具有磁转矩叠加的转向系统的制作方法
【专利说明】具有磁转矩叠加的转向系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于并要求于2013年10月21日提交并且名为“Steering System withMagnetic Torque Overlay (具有磁转矩叠加的转向系统)”的美国第61/893554号专利申请的申请日的权益，其通过参考而整体合并于此。
技术领域
[0003]本发明涉及一种车辆的转向系统，并且特别是具有可变效力转向的这种系统。
【背景技术】
[0004]在机动车辆中，例如，“牵引”状态会发生，使得车辆驾驶员必须向其转向系统输入转矩来保持直线路径。该状态可由车辆、道路和/或天气条件(例如横向风，其需要用于转向系统的力来克服)或转向系统中的失衡(例如，如果阀被平衡在“空”位置且扭杆在中间，但是滑阀在转向系统中产生压力)而导致。总之，需要驾驶员输入转矩校正。
[0005]在转向系统中，再循环球转向齿轮可基于来自驾驶员的输入而使用开放-中心-旋转阀来将液压流体送至齿轮的活塞的任一侧。然而，一些系统可能不具有任何能力来执行额外的“性能”特征或功能，例如停车辅助、车道保持、引导和牵引补偿、驾驶员警示、主动归中(retum-to-center)、主动阻尼或稳定性控制辅助。
[0006]同样，电动力转向系统或液压齿条-小齿轮转向系统可能不具有足够的输出来执行驻车辅助或可能不能被封装在车辆中。磁致动器可用于独立于驾驶员的输入而向转向系统的液压阀施加转矩。这种使用允许转向系统执行例如引导和牵引补偿、主动归中和主动阻尼。
[0007]然而，为了执行停车辅助，可能需要增加磁致动器的尺寸，使得在转向系统中产生足够量的转矩来产生完全的液压辅助。因此，磁致动器可能难以封装在车辆中。
[0008]因此，期望提供一种车辆的转向系统，其具有执行额外的“性能”特征的能力。更特别地，期望提供液压辅助的动力转向系统，其具有足够的输出且可被封装在车辆中。
【发明内容】
[0009]依照本发明的非限制性示例性实施方式，提供车辆的具有磁转矩叠加的转向系统。该系统包括液压阀和差压转换器，其监测液压阀由于车辆的驾驶员在车辆方向盘上在不同方向中施加的转矩而产生的压力。转换器紧固至再循环球转向齿轮。磁致动器产生对于操纵方向盘来说从再循环球转向齿轮需要的转矩的输出并且独立于驾驶员的输入而施加转矩至液压阀。至少一个永磁体定位成接近磁致动器。控制模块计算适当量的电流并且将其发送至磁致动器以产生输出转矩。转矩以独立于驾驶员输入通过压力监测以及从车辆到控制模块中的输入在任一方向上增加至转向系统或从转向系统减去。
[0010]通过改变磁致动器的尺寸，转向系统能够允许停车辅助以及车道保持、引导和牵引补偿、驾驶员警示、主动归中、主动阻尼和稳定性控制辅助。此外，转向系统液压地辅助用于动力转向、具有足够的输出、且可被封装在车辆中。此外，磁致动器可以是非常紧凑的，且尺寸小于现有的电磁致动器。此外，磁致动器可相当容易地制造，结合较小的尺寸，其使得磁致动器较为低廉地制造。
【附图说明】
[0011]被认为发明的主题在本说明书的结论处的权利要求中特别指出且清楚地主张。本发明的前述和其它特征以及优点从下面结合其附图对本发明的非限制性示例性实施方式的详细描述中显见，在附图中:
[0012]附图1是示出依照本发明的具有磁转矩叠加(MTO)的车辆转向系统的非限制性示例性实施方式的截切图；
[0013]附图2是示出附图1所示的转向系统的组件的非限制性示例性实施方式的透视图；以及
[0014]附图3是示出附图2所示的组件的一部分的透视图。
【具体实施方式】
[0015]机动车辆的动力转向系统设计成提供适当的液压或电力转向辅助，以允许车辆驾驶员完成车辆的转向。驾驶员通过手动方向盘(另外已知为手动轮)施加转向输入，其旋转地连接至第一轴，第一轴旋转地连接至第二轴，第二轴继而连接至转向机构。第一和第二轴通过顺应性元件例如扭杆而彼此地传递转矩地连接。扭杆允许第一轴相对于第二轴旋转预定角度(例如，+/-12度)。机械止挡件防止进一步的旋转。施加至转向机构的转向辅助的量根据扭转应变或扭杆中的运动的程度来确定。
[0016]非限制性示例性动力转向系统是液压“可变效力”转向(VES)系统，其包括转向齿轮，其具有比例控制阀和磁致动器，用于改变扭杆的有效顺应性。比例控制阀具有连接至手动方向盘的滑阀、连接至车辆的可转向轮的阀体、以及位于滑阀和阀体之间的扭杆。节流孔位于阀体和滑阀之间以当滑阀通过方向盘处的手动努力而相对于阀体从中间位置旋转时调节转向辅助的增压压力。结果，引起扭杆中的对中转矩以实现驾驶员在方向盘上的触觉响应。磁致动器包括围绕附接至滑阀的环布置的至少一个永磁体。磁致动器还包括极件，其附接至阀体且具有极齿和磁耦接至极齿的励磁线圈。极件可与阀体作为单元旋转。某些极齿通过非磁性部分彼此连接，使得它们彼此磁性地去耦。电流可被应用至线圈以引起极件和环之间的电磁转矩，并因此取决于电流流经线圈的方向而增加或降低扭杆的有效转矩。
[0017]旋转围绕复合壳体的轴线。与小齿轮头合作的齿条杆被支撑在壳体上，用于响应小齿轮头的旋转而垂直于所述轴线的自身运动。齿条杆的端部以常规方式连接至轮。
[0018]转向齿轮的管状短轴(stub)或卷轴在其开口端处突出到壳体。比例控制阀布置在壳体内且包括卷轴内的扭杆。扭杆限定内侧端，其突出超过卷轴的相应内侧端且力安装在小齿轮头中。扭杆限定外侧端，其在其外侧端处刚性地连接至卷轴。
[0019]卷轴的外侧端连接至方向盘，用于随其作为单元旋转。卷轴支撑在壳体上，用于独立于小齿轮头而围绕轴线旋转。小齿轮头和卷轴之间的相对角运动被允许。
[0020]磁转向系统(磁转向器Magnasteer)是VES系统，其使用磁致动器来改变阀的扭转刚度来改变致动、效力(effort)或转矩。控制模块确定应用至磁致动器的线圈的电流的大小和方向来根据车辆的速度改变转矩。磁致动器设计成改进其稳健性和效率以获得所需转矩。
[0021]依照非限制性示例性实施方式，磁转矩覆盖(通常表示为“MTO”)是已经开发来实现先进的转向特征或功能一一例如主动归中、引导和牵引补偿、车道保持和停车辅助的系统。MTO修改磁转向器以提供产生用于先进的转向功能的辅助的能力，而无需车辆驾驶员的转矩。MTO使用磁来辅助或抵抗转向输入。
[0022]现在参考附图，参考其具体示例性实施方式在下面描述且在附图中示出发明但不是对其进行限制。更具体地，附图1示出依照本发明的具有MTO的转向系统的非限制性示例性实施方式，大体标示为10。附图2和3示出球螺母组件的非限制性示例性实施方式，大体标示为12，其形成转向系统10的一部分。
[0023]在实施方式中，组件12包括磁致动器，大体在附图2和3中标示为14。磁致动器14改变扭杆(未示出)的有效对中转矩来改变实现对于在方向盘处施加的给定手动转向输入的转向辅助的水平(也就是，转向辅助增压压力)。继而，磁致动器14由大的静止激励电磁线圈16(附图1)、恰位于线圈16上方的内电磁极和外电磁极18(附图1和3)、和位于极18的中间的至少一个永磁体组件20(附图1和3)制成。转向系统10包括阀壳体22(附图1和2)。线圈16、极18、永磁体组件20和阀壳体22限定磁组件。车辆方向盘(未示出)的感觉和因此车辆驾驶员的转向通过极18的强度和极性的改变而改变，极18的强度和极性的改变继而由到线圈16的电流的脉宽和方向的改变而控制。
[0024]磁致动器14和极18包括适于在施加电流时传导磁通量的磁性材料。这些磁性材料的示例包括但不限于软磁钢、粉末金属、层状硅或具有前述材料中的至少一者的任何组合。当期望产生磁场时电流流经线圈16。
[0025]永磁体组件20包括永磁材料。“永”磁材料呈现磁性，即使是当没有施加电流的时候。在本文中合适的永磁材料的示例包括但不限于:合金，例如NdFeB、SmCo和AlNiCo ;复合材料，例如塑料中的AlNiCo ;以及具有前述材料中至少一者的任何组合。
[0026]如附图1-3中至少一者所示，组件12还包括液压阀24、卷轴26 (管状短轴或输入轴26)、输出轴28 (连杆轴28)、转向蜗杆30 (球螺杆30)以及右向和左向流体腔32、34。磁致动器14、液压阀24、卷轴26、输出轴28、转向蜗杆30和流体腔32、34操作地彼此连接。
[0027]阀壳体22构造为容纳磁致动器14和液压阀24。更具体地，液压阀24布置在阀壳体22的一部分内且包括卷轴26内的扭杆。扭杆刚性连接至且突出超过卷轴26的相应端。卷轴26被连接至方向盘以便随其作为单元旋转且被支撑用于旋转。液压阀24支撑在卷轴26上，用于独立于卷轴26而旋转。滑阀(未示出)限定在液压阀24内的卷轴26上。
[0028]在实施方式的方面，阀壳体22是铸铁。然而，应意识到，阀壳体22可由限定出任何适当磁性和机械属性的任何材料制得。
[0029]在线圈16中没有电流的情况下，仅由于永磁体组件20引起的在永磁体组件20和极18之间的磁交互限定出极18的相对于永磁体组件20的多个中间或“空(null) ”位置。永磁体组件20和极18之间的电磁转矩在在线圈16中没有电流的情况下是随机旋转位置的函数。在“空”位置中，永磁体组件20和极18之间的静力反应处于静态平衡，使得永磁体组件20和极18之间由于永磁体20引起的静转矩反应为零