专利名称：动力转向系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够对转向力形成助力的动力转向系统。
背景技术：
近些年来，已提出并研发了各种动力转向系统。在日本专利临时公开No.2004-276664(后文称为“JP2004-276664”)中披露了这种动力转向系统。在JP2004-276664中，该动力转向系统包括一个动力缸，一个与动力缸相连并且将工作油从储油箱泵送入动力缸内的双向泵，以及一个用于沿正向和反向转动方向驱动或转动双向泵的马达。另外，在动力缸内设有活塞，并且，动力缸与活塞相配合以在其中限定两个左右工作压力腔室。通过由马达驱动的双向泵，可选择地将油压(工作流体压力)分布至右侧和左侧压力腔室，从而产生转向助力。在JP2004-276664中，动力转向系统的结构使得将几乎所有由双向泵排放的工作油供给至动力缸。
另一方面，采用控制阀的另一类动力转向系统已被使用。在这些动力转向系统中，通过控制阀，将由泵加压的工作油供给至动力缸内。在供给时，通过控制阀，将由泵排放的工作油中仅用于转向助力所需的工作油量供给至动力缸内。在保持加压的同时，将除供给动力缸内的工作油以外的剩余油排至储油箱内。
发明内容
但是，在利用了控制阀的上述动力转向系统中，在保持加压的同时，排放转向助力所需的油以外的剩余油。因此，这种系统效率较低。另外，部件的数量会因控制阀的设置而增加。另一方面，在JP2004-276664中，动力转向系统未装配控制阀。因此，没有上述缺点。但是，由于没有控制阀，因此，不能可选择地将工作油分布至动力缸和储油箱。即，基本上所有由泵排放的工作油都被供给至动力缸。由于这一原因，在泵的固有或特有的排放量(每一转的泵排放量)非常大的情况下，马达不能在效率较高的范围中工作。因此，会导致电能消耗增加。另外，由于马达的惯性较大，因此，马达可能不会充分响应，从而会导致转向感觉不良。另一方面，如上所述，由于几乎将所有的工作油供给至动力缸内，因此，存在将比所需的工作油更多的工作油供给至动力缸的可能性。为了避免这一问题，要以低rpm(每分钟转数)驱动所述泵。但是，如果马达以低rpm工作，则会降低马达的效率。同样在这种情况下，电能的消耗会因降低的马达效率而增加。另外，在低rpm下，马达的反应是不充分的，从而会导致转向感觉不良。
因此，本发明的目的在于提供一种动力转向系统，该系统在马达以效率较高的范围工作的条件下，通过提高反应程度，能够增强转向感觉。
根据本发明的一个方面，一种动力转向系统包括液压动力缸，其具有第一液压腔室和第二液压腔室，以便对适于与转向行驶轮相连的转向机构的转向力形成助力；与第一液压腔室相连的第一油通道；与第二液压腔室相连的第二油通道；双向泵，该泵具有一对输出口，每一输出口均与第一和第二油通道中相应的一个通道相连，以便排放工作油并对液压动力缸提供油压；马达，该马达与双向泵相连并使双向泵沿正向和反向转动；转向载荷探测单元，该转向载荷探测单元用于探测用以使转向行驶轮转向的方向盘的转向载荷；马达控制单元，该单元用于向马达输出控制信号以使由双向泵产生的实际油压更接近根据所探测的转向载荷确定的理想油压；以及双向泵每一转的排放量小于或等于5cc。
根据本发明的另一方面，一种动力转向系统包括液压动力缸，其具有第一液压腔室和第二液压腔室，以便对适于与转向行驶轮相连的转向机构的转向力形成助力；与第一液压腔室相连的第一油通道；与第二液压腔室相连的第二油通道；双向泵，该泵具有一对输出口，每一输出口均与第一和第二油通道中相应的一个通道相连，且具有内侧齿轮和外侧齿轮用于排放工作油并对液压动力缸提供油压；马达，该马达与双向泵相连并使双向泵沿正向和反向转动；转向载荷探测单元，该单元用于探测用以使转向行驶轮转向的方向盘的转向载荷；一马达控制单元，该马达控制单元用于向马达输出控制信号以使由双向泵产生的实际油压更接近根据所探测的转向载荷确定的所需油压；以及在内侧和外侧齿轮之间形成的双向泵的容积小于或等于5cc。
根据本发明的另一方面，一种动力转向系统包括与方向盘相连的转向轴；与转向轴相连的小齿轮；与小齿轮啮合的齿条轴，其用于将小齿轮的转动运动转换为齿条轴的横向轴线运动，齿条轴适于与转向行驶轮相连；液压动力缸，其具有第一液压腔室和第二液压腔室，以便对齿条轴沿其轴向提供推力；与第一液压腔室相连的第一油通道；与第二液压腔室相连的第二油通道；双向泵，该泵具有一对输出口，每一输出口均与第一和第二油通道中相应的一个通道相连，并且具有内侧和外侧齿轮，用于排放工作油并将油压供给至液压动力缸内；马达，该马达与双向泵相连并使双向泵沿正向和反向转动；转向载荷探测单元，该转向载荷探测单元探测用于转向行驶轮转向的方向盘的转向载荷；马达控制单元，该马达控制单元向马达输出控制信号以使由双向泵产生的实际油压更接近根据所探测的转向载荷确定的所需油压；以及双向泵每一转的排放量小于或等于5cc。
参照附图，通过以下的描述，将能理解本发明的其它目的和特点。
图1为根据本发明的动力转向系统的示意性系统图。
图2为泵的纵向剖面图。
图3为动力转向马达(高扭矩·低rpm马达)的特性曲线。
图4为动力转向马达(低扭矩·高rpm马达)的特性曲线。
具体实施例方式
下面，将参照
本发明的一个实施例。图1显示了一种动力转向系统的示意性系统图。当驾驶员转动方向盘2(在方向盘2被转动时)时，通过转向轴3驱动小齿轮转向齿轮(或小齿轮轴)4。并且，通过转向机构(所谓齿条齿轮机构，将转动运动转换为横向轴线运动)，齿条轴5沿其轴向运动，从而使前轮(或转向行驶轮，未示出)转向或转动。在转向轴3和小齿轮转向齿轮4之间，设有作为转向载荷探测单元的扭矩传感器6，以便探测方向盘2的转向力(转向载荷)，并且，将与所探测的转向载荷对应的扭矩信号输送至ECU(电控单元)7。
在所述动力转向系统中，设有动力转向机构，用于响应方向盘2的转向力而对齿条轴5的运动形成助力。动力转向机构包括装有位置传感器9的马达M、双向泵1以及缸体(液压动力缸)8。缸体8装有齿条轴5并沿轴向对齿条轴5提供推力(或对转向机构的转向力形成助力)。另外，在缸体8内设有活塞83。活塞83可以在缸体8内沿轴向运动或滑动。通过活塞83沿轴向的运动，对齿条轴5的运动形成助力。在缸体8的内侧，通过活塞83限定两个缸体腔室(或液压腔室，工作压力腔室)第一缸体腔室81和第二缸体腔室82。第一和第二缸体腔室81、82分别与第一油通道21和第二油通道22连通。这些第一和第二油通道21、22与双向泵1中一对输出口的每一个输出口相连。
如上所述，扭矩信号从扭矩传感器6进入ECU7。另外，由点火开关发出的开关信号，由发动机rpm传感器探测的发动机rpm信号，由车速传感器探测的车速信号等进入ECU7。ECU7(作为马达控制单元)根据这些不同的信息信号确定导向助力，并向马达输出控制信号或命令信号。因此，驱动马达并且马达驱动双向泵1，以便通过双向泵1产生所需的油压。
就马达而言，将低扭矩·高rpm无电刷式马达用于这种动力转向系统，并且其使用范围为马达的转数大于3000rpm(每分钟3000转)。如图4所示，当马达的转数大于或等于3000rpm时，马达能够在高效率范围(其效率大于或等于60％)内工作。另外，无电刷式马达在惯性特性方面是优良的。因此，通过使用无电刷式马达，能够改善转向方向沿正反方向频繁变化的动力转向系统的响应的度。这样能够增强转向感觉。
另外，为了马达能够在高效率范围内工作，动力转向系统所采用的结构为方向盘2每转动1圈(或小齿轮轴4每转动1圈)，马达就转动15～38转。也就是说，将减速比设定为15～38。通过将减速比设定至大于或等于15，能够减小或降低马达的扭矩载荷。这样便允许使用上述低扭矩·高rpm马达，并且，能够减小马达的惯性。另一方面，通过将减速比设定至小于或等于38，能够减小或限制惯性的增大。如果将减速比设定为过大的值，则马达的惯性必须较大。在这种情况下，会导致转向感觉恶化。所以，应将减速比设定为小于或等于38。因此，通过将减速比设定至适当的比值(15～38)，能够改善转向感觉。
下面，将对用于向缸体提供工作油(油压)的泵进行说明。图2显示了泵1的纵向剖面。泵1为所谓双向余摆线泵，其每一转的排放量(增压腔的量)大于叶轮泵。因此，余摆线泵能够减小泵的脉动以及泵的噪音。通过使用余摆线泵，能够消除振动或振荡，并且，能够改善转向感觉。
泵1具有壳体11、外侧转子13、内侧转子14、凸轮环15以及驱动轴16。以此顺序，从壳体的中心设置内侧转子14、外侧转子13、凸轮环15、并且沿轴向(z-轴)将它们插入，随后，将它们装入壳体11中。使驱动轴16与马达的输出轴直接相连。即，在驱动轴16和马达输出轴之间没有减速齿轮。因此，能够减小传动损失。
外侧转子13在其内周缘形成有多个内侧齿(或内侧齿轮)131，并且，外侧转子13可转动地设置在凸轮环15的内侧。内侧转子14在其外周缘形成有多个外侧齿(或外侧齿轮)141，并且，内侧转子14设置在外侧转子13的内侧。
关于泵的脉动，其是因内外齿的啮合产生的。更详细地说，泵的脉动与泵1每一转中内外齿131、141的啮合数量相关。如果在泵1每一转中的啮合数量较大，则会降低泵的脉动。因此，为了减小泵的脉动，最好将外侧齿141的数量设定成尽可能大的值。在该实施例中，将外侧齿141的数量设定为大于或等于8，从而减小泵的脉动。
另外，就内侧齿131的数量而言，其比外侧齿141大1。但是，不应局限于1。内侧齿131的数量可以比外侧齿141的数量大2或更多。通过内外齿数量上的差异，使内外侧齿131、141彼此偏心啮合或结合。如图2所示，通过齿的啮合形成或限定增压腔室(啮合间隙或齿轮啮合区域)160。
内外侧齿131、141在其上部彼此很好地啮合，并且，它们在图2所示的A点处彼此完全啮合。同时(当在点A处啮合时)，增压腔室160的体积最小(最小增压腔室体积)。而在点B(在点B的两侧)，增压腔室160的体积最大(最大增压腔室体积)。即，通过内外侧齿131、141的偏心啮合，增压腔室160的体积改变。在点A和点B处，增压腔室的体积相应地达到最小和最大。更特别的是，例如，当内侧转子14和外侧转子13逆时针转动时，在相对于I-I线的左侧(x-轴线的负方向)的每一增压腔室均为抽吸区或空间(或输入区、吸入区)161，而在相对于I-I线的右侧(x轴线的正方向)的每一增压腔室均为排放区或空间(或输出区、放出区)162。每一抽吸区的体积从点A朝点B逐步增大，而每一排放区的体积以逆时针转动从点B朝点A逐步减小。
如图2所示，在相对于I-I线的左侧(x-轴线的负方向)，设有第一口111。在相对于I-I线的右侧(x轴线的正方向)，设有第二口112。
另外，将驱动轴16设定为平行于z-轴线，并且该驱动轴绕z-轴线转动。如前所述，驱动轴16与图1所示的马达的输出轴相连，并且，驱动或转动内侧转子14。当内侧转子14转动时，通过内外侧齿131、141的啮合，外侧转子13被驱动并转动。即，通过驱动轴16驱动内外转子14、13。另外，当驱动轴16的转动方向从顺时针方向变为逆时针方向时或反之也一样，内外转子14、13的转动方向也响应驱动轴16的转动方向的改变而改变。因此，通过驱动轴16的顺时针-逆时针的转动，泵1起到用于排放工作油的双向泵的作用。
在该实施例中，将泵1每一转的排放量(即泵的固有或特有排放量)设定成在泵1的一转中为1cc(立方厘米)～5cc。或者，内外侧齿131、141如此形成增压腔室160的体积(啮合间隙或齿轮啮合区的体积，或在内外侧齿131、141之间形成的泵1的体积)为1cc～5cc。
下面，将对动力转向马达的扭矩、转数和效率之间的关系进行说明。图3和4为通常用于在动力转向系统中驱动泵的马达的特性曲线。图3和4分别显示了高扭矩·低rpm马达以及低扭矩·高rpm马达的特性曲线。
如果泵的固有排放量较大，则需要从增压腔160朝缸体8排放工作油的高马达扭矩。因此，可以说固有的排放量越大，高扭矩·低rpm马达的使用就越理想。但是，即使是高扭矩·低rpm马达，马达的效率也会从某一值开始，随扭矩载荷的增大而降低。例如，在图3所示的高扭矩·低rpm马达中，当载荷扭矩为大约1N·m时，马达的效率达到最大(大于80％)。另一方面，当载荷扭矩为大约5N·m时，马达的效率会非常显著地降低，为大约40％。因此，在为了增加泵的固有排放量所需要的最大马达扭矩为5N·m的情况下，高扭矩·低rpm马达的效率利用范围为80％～40％。因此，其因效率原因而不理想。
由于该效率问题，如果泵的固有排放量较小，则可以减小所需的最大马达扭矩。这样便允许使用低扭矩·高rpm马达。如图4所示，虽然从某一值开始，低扭矩·高rpm马达的效率会随载荷扭矩的增大而降低，但是，其效率在低扭矩范围中高于高扭矩·低rpm马达的效率。例如，当所需的最大马达扭矩为3N·m时，马达的效率超过60％。当马达扭矩小于3N·m时，该效率高于高扭矩·低rpm马达的效率。因此，通过将所需的最大马达效率本身设定为较小的值，低扭矩·高rpm马达能够在高效率范围内工作。即，通过将泵的固有排放量设定至尽可能小的值并且降低马达的所需最大扭矩，可以在高效率范围内驱动低扭矩·高rpm马达并使用该马达。在该实施例中，将泵的固有排放量设定为小于或等于5cc，以便所需的最大马达扭矩小于或等于3N·m。这种设定能够减小产生相同工作量(输出)所需的电能的消耗。
另一方面，关于固有排放量，泵1的固有排放量越小，油的流量也越小。由于这一原因，为了确保动力转向系统中所需的汽缸推力，必须减小缸体的体积并提高或增加油压(工作流体压力)。但是，如果油压增加，则需要提高对密封件、管件、管道等的抵抗压力的能力。因此，如果泵1的固有排放量非常小(此处，如果小于1cc)，则为了提高抵抗压力的能力会导致制造成本提高。因此，在该实施例中，为了能够确保产生汽缸推力所需的最小油流量，应将泵1的固有排放量设定为大于或等于1cc。通过这种设定，无需为了确保汽缸的推力而提高油压。
如上所述，在所示的实施例中，对泵1的固有排放量进行了优化，即将其设定为1cc～5cc(大于或等于1cc并小于或等于5cc)，从而将用于驱动泵所需的马达扭矩设定为小于或等于3N·m，并能进一步确保所需的油流量。另外，在所需的最大马达扭矩为3N·m的条件下，马达能够以大于60％的效率工作，因此，能够减小电能的消耗。另外，能够在这种条件下改善马达的使用效率，并且即使是小型的且低输出的马达，仍定以用作动力转向系统。另外，由于将泵1的固有排放量设定至较小的量(即，小于或等于5cc)，因此，能够减小泵的脉动并还能够改善转向感觉。同时由于将泵1的固有排放量设定至大于或等于1cc，因此，能够获得所需的最小油流量，并且，能够避免用以确保汽缸推力的油压的增大。因此，无需供给会产生高制造成本的抵抗压力的措施，从而能够以低成本实现该系统。
本申请是根据之前于2005年5月10日申请的日本专利申请No.2005-136965作出的。因此，该日本专利申请No.2005-136965的全部内容可在本申请中参考使用。
虽然上面已参照本发明的某一实施例对本发明进行了说明，但是，本发明不应局限于上面所述的实施例。另外，在本发明中还应包括基于该实施例的设计上的变化或工程技术上的改变。根据上述启示，本领域技术人员将能对该实施例作出改进和变化。本发明的范围是参照以下的权利要求限定的。
权利要求
1.一种动力转向系统，其包括液压动力缸，其具有第一液压腔室和第二液压腔室，用于对适于与转向行驶轮相连的转向机构的转向力形成助力；与第一液压腔室相连的第一油通道；与第二液压腔室相连的第二油通道；双向泵，该泵具有一对输出口，每一输出口均与第一和第二油通道中相应的一个通道相连，用于排放工作油并对液压动力缸提供油压；马达，该马达与双向泵相连并使双向泵沿正向和反向转动；转向载荷探测单元，该转向载荷探测单元用于探测用于使转向行驶轮转向的方向盘的转向载荷；马达控制单元，该马达控制单元用于向马达输出控制信号以使由双向泵产生的实际油压更接近根据所探测的转向载荷确定的所需的油压；以及双向泵每一转的排放量小于或等于5cc。
2.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中双向泵每一转的排放量大于或等于1cc。
3.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中双向泵为余摆线泵。
4.根据权利要求3所述的动力转向系统，其中余摆线泵具有数量大于或等于8的外侧齿轮。
5.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中马达的转数大于或等于每分钟3000转。
6.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中双向泵具有直接与马达的输出轴相连的驱动轴。
7.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中所述马达为无刷马达。
8.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中在方向盘每转一圈马达转动大于或等于15转。
9.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中方向盘每转一圈马达转动小于或等于38转。
10.一种动力转向系统，其包括液压动力缸，其具有第一液压腔室和第二液压腔室，用于对适于与转向行驶轮相连的转向机构的转向力形成助力；与第一液压腔室相连的第一油通道；与第二液压腔室相连的第二油通道；双向泵，该泵具有一对输出口，每一输出口均与第一和第二油通道中相应的一个通道相连，并且具有内侧齿轮和外侧齿轮，用于排放工作油并对液压动力缸提供油压；马达，该马达与双向泵相连并使双向泵沿正向和反向转动；转向载荷探测单元，该转向载荷探测单元探测用于使转向行驶轮转向的方向盘的转向载荷；马达控制单元，该马达控制单元向马达输出控制信号以使由双向泵产生的实际油压更接近根据所探测的转向载荷确定的所需油压；以及在内侧和外侧齿轮之间形成的双向泵的容积小于或等于5cc。
11.一种动力转向系统，其包括与方向盘相连的转向轴；与转向轴相连的小齿轮；与小齿轮啮合的齿条轴，其用于将小齿轮的转动运动转换为齿条轴的横向轴线运动，齿条轴适于与转向行驶轮相连；液压动力缸，其具有第一液压腔室和第二液压腔室，用于对齿条轴沿其轴向提供推力；与第一液压腔室相连的第一油通道；与第二液压腔室相连的第二油通道；双向泵，该双向泵具有一对输出口，每一输出口均与第一和第二油通道中相应的一个通道相连，并且具有内侧齿轮和外侧齿轮，用于排放工作油并将油压供给至液压动力缸内；马达，该马达与双向泵相连并使双向泵沿正向和反向转动；转向载荷探测单元，该转向载荷探测单元探测用于转向行驶轮转向的方向盘的转向载荷；马达控制单元，该马达控制单元向马达输出控制信号以使由双向泵产生的实际油压更接近根据所探测的转向载荷确定的所需油压；以及双向泵每一转的排放量小于或等于5cc。
12.根据权利要求11所述的动力转向系统，其中小齿轮每转一转马达转动大于或等于15转。
13.根据权利要求11所述的动力转向系统，其中小齿轮每转一转马达转动小于或等于38转。
全文摘要
一种动力转向系统包括一液压动力缸，该动力缸具有第一液压腔室和第二液压腔室，以便增大转向机构的转向力；一分别与第一和第二液压腔室相连的第一和第二油通道；一双向泵，该泵用于排放工作油并通过第一和第二油通道对液压动力缸提供油压；以及一个马达，该马达与双向泵相连并使双向泵沿正向和反向转动。转向载荷探测单元用于探测用以使转向行驶轮转向的方向盘的转向载荷，马达控制单元向马达输出控制信号以使由双向泵产生的实际油压更接近根据所探测的转向载荷确定的理想油压。双向泵每一转的排放量小于或等于5cc。
文档编号B62D5/14GK1861458SQ20061008174
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月10日 优先权日2005年5月10日
发明者榊敏光, 仓田昌和, 高桥哲 申请人:株式会社日立制作所