CN100417559C - 一种制动助力系统 - Google Patents
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Abstract
一种制动助力系统包括踏板推杆(1)、橡胶反作用盘(7)、主缸推杆(8)、制动踏板(25)和壳体(28)，并且该系统还包括电机(12)、蜗杆(13)、蜗轮(14)、螺母(15)、弹簧(16)、活塞(17)、第一回位弹簧(18)、第二回位弹簧(19)、挡圈(20)、第一轴承(21)、以及第二轴承(22)。本发明所提供的制动助力系统减少了助力系统的附属设备，简化了系统结构，使得制动助力系统的占用空间减小，结构紧凑，且助力效果更加稳定，同时具有重量轻且运转过程中噪音小的优点，较适合于电动汽车和混合动力汽车。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，具体地涉及一种车辆用制动助力系统。
背景技术
在车辆中制动助力系统被用于弥补驾驶者刹车时踩踏制动踏板的压力不足，以加强制动系统的制动效果。目前汽车制造领域中采用的制动助力器有液压伺服制动助力器和真空制动助力器。其中，液压伺服制动助力器是利用高压液压源或者高压油源作为助力源，通过改动制动主缸，设计专门的液压管路，控制助力压力，从而实现制动助力。而真空制动助力器则是利用发动机喉管处或专门配备的真空设备所产生的真空度与大气压在助力器膜片两端面形成的压力差来帮助驾驶员在操纵制动踏板时提供助力，如图1所示，现有的真空制动助力器包括踏板推杆1、空气滤芯2、真空阀座3、真空通道4、空气阀5、膜片座6、橡胶反作用盘7、主缸推杆8、通气道9、空气阀座10以及真空阀11。
但是这两种制动助力器在使用过程中都存在着缺陷。首先这两种助力器需要有液压源或者真空源作为助力源，这使得助力系统的附属设备增多，系统结构复杂，并且由于真空源和液压源会受到环境压力的影响，所以提供的助力不稳定；其次由于真空泵在工作时会产生很大的噪音，因此当将真空制动助力器应用于安静的电动汽车或混合动力汽车上时，噪音问题显得尤为突出，而如果使用液压伺服制动助力器，则会导致整个车身的重量过重，从而影响车辆的性能。
发明内容
本发明针对现有制动助力器需要液压源或真空源作为助力源，从而造成助力系统设备多、结构复杂、助力不稳定，并且存在噪音、增重等问题的缺点，提供了一种只需车载电源作为助力源，体积小，结构紧凑，助力效果稳定，同时无噪音，重量轻的制动助力系统。
本发明提供的制动助力系统包括踏板推杆1、橡胶反作用盘7、主缸推杆8、制动踏板25和壳体28，并且该制动助力系统还包括电机12、蜗杆13、蜗轮14、螺母15、弹簧16、活塞17、第一回位弹簧18、第二回位弹簧19、挡圈20、第一轴承21、以及第二轴承22；其中，电机12与蜗杆13相连；蜗杆13与蜗轮14啮合；蜗轮14通过第一轴承21和第二轴承22连接到壳体28上，且蜗轮14通过螺纹与螺母15连接；活塞17前端部的纵切面尺寸大于活塞17杆部的纵切面尺寸，且橡胶反作用盘7压嵌在活塞17的前端部中，踏板推杆1贯通穿过活塞17杆部的中心轴线；弹簧16装配在活塞17的杆部上且位于活塞17的前端部与螺母15之间；第一回位弹簧18装配在主缸推杆8上且其一端压在活塞17的前端部；第二回位弹簧19装配在踏板推杆1上且位于活塞17杆部尾端的槽中；挡圈20装配在踏板推杆1上，且第二回位弹簧19的靠近制动踏板25的一侧压靠在挡圈20上。
本发明所提供的制动助力系统只需通过车载电源向电机12提供动力，即可达到助力效果，因此减少了附属设备的使用数量，简化了系统结构，使得制动助力系统的占用空间减小，结构紧凑，方便了车辆中各部件的布置。同时由于助力源不受环境压力的影响，因此使得助力效果更加稳定，提高了制动效率。而且因为本发明所提供的制动助力系统具有重量轻且运转过程中噪音小的优点，因此较适合应用于电动汽车和混合动力汽车。
附图说明
图1是现有技术的真空助力器的结构示意图。
图2是本发明的制动助力系统沿轴线的截面示意图。
图3是本发明的制动助力系统沿图1中剖面线B-B的截面示意图。
图4是根据本发明一种实施方式的制动助力系统沿轴线的截面示意图。
图5是根据本发明一种实施方式的制动助力系统沿图4中剖面线B-B的截面示意图。
图6是根据本发明一种实施方式的制动助力系统的控制信号连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式，对本发明作进一步的说明。
按照本发明一个具体的实施方式，如图2和3所示，本发明提供的制动助力系统包括踏板推杆1、橡胶反作用盘7、主缸推杆8、制动踏板25和壳体28，并且该制动助力系统还包括电机12、蜗杆13、蜗轮14、螺母15、弹簧16、活塞17、第一回位弹簧18、第二回位弹簧19、挡圈20、第一轴承21、以及第二轴承22。
其中，电机12与蜗杆13相连。蜗杆13与蜗轮14啮合。蜗轮14通过第一轴承21和第二轴承22连接到壳体28上并可以在壳体28的空腔内绕轴线自由旋转。且蜗轮14通过螺纹与螺母15连接，优选的所述螺纹具有自锁功能，因此只有当蜗轮14旋转时，螺母15才能在壳体28的空腔内沿轴线方向前后运动，即当蜗轮14正转时螺母15沿轴线向前运动，当蜗轮14反转时螺母15沿轴线向后运动，而当蜗轮14停转时螺母15的轴向位置保持不变，以调节弹簧16的压缩长度，进而调节弹簧16因受到压缩而施加在活塞17前端部上的作用力大小。其中，所述电机12可以选用本领域技术人员公知的各种电机，但为了能够迅速按指令实现正转、反转或停止动作，优选响应能力较高的电机，如直流无刷电动机。所述蜗杆13可以选用本领域技术人员公知的满足传动比的各种普通蜗杆，优选转动惯量小的蜗杆。所述蜗轮14可以选用本领域技术人员公知的满足传动比的各种普通蜗轮，优选转动惯量小的蜗轮。所述螺母15可以选用本领域技术人员公知的各种螺母，优选的选用具有自锁功能的螺母。所述第一轴承21和第二轴承22可以选用本领域技术人员公知的各种轴承，如圆锥滚子轴承、深沟球轴承等，优选的选用圆锥滚子轴承。
活塞17在壳体28中沿轴线运动，活塞17前端部的纵切面尺寸大于活塞17杆部的纵切面尺寸，且橡胶反作用盘7压嵌在活塞17的前端部中，与制动踏板25相连的踏板推杆1贯通穿过活塞17杆部的中心轴线。当制动踏板25未踩下时，橡胶反作用盘7与踏板推杆1之间间隔一定距离，随着逐渐踩下制动踏板25，橡胶反作用盘7与踏板推杆1之间的距离逐渐减小，直到最终相互接触，以将踩下制动踏板25的推力通过踏板推杆1传递到橡胶反作用盘7上。
弹簧16装配在活塞17的杆部上且位于活塞17的前端部与螺母15之间。所述弹簧16可以选用本领域技术人员公知的各种弹簧，如圆柱弹簧、圆锥弹簧等，优选的选用圆锥弹簧。
第一回位弹簧18装配在主缸推杆8上且其一端压在活塞17的前端部，用于通过弹簧恢复形变的弹力使活塞17沿轴线向后运动，以回到制动前的初始位置。第二回位弹簧19装配在踏板推杆1上且位于活塞17杆部尾端的槽中。所述第一回位弹簧18和第二回位弹簧19可以选用本领域技术人员公知的各种弹簧，如圆柱弹簧、圆锥弹簧等，优选的选用圆柱弹簧。
挡圈20装配在踏板推杆1上，且第二回位弹簧19的靠近制动踏板25的一侧压靠在挡圈20上。所述挡圈20可以选用本领域技术人员公知的各种轴用弹性挡圈。
当踩下制动踏板25时，制动踏板25将推动踏板推杆1沿轴线向前运动，同时踏板推杆1上的挡圈20压向第二回位弹簧19使其压缩。随着踏板推杆1沿轴线向前移动，其与橡胶反作用盘7之间的距离逐渐减小，最终与之接触，从而将踩下制动踏板25的推力作用到橡胶反作用盘7上。
与此同时，由于电机12可以通过本领域技术人员公知的方式实现与制动踏板25的相互连接，因此电机12将因制动踏板25被踩下而开始正转，带动蜗杆13转动，使得与蜗杆13啮合的蜗轮14正转。由于螺母15通过螺纹与蜗轮14连接，因此螺母15随着蜗轮14的旋转而沿轴线向前运动，压向弹簧16使其压缩，以将作用力传递到活塞17的前端部上。由于橡胶反作用盘7压嵌在活塞17的前端部中，因此作用力被传递到橡胶反作用盘7上。
于是，由踩下制动踏板25产生的和由电机12产生的作用力共同推动活塞17的前端部和橡胶反作用盘7一起沿轴线向前运动，压缩第一回位弹簧18并推动与橡胶反作用盘7接合的主缸推杆8，主缸推杆8受力推动主缸活塞26，以将制动主缸27内腔中的压力传递到车辆制动器上，从而产生制动力。
当制动踏板25保持不动时，踏板推杆1的轴向位置保持不变。此时电机12停止，因此蜗杆13和蜗轮14均停止转动，由于螺母15与蜗轮14通过具有自锁功能的螺纹连接，所以当蜗轮14不旋转时，螺母15的轴向位置保持不变，因此弹簧16的压缩长度不发生变化，作用到活塞17前端部上的力不变，使得最终推动活塞17前端部和橡胶反作用盘7的作用力不变，因此主缸推杆8的轴向位置不变，进而维持恒定的制动力。
当制动踏板25松开时，踏板推杆1沿轴线向后运动，踏板推杆1与橡胶反作用盘7之间的距离逐渐增大，因此踏板推杆1传递到橡胶反作用盘7上的作用力减小。同时电机12反转，带动蜗杆13和蜗轮14反向转动，使得通过螺纹与蜗轮14连接的螺母15沿轴线向后运动，因此弹簧16的压缩量减小，施加在活塞17前端部上的向前的推力作用减小，最终在第一回位弹簧18恢复形变的弹力作用以及主缸推杆8的作用下，活塞17沿轴线向后移动，回到制动前的初始位置，制动力随之减小。
当电机12出现故障时，蜗杆13以及蜗轮14都将无法正常转动。于是与蜗轮14通过具有自锁功能的螺纹连接的螺母15将不能前后运动，因此无法压缩弹簧16以形成作用力推动活塞17。此时，只有制动踏板25单独推动踏板推杆1沿轴线向前运动，同时踏板推杆1上的挡圈20压向第二回位弹簧19使其压缩，当第二回位弹簧19被挡圈20压缩到并圈(即第二回位弹簧19被压缩到最小程度)以后，踏板推杆1将直接推动活塞17，使得活塞17随踏板推杆1一起沿轴线向前运动，从而推动主缸推杆8，最终产生制动力。由此可见，本发明所提供的制动助力系统在电机12出现故障时仍然可以实现制动功能，因此能够更加有效地保证行车安全。
按照本发明一个具体的实施方式，本发明所提供的制动助力系统还包括电子控制单元(ECU)和第一传感器23，如图4所示，第一传感器23连接在制动踏板25上，电子控制单元与第一传感器23电连接。
第一传感器23用于采集制动踏板25转动的角位移信号，且第一传感器23可以选用本领域技术人员公知的各种角度传感器，如电位计式角度传感器、霍尔式角度传感器等，优选的选用霍尔式角度传感器。
在制动的过程中，第一传感器23所采集到的制动踏板25的角位移信号a被传送至ECU，ECU对这些信号进行处理，然后向电机12发出控制信号c，以使电机12实现正转、反转或停止动作，即当制动踏板25踩下时电机12正转，当制动踏板25保持不动时电机12停转，当制动踏板25抬起时电机12反转。
按照本发明另一个具体的实施方式，本发明所提供的制动助力系统还包括电子控制单元(ECU)、第一传感器23以及第二传感器24，如图4所示，第一传感器23连接在制动踏板25上，如图5所示，第二传感器24连接在蜗杆13上，电子控制单元与第一传感器23和第二传感器24电连接。
第一传感器23用于采集制动踏板25转动的角位移信号，第二传感器24用于采集蜗杆13旋转的角位移信号。且第一传感器23和第二传感器24可以选用本领域技术人员公知的各种角度传感器，如电位计式角度传感器、霍尔式角度传感器等，优选的选用霍尔式角度传感器。
在制动的过程中，第一传感器23采集到的制动踏板25的角位移信号a和第二传感器24采集到的蜗杆13的角位移信号b被传送至ECU，ECU对这些信号进行处理，然后向电机12发出控制信号c，如图6所示。
一般情况下，ECU可以根据制动踏板25的角位移信号a使电机12实现正转、反转或停止动作，即当制动踏板25踩下时电机12正转，当制动踏板25保持不动时电机12停转，当制动踏板25抬起时电机12反转。
并且，ECU还可以根据制动踏板25的角位移信号a以及蜗杆13的角位移信号b实现对所施加助力的控制。因为制动踏板25、踏板推杆1和活塞17在制动的过程中严格满足机械系统的传动关系，因此，可以根据制动踏板25的角位移信号a计算得出活塞17的轴向位置信息。而螺母15、蜗轮14和蜗杆13之间也严格的满足机械系统的传动关系，因此，可以根据蜗杆13的角位移信号b计算得出螺母15的轴向位置信息。这样，通过活塞17的轴向位置信息和螺母15的轴向位置信息就可以计算出弹簧16的压缩长度，进而得到弹簧16施加在活塞17前端部上的实际的助力值。而通过由制动踏板25的角位移信号a计算出的踏板力可以按照比值得出理论的助力值。因此将实际的助力值与理论的助力值进行比较，可以形成反馈控制信号c对电机12进行控制，以使实际助力值与理论助力值趋于一致，进而实现对所施加助力的控制。另外，本发明还可以根据不同的助力特性要求来改变ECU的算法参数，以实现不同的助力特性。
Claims (10)
1. 一种制动助力系统包括踏板推杆(1)、橡胶反作用盘(7)、主缸推杆(8)、制动踏板(25)和壳体(28)，其特征在于，该系统还包括电机(12)、蜗杆(13)、蜗轮(14)、螺母(15)、弹簧(16)、活塞(17)、第一回位弹簧(18)、第二回位弹簧(19)、挡圈(20)、第一轴承(21)以及第二轴承(22)；其中，电机(12)与蜗杆(13)相连；蜗杆(13)与蜗轮(14)啮合；蜗轮(14)通过第一轴承(21)和第二轴承(22)连接到壳体(28)上，且蜗轮(14)通过螺纹与螺母(15)连接；活塞(17)前端部的纵切面尺寸大于活塞(17)杆部的纵切面尺寸，且橡胶反作用盘(7)压嵌在活塞(17)的前端部中，踏板推杆(1)贯通穿过活塞(17)杆部的中心轴线；弹簧(16)装配在活塞(17)的杆部上且位于活塞(17)的前端部与螺母(15)之间；第一回位弹簧(18)装配在主缸推杆(8)上且其一端压在活塞(17)的前端部；第二回位弹簧(19)装配在踏板推杆(1)上且位于活塞(17)杆部尾端的槽中；挡圈(20)装配在踏板推杆(1)上，且第二回位弹簧(19)的靠近制动踏板(25)的一侧压靠在挡圈(20)上。
2. 根据权利要求1所述的制动助力系统，其中，所述电机(12)为直流无刷电动机。
3. 根据权利要求1所述的制动助力系统，其中，所述螺母(15)上的螺纹为具有自锁功能的螺纹。
4. 根据权利要求1所述的制动助力系统，其中，所述弹簧(16)为圆锥弹簧。
5. 根据权利要求1所述的制动助力系统，其中，所述第一回位弹簧(18)和第二回位弹簧(19)为圆柱弹簧。
6. 根据权利要求1所述的制动助力系统，其中，所述挡圈(20)为轴用弹性挡圈。
7. 根据权利要求1所述的制动助力系统，其中，所述第一轴承(21)和第二轴承(22)为圆锥滚子轴承。
8. 根据权利要求1所述的制动助力系统，其中，该制动助力系统还包括电子控制单元和第一传感器(23)，且该第一传感器(23)连接在所述制动踏板(25)上，该电子控制单元与所述第一传感器(23)电连接。
9. 根据权利要求8所述的制动助力系统，其中，该制动助力系统还包括第二传感器(24)，且该第二传感器(24)连接在所述蜗杆(13)上并与所述电子控制单元电连接。
10. 根据权利要求9所述的制动助力系统，其中，所述第一传感器(23)和第二传感器(24)为霍尔式角度传感器。
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