液压动力转向系统、车辆以及液压动力转向系统的转向方法

摘要

本发明公开了一种液压动力转向系统、车辆及液压动力转向系统的转向方法，该液压动力转向系统包括机械转向机构和具有由助力油泵驱动的转向加力器的助力装置，所述助力油泵能够由动力源驱动旋转，其中，所述助力油泵与所述动力源之间设置有能够接合或分离的离合装置(100)。通过上述技术方案，助力油泵及动力源之间在车辆处于转向状态时，可通过离合装置进行接合，而在车辆处于非转向状态时，通过离合装置进行分离，由此降低车辆油耗，节约能源。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆领域，具体地，涉及一种液压动力转向系统、包括该液 压动力转向系统的车辆以及该液压动力转向系统的转向方法。

背景技术

目前，车辆在转向时一般采用液压动力转向系统，液压动力转向系统是 兼具驾驶员体力和发动机动力作为转向动力源的转向系，包括机械转向机构 及液压助力装置，车辆在转向时，驾驶员通过操纵机械转向机构提供转向需 要的一部分能量，液压助力装置提供转向所需的另一部分能量，以辅助机械 转向机构进行转向，使驾驶员在转向时操作省力。其中，液压助力装置是通 过发动机带动助力油泵旋转，由助力油泵提供工作液压油的液压系统。

现有的液压助力装置中，助力油泵都是通过齿轮、花键或十字驱动键等 形式直接或间接地与发动机硬连接，即只要发动机转，助力油泵就随着转， 但是，车辆在行驶过程中并不是实时需要助力转向的，因此，现有的车辆液 压动力转向系统中，无论车辆怠速、直线行驶还是转弯，助力油泵均随发动 机转动的方式势必造成能源的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压动力转向系统、车辆及液压动力转向系统 的转向方法，能够降低车辆油耗，节约能源。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种液压动力转向系统，该液压 动力转向系统包括机械转向机构和具有由助力油泵驱动的转向加力器的助 力装置，所述助力油泵能够由动力源驱动旋转，所述助力油泵与所述动力源 之间设置有能够接合或分离的离合装置。

优选地，该液压动力转向系统还包括：

转向状态传感器，该转向状态传感器用于检测车辆的转向状态；

控制单元，该控制单元分别与所述转向状态传感器和所述离合装置电连 接，所述控制单元接收来自于所述转向状态传感器的表示车辆的转向状态的 电信号，根据该电信号判断车辆是否处于转向状态，如果车辆处于转向状态， 则所述控制单元向所述离合装置发出使该离合装置接合的接合控制信号，如 果车辆未处于转向状态，则所述控制单元向所述离合装置发出使该离合装置 分离的分离控制信号。

优选地，所述转向状态传感器为设置在方向盘上的力传感器；或为检测 所述方向盘的转动轴旋转角度的角度传感器。

优选地，所述控制单元包括判断模块，所述判断模块用于判断所述转向 状态传感器获取的电信号的值是否大于设定阈值，若大于所述设定阈值，则 车辆处于转向状态，若小于或等于所述设定阈值，则车辆未处于转向状态。

优选地，所述离合装置包括用于与助力油泵的泵轴及动力源的驱动轴中 的一个连接的第一连接件、用于与助力油泵的泵轴及动力源的驱动轴中的另 一个连接的第二连接件以及所述第一连接件与所述第二连接件之间设置的 接合件；

所述接合件与所述第一连接件传动连接且所述接合件能够相对于所述 第一连接件轴向移动；

所述离合装置还包括设置于机架的驱动机构，所述接合件能够在所述驱 动机构的作用下轴向移动，以使所述接合件与所述第二连接件接合或分离。

优选地，所述驱动机构包括与所述接合件配合的拨叉和用于驱动所述拨 叉移动以使所述接合件与所述第二连接件接合或分离的驱动器。

优选地，所述接合件具有外圆周面，该外圆周面上沿圆周设置有环形槽， 所述拨叉的端部插设在所述环形槽中。

优选地，所述拨叉设置有卡设在所述环形槽中的拨叉块。

优选地，所述驱动机构还包括：

壳体，该壳体固定于所述机架，所述壳体具有围绕所述接合件的环形空 腔；和

移动盘，该移动盘与所述驱动器连接并可轴向移动地设置在所述环形空 腔中，所述移动盘上设置有朝向所述接合件延伸的所述拨叉。

优选地，所述驱动器包括均设置在所述环形空腔内且分别位于所述移动 盘两侧的压缩弹簧和可伸缩的空气弹簧，所述压缩弹簧用于对所述移动盘施 加轴向推力，所述空气弹簧能够克服所述轴向推力而控制所述压缩弹簧的压 缩量。

优选地，所述压缩弹簧及所述拨叉均为多个，多个压缩弹簧及多个所述 拨叉沿所述环形空腔圆周间隔布置。

优选地，所述驱动器还包括：用于检测所述接合件的位置状态的离合状 态传感器，以便根据所述离合状态传感器获取的所述接合件的位置状态控制 所述拨叉的移动。

优选地，所述第二连接件上设置有多个第一啮合齿，所述接合件上设置 有能够与多个所述第一啮合齿啮合的第二啮合齿。

优选地，每个所述第一啮合齿上设置有第一弧形面，每个所述第二啮合 齿上设置有第二弧形面，用以在所述第一啮合齿与所述第二啮合齿啮合过程 中，所述第二啮合齿的齿顶沿所述第一弧形面移动，所述第一啮合齿的齿顶 沿所述第二弧形面移动。

本发明另一方面提供一种车辆，包括有如上所述的液压动力转向系统， 所述液压动力转向系统中的动力源为发动机，所述助力油泵驱动的液压系统 对车辆的转向提供助力。

本发明又一方面提供一种液压动力转向系统的转向方法，该液压动力转 向系统包括机械转向机构和具有由助力油泵驱动的转向加力器的助力装置， 所述助力油泵能够由动力源驱动旋转，所述转向方法包括根据车辆的运行状 态使所述助力油泵与所述动力源接合或分离。

优选地，在根据车辆的运行状态使所述助力油泵与所述动力源接合或分 离之前，检测车辆的转向状态，根据所检测的车辆的转向状态控制所述助力 油泵与所述动力源接合或分离。

优选地，通过检测方向盘所受的力和/或检测方向盘的旋转角度来检测 车辆的转向状态。

通过上述技术方案，助力油泵及动力源之间在车辆处于转向状态时，可 通过离合装置进行接合，而在车辆处于非转向状态时，通过离合装置进行分 离，由此降低车辆油耗，节约能源。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：

图1为本发明的一种实施方式中的离合装置的结构示意图；

图2为图1中A-A向剖切结构示意图；

图3为本发明的一种实施方式中离合装置的第二连接件的结构示意图；

图4为本发明的一种实施方式中离合装置的接合件的结构示意图；

图5为本发明的一种实施方式中的转向控制流程图。

具体实施方式

以下接合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。

本发明提供一种液压动力转向系统，该液压动力转向系统包括机械转向 机构和具有由助力油泵驱动的转向加力器的助力装置，所述助力油泵能够由 动力源驱动旋转，其中，在助力油泵与动力源之间设置有能够接合或分离的 离合装置100。具体如图1中助力油泵的泵轴200与动力源的驱动轴300之 间设置的离合装置100，当然，能够使助力油泵与动力源接合或分离的离合 装置100并不限于图1所示的结构，图1所示的离合装置100为本发明的一 种优选实施方式。

本发明通过在在助力油泵与动力源之间设置离合装置100，车辆在转向 时，助力油泵可通过离合装置100与动力源进行接合，由动力源驱动助力油 泵工作，而当车辆正常行驶不需要转向时，助力油泵又可通过离合装置100 与动力源进行分离，助力油泵停止工作，这样，相比现有技术中无论车辆怠 速、直线行驶还是转弯，助力油泵均随发动机转动的方式，能够降低车辆油 耗，节约能源。

为使助力油泵与动力源之间能够根据车辆的转向状况自动地进行接合 与分离，本发明提供的液压动力转向系统还包括：转向状态传感器以及控制 单元，其中，转向状态传感器用于检测车辆的转向状态，控制单元分别与该 转向状态传感器和离合装置100电连接，控制单元接收来自于所述转向状态 传感器的表示车辆的转向状态的电信号，根据该电信号判断车辆是否处于转 向状态，然后根据车辆的转向状态控制离合装置100的离合。

其中，控制单元包括判断模块，通过判断模块判断转向状态传感器获取 的电信号的值是否大于设定阈值，若大于所述设定阈值，则车辆处于转向状 态，控制单元向离合装置100发出使该离合装置100接合的接合控制信号， 若小于或等于所述设定阈值，则车辆未处于转向状态，控制单元向离合装置 100发出使该离合装置100分离的分离控制信号，离合装置100根据控制信 号实现自动接合或分离。

在具体实施方式中，用于检测车辆的转向状态的转向状态传感器可为设 置在方向盘上的力传感器；或为检测方向盘的转动轴旋转角度的角度传感 器。

优选地，该转向状态传感器为设置在方向盘上的力传感器，将传感器布 置在方向盘轮缘上，利用车辆在直线行驶及转向时驾驶员对方向盘作用力大 小的不同，来判断车辆的行驶状态。

具体的，方向盘上的力传感器接收到驾驶员作用在方向盘上的作用力， 然后将该作用力的信号值传送给控制单元，控制单元的判断模块判断该作用 力信号值的大小，当该作用力信号值大于设定阈值时，说明车辆处于转向状 态，控制单元控制离合装置100接合，当该作用力信号值小于设定阈值时， 说明车辆处于非转向状态，控制单元控制离合装置100分离。

在此需要说明的是，车辆处于转向状态包括车辆处于将要转向的状态以 及车辆正处于转向的状态；控制单元判断作用力信号值的大小，并不仅仅是 判断某一时刻作用力的大小，还包括判断在这一时刻前后的预设时间段内作 用力的平均值大小，通过从多个方面判断作用力大小，可准确判断车辆的行 驶状态。

通过设置在方向盘上的力传感器来感知并传递信号，与检测方向盘的转 动轴旋转角度的角度传感器相比，可以第一时间甚至在车辆转向之前传递信 号。角度传感器是通过感知转向轴的转动来采集信号，而这个信号在从驾驶 员传递到方向盘以引起转向轴的转动，在这个过程中是需要时间的，角度传 感器采集到的信号就会产生延迟。而将力传感器装在方向盘轮缘上，当车辆 转向时驾驶员会下意识的加大对方向盘的作用力来转动方向盘，在这过程中 力传感器会在第一时间采集到信号；同时，驾驶员也可以根据需要提前对方 向盘施力，这样可以使助力油泵与动力源在转向行驶之前结合，避免了信号 延迟的问题。

当然检测车辆的转向状态也可以通过方向盘上设置的力传感器以及方 向盘转动轴上设置的角度传感器结合的方式进行检测，即力传感器及角度传 感器均向控制单元传递信号，由控制单元根据两种信号综合判断车辆的专项 状态。

下面将结合图1对本发明具体实施方式中的离合装置100进行详细描 述：

如图1所示，离合装置100包括用于与助力油泵的泵轴200的连接第一 连接件1、用于与动力源的驱动轴300连接的第二连接件2以及第一连接件 1与第二连接件2之间设置的接合件3(也可采用第一连接件1与动力源的 驱动轴300连接，第二连接件2与助力油泵的泵轴200连接)；其中，接合 件3与第一连接件1传动连接且接合件3能够相对于第一连接件1轴向移动； 该离合装置100还包括设置于机架的驱动机构4(此处所说的机架是指相对 两传动轴固定的结构，在本实施方式中，机架为发动机的壳体)，接合件3 能够在驱动机构4的作用下轴向移动，以使接合件3与第二连接件2接合或 分离。

在助力油泵的泵轴200与动力源的驱动轴300进行接合时，驱动机构4 驱动接合件3向第二连接件2的方向移动，接合件3与第二连接件2接合； 在两传动轴需分离时，驱动机构4驱动接合件3向远离第二连接件2的方向 移动，接合件3与第二连接件2分离，通过设置该离合装置100，助力油泵 与动力源之间能够快速地实现分离与接合，操作简单方便。

在具体实施方式中，第一连接件1与接合件3之间通过滑键连接，滑键 可为花键或者为导向平键，接合件3能够沿所述滑键在轴线方向来回移动， 以与第二连接件2接合或分离，且接合件3移动过程中，在滑键的作用下， 接合件3始终在第一连接件1的带动下旋转。

优选地，第一连接件1与接合件3之间通过花键连接，如1及图4中， 接合件3与第一连接件1连接的一端设置有外花键32，接合件3通过其上设 置的外花键32与第一连接件1端部设置的内花键配合连接，通过花键连接， 第一连接件1与接合件3之间的受力较为均匀。

下面具体说明驱动接合件3移动的驱动机构4的结构以及接合件3是如 何在驱动机构4的驱动下移动的。

本领域技术人员可以理解，能够驱动接合件3移动的驱动机构4有多种 结构，如下所述的驱动机构4的结构是一种优选实施方式。

如图1所示，驱动机构4包括与接合件3连接的拨叉41及用以驱动拨 叉41移动的驱动器，拨叉41在驱动器的驱动下移动，在拨叉41移动的同 时推动接合件3移动。

如图1(结合图2及图4)所示，接合件3具有外圆周面，该外圆周面 上沿圆周设置有环形槽31，拨叉41的端部插设在该环形槽31中以推动接合 件3移动，在拨叉41插设在环形槽的端部设置有卡设在环形槽31中的拨叉 块46，拨叉41通过拨叉块46推动接合件3移动。

为使接合件3受力均衡，拨叉41可设置为多个(本实施例中设置有三 个，如图2)，围绕环形槽31间隔布置。但本发明并不限于此，拨叉41还可 以设置为更多个。

本实施方式中，驱动机构4还包括固定于机架上的壳体43，壳体43具 有围绕接合件3的环形空腔，驱动机构4还包括与驱动器连接并设置在该环 形空腔中的移动盘42，移动盘42具体为与环形空腔形状适配的环形盘，在 环形空腔中能够轴向移动，移动盘42上设置有朝向接合件3延伸的所述拨 叉41，移动盘42在驱动器的驱动下移动，从而带动拨叉41移动。

用以驱动移动盘42移动的驱动器具体包括均设置在壳体43的环形空腔 内且分别位于移动盘42两侧的压缩弹簧44和可伸缩的空气弹簧45，压缩弹 簧44用于对移动盘42施加轴向推力，空气弹簧45能够克服该轴向推力而 控制压缩弹簧44的压缩量。具体的，向空气弹簧45充气，空气弹簧45逐 渐伸长，压缩弹簧44在空气弹簧45的作用下逐渐被压缩，移动盘42向左 移动；当对空气弹簧45进行排气时，空气弹簧45缩短，压缩弹簧44逐渐 伸长，移动盘42在压缩弹簧44的轴向推力作用下向右移动。可以理解，推 动移动盘42移动的驱动器并不限于移动盘42两侧所设置的压缩弹簧44及 空气弹簧45，还可通过如液压或气动的方式控制移动盘42的往复移动。

因移动盘42为与环形空腔适配的环形盘，为使环形盘在受力均匀的情 况下移动，压缩弹簧44可设置多个，沿环形空腔圆周间隔布置。

本实施方式中，驱动器还包括：用于检测所述接合件3的位置状态的离 合状态传感器，以便根据所述离合状态传感器获取的所述接合件3的位置状 态控制所述拨叉41的移动。

优选地，用于检测所述接合件3的位置状态的离合状态传感器为在壳体 43的环形空腔内设置的长度传感器，该长度传感器用于获取所述空气弹簧 45的长度，通过获取空气弹簧45的长度信息来判断接合件3的位置状态， 与空气弹簧45连接还设置有电磁阀，长度传感器及电磁阀均与上述的控制 单元电连接，长度传感器将获得的空气弹簧45的长度信息发送至控制单元， 控制单元根据该长度信息判断接合件3的位置状态，然后向电磁阀发送对空 气弹簧45充气或排气的信号，由电磁阀控制空气弹簧45的充气或排气。

实际应用中，助力油泵与驱动该助力油泵工作的动力源进行离合的具体 过程如下(结合图1及图5)：

车辆正常行驶不需要转向时，空气弹簧45内充满气体，压缩弹簧44在 空气弹簧45的作用下被压缩，接合件3与第二连接件2处于分离状态，助 力油泵不工作。

当车辆转向时，控制单元101判断出方向盘上的力传感器102所获取的 作用力信号值大于预设阈值，那么控制单元101向电磁阀103发送对空气弹 簧45排气的信号，电磁阀103控制空气弹簧45排气，空气弹簧45逐渐缩 短，压缩弹簧44伸长，移动盘42在压缩弹簧44的作用下向右移动，拨叉 41推动接合件3逐渐与第二连接件2接合，同时，长度传感器104实时获取 空气弹簧45的长度信息并向控制单元101发送该长度信息，控制单元101 根据该长度信息判断接合件3与第二连接件2是否充分接合，在空气弹簧45 缩短到一定程度，接合件3与第二连接件2充分接合时，助力油泵与驱动该 助力油泵工作的动力源连接，助力油泵工作，此时，控制单元101向电磁阀 103发送停止排气的信号，电磁阀103控制空气弹簧45停止排气。

当车辆停止转向时，控制单元101判断出方向盘上的力传感器102所获 取的作用力信号值小于或等于预设阈值，那么控制单元101向电磁阀103发 送对空气弹簧45充气的信号，电磁阀103控制空气弹簧45充气，压缩弹簧 44在空气弹簧45的作用下被压缩，移动盘42带动拨叉41向左移动，拨叉 41推动接合件3逐渐与第二连接件2分离，同时，长度传感器104实时获取 空气弹簧45的长度信息并向控制单元101发送该长度信息，控制单元101 根据该长度信息判断接合件3与第二连接件2是否分离，在空气弹簧45到 达一定长度，接合件3与第二连接件2分离时，助力油泵与驱动该助力油泵 工作的动力源分离，助力油泵停止工作，此时，控制单元101向电磁阀103 发送停止充气的信号，电磁阀103控制空气弹簧45停止充气。

在此需说明的是：当车辆的供气系统出现故障时，空气弹簧45无法充 气，这时压缩弹簧44伸长，拔叉41会在压缩弹簧44的作用下推动接合件3 向右移动，使第一连接件1与第二连接件2接合在一起，这样，即使车辆的 供气系统出现故障或者其它原因，空气弹簧45无法充气时，助力油泵与动 力源仍然能够连接为车辆的转向提供助力。

本实施方式中，接合件3与第二连接件2相互接合的端面上分别设置有 啮合齿，如图3及图4中，第二连接件2上设置有多个第一啮合齿21，接合 件3上设置有多个与第一啮合齿21啮合的第二啮合齿33，接合件3与第二 连接件2的接合通过第一啮合齿21与第二啮合齿33的啮合实现。

其中，每个第一啮合齿21上设置有第一弧形面211，每个第二啮合齿 33上设置有第二弧形面331，在第一啮合齿21与第二啮合齿33啮合过程中， 第二啮合齿33的齿顶沿第一弧形面211移动，第一啮合齿21的齿顶沿第二 弧形面331移动，由此实现第一啮合齿21与第二啮合齿33的啮合，通过弧 形面进行啮合，啮合过程平稳、顺畅，产生的噪音小，而且在啮合齿上设置 弧形面，可减少啮合齿根部的应力集中现象，从而可避免啮合齿根部产生裂 纹。

本发明还提供一种车辆，该车辆包括有如上所述的液压动力转向系统， 其中，该液压动力转向系统中的动力源为发动机，助力油泵驱动的液压系统 对车辆的转向提供助力。

本发明又提供一种液压动力转向系统的转向方法，该液压动力转向系统 包括机械转向机构和具有由助力油泵驱动的转向加力器的助力装置，所述助 力油泵能够由动力源驱动旋转，所述转向方法包括根据车辆的运行状态使所 述助力油泵与所述动力源接合或分离。

在根据车辆的运行状态使所述助力油泵与所述动力源接合或分离之前， 检测车辆的转向状态，根据所检测的车辆的转向状态控制所述助力油泵与所 述动力源接合或分离。其中，检测车辆的转向状态，可通过检测方向盘所受 的力和/或检测方向盘的旋转角度来检测车辆的转向状态。

本发明提供的液压动力转向系统的转向方法，其优选的实施方式可采用 如上所述的液压动力转向系统进行转向，其具体转向过程见上述液压动力转 向系统中的描述，在此不再赘述。

以上接合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。