专利名称：流体控制器及流量计旁路装置的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种流体控制器，用于控制从压力流体源到液压驱动装置的流体流，例如使汽车转向的方向盘。更具体的是，本发明涉及这样一种流体控制器，就到流体控制器的手动输入与流出控制器的流体流速之间的关系而言，其具有至少两种不同的操作方式。
虽然本发明可以连同许多种类的并且具有各种结构和应用的流体控制器一起使用，但是当与全液力转向控制器一起使用，用于越野式汽车时更好，并且在这方面进行描述。
本发明涉及的一传统的流体控制器，包括一个壳体，其限定各种流体孔，还包括一个流量计，一个阀装置限定一主流体通路，和一个装置用于把随动运动传给阀装置，响应流经流量计的流体流。流经控制阀装置的流体与主流体通路中的可变的流体控制孔的面积成正比。这对本领域的技术人员是公知的，各流体控制孔的面积与方向盘的转动速度成正比。
本发明涉及的全液力转向控制器的典型应用是一种如用在工地上的汽车，并且这样的汽车被用于两种操作方式中的一种。首先，该汽车可以用于“道路”方式，即在路上以正常的道路车速被驱动，以便到达工地。第二，该汽车可以操作在“工作”方式，在工地上执行相关的操作，如移动一堆渣土等，在此期间汽车以相对低的速度移动。
上述的道路方式和工作方式具有十分不同的转向需要，这对本领域的技术人员是公知的。当汽车在道路上行驶时，需要相对低的增益率，而当以工作方式操作时，需要相对高的增益率。在此使用的术语“增益率”是指对于一定量的转向输入(如，但是不限于，汽车方向盘的转动)，方向盘的位置的变化率。对于传统的全液力转向控制器，增益率是一个常量，其结果是，汽车司机在道路上行进时的转向移动量通常是可以接受的，但是在工地上一天的工作所需的转向移动量会使得司机过度疲劳。
提供一种转向系统的方法，给予司机分离的道路方式和工作方式，为司机提供汽车需要在道路方式中使用的方向盘，和在工作方式中需要的控制杆。方向盘给予司机的感觉如同驾驶汽车一样，其用于道路方式，而控制杆用于将相对小的司机的投入，提供相对大的转向变化(大增益率)，用于工作方式。
不幸的是，方向盘/控制杆系统的设置，就引入的硬件而论，增大了总费用和系统的复杂程度，而且为了将由方向盘操作的系统与由控制杆操作的系统结合起来，还导致复杂化和费用的增加。
发明概述因此，本发明的目的是提供一种改进的流体控制器，用于一种汽车的转向系统中，其能够提供道路方式和工作方式的操作，其克服了上述现有技术中的缺陷。
本发明的另一个目的是提供这样一种改进的流体控制器，其能够完成上述目的，但是只需要一种单一的输入装置，因此克服了现有技术中需要结合两种不同的转向输入的缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种改进的汽车转向系统，其能够在单一的流体控制器中完成道路方式和工作方式，因此克服了现有技术中过多的和复杂的硬件的缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种用于汽车转向系统中的改进的流体控制器，其大大降低了在工作方式中的司机转向移动的工作量。
本发明的上述的和其它的目的通过提供一种改进的流体控制器来完成。该流体控制器能够操作来控制流体从压力流体源到流体压力操作的装置的流动。该控制器包括壳体装置，限定一个连接到流体源的入口，和连接到液压操作装置的第一与第二控制流体口。控制阀装置被置于壳体装置中，并且限定一个中间位置，和至少一个操作位置。在操作位置，壳体装置和控制阀装置结合以限定一个主流体通道，提供从入口孔到第一控制流体孔之间的连通，还包括一个流体驱动装置，当控制阀装置在操作位置时，用于把随动移动传送给控制阀装置，通常与流体流经主流体通道的体积成正比。该流体驱动装置包括一个可转动的测量件，提供随动移动。
该改进的流体控制器的特征在于，选择器阀装置串联地设置在所述的主流体通路中，在所述流体入口孔与所述流体致动装置之间，并且可在第一位置操作，允许正常流动流经所述主流体通路。所述选择器阀装置可在第二位置操作，以阻断流经所述流体致动装置的流体，使所述流体致动装置旁路，因此允许流经所述主流体通路，防止所述随动运动到所述控制器阀装置。
附图的简要描述
图1是简略的液压助力转向系统的液压图，包括一根据本发明的流体控制器。
图2是图1所示的流体控制器的一部分的局部轴向横剖图。
图3是沿图2的3-3线的横剖图，比图2的比例小一些。
图4是沿图2的4-4线的横剖图，比图3的比例小一些。
图5是沿图2的5-5线的横剖图，与图4的比例相同。
图6是本发明的两种操作方式相比较的，最大流的百分比与在一秒钟内完成特定流的方向盘转动(角度)的曲线图。
较佳实施例的详细描述参照附图，不意于限定本发明，图1是简略的汽车液压助力转向系统的液压图，包括一根据本发明的流体控制器。该系统包括一个流体泵11，这里所示为一固定的活塞泵，其入口与系统油箱13相连。泵11的输出与由17表示的流体控制器的一个入口15相连。
仍参照图1，流体控制器17控制流体从泵11流到一转向缸19，或一些其它适宜的液压操作转向致动器或装置。流体控制器17包括一对控制(缸)流体口21和23，其连接到转向缸19的相对端。流体控制器17还包括一返回口25，将流体返回到油箱13。
流体控制器17最好是根据美国专利4,759,182，和5,080,135的教导，该两项专利已转让给本发明的受让人，并且在这里引用作为参考。根据本发明的一个重要方面，流体控制器17的操作是采用一单一的转向输入，在图1中示出，即一传统的方向盘27，虽然本领域的技术人员应当明白，本发明不限于采用方向盘，转向输入装置可以采取各种其它形式，其应当在本发明的范围内。但是，本发明使其成为可能，只用单一的转向输入装置，并且避免多个转向输入装置的复杂和费用，这是很理想的。
参照图2，结合图1，流体控制器17包括一个阀壳体29，其中设有控制阀系。在主实施例中，并且只是举例，控制阀系包括一个主阀件31，下文也作“滑阀”和一个随动阀件33，下文也作“套筒阀”。阀壳体29限定若干个测量通路35，其作用对于本领域技术人员是公知的，下面作简要描述。孔板37邻近阀壳体29设置，其限定多个孔39，一个孔39位于各测量通道35的一端并且与之相通。最好是，滑阀31和套筒阀33结合有上述美国专利5,080,135的“广角”的特性。采用广角，即意味着由滑阀和套筒阀限定的各种流体控制孔不达到其最大的孔面积，直到滑阀和套筒阀之间的相关的位移(偏转)在约35°至45°或50°，而不是传统的在许多流体控制器中的10°至20°最大偏转。
选择器阀部分设置在孔板37后面，由41表示，下面作详细的描述。选择器阀部分41在图1中示出为两位三通液压控制流调节阀。
一个流量计，以43表示(在图1中粗略地示出)，设置在选择器阀部分41的后面(图2的左侧)。这是本领域公知的，流量计43包括一个内齿环件45，和偏心地设置在环件45内的一个外齿星件47。环件45和星件47的内齿和外齿分别结合，限定多个膨胀和收缩流体腔49(如图5所示)。这也是本领域公知的，当未计量的流体与膨胀腔连通时，星件47在环45中转动，其结果是计量过的流体从收缩腔被连通。以此流量计43测量(或“计量”)流经的流体，并且提供一输出运动(即星件47的圆周运动和转动)，其与流经流量计43的流体成正比。
这对于流体控制器领域的技术人员是公知的，星件47的输出运动是由驱动装置51传递的，并且转换为随动运动，其转换方式未在此示出，而是在上面引用的专利中示出。此随动运动被传送到随动阀件33，意于在转向操作完成时，将阀件33返回到相对于主阀件31的中间位置。上面已经描述的是，当流体控制器17在其正常的道路方式中操作时，操作的一部分，其当选择器阀部分41在图1中标示的“R”状态时发生。
在一种传统的方式中，采用多个螺栓B使流量计43和选择器阀部分41与阀壳体29及孔板37保持紧密的封闭啮合，在图2中示出了一个螺栓B，在图3,4,5的横剖图中全部示出了。
参照图1，当流体控制器17在正常的道路方式操作时，方向盘27由汽车司机的转动使滑阀31相对于套筒阀33移动。此滑阀31相对于套筒阀33的移动打开一个主流体通路，由53表示，其提供从入口15穿过流体量计43到控制流体口21的连通。主流体通路53包括一系列流量控制口，并且在主实施例中，一些是固定的口，一些是可变的口(即，流过开口的面积与滑阀31和套筒阀33的位移成正比)。这些开口对于本领域的技术人员是公知的，不是本发明的自身必要特征，因此不进行详细描述。这些流量控制口由A1；A2；A3；A4；A5表示。应当注意在图1中，A5口实际上不是主流体通路53的一部分，而是在转向缸19的“返回”一侧的控制流体口23与返回口25之间连通的返回通路的一部分。因此，这里的和权利要求中的“主流体通路”应当理解为包括或者由图1中“53”表示的通路，或者通路53加上从口23到返回口25之间的返回通路。
根据主实施例的一个重要特征，流体控制器17的形式最好是，具有与主流体通路53平行的一个放大流体通路55，其包括一个可变的放大口57。这在本领域技术人员是公知的，根据上面引用的美国专利4,759,182的教导，放大流体通路55和可变的放大口57主要由滑阀31和套筒阀33限定。虽然对于本发明不是必要的，放大流体通路55与主流体通路53连通(从那里接收流体)，刚好在主流量控制口A1的下游，并且然后在流量控制口A4的上游与主流体通路53相连通(流入其中)。放大流体通路55的主要目的是“放大”流经流量计43中及其所允许的流量，即连通一个比流量计43大的总流量到转向缸19。
参照图2,3,4，选择器阀部分41包括一个选择器阀壳体61，在壳体61的任一轴向端的一个垫板63。设置在邻近孔板37的垫板63在下文作前垫板，设置在邻近流量计43的垫板63在下文作后垫板。最好是，两个垫板63基本上相同，因此降低控制器的总的件数，并且简化其组装。流体控制器领域的技术人员应当明白，各计量通道35和孔39在传统的流体控制器中应当与的流体腔49对正。选择器阀部分41设置在孔板37和流量计43之间，物理地和在液流关系上。因此，垫板63的作用是“传送”流体，从计量通道35和孔37径向向内地传送到选择器阀组件(下面描述)，然后从选择器阀组件径向向外到腔49。
主要参照图4，各垫板限定多个通孔65，并且一个有角度的凹槽67与各孔65连通，其形成垫板63的轴向端面69。前垫板63具有各凹槽67的径向外端与相应的孔39连通，而后垫板63具有各凹槽67的径向外端与相应的腔49连通。
主要参照图3，其中驱动轴51从图中省略，选择器阀壳体61限定一个通常是圆柱形的阀腔71，一个可转动的、通常是圆柱形的选择器阀73设置在腔71中。由选择器阀73完成的阀组件动作将在下面详细描述。选择器阀壳体61还限定一个横向孔75，孔75的左端设置有一个配件77，孔75的右端设置有一个配件79。这在液压控制领域的技术人员是公知的，配件77和79在图1中示出，作为液压装置，选择器阀73在其两个分离的操作位置之间被引导或者移动，下面作详细描述。一对引导活塞81和83设置在横向孔75内，并且一个杆件85轴向地设置在活塞81和83之间，接收在选择器阀73中形成的孔87中(见图2)。
因此，当引导压力从配件77连通，从配件79排放时，引导活塞81移动到右位，图3示出的位置。然后，如果配件77中的引导压力被排放，并且一个引导压力从配件79连通，则引导活塞83将从图3所示的位置偏置，使选择器阀73从图3所示的位置逆时针转动20°。
主要参照图2和3，选择器阀73限定多个轴向孔91，轴向孔91的个数与腔49的个数相同，还与各垫板63中的通孔65和凹槽67的个数相同。邻近各轴向孔91，选择器阀73的前端面限定一个浅的径向凹槽93。当选择器阀73在图3所示的转动位置时，各凹槽93与形成在选择器阀壳体61的前轴向表面上的浅的径向凹槽95连通。径向凹槽95各与环形腔97连通，下面描述其作用。
操作当汽车司机希望在正常道路方式使汽车转向时，有必要将引导压力引导通过配件79，使选择器阀73从图3所示的位置逆时针转动，使得各轴向孔91逆时针移动到图3所示的由相邻的凹槽93的径向内端占据的位置。选择器阀73的该位置于图1所示的位置，用“R”表示。通过比较上面结合图4描述的，选择器阀73的移动位置，可以看出，在正常的道路方式，前垫板63中的各通孔65与其相应的轴向孔91连通。同时，各孔91也与后垫板63中的相应的通孔65连通。
因此，当选择器阀73从图3位置移动到正常的道路方式时，未计量的流体连通通过某计量通路35，通过轴向孔91，连通到膨胀腔49，而同时，计量的流体从收缩腔49连通相应的轴向孔91，连通到另外的计量通路35。应当明白，在道路方式，本发明的流体控制器17的操作如同整个选择器阀部分41取消了，流量计43设置在紧邻板37处。
这是本领域技术人员应当明白的，在正常转向方式“R”，偏转角度是指滑阀31和套筒阀33之间的位移，其是方向盘27的转动率的作用。其可以在图1中看出，在正常的道路操作方式，流体流经主流体通路53，以任何传统的流体控制器相同的方式。同时，有流经放大的流体通道55的流体，使得到转向缸19的总流量是在通路53和55的总和，这是流体控制领域已知的。
当汽车司机希望在工作方式转向时，有必要将引导压力引导通过配件77，使选择器阀73从前面所述的位置顺时针转动，回到图3所示的工作方式位置，即图1中的“W”位置。当选择器阀73在工作方式位置时，前垫板63中的各通孔65与其相应的径向凹槽93连通，并且继而，各凹槽93通过其相应的径向凹槽95与环形腔97连通。注意在图1中，环形腔97被示出为环绕流量计43的旁路。
当选择器阀73在工作方式图3的位置“W”时，各轴向孔91不与前后垫板63的相应的通孔65连通，使得轴向孔91的流体简单地被圈闭在其中。同时，流经后垫板63中的各通孔65的流体被邻近的选择器阀73的轴向端面阻断。当流体控制器操作在工作方式时，各腔49中的流体以及后垫板63中的凹槽67中的流体被圈闭。其结果是，星件47不啮合在其正常的转动运动，而是被有效地“流体锁住”，保持静止。因此，没有随动运动由驱动轴51从星件47传递到随动阀件33。
因此，当流体控制器17在工作方式“W”操作时，各流量控制孔A1至A5的大小只由方向盘27偏离中间位置的角度决定。本领域的技术人员应当明白，在方式“R”或“W”时需要同样的力矩转动方向盘27，但是当在工作方式操作时，需要方向盘移动的量少得多，如图6所示，因为没有任何随动运动回到随动阀件33。而是，该装置操作的方式是没有流量计的所谓的“猛拉转向”控制器，其中方向盘的转动只打开阀组件孔A1至A5。
举例并参照图6，在本发明的主实施例中，当流体控制器在工作方式“W”方向盘位移约50°，导致与当流体控制器在道路方式时，方向盘转动约120rpm，保持滑阀31相对于套筒阀33偏转50°时，对转向缸19约同样的流速(图6中100％最大可能的流量)。因此对于一个典型的现有技术的具有四转(从一极限位置至另一极限位置)的流体控制器，司机必须从中间位置转动方向盘两转(720°)，并且在高速转动(120rpm)，每次需要在工地需要作较大的转向校正。但是，由于本发明的装置，司机只转动方向盘一个等于所需的滑阀与套筒阀的偏转的角度(例，50°)，并且保持方向盘在该位置直到所需的转向缸19的移动已经发生，然后放松方向盘，允许其在对中弹簧的作用下再对中，在上面引用的专利中已示出。
本领域的技术人员应当明白，在任何方式的操作中，转动方向盘所需的力矩是同样的，因为转动方向盘的力矩是对中弹簧的弹簧刚度的作用。但是由于本发明，操作在工作方式“W”，不需要司机很疲乏，并且因此操作效率高。司机的省力可以从图6中看出，其是最大流的百分比与在一秒钟内完成特定流的方向盘转动(角度)的曲线图。图6的意义是表示，司机操作在工作方式“W”与道路方式“R”比较所省的力。在图6中，各曲线下的面积表示司机达到特定流在一秒钟内所需的转向力。
对本发明已作了详细描述，相信通过阅读和理解说明书，本发明的各种转换和改变对于本领域技术人员是明显的。所有这样的改变和转换包括在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1．一种流体控制器(17)，可操作以控制流体从压力流体源(11)到流体压力操作装置(19)的流量；所述的控制器(17)包括一个壳体装置(29)，其限定一个用于连接所述流体源(11)的入口孔(15)，和用于连接所述流体压力操作装置(19)的第一(21)和第二(23)控制流体孔；控制器阀装置(31,33)设置在所述壳体装置(29)中并且限定一个中间位置，和至少一个操作位置(图1)，其中所述壳体装置和所述控制器阀装置合作限定一个主流体通路(53)，提供从所述入口孔(15)到所述第一控制流体孔(21)的流体连通，还包括流体致动装置(43)，用来在所述控制阀装置(31,33)处于所述操作位置时，传递运动到所述的控制阀装置(33)，通常与流经所述主流体通路(53)的量成正比，所述流体致动装置(43)包括一个可转动的测量件(47)，提供所述随动运动；其特征在于(a)选择器阀装置(41,73)串联地设置在所述的主流体通路(53)中，在所述流体入口孔(15)与所述流体致动装置(43)之间，并且可在第一位置(图1中的“R”)操作，允许正常流动流经所述主流体通路(53)；和(b)所述选择器阀装置(41,73)可操作在第二位置(图1,2,3中的“W”)，以阻断流经所述流体致动装置(43)的流体，使所述流体致动装置(43)旁路(97)，因此允许流经所述主流体通路(53)，防止所述随动运动到所述控制器阀装置(31,33)。
2．如权利要求1的流体控制器(17)，其特征在于所述控制器阀装置包括一个主要的可转动的阀件(31)和一个相对转动的随动阀件(33)，所述控制器阀装置通过所述主阀件(31)相对于所述随动阀件(33)的转动限定所述主流体通路(53)。
3．如权利要求2的流体控制器(17)，其特征在于所述壳体装置(29)结合所述控制器阀装置(31,33)，限定一个放大的流体通路(55)，其包括一个可变的放大孔(57)，根据所述主阀件(31)相对于所述随动阀件(33)的转动，所述可变的放大孔(57)在最小流动面积与最大流动面积之间是可变的。
4．如权利要求3的流体控制器(17)，其特征在于所述放大的流体通路(55)与所述主流体通路(53)的所述流体致动装置(43)的上游相连通，从那里接收流体，而且与所述主流体通路(53)的所述流体致动装置(43)的下游相连通，向那里导入流体。
5．如权利要求1的流体控制器(17)，其特征在于所述流体致动装置(43)包括一个内部有齿的环件(45)，和偏心地设置在其内的包括所述可转动测量件的一个外部有齿的星件(47)。
6．如权利要求1的流体控制器(17)，其特征在于所述选择器阀装置(41,73)可在第二位置(图3)操作，提供直接的相对不受限制的所述主流体通路(53)的流体连通，液体致动装置(43)的上游与主流体通路(53)，在液体致动装置(43)的下游。
7．如权利要求5的流体控制器(17)，其特征在于所述选择器阀装置(41,73)实际上位于所述控制器阀装置(31,33)和所述液体致动装置(43)的所述环件(45)与所述星件(47)之间。
8．如权利要求1的流体控制器(17)，其特征在于所述选择器阀装置(41)包括一个可转动的选择器阀(73)，其包括液体压力致动装置(81,83,85),用来使所述选择器阀(73)响应一个引导压力而连通到第一(79)和第二(77)位，在所述第一(图1的“R”)和第二(图1的“W”)位置之间转动。
全文摘要
一种流体控制器(17),控制到转向缸(19)的流量,其改进包括一个选择器阀组件(41,73),具有两个操作位置。在第一操作位置(图1中的“R”),选择器阀(73)允许液体以正常方式流经主液体通路(53),这将用于汽车的“道路”方式。在第二操作位置(图1和3中的“W”)上,选择器阀(73)阻止通过向控制阀件(31,33)正常提供随动运动(51)的流量计(43)的流体流,并且在“工作”方式中与流量计并联。因此,只将方向盘(27)转动一个对应于控制阀件(31,33)的所需的偏转,不需要正常转向时所需的方向盘的连续转动,即可以达到正常的流量。
文档编号B62D5/06GK1323709SQ01117908
公开日2001年11月28日 申请日期2001年5月11日 优先权日2000年5月12日
发明者威廉·J·诺瓦切克, 阿伦·W·史密斯 申请人:尹顿公司