CN104590232A - 一种振膜式高频压力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种振膜式高频压力调节装置，包括制动总成与振膜系统，通过电子控制单元进行控制。其中，制动总成在人力踩下制动踏板后，可实现车辆的电子制动。且当制动总成中驱动设备损坏时，可实现车辆的人力制动。振膜系统通过控制电磁线圈，实现对振膜的振动频率控制，进而通过振膜上安装的铁芯往复运动，调节制动总成中液压腔内的液压力，实现对液压系统输出压力的调节。本发明的优点为：有效地解决了由于液压力变化频率低及变化幅值较小而带来的无法满足车辆制动性能的问题；有效的提高车辆的制动性能以及其他需要快速调节液压力的系统的响应速度及动态性能。

Description

一种振膜式高频压力调节装置

技术领域

本发明属于压力调节技术领域，具体来说，涉及一种振膜式高频压力调节装置。

背景技术

由于车辆制动系统的日益重要，车辆制动系统也历经了数次变迁和改进。从最初的皮革摩擦制动到后来出现鼓式、盘式制动器，再到后来出现机械式ABS制动系统，紧接着伴随电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统等等。近年来又兴起了对车辆线控系统(X-by-wire)的研究，线控制动系统(Brake-by-wire)应运而生，由此展开了对电子机械式制动(EMB)的研究。线控制动系统(Brake-by-wire)取消了传统的液压制动管路，由电机驱动制动衬块，具有结构紧凑、反应迅速、制动性能好、维护方便、易于实现主动制动等优点，并且可以通过CAN总线与其他系统进行集中管理和信息分享，或与制动防抱死系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)、电子稳定控制系统(ESC)等多种电子控制装置的集成。然而，由于电子机械式制动的可靠性尚有待考证，出于对汽车制动可靠性的考虑，EMB系统并未在量产汽车上推广应用。

电子液压制动(EHB)系统依靠电子控制单元3ECU调节蓄能器输出的液压力实现制动力的调节。制动力的调节频率以及调节幅值对制动系统的性能有很大的影响，因此，蓄能器输出液压力的变化频率及变化幅值成为影响制动性能的较关键因素。现有的蓄能器输出液压力变化频率低及变化幅值较小，不能满足部分车辆对制动性能较高的要求。

因此，开发一种性能优于蓄能器，使液压力变化频率高且变化幅值较大的装置，能够提高制动系统的制动性能，以及其它需要快速调节液压力的系统的响应速度及动态性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种液压力变化频率高、变化幅值较大且结构紧凑、成本较低，可应用但不局限于车辆制动系统中的高频压力调节装置。

本发明振膜式高频压力调节装置，包括制动总成、振膜系统、电子控制单元、行程模拟器、推杆、压力传感器、储液罐以及4个电磁阀。

所述制动总成包括缸体、滚珠丝杠副、传动齿轮、第一活塞、第二活塞、轴承、电机。

其中，电机固定安装于缸体上，电机轴与设置于后部缸体内的传动齿轮相连；轴承通过轴承座安装在缸体内。滚珠丝杠副中的螺母与轴承配合安装；螺母周向具有轮齿，与传动齿轮啮合。滚珠丝杠副中的滚珠丝杠为空心丝杠，内部同轴设置有解锁杆，内部安装有弹性挡圈B；且滚珠丝杠前端端部周向上安装有两端为圆弧面的销；上述解锁杆前端为大直径段，后端为小直径段，且大直径段与小直径段间圆弧过渡。

第一活塞与第二活塞与滚珠丝杠同轴设置。其中，第一活塞后端设计有连接通道，滚珠丝杠前端端部伸入连接通道内，使滚珠丝杠前端周向上销的两圆弧端面分别配合设置于连接通道内壁与解锁杆前端周向设计的圆弧槽内。在连接通道端部与解锁杆前端间设置有弹簧A；通过弹簧A使解锁杆后端压在弹性挡圈B上并保持接触；

第一活塞前端与第二活塞后端为第一压力腔；第二活塞前端与缸体前端为第二压力腔；第一活塞与第二活塞间通过连接件相连。第一压力腔与第二压力腔内分别设置有弹簧B与弹簧C；弹簧B与弹簧C分别用于在第一活塞与第二活塞向前移动后的复位。

所述行程模拟器安装在缸体后端端部；推杆与滚珠丝杠副同轴设置；推杆前端穿过行程模拟器与缸体后端端面后，位于缸体内，后端与脚踏板连杆间铰接；上述推杆的外径小于滚珠丝杠的内径。

在前部缸体侧壁开有分别与第一压力腔、第二压力腔连通的进油口A、进油口B以及出油口A、出油口B；其中，进油口A与进油口B均通过管路与储液罐相连；出油口A、出油口B各通过管路连接两个电磁阀，共4个电磁阀；每个电磁阀各通过管路连接一个轮缸。4个电磁阀以及压力传感器、电机、行程模拟器均通过连接线与电子控制单元相连；压力传感器还通过管路与第一压力腔上的出油口A相连。

所述振膜系统包括振膜系统外壳、振膜、电磁线圈与铁芯。振膜系统外壳安装于缸体上，且通过开设液压调节通道，将缸体的第一压力腔与振膜系统外壳内部连通；振膜设置于振膜系统外壳内，固定于铁芯上；铁芯位于液压调节通道内，且一端穿过振膜系统外壳后套接电磁线圈；电磁线圈与电子控制单元相连。由此，电子控制单元控制电磁线圈通电，使振膜及铁芯上下振动，通过铁芯在液压调节通道内往复运动，改变第一压力腔内制动液的容积，实现液压里的调节。

本发明的优点在于：

1、本发明振膜式高频压力调节装置，有效地解决了由于液压力变化频率低及变化幅值较小而带来的无法满足车辆制动性能的问题；

2、本发明振膜式高频压力调节装置可以应用但不局限于车辆制动系统中，通过调节电磁线圈的输入(电压或者电流的大小)，可调节振膜的振荡幅值，进而调节第一铁芯上下振动的行程，得到不同幅度压力的振荡变化，并且由电磁阀通断输出。ECU采用PWM方式控制电磁阀；电磁阀的开启窗口在液压力的波峰附近时，压力腔输出高压；在液压力的波谷附近时压力腔输出低压。通过振膜系统较高的振荡频率能够产生变化频率高且变化幅值较大的液压力，并结合电磁阀的通断状态将液压力输入制动器，从而有效的提高车辆的制动性能以及其他需要快速调节液压力的系统的响应速度及动态性能。

附图说明

图1为本发明振膜式高频压力调节装置结构示意图；

图2为本发明振膜式高频压力调节装置中制动总成1结构示意图；

图3为压力腔持续输出高压过程取高压过程示意图；

图4为压力腔持续输出低压过程示意图。

图中：

1-制动总成              2-振膜系统              3-电子控制单元

4-行程模拟器            5-推杆                  6-压力传感器

7-储液罐                8-电磁阀                9-脚踏板连杆

10-脚踏板               11-轮缸                 101-缸体

102-滚珠丝杠副          103-传动齿轮            104-第一活塞

105-第二活塞            106-轴承                107-电机

107-弹性挡圈A           108-弹性挡圈B           109-解锁杆

110-销                  111-弹簧A               112-弹簧B

113-弹簧C               114-导向柱              115-滑槽

116-进油口A             117-进油口B             118-出油口A

119-出油口B             120-圆柱结构            121-连接螺钉

201-振膜系统外壳        202-振膜                203-电磁线圈

204-铁芯A               205-铁芯B               206-液压调节通道

207-定位凸台

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明振膜式高频压力调节装置，包括制动总成1、振膜系统2、电子控制单元3、行程模拟器4、推杆5、压力传感器6、储液罐7以及由4个电磁阀8构成的液压调节器，如图1、图2所示。

所述制动总成1包括缸体101、滚珠丝杠副102、传动齿轮103、第一活塞104、第二活塞105、轴承106、电机107。

其中，缸体101由前、中、后三部分缸体通过螺栓固定而成。电机107固定安装于后部缸体侧壁，电机107轴与设置于后部缸体内的传动齿轮103键连接。轴承106通过轴承座安装在中部缸体内。滚珠丝杠副102前后部分分别位于中部缸体与后部缸体内；滚珠丝杠副102中的螺母具有轴向上的长度，周向固定安装在轴承106内圈上；螺母前端套接有弹性挡圈A107限制螺母向后移动。螺母后端端部周向设计轮齿，形成齿轮结构，且与传动齿轮103啮合。滚珠丝杠副102中的滚珠丝杠为空心丝杠，内部同轴设置有解锁杆109，后端内部上安装有弹性挡圈B108；且滚珠丝杠前端端部周向上开有销110孔，内部安装有两端为圆弧面的销110。上述解锁杆109前端为大直径段，后端为小直径段，且大直径段与小直径段间圆弧过渡；解锁杆109前端端部周向上设计环形圆弧槽A以及定位台肩A。

第一活塞104与第二活塞105与滚珠丝杠同轴设置，位于前部缸体内；其中，第一活塞104后端设计有连接通道，且连接通道内周向上设计有环形圆弧槽B以及定位台肩B；由此，将滚珠丝杠前端端部伸入连接通道内，且与连接通道内的定位台肩B贴合定位；同时，使滚珠丝杠前端周向上销110的两圆弧端面分别配合设置于圆弧槽A与圆弧槽B内。在连接通道内设置有弹簧A111，弹簧A111套在解锁杆109前端端部，两端分别与连接通道端部和解锁杆109上定位台肩A贴合；且弹簧A111具有预压力，使解锁杆109后端压在弹性挡圈B108上并保持接触，实现解锁杆109的定位。上述滚珠丝杠副102中的滚珠丝杠后端侧壁上固定安装有导向柱114，使导向柱114一端位于缸体101上沿轴向开设的滑槽115内，通过导向柱114限制滚珠丝杠的轴向旋转，且在到滚珠丝杠沿前后移动过程中，导向柱114可沿滑槽115移动前后滑动。

第一活塞104前端与第二活塞105后端间具有间距，形成后压力腔。第二活塞105前端与缸体101前端间具有间距，形成前压力腔；第一活塞104与第二活塞105间通过连接件相连。所述连接件前部为空心圆柱结构120，周向开有通孔，使制动液可进入其内部；连接件后部为一连接螺钉121；且连接螺钉121的螺帽部分位于圆柱结构120内，通过圆柱结构120后端面限位。圆柱结构120前端嵌入第二活塞105后端面开设的孔槽内，与第二活塞105后端面固定，并通过连接螺钉121与第一活塞104前端面固定，实现第二活塞105与第一活塞104间的连接。后压力腔与前压力腔内分别设置有弹簧B112与弹簧C113；使弹簧B112两端分别与连接件中圆柱结构周向上设计的台肩以及第一活塞104前端面贴合；弹簧C113两端分别与缸体101前端面和第二活塞105前端面贴合，弹簧B112与弹簧C113分别用于在第一活塞104与第二活塞105向前移动后的复位。

所述行程模拟器4安装在缸体101后端端部；推杆5与滚珠丝杠副102同轴设置；推杆5前端穿过行程模拟器4与缸体101后端端面后，位于缸体101内，后端与脚踏板连杆9间铰接；通过人力踩踏脚踏板10可以推动推杆5向前移动。上述推杆5的外径小于滚珠丝杠的内径，使推杆5向前移动可伸入滚珠丝杠内。

在前部缸体侧壁开有分别与第一压力腔、第二压力腔连通的进油口A116、进油口B117以及出油口A118、出油口B119。其中，进油口A116与进油口B117均通过管路与储液罐7相连，由储液罐7向第一压力腔与第二压力腔内提供制动液。出油口A118、出油口B119各通过管路连接两个电磁阀8，每个电磁阀8各通过管路连接一个轮缸11。

上述4个电磁阀8以及压力传感器6、电机107、行程模拟器4均通过连接线与电子控制单元3相连；压力传感器6还通过管路与第一压力腔上的出油口B119相连。

通过上述结构，当人力踩踏脚踏板10后，行程模拟器4向电子控制单元3输入推杆5位移信号。电子控制单元3根据推杆5位移信号，控制电机107带动传动齿轮103与丝杠螺母中的螺母间传动，带动滚珠丝杠向前移动。在滚珠丝杠的作用下，推动第一活塞104和第二活塞105向前移动，且分别越过进油口A116与进油口B117，将进油口A116与进油口B117封堵，即可同时在后压力腔与前压力腔内建立液压力(即基本压力)，通过各个电磁阀8将液压力传递至轮缸11，实现车辆的制动。上述过程中，弹簧A111对解锁杆109的预压力，使得销110相对第一活塞104与解锁杆109间的位置不变，无法向解锁杆109杆轴心靠近，即销110的两端始终位于第一活塞104与解锁杆109上的圆弧槽内。

当解除制动时，松开踏板，行程模拟器4向电子控制单元3输入推杆5位移信号，电子控制单元3根据推杆5位移信号，控制电机107反转，带动传动齿轮103与滚珠丝杠副102中的螺母间传动，带动滚珠丝杠向后移动；此时，通过销110拖动第一活塞104共同向后移动，并通过弹簧B112与弹簧C113复位第一活塞104和第二活塞105，进而使第一活塞104与第二活塞105解除对进油口A与进油口B的封堵，即在各压力腔内建立的液压力解除，实现车辆的制动解除。

当电机107与滚珠丝杠副102失效时，滚珠丝杠无法向前移动时，人力踩踏脚踏板10，推动推杆5向前移动，至消除推杆5与解锁杆109后端间的距离(即：推杆5前端伸入滚珠丝杠内与解锁杆109后端接触。推杆5的推力克服弹簧A111的弹力，继续向前推动解锁杆109，由于滚珠丝杠无法移动，则此时滚珠丝杠前端的销110端部脱出解锁杆109前端的凹槽，使解锁杆109与丝杠间解锁，继续向前运动，而销110沿解锁杆109大直径段外壁靠近小直径段。当弹簧A111压缩至极限或解锁杆109前端面与第一活塞104内连接通道端部接触时，销110正好位于解锁杆109大直径段与小直径段间的圆弧过渡位置，此时销110并未脱出第一活塞104上的圆弧槽，但解锁杆109继续向前运动会使第一活塞104所受推力增大，此时第一活塞104向前运动，使销110端部脱出圆弧槽，且位于解锁杆109小直径段位置，完成第一活塞104与滚珠丝杠间的解锁。第一活塞104向前移动，并推动第二活塞105向前运动，同时在后压力腔与前压力腔内建立液压力，通过各个电磁阀8将液压力传递至轮缸11，实现对车辆实现有限的人力制动。

所述振膜系统2包括振膜系统外壳201、振膜202、电磁线圈203、铁芯A204与铁芯B205。振膜系统外壳201安装于前部缸体外壁上，且通过在振膜系统外壳201与前部缸体上开设液压调节通道206，将前部缸体的后压力腔与振膜系统外壳201内部连通。本发明中将振膜系统外壳201与前部缸体设计为一体结构。振膜202设置于振膜系统外壳201的相对两侧面间，与振动通道同轴，且与两侧面平行设置，通过两侧面上对称位置设计的环形定位凸台207轴向定位。铁芯A204、铁芯B205均与振膜202同轴设置；铁芯A204一端穿过振膜系统外壳201后套接电磁线圈203；另一端具有小于铁芯A204外径的连接端头，连接端头穿过振膜202，与铁芯B205连接端开设的插孔螺纹配合固定，通过将铁芯A204与铁芯B205间拧紧，将振膜202加紧；铁芯B205的另一端设置于液压调节通道206内。上述电磁线圈203与电子控制单元3相连。由此，电子控制单元3控制电磁线圈203通电，使电磁线圈203推动铁芯A204上下振动，进而推动振膜202上下振动，带动铁芯B205上下振动，通过铁芯B205在液压调节通道206内往复运动，改变后压力腔内制动液的容积，使后压力腔内制动液的液压力以基本压力为中心上下波动。通过电子控制单元3调节电磁线圈203的输入电压或电流的大小，可调节振膜202的振动幅值，进而调节铁芯A204上下振动的行程，得到不同幅度压力的振荡变化，并由电磁阀8通断输出。上述电子控制单元3采用PWM方式控制电磁阀8；电磁阀8的连通状态在液压力的波峰附近时，压力腔输出高压；在液压力的波谷附近时压力腔输出低压；由此，可通过电子控制单元3根据振膜系统2的振动频率，控制电磁阀8在液压力的波峰附近连通，实现压力腔持续输出高压；同样电磁阀8在液压力的波谷附近连通，实现压力腔持续输出低压，如图3、图4所示。可见，通过振膜系统2较高的振荡频率能够产生变化频率高且变化幅值较大的液压力，并结合电磁阀8的通断状态将液压力输入制动器，从而有效的提高车辆的制动性能以及其他需要快速调节液压力的系统的响应速度及动态性能。

Claims (4)

1.一种振膜式高频压力调节装置，其特征在于：括制动总成、振膜系统、电子控制单元、行程模拟器、推杆、压力传感器、储液罐以及4个电磁阀；

所述制动总成包括缸体、滚珠丝杠副、传动齿轮、第一活塞、第二活塞、轴承、电机；

其中，电机固定安装于缸体上，电机轴与设置于后部缸体内的传动齿轮相连；轴承通过轴承座安装在缸体内；滚珠丝杠副中的螺母与轴承配合安装；螺母周向具有轮齿，与传动齿轮啮合；滚珠丝杠副中的滚珠丝杠为空心丝杠，内部同轴设置有解锁杆，内部安装有弹性挡圈B；且滚珠丝杠前端端部周向上安装有两端为圆弧面的销；上述解锁杆前端为大直径段，后端为小直径段，且大直径段与小直径段间圆弧过渡；

解锁杆前端端部周向上设计环形圆弧槽A以及定位台肩A。

第一活塞与第二活塞与滚珠丝杠同轴设置；其中，第一活塞后端设计有连接通道，滚珠丝杠前端端部伸入连接通道内，使滚珠丝杠前端周向上销110的两圆弧端面分别配合设置于连接通道内壁与解锁杆前端周向设计的圆弧槽内；在连接通道端部与解锁杆前端间设置有弹簧A；通过弹簧A使解锁杆后端压在弹性挡圈B上并保持接触；

第一活塞前端与第二活塞后端为第一压力腔；第二活塞前端与缸体前端为第二压力腔；第一活塞与第二活塞间通过连接件相连；第一压力腔与第二压力腔内分别设置有弹簧B与弹簧C；弹簧B与弹簧C分别用于在第一活塞与第二活塞向前移动后的复位；

所述行程模拟器安装在缸体后端端部；推杆与滚珠丝杠副同轴设置；推杆前端穿过行程模拟器与缸体后端端面后，位于缸体内，后端与脚踏板连杆间铰接；上述推杆的外径小于滚珠丝杠的内径；

在前部缸体侧壁开有分别与后液压腔、前液压腔连通的进油口A、进油口B以及出油口A、出油口B；其中，进油口A与进油口B均通过管路与储液罐相连；出油口A、出油口B各通过管路连接两个电磁阀，共4个电磁阀；每个电磁阀各通过管路连接一个轮缸；4个电磁阀以及压力传感器、电机、行程模拟器均通过连接线与电子控制单元相连；压力传感器还通过管路与后液压腔上的出油口A相连；

所述振膜系统包括振膜系统外壳、振膜、电磁线圈与铁芯；振膜系统外壳安装于缸体上，且通过开设液压调节通道，将缸体的第一压力腔与振膜系统外壳内部连通；振膜设置于振膜系统外壳内，固定于铁芯上；铁芯位于液压调节通道内，且一端穿过振膜系统外壳后套接电磁线圈；电磁线圈与电子控制单元相连。

2.如权利要求1所述一种振膜式高频压力调节装置，其特征在于：所述滚珠丝杠后端侧壁上固定安装有导向柱，使导向柱一端位于缸体上沿轴向开设的滑槽内，限制滚珠丝杠的轴向旋转。

3.如权利要求1所述一种振膜式高频压力调节装置，其特征在于：踩踏脚踏板后，行程模拟器向电子控制单元输入推杆的位移信号；电子控制单元根据推杆位移信号，控制电机带动传动齿轮与丝杠螺母中的螺母间传动，带动滚珠丝杠向前移动；推动第一活塞和第二活塞向前移动，且分别越过进油口A与进油口B，将进油口A与进油口B封堵；上述过程中，销的两端始终位于第一活塞与解锁杆上的圆弧槽内。

4.如权利要求1所述一种振膜式高频压力调节装置，其特征在于：电机与滚珠丝杠不工作，踩踏脚踏板，推动推杆向前移动，至前端伸入滚珠丝杠内与解锁杆后端接触，向前推动解锁杆，此时滚珠丝杠前端的销端部脱出解锁杆前端的凹槽，使解锁杆继续向前运动；当弹簧A压缩至极限或解锁杆前端面与第一活塞内连接通道端部接触时，销正好位于解锁杆大直径段与小直径段间的圆弧过渡位置，此时销未脱出第一活塞上的圆弧槽，解锁杆继续向前运动使第一活塞向前运动，使销端部脱出圆弧槽，且位于解锁杆小直径段位置。