汽车及其转向助力缸、转向助力缸检测系统和转向系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种汽车及其转向助力缸、转向助力缸检测系统和转向系统，该转向助力缸包括缸体（1）、设置在该缸体（1）之内的活塞（2）和与该活塞（2）连接在一起的活塞杆（3），其中，活塞杆（3）之中设置有沿轴向方向延伸的空腔，在该空腔内设置有波导管（31），该波导管（31）的外端部处设置有脉冲发射器（4），在缸体（1）的外端部处设置有磁铁（5）。通过上述技术方案，在转向助力缸中集成有活塞杆伸出长度的检测装置，使得转向助力缸和检测装置模块化一体设计，使得测量转向角度的结构大大简化，有利于系统的总体布置。并且本实用新型的测量装置稳定可靠，降低了由于利用复杂的测量装置结构而导致故障的发生概率。
【专利说明】汽车及其转向助力缸、转向助力缸检测系统和转向系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及汽车转向领域，具体地，涉及一种转向助力缸、转向助力缸检测系统、汽车的转向系统和汽车。
【背景技术】
[0002]大型车辆由于体型较大，在转向的过程中，如果采用小型车量普遍应用的前桥作为转向桥的方式往往无法适应于庞大的车身结构，因此通常具有多个转向桥。
[0003]相应地，在汽车的转向助力系统中，尤其是大型车辆的转向助力系统中，除了转向助力器之外，还在转向桥上设置转向助力缸，该转向助力缸与转向助力器相连通，从而起到转向执行机构的作用。
[0004]转向助力缸包括缸体以及相互连接的活塞和活塞杆,活塞杆相对于缸体的伸长量与该车桥的转向角度相对应，因此现有的转向系统中，通常会对助力缸的活塞杆的伸出长度信号进行检测，该信号有时会作为系统控制的主要参数信号。
[0005]目前，转向助力缸的活塞杆相对于缸体的伸长量通常利用连杆机构和角度传感器进行测量，布置空间需求较大、结构复杂、故障率高、集成度差。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种转向助力缸，该转向助力缸能够检测活塞杆相对于缸体的伸长量。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型提供一种转向助力缸，该转向助力缸包括缸体、设置在该缸体之内的活塞和与该活塞连接在一起的活塞杆，其中，所述活塞杆之中设置有沿轴向方向延伸的空腔，在该空腔内设置有波导管，该波导管的外端部处设置有脉冲发射器和机械波检测器，该机械波检测器与处理器电连接，在所述缸体的外端部处设置有磁铁。
[0008]优选地，所述磁铁为环状件，所述磁铁的环状外周面固定地设置在所述缸体外端部的密封衬套的内壁上，所述活塞杆穿过所述磁铁的环状中心孔设置并能够相对于所述磁铁运动。
[0009]优选地，所述活塞杆的外端部设置有球头连接件。
[0010]优选地，所述转向助力缸还包括具有弹性的可伸缩的密封套，该密封套的一端连接在所述缸体的外端部的外壁上，另一端连接在所述活塞杆的外端部的外壁上。
[0011]本实用新型的另一个目的是提供一种转向助力缸检测系统，其中，该转向助力缸检测系统包括转向助力缸，该转向助力缸为根据本实用新型所述的转向助力缸，
[0012]所述脉冲发射器能够发射脉冲波；
[0013]所述机械波检测器能够检测所述脉冲发射器发射的脉冲在所述波导管中传递到所述磁铁处产生的机械波，并将该机械波传送到所述处理器；
[0014]所述处理器用于储存所述机械波的速度值以及计算从所述脉冲发射器发射的脉冲波到所述机械波检测器接收到机械波所用的时间，并根据该时间值和机械波波速值计算所述活塞杆相对于所述缸体的伸出长度。
[0015]本实用新型的另一个目的是提供一种汽车的转向系统，该转向系统包括至少两个转向桥，其中，至少一个所述转向桥上设置有根据本实用新型所述的转向助力缸检测系统。
[0016]优选地，所述转向系统还包括相互连接的控制器和执行器，该控制器与所述转向助力缸检测系统的处理器连接，该执行器分别设置在各个所述转向桥上，
[0017]所述处理器还能将计算出的所述活塞杆相对于所述缸体的伸出长度传送到控制器；
[0018]所述控制器用于根据所述活塞杆相对于所述缸体的伸出长度计算对各个所述转向桥的转向量控制信号，并将该转向量控制信号传送到所述执行器；
[0019]所述执行器用于根据相应的所述转向量控制信号控制相应的转向桥的转向量。
[0020]本实用新型的另一个目的是提供一种汽车，其中，该汽车包括本实用新型所述的转向系统。 [0021]通过上述技术方案，在转向助力缸中集成有活塞杆伸出长度的检测装置，使得转向助力缸和检测装置模块化一体设计，使得测量转向角度的结构大大简化，有利于系统的总体布置。并且本实用新型的测量装置稳定可靠，降低了由于利用复杂的测量装置而导致故障的发生概率。
[0022]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0024]图1是根据本实用新型优选实施方式的转向助力缸的示意图。
[0025]附图标记说明
[0026]I缸体2活塞
[0027]3活塞杆31波导管
[0028]4脉冲发射器 5磁铁
[0029]6机械波检测器7处理器
[0030]8密封套9球头连接件
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0032]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的词如“轴向方向”指转向助力缸的缸体和活塞杆所共同的轴向方向，“内、外”是指以活塞杆伸出缸体为“外”，以活塞杆缩回到缸体内为“内”。
[0033]本实用新型提供一种转向助力缸，该转向助力缸包括缸体1、设置在该缸体I之内的活塞2和与该活塞2连接在一起的活塞杆3，其中，所述活塞杆3之中设置有沿轴向方向延伸的空腔，在该空腔内设置有波导管31，该波导管31的外端部处设置有脉冲发射器4和机械波检测器6，该机械波检测器6与处理器7电连接，在所述缸体I的外端部处设置有磁铁5。
[0034]在本实用新型的转向助力缸中，该转向助力缸的活塞杆3中设置有沿轴向方向延伸的空腔。该空腔可以设置为从活塞杆的一端延伸至另一端，更优选地，该空腔可以设置为与活塞杆3共中心轴线。
[0035]在该空腔内设置有波导管31该波导管31的外端部处设置有脉冲发射器4，该波导管31设置为特殊的磁致伸缩材料制成，或者在活塞杆3的空腔的内壁上涂敷一层特殊的磁致伸缩材料以形成该波导管31，在缸体I的外端部设置有磁铁5。也就是说，当本实用新型的转向助力缸的活塞杆3相对于缸体I发生伸缩的过程中，活塞杆3的外端部相对于缸体I的外端部之间的距离，即为活塞杆3伸出的长度。
[0036]在本实用新型的转向助力缸的测量过程中，首先由脉冲发射器4产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管31内沿轴向方向传输，从而在波导管31外产生一个圆周磁场，当该圆周磁场和磁铁5产生的磁场相叠加时，由于磁致伸缩作用，波导管31内会产生一个应变机械波，该应变机械波以固定的声速传输，再利用设置在波导管31的外端部的机械波检测器6来检测该机械波，并且机械波检测器6将接收到的机械波信号转换成电信号传送到与之相互电连接的处理器7，从而就可以通过处理器7来计算活塞杆3相对于缸体I伸出的长度。具体计算方法将在下文进行详细介绍。
[0037]通过上述技术方案，在转向助力缸中集成有活塞杆伸出长度的检测装置，使得转向助力缸和检测装置模块化一体设计，使得测量转向角度的结构大大简化，有利于系统的总体布置。并且本实用新型的测量装置稳定可靠，降低了由于利用复杂的测量装置而导致故障的发生概率。
[0038]优选地，所述磁铁5为环状件，所述磁铁5的环状外周面固定地设置在所述缸体I外端部的密封衬套的内壁上，所述活塞杆3穿过所述磁铁的环状中心孔设置并能够相对于所述磁铁5运动。
[0039]在本优选实施方式中，为了使得磁铁5产生的磁场与脉冲发生器4发射的电流脉冲所产生的磁场更充分地相叠加，该磁铁5设置为环状件，且该磁铁5的环状外周面固定地设置在缸体I的外端部的密封衬套的内壁上，活塞杆3穿过磁铁的环状中心孔设置。也就是说设置为环状件的磁铁5套在活塞杆3的外面并且固定在缸体I上，从而使得活塞杆3能够相对于磁铁5运动。
[0040]优选地，所述活塞杆3的外端部设置有球头连接件9。
[0041]本实用新型的转向助力缸的两端分别与车桥和/或车架相连。在本优选实施方式中，活塞杆3的外端部设置有球头连接件9，该球头连接件9与车桥和/或车架相连。由于活塞杆3内设置的空腔优选为贯穿该活塞杆3，因此该球头连接件9优选为在活塞杆3的外端部处将该空腔封闭。
[0042]优选地，所述转向助力缸还包括具有弹性的可伸缩的密封套8，该密封套8的一端连接在所述缸体I的外端部的外壁上，另一端连接在所述活塞杆3的外端部的外壁上。
[0043]在本优选实施方式中，转向助力缸的活塞杆3和缸体I之间还连接有密封套8，该密封套8为可伸缩的结构，该密封套8的一端连接在缸体I的外端部的外壁上，另一端连接在活塞杆3的外端部的外壁上。这样，在活塞杆3相对于缸体I伸缩的过程中，密封套8可以随之伸缩并始终保持与活塞杆3和缸体I连接，从而起到密封的作用，防止灰尘或杂质进入到活塞杆3和缸体I之间，同时保护处理器不被污染，避免影响转向助力缸的工作。
[0044]需要说明的是，本实用新型的转向助力缸是将磁致伸缩传感器的主要部件集成到转向助力缸中而构成的新的转向助力缸，是一种结构上的巧妙集成和改进，对于本实用新型的转向助力缸实现具体的测量和应用如下所述。
[0045]本实用新型还提供一种转向助力缸检测系统，其中，该转向助力缸检测系统包括转向助力缸，该转向助力缸为根据本实用新型所述的转向助力缸，
[0046]所述脉冲发射器4能够发射脉冲波；
[0047]所述机械波检测器6能够检测所述脉冲发射器4发射的脉冲在所述波导管31中传递到所述磁铁5处产生的机械波，并将该机械波传的电信号送到所述处理器7 ；
[0048]所述处理器7用于接收机械波的电信号以及计算从所述脉冲发射器4发射的脉冲波到所述机械波检测器6接收到机械波所用的时间，并根据该时间值和机械波波速值计算所述活塞杆3相对于所述缸体I的伸出长度。
[0049]本实用新型的转向助力缸检测系统用于本实用新型上述的转向助力缸。
[0050]根据上文所介绍的本实用新型的转向助力缸的结构和工作原理，本实用新型的转向助力缸检测系统能够对活塞杆3相对于缸体I的伸出长度进行检测。
[0051]其中，脉冲发射器4产生电流脉冲,该电流脉冲在波导管31内沿轴向方向传输，从而在波导管31外产生一个圆周磁场，当该圆周磁场和磁铁5产生的磁场相叠加时，由于磁致伸缩作用，波导管31内会产生一个应变机械波，该应变机械波以固定的声速传输，再利用设置在脉冲发射器4附近的机械波检测器6来检测该机械波，并且机械波检测器6将接收到的机械波信号转换成电信号传送到与之相互电连接的处理器7，从而就可以通过处理器7来计算活塞杆3相对于缸体I伸出的长度。
[0052]具体地，该处理器7储存有机械波的波速值，通常地，该机械波的波速值与同一传播介质中的声速值相等。由于脉冲发射器4所发射的脉冲波以光速传播，因此可以将脉冲波从脉冲发射器4到磁铁5处的时间忽略不计。因此，在脉冲发射器4发射脉冲波开始计时，当机械波检测器6接收到机械波(机械波检测器6将机械波的电信号传送到处理器7)为止停止计时，认为该段时间为机械波从缸体I外端部的磁铁5到达活塞杆3的外端部的机械波检测器6所用的时间，通过该时间与机械波波速相乘即可计算出活塞杆3相对于缸体I伸出的长度。
[0053]本实用新型还提供一种汽车的转向系统，该转向系统包括至少两个转向桥，其中，至少一个所述转向桥上设置有根据本实用新型所述的转向助力缸检测系统。
[0054]在目前的汽车上，尤其是大型车辆上，通常包括有两个或两个以上的转向桥，其中至少一个所述转向桥上可以设置有本实用新型的转向助力缸检测系统。
[0055]优选地，所述转向系统还包括相互连接的控制器和执行器，该控制器与所述转向助力缸检测系统的处理器连接，该执行器分别设置在各个所述转向桥上，
[0056]所述处理器还能将计算出的所述活塞杆3相对于所述缸体I的伸出长度传送到控制器；
[0057]所述控制器用于根据所述活塞杆3相对于所述缸体I的伸出长度计算对各个所述转向桥的转向量控制信号，并将该转向量控制信号传送到所述执行器；
[0058]所述执行器用于根据相应的所述转向量控制信号控制相应的转向桥的转向量。[0059]在具有两个或两个以上的转向桥的车辆中，为了更好地控制车辆整体的转弯，通常对于每个转向桥的转向角数值都有一个优选地控制方案，转向角数值通常通过活塞杆3相对于缸体I的伸出长度来体现，例如当车辆由前至后的第一转向桥的转向角度数值为某一值时，第二转向桥的转向角数值为呈一定比例的或相应的另一值，依此类推，各个转向桥保持相对应的转向角数值能够保证车辆在最佳的转弯姿态。
[0060]在本优选实施方式的转向系统中，还包括控制器和执行器，该控制器用于接收转向助力缸检测系统的处理器所计算出的活塞杆3相对于缸体I的伸出长度，并且该控制器用于根据车辆的各个转向桥的转弯量的最佳控制方案，反馈地调整各个转向桥的转弯量，即各个转向桥的转向助力缸的活塞杆3相对于缸体I的伸出长度。
[0061]需要说明的是，根据车辆的体积和尺寸，在车辆的转弯过程中，为了使得转弯更加安全平稳，各个转向桥的转向量之间有一定的关系，例如车辆由前至后的各个转向桥的转向角数值之间成一定的比例设置。当驾驶员根据实际路况旋转方向盘以给转向器一个相应的转向角数值信号时，带动相应的转向桥产生一定的转向量，控制器根据该转向桥的转向量信号计算其他转向桥的相应的最优的转向角数值，并通过执行器相应地反馈到各个相应的转向桥，即反馈地控制各个相应的转向桥的转向助力缸的活塞杆3相对于缸体I伸出的长度。
[0062]本实用新型还提供一种汽车，其中，该汽车包括本实用新型的转向系统。
[0063]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0064]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.一种转向助力缸，该转向助力缸包括缸体(I)、设置在该缸体(I)之内的活塞(2 )和与该活塞(2)连接在一起的活塞杆(3)，其特征在于，所述活塞杆(3)之中设置有沿轴向方向延伸的空腔，在该空腔内设置有波导管(31)，该波导管(31)的外端部处设置有脉冲发射器(4 )和机械波检测器(6 )，该机械波检测器(6 )与处理器(7 )电连接，在所述缸体(I)的外端部处设置有磁铁(5)。
2.根据权利要求1所述的转向助力缸，其特征在于，所述磁铁(5)为环状件，所述磁铁(5)的环状外周面固定地设置在所述缸体(I)外端部的密封衬套的内壁上，所述活塞杆(3)穿过所述磁铁的环状中心孔设置并能够相对于所述磁铁(5)运动。
3.根据权利要求1所述的转向助力缸，其特征在于，所述活塞杆(3)的外端部设置有球头连接件(9)。
4.根据权利要求1所述的转向助力缸，其特征在于，所述转向助力缸还包括具有弹性的可伸缩的密封套(8)，该密封套的一端连接在所述缸体(I)的外端部的外壁上，另一端连接在所述活塞杆(3)的外端部的外壁上。
5.一种转向助力缸检测系统，其特征在于，该转向助力缸检测系统包括转向助力缸，该转向助力缸为根据权利要求1-4中任意一项所述的转向助力缸， 所述脉冲发射器(4)能够发射脉冲波； 所述机械波检测器(6)能够检测所述脉冲发射器(4)发射的脉冲在所述波导管(31)中传递到所述磁铁(5)处产生的机械波，并将该机械波转换成电信号传送到所述处理器； 所述处理器用于接收机械波的电信号储存所述机械波的速度值以及计算从所述脉冲发射器(4)发射的脉冲波到所述机械波检测器(6)接收到机械波所用的时间，并根据该时间值和机械波波速值计算所述活塞杆(3)相对于所述缸体(I)的伸出长度。
6.一种汽车的转向系统，该转向系统包括至少两个转向桥，其特征在于，至少一个所述转向桥上设置有根据权利要求5所述的转向助力缸检测系统。
7.根据权利要求6所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统还包括相互连接的控制器和执行器，该控制器与所述转向助力缸检测系统的处理器连接，该执行器分别设置在各个所述转向桥上， 所述处理器还能将计算出的所述活塞杆(3)相对于所述缸体(I)的伸出长度传送到控制器； 所述控制器用于根据所述活塞杆(3 )相对于所述缸体(I)的伸出长度计算对各个所述转向桥的转向量控制信号，并将该转向量控制信号传送到所述执行器； 所述执行器用于根据相应的所述转向量控制信号控制相应的转向桥的转向量。
8.一种汽车，其特征在于，该汽车包括上述权利要求6或7的转向系统。
【文档编号】F15B15/20GK203651882SQ201320833242
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】肖宏, 刘知汉 申请人:北汽福田汽车股份有限公司