Исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства

 

Изобретение относится к рулевому управлению транспортных средств, в частности к рулевому управлению легковых автомобилей с механическим передаточным механизмом, особенно зубчато-реечным, преимущественно для автомобилей, снабженных антиблокировочной системой. Исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства включает корпус рулевого механизма с установленной в нем приводной шестерней, кинематически связанной с рулевым колесом и зацепляющейся с зубчатым реечным штоком, служащим для передачи усилия рулевому приводу, и рулевой привод с рулевыми тягами, кинематически связанными с управляемыми колесами для обеспечения возможности блокирования управляемых колес. Исполнительный механизм снабжен механизмом автоматического блокирования управляемых колес, включающим гидроцилиндр с перегородкой, разделяющей его полость на левую полость, в которой установлен подпружиненный управляющий поршень, соединенный с зубчатым реечным штоком, и правую полость, в которой установлен подпружиненный управляемый поршень, соединенный штоком с рулевыми тягами. В перегородке гидроцилиндра выполнено осевое отверстие, соединяющее левую и правую поршневые полости между собой и при отсутствии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока в стадии блокирования управляемых колес перекрываемое золотником, расположенным в радиальном отверстии перегородки гидроцилиндра для обеспечения возможности соединения левой и правой поршневых полостей при наличии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока в стадии разблокирования управляемых колес. Техническим результатом является снижение автоколебаний управляемых колес и уменьшение их влияния на водителя, улучшение управляемости автомобиля и снижение износа шин и деталей рулевого привода. 2 ил.

Изобретение относится к рулевому управлению транспортных средств, в частности к рулевому управлению легковых автомобилей с механическим передаточным механизмом, особенно зубчато-реечным, преимущественно для автомобилей, снабженных антиблокировочной системой.

Известен исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства (а. с. СССР 1093594 кл. B 62 D 5/10, 1984), содержащий гидроцилиндр двухстороннего действия, шток которого подвижен в осевом направлении относительно поршня и кинематически связан с управляемыми колесами. Он снабжен фиксаторами в виде шариков, установленными радиально подвижно в отверстиях поршня. На наружной поверхности штока выполнена одна, а на внутренней поверхности корпуса гидроцилиндра - две кольцевые проточки для поочередного взаимодействия с фиксаторами, при этом величина полного хода поршня равна расстоянию между кольцевыми проточками в корпусе гидроцилиндра. Это обеспечивает некоторое улучшение управляемости транспортного средства и снижение утомляемости водителя за счет уменьшения максимального угла поворота рулевого колеса, необходимого для полного поворота управляемых колес и путем снижения автоколебаний управляемых колес.

Недостатком данного исполнительного механизма является наличие гидравлического привода исполнительного механизма, что усложняет систему рулевого управления по сравнению с системами с механическим передаточным механизмом, имеющим сравнительно малый вес и меньшую себестоимость. Кроме того, недостатком данного исполнительного механизма является отсутствие системы автоматического блокирования управляемых колес, что при превышении усилий, например, от неровностей дороги, нарушающих намеченный курс движения транспортного средства, действующих поперек направления движения транспортного средства, величины силы трения между внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра и наружной поверхностью поршня, является предпосылкой возникновения автоколебаний управляемых колес.

Наиболее близким из известных технических решений является рулевой привод транспортного средства с независимой подвеской (а.с. СССР 587030 кл. B 62 D 5/02, 1978), содержащий корпус с установленными в нем направляющим валиком, приводной шестерней, зацепляющейся с зубчатой рейкой, сошку, жестко закрепленную на зубчатой рейке, рулевые тяги, шарнирно соединенные с сошкой, и вильчатый рычаг, жестко закрепленный на зубчатой рейке и охватывающий направляющий валик.

Недостатком данного устройства является наличие механического передаточного механизма зубчато-реечного типа, что не обеспечивает блокирования управляемых колес, а наличие зазора в зубчатом зацеплении приводной шестерни с зубчатой рейкой и зазоров в сочленении рулевых тяг с зубчатой рейкой посредством сошки приводит к возникновению автоколебаний управляемых колес, которые утомляют водителя, ухудшают управляемость транспортного средства и увеличивают износ шин и деталей рулевого привода, тем самым снижается надежность конструкции.

Данное устройство имеет сравнительно низкий технический уровень, что обусловлено конструкцией механического передаточного механизма зубчато-реечного типа, не обеспечивающей блокирование управляемых колес от автоколебаний, а также требующей регулирования зазоров в зубчатом зацеплении приводной шестерни с зубчатой рейкой и в сочленениях зубчатая рейка - сошка, сошка - рулевые тяги.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции исполнительного механизма рулевого управления транспортного средства, снабженного новой исполнительной системой в виде механизма автоматического блокирования управляемых колес, имеющего гидроцилиндр, управляющий поршень которого кинематически связан с рулевым колесом и управляет перемещением управляемого поршня, кинематически связанного с рулевыми тягами рулевого привода, что позволяет создать автоматическое блокирование управляемых колес от воздействия усилий, например, со стороны неровностей дороги, нарушающих намеченный курс движения транспортного средства, действующих поперек направления движения транспортного средства, при отсутствии управляющего воздействия со стороны рулевого колеса, тем самым обеспечивается резкое снижение автоколебаний управляемых колес, в результате чего повышаются эргономические характеристики, улучшается управляемость транспортного средства, уменьшается износ шин и деталей рулевого управления.

Техническим результатом заявленного исполнительного механизма рулевого управления транспортного средства является создание новой системы автоматического блокирования управляемых колес, что приведет к резкому снижению автоколебаний управляемых колес, в результате чего сильно уменьшится их вредное влияние на водителя, улучшится управляемость автомобиля, а также снизится износ шин и деталей рулевого привода.

Указанный технический результат достигается тем, что исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства, включающий корпус рулевого механизма с установленной в нем приводной шестерней, кинематически связанной с рулевым колесом, зацепляющейся с зубчатым реечным штоком, и рулевой привод с рулевыми тягами, кинематически связанными с управляемыми колесами, снабжен механизмом автоматического блокирования управляемых колес, включающим гидроцилиндр, перегородка которого разделяет его полость на левую полость, в которой установлен подпружиненный управляющий поршень, соединенный с зубчатым реечным штоком и разделяющий ее на левую штоковую полость и левую поршневую полость, и правую полость, в которой установлен подпружиненный управляемый поршень, соединенный штоком с рулевыми тягами и разделяющий ее на правую штоковую полость и правую поршневую полость, причем в перегородке гидроцилиндра выполнено осевое отверстие, соединяющее левую и правую поршневые полости между собой и при отсутствии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока в стадии блокирования управляемых колес перекрываемое подпружиненным золотником с двумя проточками, расположенным в радиальном отверстии перегородки гидроцилиндра и образующим с радиальным отверстием верхнюю золотниковую полость, соединенную с левой и правой штоковыми полостями через кольцевую полость, а также с левой поршневой полостью через дроссельный канал, нижнюю золотниковую полость, соединенную с левой поршневой полостью, верхнюю среднюю золотниковую полость и нижнюю среднюю золотниковую полость, каждая из которых обеспечивает возможность соединения левой и правой поршневых полостей при наличии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока в стадии разблокирования управляемых колес.

Благодаря тому, что исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства включает новую исполнительную систему в виде механизма автоматического блокирования управляемых колес, снабженного гидроцилиндром, перегородка которого разделяет его полость на левую полость, в которой установлен подпружиненный управляющий поршень, кинематически связанный с рулевым колесом и разделяющий ее на левую штоковую полость и левую поршневую полость, и правую полость, в которой установлен подпружиненный управляемый поршень, кинематически связанный с рулевыми тягами рулевого привода и разделяющий ее на правую штоковую полость и правую поршневую полость, причем в перегородке гидроцилиндра выполнено осевое отверстие, соединяющее левую и правую поршневые полости между собой, перекрываемое подпружиненным золотником, расположенным в радиальном отверстии перегородки гидроцилиндра, при отсутствии управляющего воздействия со стороны рулевого колеса в стадии блокирования управляемых колес, обеспечивается снижение автоколебаний управляемых колес, что повышает эргономические характеристики, приводит к улучшению управляемости транспортного средства, уменьшает износ шин и деталей рулевого управления.

Вследствие того, что золотник выполнен с двумя проточками, обеспечивается возможность соединения левой и правой поршневых полостей между собой при наличии управляющего воздействия со стороны рулевого колеса в стадии разблокирования управляемых колес, тем самым достигается следящее движение вслед за управляющим поршнем управляемого поршня с рулевыми тягами рулевого привода и поворот управляемых колес.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем осуществленным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенном в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня, заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результат которого показывает, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена схема рулевого управления с предлагаемым исполнительным механизмом, а на фиг. 2 - продольный разрез исполнительного механизма по А-А (на фиг. 1).

Исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства, включающий корпус 1 рулевого механизма, в котором установлена приводная шестерня 2, кинематически связанная с рулевым колесом и зацепляющаяся с зубчатым реечным штоком 3, служащим для передачи усилия рулевому приводу, и рулевой привод с рулевыми тягами 4, кинематически связанными с управляемыми колесами, для обеспечения возможности блокирования управляемых колес снабжен механизмом автоматического блокирования управляемых колес, включающим гидроцилиндр 5, жестко закрепленный на раме транспортного средства, перегородка 6 которого разделяет его полость на левую полость 7, предназначенную для установки в ней управляющего поршня 8, подпружиненного двумя пружинами 9 и 10 и соединенного с зубчатым реечным штоком 3, и правую полость 11, предназначенную для установки в ней управляемого поршня 12, подпружиненного двумя пружинами 13 и 14 и соединенного штоком 15 с рулевыми тягами 4. Управляющий поршень 8 разделяет левую полость 7 на левую штоковую полость 16 и левую поршневую полость 17, а управляемый поршень 12 разделяет правую полость 11 на правую штоковую полость 18 и правую поршневую полость 19, при этом левая 16 и правая 18 штоковые полости постоянно соединены через кольцевую полость 20, а левая 17 и правая 19 поршневые полости соединены через осевое отверстие 21, которое выполнено в перегородке 6 гидроцилиндра. В перегородке 6 гидроцилиндра выполнено также радиальное отверстие 22, служащее для расположения в нем золотника 23, подпружиненного двумя пружинами 24 и 25, который перекрывает осевое отверстие 21 перегородки 6 гидроцилиндра при отсутствии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока 3 в стадии блокирования управляемых колес. Золотник 23 выполнен с двумя проточками и образует с радиальным отверстием 22 верхнюю золотниковую полость 26, нижнюю золотниковую полость 27, верхнюю среднюю золотниковую полость 28 и нижнюю среднюю золотниковую полость 29. Верхняя золотниковая полость 26 соединена с левой 16 и правой 18 штоковыми полостями через кольцевую полость 20 и с левой поршневой полостью 17 через дроссельный канал 30, играющий роль "гидравлической памяти", а нижняя золотниковая полость 27 соединена с левой поршневой полостью 17 и предназначены для управления положением золотника 23 в радиальном отверстии 22 перегородки 6 гидроцилиндра. Каждая из верхней средней 28 и нижней средней 29 золотниковых полостей служит для обеспечения возможности соединения левой 17 и правой 19 поршневых полостей между собой при наличии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока 3 в стадии разблокирования управляемых колес.

Предлагаемый исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства работает следующим образом.

При прямолинейном движении автомобиля приводная шестерня 2, установленная в корпусе 1 рулевого механизма и кинематически связанная с рулевым колесом, неподвижна, в результате чего силовое воздействие на зубчатый реечный шток 3 отсутствует, и в механизме автоматического блокирования управляемых колес подпружиненный управляющий поршень 8, установленный в левой полости 7 гидроцилиндра 5, и подпружиненный управляемый поршень 12, установленный в правой полости 11 гидроцилиндра 5, находятся, благодаря действию пружин 9, 10, 13 и 14, в своих нейтральных положениях, осевое отверстие 21 перегородки 6 гидроцилиндра перекрыто подпружиненным золотником 23, расположенным в радиальном отверстии 22 перегородки 6 гидроцилиндра и находящимся в своем среднем положении, что обеспечивает разобщение левой 17 и правой 19 поршневых полостей и блокирование управляемых колес.

При повороте рулевого колеса приводная шестерня 2, установленная в корпусе 1 рулевого механизма и кинематически связанная с рулевым колесом, приводит в движение зубчатый реечный шток 3, который посредством механизма автоматического блокирования управляемых колес перемещает рулевые тяги 4, кинематически связанные с управляемыми колесами.

При этом возможны следующие режимы работы механизма автоматического блокирования управляемых колес.

Если усилие со стороны зубчатого реечного штока 3 направлено влево, то под действием определенной величины перепада давлений, определяемой отношением разности усилий пружин 24,25 золотника 23, установленного в радиальном отверстии 22 перегородки 6 гидроцилиндра, к большей площади его поперечного сечения, жидкость перетекает из левой штоковой полости 16 через кольцевую полость 20 в верхнюю золотниковую полость 26 и из нижней золотниковой полости 27 в левую поршневую полость 17, при этом золотник 23 перемещается вниз, открывая осевое отверстие 21 перегородки 6 гидроцилиндра, что обеспечивает соединение левой 17 и правой 19 поршневых полостей через верхнюю среднюю золотниковую полость 28 и разблокирование управляемых колес. Жидкость под действием перепада давлений, определяемого усилиями пружин 9, 10, 13, 14 и площадями управляющего 8 и управляемого 12 поршней, перетекает из левой штоковой полости 16 через кольцевую полость 20 в правую штоковую полость 18, в результате чего управляющий поршень 8 перемещается влево вместе с управляемым 12, который, воздействуя через шток 15 на рулевые тяги 4, обеспечивает поворот управляемых колес.

Когда золотник 23 находится в нижнем положении, при силовом воздействии со стороны управляемых колес управляемый поршень 12 не может заметно переместиться относительно управляющего 8, приближаясь к нему и вытесняя жидкость из левой 17 и правой 19 поршневых полостей в нижнюю золотниковую полость 27, а из верхней золотниковой полости 26 через кольцевую полость 20 - в правую штоковую полость 18, перемещая золотник 23 из нижнего положения в верхнее, а также отдаляясь от него и вытесняя жидкость из нижней золотниковой полости 27 в левую 17 и правую 19 поршневые полости, а из правой штоковой полости 18 через кольцевую полость 20 - в верхнюю золотниковую полость 28, дополнительно перемещая золотник 23 вниз, поскольку площадь большего поперечного сечения золотника 23 несоизмеримо мала по сравнению с площадями поперечного сечения управляющего 8 и управляемого 12 поршней.

При прекращении силового воздействия со стороны зубчатого реечного штока 3 жидкость под действием перепада давлений, определяемого разностью усилий пружин 24, 25 и большей площадью поперечного сечения золотника 23, перетекает из верхней золотниковой полости 26, через дроссельный канал 30 и левую поршневую полость 17, в нижнюю золотниковую полость 27, при этом золотник 23 возвращается в свое среднее положение, перекрывая осевое отверстие 21 перегородки 6 гидроцилиндра 5 и разъединяя левую 17 и правую 19 поршневые полости, что обеспечивает блокирование управляемых колес.

Если усилие со стороны зубчатого реечного штока 3 направлено вправо, то под действием определенной величины перепада давлений, определяемой отношением разности усилий пружин 24, 25 золотника 23, установленного в радиальном отверстии 22 перегородки 6 гидроцилиндра 5, к большей площади его поперечного сечения, жидкость перетекает из левой поршневой полости 17 в нижнюю золотниковую полость 27 и из верхней золотниковой полости 26 через кольцевую полость 20 в левую штоковую полость 16, при этом золотник 23 перемещается вверх, открывая осевое отверстие 21 перегородки 6 гидроцилиндра 5, что обеспечивает соединение левой 17 и правой 19 поршневых полостей через нижнюю среднюю золотниковую полость 29 и разблокирование управляемых колес. Жидкость под действием перепада давлений, определяемого усилиями пружин 9, 10, 13, 14 и площадями управляющего 8 и управляемого 12 поршней, перетекает из правой штоковой полости 18 через кольцевую полость 20 в левую штоковую полость 16, в результате чего управляющий поршень 8 перемещается вправо вместе с управляемым 12, который, воздействуя через шток 15 на рулевые тяги 4, обеспечивает поворот управляемых колес.

Когда золотник 23 находится в верхнем положении, при силовом воздействии со стороны управляемых колес управляемый поршень 12 не может заметно переместиться относительно управляющего 8, отдаляясь от него и вытесняя жидкость из правой штоковой полости 18 через кольцевую полость 20 в верхнюю золотниковую полость 26, а из нижней золотниковой полости 27 - в левую 17 и правую 19 поршневые полости, перемещая золотник 23 из верхнего положения в нижнее, а также приближаясь к нему и вытесняя жидкость из левой 17 и правой 19 поршневых полостей в нижнюю золотниковую полость 27, а из верхней золотниковой полости 26 через кольцевую полость 20 - в правую штоковую полость 18, дополнительно перемещая золотник 23 вверх, поскольку площадь большего поперечного сечения золотника 23 несоизмеримо мала по сравнению с площадями поперечного сечения управляющего 8 и управляемого 12 поршней.

При прекращении силового воздействия со стороны зубчатого реечного штока 3 жидкость под действием перепада давлений, определяемого разностью усилий пружин 24, 25 и большей площадью поперечного сечения золотника 23, перетекает из нижней золотниковой полости 27, через левую поршневую полость 17 и дроссельный канал 30, в верхнюю золотниковую полость 26, при этом золотник 23 возвращается в свое среднее положение, перекрывая осевое отверстие 21 перегородки 6 гидроцилиндра 5 и разъединяя левую 17 и правую 19 поршневые полости, что обеспечивает блокирование управляемых колес.

Предлагаемый исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства способствует снижению автоколебаний управляемых колес благодаря наличию в нем механизма автоматического блокирования управляемых колес.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: - исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для применения в рулевом управлении транспортных средств, в частности легковых автомобилей с механическим передаточным механизмом, особенно зубчато-реечным, преимущественно для автомобилей, снабженных антиблокировочной системой, что обеспечивает резкое снижение автоколебаний управляемых колес, в результате чего значительно улучшается управляемость автомобиля, повышаются эргономические характеристики и снижается износ шин; - для заявленного изобретения, в том виде как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемым чертежом; - исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Исполнительный механизм рулевого управления транспортного средства, включающий корпус рулевого механизма с установленной в нем приводной шестерней, кинематически связанной с рулевым колесом, зацепляющейся с зубчатым реечным штоком, и рулевой привод с рулевыми тягами, кинематически связанными с управляемыми колесами, отличающийся тем, что он снабжен механизмом автоматического блокирования управляемых колес, включающим гидроцилиндр, перегородка которого разделяет его полость на левую полость, в которой установлен подпружиненный управляющий поршень, соединенный с зубчатым реечным штоком и разделяющий ее на левые штоковую и поршневую полости, и правую полость, в которой установлен подпружиненный управляемый поршень, соединенный штоком с рулевыми тягами и разделяющий ее на правые штоковую и поршневую полости, причем в перегородке гидроцилиндра выполнено осевое отверстие, соединяющее левую и правую поршневые полости между собой и при отсутствии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока в стадии блокирования управляемых колес перекрываемое подпружиненным золотником с двумя проточками, расположенным в радиальном отверстии перегородки гидроцилиндра и образующим с радиальным отверстием верхнюю золотниковую полость, соединенную с левой и правой штоковыми полостями через кольцевую полость, а также с левой поршневой полостью через дроссельный канал, нижнюю золотниковую полость, соединенную с левой поршневой полостью, верхнюю среднюю и нижнюю среднюю золотниковые полости, каждая из которых обеспечивает возможность соединения левой и правой поршневых полостей при наличии управляющего воздействия со стороны зубчатого реечного штока в стадии разблокирования управляемых колес.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2