具有磁轉(zhuǎn)矩疊加的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有磁轉(zhuǎn)矩疊加的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
[0001]相關(guān)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(zhuǎn)矩疊加的轉(zhuǎn)向系統(tǒng))”的美國第61/893554號專利申請的申請日的權(quán)益，其通過參考而整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并且特別是具有可變效力轉(zhuǎn)向的這種系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]在機(jī)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(zhuǎn)向系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)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(fēng)，其需要用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力來克服)或轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)中產(chǎn)生壓力)而導(dǎo)致?？傊枰{駛員輸入轉(zhuǎn)矩校正。
[0005]在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，再循環(huán)球轉(zhuǎn)向齒輪可基于來自駕駛員的輸入而使用開放-中心-旋轉(zhuǎn)閥來將液壓流體送至齒輪的活塞的任一側(cè)。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(dǎo)和牽引補(bǔ)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(zhuǎn)向系統(tǒng)或液壓齒條-小齒輪轉(zhuǎn)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(dú)立于駕駛員的輸入而向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓閥施加轉(zhuǎn)矩。這種使用允許轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行例如引導(dǎo)和牽引補(bǔ)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(zhuǎn)向系統(tǒng)中產(chǎn)生足夠量的轉(zhuǎn)矩來產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)容】

[0009]依照本發(fā)明的非限制性示例性實(shí)施方式，提供車輛的具有磁轉(zhuǎn)矩疊加的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括液壓閥和差壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩而產(chǎn)生的壓力。轉(zhuǎn)換器緊固至再循環(huán)球轉(zhuǎn)向齒輪。磁致動器產(chǎn)生對于操縱方向盤來說從再循環(huán)球轉(zhuǎn)向齒輪需要的轉(zhuǎn)矩的輸出并且獨(dú)立于駕駛員的輸入而施加轉(zhuǎn)矩至液壓閥。至少一個(gè)永磁體定位成接近磁致動器?？刂颇K計(jì)算適當(dāng)量的電流并且將其發(fā)送至磁致動器以產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩以獨(dú)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(zhuǎn)向系統(tǒng)或從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減去。
[0010]通過改變磁致動器的尺寸，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠允許停車輔助以及車道保持、引導(dǎo)和牽引補(bǔ)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(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓地輔助用于動力轉(zhuǎn)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(xiàn)有的電磁致動器。此外，磁致動器可相當(dāng)容易地制造，結(jié)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(rèn)為發(fā)明的主題在本說明書的結(jié)論處的權(quán)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(diǎn)從下面結(jié)合其附圖對本發(fā)明的非限制性示例性實(shí)施方式的詳細(xì)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(zhuǎn)矩疊加(MTO)的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的非限制性示例性實(shí)施方式的截切圖；
[0013]附圖2是示出附圖1所示的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組件的非限制性示例性實(shí)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(shí)施方式】
[0015]機(jī)動車輛的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)成提供適當(dāng)?shù)囊簤夯螂娏D(zhuǎn)向輔助，以允許車輛駕駛員完成車輛的轉(zhuǎn)向。駕駛員通過手動方向盤(另外已知為手動輪)施加轉(zhuǎn)向輸入，其旋轉(zhuǎn)地連接至第一軸，第一軸旋轉(zhuǎn)地連接至第二軸，第二軸繼而連接至轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。第一和第二軸通過順應(yīng)性元件例如扭桿而彼此地傳遞轉(zhuǎn)矩地連接。扭桿允許第一軸相對于第二軸旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度(例如，+/-12度)。機(jī)械止擋件防止進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)。施加至轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向輔助的量根據(jù)扭轉(zhuǎn)應(yīng)變或扭桿中的運(yùn)動的程度來確定。
[0016]非限制性示例性動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是液壓“可變效力”轉(zhuǎn)向(VES)系統(tǒng)，其包括轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)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(dāng)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(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向輔助的增壓壓力。結(jié)果，引起扭桿中的對中轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)駕駛員在方向盤上的觸覺響應(yīng)。磁致動器包括圍繞附接至滑閥的環(huán)布置的至少一個(gè)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(zhuǎn)。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(yīng)用至線圈以引起極件和環(huán)之間的電磁轉(zhuǎn)矩，并因此取決于電流流經(jīng)線圈的方向而增加或降低扭桿的有效轉(zhuǎn)矩。
[0017]旋轉(zhuǎn)圍繞復(fù)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(yīng)小齒輪頭的旋轉(zhuǎn)而垂直于所述軸線的自身運(yùn)動。齒條桿的端部以常規(guī)方式連接至輪。
[0018]轉(zhuǎn)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(nèi)且包括卷軸內(nèi)的扭桿。扭桿限定內(nèi)側(cè)端，其突出超過卷軸的相應(yīng)內(nèi)側(cè)端且力安裝在小齒輪頭中。扭桿限定外側(cè)端，其在其外側(cè)端處剛性地連接至卷軸。
[0019]卷軸的外側(cè)端連接至方向盤，用于隨其作為單元旋轉(zhuǎn)。卷軸支撐在殼體上，用于獨(dú)立于小齒輪頭而圍繞軸線旋轉(zhuǎn)。小齒輪頭和卷軸之間的相對角運(yùn)動被允許。
[0020]磁轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(磁轉(zhuǎn)向器Magnasteer)是VES系統(tǒng)，其使用磁致動器來改變閥的扭轉(zhuǎn)剛度來改變致動、效力(effort)或轉(zhuǎn)矩?？刂颇K確定應(yīng)用至磁致動器的線圈的電流的大小和方向來根據(jù)車輛的速度改變轉(zhuǎn)矩。磁致動器設(shè)計(jì)成改進(jìn)其穩(wěn)健性和效率以獲得所需轉(zhuǎn)矩。
[0021]依照非限制性示例性實(shí)施方式，磁轉(zhuǎn)矩覆蓋(通常表示為“MTO”)是已經(jīng)開發(fā)來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的轉(zhuǎn)向特征或功能一一例如主動歸中、引導(dǎo)和牽引補(bǔ)償、車道保持和停車輔助的系統(tǒng)。MTO修改磁轉(zhuǎn)向器以提供產(chǎn)生用于先進(jìn)的轉(zhuǎn)向功能的輔助的能力，而無需車輛駕駛員的轉(zhuǎn)矩。MTO使用磁來輔助或抵抗轉(zhuǎn)向輸入。
[0022]現(xiàn)在參考附圖，參考其具體示例性實(shí)施方式在下面描述且在附圖中示出發(fā)明但不是對其進(jìn)行限制。更具體地，附圖1示出依照本發(fā)明的具有MTO的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的非限制性示例性實(shí)施方式，大體標(biāo)示為10。附圖2和3示出球螺母組件的非限制性示例性實(shí)施方式，大體標(biāo)示為12，其形成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)10的一部分。
[0023]在實(shí)施方式中，組件12包括磁致動器，大體在附圖2和3中標(biāo)示為14。磁致動器14改變扭桿(未示出)的有效對中轉(zhuǎn)矩來改變實(shí)現(xiàn)對于在方向盤處施加的給定手動轉(zhuǎn)向輸入的轉(zhuǎn)向輔助的水平(也就是，轉(zhuǎn)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(nèi)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(gè)永磁體組件20(附圖1和3)制成。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向通過極18的強(qiáng)度和極性的改變而改變，極18的強(qiáng)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(shí)傳導(dǎo)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(dāng)期望產(chǎn)生磁場時(shí)電流流經(jīng)線圈16。
[0025]永磁體組件20包括永磁材料?！坝馈贝挪牧铣尸F(xiàn)磁性，即使是當(dāng)沒有施加電流的時(shí)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(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向蝸桿30和流體腔32、34操作地彼此連接。
[0027]閥殼體22構(gòu)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(nèi)且包括卷軸26內(nèi)的扭桿。扭桿剛性連接至且突出超過卷軸26的相應(yīng)端。卷軸26被連接至方向盤以便隨其作為單元旋轉(zhuǎn)且被支撐用于旋轉(zhuǎn)。液壓閥24支撐在卷軸26上，用于獨(dú)立于卷軸26而旋轉(zhuǎn)?；y(未示出)限定在液壓閥24內(nèi)的卷軸26上。
[0028]在實(shí)施方式的方面，閥殼體22是鑄鐵。然而，應(yīng)意識到，閥殼體22可由限定出任何適當(dāng)磁性和機(jī)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(gè)中間或“空(null) ”位置。永磁體組件20和極18之間的電磁轉(zhuǎn)矩在在線圈16中沒有電流的情況下是隨機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的函數(shù)。在“空”位置中，永磁體組件20和極18之間的靜力反應(yīng)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(zhuǎn)矩反應(yīng)為零