CN101573263A - 制动装置 - Google Patents

Abstract

卷簧从松弛状态移动至赋能状态以制动车辆传动系中输出轴的旋转。卷簧可收紧以接合在轴上或胀开以接合在相邻的基础部件上。同心设置(图13)或轴向间隔开的两个卷簧提供双向制动。开裂式环例如使用行星齿轮式差动结构对两个卷簧赋能以沿相反方向移动相对的环部分(图11A)。卷簧可安装成松弛状态以与轴和一个机构一同旋转，该机构用来产生制动力矩以向卷簧赋能而进行制动操作(图12)。提供装置，如果轴高于预定转速地旋转，该装置防止致动器对卷簧赋能。

Description

制动装置

技术领域

本发明涉及一种制动装置，更具体但不排它地涉及一种车辆的防回退装置和/或停车制动装置。

背景技术

车辆回退一般发生在试图在斜坡上从静止状态发动车辆时，尤其是在车辆具有干式离合器传动系的情形下。棘爪式制动装置已知用来防止在停车时车辆的移动，并且这些棘爪式制动装置用于防溜车。然而，在频繁的部分负载过渡中，例如当在斜坡上发动时，这些棘爪式装置并不特别耐用。

发明内容

本发明的目的是提供一种减小或防止车辆回退的改进的制动装置。

根据本发明的一个方面，这里提供一种制动装置，包括输出轴和安装在所述轴周围的卷簧(wrap spring)，其中卷簧被设置成从松弛状态移动至赋能状态以制动轴的旋转。

由于相比传统棘爪式装置的分级变档，制动装置可提供无限变档，因此该制动装置尤为适用于车辆的防回退应用。与传统棘爪式装置不同，该制动装置还提供在负载下的平滑卸荷。

该轴较佳地构成车辆传动系的输出轴的一部分。该传动系较佳地包括变速箱，制动装置容纳在该变速箱内。

可将卷簧设置成从其松弛状态收紧以接合在轴上，或将其设置成从其松弛状态胀开以与相邻基础部件接合。

制动装置较佳地包括用于轴双向制动的一对卷簧，例如用作防止前后移动的停车制动。该卷簧可彼此同心或沿轴彼此轴向间隔开。制动装置较佳地包括为两卷簧赋能的单个输入，在这种情形下，装置可包括用来从所述致动器接收输入的环，该环具有可移动以向所述卷簧中的第一个卷簧赋能的第一部分以及可移动以向所述卷簧中的第二个卷簧赋能的第二部分。可提供行星齿轮式差动结构以沿相反方向移动第一和第二环部分。

该卷簧或每个卷簧较佳地安装成松弛状态以与轴一起转动，具有在卷簧的自由端诱发制动力矩的机构，以对卷簧赋能来实现制动操作。

制动力矩机构可包括：附连于卷簧的一端并可绕轴旋转的环，以及围绕所述环设置的线环或线圈，其中该线环或线圈可张紧并与环接触，以在环上产生制动阻力并由此对卷簧赋能。

制动装置可包括：对卷簧赋能的致动器；以及配置成有选择地禁止致动器赋能操作的安全机构和/或配置成有选择地阻止卷簧自由端移动的安全机构。该安全机构可采用互锁装置的形式，用来锁定与致动器或卷簧的自由端的接合，或用来阻断致动器的移动。

制动装置可包括：可移动以向卷簧赋能的致动器元件；以及配置成如果轴的旋转高于预定转速则防止致动器元件动作的机构。这克服了卷簧的缺陷；即它们在任何转速下赋能的趋势(这在汽车应用中可能是危险的)。该机构较佳地包括被设置成当轴高速旋转时阻断致动器元件移动的阻断元件。此外，该机构较佳地包括对置的制动爪(opposing dog)，它们仅当轴转速低于一预定门限时才相互接合，从而允许阻断元件从阻断位置移动至非阻断位置。

根据本发明的另一方面，这里还提供一种包括根据本发明上述方面的制动装置的车辆传动系。

根据本发明的另一方面，这里还提供一种包含防溜车装置的车辆传动系，该车辆传动系包括输出轴而防溜车装置包括安装在所述轴周围的卷簧，其中卷簧可张紧以绷紧在所述轴周围并防止或滞后其沿第一方向转动。

在较佳实施例中，轴连接于车辆的至少一个车轮。在最佳实施例中，轴构成车辆传动系的输出轴的一部分。尤佳地，传动系包括箱体，而防溜车装置容纳在该箱体中。

根据本发明的另一方面，这里提供一种包括卷簧的制动装置，该卷簧被设置成或通过收紧(即下绕到轴上)或通过胀开(即展开并接合在同心环面上)来使转轴制动。

在较佳实施例中，致动器包括锁闭机构，用来有选择地将卷簧保持在张紧状态。

这里还提供一种包括根据本发明上述方面的制动装置的车辆传动系。

附图说明

本发明的其它方面和特征将从权利要求书以及下面对较佳实施例的阐述而得以明瞭，这些实施例仅参照附图以示例方式给出，在附图中：

图1是车辆传动系的双向制动装置的立体示意图；

图2是图1装置的分解图；

图2A是固定于外部对象的卷簧的一个示例的横截面示意图；

图3是车辆传动系的改型的防溜车装置的立体示意图；

图4是图3装置的分解图；

图5是车辆传动系的进一步改型的防溜车装置的一部分的示意图；

图6是用于图5实施例的速度感测装置的放大视图；

图7-10示出图5中的装置处于使用状态时的各个阶段；

图11示出另一种防溜车装置，它与图5的装置相类似，但包括用于双向制动的轴间间隔对置卷簧。

图11A是开裂式柄脚环的行星齿轮差动结构的示意图；

图12是将同心卷簧用于双向制动的制动结构的示意图；

图13是又一同心卷簧结构的示意图，该结构包括互锁装置；以及

图14是用于图13所示结构的制动力矩机构的示意图。

具体实施方式

首先参照图1和图2，制动装置总体表示为100，该制动装置包括安装在转轴102的扩径部分103周围的卷簧/扭簧104。该卷簧104具有已知松弛直径的盘绕结构，该松弛直径大于扩径部分103的直径，因而在正常工作条件下，卷簧与轴102留有间隙。

卷簧104的内端牢固地锚定于环105或与轴102分离的其它锚定点。在该实施例中，环105形成在变速箱112的一部分上(见图2)。

使用中，可电气控制螺线管108以拉紧卷簧104的自由端106，从而将卷簧104张紧在轴102周围。一旦给控制装置108赋能，由于施加的力和由卷簧产生的滞后扭矩之间的高增益，卷簧104的动作足以滞后或防止轴102的转动。

盘簧114在图中位于卷簧104的自由端106和控制螺线管108之间。然而，也可用形成为卷簧104的一部分的整体连接器来代替。在卷簧和螺线管之间可设置间隔件或其它非磁性装置(未示出)。

装置100是单向的。如此，装置100可用作防回退装置，其中可设置弹簧以例如在车辆ECU或其它车载控制器的控制下防止轴沿相反方向转动。

扩径部分具有耐卷簧104磨蚀的硬化涂层。然而在其它实施例中，可省去扩径部分，以使卷簧能够直接收紧在轴102上。

装置100的缺点在于，即使当轴102高速旋转时，卷簧102的动作也足以接合轴102并防止其转动。图3和图4中示出一可替换装置，其中两个卷簧204A、204B被安装在转轴202周围。

卷簧204A被设置成防止轴202沿第一方向(例如顺时针)转动，而卷簧204B被设置成防止轴202沿相反方向转动。卷簧204A、204B连接于各控制螺线管208A、208B。因此，装置200可提供双向制动，并用作停车制动机构以防止车辆向前和向后的运动。

控制装置208A、208B中的至少一个包括另一个辅助锁闭或安全装置，由此可选择地阻止控制装置208A、208B的动作。在所示实施例中，辅助控制装置表现为互锁装置210，例如设置成与螺线管208B的输出(例如螺线管208A的输出轴中的轴孔)或卷簧204B的自由端206B接合的步进电机，以阻止其直线移动并由此防止卷簧204B张紧在轴202周围。

可设置用来检测或监测螺线管状态的传感器作为车载ECU的一部分。

在该实施例中，卷簧204B被设置成防止车辆向前的运动。设置互锁装置210以防止卷簧204意外的或不合需的动作，从而当车辆向前运动时避免轴202接合。可对卷簧204A提供同样的辅助控制。

要理解，图2和图3的实施例具有与防溜车和普通停车制动装置相同的应用，用来防止轴202沿任一方向转动。

上述螺线管式控制装置可代替以其它线性致动器式结构，例如轨道或移动衔铁，用来拉动每个卷簧的自由端。其它非线性致动结构也可用于张紧该卷簧或每个卷簧。

尽管图2和3中的卷簧204A、204B在轴202上沿轴向间隔开，然而它们在其它实施例中可具有同心结构。

在图1-4的实施例中，卷簧锚定于外部基础，例如图1、2中的112或图3、4中的212所示的变速箱的一部分。即使设置成悬臂梁(例如图2A所示)，卷簧结构的整体性仍足以保持卷簧和轴之间的间隙。较佳地选择卷簧的间隙和/或特征以使其在所有车辆行驶条件下都可防止卷簧与轴的自赋能接触，例如当车辆在不平地区行驶或在碰撞事件发生时防止卷簧接合到轴上。

卷簧较佳为钢制的并较佳地具有防腐蚀涂层。在较佳实施例中，在潮湿环境中安装卷簧(例如在油浴中)，其中润滑提供减少磨损和从卷簧和轴之间的啮合区去除残宵的机能，从而防止轴周围的卷簧的打磨或自赋能。

一种改型的山坡止动/防溜车装置在图5-12中总体以300表示。

首先参照图5，卷簧304安装在车辆传动系的输出轴302周围，卷簧304的一端锚定于变速箱312的一部分。卷簧304设置成有选择地防止轴302沿第一方向的转动，以防止车辆沿预定方向滚动(例如在坡道上向后滚动)。

装置300包括致动机构314，它被设置成克服弹簧318的动作施力于锥形柱塞316。柱塞柱塞316包括设置成与柄脚环322接合的输出杆320，柄脚环322联接于卷簧304的自由端306并自由地安装在轴302周围。

使用中，致动装置用来使柱塞316如图5所示向下移动，直到杆320与柄脚环322接合为止，从而使柄脚环322转动。柄脚环的运动用来将卷簧304张紧在轴302周围，并由此滞后或防止其转动。

引入一种从图6最清楚地观察到的安全或速度感测机构330，如果轴以例如高于5km/h的高速旋转，该机构330阻止卷簧304的动作。装置330一般为环形的，尽管图5和图6中仅示出半个这样的结构。

装置330包括具有齿334的外制动爪环332。外制动爪环332是环面锥形轴套336的一部分，与轴302同心。锥形轴套336具有斜切的前导面338和倾斜的后表面340。锥形轴套336的前导面338设置成与锥形柱塞柱塞316接合。后表面340被设置成与滞后装置344的前导面342接合，滞后装置344在负载作用下克服弹簧346的偏压力轴向移动，以与变速箱354的另一部分抵接。

装置330还包括具有齿350的内制动爪环348。内制动爪环348轴向固定，并固定成与轴302一起转动。

锥形轴套336通过另一弹簧352偏压向轴向移动，弹簧352抵靠在固定的内制动爪环346上。

下面参照图5-10描述装置300的操作。

致动力(如图7中箭头A所指)使柱塞316沿径向向内移动(在图7中显示为向下)，直到它接合于速度感测装置330的锥形轴套336的前缘338为止。

锥形轴套336克服弹簧352的偏压而轴向移动，直到锥形轴套336的后表面340抵靠在滞后装置342的前导面344。这使外制动爪环332和内制动爪环348的齿334、350彼此接触。然而，齿334、350的几何形状被专门配置成：当轴302(并因此内制动爪环348)高速转动时，使齿334、350不啮合，而是碰撞。由于阻断了锥形轴套336进一步的轴向移动(即在图8中显示为向右)，阻断柱塞316在致动力A作用下进一步的径向移动(在图8中显示为向下)。

与滞后装置342的最初接触将制动力矩施加于外制动爪环，以减慢其转动(如果有的话)。制动装置中的弹簧334受到锥形柱塞316进一步运动的挤压。

在一预定的相对速度下，齿334、350的几何结构允许齿移动进入啮合，于是套筒336能够在来自柱塞316的负载下沿轴向移动，以使柱塞316自由地沿径向向内移动，如图9所示。因此，杆320能够驱动靠向柄脚环322，以将卷簧304张紧在轴302周围(见图10)。

致动机构314较佳地采用线性致动器的形式，更佳地是双稳态锁闭装置，用来将柱塞锁定在其布置的位置。因此，卷簧304可保持张紧在轴302周围而不需要为装置314供能。然后采用其它的能则可用来将柱塞316从其锁闭位置释放，以允许轴302转动。

另一实施例示出于图11，它与图5的结构相似，但包括相对的卷簧304A、304B以防止轴302沿两个方向转动。在该实施例中，例如卷簧304A以逆时针方向缠绕而卷簧304B以顺时针方向缠绕。

每个卷簧304A、304B可包括其本身的致动器314和柱塞316。然而，所示实施例包括改型的柄脚环组件360，其中卷簧304B由与卷簧304A相同的致动器314驱动。

本实施例的操作与图5实施例大致相同，尤其对速度感测装置330而言。关键的不同点将在下面予以讨论。

使用中，致动杆320被配置成驱动靠向柄脚环的第一部分的自由端362，如图11中364所示，以使柄脚环部分364绕轴302转动。卷簧304A连接于柄脚环部分364。因此，如果柄脚环部分364转动以使自由端362如图1所示向下移动，则卷簧304A收紧在轴302周围，从而制止轴302沿第一方向转动。

同时，如图11中366所示，导致柄脚环的第二部分沿相反方向的转动。连杆部件368固定以与第二部分366一起转动并偶联于卷簧304B以随其转动。事实上，连杆部件可以是整体式柄脚或者是卷簧304B的一部分。因此，柄脚环的第二部分366的转动使卷簧304B收紧，以制止轴302沿与卷簧304A相反的方向转动。因此，可实现双向制动。

在较佳实施例中，使用具有环形齿轮、行星齿轮、恒星齿轮和行星架的小型行星齿轮式差动结构来实现柄脚环部分364、366的双向移动。环形齿轮被锚定于基础(例如变速箱的一部分)，卷簧304A附连于行星架而卷簧304B附连于恒星齿轮。使用中，柱塞杆320施力于行星架，而恒星齿轮沿相反方向转动。

开裂式柄脚环的一例合适的行星齿轮式差动结构在图11A中表示为500，其中环形齿轮502锚定于基础504(例如变速箱的一部分)，第一柄脚环部分506附连于行星架508以驱动第一卷簧304B的一端510，而第二柄脚环部分512附连于恒星齿轮516以沿相反方向驱动第二卷簧的一端514。

或者，可使用枢转杠杆结构来沿相反方向驱动柄脚部分。

在上述每个实施例中，仅描述过“下绕”(即收紧)卷簧。然而，这些卷簧也可用能够胀开并抵靠在同心壁上的“展开”卷簧来代替。

图12示出一个例子，其中同心卷簧404A、404B安装在转轴402周围，其中内卷簧404A是胀开式卷簧而外卷簧404是收紧式卷簧。

引入一种柱塞组件和速度感测装置430，它具有与来自图5和11的感测装置330大致相同的结构和操作方法。因此，如果轴402高于预定转速地旋转，则防止柱塞416移动至卷簧赋能位置。

一对摩擦臂470、472从柱塞组件轴向延伸，每个摩擦臂具有设置成与各致动器圆锥474配合工作的倾斜前导面，于是圆锥474、476可轴向移动以接合各卷簧404A、404B相关联的柄脚环422A、422B。

卷簧404A、404B借助于轴环480的悬臂联接(例如图2A所示)配置成与轴402同心，轴环480被安装成与轴402一起转动。

使用中，轴402转动，并因此经由轴环480使线圈404A、404B随轴转动。圆锥474、476和柄脚环422A、422B之间的摩擦接触适于产生制动力矩，于是卷簧404A、404B被相应地设置成胀开/收紧。环形基础部件478(图1中仅示出其一侧)固定地设置在线圈404A、404B之间，与轴402同心，以使线圈能对着基础相应地胀开/收紧，从而制止轴402转动。线圈404A、404B沿相反方向缠绕，从而保证轴402的双向制动。

可设置环形锁闭机构以有选择地锁闭柄脚环422A、422B上的指423，从而将柄脚环保持在导致张紧/压缩的状态。

图13示出与图12相同的同心卷簧结构，使用相同的附图标记表示相应部件，除了前缀以6--代替4--外。

在本实施例中，通过图14例示出的线环连接，在柄脚环622A、622B中产生制动扭矩。在柄脚环四周形成弹簧丝700的环。弹簧丝的一端附连于基础702，例如变速箱的一部分，而另一段附连于张紧弹簧708。在松弛状态下，弹簧丝在柄脚环622周围形成一线圈(一匝或更多匝)。线圈具有比柄脚环更大直径的圆环形，以防止弹簧丝和柄脚环的意外接触。

将双稳态(例如触发器)机构704安装在箱体702并连接于张紧弹簧708。牵引式致动器(例如螺线管706)被设置成驱动该机构704，以在弹簧丝700上进行牵引动作，从而将线环收紧在柄脚环周围，以产生制动力矩。

在图13的实施例中，对每个柄脚环使用独立的滞后结构，以实现柄脚环622A、622B的独立操作(例如图14所示)。

设置互锁710以当轴602高速旋转时阻止制动扭矩机构动作。该互锁与速度感测装置630协同工作，速度感测装置630在本实施例中使用牵引式致动器614以使柱塞616升高而抵靠锥形轴套636。仅当齿634、650处于啮合状态时，柱塞才能自由地向上移动，从而将互锁移离锁闭位置。因此，当柱塞616从图13中的位置向上移动时，致动器704工作以张紧弹簧丝700。

Claims (22)

1.一种包含制动装置的车辆传动系，所述车辆传动系包括输出轴而所述制动装置包括安装在所述轴周围的卷簧，其中所述卷簧设置成从松弛状态移向赋能状态以制动所述轴的转动。

2.如权利要求1所述的车辆传动系，其特征在于，所述轴形成所述传动系的输出轴的一部分。

3.如权利要求1-2所述的车辆传动系，其特征在于，所述传动系包括变速箱，且所述制动装置安置在所述变速箱内。

4.如权利要求1-3任何一项所述的车辆传动系，其特征在于，所述卷簧设置成收缩以配合在所述轴上。

5.如权利要求1-3任何一项所述的车辆传动系，其特征在于，所述卷簧设置成胀开以与相邻的基础部件配合。

6.如权利要求1-5任何一项所述的车辆传动系，其特征在于，包括一对设置成双向制动所述轴的卷簧。

7.如权利要求6所述的车辆传动系，其特征在于，所述卷簧彼此同心。

8.如权利要求6所述的车辆传动系，其特征在于，所述卷簧沿所述轴彼此轴向分隔开。

9.如权利要求8所述的车辆传动系，其特征在于，包括用于驱动两卷簧的单个输入。

10.如权利要求9所述的车辆传动系，其特征在于，包括设置成接收来自所述致动器的输入的环，所述环具有可移动以对所述卷簧中的第一个卷簧赋能的第一部分以及可移动以对所述卷簧中的第二个卷簧赋能的第二部分。

11.如权利要求10所述的车辆传动系，其特征在于，设置行星齿轮式差动结构以沿相反方向移动所述第一和第二环部分。

12.如权利要求1-11任何一项所述的车辆传动系，其特征在于，所述卷簧被安装成松弛状态以与所述轴一起转动，并设置一机构以在所述卷簧的自由端处产生一制动扭矩，从而对所述卷簧赋能以进行制动操作。

13.如权利要求12所述的车辆传动系，其特征在于，所述制动扭矩机构包括：附连于所述卷簧的一端并绕所述轴转动的环；以及围绕所述环设置的线环或线圈，其中所述环或线圈可张紧并与所述环接触，以在所述环上形成制动阻力并由此对所述卷簧赋能。

14.如权利要求1-13任何一项所述的车辆传动系，其特征在于，还包括对所述卷簧赋能的致动器以及设置成有选择地禁止所述致动器的赋能操作的安全机构。

15.如权利要求14-17任何一项所述的车辆传动系，其特征在于，所述装置还包括设置成有选择地阻止所述卷簧的自由端移动的安全机构。

16.如权利要求15或16所述的车辆传动系，其特征在于，所述安全机构呈互锁装置的形式，用来锁定与所述致动器或卷簧的自由端的配合。

17.如前面任何一项权利要求所述的车辆传动系，其特征在于，还包括：可移动以向所述卷簧赋能的致动器元件，以及如果所述轴高于预定转速地转动则阻止所述致动器动作的机构。

18.如权利要求17所述的车辆传动系，其特征在于，所述机构包括设置成当所述轴以高速转动时阻断所述致动器元件移动的阻断元件。

19.如权利要求18所述的车辆传动系，其特征在于，所述机构包括对置的制动爪，所述制动爪构造成仅当所述轴转速低于一预定阈值时相互配合，以允许所述阻断元件从阻断位置移动至非阻断位置。

20.一种包括安装在转轴周围的卷簧的制动装置，其特征在于，所述卷簧设置成从松弛状态移动至赋能状态以制动所述轴的旋转。

21.如权利要求20所述的制动装置，其特征在于，所述装置包括安装在所述轴周围的第一和第二卷簧，其中所述第一卷簧被设置成有选择地阻止或滞后所述轴沿第一方向的旋转，而所述第二卷簧被设置成阻止或滞后所述轴沿相反方向的旋转。

22.如权利要求20或21所述的制动装置，其特征在于，包括可工作以有选择地将所述卷簧保持在赋能状态的锁闭机构。

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