устройство для активного рулевого управления транспортным средством и механизм рулевого управления с таким устройством

Формула изобретения

1. Устройство для активного рулевого управления грузовым автомобилем, снабженным рулевым управлением (50) с усилителем, содержащее зубчатую передачу (10) дифференциального типа колеса рулевого управления для передачи на выходной вал (34) как отклонения угла поворота колеса рулевого управления с входного вала (14), так и отклонения угла поворота рулевого управления, которое накладывается на отклонение угла поворота колеса рулевого управления с помощью установочного средства (40), отличающееся тем, что передача отклонения угла поворота колеса рулевого управления в зубчатой передаче (10) колеса рулевого управления обеспечивается ступенью (a, b, c, d) зубчатой передачи, чтобы понизить отклонение угла колеса рулевого управления на выходном валу (34), с таким передаточным числом, что грузовым автомобилем можно управлять вручную в случае выхода из строя рулевого управления (50) с усилителем.

2. Устройство по п.1, в котором ступень (a, b, c, d) зубчатой передачи имеет передаточное число между около 1:1,3 и 1:3.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором ступень (a, b, c, d) зубчатой передачи имеет передаточное число около 1:2.

4. Устройство по п.1, в котором наложенное отклонение угла поворота рулевого управления размещается с возможностью блокировки, когда установочное средство (40) и/или рулевое управление (50) с усилителем являются/является нерабочими/нерабочим.

5. Устройство по п.4, в котором передача наложенного отклонения угла поворота рулевого управления размещена с самотормозящим действием.

6. Устройство по п.4, в котором передача наложенного отклонения угла поворота рулевого управления размещена с возможностью блокировки стопорным устройством (44) в случае неисправной работы рулевого управления (50) с усилителем.

7. Устройство по п.1, в котором зубчатая передача (10) колеса рулевого управления содержит двойную планетарную передачу с входным центральным зубчатым колесом (а), выходным центральным зубчатым колесом (с) и парой планетарных колес (b, d) в активном зацеплении на общих валах между центральными зубчатыми колесами.

8. Устройство рулевого управления для грузового автомобиля, содержащее устройство по любому из предшествующих пунктов.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для активного рулевого управления грузовым автомобилем, снабженным устройством рулевого управления с усилителем, содержащим зубчатую передачу дифференциального типа колеса рулевого управления для передачи на выходной вал как отклонения угла поворота колеса рулевого управления с входного вала, так и отклонения угла поворота рулевого управления, наложенного на отклонение угла поворота колеса рулевого управления со средства установки. Изобретение также относится к устройству рулевого управления с таким устройством.

Описание предшествующего уровня техники

В известном устройстве такого типа отклонение угла поворота колеса рулевого управления водителем таким образом формирует первое входное значение на дифференциальную зубчатую передачу, при этом наложенное отклонение угла поворота колеса рулевого управления - второе входное значение.

Преимущество такого устройства для активного рулевого управления заключается в том, что в системе рулевого управления требуется только небольшой электродвигатель, поскольку необходимые крутящие моменты рулевого управления обеспечиваются рулевым управлением с усилителем. Когда в автомобилях используется данное известное устройство, водитель может продолжать управлять транспортным средством только вручную с передаточным числом 1:1 рулевого управления в случае выхода из строя рулевого управления с усилителем и электродвигателя.

Причина этого заключается в том, что желательно не вносить изменений в рулевое управление без внешнего управляющего сигнала для наложенного отклонения угла поворота рулевого управления, а добавить функцию активного рулевого управления к существующей системе рулевого управления, с тем чтобы применялось то же самое постоянное передаточное число 1:1, когда средство установки в виде электродвигателя является неработающим. Таким образом существует много возможных путей помощи водителю во время вождения. Например, внешний управляющий сигнал может служить для постоянного внесения изменений в передаточное число рулевого управления таким образом, что оно уменьшается, как только скорость транспортного средства возрастает, и увеличивается, когда транспортное средство неподвижно. В автомобиле целое передаточное число устройства рулевого управления может составлять, например, 1:13, давая возможность использовать электродвигатель, чтобы добавить угол и изменить динамичным образом передаточное число во время вождения. В реальности быстрое вождение на автомагистралях слегка снижает передаточное число, например, до 1:15-17. При парковке водитель может не захотеть слишком поворачивать колесо рулевого управления. Эта ситуация ведет к попытке достичь передаточного числа простой передачи. Другой возможностью является использование различными путями активного рулевого управления, чтобы исправить отклонение колеса рулевого управления, например, учитывать боковой ветер или покатую проезжую часть или девиации отклонения колеса рулевого управления от протяженности проезжей части.

Любая попытка использовать ту же самую технологию в грузовом автомобиле встречается с проблемой, заключающейся в том, что транспортное средство является слишком тяжелым, чтобы управлять им в случае выхода из строя рулевого управления с гидроусилителем. В настоящее время обычно можно управлять только двухосным грузовым автомобилем в случае выхода из строя рулевого управления с гидроусилителем. Большее количество осей и, прежде всего, большее количество управляемых осей приводят к крутящим моментам, которые являются слишком большими, чтобы их преодолеть. Возможный путь решения этой проблемы - установить дополнительный гидравлический насос в системе рулевого управления, что является относительно дорогим решением, но неизбежным при существующей технологии.

Сущность изобретения

Одной целью изобретения является дальнейшее развитие устройства указанного во введении типа, так что оно к тому же может быть предпочтительно использовано на тяжелых грузовых автомобилях. Другими словами, устройство должно быть способно использовать весь потенциал активного рулевого управления, но в то же время оно должно быть выполнено с возможностью безопасной работы в случае выхода из строя функции рулевого управления с усилителем.

Согласно варианту изобретения передача отклонения угла поворота колеса рулевого управления в зубчатой передаче колеса рулевого управления обеспечивается ступенью зубчатой передачи, чтобы понизить отклонение угла поворота колеса рулевого управления к выходном валу с таким передаточным числом, что грузовой автомобиль может управляться вручную в случае выхода из строя рулевого управления с усилителем.

Догадка, на которой основано изобретение, заключается в том, что передаточное число не 1:1, а, например, 1:2 в зубчатой передаче рулевого управления от входа к выходу может уменьшать передаточное число всего устройства рулевого управления от обычно типичного около 1:19 до, например, 1:38. Это позволяет водителю управлять без рулевого управления с усилителем и без помощи со стороны средства установки. Результирующий синергетический эффект заключается в том, что когда транспортное средство оборудовано активным рулевым управлением сконфигурированным таким образом, то нет необходимости в дополнительном насосе в системе рулевого управления, чтобы обеспечить безопасность при выходе из строя рулевого управления с усилителем. Несомненно, средство установки/электрический двигатель тогда должен больше работать во время обычной работы, но это является меньшей проблемой.

Зубчатая передача колеса рулевого управления обычно может иметь передаточное число между около 1:1,3 и 1:3, в частности, около 1:2.

Отклонение угла поворота рулевого управления с помощью устройства установки зубчатой передачи колеса рулевого управления может быть блокировано, если средства установки и/или система рулевого управления с усилителем являются/является нерабочими. Это обеспечивает то, что ступень наложения угла зубчатой передачи колеса рулевого управления не сопровождает и делает зубчатую передачу колеса рулевого управления нерабочей, если средство установки также находится вне действия. Это может быть достигнуто, например, посредством самотормозящейся реечно-червячной зубчатой передачи ступени наложения угла или посредством подпружиненного пальца, который блокирует ступень наложения угла, если энергоснабжение средства установки выходит из строя. Однако может быть также желательно блокировать эту ступень наложения угла, когда рулевое управление с усилителем находится только вне работы, то есть независимо от функции средства установки.

Зубчатая передача колеса рулевого управления может содержать двойную планетарную зубчатую передачу с входным центральным зубчатым колесом, выходным центральным зубчатым колесом и двумя планетарными зубчатыми колесами, размещенными в активном зацеплении на общих шпинделях между центральными зубчатыми колесами. Тогда требуемая понижающая передача может быть легко достигнута путем сокращения числа зубьев на входном центральном зубчатом колесе по отношению к выходному центральному зубчатому колесу и регулировки согласно соответствующим числам зубьев планетарных зубчатых передач.

Другие признаки и преимущества изобретения могут быть указаны с помощью формулы изобретения и описания приведенных ниже примеров вариантов осуществления.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематичный вид сбоку, частично в разрезе, устройства рулевого управления с усилителем, имеющего зубчатую передачу колеса рулевого управления согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 представляет собой схематичный вид в перспективе, частично в разрезе, зубчатой передачи колеса рулевого управления согласно настоящему изобретению; и

Фиг.3 представляет собой схематичный вид в разрезе устройства рулевого управления с усилителем, имеющего измененную зубчатую передачу колеса рулевого управления согласно настоящему изобретению.

Детали с одинаковыми или подобными функциями имеют идентичные ссылочные позиции на всех чертежах.

Подробное описание примеров вариантов осуществления изобретения

Устройство рулевого управления, показанное на фиг.1, имеет зубчатую передачу 10 колеса рулевого управления и соединенное с ней устройство 50 рулевого управления с усилителем.

В показанном примере рулевое управление 50 с усилителем выполнено приблизительно следующим образом:

Входной вал 52 может переключать неизображенный поворачиваемый корпус клапана в схематично изображенном гидравлическом клапане 60 рулевого управления 50 с усилителем. Клапан 60 снабжается гидравлической текучей средой под давлением с помощью гидравлического двигателя 62, для того чтобы распределять гидравлическую текучую среду на противоположные концы гидравлического цилиндра 70 через трубки 64, 66. Гидравлический цилиндр 70 вмещает в себя прикрепленную к нему втулку 72 с шариковой гайкой, для совместного вращения с ним, в виде гидравлического поршня, выполненного с возможностью линейного перемещения, который находится в резьбовом зацеплении с шариковым винтом 74 рулевого управления 50 с усилителем. Шариковый винт 74 сам по себе соединен с входным валом 52 через неизображенный торсионный стержень, который возвращает клапан 60 в нерабочее открытое центральное положение, когда к входному валу 52 не приложен крутящий момент.

Если к входному валу 52 приложен крутящий момент с помощью зубчатой передачи 10 колеса рулевого управления, клапан 60 переключается в одном направлении или в другом. В то же время, крутящий момент действует на шариковый винт 74, который стремится поворачиваться в соответствующем направлении. Клапан 60 распределяет управляющее давление на соответствующий, нижний или верхний, конец втулки 27 с шариковой гайкой таким образом, что крутящий момент на шариковом винте 74 усиливается, и шариковый винт 74 вынужден поворачиваться, когда втулка 72 с шариковой гайкой перемещается. Для того чтобы преобразовать линейное перемещение втулки 72 с шариковой гайкой в перемещение рулевого управления пары колес транспортного средства, втулка 72 с шариковой гайкой находится в зубчатом зацеплении с одной стороны с одним концом рычага 82, другой конец которого соединен с тягой 84 в механизме 80 продольной рулевой тяги для колес 86 транспортного средства. Когда крутящий момент на входном валу 52 прекращается, потому что зубчатая передача 10 рулевого управления понижает давление на рулевое управление с усилителем, не обеспечивая ввода дополнительного угла на входной вал 52, происходит обратный ход пружин последнего с помощью вышеупомянутого торсионного стержня, так что клапан 60 возвращается в нерабочее центральное положение, и перемещение рулевого управления прекращается.

Зубчатая передача 10 колеса рулевого управления имеет корпус 12 зубчатой передачи, который поддерживает для вращения входной вал 14, который прикреплен к колесу 90 рулевого управления, для совместного вращения с ним, и выходной вал 34, который прикреплен к выходному валу 52 рулевого управления 50 с усилителем, для совместного вращения с ним.

Хотя зубчатая передача колеса рулевого управления согласно настоящему изобретению может быть сконфигурирована по-другому, зубчатая передача 10 колеса рулевого управления в показанном на фиг.1 и 2 примере выполнена как планетарная зубчатая передача дифференциального типа приблизительно следующим образом:

Входной вал 14 выполнен на своем внутреннем конце с входным основным зубчатым колесом а, которое находится в зубчатом зацеплении с некоторым числом идентичных между собой входных планетарных зубчатых колес b. Планетарные зубчатые колеса b установлены для вращения на одном конце шпинделей 24 водила 22 планетарной передачи. Планетарные зубчатые колеса также находятся в зубчатом зацеплении с коронной шестерней 20, выполненной на внутренней стороне корпуса 12.

Подобным образом выходной вал 34 выполнен на своем внутреннем конце с выходным основным зубчатым колесом с, которое находится в зубчатом зацеплении с некоторым числом идентичных между собой выходных планетарных зубчатых колес d. Основные зубчатые колеса а и с смонтированы на центральном шпинделе 26, который может быть соединен, для совместного вращения, с водилом 22 планетарной передачи. Планетарные зубчатые колеса d смонтированы для вращения на другом конце шпинделей 24 водила 22 планетарной передачи. Планетарные зубчатые колеса d также находятся в зубчатом зацеплении с внутренней стороной кольцевого червячного колеса 30, наружная сторона которого находится в зацеплении с червячной шестерней 42. Червячная шестерня 42 может быть приведена во вращение с помощью установочного средства в виде электродвигателя 40.

Зубчатая передача 10 колеса рулевого управления принимает форму дифференциальной зубчатой передачи, в которой зубчатые колеса а, b, c, d, могут рассматриваться как образующие ступень зубчатой передачи, чтобы понизить отклонение угла поворота колеса рулевого управления к выходному валу. Червячная шестерня 42 вместе с червячным колесом 30 и зубчатыми колесами c, d, могут тогда рассматриваться как образующие ступень зубчатой передачи для содействия в отклонении угла поворота рулевого управления с помощью электродвигателя 40. Зубчатая передача 10 колеса рулевого управления, таким образом, выполнена с возможностью постоянного изменения передаточного числа между входным и выходным валами 14 и 34.

Входной вал 14 может обеспечивать первое входное значение угла от водителя, при этом электродвигатель 40 может обеспечивать второе входное значение угла через внешний управляющий сигнал на зубчатую передачу 10 рулевого управления. Первое входное значение входного вала 14, которое при отключении будет обеспечивать выходное значение угла выходного вала 34, может быть таким образом изменено вторым входным значением от электродвигателя 40, который при отключении будет создавать выходное значение угла выходного вала 34, приводя в результате к дифференцированному или наложенному выходному значению угла ± выходного вала 34.

Как подразумевается разницей во взаимных размерах между зубчатыми колесами a, b, c, d, зубчатой передачи на фиг.1, понижающая зубчатая передача имеет место между входным и выходным валами 14 и 34 зубчатой передачи 10 колеса рулевого управления согласно настоящему изобретению.

Более конкретно, передаточное число составляет приблизительно между 1:1,3 и 1:3, в частности около 1:2, между входным валом 14 и выходным валом 34, когда электрический двигатель 40 не работает. Это достигается путем соответствующего выбора числа зубьев z для соответствующих зубчатых колес a, b, c, d, причем требуемое передаточное число i между входным и выходным валами 14 и 34 получают с помощью соотношения

i=(za/zb)×(zd/zc).

В зубчатой передаче 10 колеса рулевого управления, показанной в упрощенном виде на фиг.3, планетарные передачи отличаются от показанных на фиг.2 главным образом тем, что планетарные зубчатые колеса b и d соединены друг с другом, для совместного вращения, посредством общего вала 24, и тем, что водило 22 планетарной передачи соединено, для совместного вращения, с зубчатым колесом 23, которое приводится в действие посредством зубчатой шестерни 43 с помощью электрического двигателя 40.

Если рулевое управление с усилителем и возможно также электродвигатель 40 находятся в нерабочем состоянии, водило 22 планетарной передачи, как схематично изображено в примере на фиг.3, может быть блокировано подпружиненным стопорным устройством 44, которое высвобождается и, соответственно, блокирует вращение водила 22 планетарной передачи, например, с помощью двустороннего зацепления между зубчатым колесом 23 и зубчатой шестерней 43. В показанном на фиг.1 и 2 варианте осуществления настоящего изобретения стопорная функция может быть достигнута путем вхождения в зацепление между червячным колесом 30 и червячной шестерней 42, которые являются самотормозящими, так что червячная шестерня 42 не может быть приведена в действие червячным колесом 30.

Приведенное выше описание в первую очередь предназначено для облегчения понимания, при этом оно не подразумевает никаких ненужных ограничений настоящего изобретения. Изменения, которые будут очевидными для специалиста в данной области техники, который внимательно изучил описание, могут быть осуществлены, не отходя от сущности настоящего изобретения или объема нижеследующей формулы изобретения.