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CN104144843B - 转向控制单元以及电液转向负载敏感控制 - Google Patents

转向控制单元以及电液转向负载敏感控制 Download PDF

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CN104144843B
CN104144843B CN201280047981.4A CN201280047981A CN104144843B CN 104144843 B CN104144843 B CN 104144843B CN 201280047981 A CN201280047981 A CN 201280047981A CN 104144843 B CN104144843 B CN 104144843B
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Abstract

本发明的一个方面涉及一种转向系统(10)，具有与流体致动器(22)流体连通的第一和第二转向线路(18，20)，其中，所述转向线路(18，20)彼此并行设置。第二转向线路(20)包括具有与负载敏感连接部(110)和第一转向线路(18)选择性流体连通的负载敏感特征结构(73)的比例阀(30)。当比例阀(30)处于中间位置时，负载敏感特征结构(73)通向第一转向线路(18)；并且当比例阀移动至第一或第二转向位置时，相对于第一转向线路(18)关闭。当比例阀(30)从中间位置向第一或第二转向位置被促动时，比例阀(30)的移动相对于第一转向线路(18)关闭负载敏感特征结构(73)并且操作以停用第一转向线路(18)。

Description

转向控制单元以及电液转向负载敏感控制
本申请作为PCT国际专利申请于2012年9月28日提交，并且要求于2011年9月30日提交的美国专利申请序列号61/541,697的优先权，该申请的公开内容通过整体参考并入本文。
技术领域
本发明涉及一种转向系统，并且还涉及一种用于实现转向系统的负载敏感特征结构的方法。
背景技术
在很多“非公路用的”车辆中，例如拖拉机、装载机、线路喷涂车、清扫机、铺路机、海上运输工具等，使用并行转向线路来控制操纵车辆的致动器。在一些应用中，并行转向线路的一者使用方向盘手动致动，另一者通过自动系统致动。在一些应用中，两个转向线路都是手动致动。在一些应用中，使用负载敏感线路来改善性能和节省系统泵送能量。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种转向系统，其具有流体致动器、与流体致动器选择性流体连通的第一转向线路、以及第二转向线路，第二转向线路与流体致动器选择性流体连通并且与第一转向线路并行设置。第二转向线路包括具有与负载敏感连接部和第一转向线路选择性地流体连通的负载敏感特征结构的比例阀。当比例阀处于中间位置时，负载敏感连接部通向第一转向线路，当比例阀移动至第一或第二转向位置时，负载敏感连接部相对于第一转向线路关闭。当比例阀从中间位置被促动至第一或第二转向位置时，比例阀的移动相对于第一转向线路关闭负载敏感连接部并且操作以停用第一转向线路。在一个实施方式中，第一转向线路是电液/电动液压转向线路，并且第二转向线路是静液/流体静力转向线路。
本发明的另一方面涉及一种转向系统，其具有与流体致动器选择性地流体连通的第一转向线路。第一转向线路限定第一流动路径且包括布置在第一流动路径中的第一比例阀。该转向系统进一步包括与流体致动器选择性地流体连通的第二转向线路。第二转向线路限定第二流动路径，第二流动路径与第一转向线路的第一流动路径是并行流动构型。第二转向线路包括第二比例阀和隔离阀。第二比例阀包括中间位置，其适于通过一体的负载敏感特征结构的操作使得负载敏感连接部和第一转向线路之间能够流体连通。
本发明的另一方面涉及一种转向系统，其包括与流体致动器选择性地流体连通的第一和第二转向线路，其中，第二转向线路与第一转向线路并行设置。第二转向线路包括具有与负载敏感连接部和第一转向线路选择性地流体连通的负载敏感特征结构的比例阀，其中，当比例阀处于中间位置时，负载敏感连接部通向第一转向线路；并且通过比例阀向第一或第二转向位置的移动相对于第一转向线路关闭负载敏感连接部。
多个其它方面将在后面的描述中陈述。这些方面可以涉及单独的特征以及特征的组合。应理解的是，前述的总体描述和下面的详细描述二者都仅是示例性和解释性的，并且并不限制在此公开的实施方式所基于的广泛概念。
附图说明
图1是具有依照本发明的原理的各方面示例的特征的转向系统的液压示意图。
图2是适于与图1的转向系统一起使用的液压转向线路的液压示意图。
图3是适于与图1的转向系统一起使用的流体控制器的电液示意图。
图4是适于与图1的转向系统一起使用的阀芯和套筒组件的平面叠加图。
图5示出适于与图1的转向系统一起使用的阀芯和套筒。
图6示出适于与图1的转向系统一起使用的阀芯、套筒和壳体构型，其中特别示出了优先阀或泵的负载敏感(LS)口以及用于电液(EH)转向的负载敏感比例阀。
具体实施方式
现在详细参考在附图中示出的本发明的示例性方面。在任何可能的地方，相同的附图标记将贯穿附图使用来表示相同或相似的结构。
现在参考图1，示出了用于非公路车辆(例如，联合收割机、装载机、拖拉机、铺路机、线路喷涂车、清扫机、海上运输工具等)的转向系统的液压示意图，总体标记为10。转向系统10包括总体标记为12的转向线路，其具有储器14、具有与储器14流体连通的入口的泵16、以及优先阀94。如图所示，泵16是定容泵。优先阀例如阀94是在现有技术中已知的，并且操作来确保输送至转向线路12的压力是优先的且处于期望的压力以通过负载敏感线路有效操作。在示出的实施方式中，优先阀被连接至转向线路12的负载敏感连接部110。对于转向线路12的操作不需要的来自泵16的过多的流量被引导至端口122，在此，其可以用于车辆的其它功能。代替定容泵和优先阀的组合，也可以使用压力补偿泵。
转向线路12进一步包括总体标记为18的电液转向线路，以及总体标记为20的静液转向线路。电液转向线路18和静液转向线路20中的每一者提供泵16和流体致动器22之间的选择性的流体连通。虽然流体致动器22在图1中示出为单一的流体致动器，将被理解的是，在说明书和权利要求书中的术语“流体致动器”包括至少一个流体致动器。
电液转向线路18限定第一流动路径24，静液转向线路20限定第二流动路径26。电液转向线路18的第一流动路径24布置在与静液转向线路20的第二流动路径26并行的流动构型中。在本实施方式中，电液转向线路18包括第一比例阀28，用于通过第一流动路径24选择性地将泵16与流体致动器22连通，第二流动路径20包括第二比例阀30，用于通过第二流动路径26选择性地将泵16与流体致动器22连通。
现在参考图1和2，示出了电液转向线路18。电液转向线路18示出为包括比例控制阀28、隔离阀组件50、微控制器36、往复阀/梭阀组件90以及一对交叉先导操作的止回阀92。单独的部件可被整合为单一的阀组件，或提供为分离部件。本领域技术人员将意识到，可以使用多种部件和构型的组合而不脱离在此表达的发明概念。
在本实施方式中，电液转向线路18限定与泵16流体连通的入口118、与储器14流体连通的出口116、第一致动器出口112和第二致动器出口114。第一和第二致动器出口112、114分别与流体致动器22的第一端46(图1所示)和相对布置的第二端48(图1所示)流体连通。
电液转向线路18限定从入口118至第一和第二致动器出口112、114的第一流动路径24。如图所示，第一比例阀28布置在入口118和第一和第二致动器出口112、114之间的第一流动路径24中。在本实施方式中，并且仅通过示例的方式，第一比例阀28是三位四通阀，具有端口28a、28b、28c和28d。在示出的实施方式中，端口28a与出口114和往复阀90流体连通，端口28b与出口112和往复阀90流体连通，端口28c与出口116流体连通，并且端口28d与出口118流体连通。第一比例阀28包括中间位置N1、右转向位置R1以及左转向位置L1。
在本实施方式中，中间位置N1是关闭位置。应理解的是，术语“关闭位置”表示这样一种位置，其中，在入口118和第一和第二出口112、114之一之间的流体连通被阀28阻断。换句话说，在第一比例阀28处于中间位置N1的情况下，来自泵16的流体不能经由第一和第二致动器出口112、114通过第一流动路径24被传送至流体致动器22。在图2所示的示例性实施方式中，当第一比例阀28处于中间位置N1时，端口28a、28b和28c相互流体连通，而端口28d被堵塞。
在本实施方式中，左转向位置L1将端口28b和28d置于彼此流体连通，并且还将端口28a和28c置于彼此流体连通。这一位置允许泵送的流体从泵16经由出口112、端口28b和28d以及出口118被传送至流体致动器22的第一端46，并且随后经由出口114、端口28a和28c以及出口116返回储器14。
在本实施方式中，右转向位置R1将端口28a和28d置于彼此流体连通，并且还将端口28b和28c置于彼此流体连通。这一位置允许泵送的流体从泵16经由出口114、端口28a和28d以及出口118被传送至流体致动器22的第二端48，并且随后经由出口112、端口28b和28c以及出口116返回储器14。
在本实施方式中，第一比例阀28通过一对对中弹簧29而保持在中间位置N1中。通过一对电磁致动器64的操作，第一比例阀28朝向右转向位置R1和左转向位置L1移动。在本实施方式中，电磁致动器64是比例控制的音圈。替代地，先导操作的致动器可代替电磁致动器64使用。如果信号被提供给第一比例阀28的第一端60，则第一比例阀28被促动至左转向位置L1。如果信号被提供给第一比例阀28的第二端62，则第一比例阀28被促动至右转向位置R1。
为了致动第一比例阀28，一信号——例如脉宽调制(PWM)电压——从微控制器36被提供给电磁致动器64的任一者，这取决于所希望的阀位置。在本发明的一个方面，微控制器36接收来自全球定位系统(GPS)接收器的关于车辆位置、方向和速度的信息。微控制器36随后将信号传送至电磁致动器64，以控制第一比例阀28的位置。替代地，微控制器可以基于其它类型的信号，例如来自控制杆的信号，将信号传送至电磁致动器64。
电液线路18示出为包括隔离阀50。隔离阀50用于当希望电液线路18停用或不与系统10的其它部件相互作用时隔离比例控制阀30。在示出的实施方式中，隔离阀可从关闭的止回位置50a移动至打开位置50b。隔离阀50可以是先导致动的或可以是电磁致动器。在示出的实施方式中，隔离阀50包括螺线管型的电磁致动器54，其构造为接收来自控制器36的信号。设置有弹簧52，以在动力未被供给致动器54时将隔离阀50偏压至关闭止回位置50a。在这一位置中，来自泵16的压力不能向出口112和114中的任一者提供压力。当希望使用转向线路18控制转向系统10时，隔离阀50移动进入打开位置50b。
还示出为电液线路18的一部分的是往复阀/梭阀90。往复阀90用于将出口112和114较高的压力传送至负载敏感线路端口120。负载敏感线路允许泵16被调制以匹配系统压力需求，从而提高系统效率和性能。当第一比例阀28处于中间位置N1时，负载敏感线路连接至其上的往复阀90两侧被置于与储器14流体连通。
电液线路18也示出为包括一对交叉先导操作的止回阀92，该止回阀与出口112和114流体连通。这些阀总是允许从阀28朝向出口112和114方向的流动经过。此外，阀92防止在相反方向中的流动，除非在先导装置连接于其上的相对线路中感测到压力。这一构型当电液线路18停用且不处于压力下时防止沿该方向的流动，同时当电液线路18起动时允许反向流动发生。当第一比例阀28处于中间位置N1中时，交叉止回阀92和往复阀90之间的线路与储器14流体连通，使得不存在打开且允许经过阀92的反向流动的必需压力。
现在参考图3，更详细示出了静液转向线路20。静液转向线路20包括第二比例阀30，且限定与泵16流体连通的流体入口106、与储器14流体连通的流体出口108、第一控制端口100和第二控制端口102。第一和第二控制端口100、102分别与流体致动器22的第一和第二端46、48(图1中所示)流体连通。第二比例阀30布置在流体入口106与第一和第二控制端口100、102之间。
在本实施方式中，第二比例阀30包括具有旋转阀(例如阀芯)和随动阀元件(例如套筒)的阀调组件70。在本实施方式中，作为转向致动元件S(例如，方向盘、控制杆等)的手动致动的结果，阀芯在套筒的孔中旋转。图4-6更详细地示出处于实际的物理构型的比例阀30。
第二比例阀30可以通过转向致动元件S的手动致动而从中间位置N2移动至右转向位置R2或左转向位置L2。在本实施方式中，阀30是三位八通阀，具有端口30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g和30h。在示出的实施方式中，端口30a与控制端口100流体连通，端口30b和30c与流量计71流体连通，端口30d与控制端口102流体连通，端口30e通过出口108与储器14流体连通，端口30f通过出口104和120与往复阀90流体连通，端口30g与负载敏感连接部110流体连通，并且端口30h通过出口106与泵16流体连通。
第一比例阀28包括中间位置N1、右转向位置R1以及左转向位置L1。在第二比例阀30处于右转向位置R2或左转向位置L2的情况下，流体从泵16经过流量计71(例如，齿轮转子式(gerotor)齿轮组)被传送至流体致动器22的第一和第二端46、48中的一者，正如在下面的段落中更详细阐述的。
在本实施方式中，中间位置N2是关闭位置。应理解的是，术语“关闭位置”表示这样一种位置，其中，在入口106与第一和第二控制端口100、102之一之间的流体连通被阀30阻断。换句话说，在第二比例阀30处于中间位置N2的情况下，来自泵16的流体不能经由控制端口100、102通过第二流动路径26被传送至流体致动器22。在图3示出的示例性实施方式中，端口30a、30b、30c、30d、30e和30g被堵塞，而端口30f和30g被置于相互流体连通。这一位置允许负载敏感连接部110与往复阀90流体连通，并且当两个阀都处于中间位置时与储器14流体连通，使得负载敏感线路可操作用于电液转向线路18。
在本实施方式中，左转向位置L2通过堵塞端口30f将负载敏感线路从电液转向线路18分开，而通过将端口30g与端口30h和30b置于流体连通使得静液转向线路12通过连接部110与负载敏感线路流体连通。通过将端口30h与端口30b置于流体连通且端口30c和30d置于彼此流体连通，泵送的流体通过控制端口102和流量计71被提供给流体致动器22的第一端46。通过将端口30a和30e置于彼此流体连通，流体返回储器14。
在本实施方式中，右转向位置R2通过堵塞端口30f将负载敏感线路从电液转向线路18分开，而通过将端口30g与端口30h和30c置于流体连通使得静液转向线路12通过连接部110与负载敏感线路流体连通。通过将端口30h与端口30c置于流体连通且端口30a和30b置于彼此流体连通，泵送的流体通过控制端口100和流量计71被提供给流体致动器22的第二端48。通过将端口30d和30e置于彼此流体连通，流体返回储器14。
在本实施方式中，流量计71是双功能的。流量计71用作计量装置，其测量响应于转向致动元件S的旋转而被供给至转向线路20的适当控制端口100、102的流体的正确的量。流量计71还用作随动装置，其提供阀调组件70的随动运动，使得在期望量的流体已经通过流量计71被引导至流体致动器22之后，阀调组件70返回中间位置N2。在本实施方式中，这一随动运动通过将流量计71连接至阀调组件70的机械连接件72(例如，驱动装置等)而实现。
流体控制器20包括负载敏感特征结构(feature)73。应理解的是，在本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“负载敏感特征结构”定义为这样一种特征结构，其中，当第二比例阀30处于中间位置N2时，负载敏感线路经由连接部110通向电液转向线路18。在第二比例阀30处于中间位置N2的情况下，负载敏感线路中的流体与第二比例阀30的往复阀90流体连通。因此，当电液转向线路18被启用且在操作中时，泵16和优先阀94在得益于来自线路18的负载敏感反馈的情况下操作。在任何时间点，当第二比例阀30从中间位置N2移动至右转向位置R2或左转向位置L2时，负载敏感特征结构73从电液转向线路18断开负载敏感连接部110，正如前文描述的。在这种情况中，比例阀30在负载敏感线路连接部110和优先阀94之间提供流体连通，使得负载敏感线路操作来确保满足对于静液转向线路20的流量和压力需求。替代地，在泵16是压力补偿泵的情况下，负载敏感线路连接部110布置成与泵16流体连通而非优先阀。当第二比例阀30返回中间位置N2时，负载敏感线路连接部110随后自动地回到与电液转向线路18流体连通。
上面描述的构型允许负载敏感线路通过转向致动元件S的简单促动而从电液转向线路18向静液转向线路20的自动切换，而不需要使用额外的阀或控制装置。结果，在指令负载敏感信号至优先阀94方面，静液转向线路20总是优先于电液转向线路18。典型的现有技术的系统在负载敏感线路中需要至少一个额外的负载敏感切换阀，以用于线路18和20之间的选择性连通。这些部件降低了系统的可靠性，并且还表现了显著的安全问题，其中部件失效可导致静液转向线路20的失效，即使操作者尝试手动地操纵转向。此外，这些额外的部件增加了系统的费用和复杂性，并因而带来了较不理想的产品。
静液转向线路20还包括一对止回阀80，以防止系统气蚀，以及一对缸安全阀82，以防止系统由于通过流体致动器22突然施加在线路上的力带来的过度增压。作为安全预防，静液压转向线路20还包括一对止回阀74、76，从而使得系统可以在失去动力的状况下使用。止回阀74还可操作以在来自流体致动器22的突然压力否则会朝泵16回流时维持系统性能。
本发明的多种修改和变型对于本领域技术人员将变得显而易见而不脱离本发明的范围和精神，并且应当理解，本发明的范围并不被在此描述的示例性实施例过度限制。

Claims (21)

1.一种用于实现转向系统的负载敏感特征结构的方法，所述方法包括：
提供与流体致动器选择性流体连通的第一转向线路；
提供与所述流体致动器选择性流体连通的第二转向线路，第二转向线路与第一转向线路并行设置，其中，第二转向线路包括具有与第一转向线路选择性流体连通的负载敏感特征结构的比例阀，其中，当所述比例阀处于中间位置时负载敏感连接部通向第一转向线路，当所述比例阀移动至第一或第二转向位置时，负载敏感连接部相对于第一转向线路关闭；以及
通过使所述比例阀移动至第一或第二转向位置利用所述负载敏感特征结构关闭负载敏感连接部。
2.如权利要求1所述的方法，其中，第一转向线路包括至少一个电液比例阀。
3.如权利要求2所述的方法，其中，第一转向线路进一步包括微控制器，以操作所述至少一个电液比例阀。
4.如权利要求1所述的方法，其中，第一转向线路进一步包括隔离阀，所述隔离阀构造为选择性地停用第一转向线路。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述隔离阀是通过微控制器操纵的螺线管操作阀。
6.如权利要求2所述的方法，其中，第二转向线路比例阀是静液压阀。
7.如权利要求1所述的方法，其中，第二转向系统进一步包括构造为防止系统气蚀的一对止回阀，以及构造为防止由致动器导致的系统过度增压的一对缸安全阀。
8.一种转向系统，包括：
(a)与流体致动器选择性流体连通的第一转向线路；
(b)与所述流体致动器选择性流体连通的第二转向线路，所述第二转向线路：
i.与第一转向线路并行设置，
ii.包括具有负载敏感特征结构的比例阀，所述负载敏感特征结构与负载敏感连接部和第一转向线路选择性流体连通：
1.当所述比例阀处于中间位置时，负载敏感连接部通过负载敏感特征结构通向第一转向线路；以及
2.当所述比例阀移动至第一或第二转向位置时，负载敏感连接部通过负载敏感特征结构相对于第一转向线路关闭。
9.如权利要求8所述的转向系统，其中，第一转向线路包括至少一个电液比例阀。
10.如权利要求9所述的转向系统，其中，第一转向线路进一步包括微控制器，以操作所述至少一个电液比例阀。
11.如权利要求8所述的转向系统，其中，第一转向线路进一步包括隔离阀，所述隔离阀构造为选择性地停用第一转向线路。
12.如权利要求11所述的转向系统，其中，所述隔离阀是通过微控制器操纵的螺线管操作阀。
13.如权利要求9所述的转向系统，其中，第二转向线路比例阀是静液压阀。
14.如权利要求8所述的转向系统，其中，第二转向系统进一步包括构造为防止系统气蚀的一对止回阀，以及构造为防止由致动器导致的系统过度增压的一对缸安全阀。
15.一种转向系统，包括：
(a)流体泵；
(b)储器；
(c)用于控制流体泵的输出的负载敏感线路；
(d)具有第一端和第二端的流体致动器；
(e)与所述流体泵、储器、负载敏感线路和流体致动器选择性流体连通的第一转向线路；以及
(f)第二转向线路，所述第二转向线路与第一转向线路并行设置，并且与所述流体泵、储器、负载敏感线路和流体致动器选择性流体连通，第二转向线路包括比例阀，所述比例阀具有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八端口；
(g)第二转向线路能够移动至：
i.中间位置，在所述中间位置：
1.第一、第二、第三、第四、第五和第八端口被阻断；
2.第六和第七端口相互流体连通，使得第一转向线路与负载敏感线路流体连通；
ii.左转向位置，在所述左转向位置：
1.第六端口被阻断，使得第一转向线路与负载敏感线路隔离；
2.第二、第三、第四和第八端口相互流体连通，以允许流体从流体泵流动至流体致动器的第二端；
3.第七端口与第二和第八端口流体连通，以允许第二转向线路的负载敏感操作；
4.第一和第五端口相互流体连通，以允许流体从流体致动器的第一端流动至储器；
iii.右转向位置，在所述右转向位置：
1.第六端口被阻断，使得第一转向线路与负载敏感线路隔离；
2.第一、第二、第三和第八端口相互流体连通，以允许流体从流体泵流动至流体致动器的第一端；
3.第七端口与第三和第八端口流体连通，以允许第二转向线路的负载敏感操作；
4.第四和第五端口相互流体连通，以允许流体从流体致动器的第二端流动至储器。
16.如权利要求15所述的转向系统，其中，第一转向线路包括至少一个电液比例阀。
17.如权利要求16所述的转向系统，其中，第一转向线路进一步包括微控制器，以操作所述至少一个电液比例阀。
18.如权利要求15所述的转向系统，其中，第一转向线路进一步包括隔离阀，所述隔离阀构造为选择性地停用第一转向线路。
19.如权利要求18所述的转向系统，其中，所述隔离阀是通过微控制器操纵的螺线管操作阀。
20.如权利要求16所述的转向系统，其中，第二转向线路比例阀是静液压阀。
21.如权利要求15所述的转向系统，其中，第二转向系统进一步包括构造为防止系统气蚀的一对止回阀，以及构造为防止由致动器导致的系统过度增压的一对缸安全阀。
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