CN104487301A - 用于机动车的主制动缸的操纵装置 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车的主制动缸的操纵装置包括：壳体(5)，其用于布置在主制动缸(4)与制动踏板(3)之间，用于操纵主制动缸(4)的操纵活塞的压力机构伸延通过该壳体；电马达(8)；蜗杆(9)，其通过电马达(8)驱动并且与压力机构交叉；和布置在壳体(5)中的传动装置，其使蜗杆(9)与操纵活塞如此联结，以便将蜗杆(9)的转动运动转化成操纵活塞的平移运动。由此获得在批量生产方面简单且成本有利的构造。

Description

用于机动车的主制动缸的操纵装置

技术领域

本发明涉及用于机动车的主制动缸的操纵装置。

背景技术

为了制动轿车，驾驶员的脚踏力在大多数情况下并不足够，从而轿车通常配备有制动力放大器。制动力放大器通常利用由内燃机产生的负压来做功。在此，利用在马达压力与环境压力之间的压力差，以便除了驾驶员的脚踏力之外将放大的力施加到主制动缸的活塞杆上。

随着车辆质量的逐渐增加，需要带有相对很大直径的制动力放大器。通常的制动力放大器具有的直径为8至10英寸，即，直到26cm。因此，制动力放大器非常庞大并且限制了在马达舱中用于其他构件的空间。

然而，在柴油马达、现代的直喷式FSI马达或电子气门马达中在马达处不再可提供足够的负压。因此，在这些马达中使用电驱动或由内燃机驱动的真空泵。然而，真空泵和必需的管道需要结构空间、提高车辆重量并且在加工和装配方面成本很高。

此外，已知在主制动缸处借助于电马达产生操纵力。此类装置有时还被称为机电的制动力放大器，其中，其不仅可用于提供辅助力，而且可在线控制动系统中用于唯一地提供操纵力。

在文献DE 30 31 643 C2中说明了一种机电的制动力放大器，在其中，用电产生的辅助力经由蜗杆驱动器施加到可与主制动缸的活塞杆相联结的联结器半部(Kupplungshälfte)上。由于在制动力放大器中需要的联结得到复杂的构造。

由文献DE 100 57 557 A1已知一种机电的制动力放大器，在其中，为了产生操纵力，使用与活塞杆同轴的线性驱动器。该制动力放大器的设计原理基于设置有可平移移动的衔铁，其中，磁力线平行于力方向伸延并且直接将衔铁压向制动活塞。备选地说明了平移的步进马达的使用。然而，看起来可疑的是此类驱动器是否能够产生需要的放大力。

此外，由文献DE 199 39 950 A1已知一种机电的制动力放大器，其与联接的主制动缸一起形成一个单元并且针对在混合动力车辆中的使用与再生式制动装置相协调。

由文献DE 10 2010 024 734 A1已知用于机动车的主制动缸的这种操纵装置。该操纵装置包括布置在主制动缸与制动踏板之间的壳体，在壳体中布置有压力体(Druckkörper)以用于操纵操纵活塞。此外，在壳体中布置有与压力体同轴的电马达以及传动装置，其使蜗杆与压力体如此联结，以便将马达的转动运动转化成压力体的平移运动。附加地设置有踏板模拟器(Pedalsimulator)。因此，根据文献DE 10 2010 024 734 A1的制动设备可在第一运行模式以及第二运行模式中运行，在第一运行模式中制动踏板与踏板模拟器共同作用并且与主制动缸脱开(线控制动)，在第二运行模式中制动踏板可通过压力体为主制动缸加载力并且使踏板模拟器不活动，由此存在机械的后备方案(Rückfallebene)。

发明内容

以此为出发点，本发明的目的在于提供相对于传统的操纵装置的备选方案。

为了实现上述目的，提出带有专利权利要求1的特征的用于机动车的主制动缸的操纵装置。根据本发明的操纵装置包括：壳体，其用于布置在主制动缸与制动踏板之间，用于操纵主制动缸的操纵活塞的压力机构伸延通过该壳体；电马达；蜗杆，其由电马达驱动并且与压力机构交叉；和布置在壳体中的传动装置，其使蜗杆与操纵活塞如此联结，以便将蜗杆的转动运动转化成操纵活塞的平移运动。

因此获得在批量生产方面简单且成本有利的构造。

此外，例如在电驱动器失灵的情况下可实现采取机械的措施，即，由驾驶员通过制动踏板借助于压力机构操纵主制动缸。此外，可通过以下方式实现组合运行，即，在操纵活塞处的力不仅通过驾驶员的力来施加，而且通过电马达来施加。

此外，根据本发明的解决方案的特征在于节省空间地安置在车辆处。可通过将传动级节省空间地布置在在制动踏板与主制动缸之间的壳体中来使用紧凑的马达。因为蜗杆的转动轴线横向于压力机构伸延，所以可使马达从在制动踏板与主制动缸之间的邻近的区域沿侧向移开，由此可将壳体沿轴向实施成很短。集成到壳体中的传动装置使得能够使用带有相对很小的尺寸的电马达。总而言之，可实现包括电马达、带有传动装置的壳体和控制器的非常紧凑的套件。

此外，可模块化单独的部件电马达、壳体和控制器。针对每个模块可提供不同的变体方案并且根据需要使之彼此组合，以便在批量化中例如进行与不同的车辆重量和/或车辆动力的匹配。

针对电马达和主制动缸可使用未修改的标准机组。

在其他的专利权利要求中说明了本发明的有利的设计方案。

优选地，蜗杆同轴于电马达的转动轴线来布置，由此蜗杆的马达联接部保持得很纤细。如有可能，蜗杆还可集成到马达的从动轴中。

根据本发明的一有利的设计方案，壳体和电马达可在机动车的车厢前壁(Spritzwand)之前布置在主制动缸的侧部上。在这种情况下，壳体朝车厢前壁贴靠并且必要时可固定在车厢前壁处。驾驶员的放脚空间并未受到操纵装置影响。此外，这种布置方案在安置位于马达舱中的所有机组和辅助装置方面已经证实为特别有利。

根据本发明的另一有利的设计方案，电马达用凸缘连接在壳体的外侧处。因此，电马达不必支承在车辆的其他的结构处或以其他的方式进行支撑。

用于操控电马达的控制器优选地布置在壳体的与电马达相对而置的侧部上，由此得到总地非常紧凑的布置方案。

优选地，马达转数与操纵活塞的平移距离的传动比在0.2至0.7转/mm的范围中，优选为0.26至0.4转/mm，且进一步优选地为0.27至0.35转/mm。可通过相对很高的转速使用带有相对很低的驱动力矩的马达。这种马达的特征在于很小的尺寸。

根据本发明的另一有利的设计方案，在壳体中的传动装置包括以下构件：第一套筒，其在其外围处具有与蜗杆啮合的涡轮以及在其内围处构造有螺纹；以及第二套筒，其在其外围处具有与第一套筒的螺纹啮合的螺纹、与操纵活塞共同作用且防止在壳体中旋转，然而，可沿轴向运动。该设计方案使得能够在很低的数量的轴的情况下实现在马达转数与操纵活塞的平移运动之间的足够的传动比。由此将需要的构件的数量和加工与装配花费保持得很少。

在一优选的变体方案中，第一套筒和第二套筒通过其彼此接合的螺纹构造为梯形螺纹。

为了在壳体中引导第二套筒，第二套筒可在其外围处具有一个或多个轴向槽。第二套筒可通过轴向槽借助于固定在壳体处的突出部或栓塞防止旋转，其中，同时保证轴向可运行性。在一有利的设计方案中，壳体在端侧处(优选地，在指向制动踏板的侧部处)通过壳体盖封闭。在此，壳体盖可具有接合到一个或多个轴向槽中的突出部或栓塞。

根据另一有利的变体方案，在壳体中的传动装置包括以下构件：涡轮，其与蜗杆相接合；小齿轮，其与蜗杆抗扭地相连接；以及齿条，其与小齿轮相接合并且与操纵活塞共同作用。

优选地，上面阐述的操纵装置用在机动车处，尤其用在轿车处。其制动设备尤其包括制动踏板和与制动踏板相联结的踏板模拟器，以及此外包括主制动缸。在此，操纵装置在空间上布置在制动踏板与主制动缸之间。制动设备具有第一运行模式以及第二运行模式，其中，在第一运行模式中制动踏板与踏板模拟器共同作用并且与主制动缸脱开，在第二运行模式中制动踏板可通过压力机构为主制动缸加载力并且使踏板模拟器不活动。由此在正常运行中实现这样的线控制动系统，其在紧急情况下(例如在电马达失灵时)具有机械的后备方案。

附图说明

下面借助在附图中示出的实施例进一步阐述本发明。其中：

图1显示了根据本发明的操纵装置与联接的主制动缸的立体视图，

图2显示了图1的组件的分解图示以用于说明单独的模块，

图3显示了在相对于车厢前壁以及制动踏板的安装位置中的根据本发明的操纵装置的另一立体视图，

图4显示了纵向截面视图，

图5显示了操纵装置的传动装置的详细视图，

图6显示了操纵装置的分解图示，以及

图7以分解图示显示了根据本发明的操纵装置的另一实施例。

具体实施方式

第一实施例涉及用于机动车的制动设备1。制动设备1包括机电的操纵装置2，其布置在制动踏板3与主制动缸4之间。在主制动缸4处联接有已知结构类型的未进一步示出的ESP液压系统单元，以便单轮地调节在机动车的车轮制动部处的制动压力。

机电的操纵装置2取决于制动踏板3通过驾驶员的操纵来操控，以便提供制动力。为此借助于位置传感器探测制动踏板3的位置。位置传感器例如可实施为旋转角传感器。然而，还可借助于线性的位移传感器探测制动踏板位置。备选地或补充地，驾驶员作用在制动踏板3处的操纵力F可借助于力传感器来确定并且被考虑用于操控机电的操纵装置2。

操纵装置2包括壳体5，其布置在制动踏板3与主制动缸4之间。在壳体5中伸延有压力机构，其压向主制动缸4的操纵活塞7。在此，压力机构包括推杆6和压力体12。然而，其他的构造同样是可行的。这两个零件尤其可制成一体。此外，操纵装置2包括电马达8以及蜗杆9，其通过电马达8驱动并且与压力机构交叉。在示出的实施例中，蜗杆9与压力机构6的运动轴线围成90度的角度。然而，蜗杆9还可安装成倾斜于压力机构更确切地说推杆6的运动轴线，例如带有处于60至120度的范围中的角度。最后，操纵装置2包括布置在壳体2中的传动装置10，其使蜗杆9与压力机构如此联结，以便将蜗杆9的转动运动转化成压力机构6的平移运动。后者引起操纵主制动缸4的操纵活塞7，以便相应于制动踏板操纵预定用于ESP液压系统单元的制动压力。

在示出的车辆制动设备中，制动踏板3在正常运行中仅用作信号传感器。为此仅利用由驾驶员施加在制动踏板3处的操纵力，以便通过位置传感器7和/或必要时存在的力传感器提供用于操纵装置2的操控信号。在此，在正常的操纵装置2的情况下未产生与ESP液压系统单元的液压系统的机械联结。

为了减轻驾驶员在操纵制动踏板时调整制动力，制动设备1包括踏板模拟器11，其与制动踏板3相联结。踏板模拟器11根据预定的力－位移特性曲线在操纵制动踏板时产生与操纵反向的阻抗。力－位移特性曲线如此设置，即，随着操纵力的增大，驾驶员感觉到更大的阻抗。触觉反馈与通过操纵装置2产生的制动力紧密相关并且基本上相应于通过传统的液压式车辆制动设备已知的制动感觉。踏板模拟器11可使用在纯粹的线控制动配置中。在示出的实施例中，还通过推杆6实现机械的后备方案，其允许在机电的操纵装置2失灵的情况下将驾驶员的力作用在主制动缸4处并且由此产生制动压力。

布置在制动踏板3/踏板模拟器11与主制动缸4/操纵活塞7之间的推杆6在正常的运行中在操纵制动踏板3时不受力作用并且并未将反作用施加到制动踏板3上。推杆6保持在与主制动缸4的操纵活塞7共同作用的操纵装置2的压力体12处、然而相对于制动踏板3/踏板模拟器11沿轴向具有缝隙22。在操纵制动踏板时，压力体12通过电马达8沿轴向移位，从而尽管推杆6运动，缝隙22仍保持存在。如果电马达8失灵，在操纵制动踏板时消除缝隙22，从而推杆6压到主制动缸4的操纵活塞7上并且驾驶员的力直接作用到主制动缸4上。

为了实现将制动压力始终可靠地降低为零，无自锁地构造机电的操纵装置2或其传动装置10。否则，在制动运行中的电流中断的情况下，机电的操纵装置2将保持在在电流中断的情况下的位置中，并且此外将建立制动压力。与此相应地如此设计传动装置10，即，已经通过液压的反压力和/或踏板回位弹簧建立足够的复位力，其使机电的操纵装置2驶回到零位(Nulllage)中。然而，还可将附加的回位弹簧设置在操纵装置2处。

电马达8可为无刷的直流马达、三相交流马达、异步马达、步进马达或传统的直流马达。电马达8的操控通过控制器13实现，其评估作为输入参量的在制动踏板3处的踏板位移、踏板力、操纵速度、车辆速度或负载状态或这些参量的组合。

图1至6显示了操纵装置2的第一变体方案，如尤其可由图1得悉的那样，其具有特别紧凑的构造并且由多个模块组成。图2在主制动缸4旁边显示了作为第一模块的壳体5、沿侧向联接在壳体5处的作为第二模块的电马达8和同样沿侧向联接在壳体5处的作为第三模块的控制器13。在此，控制器13布置在壳体5的与电马达8相对而置的侧部上。在示出的实施例中，控制器13 L形地包围壳体5。然而，其他的设计方案同样是可行的。蜗杆9或者可为马达模块或壳体模块的组成部分，或者可形成自己的第四模块。蜗杆9优选地同轴于电马达8的转动轴线A来布置。通过模块式的构造可通过以下方式在批量化中进行简单地匹配不同的车辆配置，即，针对相应的模块提供不同的变体。此外，可在单独的模块中进行改动，而这没有直接影响其他的模块。

图3显示了操纵装置2在车辆处的布置方案，其中，对于车辆仅示出了车厢前壁14。操纵装置2的壳体5和电马达8在车厢前壁14之前布置在主制动缸4的侧部上。在此，壳体5靠着车厢前壁14来支撑并且优选地固定在车厢前壁处。壳体5在此同时用作用于电马达8和控制器13的支架，其将两者固定在壳体5的外围处。针对机械的后备方案，在车厢前壁14中设置有开口15，其使得能够实现通过制动踏板3操纵推杆6。踏板模拟器11在此相对于车厢前壁14布置在制动踏板3的侧部上，尤其布置在推杆6与制动踏板3之间。然而，踏板模拟器11还可安置在其他的部位处。

在图4至6中可很好地识别出布置在壳体5中的传动装置10的构造。传动装置10包括第一套筒16，其可转动地支承在壳体5中、然而沿轴向被固定。为此，在示出的实施例中设置有唯一的滚动支承17，其布置在第一套筒16的外围与壳体5的内围面之间。此外，第一套筒16在其外围处具有涡轮18，其与蜗杆9相接合并且与此相应地由蜗杆驱动。

在第一套筒16中布置有第二套筒19，其与第一套筒16螺纹接合且形成上面阐述的压力件12。第一套筒16与此相应地在其内围处具有螺纹20。同样地，第二套筒19在其外围处设有外螺纹21。优选地，在此使用梯形螺纹。螺纹具有无自锁的导程。

不同于第一套筒16，防止第二套筒19在壳体5中旋转、然而可沿轴向运动。如果第一套筒16转动，则第二套筒19根据第一套筒16的转动方向沿轴向朝主制动缸4的方向上移动或移动离开主制动缸4。在此，第二套筒19压到推杆6的半球状地构造的凸缘6a上，推杆6本身压向主制动缸4的操纵活塞7，以便产生制动压力。在主制动缸4的侧部上支撑在凸缘6处的弹簧40保持推杆6靠着第二套筒19贴靠。优选地，如此操控电马达8，即，第二套筒19至少在大多数情况下或始终与操纵活塞7保持接触，以便保证制动设备的快速反应。

推杆6延伸到两个套筒16和19中。推杆6通过弹簧40保持贴靠在第二套筒19处并且因此在正常运行中操纵制动设备时被第二套筒19携带。由此，推杆6在正常运行中保持与制动踏板3脱开。图5显示了相对于踏板模拟器11的推杆23的相应的轴向缝隙22。优选地，套筒16和19同轴地围绕推杆6来布置。

操纵活塞7的背侧空心地来实施并且构造成半球部25，推杆6的倒圆的端部区段26靠着半球部25来贴靠。

壳体5的与主制动缸4相对而置的端部由壳体盖27封闭。壳体盖27抗扭地布置在壳体5处并且沿轴向固定滚动支承17。在壳体盖27处设置有多个栓塞28，其接合到位于第二套筒19的外围处的轴向槽29中并且因此阻碍第二套筒19相对于壳体5旋转。

代替在外围处的轴向槽29，可在第二套筒19处设置轴向孔，在其中接合有栓塞28。在这种情况下可在套筒16与19之间代替梯形螺纹设置滚珠丝杆传动机构，其特征在于很小的摩擦，由此减小马达的需要的驱动力矩。带有梯形螺纹的解决方案相对于滚珠丝杆传动机构的解决方案的特征在于明显降低的花费且因此明显成本更有利。

图7显示了第二实施例，其中，修改了壳体5'和传动装置10'。电马达8'以及控制器13'可如上面说明的那样来实施。然而，还可将控制器13'直接安装在电马达8'处。壳体5'相应于图1至3再次布置在在图7中未进一步示出的主制动缸4与车厢前壁14之间。

布置在壳体5'中的传动装置10'包括涡轮30'，其与电马达8'的蜗杆9'相接合。在此，蜗杆9'的转动轴线优选地布置成同轴于电马达8'的转动轴线并且通过两个支承36'和37'可转动地支承在壳体5'中。

涡轮30'与小齿轮31'抗扭地相连接或整体地构造在小齿轮31'处。小齿轮31'通过两个支承32'和33'可转动地支承在壳体5'中。小齿轮31'的转动轴线基本上横向于蜗杆9'的转动轴线伸延。此外，作为传动装置输出元件，齿条34'布置在壳体5'中，齿条34'与在小齿轮31'处的齿部35'相啮合。齿条34'形成上面阐述的压力件12，其在操纵制动踏板3时压向主制动缸4的操纵活塞7。齿条34'基本上横向于小齿轮31'的转动轴线以及此外基本上横向于蜗杆9'的转动轴线伸延。“基本上横向”在此理解成优选90度的交叉角度，其中，在更多的意义中还应一起包括+/-20°的偏差。

在齿条34'与操纵活塞7之间的交界区以及制动踏板侧的推杆6'的连接如在根据图5的第一实施例中那样来设计。利用参考标号38'表示壳体盖，其构造有用于连接踏板模拟器11的穿透开口39'。

通过传动装置在壳体5或5'中布置在制动踏板3与主制动缸4之间以及电马达8的与此相关地侧向的布置方案获得特别紧凑的结构类型。

在此，可获得马达转数与操纵活塞的平移距离的传动比在0.2至0.7转/mm的范围中，优选为0.26至0.4转/mm，并且进一步优选地为0.27至0.35转/mm。因此，可使用相对很小的马达。

在电气设备失灵的情况下，可由驾驶员通过制动踏板借助于压力机构操纵主制动缸。

此外，在批量生产方面获得简单且成本有利的构造。

尤其可使用传统的主制动缸和传统的电马达。

通过模块化构造机电的操纵装置可简单地匹配不同的车辆配置。

上面借助实施例和其他的变体方案详细阐述了本发明。如果未明确说明，只要技术上上可行，那么还可彼此组合尤其不同的实施例和变体方案的特征。

本发明不限于示出的实施例和变体方案，而是包括通过专利权利要求限定的所有设计方案。

参考标号列表

1 制动设备

2 操纵装置

3 制动踏板

4 主制动缸

5 壳体

6 推杆

7 操纵活塞

8 电马达

9 蜗杆

10 传动装置

11 踏板模拟器

12 压力体

13 控制器

14 车厢前壁

15 开口

16 第一套筒

17 滚动支承

18 涡轮

19 第二套筒

20 螺纹

21 螺纹

22 缝隙

23 踏板模拟器的推杆

24 凹部

25 半球部

26 倒圆的端部区段

27 壳体盖

28 栓塞

29 轴向槽

30' 涡轮

31' 小齿轮

32' 支承

33' 支承

34' 齿条

35' 齿部

36' 支承

37' 支承

38' 壳体盖

39' 开口

40 弹簧。

Claims (10)

1. 一种用于机动车的主制动缸(4)的操纵装置，包括：

壳体(5,5')，其用于布置在所述主制动缸(4)与制动踏板(3)之间，用于操纵所述主制动缸(4)的操纵活塞(7)的压力机构(6,6',12,19,34')伸延通过该壳体；

电马达(8,8')；

蜗杆(9,9')，其通过所述电马达(8,8')驱动并且与所述压力机构交叉；和

布置在所述壳体(5,5')中的传动装置(10,10')，其使所述蜗杆(9,9')与所述操纵活塞(7)如此联结，以便将所述蜗杆(9,9')的转动运动转化成所述操纵活塞(7)的平移运动。

2. 根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于，所述电马达(8,8')具有转动轴线，并且所述蜗杆(9,9')布置成同轴于该转动轴线。

3. 根据权利要求1或2所述的操纵装置，其特征在于，所述壳体(5,5')和所述电马达(8,8')可在机动车的车厢前壁(14)之前布置在所述主制动缸(4)的侧部上，其中，所述壳体(5,5')朝所述车厢前壁(14)贴靠。

4. 根据权利要求1至3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，所述电马达(8,8')用凸缘连接在所述壳体(5,5')的外侧处，和/或控制器(13,13')布置在所述壳体(5,5')的与所述电马达(8,8')相对而置的侧部上。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的操纵装置，其特征在于，马达转数与所述操纵活塞(7)的平移距离的传动比在0.2至0.7转/mm的范围中。

6. 根据权利要求1至5中任一项所述的操纵装置，其特征在于，在所述壳体(5)中的所述传动装置(10)包括以下构件：

第一套筒(16)，其在其外围处具有与所述蜗杆(9)啮合的涡轮(18)以及在其内围处构造有螺纹(20)，和

第二套筒(19)，其在其外围处具有与所述的第一套筒(16)的螺纹(20)啮合的螺纹(21)、与所述操纵活塞(7)共同作用并且防止在所述壳体(5)中旋转，然而，可沿轴向运动。

7. 根据权利要求6所述的操纵装置，其特征在于，所述螺纹(20,21)构造为梯形螺纹，所述第一套筒和第二套筒(16,19)通过螺纹(20,21)彼此接合。

8. 根据权利要求6或7所述的操纵装置，其特征在于，所述第二套筒(19)在其外围处具有一个或多个轴向槽(29)，所述壳体(5)在指向所述制动踏板的端侧处通过壳体盖(27)封闭，并且所述壳体盖(27)具有接合到一个或多个轴向槽(29)中的栓塞(28)。

9. 根据权利要求1至6中任一项所述的操纵装置，其特征在于，在所述壳体(5')中的所述传动装置(10')包括以下构件：

涡轮(30')，其与所述蜗杆(9')相接合，

小齿轮(30')，其与所述涡轮(30')抗扭地相连接或构造成涡轮(30')，以及

齿条(34')，其与所述小齿轮(31')相接合并且与所述操纵活塞(7)共同作用。

10. 一种机动车，包括制动设备(1)，制动设备(1)带有：

制动踏板(3)；

主制动缸(4)；

根据上述权利要求中任一项所述的操纵装置(2,2')，其布置在所述制动踏板(3)与所述主制动缸(4)之间；以及

踏板模拟器(11)，其与所述制动踏板(3)相联结，

其中，所述制动设备具有第一运行模式以及第二运行模式，在第一运行模式中所述制动踏板(3)与所述踏板模拟器(11)共同作用并且与所述主制动缸(4)脱开，在第二运行模式中所述制动踏板(3)可通过压力机构(6,6',12,19,34')为所述主制动缸(4)加载力。