個螺桿傳動機構21)的情況下，可視旋轉方向而定將液壓回路8的一個所 謂的在方向盤一側的部分8a中的液壓介質朝一邊或朝另一邊輸送，亦即將液壓介質輸送 到兩個以附圖標記5、6表示的液壓線路中的一個線路中。雙輪轍的車輛的兩個可轉向的 車輪20(即前輪)是按基本上已知的方式，經(jīng)過轉向橫拉桿臂和轉向橫拉桿18可以樞轉 的和依此可以轉向的，于此，這些轉向橫拉桿18被鉸接在可橫向于車輛縱向移動的傳動 元件14的兩端上，該傳動元件是轉向機構19的拉桿的形式。按圖1所示的在下面將首先說明的實施例，轉向機構19是按照技術人員所熟知 的齒條轉向機構的型式加以設計的，其在兩邊延長的齒條形成轉向機構19的傳動元件 14，并可經(jīng)過一個配有下游的滾珠絲杠傳動機構的一個連續(xù)的牽引傳動裝置10而由一電 動機9朝側向加以移動。于此，該電動機9連同牽引傳動裝置10 —起形成一個所謂的 執(zhí)行器，下文中也用附圖標記9表示該執(zhí)行器。該執(zhí)行器9可以利用由一電子控制單元 17提供的適當控制，該電子控制單元此外還顧及到反映駕駛者的轉向預定值的與方向盤 1相連的旋轉角傳感器3的信號，從而使該執(zhí)行器能夠導致傳動元件19的相應移動，從而 使車輪20實現(xiàn)所希望的轉向運動或樞轉運動。依此，可以經(jīng)過執(zhí)行器9的一個轉子位置 傳感器的分析或者利用電子控制單元17的一個在圖中未示出的位移傳感器，傳遞轉向機 構19的所述的傳動元件14的位置。如圖1所示，所述的傳動元件14此外還是一個活塞_液壓缸單元的組成部分， 該單元起著所謂的液壓執(zhí)行單元13的作用，于此，傳動元件14形成該液壓執(zhí)行單元13 的活塞13a的在兩側延長的活塞桿。在活塞13a的兩邊，分別有所述的兩個液壓線路5、 6的一個線路通入到該液壓執(zhí)行單元13的液壓缸13b的內腔中。經(jīng)過一個在其上配有所謂的轉向控制閥15的所謂的短路線路23，便可以將兩個 液壓線路5、6直接以液壓方式彼此連接起來。該轉向控制閥15是作為所謂的連續(xù)閥設 計的，因而它能夠將短路線路23要么完全加以截止，或者將之部分地或完全地釋放。如果轉向控制閥15處在圖1所示的位置上，則短路線路23完全被截止，而液壓 介質例如在液壓線路5中被液壓輸送單元7向液壓執(zhí)行單元13排送，從而完全進入到該 液壓執(zhí)行單元13的液壓缸13b中，也就是在附圖中在其活塞13a的左邊。也就是說，如 果通過方向盤1的旋轉使液壓輸送單元7的活塞在附圖中向下運動，則由此從液壓輸送單 元7的處于所述活塞下方的工作室被排入到液壓線路5中的液壓介質經(jīng)過液壓執(zhí)行單元13 促使車輪20按箭頭24所示方向實現(xiàn)樞轉，于此，在方向盤1上的某個方向盤旋轉角就相 當于某個車輪轉向角。于此，從圖1中所示液壓缸13b的處于活塞13a右邊的室中的液 壓介質經(jīng)過液壓線路6被排送回到液壓輸送單元7中，即排入到圖1中所示處于其活塞上 方的工作室中。若與圖示和上述說明不同，短路閥15處在一個使短路線路23完全被釋放的位 置，則在方向盤1的相同旋轉運動的情況下，由此從圖中所示液壓輸送單元7的下工作室 中被排出的液壓介質因為較小阻力之故而經(jīng)過短路線路23而被輸送到液壓線路6中，并 通過此液壓線路6而被輸送到液壓輸送單元7的在圖1中處于液壓輸送單元7的活塞上方的工作室中。在短路閥15的這個開關位置上，在方向盤1的旋轉運動情況下從液壓輸送 單元排出的液壓介質只能在很前面所述及的液壓回路8的處于方向盤一側的部分8a中循 環(huán)。最后述及的狀況表明已知的具有液壓返回平面的線控轉向系統(tǒng)的通常運行狀 況。在通常的線控轉向系統(tǒng)(按迄今的技術狀況)的全功能能力情況下，所謂的液壓返 回平面(在下一段落中還會簡短地加以說明的)不是起作用的，因而可轉向的車輪20基 于方向盤1的旋轉運動，如前所述，只能通過執(zhí)行器器9配合轉向機構19實現(xiàn)樞轉。于 此，通過液壓執(zhí)行單元13的13a的移動所排出的液壓介質經(jīng)過具有液壓線路5、6及其后 開著的短路線路23的液壓回路8的一個所謂的處于轉向機構一側的部分8b實現(xiàn)循環(huán)。當然由于執(zhí)行器9例如可能發(fā)生故障，而車輛仍然必須保持是可以轉向的，所 以配置已述及的返回平面，該返回平面是由液壓輸送單元7、配有然后被截止的短路線路 23的液壓回路8以及液壓執(zhí)行單元13所形成的。在執(zhí)行器9或線控轉向系統(tǒng)的其它重 要元件發(fā)生故障的情況下，也就是當“常規(guī)的”轉向機構19不能起作用時，則所述的轉 向控制閥15便在彈簧力影響下將短路線路23自動地加以截止，然后經(jīng)過以此激活的返回 平面(如在很前面已說明的)可繼續(xù)加以轉向，這就是說，然后從方向盤1的旋轉運動出 發(fā)，可轉向的車輪20仍可如所希望地樞轉。在此情況下，即在“常規(guī)的”轉向機構19 不能起作用的情況下，轉向機構實際上是通過液壓執(zhí)行單元13形成的。現(xiàn)在設定所述的轉向控制閥15不僅可以占有兩個早已述及的極端位置，即要 么完全開啟的位置要么完全關斷的位置，而且利用最好通過電子控制單元17提供適合的 控制可以取得任意的中間位置，所以該轉向控制閥15是作為連續(xù)閥加以設計的。如同在 介紹各實施例之前所詳細說明的，這時可利用執(zhí)行器9來設定出一個與駕駛者的預定相 異的車輪轉向角。此外亦如已詳細述及的，還有可能性，就是通過適當控制轉向控制閥 15以改變方向盤旋轉轉角和車輪轉向角之間的所謂的轉向傳動比。在既適當控制執(zhí)行器 9又適當控制轉向控制閥15的情況下，控制單元17這時就可顧及到不同的適合的測量參 數(shù)和邊界條件，從而特別顧及到駕駛者的轉向預定，這種轉向預定是以一個利用已述及 的旋轉角傳感器3獲得的方向盤旋轉角的形式表示的，并特別顧及到兩個所述及的液壓 線路5、6之間的壓差，該壓差可用壓差傳感器25確定。隨至此說明的轉向系統(tǒng)提出了一種利用液壓式力傳遞的車輛轉向操縱，換言之 這種轉向操縱具有如下特征轉向機構(19)包含一個機電部分和一個液壓部分。機電部分的部件是電動機 (9)、該電動機經(jīng)過一個帶式傳動機構(10)和一個滾珠絲杠傳動機構可將轉向傳動元件 (14)在兩個方向加以驅動。液壓部分包含基本上作為轉向液壓缸設計的液壓執(zhí)行單元 (13)，它也可用于轉向系統(tǒng)的轉向；還包含一個轉向控制閥(15)，該轉向控制閥可以使 液壓執(zhí)行單元(13)的兩個室短路。駕駛者是經(jīng)過一個作為主動缸起作用的液壓輸送單元 (7)利用螺桿傳動機構(21)而與液壓系統(tǒng)相聯(lián)系的。經(jīng)過在方向盤(1)上的旋轉運動， 駕駛者便可在關斷短路閥(15)的情況下，在液壓執(zhí)行單元(13)的兩個室的一個中建起壓 力，從而推動轉向系統(tǒng)。反之，在液壓執(zhí)行單元(3)的兩個室中出現(xiàn)壓差時，駕駛者便 可在方向盤(1)上覺察到一個手力矩。在關斷轉向控制閥(15)的情況下，液壓系統(tǒng)如同 一個液壓單回路轉向系統(tǒng)進行工作，當然于此不會傳遞操縱能量的大部分。
換言之該轉向系統(tǒng)的功能又可如下地說明由駕駛者給定的轉向角或轉向愿望是利用一個轉向旋轉角傳感器(3)加以探測 的。所希望的在車輪(20)上的轉向角也可利用執(zhí)行器(9)經(jīng)過轉向機構(19)加以設定。 經(jīng)過由液壓輸送單元(7)、配有轉向控制閥(15)的液壓回路(8)和液壓執(zhí)行單元(13)組 成的液壓系統(tǒng)，駕駛者便可與轉向機構(19)相聯(lián)系。這種聯(lián)系可以利用轉向控制閥(15) 持續(xù)地取消，使得該轉向控制閥(15)開啟，并使得液壓單回路操縱或多或少地短路，從 而使液壓輸送單元7 (即主動缸)和液壓執(zhí)行單元(13)(即轉向缸)的液壓式力傳遞部分地 是可能的。轉向系統(tǒng)原則上是經(jīng)過探測駕駛者愿望和可轉向車輪(20)上的轉向角的設定 之間的電子連接進行工作的。如若轉向控制閥(15)是關斷的，便可利用執(zhí)行器(9)來轉 換駕駛者的轉向愿望，并同時利用液壓裝置為駕駛者在方向盤(1)設定出一個手力矩。 為此控制執(zhí)行器(9)，使得在由駕駛者旋轉方向盤(1)和通過轉向機構(19)設定車輪轉向 角時，在液壓線路(5、6)中建立一種液壓的壓差，該壓差(由液壓輸送單元(7)變換)導 致在方向盤(1)上獲得一個所希望的轉向力矩。利用可持續(xù)調整的轉向控制閥(15)，便 可在轉向過程中取消在方向盤旋轉角和車輪轉向角之間固定的相配，例如為了實現(xiàn)車輛 穩(wěn)定所需的行駛動力學調節(jié)作用。于此所設定的差轉向角隨著液壓介質的量而增大，該 液壓介質在轉向過程中流經(jīng)轉向控制閥(15)。調整概念因此規(guī)定兩個參量的調節(jié)，即 經(jīng)過方向盤旋轉角的車輪轉向角的調節(jié)，及轉向傳動比和駕駛者的手力矩的調節(jié)。作為 調節(jié)參數(shù)也有兩個參數(shù)可用，即執(zhí)行器(9)的通電及轉向控制閥(15)的控制電流。利用所提出的系統(tǒng)能很簡單地取消在方向盤旋轉角和車輪轉向角之間的耦聯(lián)， 特別是為了實現(xiàn)行駛動力學干預。在轉向機構(19)上的執(zhí)行器(9)發(fā)生故障時，可以使 用液壓單回路操縱以實現(xiàn)手工轉向。按圖2所示另一解釋的實施例，轉向機構19僅是由一個液壓執(zhí)行單元13形成。 執(zhí)行器9是在“單純的”線控運行情況下即在完全使返回平面不工作的情況下起作用 的，在這里它是由一個被電動機9驅動的液壓可逆式泵10'形成的，該泵被內連到液壓 回路8的一個所謂的處于執(zhí)行器一側的部分8c中。該液壓回路8還包含一個已參照圖1做了說明的處于方向盤一側的部分8a及一 個亦如圖1所示的處于轉向機構一側的部分8b，在此液壓回路8上，代替按圖1上所配置 的和在那里作為單路閥設計的轉向控制閥15，配置了一個多路閥，該多路閥現(xiàn)作為多路 轉向控制閥以15'表示，而且特別是也作為連續(xù)閥加以設計的。除了離散的在圖2中所 示的該多路轉向控制閥15'的開關位置A、B、C之外，還可以在開關位置A和B之間 及B和C之間有任意的中間位置。若該多路轉向控制閥15'處于開關位置A上，貝丨」只有“單純的”線控運行。在 此位置上，液壓回路8的處于執(zhí)行器一側的部分8c與其處于轉向機構一側的部分8b是適 當?shù)叵噙B接的，使得液壓執(zhí)行單元13和因此轉向機構19只能通過執(zhí)行器9按照該執(zhí)行器 通過電子控制單元17的控制加以操作。反之，若該多路轉向控制閥15'處于開關位置C 上，則只有液壓返回平面是起作用的，于此，液壓回路8的處于方向盤一側的部分8a與 其處于轉向機構一側的部分8b相連接，從而使液壓執(zhí)行單元13和從而轉向機構19只能 通過機械地由方向盤1所驅動的液壓輸送單元7加以操作。相反若該多路轉向控制閥15' 處于開關位置B上，則液壓回路8的所有部分8a、8b、8c都經(jīng)過短路而彼此相連接。因此，多路轉向控制閥15'的該開關位置B相當于轉向控制閥15的如圖1或圖3所示的完 全開啟位置。視情況而定，不管多路轉向控制閥15'最后在極端位置A和C之間取得哪 個位置，都會(相似于圖1所示已說明的實施例)在一個方向盤旋轉角和相繼實現(xiàn)的車輪 轉向角之間設定出某個所希望的轉向傳動比。于此，對于駕駛者在方向盤1上可以覺察 到的所謂的手力矩的大小則可通過對電動機9的控制和這里因此可逆式泵10'的輸送能 力來加以確定。此外，在圖2中，既示出了一個備用地存在的位移傳感器16，該傳感器為電子 控制單元17傳遞轉向機構19的所述傳動元件的位置，也示出了一個在開頭述及的在轉向 柱2上的轉矩傳感器4，該轉矩傳感器可以求得加在方向盤1上的手力矩，并可將之傳送 給電子控制單元17以用于控制轉向系統(tǒng)的有關元件。于此，所謂的手力矩首先通過轉向 機構19上及液壓執(zhí)行單元13上的液壓壓力差來表示，而為了調制加在液壓輸送單元7上 的壓力差將多路轉向控制閥15'持續(xù)地在開關位置B和開關位置A之間移動。依此，液 壓輸送單元7是如此加以設計或加以定尺寸的，使得在多路轉向控制閥15'的開關位置B 上時，可以帶來一個最高的行駛動力學的轉向力矩。隨著過渡到開關位置A，該轉向力 矩便不斷減小。此外按圖2所示實施例以及按圖3所示另一加以說明的實施例，在轉向操縱柱2 上除了旋轉角傳感器3之外，還附帶配置了一個轉矩傳感器4，而按圖1所示的實施例則 沒有配置轉矩傳感器。由于在那里實現(xiàn)了在方向盤1和液壓輸送單元7之間的直接傳動， 所以在這兩個元件之間就不會產(chǎn)生非所希望的影響例如摩擦影響或者中間傳動裝置的旋 轉慣性。因此在這里代替轉向力矩調節(jié)裝置(配有一個其時需要的轉向力矩傳感器以用 于探測轉向力矩)，可以過渡到參照旋轉角傳感器4的信號的控制。還有，按圖3所示的已做另外說明的實施例，轉向機構19僅是由一個液壓執(zhí)行 單元13形成。不過，按電動機形式設計的和由電子控制單元17加以控制的執(zhí)行器9在 該實施例中被集成在轉向操縱柱2上處于方向盤1和液壓輸送單元7之間。轉向機構19 針對可轉向車輪20樞轉的定位或移動，于此總是和完全是在液壓輸送單元7的作用下實 現(xiàn)的，于此，在關斷的轉向控制閥15的情況下，在方向盤旋轉角和車輪轉向角之間可取 消基本上剛性的相配，為此，轉向控制閥15被置于一個部分開啟位置上，于此然后可進 而轉換一個由駕駛者以其方向盤所預定的轉向愿望，當然，與在完全關斷的轉向控制閥 15的情況下相比則是另一種轉向傳動比。依此，在方向盤旋轉角和車輪轉向角之間的相 配上也可能出現(xiàn)誤差，這些誤差可能是由于液壓系統(tǒng)中的有可能存在泄漏造成的，它們 在方向盤傾斜狀態(tài)中顯露出來，可加以校正。此外，還可以設定出一個符合目標的(業(yè)已多次述及的)轉向傳動比，當然這是 通過對作為連續(xù)閥設計的轉向控制閥15相應地控制在一個部分開啟位置上予以實現(xiàn)的。 對于駕駛者來說作為已設定的轉向傳動比的結果而可在其方向盤1上可覺察出來的手力 矩的大小，然后可通過對執(zhí)行器9的適當控制加以設定，為此該執(zhí)行器為駕駛者在設定 其轉向愿望時提供一個相應的支持力矩，或者如果一個轉向預定在某個方向中應受到阻 礙的話，則會產(chǎn)生一個相應的反力矩。從原則上說，圖3中所示的轉向系統(tǒng)就其結構而言固然是簡單的，但仍應補充 冗余的部件，從而萬一某個部件出現(xiàn)故障也不會導致整個轉向系統(tǒng)出故障。圖3所示轉向系統(tǒng)的有利之處另外在于轉向力矩或方向盤1上的手力矩，經(jīng)過電動機或執(zhí)行器9 在轉向操縱柱上的直接連接，而可以比按圖1、2所示轉向系統(tǒng)更簡單和更準確地加以設 定；依此，最后還應指出一點肯定有許多細節(jié)能與上述說明有點出入地構成，但也不 離開權利要求書的范圍。
權利要求
1.線控結構形式的車輛轉向系統(tǒng)，在駕駛者的方向盤(1)(一般性而言轉向把手) 和促成至少一個可轉向車輪(20)的由駕駛者經(jīng)過方向盤(1)預定的轉向運動的轉向機構 (19)之間沒有機械的連貫傳動機構，在該轉向機構上游直接或間接地設置利用來自方向 盤預定的信號而由電子控制單元(17)控制的執(zhí)行器(9、10、10')，該車輛轉向系統(tǒng)配 有液壓返回平面，該液壓返回平面具有與方向盤(1)耦聯(lián)的液壓輸送單元(7)以及與所述 的轉向機構(19)耦聯(lián)的或形成該機轉向機構的液壓執(zhí)行單元(13)，液壓輸送單元(7)和 液壓執(zhí)行單元(13)能經(jīng)過兩個液壓線路(5、6)彼此相連，使得在執(zhí)行器(9，10，10') 不能運轉的情況下，能將利用方向盤(1)所預定的方向盤旋轉角經(jīng)過液壓輸送單元(7)和 液壓執(zhí)行單元(13)轉換成相應的車輪轉向角，在液壓輸送單元(7)和液壓執(zhí)行單元(13) 之間的兩個所述的液壓線路(5、6)能經(jīng)過可切換的所謂的轉向控制閥(15、15')彼此相 連，其特征在于所述轉向控制閥(15、15')設計為連續(xù)閥，所述連續(xù)閥的通流橫截面 能基本上連續(xù)地在兩個極端位置“完全關斷”和“完全開啟”之間調節(jié)，并且該轉向控 制閥在執(zhí)行器(9)能運轉的情況下也不保持在其完全開啟位置上，而是保持在關斷的位 置上，或者如果應取消在關斷的轉向控制閥(15、15')的情況下在方向盤旋轉角和車輪 轉向角之間基本上剛性的相配，則被置于部分開啟位置上，執(zhí)行器(9)至少在轉向控制 閥(15、15')完全關斷的情況下被如此控制，使得對于相關轉向過程在方向盤(1)上設 定出根據(jù)邊界條件所希望的、對于駕駛者可覺察到的、所謂的手力矩。
2.按權利要求1所述的車輛轉向系統(tǒng)，其特征在于在轉向控制閥(15、15')關斷 的情況下，取消在方向盤旋轉角和車輪轉向角之間基本上剛性的相配，借以要么設定出 另一轉向傳動比，要么通過執(zhí)行器(9)能實現(xiàn)行駛動力學干預以達到車輛穩(wěn)定的目的。
3.按權利要求1或2所述的車輛轉向系統(tǒng)，其特征在于執(zhí)行器(9)在考慮到轉向控 制閥(15、15')的所述控制情況下被控制。
4.按上述權利要求任一項所述的車輛轉向系統(tǒng)，其特征在于兩個所述液壓線路 (5、6)之間的壓差被測量，并由電子控制單元(17)在控制轉向控制閥(15、15')和/ 或執(zhí)行器(9)時一起得到考慮。
5.按上述權利要求任一項所述的車輛轉向系統(tǒng)，其特征在于液壓輸送單元(7)設 計為活塞-液壓缸單元，所述活塞-液壓缸單元配有一個能經(jīng)過螺桿傳動機構(21)利用 方向盤⑴移動的活塞。
6.按上述權利要求任一項所述的車輛轉向系統(tǒng)，用于雙輪轍車輛，其特征在于執(zhí) 行器(9)設計為電動機，所述電動機配有下游的傳動機構(10)，該傳動機構作用于轉向 機構(19、13)，該轉向機構具有能沿縱向移動的傳動元件(14)，在此傳動元件的兩個自 由端上鉸接配屬于兩個可轉向車輪(20)的轉向橫拉桿(18)。
7.按權利要求1至5中任一項所述的車輛轉向系統(tǒng)，其特征在于執(zhí)行器(9)是設計 為在方向盤(1)和液壓輸送單元(7)之間起作用的電動機。
8.按上述權利要求任一項所述的車輛轉向系統(tǒng)，用于雙輪轍車輛，其特征在于 液壓執(zhí)行單元(13)設計為活塞-液壓缸單元，活塞(13a)的活塞桿形成一個傳動元 件(14)，在該傳動元件的兩個自由端上鉸接配屬于兩個可轉向車輪(20)的轉向橫拉桿 (18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線控結構形式的車輛轉向系統(tǒng)，在駕駛者的方向盤和轉向機構之間沒有機械的連貫傳動機構，在該轉向機構上游設置由電子控制單元控制的執(zhí)行器，該轉向系統(tǒng)配有液壓返回平面，該液壓返回平面具有與方向盤耦聯(lián)的液壓輸送單元以及與所述的轉向機構耦聯(lián)的液壓執(zhí)行單元，液壓輸送單元和液壓執(zhí)行單元能經(jīng)過兩個液壓線路彼此相連，使得在執(zhí)行器不能運轉的情況下，能將方向盤旋轉角經(jīng)過液壓輸送單元和液壓執(zhí)行單元轉換成相應的車輪轉向角。兩個液壓線路能經(jīng)過可切換的轉向控制閥彼此相連，所述的轉向控制閥設計為連續(xù)閥，其通流橫截面能基本上連續(xù)地在兩個極端位置“完全關斷”和“完全開啟”之間調節(jié)。該轉向控制閥在執(zhí)行器能運轉的情況下也不保持在其完全開啟位置上，而是保持在關斷的位置上，或者被置于一個部分開啟位置上，此時應取消在方向盤旋轉角和車輪轉向角之間基本上剛性的相配。執(zhí)行器至少在完全關斷的轉向控制閥的情況下是如此加以控制的，使得對于相關轉向過程在方向盤上設定出一個對于駕駛者可覺察到的、所謂的手力矩。
文檔編號B62D5/04GK102015415SQ200980114039
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權日2008年5月2日
發(fā)明者A·博茨, N·尼切 申請人:寶馬股份公司