具有磁轉矩疊加的轉向系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有磁轉矩疊加的轉向系統(tǒng)
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于并要求于2013年10月21日提交并且名為“Steering System withMagnetic Torque Overlay (具有磁轉矩疊加的轉向系統(tǒng))”的美國第61/893554號專利申請的申請日的權益，其通過參考而整體合并于此。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及一種車輛的轉向系統(tǒng)，并且特別是具有可變效力轉向的這種系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]在機動車輛中，例如，“牽引”狀態(tài)會發(fā)生，使得車輛駕駛員必須向其轉向系統(tǒng)輸入轉矩來保持直線路徑。該狀態(tài)可由車輛、道路和/或天氣條件(例如橫向風，其需要用于轉向系統(tǒng)的力來克服)或轉向系統(tǒng)中的失衡(例如，如果閥被平衡在“空”位置且扭桿在中間，但是滑閥在轉向系統(tǒng)中產生壓力)而導致?？傊枰{駛員輸入轉矩校正。
[0005]在轉向系統(tǒng)中，再循環(huán)球轉向齒輪可基于來自駕駛員的輸入而使用開放-中心-旋轉閥來將液壓流體送至齒輪的活塞的任一側。然而，一些系統(tǒng)可能不具有任何能力來執(zhí)行額外的“性能”特征或功能，例如停車輔助、車道保持、引導和牽引補償、駕駛員警示、主動歸中(retum-to-center)、主動阻尼或穩(wěn)定性控制輔助。
[0006]同樣，電動力轉向系統(tǒng)或液壓齒條-小齒輪轉向系統(tǒng)可能不具有足夠的輸出來執(zhí)行駐車輔助或可能不能被封裝在車輛中。磁致動器可用于獨立于駕駛員的輸入而向轉向系統(tǒng)的液壓閥施加轉矩。這種使用允許轉向系統(tǒng)執(zhí)行例如引導和牽引補償、主動歸中和主動阻尼。
[0007]然而，為了執(zhí)行停車輔助，可能需要增加磁致動器的尺寸，使得在轉向系統(tǒng)中產生足夠量的轉矩來產生完全的液壓輔助。因此，磁致動器可能難以封裝在車輛中。
[0008]因此，期望提供一種車輛的轉向系統(tǒng)，其具有執(zhí)行額外的“性能”特征的能力。更特別地，期望提供液壓輔助的動力轉向系統(tǒng)，其具有足夠的輸出且可被封裝在車輛中。

【發(fā)明內容】

[0009]依照本發(fā)明的非限制性示例性實施方式，提供車輛的具有磁轉矩疊加的轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括液壓閥和差壓轉換器，其監(jiān)測液壓閥由于車輛的駕駛員在車輛方向盤上在不同方向中施加的轉矩而產生的壓力。轉換器緊固至再循環(huán)球轉向齒輪。磁致動器產生對于操縱方向盤來說從再循環(huán)球轉向齒輪需要的轉矩的輸出并且獨立于駕駛員的輸入而施加轉矩至液壓閥。至少一個永磁體定位成接近磁致動器。控制模塊計算適當量的電流并且將其發(fā)送至磁致動器以產生輸出轉矩。轉矩以獨立于駕駛員輸入通過壓力監(jiān)測以及從車輛到控制模塊中的輸入在任一方向上增加至轉向系統(tǒng)或從轉向系統(tǒng)減去。
[0010]通過改變磁致動器的尺寸，轉向系統(tǒng)能夠允許停車輔助以及車道保持、引導和牽引補償、駕駛員警示、主動歸中、主動阻尼和穩(wěn)定性控制輔助。此外，轉向系統(tǒng)液壓地輔助用于動力轉向、具有足夠的輸出、且可被封裝在車輛中。此外，磁致動器可以是非常緊湊的，且尺寸小于現有的電磁致動器。此外，磁致動器可相當容易地制造，結合較小的尺寸，其使得磁致動器較為低廉地制造。
【附圖說明】
[0011]被認為發(fā)明的主題在本說明書的結論處的權利要求中特別指出且清楚地主張。本發(fā)明的前述和其它特征以及優(yōu)點從下面結合其附圖對本發(fā)明的非限制性示例性實施方式的詳細描述中顯見，在附圖中:
[0012]附圖1是示出依照本發(fā)明的具有磁轉矩疊加(MTO)的車輛轉向系統(tǒng)的非限制性示例性實施方式的截切圖；
[0013]附圖2是示出附圖1所示的轉向系統(tǒng)的組件的非限制性示例性實施方式的透視圖；以及
[0014]附圖3是示出附圖2所示的組件的一部分的透視圖。
【具體實施方式】
[0015]機動車輛的動力轉向系統(tǒng)設計成提供適當的液壓或電力轉向輔助，以允許車輛駕駛員完成車輛的轉向。駕駛員通過手動方向盤(另外已知為手動輪)施加轉向輸入，其旋轉地連接至第一軸，第一軸旋轉地連接至第二軸，第二軸繼而連接至轉向機構。第一和第二軸通過順應性元件例如扭桿而彼此地傳遞轉矩地連接。扭桿允許第一軸相對于第二軸旋轉預定角度(例如，+/-12度)。機械止擋件防止進一步的旋轉。施加至轉向機構的轉向輔助的量根據扭轉應變或扭桿中的運動的程度來確定。
[0016]非限制性示例性動力轉向系統(tǒng)是液壓“可變效力”轉向(VES)系統(tǒng)，其包括轉向齒輪，其具有比例控制閥和磁致動器，用于改變扭桿的有效順應性。比例控制閥具有連接至手動方向盤的滑閥、連接至車輛的可轉向輪的閥體、以及位于滑閥和閥體之間的扭桿。節(jié)流孔位于閥體和滑閥之間以當滑閥通過方向盤處的手動努力而相對于閥體從中間位置旋轉時調節(jié)轉向輔助的增壓壓力。結果，引起扭桿中的對中轉矩以實現駕駛員在方向盤上的觸覺響應。磁致動器包括圍繞附接至滑閥的環(huán)布置的至少一個永磁體。磁致動器還包括極件，其附接至閥體且具有極齒和磁耦接至極齒的勵磁線圈。極件可與閥體作為單元旋轉。某些極齒通過非磁性部分彼此連接，使得它們彼此磁性地去耦。電流可被應用至線圈以引起極件和環(huán)之間的電磁轉矩，并因此取決于電流流經線圈的方向而增加或降低扭桿的有效轉矩。
[0017]旋轉圍繞復合殼體的軸線。與小齒輪頭合作的齒條桿被支撐在殼體上，用于響應小齒輪頭的旋轉而垂直于所述軸線的自身運動。齒條桿的端部以常規(guī)方式連接至輪。
[0018]轉向齒輪的管狀短軸(stub)或卷軸在其開口端處突出到殼體。比例控制閥布置在殼體內且包括卷軸內的扭桿。扭桿限定內側端，其突出超過卷軸的相應內側端且力安裝在小齒輪頭中。扭桿限定外側端，其在其外側端處剛性地連接至卷軸。
[0019]卷軸的外側端連接至方向盤，用于隨其作為單元旋轉。卷軸支撐在殼體上，用于獨立于小齒輪頭而圍繞軸線旋轉。小齒輪頭和卷軸之間的相對角運動被允許。
[0020]磁轉向系統(tǒng)(磁轉向器Magnasteer)是VES系統(tǒng)，其使用磁致動器來改變閥的扭轉剛度來改變致動、效力(effort)或轉矩?？刂颇K確定應用至磁致動器的線圈的電流的大小和方向來根據車輛的速度改變轉矩。磁致動器設計成改進其穩(wěn)健性和效率以獲得所需轉矩。
[0021]依照非限制性示例性實施方式，磁轉矩覆蓋(通常表示為“MTO”)是已經開發(fā)來實現先進的轉向特征或功能一一例如主動歸中、引導和牽引補償、車道保持和停車輔助的系統(tǒng)。MTO修改磁轉向器以提供產生用于先進的轉向功能的輔助的能力，而無需車輛駕駛員的轉矩。MTO使用磁來輔助或抵抗轉向輸入。
[0022]現在參考附圖，參考其具體示例性實施方式在下面描述且在附圖中示出發(fā)明但不是對其進行限制。更具體地，附圖1示出依照本發(fā)明的具有MTO的轉向系統(tǒng)的非限制性示例性實施方式，大體標示為10。附圖2和3示出球螺母組件的非限制性示例性實施方式，大體標示為12，其形成轉向系統(tǒng)10的一部分。
[0023]在實施方式中，組件12包括磁致動器，大體在附圖2和3中標示為14。磁致動器14改變扭桿(未示出)的有效對中轉矩來改變實現對于在方向盤處施加的給定手動轉向輸入的轉向輔助的水平(也就是，轉向輔助增壓壓力)。繼而，磁致動器14由大的靜止激勵電磁線圈16(附圖1)、恰位于線圈16上方的內電磁極和外電磁極18(附圖1和3)、和位于極18的中間的至少一個永磁體組件20(附圖1和3)制成。轉向系統(tǒng)10包括閥殼體22(附圖1和2)。線圈16、極18、永磁體組件20和閥殼體22限定磁組件。車輛方向盤(未示出)的感覺和因此車輛駕駛員的轉向通過極18的強度和極性的改變而改變，極18的強度和極性的改變繼而由到線圈16的電流的脈寬和方向的改變而控制。
[0024]磁致動器14和極18包括適于在施加電流時傳導磁通量的磁性材料。這些磁性材料的示例包括但不限于軟磁鋼、粉末金屬、層狀硅或具有前述材料中的至少一者的任何組合。當期望產生磁場時電流流經線圈16。
[0025]永磁體組件20包括永磁材料?！坝馈贝挪牧铣尸F磁性，即使是當沒有施加電流的時候。在本文中合適的永磁材料的示例包括但不限于:合金，例如NdFeB、SmCo和AlNiCo ;復合材料，例如塑料中的AlNiCo ;以及具有前述材料中至少一者的任何組合。
[0026]如附圖1-3中至少一者所示，組件12還包括液壓閥24、卷軸26 (管狀短軸或輸入軸26)、輸出軸28 (連桿軸28)、轉向蝸桿30 (球螺桿30)以及右向和左向流體腔32、34。磁致動器14、液壓閥24、卷軸26、輸出軸28、轉向蝸桿30和流體腔32、34操作地彼此連接。
[0027]閥殼體22構造為容納磁致動器14和液壓閥24。更具體地，液壓閥24布置在閥殼體22的一部分內且包括卷軸26內的扭桿。扭桿剛性連接至且突出超過卷軸26的相應端。卷軸26被連接至方向盤以便隨其作為單元旋轉且被支撐用于旋轉。液壓閥24支撐在卷軸26上，用于獨立于卷軸26而旋轉?；y(未示出)限定在液壓閥24內的卷軸26上。
[0028]在實施方式的方面，閥殼體22是鑄鐵。然而，應意識到，閥殼體22可由限定出任何適當磁性和機械屬性的任何材料制得。
[0029]在線圈16中沒有電流的情況下，僅由于永磁體組件20引起的在永磁體組件20和極18之間的磁交互限定出極18的相對于永磁體組件20的多個中間或“空(null) ”位置。永磁體組件20和極18之間的電磁轉矩在在線圈16中沒有電流的情況下是隨機旋轉位置的函數。在“空”位置中，永磁體組件20和極18之間的靜力反應處于靜態(tài)平衡，使得永磁體組件20和極18之間由于永磁體20引起的靜轉矩反應為零