专利名称：不等面积助力缸的负载反应转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆转向系统的流体控制器，更具体来说，涉及用于不等面积助力缸的流体控制器。
在传统技术中，许多应用全液力传动转向系统的车辆具有一对转向助力缸，其配置得使流体在任一转向方向上连通于一个助力缸的头端并连通于另一助力缸的杆端，即，对于任一转向方向来说具有转向运动与流体流量的相同比值。不幸的是，由于设有两个缸以及相关的管路，使上述配置造价高昂。在某些车辆上，可以使用一个转向助力缸，但这种缸是双杆端式的，因而对于任一转向方向来说固有地具有转向运动与流体流量的相同比值。
现在有许多车辆利用全液力传动转向系统，包括本发明所涉及的流体控制器，人们认为最好只使用一个转向助力缸，这种缸只有一根杆，因而称为“不等面积”转向助力缸。不等面积缸只有一根杆从缸伸出，因而这种缸具有一个“杆端”和一个“头端”，该杆端具有一个特定的横截面积(流通面积)来承受流体压力，所述头端具有一个相对较大的横截面积(流通面积)。在许多车辆应用中最好采用单一的不等面积缸，这是由于传动布置和总体安装得到简化，因而比等面积双杆端缸造价低的缘故。
作为一个独立的问题来说，许多车辆制造厂商更愿意采用“负载反应”型流体控制器，其特征是当流体控制器处于中间位置时，流体控制孔(即，连接于转向助力缸的孔)与流体表(一般是转子齿轮式)的相反两侧流体连通。因此，加在被转向车轮上的任何负载都在流体表上有一个反应负载，车辆操纵者将通过方向盘感觉到它。
虽然人们认为负载反应具有理想的特征，但是，至少在许多车辆应用场合中，在本发明之前，在许多情形中车辆制造厂商被告知，它们的转向系统不能兼具负载反应和单一的不等面积转向助力缸。一个主要原因是，进、出不等面积缸的负载反应流量，进、出缸的头端的要比进、出缸的杆端的大。因此，在缸与流体表的两相反侧连通的情况下，当头端缩回时将出现压力增强，而当杆端缩回时将出现空穴现象。在任一种情形中，控制器的性能都是令人不能接受的。压力增强可能导致软管破裂，另一个与压力相关的问题是空穴可能导致转向的失控，这是由于在流体“柱”中的空穴造成的。
现有技术的负载反应和不等面积缸的组合的另一个缺陷在于，缸不存在对应于车辆中间位置的位置。头端和杆端的不等面积，以及作用在杆上的平衡力意味着杆端压力高于头端压力，在没有转向输入的情况下形成从杆端向头端的流动。这种流动致使车辆不断漂移和方向盘的转动，这是车辆操纵者不可接受的状态。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于不等面积转向助力缸的改进的流体控制器，该控制器是负载反应型的，但是能够克服现有技术中的压力增强和空穴问题。
本发明的另一个目的是提供一种改进的流体控制器，它能够完成上述目的，同时可以防止不合要求的车辆漂移和方向盘转动。
本发明的上述的和其它目的是通过下述改进的流体控制器实现的，这种流体控制器可控制从一个加压流体源向一个不等面积流体压力操纵装置的流体流量。这种控制器包括壳体装置，该壳体装置限定一个连接于加压流体源的进入孔、一个连接于系统容器的返回孔，以及连接于不等面积装置的第一和第二流体控制孔。一个阀门装置设置在壳体装置中，限定一个中间位置和至少一个工作位置，在工作位置上，壳体装置和阀门装置共同限定一条主流道，形成从进入孔至第一流体控制孔及从第二流体控制孔至返回孔的流体连通，该主流道包括一个流体表。在中间位置上，壳体装置和阀门装置共同限定一条负载反应流道，从而在第一和第二流体控制孔之间通过流体表可形成流体连通。
这种改进的流体控制器的特征在于阀门装置包括当阀门装置处于中间位置时用于在负载反应流道和返回孔之间形成流体连通的装置。因此，当所加负载倾向于在第一方向上移动不等面积装置时，使流体可从负载反应流道流向返回孔。当所加负载倾向于在第二方向上移动不等面积装置时，使流体可从返回孔流向负载反应流道。
附图简要说明如下
图1是包括不等面积转向助力缸的静液力转向系统的液压示意图。
图2是与本发明有关的那种流体控制器的轴向剖视图。
图3是图2所示流体控制器的滑阀的平面图，但是比图2的比例大。
图4是图2所示流体控制器的管阀的平面图，与图3的比例相同。
图5是图3和4所示阀门装置的放大的局部重叠视图，图中阀门装置处于其中间的负载反应位置上。
现在参阅附图，这些附图并不是要限定本发明，图1是包括按照本发明的技术制成的流体控制器的车辆静液力转向系统的液压示意图。该系统包括一个流体泵11，图1所示为一个固定的活塞泵以便于图示，其进口连接于系统容器13。泵11的出口通向静液力转向系统，更具体来说，通向一个流体控制器15。
现在仍旧参阅图1，流体控制器15包括一个进入孔17、一个返回孔19和一对流体(缸)控制孔21和23，这两个控制孔连接于一个转向助力缸25的两相反端。按照本发明的一个方面，转向助力缸25是不等面积缸，即，下述一种缸，它具有横截面积(流通面积)为A的“杆端”和横截面积(流通面积)为B的“头端”，其中，面积B稍许大于面积A。
流体控制器15将参阅图2详述，它可以是美国专利Re.25,126号和美国专利5,638,864号所示和所述的那种基本类型，上述两专利都转让给本发明的受让人，并且在本说明书中用作参考。更具体来说，控制器15包括一个阀门装置27，它可从图1示意表示的中间位置移至右旋位置R或左旋位置L。当阀门装置27处于右、左旋位置中的任一位置时，流过阀门装置27的流体也流过流体表29，该流体表的一个功能是测量(计量)与适当控制孔21或23连通的流体的适当量。象(在图1中)示意表示的那样，流体表29包括膨胀流体容积腔29E和收缩流体容积腔29C。本专业技术人员懂得，流体表29的另一个功能是对阀门装置27提供随动(follow-up)运动，当需要量的流体已经连通于转向助力缸25后，使阀门装置27返回其中间位置。在图1中，上述随动运动是借助机械随动连接31实现的。
如图1示意表示的那样，凡当阀门装置从其中间位置移至其工作位置之一，右旋位置R或左旋位置L时阀门装置27限定多个可变孔。这些可变孔将在下文参阅图3至5详述。流体控制器15现在参阅图2详述流体控制器。流体控制器15包括几个部分，包括一个壳体部分33、一个孔板35、一个具有流体表29的部分和一个端板37。这些部分借助多个螺栓39以紧密的密封接合的形式固定在一起，螺栓39与壳体部分33螺纹啮合。壳休部分33限定进入孔17、返回孔19和控制孔21和23。
阀门装置27可转动地设置在由壳体部分33限定的阀孔41中。阀门装置27包括一个可转动的主阀件43(下文中也称为“阀芯”)，以及一个配合工作的可相对转动的随动阀件(45)下文中也称为“阀套”)。在阀芯的前端是一个具有减小直径的部分，并限定一组内花键47，所述花键形成阀芯43和方向盘(未画出)之间的直接机械连接。阀芯43和阀套45将在下文中详述。
流体表29可以是本专业中公知的任何类型的，包括一个内齿圈49和一个外齿星形件51。星形件51限定一组内花键53，与其花键接合的是一组在驱动轴57后端上形成的外花键55。轴57具有一个分叉前端，借助一个穿过阀芯43上的一对销孔61的销59，在轴57和阀套45之间可形成传动连接。因此，响应于方向盘和阀芯43的转动，流过阀门装置27的加压流体流过流体表29，引起星形件51在圈49中的轨道和旋转运动。星形件51的这种运动借助驱动轴57和销59(其包括图1中的随动连接31)引起阀套45的随动运动。这种运动对于方向盘的一定的不变转速来说在阀芯43和阀套45之间保持一个特定的相对位移。多个板簧63穿过阀套45上的孔，将阀套45相对于阀芯43偏压向其中间位置。
如图2所示，壳体部分33限定四个围绕阀套45的环形腔，以便提供阀套45的外表面和各孔17，19，21，23之间的流体连通。各环形腔的标号是相关孔的标号加上字母“C”。
在圈49中作轨道和旋转运动的星形件51的齿间相互作用分别限定了膨胀和收缩流体容积腔29E和29C，相邻于每个腔，孔板35限定一流体孔(图2中未画出)，这是本专业技术人员公知的。壳体部分33形成多个轴向孔(图2中未画出)，每个轴向孔在一端与孔板35上的一个流体孔连通，另一端与阀孔41连通。阀门装置27现在主要参阅图3和4详述阀芯43和阀套45。从图3可见阀芯43的外表面，从图4可见与在阀套45的外表面基本相同的内表面上的孔。阀芯43限定一环形槽65，以及多个与环形槽连通的轴向槽67。一条较长的轴向槽69在圆周方向上与每条轴向槽67错开；其作用将在下文中描述。应注意的是，由于图2的流体控制器是负载反应型的，因而每个轴向槽69实际上是一对平行的轴向槽，在环形槽65的右侧，阀芯43限定多个轴向通心槽73，每个槽73向其右端与阀芯43的内部连通。阀芯43的其它细部结构是公知的，与本发明无关，故不再赘述。
朝向图4的左端，阀套45限定多个箱孔75，按照本专业公知的方式与返回孔19连通。朝向右端，阀套45限定多个压力孔77，与环形腔17c连通。在孔77左侧是多个表孔79，其在阀门装置27和流体表29的膨胀及收缩流体容积腔29E及29C之间连通。在本实施例中，只是一种举例，星形件51具有6(N)个外齿，圈49具有7(N+1)个内齿，因而有12(2N)个表孔79。多个缸孔81设在表孔79左侧，与环形腔23c连通，再向左侧是多个缸孔83，与环形腔21c连通。阀套45也限定多个通心孔85，这些通心孔85与压力孔77一样通过环形腔17c与进入孔17连通，通心孔85的功能将在下文中详述。阀门装置27的工作据信，至此所述的控制器15和阀门装置27的基本工作，在上面引述的专利的技术内容的基础上，应当是易于理解的。但是，下面将部分地使图2，3和4所示的结构与图1相关联地简述控制器和阀门装置的工作。阀门装置的工作将结合图3至5描述，其中，图5是阀芯43(虚线)和阀套45(实线，但只表示阀套内表面上的那些特征，其余特征另有所述)的(相对于图2-4的)放大的、局部的重叠视图。
当阀门装置27处于中间位置时(方向盘未转动)，进入流体从进入孔17通入环形腔17c。压力孔77与环形腔17c连通，但是，由于在中间位置上孔77中的加压流体不能在任由阀芯43限定的槽中蓄积压力，因而没有通过压力孔77的流动。进入流体却通过通心孔85，以及通过轴向槽73从环形腔17c按照本专业技术人员公知的方式最终流至系统容器13。当阀门装置处于中间位置上时出现的负载反应状态将在下文中描述。
现在参阅图1，以及图3和4，当方向盘逆时针旋转(左旋状态)时，阀芯43相对于阀套45从其中间位置移开，通心孔85从与通心槽73流体连通的状态移出，流体开始通过压力孔77流入轴向槽67，因而每隔一个表孔79。在一种通心式控制器(open-center controller)中，压力孔77的累加区域包括一个在图1中以标号86表示的主流控制孔，也称为A1孔。同时，每个轴向槽67开始与一个表孔79连通，其间重叠区域限定了一个可变孔，其合成构成一个可变的流量控制孔(A2孔)。每隔一个表孔79与轴向槽67连通，现在交错的表孔79与较长轴向槽69连通。每个这些表孔79和有关轴向孔69之间的重叠区域限定一个可变孔，其合成构成一个可变的流量控制孔(A3孔)。
当阀芯43和阀套45处于图1所示的位置L时，每个槽69开始与相邻的一个缸孔83连通，其间的重叠区域限定一个可变孔，这些独立的孔的合成构成一个可变的流量控制孔91(A4孔)。本专业技术人员熟知，缸孔83借助环形腔21c与缸孔21连通，然后，与缸25的杆端A连通。从缸25的头端B返回的流体进入缸孔23，然后流过环形腔23c，然后流过缸孔81，现在缸孔81与轴向槽71连通。孔81和槽71的重叠区域限定一个可变孔，这些单独的可变孔的合成构成一个可变的流量控制孔93(A5孔)。因此，通过上述的可变流量控制孔A1，A2，A3，A4和A5的流道构成左转状态中的“主流道”。负载反应现在主要参阅图5，但也参阅图1描述控制器15的负载反应特征。当阀门装置27处于图5所示的中间位置时，顶部轴向槽69与其相邻的表孔79流体连通，并与缸孔83连通，该缸孔又与控制孔21连通。同时，底部轴向槽69与其相邻的表孔79连通，并与缸孔81连通，该缸孔与控制孔23连通。这样通过孔81、槽69、孔79、表29、另一孔79、另一槽69和孔83，在孔21和23之间形成的流道构成负载反应流道，在图1中标号为LR。因此，当阀门装置27处于中间位置上时，在转向助力缸25上的外部负载将迫使流体沿一个方向或另一方向流过负载反应流道LR，这取决于所加负载的方向。
例如，如果所加负载倾向于使杆移向图1的左侧，那么，杆端腔A将收缩，迫使流体从孔21经过流道LR流出孔23至头端腔B。但是，如前所述，被迫流出杆端腔的流体量不足以注满头端腔，将出现空穴。另一方面，如果所加负载倾向于使杆移向图1的右侧，那么，头端腔B将收缩，迫使流体从孔23经过流道LR流出孔21至杆端腔A。但是，如前所述，被迫流出头端腔的流体量对杆端腔来说过多，将出现压力增加现象。
按照本发明的一个重要方面，当控制器15以负载反应方式工作时形成一个附加流道，它将负载流道LR连接于较低压力流体源，这一般是返回孔19或至少是控制器壳体排泄区。为了形成上述附加流道，阀套45的外表面设有一环形槽，其意义将在下文进一步描述。阀套45也设有一对孔97和99。最好设有两组完全相对的孔97和99，因而环形槽95形成这些孔间的连通。
孔97至少部分地与底部轴向槽69连通，因而与负载反应流道LR连通。孔99至少部分地与轴向槽71连通，该轴向槽当阀门装置处于中间位置上时与箱孔75畅通，因而通过返回孔19与一个低压流体源如容器13畅通。在图1中，分别由在孔97及99和槽69及71之间的重叠而形成的孔标有上述孔的标号。如果负载加在转向助力缸25上，倾向于使杆移向图1的左侧，那么，流体被迫从杆端腔A经过孔21，然后经过负载反应流道LR流至头端腔B。但是，由于腔B较大而在腔B中形成真空的倾向将导致流体从容器13通过孔75，然后通过轴向槽71，然后通过孔99、槽95及孔97吸入槽69，然后流出缸孔81，流至控制孔23，以防止在腔B中形成空穴。
如果负载旋加在转向助力缸25上，倾向于使杆移向图1的右侧，那么，流体被迫从头端腔B经过孔23，然后经过负载反应流道LR流至杆端腔A。但是，由于腔A较小而在腔A中使压力增加的倾向将导致在负载反应流道LR中流体通过孔95、槽95和孔99流入槽71，并流出箱孔75流至容器13，以便防止腔A中的压力增加现象。
本专业技术人员在阅读和理解本说明书的基础上应该懂得，相对于其它孔和槽的尺寸来说，孔97和99的尺寸在某些程度上取决于杆端腔A与头端腔B的比值。例如，A和B的面积越接近，孔97和99的尺寸可越小。相反，面积A和B之间的差越大，孔97和99应越大。选择孔97和99的尺寸应属于本专业技术人员的能力范围之内。
一旦方向盘被转动，使阀芯43相对于阀套45位移，孔97和槽69的连通就会向零减小，或者孔99和槽71的连通就会向零减小。在任一操作方向上，负载反应流道LR一般将在阀芯和阀套之间转动的几度范围内与连通容器的附加流道断开，按照本发明也是如此。
上面已经详述了本发明，但是，本专业技术人员通过阅读和理解本说明书，显然可以对本发明作各种修改和变化，而并不超出权利要求书所限定的本发明范围。
权利要求
1.一种流体控制器(15)，其用于控制从一加压流体源(11)流至一个不等面积流体压力工作装置(25)的流体的流量；所述控制器(15)包括壳体装置(33)，该壳体装置限定一个用于与所述源(11)连接的进入孔(17)、一个用于与一个系统容器(13)连接的返回孔(19)和用于与所述不等面积装置(25)连接的第一和第二流体控制孔(21，23)；阀门装置(27)，其设置在所述壳体装置(33)中，并限定一个中间位置(图1)和至少一个工作位置，在所述工作位置上，所述壳体装置(33)和所述阀门装置(27)共同限定一个主流道，从所述进入孔(17)至所述第一流体控制孔(21)，以及从所述第二流体控制孔(23)至所述返回孔(19)形成流体连通，所述主流道包括一个流体表(29)；在所述中间位置(图1)上，所述壳体装置(33)和所述阀门装置(27)共同限定一负载反应流道(LR)，从而在所述第一和第二流体控制孔(21，23)之间通过所述流体表(29)可形成流体连通，其特征在于(a)所述阀门装置(27)包括用于在所述阀门装置(27)处于所述中间位置(图1)上时使所述负载反应流道(LR)和所述返回孔(19)之间可形成流体连通的装置(97，95，99，71，75)；因而(i)当施加一个倾向于使所述不等面积装置(25)沿第一方向运动的负载时，使流体可从所述负载反应流道(LR)流向所述返回孔(19)；以及(ii)当施加一个倾向于使所述不等面积装置(25)沿与第一方向相反的第二方向运动时，使流体可从所述返回孔(19)流向所述负载反应流道(LR)。
2.如权利要求1所述的流体控制器(15)，其特征在于所述流体压力工作装置包括一个缸(25)，所述缸具有一个头端腔(B)和一个杆端腔(A)；在所述第一方向上，所述头端腔(B)收缩；在所述第二方向上，所述杆端腔(A)收缩。
3.如权利要求1所述的流体控制器(15)，其特征在于所述流体表(29)包括与通过所述主流道和所述流体表(29)的流体流动体积成比例地向所述阀门装置传递随动运动的装置(51)。
4.如权利要求1所述的流体控制器(15)，其特征在于所述阀门装置(27)包括一个可转动主阀件(43)，以及一个配合工作的、可相对转动的随动的阀件(45)；所述主阀件(43)和随动阀件(45)限定彼此相对的所述中间位置(图1)。
5.如权利要求4所述的流体控制器(15)，其特征在于所述随动阀件(45)基本呈圆筒形，相对于所述主阀件(43)以围绕的关系设置；所述随动阀件(45)限定一个与所述流体表(29)的一个膨胀容积腔(29E)流体连通的第一表孔(79)；以及一个与所述流体表(29)的一个收缩容积腔(29C)流体连通的第二表孔(79)。
6.如权利要求5所述的流体控制器(15)，其特征在于所述随动阀件(45)还限定与所述第一流体控制孔(21)流体连通的第一缸孔(83)，以及与所述第二流体控制孔(23)流体连通的第二缸孔(81)。
7.如权利要求6所述的流体控制器(15)，其特征在于所述主阀件(43)限定与所述第一表孔(79)和第二表孔(79)流体连通且在所述阀门装置处于所述中间位置(图5)上时与所述第一缸孔(83)和第二缸孔(81)流体连通的第一流体通道(69)，所述第一流体通道(69)和所述表孔(79)和所述缸孔(83，81)构成所述负载反应流道(LR)。
8.如权利要求7所述的流体控制器(15)，其特征在于所述随动阀件(45)限定一个箱孔(75)，所述主阀件(43)限定一个当所述阀门装置(27)处于所述中间位置时与所述箱孔(75)流体连通的第二流体通道(71)，所述用于在所述负载反应流道(LR)和所述返回孔(19)之间形成流体连通的装置包括所述随动阀件(45)，当所述阀门装置处于所述中间位置时可在所述第一流体通道(69)和所述第二流体通道(71)之间形成流体连通。
全文摘要
一种用于控制向不等面积转向助力缸(25)的流体流量的流体控制器(15),这种控制器是负载反应型的,该控制器包括阀门装置(27),当其处于中间位置(图1和5)上时,限定一负载反应流道(LR),响应于加在缸(25)上的外部负载可在流体控制孔(21和23)之间通过流体表(29)流体连通。按照本发明,阀门装置(27)包括当其处于中间位置时的在负载反应流道(LR)和返回孔(19)之间的流道(97,95,99,,71,75)。当杆端腔(A)收缩时,流体从返回孔抽入负载反应流道(LR)以防空穴,当头端腔(B)收缩时,流体从负载反应流道(LR)流向返回孔(19)以防压力增加。
文档编号B62D5/09GK1260305SQ0010097
公开日2000年7月19日 申请日期2000年1月13日 优先权日1999年1月13日
发明者威廉·约翰·诺瓦赛克, 詹姆斯·夸克－方·伊普 申请人:尹顿公司