对位置伺服系统或涉及位置伺服系统的改进

摘要

通过助力转向系统举例的一种位置伺服系统,其中变比周转类型的功率驱动连续变比变速器(“CVT”),并且尤其是环形－轨道旋转－牵引类型的CVT被安排与转向盘或其它旋转激励部件(3)及转向装置或从动机械装置同轴,并对应于误差发送一个输出来增强转向效果,所述误差为激励部件和转向机械装置之间的位置误差。如果CVT停止旋转,以及对操作的正常顺序被颠倒时,此外当转向机械装置倾向于操纵激励部件时,装置(50,51)被描述来防止对激励部件和转向机械装置之间正常手动连接的干涉。当CVT是环形－轨道旋转－牵引类型时,一些装置被描述来保证被其所有与CVT的连接施加载在转向机械装置上的力相等。

说明书

该发明涉及位置伺服系统，其中激励(即驱动)部件和被驱动部件期望相对位置之间的误差检测导致被应用来趋向于降低该误差的动力。该发明尤其适用于但不是仅适用于为已知通用类型的助力转向系统，其中，转向操纵装置，例如齿条类或螺杆类，是由齿轮和小齿轮驱动的，这些齿轮和小齿轮一般装在轴的一端，轴的另一端装载着转向盘或其他的控制部件。设置一些装置来监视轴的扭转变形。当该变形超过一个预定值时，即表明正在进行明显的转向操作时，附加动力源被激活，并施加在螺杆或齿轮上来增大转向盘的转矩，并因此降低轴中的变形。

在日本专利公布63291770A中已经提出，在助力转向系统中加入“变比周转”类型的连续变比变速器(“CVT”)。这种CVT的通常元件是一种周转齿轮组及一种变速元件或“变速器”，后者包括输入部件，中间反馈部件和输出部件。这种“变比周转”类型的CVT是指其中变速器的所有3个元件的旋转轴同心的类型，使得变速器的总配置与传统以齿轮连接的周转齿轮组或行星式齿轮组具有某些相似之处。本发明与JP-A-63291770的实施方案的主要区别在于：在以前专利公布中描述的系统中，CVT并不产生和发送任何动力来辅助操作者的转向操作。相反的，CVT的功能表现为会改变手动转向比，即转向盘和与之相连的转向机齿条之间的比例，使得要产生功率辅助的完全分离的装置在低车速时接收相对较强的信号，而在高速时接收相对较弱的信号。

本发明当然也区别于许多以前的同心安排的自动CVT(US-A-4922788给出一个例子)，其表现在于在那些CVT’s中，动力输入的唯一来源为汽车的牵引机。在本发明涉及的位置伺服系统中，必须有两个这种输入的独立来源。例如，在动力转向系统中，通过转向盘，第一手动输入被施加进来，而且为了起到所需的助力作用，CVT必须被动力功率的第二来源驱动。

现在将参考简化的附图和部分示意图，通过示例描述本发明，其中：

图1是助力转向系统的简略视图；

图2是轴3所在平面的剖视图；

图3图解说明了与变速器其中一个滚轴相关联的连动和移动及；

图4表示图3中装置的另一可选方案

图1表示衡速电动马达10的输出被连接到变比周转类型变速器“输入”部件7，并表示了该输出还(在11)被连接到典型的三部分周转齿轮组6的一个元件上。齿轮组6的另外两个元件分别被连接到变速器的输出部件9处和转矩限制设备21处。变速器的第三和中间部件8产生一个输出13，该输出构成一个送到小齿轮2的输入，该小齿轮驱动转向齿条4，另一个输入为通过轴3从转向盘1得到的输入。组成CVT的各部分在虚线5中表示出来并包括齿轮组6和变速器(7，8和9)，那些部分被安装来与管道20一起象一个装配体一样旋转，管道20与轴3同轴，通过管道20那些部分被连接到小齿轮2。这样，轴3和管道20构成了到小齿轮2的同心旋转激励输入。因为转矩限制装置21本身并不需要旋转，因此举例来说，它可以是一种简单而可靠形式的平稳刹车。

图2在图1基础上加入了一些细节，其中的变速器为环形轨道旋转牵引类型，并具体表示出了CVT是怎样被安排来绕转向轴3同心旋转的。通过刹车型转矩限制设备21，平稳反馈部件25与套管26啮合，其中套管26带动齿轮组6的内齿轮27。通过齿轮28和29，马达10与末端圆盘啮合，也就是说，与环形轨道变速器的输入圆盘7以及齿轮组6的行星齿轮支架30啮合。与其它圆盘和周转齿轮组的太阳齿轮31一样，变速器的输出圆盘9也被安装上。应该注意到如在环形轨道变速器中所必须的，为了改变圆盘7，9的旋转方向，两个行星齿轮都由支架30来带动。还要注意到的是齿轮比最好被选择为给出与圆盘相等和相反的旋转速度。在该实施方案中，变速器的“中间部件”8包括两组牵引-发送滚子以及与它们相关的支架组件，其中一组被放置在圆盘7，9的一对之间，第二组被放置在另一对之间。每组中这样的一个滚子被粗略表示在35。一般的，每组中有3个这样的滚子，这3个滚子相对于轴3的轴以相等角度间隔放置。

在图2中，参考数34表明了系统控制怎样必需将转向轴3，变速器中间部件8及管状连接20连接到小齿轮2。图2表示分别由轴3和管道20带动的凸缘36和37，图3图解说明了一种装置的原理，通过该装置凸缘36可以与滚子35相连，使得当轴3超过了一个给定的扭转变形时(即当轴3和套管20的角位置的差值超过一个给定量)使得滚子改变比率，并表示了滚子所承受的反转矩如何通过管道20被施加在小齿轮2上，这样通过加大驾驶者施加在转向盘1上的力可以提供一种动力-转向效果，以便使差值降低到零。

图2的另外三个特征也应该注意到。首先是位于太阳齿轮31和输出圆盘9之间的向心离合器和等价安全设备50，这些设备可操作来确保太阳齿轮与圆盘分离并因此使动力转向连结失效，从而太阳齿轮30因为例如马达10的失效而停止旋转。如果这种情况发生，操作者必需通过转向盘1手动转向，并且失效的动力转向机械装置必需不干扰手动操作。第二，位于小齿轮2和凸缘37／反作用盘41之间的适当的单向空转连接51。这是用来保证当操作员通过尝试移动齿条4来旋转转向盘1时，动力-转向机械起作用从而加强转向效果，但是当适于在相反方向的转向效果时，允许小齿轮2来旋转转向盘1。举例来说，当车辆从弯道中出来时，由于负载轮弯度的原因，产生这种反向效果。当不存在设备51的单向效果时，动力转向机械装置趋向于阻止轮1向直-前位置的恢复。这样，设备51有效的运作使得如果驾驶者放任转向盘1运动，该转向盘的位置由车轮的位置来确定。第三个要注意的特征是与其中一组滚子35相邻并且通常与轴3同轴的环52，但是该环有一个足够大的中心孔53使得该环能在不堵塞滚子的情况下，轻微偏离中心。该环的功能将结合图4的实施方案解释。

图3表示其中一组滚子35，该滚子被安装用于在支架33中绕轴32旋转，支架33被连接到悬杆38，悬杆38带动球状末端39，该末端39被安装用于在一个拱形槽40中滑动，拱形槽40形成在反作用盘41中。如在本领域中习惯并很好理解的，滚轴35的中心35a被限制在环面的固定“中心圆环”上，该环面与圆盘7，9是一致的。槽40的圆弧具有相同的圆心35a。球状末端39被枢接到连接件42上，连接件42反过来在43处被枢接到连接件44的一端。该连接件44的另一端被枢接到凸轮36上，并且应该被看作是在与图2纸面为垂直角度的平面中旋转，但是该旋转平行于图3的纸面，并且仿佛点45与轴3的轴重合。反作用盘41被附加在凸缘37的表面上，并平行于37的表面，使得盘和凸缘能一起运动。在滚子35位于在图3中所示位置时，轴32将与轴3和管道20的公共轴重合。这表示系统的平衡位置，其中在轴3中有可忽略的扭转变形，其中CVT的比例被选取的使得它处于所谓的“齿轮驱动中枢”条件下，并且其中球状末端39位于它们在槽40中的中间位置。因此，这样在滚子35中就没有转矩负载，而且因此在箭头47指示的方向上，球状末端39在反馈盘41上不施加任何推力。因此马达10不会通过凸缘37和管道20对小齿轮2施加任何转矩。但是如果轴3发生了扭转变形，导致在轴3和管道20之间产生相应的角误差，这将使连接件42，44被误置到42’和44’表示的位置上，并倾斜滚子35使得它在槽40中的另一个位置与球对齐．在图3中，这种情况表示在39’，其在槽40中的位置范围的一个限制。这时被误置的滚子轴32’不再与轴3的轴横切，轴3当然也是变速器轴。因此，滚轴35承受一个反转矩，该反转力矩在盘41(即凸缘37)上产生一个反作用力(在箭头47的方向上可以消除)。这样，经过管道20施加在小齿轮2上的补充转矩通过轮1和轴3被施加在其上。当角度0趋于零时，该补充转矩也趋于零，并且球状末端39返回到它在槽中的中间位置。

在图4中图解说明方案的设计中，最好滚子反作用力-见图3中的参考数字47-很大，这样在从滚子反作用力中分解转向输入力(施加在图2的凸缘36中)时，存在很多潜在的好处，比如静摩擦降低和驾驶者感觉更好，其中滚子反作用力组成了动力转向系统的输出并被施加到凸缘37上。最终设计的另一个特征是一种简单机械，该机械装置如为图2所描述的，用来平衡由每一组中3个滚子(35)施加的输出力。这种平衡自然地发生于一种现代转矩控制的自动CVT中(如在专利说明EP-B-0444086中描述的)，其中滚子应用液压原理来定位。然而，可以预料到缺乏精确的平衡，而且会在更简单的CVT和其中每个滚子的方向由滚子和转向盘1之间的直接机械连接中产生问题，其中的简单CVT对于动力-转向或其它附加驱动来说将会更经济。

图3和图4之间的第一个要注意的差别在于在图4中，将滚子支架33连接到凸缘36(并连接到轴3和转向盘1)的链接(38，39，42，43，44)现在被限制在系统的输入边并且不与反作用盘41接触。而且槽40不再存在。

另一个涉及系统“输出”边的主要差别在于控制器支架基本上为两部分。第一部分54与图3的零件33类似，但在其中心带有一个“接线盒”或其它精确接头55，中心球56带有一个连接到框架58的悬杆57，58组成了支架的第二部分。悬杆59以相同于悬杆38从框架33伸出的方式从框架58伸出。悬杆59在60处被枢接到双臂曲柄的一个臂61上，61的顶点在63处被枢接在反作用盘41上。双臂曲柄62的另一臂带动一个螺栓64，64在槽66中滑动。槽66形成在“浮动”平衡盘52中，这已经参考图2描述了。如同已经指出的，图3和4中表示的单个滚轴35可以是横过位于输入环形盘7和对应输出盘9之间的环形腔的三个一组传输牵引中的一个，并且三个滚子绕轴3的轴以相等间隔角度排列。因此，螺栓64通常也位于与悬杆3同心的假想园上的等间隔角度处，盘52自身也是同轴的，然而，如果滚子上被施加(通过支架部分58和悬杆59)的推力是不完全相等的，这种不相等的效果是：将会移动销子64并因此移动盘52使之轻微偏离轴心直到达到一个平衡位置，其中三个球状曲柄的相对角度设置将使得可以通过球状曲柄62中的每一个在其各自的枢轴连接63处将相等的旋转力矩施加在反作用盘上。通过形成通常与轴3(即45)同心的槽66的圆弧，销子64施加在盘52上用来移动它的力基本上仅仅是径向的，并且不具有任何试图旋转该盘的切向分量。

在所有附图中表示的该发明实施方案的下述潜在优点应该尤其被注意到。首先，由于整个CVT与一些部件一起旋转，从这些部分CVT接收其输入，并向这些部分传送其输出。因此下面这种情况将不会有任何问题：即当轴3可以通过3个回转体旋转时，当在轴3和管道20之间仅仅存在一个小的角度误差-即2°时，操作中应具有动力转向效果，第二，当稳态时，变速器自然地停留在与滚轴35成1∶1处，因而避免任何产生转向的可能。

尽管该发明仅作为应用于助力转向系统而被图解说明在附图中，对于该技术领域中的技术人员很明显的是它对于位置伺服是通用的，其中助力对于保证旋转输入部件的手动或其它轻能量驱动运动之后跟随一个同心的但是更巨大的旋转输出部件是有用的。这种应用包括一个产生动力的曲柄，其中转子为动力驱动用来跟随一个手动操作的手柄，或旋转升降架或机器头，其中高功率驱动造成座舱和塔台分别跟随旋转控制移动。旋转控制本身由手动直接操作或者仅有适度的助力。