解除动力转向助力的方法及使用该方法的动力转向系统 【技术领域】
本发明涉及一种在车辆的可转向轮到达轮轴止挡 (wheel axle) 前解除具有动力 转向系统的车辆中的动力转向助力的方法以及实施该方法的动力转向系统。背景技术
卡车和其它陆上车辆具有液压动力转向系统， 该系统在使车辆的可转向轮转弯时 提供动力助力。动力转向系统驱动可转向轮沿转向行程运动。转向行程的末端由机械地防 止车轮作进一步运动的轮轴止挡来限定。
传统的液压动力转向系统使高压动力转向流体流到液压马达中， 该液压马达在闭 合的液压缸内具有活塞。活塞将缸分成位于活塞相对两侧上的马达腔。活塞连接到使可转 向轮沿转向行程运动的转向连杆。活塞在缸内可在活塞行程的相对两端之间作轴向运动， 以致动转向连杆并使可转向轮沿它们的转向行程向左或向右运动。 为了开始转弯， 驾驶员转动方向盘以使可转向轮沿期望的转弯方向运动。方向盘 连接到使高压流体流入一个马达腔 (“高压腔” ) 并使另一马达腔 (“低压腔” ) 连接到排 出装置的控制阀。高压腔中的流体压力产生使活塞从其在缸内的中间位置 ( 对应于可转向 轮沿它们的转向行程的位于中间的、 直前的位置 ) 朝低压马达腔运动的动力助力。这会致 动转向连杆， 进而使可转向轮沿转弯方向运动。
期望在可转向轮撞击到轮轴止挡前除去动力助力。 如果动力转向系统提供使可转 向轮抵靠轮轴止挡的动力， 则在转向连杆、 动力转向部件和车辆的其它部件上会有较大的 机械应力。
传统的液压动力转向系统在可转向轮到达轮轴止挡前除去动力助力。 当解除动力 助力时， 活塞在其活塞行程的末端处停止运动。活塞行程的结束发生在可转向轮撞击到轮 轴止挡前。
为了在活塞到达活塞行程末端时解除动力助力， 一条常闭流体管路连接两个马达 腔。在许多传统的系统中， 流体管路延伸穿过活塞。常闭止回阀位于流体管路的与马达腔 相邻的相对两端上。
高压马达腔内的流体压力使与高压马达腔相邻的止回阀打开， 但从高压马达腔经 由流体管路传递的流体压力促使另一止回阀关闭。结果， 尽管当活塞沿其活塞行程从中间 位置朝缸的一端运动时有一个止回阀打开， 但流体管路在两个马达腔之间仍保持关闭。
当活塞靠近其活塞行程的末端时， 发信号告知可转向轮正靠近轮轴止挡， 于是低 压腔内的致动构件使靠近低压腔的止回阀打开。 现在， 流体管路在活塞的两侧上都打开， 从 而均衡两个马达腔内的压力并在可转向轮撞击到轮轴止挡前使活塞停止于其活塞行程的 末端处。
如果现在方向盘转成使可转向轮返回到它们的中间位置或直前位置， 则控制阀使 一个马达腔连接到排出装置并使另一马达腔连接到高压流体。 与一个马达腔相邻的止回阀 由于腔内的流体压力的损失而关闭， 从而关闭流体管路并使另一马达腔内的高压能够让活
塞的运动反向。 活塞开始朝向液压缸的另一端运动并使可转向轮离开轮轴止挡朝向它们的 中间位置运动。
通过打开两个马达腔之间的流体管路以使两腔之间流体连通来解除动力助力的 方法已良好地工作了多年。 动力转向系统通常使用发动机驱动的泵来使高压流体持续地流 动到开中心式 (open-center) 控制阀。即使当轮子处于直前位置且并未转弯时， 开中心式 控制阀也会使从泵接收的动力转向流体持续流动。 高压流体经控制阀的持续流动使动力助 力能够在由于活塞到达其活塞行程末端而被解除之后快速重建。 动力转向泵限制经过系统 的流速， 因而， 当流体管路打开或当止回阀关闭时， 流经系统的流体并不会损坏系统部件。
然而， 目前越来越多的卡车使用节能动力转向系统， 该系统采用闭中心式控制阀 来控制流到转向马达的流体。当阀由于轮子并未转弯而处于中间状态时， 闭中心式控制阀 切断进入控制阀的高压流体流。仅当控制阀为了转弯而离开其中间位置时， 控制阀才使高 压流体能够流经阀并流到液压马达。
因为使用闭中心式阀的转向系统并不需要持续流动的高压流体， 所以当需要时向 控制阀提供来自气体加压的蓄能器的动力转向流体。 当蓄能器内的流体压力或流体体积下 降到某个最低水平以下时， 电动机在如有需要的基础上间歇地将动力转向流体从储存器中 供给到蓄能器。
打开各马达腔之间的流体管路以均衡流体压力并解除动力转向将对闭中心式动 力转向系统起作用， 但无法良好运作。流经马达腔的流体流快速耗尽存储于蓄能器内的能 量， 从而在几秒内耗尽蓄能器。 这样造成时间延迟， 直到蓄能器再被充满且动力转向助力可 被重建为止。在延迟过程中， 转向将是手动的并且不令人满意。
此外， 当流体管路在各马达腔之间打开时， 从蓄能器中排出的流体流不由动力转 向系统来调节。经过活塞的高流速会使止回阀的一个或两个损坏， 从而使阀不能关闭。
因此， 需要改进在车辆的可转向轮到达轮轴止挡前解除动力转向系统的动力助力 的方法。该方法应当限制能量在系统中耗尽的速率， 以使得可快速重建动力助力并调节经 过系统的流体流， 同时解除动力助力， 以避免损坏系统部件。 发明内容
本发明是在车辆的可转向轮撞击到轮轴止挡前解除由动力转向系统提供的动力 助力的改进的方法。 动力转向系统是具有高压流体源、 活塞、 第一流体管路以及第二流体管 路的类型， 活塞在液压缸中并将缸密封地分成位于活塞的相对两侧上的两个流体分隔开的 腔， 第一流体管路使流体源与缸的一个腔流体连通， 而第二流体管路使缸的另一腔连接到 排出装置， 由此， 一个高压腔中的流体压力推动活塞在缸中朝向活塞行程的末端运动， 从而 使可转向轮朝向它们转向行程的末端运动。
根据本发明的方法包括在轮子撞击到轮轴止挡前关闭第一流体管路或第二流体 管路的步骤。在可转向轮撞击到轮轴止挡前关闭流体管路可除去动力助力。
关闭流体管路使流体停止流入和流出液压马达， 从而在液压马达中建立液压锁定 状态。已经在高压马达腔内的流体被拦截在马达腔内。除了一些泄漏， 当解除动力助力时， 在动力转向系统内的流体流动停止， 且基本上消除了系统的能量损失。
在该方法的较佳实施例中， 常开的截流阀置于流体管路中。截流阀可响应于传递到截流阀的、 指示轮子正接近或靠近轮轴止挡的信号而关闭并由此关闭流体管路。信号可 以是流体压力信号或电信号。
根据本发明实施解除动力助力的方法的动力转向系统包括液压马达、 第一和第二 马达管路、 高压流体源、 流体连接到流体源的供给管路、 流体连接到排出装置的排出管路、 控制阀以及第一截流阀。
液压马达具有用于使可转向轮沿转向行程运动的可轴向运动的活塞， 该活塞将缸 分成位于活塞的相对两侧上的第一马达腔和第二马达腔。 第一马达管路流体连接到第一马 达腔， 而第二马达管路流体连接到第二马达腔。
控制阀连接到供给管路、 排出管路以及第一马达管路和第二马达管路。控制阀可 响应于驾驶员转向输入而置于中间和非中间状态， 当控制阀处于非中间状态时， 控制阀使 供给管路和第一马达管路流体互连以形成从高压流体源到第一马达腔的高压管路， 并且使 排出管路和第二马达管路流体互连以形成从第二马达腔到排出装置的低压管路， 由此， 第 一马达腔内的流体压力将活塞推向第二马达腔。
当控制阀处于非中间状态时， 截流阀设置在高压管路或低压管路中的任一个管路 中。 当可转向轮离开轮轴止挡时， 截流阀打开， 并且允许 ( 流体 ) 流经与截流阀关联的管路。 当可转向轮接近轮轴止挡时， 截流阀关闭， 由此阻塞流体流经与截流阀关联的管路。 较佳地， 截流阀连接到将可转向轮正接近轮轴止挡的信号传递到截流阀的信号管 路。在较佳的实施例中， 信号管路是从截流阀到一个马达腔的流体管路。当可转向轮接近 轮轴止挡时， 截流阀与一个马达腔流体连通， 一个马达腔中的流体压力产生压力信号以致 动和关闭截流阀。当截流阀关闭时， 信号管路中的节流结构降低系统能量损失。
截流阀可全部或部分地被电气致动、 机械致动或液压致动。在动力转向系统的较 佳实施例中， 常开截流阀使用动力转向系统中的流体压力而液压地打开并关闭 ( 借助于某 些弹簧助力 )。 这使动力转向系统能为独立自给的并安装成一个单元， 无须与其它车辆部件 协作的接触开关或致动器。
当蓄能器是高压流体源时， 本发明的动力转向系统特别有利。在解除动力转向助 力时低速率的能量损失以及经调节的流动使驾驶员在车辆的可转向轮开始朝中间位置返 回时能够快速重新获得动力转向助力。
随着说明的进行， 特别是当考虑说明本发明的多个实施例的附图时， 本发明的其 它目的和特征将变得显而易见。
附图说明
图 1 示出根据本发明的解除动力转向助力的动力转向系统 ； 图 2 示出活塞在其活塞行程末端且动力助力被解除时图 1 的动力转向系统 ； 图 3 示出根据本发明的动力转向系统的另一实施例 ； 图 4 是图 3 中所示的动力转向系统的控制模块的放大视图 ； 图 5 和 6 示出当活塞到达其活塞行程末端时解除动力助力的图 3 的动力转向系 图 7 是图 3 中所示的动力转向系统的阀体的剖视图 ； 图 8 是用于图 3 中所示的动力转向系统的第一实施例的常闭截流阀的剖视图 ；6统；
102341293 A CN 102341307
说明书4/13 页图 9 是用于图 3 中所示的动力转向系统的第二实施例的常闭截流阀的剖视图 ； 图 10 是用于图 3 中所示的动力转向系统的第三实施例的常闭截流阀的剖视图 ； 图 11 示出根据本发明的动力转向系统的又一实施例的一部分 ； 图 12 示出当活塞到达其活塞行程末端时解除动力助力的图 11 中所示的动力转向 图 13 示出根据本发明的动力转向系统的又一实施例的一部分 ； 图 14 示出根据本发明的动力转向系统的附加实施例的控制模块 ； 图 15 示出活塞处于中间位置时图 14 中所示的动力转向系统的一部分 ； 图 16 示出当活塞到达其活塞行程末端时解除动力助力的图 14 中所示的动力转向 图 17 是示出图 14 中所示的动力转向系统的左侧截流阀的局部剖视图 ； 图 18 示出根据本发明的动力转向系统的另一实施例 ； 图 19 是图 18 中所示的动力转向系统的控制模块 ； 图 20 是图 19 中所示的控制模块的阀体的前视图。 图 21 是沿图 20 的线 21-21 剖取的阀体的剖视图 ； 以及 图 22 示出根据本发明的动力转向系统的又一实施例。系统 ；
系统 ；
具体实施方式
图 1 和 2 示出本发明的基本方法， 即在陆上车辆的可转向轮撞击到轮轴止挡前， 解 除由动力转向系统 10 提供的动力助力。
动力转向系统 10 包括间歇地将动力转向流体从储存器 14 供给到气体加压蓄能器 16 的马达 12。所示马达 12 是电动机， 但也可使用在动力转向领域已知的其它类型的马达。 第一流体管路或阀供给管路 18 使蓄能器 16 与传统闭中心式转向阀或控制阀 20 流体连接。 控制阀 20 响应于转向输入， 以传统方式来控制流体到液压马达 22 的流动。转向输入由连 接到控制阀 20 的方向盘 23 表示， 应当理解为转向输入可以由可转向车辆领域中已知的其 它输入机构来提供。排出管路 24 使控制阀 20 与储存器 14 流体连接并使流体返回到储存 器。
液压马达 22 包括液压缸 26 和在缸 26 内可轴向运动的活塞 28。活塞 28 通过转向 连杆 ( 未示出 ) 以传统方式连接到车辆的可转向轮， 活塞的运动使可转向轮沿转向行程运 动。活塞 28 密封地将缸 26 分成左侧缸腔或马达腔 30 以及右侧缸腔或马达腔 32。左侧阀 管路 34 使左侧马达腔 30 和控制阀 20 流体连接， 而右侧阀管路 36 使右侧马达腔 32 和控制 阀 20 流体连接。
常开截流阀 42 位于第一供给管路 18 中。
图 1 示出处于中间状态的动力转向系统 10， 其中活塞 28 在缸内居中， 代表车辆可 转向轮处于中间位置。 截流阀 42 打开且动力转向系统 10 在此操作状态下以传统方式运作。
响应于例如将使活塞 28 运动到图 1 中所示之左侧的转向输入， 控制阀 20 使右侧 阀管路 36 和阀供给管路 18 流体连接。这形成使蓄能器和右侧马达腔 32 流体连接的高压 管路 50( 见图 2)。控制阀 20 使左侧阀管路 34 和排出管路 24 流体连接， 从而形成使左侧马 达腔 30 和排出流体存储器 14 流体连接的排出管路 52。当高压流体经高压管路 50 流到右侧高压马达腔 32， 而低压流体从左侧低压马达腔 30 中流出时， 两个马达腔的压力差使活塞 28 向左运动。
图 2 示出当活塞 28 到达其活塞行程的左端且动力助力被解除时的动力转向系统 10。可转向轮与轮轴止挡间隔开。
响应于活塞 28 到达其活塞行程的末端， 常开截流阀 42 关闭 ( 下面将使用实施本 方法的动力转向系统的具体实施例来作更详细地描述 )。右侧马达腔 32 中的高压流体被 “拦截” 在活塞 28 和高压管路 50 中的高压流体之间， 从而引起活塞 28 的液压锁定。因为流 体不能再流入高压腔 32， 所以活塞 28 的运动停止并由此解除动力助力。
当截流阀 42 保持关闭时， 没有流体流经动力转向系统 10( 忽略任何泄漏流 )。当 阀 42 关闭时， 在系统 10( 包括蓄能器 16) 中基本上没有能量损失。当阀 42 打开以恢复动 力转向时， 蓄能器 16 可快速恢复动力转向助力。
当活塞 28 到达其活塞行程的右端时， 动力转向系统 10 以相似的方式运作以解除 动力助力， 常开截流阀 42 关闭并使高压流体停止从蓄能器 16 流入高压马达腔 32。
图 3 示出实施图 1 和 2 中所示方法的动力转向系统 110。用相同的附图标记来给 图 3 中所示的、 图 1 中也有的部件标号。在此实施例中， 动力转向系统 110 类似于系统 10， 但利用内部系统压力的变化作为关闭和打开阀 42 的信号。 动力转向系统 110 包括左侧流体供给管路或左侧信号管路 38 以及右侧流体供给 管路 40， 左流体供给管路使蓄能器 16 和左侧马达腔 30 流体连接， 而右侧流体供给管路使蓄 能器 16 和右侧马达腔 32 流体连接。第一常闭截流阀 44 位于左侧信号管路 38 中， 而第二 常闭截流阀 46 位于左侧信号管路 40 中。
阀供给管路 18、 左侧供给管路 38 以及右侧供给管路 40 共有从蓄能器 16 延伸到常 开截流阀 42 的共同流体管路段 54。截流阀 42 位于控制模块 55 中。控制模块 55 形成具有 入口 58、 第一出口 60 和第二出口 62 的阀体 56( 用虚线表示 )。共同管路段 54 附连至入口 58。阀供给管路 18 从截流阀 42 延伸的部分附连至第一出口 60。第二和第三供给管路 38、 40 共有第二共同流体管路段 64， 该共同流体管路段附连至第二出口 62 并延伸到两条供给 管路 38、 40 分开的连接点 66。如图所示， 止回阀 68、 70 分别位于连接点 66 下游的供给管路 38、 40 中并且防止流体在管路 38、 40 中从液压缸 26 流动到蓄能器 16。
阀体 56 形成内部流动通道或流体管路 72、 74。参见图 4。流体管路 72 形成阀供 给管路 18 的一部分并使阀入口 58 和第一阀出口 60 流体连接， 而管路 72 中的截流阀 42 使 阀供给管路 18 打开或关闭。流体管路 74 形成第二共同管路段 64 的一部分并使入口 58 和 第二出口 62 流体连接。阀体 56 还形成流体管路 74 中的孔口或节流结构 76。
截流阀 42 是液压致动阀。阀体 56 形成第一先导管路 78 和第二先导管路 80， 第一 先导管路 78 从流体管路 72 伸出并促使阀 42 关闭先导管路， 而第二先导管路 80 从流体管 路 74 伸出并促使阀 42 打开。第二先导管路 80 与节流结构 76 下游的流体管路连接， 因而， 先导管路 80 中的流体压力可反映由流经节流结构 76 引起的任何压力下降。阀体 56 容纳 弹簧 82， 该弹簧与先导管路 80 协作以促使截流阀 42 打开。由于由先导管路 78、 80 产生的 平衡的液压力， 弹簧 82 仅须产生相对小的机械弹簧力来保持阀 42 打开。这使得能够使用 相对较弱和紧凑的弹簧 82。
返回参见图 3， 第一和第二常闭截流阀 44、 46 被机械致动以打开。在所示实施例
中， 每个阀 44、 46 都具有致动构件或柱塞 84， 致动构件或柱塞分别从液压缸 26 的对应端伸 出并伸到左侧马达腔和右侧马达腔 30、 32。柱塞 84 配合活塞 28 并当活塞 28 到达其活塞行 程的对应端时使阀 44 或 46 打开。当活塞 28 离开阀的柱塞 84 时， 流体连接到阀供给管路 38 或 40 的弹簧 86 和先导管路 88 促使各截流阀 44、 46 关闭。
图 3 示出活塞 28 处于其中间位置 ( 对应于车辆的可转向轮居中 ) 时的动力转向 系统 110。假定所有流体管路都充满流体。
截流阀 44、 46 都通过由弹簧 86 和先导管路 88 产生的机械和液压关闭力的组合来 保持关闭。没有动力转向流体流经第一和第二供给管路 38、 40。先导管路 88 视作整个系统 压力， 这是因为没有由于流经节流结构 76 而产生的压力损失。这使相对紧凑和较弱的弹簧 88 能够产生足够的弹簧力以保持其阀 44 或 46 关闭。
在活塞 28 未到达其活塞行程末端的正常车辆运行过程中， 动力转向系统 110 像闭 中心式动力转向系统那样运作。截流阀 44 和 46 关闭， 因此没有流体流经信号管路 34、 36。 蓄能器 16 和对应的截流阀 44、 46 之间的信号管路 34、 36 中的静止流体处于整个系统压力， 整个系统压力起到活塞 28 还没到达其活塞行程末端的信号的作用或表示信号级。
图 5 和 6 示出对应于图 2 中所示的系统状态， 即， 当活塞 28 到达其活塞行程的左 端时的动力转向系统 110。为了更好地清楚描述， 图 5 和 6 相继示出响应于活塞 28 到达其 行程末端， 动力转向系统 110 的操作状态中的基本上同步的变化。在附图中， 以较粗实线来 示出承载高压流体的流体管路， 并以较粗虚线示出连接到排出装置的流体管路。
如图 5 中所示， 活塞 28 配合并推抵左侧柱塞 84。这使截流阀 44 打开并经由左侧 信号管路 38 建立蓄能器 16 和左侧马达腔 30 之间的流体连通。打开的阀 44 使信号管路 38 的端部连接到左侧马达腔 30 并因此连接到排出管路 24。流体从蓄能器 16 经由供给管路 38、 马达腔 30、 流体管路 34、 控制阀 20 和排出管路 24 流到储存器 14。止回阀 68 防止高压 流体流回到信号管路 38。
因为现在信号管路 38 使蓄能器 16 连接到排出装置， 所以流经节流结构 76 下游的 信号管路 38 的流体压力基本上下降到排放压力。信号管路 38 中较低的流体压力起到表示 活塞 28 已到达其活塞行程末端的信号或表示这样的信号级。
节流结构 76 限制经过信号管路 38 的流速并在活塞 28 位于其行程末端时使系统 能量损失最小化。
图 6 示出截流阀 42 关闭后的动力转向系统 110， 应当理解成截流阀 42 基本上与截 流阀 44 的打开同步地关闭。截流阀 42 使阀供给管路 18 关闭， 从而如前所述地将高压流体 拦截在右侧马达腔 32 中。如图 6 中所示， 活塞 28 在其活塞行程末端变得不动， 且动力转向 助力被解除。
当动力助力被解除时， 节流结构 76 和信号管路 38 协作以调节来自蓄能器 16 的流 体流。供给管路 38 的横截面积较佳地基本上小于供给管路 18 的横截面积。
在动力转向助力被解除后， 放开方向盘 23 将使截流阀 42 重新打开并使得能进行 动力转向助力， 开始使活塞 28 朝向其中间位置运动。放开方向盘 23 将使控制阀 20 重新居 中。居中的控制阀 20 使两个马达腔 30、 32 连接到排出装置， 从而均衡活塞 28 的两侧上的 压力。轮轴的倾角 (caster) 驱使活塞 28 返回其中间位置， 从而关闭截流阀 44。信号管路 38 中的静压力返回到整个系统压力， 从而使截流阀 42 重新打开并由此使阀供给管路 18 重新打开。 动力转向系统 110 以与上述类似的方式运作， 以当活塞 28 到达其活塞行程的右端 时解除动力助力。活塞 28 使截流阀 46 打开， 从而降低右侧信号管路 40 中的压力， 并由此 切断阀 42， 停止活塞 28 的进一步运动。
图 7 示出阀体 56 的一个实施例。将端口 58 和 60 流体连接的流动通道 72 以及将 端口 58 和 62 流体连接的流动通道 74 都与控制通道相交， 该控制通道形成为由轴向相对的 端壁 126、 128 闭合的圆柱形孔 124。流动通道 72 与孔 124 在孔 124 的中心部分内相交。流 动通道 74 与孔 124 在端壁 126 附近相交并穿过端壁 126 延伸到端口 62。节流结构 76 形成 为流动通道 74 中的直径缩小的流动孔口 130。
形成为阀芯 138 的可轴向运动的滑动构件或阀构件位于控制通道 124 内。 阀芯 138 通过压簧 82 朝向端壁 128 偏置。 阀芯 138 将控制通道 124 密封地分成与端壁 126 相邻的第 一腔 141a 和与端壁 128 相邻的第二腔 141b。腔 141a 形成由流动管路 74 加压的先导管路 80。腔 141b 形成由流动管路 72 加压的先导管路 78 的端部。阀芯 138 包括朝向端壁 128 的 直径缩小的鼻部 142(nose) 以及由环形凹槽 148 间隔开的两个密封台肩 144、 146(sealing land)。当鼻部 142 抵靠端壁 128 时， 凹槽 148 与流动通道 72 的端部流体连接。
在活塞 28 位于活塞行程的两端之间时的正常动力转向运作过程中， 高压流体分 别经由先导管路 80 和 78 与腔 141a 和腔 141b 连通。因为流体不能流出出口 62( 截流阀 44、 46 关闭 )， 所以阀芯 138 的两侧上的流体压力基本上相等， 且弹簧 82 保持阀芯 138 抵靠 端壁 128。
当活塞 28 到达活塞行程的末端时， 从阀体 56 中经流体管路 74 流出的流体必须流 经孔口 130， 从而使先导管路 80( 腔部 141a) 中的流体压力下降。阀芯的一侧上的流体压 力的下降使由腔 141b 中的流体产生的液压力能够克服由弹簧 82 产生的弹簧力， 从而使阀 芯 138 在图 7 中向左运动。阀芯 138 通过与止动构件 ( 未示出 ) 配合而在其关闭位置处停 止， 但也可以通过与壁 126 配合或通过紧实地压簧 82 而停止在关闭位置。无论阀 138 如何 停止， 阀 138 是否处于打开或关闭位置， 管路 74 都保持无阻碍。当阀芯处于其关闭位置时， 阀芯台肩 144 阻塞流动通道 72， 从而使阀 42 关闭并切断流体管路 72。
当流动通道 72 被处于其关闭位置的阀芯 138 关闭时， 从阀体 56 流出的是来自必 须流过流动孔口 130 的流体。如前已述， 由该相对较小的流体流量引起的蓄能器压力的下 降相比于不调节流出蓄能器的流量的传统系统内的蓄能器压力的损失来说是最小的。
当活塞 28 从行程末端朝其中间位置运动时， 流体停止流出阀 56。腔 141a 和 141b 内的流体压力均等， 且阀芯返回到其抵靠着端壁 142 的常开位置。阀芯凹槽 148 与流动管 路 72 的端部重新连接， 从而使截流阀 42 重新打开。
图 8 示出适于用作阀 44 或阀 46 的第一实施例的常闭截流阀 150。截流阀 150 允 许自动地调节阀的柱塞 84 伸入马达腔 30 内的距离， 以确保在可转向轮撞击到轮轴止挡前 解除动力转向助力。柱塞 84 形成为能够在柱塞和阀构件之间作相对运动的滚动销 (roll pin)， 以可调节地设定延伸距离。
截流阀 150 安装在使液压缸 26 的一端闭合的端壁 152 上。阀的柱塞 84 穿过端壁 152 伸到相邻的缸腔 30、 32 中 ( 图 8 示出形成阀 44 的截流阀 150)。
截流阀 150 包括可沿孔 156 中的阀行程轴向运动的细长阀体 154， 该孔延伸穿过端
壁 152 的厚度。孔 156 连接到接纳供给管路 38 的一端的传统 SAE 塞件 157( 未示出 )。
阀体 154 具有紧密容纳于孔 156 中的头部 158， 该头部具有接纳柱塞 84 的中心孔 160。头部 158 上的外锥形阀表面 162 与孔 156 内的锥形阀座 164 协作以使孔 156 随着阀 体 154 的轴向运动而打开和闭合。 阀体 154 包括细长的直径缩小的管子 166， 该管子离开阀 头部 158 延伸并接纳于轴向固定于孔 156 中的管状保持件 168 的开口端中。管子 166 形成 通到中心阀头部孔 160 并与其同心的内孔 170。
保持件 168 具有允许流体流经保持件 168 的开口端壁 172。固定螺钉 174 使管子 166 的开口端闭合并防止流体流入管子 166。压簧 176 围绕管子 166 的外部并被压在弹簧 保持件 168 和阀头部 158 之间， 从而促使阀表面 162 抵靠阀座 164 以使截流阀关闭。
在调节前， 柱塞 84 延伸到马达腔 30 中足以使活塞在轮子到达轮轴止挡前与柱塞 良好配合。调节柱塞 84 类似于在共同发明人 Sheppard 的美国专利 5,803,201“具有卸载 阀的液压动力转向装置组件” 中为了调节安全阀所描述的方法， 该专利转让于本发明的受 让人并以参见的方式纳入本文， 如同在这里进行了完全的阐述。
车辆被升高以将可转向轮抬离地面。转动方向盘以使活塞 28 朝缸的端壁 152 运 动。当活塞 28 与滚动销 84 接触时， 活塞 28 将阀体 154 推离阀座 164 并推向弹簧保持件 168。继续转动方向盘使阀体 154 抵靠保持件端壁 172 运动， 从而防止阀体的进一步轴向运 动。在所示实施例中， 阀体 154 具有由阀体 154 的端部限定的八分之一英寸的阀行程， 当阀 关闭时， 该端部与壁 172 间隔开八分之一英寸。 当可转向轮接近轮轴止挡时， 活塞 28 抵靠柱塞 84 的继续运动克服柱塞 84 和孔 160 的壁之间的摩擦力， 从而使柱塞 84 在孔 160 中滑动并部分地运动到管子 166 中。当可 转向轮撞击到轮轴止挡时， 活塞在其相对于缸的端壁 152 的关闭位置停止。现在， 建立柱塞 84 相对于阀体 154 的轴向位置。
当可转向轮运动返回它们的中间位置时， 弹簧 176 推动阀体 154 和柱塞 84 一起朝 阀座 164 运动八分之一英寸， 直到阀表面 162 配合阀座 164 而关闭阀为止。现在， 活塞 28 将在活塞到达其与端壁 152 最接近的位置前的八分之一英寸处配合柱塞 84， 以在可转向轮 撞击到轮轴止挡前移除动力助力。
所示的截流阀 150 使用弹簧保持件的端部作为阀构件的轴向止挡件。在其它可能 的实施例中， SAE 配件、 一些其它构件或变成压紧实的弹簧的弹簧可用作止挡件。
在动力转向系统 110 的正常运作过程中， 阀 150 关闭。孔 156 中的流体压力将阀 头部 158 推抵阀座 162， 从而使阀偏置到关闭。
当活塞 28 配合柱塞 84 并使阀体 154 离开阀座 164 运动时， 流体从供给管路 38 经 由孔 156 流到马达腔 30 以解除动力转向助力。流体经由 SAE 塞件 157 进入孔 156， 流经保 持件端壁 172， 经过管子 166 和弹簧保持件 168 之间的环状间隙， 并经过形成于阀头部 158 上的周向间隔开的凹瓣部 (concave lobe) 或凹陷部 178。
当活塞 28 运动返回其中间位置时， 弹簧 176 和流体压力协作以将阀体 158 推抵阀 座 164 而关闭阀 150。
图 9 示出类似于截流阀 150 的改进的可调节截流阀 150a， 其中对应的部件用相同 的附图标记标示。用沿管子 166 的内部密封滑动的塞件 174a 来代替固定螺钉 174。如果柱 塞 84 的位置需要重新设定， 则将 SAE 配件 151 移除且将塞件 174a 进一步拧入管子 166， 从
而将柱塞 84 进一步推到马达腔中。
图 10 示出用于形成截流阀 44 或 46 的第二实施例的截流阀 180( 图 10 示出用于 形成截流阀 44 的阀 180)。可手动调节柱塞 84 伸入马达腔 30 或 32 的距离。
截流阀 180 包括延伸穿过圆筒形壁 152 并通入马达腔 30 的水平孔 182。管状弹簧 保持件 184 位于孔 182 内并容纳压簧 186 和使阀 180 打开和关闭的可动阀构件 188。柱塞 84 牢固地附连于阀构件 188 并伸入马达腔 30。垂直孔 190 从孔 182 延伸并连接到接纳供 给管路 38 的一端的 SAE 塞件 192( 未示出 )。
水平孔 182 具有离开马达腔的放大的螺纹端， 该螺纹端与弹簧保持件 184 的外侧 上的螺纹协作， 以可调节地将弹簧保持件定位在孔 182 中并由此手动调节柱塞 84 伸入马达 腔 30 的距离。
弹簧保持件 184 具有闭合端 194 和面向马达腔的开口端 196。端部 196 形成与阀 构件 188 上的锥形阀表面 200 协作的锥形阀座 198， 以打开并关闭阀。周向间隔开的开口 202 延伸穿过弹簧保持件 184 的厚度， 并使流体能够从垂直孔 190 流入保持件 184 的内部。
在正常操作过程中， 弹簧保持件 184 内的流体压力与弹簧 186 协作以将阀构件 188 推抵阀座 198， 从而关闭阀 180。 当活塞 28 配合柱塞 84 并使阀体 188 离开阀座 198 运动时， 流体从供给管路 38 流 到马达腔 30 以解除动力转向助力。流体经 SAE 塞件 192 进入孔 190， 流入弹簧保持件 184 并流经形成于阀构件 188 上的周向间隔开的凹瓣部或凹陷部 ( 未示出 )， 从而经孔 182 排入 马达腔 30。
当活塞 28 运动回到其中间位置时， 弹簧 184 和孔 182 中的流体压力协作以将阀体 188 推抵阀座 200 并关闭阀。
所示截流阀的实施例 150、 150a 和 180 从液压缸 28 的端部轴向延伸， 从而使液压 马达组件的总长度延伸。
图 11 示出根据本发明的另一动力转向系统 210 的一部分， 其不使液压马达组件的 轴向长度延伸。在此实施例中， 截流阀 44、 46 承载于活塞 28 中。动力转向系统 210 在其它 方面类似于动力转向系统 110， 且因此将仅描述区别之处。
第二共同流体管路段 64 包括形成于活塞 28 中、 从活塞外表面延伸到连接点 66 的 管路段 212 以及密封组件 214， 该密封组件在活塞 28 的整个轴向运动中将管路段 212 与管 路段 64 的剩余部分密封连接。密封组件 214 利用与由本发明的受让人以模型 92 转向装 置 (MODEL 92 STEERING GEAR) 为商标在市场上出售的转向装置中所用相同的滑动密封组 件， 因此将不作详细描述。供给管路 38、 40 在连接点 66 下游的部分由活塞 28 中的两个内 孔 216、 218 形成， 这两个孔分别通到截流阀 44、 46。止回阀 68、 70( 未示出 ) 可分别位于孔 216、 218 中。
截流阀 44、 46 都类似于截流阀 180， 而弹簧保持件拧到从活塞表面向内延伸到活 塞内并与供给管路 38 或 40 流体连接的孔中。
图 11 示出活塞 28 处于其中间位置且截流阀 44、 46 为了正常动力转向操作而关闭 时的动力转向系统 210。左侧截流阀 44 的柱塞 84 从活塞延伸到左侧马达腔 30 中， 而右侧 截流阀 46 的柱塞 84 从活塞延伸到右侧马达腔 32 中。
图 12 示出动力转向系统 210， 其中活塞 28 运动到其行程左端。左侧柱塞 84 压抵
缸壁 152， 从而打开阀 44 并如前已述地解除动力转向助力。
动力转向系统 110 和 210 都利用流体信号管路 38、 40 以在活塞 28 到达其行程末 端位置时发出信号。信号管路 38、 40 中的流体压力还用于打开和关闭截流阀 42， 并将阀 42 保持在这种打开或关闭状态。在本发明的其它可能实施例中， 由信号管路中的压力表示的 信号可用于启用打开和关闭阀 42 的其它方式。例如， 压力开关可位于每个信号管路 38、 40 内， 该压力开关根据信号管路中的压力电气打开或关闭阀 42。
图 13 示出类似于动力转向系统 210、 根据本发明的又一动力转向系统 310 的一部 分， 因此将仅描述区别之处。
信号管路连接点 66 形成为具有中心孔的管状本体 312， 该中心孔与形成于活塞 28 中的笔直的流体管路段 314 和 316 同轴并与其流体连接。管路段 314 从本体 312 延伸并通 到马达腔 30 中， 而管路段 316 从本体 312 延伸并通到马达腔 32 中。止回阀 38 和止回阀 70 分别位于管路段 314 和 316 中。每个止回阀 68 和 70 都包括本体 312 的形成阀座 318 的对 应轴向端以及形成为使止回阀打开和关闭的球 320 的阀构件。每个截流阀 44 和 46 都包括 拧到管路段 314 或 316 的开口端中的管状塞件 322， 并形成与使截流阀打开和关闭的球 326 的阀构件协作的阀座 324。每个管路段 314、 316 中的压簧 328 在管路段中的球 320、 326 之 间延伸， 并且将球 320、 326 推抵它们对应的阀座 318、 324。
致动并打开截流阀 44、 46 的柱塞 84 承载于可调节柱塞组件 330、 332 中， 这些柱塞 组件穿过液压缸 26 的轴向相对的壁而安装。 柱塞组件 330、 332 在构造上类似于在 Sheppard 的美国专利 6,050,171 中公开的柱塞组件， 该专利转让给本发明的受让人并因此将不详细 描述。
图 13 示出活塞 28 处于其中间位置时的动力转向系统 310。截流阀 42 打开且连接 点 66 处的流体压力使止回阀 68、 90 打开并将球 326 暴露于使截流阀 44、 46 在动力转向系 统的正常运作过程中关闭的流体压力。
假定动力转向系统 310 被致动以使活塞 28 朝向其活塞行程的左端运动。马达腔 32 内的高压流体将活塞 28 推到左侧， 并将截流阀 46 的球 326 推离其阀座 324。球 326 的 两侧上的流体压力基本上相等， 且因此弹簧力保持截流阀 46 关闭。
当活塞 28 到达活塞行程的左端时， 柱塞组件 330 的致动器 84 配合截流阀 44 的球 326 并使阀 44 打开， 从而如前已述地解除动力助力。 连接点 66 处的流体压力由于引起截流 阀 42 关闭的压力下降而降低。压力下降可使截流阀 46 能够打开， 但止回阀 70 保持关闭并 防止连接点 66 和右侧马达腔 32 之间的流体连通。
上述动力转向系统 110、 210、 310 响应于经信号管路 38 或信号管路 40 传递的低压 信号以关闭截流阀 42。图 14 至 17 示出根据本发明的动力转向系统 410， 该动力转向系统 可响应于高压信号以关闭截流阀 42。
图 14 示出系统 410 的控制模块 55。系统 410 的控制模块 55 与系统 110 的控制模 块 55 类似， 因此将仅讨论区别之处。流体管路 74 不连接到入口 58， 而是如所示在端口 92 处连接到排出装置 14。 在动力转向系统 410 的正常操作过程中， 流体管路 74 内的流体压力 处于排放压力或接近排放压力， 并且小于入口 58 处的流体压力。由先导管路 78 产生的、 促 使截流阀 42 打开的力克服由先导管路 80 和弹簧 82 产生的、 促使阀 42 关闭的组合力， 且流 体流到用于正常动力转向操作的控制阀 20。当发生行程到底的状况时， 流体管路 74 中的流体压力增大到基本上整个系统压 力。 由先导管路 78 和弹簧 82 产生的关闭力克服由先导管路 78 和截流阀 42 产生的打开力， 以如前所述移除动力转向助力。
如图 15 中所示， 截流阀 44、 46 以类似于动力转向系统 210 和 310 中的方式承载于 活塞 28 中。信号管路 38 通到右侧马达腔 32 中， 而信号管路 40 通到左侧马达腔 30 中。图 15 示出为了正常动力转向操作而关闭截流阀 44、 46 且活塞 28 处于其中间位置时的动力转 向系统 410。信号管路 216、 218 和 64 包含处于相对较小压力的流体， 且因此截流阀 42 为了 正常动力转向操作而打开。
图 16 示出活塞 28 运动到其行程左端时的动力转向系统 410。左侧柱塞 84 压抵缸 壁 152， 从而打开阀 44 并使信号管路 64 与右侧马达腔 32 中的高压流体连通。流体压力的 增大使截流阀 44 关闭并解除动力转向助力。当活塞 28 开始返回到其中间位置时， 信号管 路 64 中的流体压力将下降并且截流阀关闭以使系统返回到正常动力转向操作。
图 17 更详细地示出动力转向系统 410 的左侧截流阀 44， 应当理解右侧截流阀 46 具有相似的构造。致动截流阀 44、 46 的柱塞组件与那些在动力转向系统 310 中的相同， 因 此将不作描述。
截流阀 44、 46 被拧到延伸穿过活塞 28 的轴向孔 412 的相对的螺纹端中。阀 44 包 括拧到孔内的管状阀外壳 414 和承载于该外壳内、 管状的可轴向运动的阀构件 416。外壳 414 和阀构件 416 形成协配的锥形阀表面 418、 420， 这些表面借助于阀构件 416 的轴向运动 使阀 44 打开和关闭。信号管路 216 通到孔 412 内， 在那里外壳 414 具有直径缩小的承载径 向孔 422， 这些径向孔使外壳 412 的内部与信号管路 216 连通。阀构件 416 承载由球 424 和阀座 426 形成的内部止回阀组件 423。滚动销 428 从阀构件 416 的内端伸出并支撑压簧 430 的一端。压簧 430 的另一端支撑于阀 46 的滚动销上， 因而， 压簧 430 促使两个阀 44、 46 都关闭。螺母 432 密封阀外壳 414 的外端。
假定动力转向系统 410 的正常操作将活塞 28 推向图 16 所示的左侧。左侧马达腔 32 中的高压流体使截流阀 46 的止回阀 423 打开， 从而允许高压流体进入活塞孔 412。高压 流体迫使阀 44 关闭并迫使截流阀 44 的止回阀 423 关闭。
当活塞 28 到达其行程的左端时， 左侧柱塞组件配合阀构件 416 并将阀构件 416 推 到孔 412 中抵靠弹簧， 从而使截流阀 44 打开。孔 412 内的高压流体流入阀外壳 414 的内部 并与传感管路 66 流体连通。传感器管路 66 中的压力增大使截流阀 42 关闭， 从而解除动力 转向助力。
在其它实施例中， 截流阀 42 可直接通过活塞或悬置构件的运动来致动。例如， 可 设置伸到马达腔内的柱塞， 这些柱塞起到使电触头打开和关闭的作用， 这些电触头又使截 流阀 42 打开或关闭。
在图 18 中示出通过关闭截流阀而产生液压马达 22 的液压锁定的另一替代实施 例， 其示出常开截流阀 42 置于排出管路 24 中的动力转向系统 510。 用相同的附图标记示出 系统 510 的与动力转向系统 10 中元件相同的对应元件。当截流阀 42 关闭时， 流体无法流 出低压马达腔 30 或 32。这使液压马达 22 被液压锁定， 从而解除动力助力。
图 19 示出动力转向系统 610 的一部分， 该动力转向系统具有由位于排出管路 24 中的控制模块 55 形成的截流阀 42。系统 610 的控制模块 55 与系统 110 的控制模块 55 类似， 但响应于低压信号操作来关闭阀 42。动力转向系统 610 的截流阀 44、 46 与图 17 中所示 的构造相同， 因此不在附图中示出。
图 20 和 21 示出动力转向系统 610 的阀体 56 的一个实施例。将端口 58 和 60 连 接起来的流动通道 72 具有轴向偏置的流动部分 72a、 72b， 这些部分与形成为圆柱形孔 612 的控制通道相交。由端壁 614、 616 来闭合控制通道 612。可轴向运动的阀芯 618 在控制通 道 612 中， 并在阀的相对两端上形成控制腔 620、 622。弹簧 82 在腔 620 内并将阀芯 618 推 到其抵靠端壁 616 的打开位置。阀芯 618 具有能够在阀芯 618 抵靠端壁 616 时流经流动通 道 72 的直径缩小的中间部分。流体管路 74 流入腔 620， 并且然后经由阀芯 618 内的轴向 孔 624 流到腔 618， 并然后经由流动通道 626 流到端口 58。孔 622 内的节流结构 628 形成 孔口 76。
在正常动力转向操作过程中， 排出管路 24 和信号管路 66 包含与腔 614、 618 连通 的低压流体， 且因此阀芯 618 的两端上的流体压力基本上相等。弹簧 82 使阀芯 618 如图 21 中所示保持在其打开位置。
当信号管路 66 内的流体压力增加到表示活塞 28 已到达行程末端的基本上系统压 力时， 腔 622 内的压力增加并且将阀芯 618 推到抵靠端壁 620 的关闭位置。阀芯 618 阻塞 流动通道 72 并防止流体流出液压马达 22， 由此解除动力助力。 动力转向系统 110、 210、 310、 410、 510、 610 利用蓄能器 16 和控制阀 20 之间或储存 器 14 和控制阀 20 之间的单个常开截流阀 42 以解除动力转向助力。当截流阀 42 关闭时， 液压马达 22 处于 “液压锁定” 中并且活塞 22 不能运动， 这是因为流体不能流入或流出液压 马达 22。
在其它可能的实施例中， 在控制阀 20 和液压马达 22 之间延伸的供给管路 34、 36 中的一条或两条管路可包括常开的截流阀 42 以在关闭时产生液压锁定并解除动力转向助 力。
上述动力转向系统利用流体压力的变化来表示活塞已到达行程末端的状态。 图 22 示出根据本发明的动力转向系统 710， 其利用打开或关闭电气连接来表示可转向轮正接近 行程末端。 用相同的附图标记来表示功能上与转向系统 10 的部件相同的动力转向系统 710 的部件。
在此实施例中， 常开截流阀 42 是电动操作的阀。该阀可操作地连接到成对的电开 关或限位开关 712， 这些开关都可与对应的接触构件或接触板 714 配合以打开和关闭电气 回路 716， 从而打开和关闭截流阀 42( 在附图中示出一个开关 712 和接触板 714)。开关 712 和接触构件 714 之一附连于车辆转向连杆或轴组件的可动部分， 而开关 712 和接触构件 714 中的另一个相对于这一个构件是静止的。箭头 718 标示由可转向轮的运动引起的开关 712 相对于接触板 714 的相对运动。
所述实施例中的每对开关 712 和接触构件 714 都定位成彼此配合， 并且就在对应 的左转和右转时到达轮子行程的末端前关闭电回路 716， 从而关闭截流阀 42 并解除动力助 力。 诸如相对于上述其它实施例讨论过的使用或传递流体压力信号的信号管路可用于发出 转向助力应当恢复且截流阀 42 应当被打开的信号。在动力转向系统 710 的其它可能的实 施例中， 附连于转向柱或其它转向组装构件的开关可发出控制阀 20 居中且截流阀 42 应被 打开的信号。
尽管我们已述本发明的较佳实施例， 但应当理解， 本发明能够进行修改， 且因此我 们并不希望限于下述精确细节， 但期望有助于如落入下面权利要求书的范围内地进行这种 变化和改变。