CN106740752A - 一种失效保护解耦型制动机构及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种失效保护解耦型制动机构及控制方法；包括液压罐、主缸、液压调节装置、轮缸、制动踏板、制动推杆、传动机构和外置动力源；外置动力源用于给传动机构提供转动力矩；传动机构包括涡轮和与其同轴安装的齿轮、齿条和套装在齿条外部的解耦套筒；齿条的上齿啮合齿轮；齿条的左端安装有齿条位移传感器，用来测得齿条与解耦套筒内壁之间的距离，以使外置动力源正常工作时制动推杆和传动机构之间不会发生接触，从而实现制动解耦；本机构在实现制动踏板与制动主缸的运动解耦的基础上设置应急失效保护机构，在具有较好控制灵活性的同时，有效的保证车辆制动的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车解耦制动装置，尤其涉及一种失效保护解耦型制动机构及控制方法。
背景技术
传统的真空助力制动和电动助力制动系统将踏板力和动力源的助力作为输入力共同推动制动主缸，并没有实现制动的解耦。这种助力系统将踏板力耦合到制动主缸中，大大增加了机械结构的复杂程度。并且这种系统对助力的控制策略也更加严格。当驾驶员误踩制动踏板时，踏板力也会传递到主缸中，出现明显的制动效果，而驾驶员此时并没有制动意图。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单的、制动效果好的失效保护解耦型制动机构及控制方法；其具有安全可靠、噪音小、制动效果稳定以及节能等优点。
本发明通过下述技术方案实现：
一种失效保护解耦型制动机构，包括液压罐9、主缸5、液压调节装置8和轮缸7；所述液压罐9的两出口分别管路连通主缸5的两供油孔56、57，所述主缸5的两排液孔64、65分别通过液压调节装置8连通轮缸7；所述失效保护解耦型制动机构，还包括制动踏板1、制动推杆2、传动机构3和外置动力源4；
所述外置动力源4用于给传动机构3提供转动力矩，所述制动踏板1活动连接制动推杆2；
所述传动机构3包括涡轮38和与其同轴安装的齿轮39、齿条36和套装在齿条36外部的解耦套筒31；所述齿条36的上齿啮合齿轮39；所述齿条36的左端安装有齿条位移传感器361，用来测得齿条36与解耦套筒31内壁之间的距离，以使外置动力源4正常工作时制动推杆2和传动机构3之间不会发生接触，从而实现制动解耦；
所述解耦套筒31的左端连接制动推杆2；所述解耦套筒31的右端开口，主缸5的主缸推杆37穿过该开口连接齿条36；
所述制动踏板1还包括一个制动时，用于模拟踩踏感的复位弹簧22；
所述制动踏板1的一侧设有用来判断总制动力需求的踏板位移传感器11。
所述外置动力源4包括控制器42、电机43以及电机43动力输出的蜗杆41；所述蜗杆41啮合涡轮38，当蜗杆41转动时，将动力输出给涡轮38，使涡轮38转动；控制器42控制电机43的运行，所述踏板位移传感器11和齿条位移传感器361分别电讯连接控制器42；控制器42根据踏板位移传感器11的位移量，进而驱动电机43转动，并通过蜗杆41将扭矩输出给涡轮38，使涡轮38转动。
所述复位弹簧22具体安装位置是套设在主缸推杆37上，其一端与解耦套筒31外壁相抵，另一端与传动机构3相抵用，复位弹簧22用于模拟制动时的踩踏感；当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可带动解耦套筒31轴向往复运动。
所述复位弹簧22具体安装位置是套设在制动推杆2上，其一端与设置在制动推杆2中部的挡板23连接，另一端与制动推杆2右侧限位板相抵；挡板23与制动推杆2不接触或滑动接触；当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可带动解耦套筒31轴向往复运动。
所述复位弹簧22具体安装位置是一端与解耦套筒31的内壁相抵，另一端伸出解耦套筒31的右端开口，并与主缸5的主缸外壳51相抵；当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可带动解耦套筒31轴向往复运动。
所述涡轮38和与其同轴安装的齿轮39共同转动，有相同的转角。
所述主缸5还包括设置在主缸外壳51内的第一供液腔52、第一制动腔54、第一活塞60、第二供液腔53、第二制动腔55、第二活塞61。
所述制动推杆2的左端套设有用于为其提供导向作用的导向套21。
本发明失效保护解耦型制动机构的解耦方法如下：
当外置动力源4正常工作时的步骤：
踩下制动踏板1，制动推杆2推动解耦套筒31前进，解耦套筒31和主缸外壳51之间的复位弹簧22对解耦套筒31产生反作用力，用来模拟制动时的踩踏感；控制器42根据踏板位移传感器11得出外置动力源4应产生的功率要求并驱动蜗杆41，经过涡轮38、齿轮39减速增矩后，将动力传递给齿条36，将扭矩转化为齿条36轴向运动力，并推动主缸推杆37；
主缸推杆37推动第一活塞60和第二活塞61，进而压缩第一供液腔52和第二供液腔53从而建立主缸压力；
液压罐9内的高压油通过两排液孔64、65经过液压调节装置8流入轮缸7进行制动；
由于解耦套筒31和齿条36之间具有间隙，外置动力源4带动齿条36一起移动，导致制动踏板1的力不会传递到齿条36上，从而实现制动踏板1和主缸5之间的完全解耦。
当外置动力源4因故障失效时的步骤：
当外置动力源4因故障失效而无法产生扭矩驱动蜗杆41、涡轮38、齿轮39和齿条36时；驾驶员继续踩下制动踏板1，制动推杆2推动解耦套筒31前进，当解耦套筒31继续向右侧移动，并克服与齿条36之间的间隙与之接触后，此时解耦套筒31的内壁推动齿条36前进，通过主缸推杆37建立主缸压力。
正常情况下，本发明制动踏板力并不会传递到主缸中，外置动力源的输出力作为唯一动力推动主缸。它形成制动压力的速度比常规系统快三倍。通过制动解耦，可以实现在主动制动，再配合相关位移传感器下，可以实现自动刹车，自动泊车等附加功能。通过调整外置动力源的输出动力，可以在各种车型上都能达到较好的制动踏板感。解耦制动系统作为新一代的制动系统，将有着传统制动系统的优点，同时克服了许多传统制动系统的缺点，具有更高的效率和更快的响应速度，能够实现主动刹车等附加功能，同时也具有更高的可靠性和安全性。
综上所述，本发明至少具备如下优点：在正常情况下，制动踏板和主缸之间不接触，故而没有力的传递，实现解耦。
本发明采用外置动力源，响应迅速，通过调节外置动力源输出力，可以在不同车型上达到较好的制动踏板感。
本发明通过制动踏板和主缸之间的解耦，在紧急情况下可以实现主动刹车，也可以配合倒车雷达等传感器实现自动泊车等功能。
本发明增加了外置动力源的失效保护机构。在外置动力源失效的情况下，驾驶员继续踩下制动踏板，制动推杆推动解耦套筒前进，当解耦套筒继续向左侧移动，并克服与齿条之间的间隙与之接触后，此时解耦套筒的内壁推动齿条前进，通过主缸推杆建立主缸压力。因此，仍可通过传动机构将制动踏板的力传递到主缸中。
本发明结构简单，不需要改变现有的主缸结构。
本发明技术手段简便易行，具备噪音小、制动效果稳定、节能、响应迅速、安全高效等优点。
附图说明
图1为本发明带失效保护的完全解耦型制动系统原理示意图。
图2为本发明失效保护解耦型制动机构结构示意图一。
图3为本发明失效保护解耦型制动机构结构示意图二。
图4为本发明失效保护解耦型制动机构结构示意图三。
图5为本发明控制过程中解耦时踏板位移传感器11和位移传感器311的坐标图。
图6为本发明控制过程中外置动力源失效时踏板位移传感器11和位移传感器311坐标图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例1
如图1至6所示。本发明公开了一种失效保护解耦型制动机构，包括液压罐9、主缸5、液压调节装置8和轮缸7；所述液压罐9的两出口分别管路连通主缸5的两供油孔56、57，所述主缸5的两排液孔64、65分别通过液压调节装置8连通轮缸7；所述失效保护解耦型制动机构，还包括制动踏板1、制动推杆2、传动机构3和外置动力源4；
所述外置动力源4用于给传动机构3提供转动力矩，所述制动踏板1活动连接制动推杆2；
所述传动机构3包括涡轮38和与其同轴安装的齿轮39、齿条36和套装在齿条36外部的解耦套筒31；所述齿条36的上齿啮合齿轮39；所述齿条36的左端安装有齿条位移传感器361，用来测得齿条36与解耦套筒31内壁之间的距离，以使外置动力源4正常工作时制动推杆2和传动机构3之间不会发生接触，从而实现制动解耦；
所述解耦套筒31的左端连接制动推杆2；所述解耦套筒31的右端开口，主缸5的主缸推杆37穿过该开口连接齿条36；
所述制动踏板1还包括一个制动时，用于模拟踩踏感的复位弹簧22；
所述制动踏板1的一侧设有用来判断总制动力需求的踏板位移传感器11。
所述外置动力源4包括控制器42、电机43以及电机43动力输出的蜗杆41；所述蜗杆41啮合涡轮38，当蜗杆41转动时，将动力输出给涡轮38，使涡轮38转动；控制器42控制电机43的运行，所述踏板位移传感器11和齿条位移传感器361分别电讯连接控制器42；控制器42根据踏板位移传感器11的位移量，进而驱动电机43转动，并通过蜗杆41将扭矩输出给涡轮38，使涡轮38转动。
所述复位弹簧22具体安装位置是套设在主缸推杆37上，其一端与解耦套筒31外壁相抵，另一端与传动机构3相抵用，复位弹簧22用于模拟制动时的踩踏感；当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可带动解耦套筒31轴向往复运动。
所述涡轮38和与其同轴安装的齿轮39共同转动，有相同的转角。
所述主缸5还包括设置在主缸外壳51内的第一供液腔52、第一制动腔54、第一活塞60、第二供液腔53、第二制动腔55、第二活塞61。
所述制动推杆2的左端套设有用于为其提供导向作用的导向套21。
本发明工作原理如下：根据踏板位移传感器11和位移传感器361对外置动力源4施加控制；1)正常工作时，当驾驶员踩下制动踏板时，控制器42控制外置动力源4的输出力大小使得位移传感器361的数值始终大于踏板位移传感器11数值，即制动推杆2和传动机构3保持一定的间隙，制动踏板力不会传递到主缸5中，实现制动解耦；增大外置动力源4的输出力，使得位移传感器361曲线斜率大于踏板位移传感器11曲线斜率时，较小的踏板力便能够得到较大的主缸5压力，实现制动的舒适性；减小外置动力源4的输出力，使得位移传感器361曲线斜率小于踏板位移传感器11曲线斜率时，需要较大的踏板力便能够得到相同的主缸压力，实现“硬”的制动踏板感；2)当外置动力源4因故障失效时，驾驶员踩下制动踏板时，制动推杆往传动机构3方向移动，而传动机构3不动；当齿条36克服与解耦套筒31之间的间隙时，制动推杆2通过解耦套筒31推动齿条36前行，进而推动传动机构3一起移动，建立主缸压力。
本发明失效保护解耦型制动机构的解耦方法，可通过如下步骤实现：
当外置动力源4正常工作时的步骤：
踩下制动踏板1，制动推杆2推动解耦套筒31前进，解耦套筒31和主缸外壳51之间的复位弹簧22对解耦套筒31产生反作用力，用来模拟制动时的踩踏感；控制器42根据踏板位移传感器11得出外置动力源4应产生的功率要求并驱动蜗杆41，经过涡轮38、齿轮39减速增矩后，将动力传递给齿条36，将扭矩转化为齿条36轴向运动力，并推动主缸推杆37；
主缸推杆37推动第一活塞60和第二活塞61，进而压缩第一供液腔52和第二供液腔53从而建立主缸压力；
液压罐9内的高压油通过两排液孔64、65经过液压调节装置8流入轮缸7进行制动；
由于解耦套筒31和齿条36之间具有间隙，外置动力源4带动齿条36一起移动，导致制动踏板1的力不会传递到齿条36上，从而实现制动踏板1和主缸5之间的完全解耦。
另外，按照相关规定的要求，制动系统必须考虑到失效情况的发生以及某些部件发生故障时，也必须能够让驾驶员踩制动踏板的力传输到制动系统中，进行制动。因此当外置动力源4因故障失效而无法产生扭矩驱动蜗杆41、涡轮38、齿轮39和齿条36时；驾驶员继续踩下制动踏板1，制动推杆2推动解耦套筒31前进，当解耦套筒31继续向右侧移动，并克服与齿条36之间的间隙与之接触后，此时解耦套筒31的内壁推动齿条36前进，通过主缸推杆37建立主缸压力。
实施例2
本实施例除下述特征外，其他特征与实施例1相同。
所述复位弹簧22具体安装位置是套设在制动推杆2上，其一端与设置在制动推杆2中部的挡板23连接，另一端与制动推杆2右侧限位板相抵；挡板23与制动推杆2不接触或滑动接触；当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可带动解耦套筒31轴向往复运动。
实施例3
本实施例除下述特征外，其他特征与实施例1相同。
所述复位弹簧22具体安装位置是一端与解耦套筒31的内壁相抵，另一端伸出解耦套筒31的右端开口，并与主缸5的主缸外壳51相抵；当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可带动解耦套筒31轴向往复运动。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种失效保护解耦型制动机构，包括液压罐(9)、主缸(5)、液压调节装置(8)和轮缸(7)；所述液压罐(9)的两出口分别管路连通主缸(5)的两供油孔(56、57)，所述主缸(5)的两排液孔(64、65)分别通过液压调节装置(8)连通轮缸(7)；其特征在于：
所述失效保护解耦型制动机构，还包括制动踏板(1)、制动推杆(2)、传动机构(3)和外置动力源(4)；
所述外置动力源(4)用于给传动机构(3)提供转动力矩，所述制动踏板(1)活动连接制动推杆(2)；
所述传动机构(3)包括涡轮(38)和与其同轴安装的齿轮(39)、齿条(36)和套装在齿条(36)外部的解耦套筒(31)；所述齿条(36)的上齿啮合齿轮(39)；所述齿条(36)的左端安装有齿条位移传感器(361)，用来测得齿条(36)与解耦套筒(31)内壁之间的距离，以使外置动力源(4)正常工作时制动推杆(2)和传动机构(3)之间不会发生接触，从而实现制动解耦；
所述解耦套筒(31)的左端连接制动推杆(2)；所述解耦套筒(31)的右端开口，主缸(5)的主缸推杆(37)穿过该开口连接齿条(36)；
所述制动踏板(1)还包括一个制动时，用于模拟踩踏感的复位弹簧(22)；
所述制动踏板(1)的一侧设有用来判断总制动力需求的踏板位移传感器(11)。
2.根据权利要求1所述失效保护解耦型制动机构，其特征在于：所述外置动力源(4)包括控制器(42)、电机(43)以及电机(43)动力输出的蜗杆(41)；所述蜗杆(41)啮合涡轮(38)，当蜗杆(41)转动时，将动力输出给涡轮(38)，使涡轮(38)转动；控制器(42)控制电机(43)的运行，所述踏板位移传感器(11)和齿条位移传感器(361)分别电讯连接控制器(42)；控制器(42)根据踏板位移传感器(11)的位移量，进而驱动电机(43)转动，并通过蜗杆(41)将扭矩输出给涡轮(38)，使涡轮(38)转动。
3.根据权利要求2所述失效保护解耦型制动机构，其特征在于，所述复位弹簧(22)具体安装位置是套设在主缸推杆(37)上，其一端与解耦套筒(31)外壁相抵，另一端与传动机构(3)相抵用，复位弹簧(22)用于模拟制动时的踩踏感；当往复踩踏制动踏板(1)时，制动推杆(2)可带动解耦套筒(31)轴向往复运动。
4.根据权利要求2所述失效保护解耦型制动机构，其特征在于，所述复位弹簧(22)具体安装位置是套设在制动推杆(2)上，其一端与设置在制动推杆(2)中部的挡板23连接，另一端与制动推杆(2)右侧限位板相抵；挡板23与制动推杆(2)不接触或滑动接触；当往复踩踏制动踏板(1)时，制动推杆(2)可带动解耦套筒(31)轴向往复运动。
5.根据权利要求2所述失效保护解耦型制动机构，其特征在于，所述复位弹簧(22)具体安装位置是一端与解耦套筒(31)的内壁相抵，另一端伸出解耦套筒(31)的右端开口，并与主缸(5)的主缸外壳(51)相抵；当往复踩踏制动踏板(1)时，制动推杆(2)可带动解耦套筒(31)轴向往复运动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述失效保护解耦型制动机构，其特征在于：所述涡轮(38)和与其同轴安装的齿轮(39)共同转动，有相同的转角。
7.根据权利要求6所述失效保护解耦型制动机构，其特征在于：所述主缸(5)还包括设置在主缸外壳(51)内的第一供液腔(52)、第一制动腔(54)、第一活塞(60)、第二供液腔(53)、第二制动腔(55)、第二活塞(61)。
8.根据权利要求6所述失效保护解耦型制动机构，其特征在于：所述制动推杆(2)的左端套设有用于为其提供导向作用的导向套(21)。
9.权利要求1至8中任一项所述失效保护解耦型制动机构的解耦方法，其特征在于包括如下步骤：
当外置动力源(4)正常工作时的步骤：
踩下制动踏板(1)，制动推杆(2)推动解耦套筒(31)前进，解耦套筒(31)和主缸外壳(51)之间的复位弹簧(22)对解耦套筒(31)产生反作用力，用来模拟制动时的踩踏感；控制器(42)根据踏板位移传感器(11)得出外置动力源(4)应产生的功率要求并驱动蜗杆(41)，经过涡轮(38)、齿轮(39)减速增矩后，将动力传递给齿条(36)，将扭矩转化为齿条(36)轴向运动力，并推动主缸推杆(37)；
主缸推杆(37)推动第一活塞(60)和第二活塞(61)，进而压缩第一供液腔(52)和第二供液腔(53)从而建立主缸压力；
液压罐(9)内的高压油通过两排液孔(64、65)经过液压调节装置(8)流入轮缸(7)进行制动；
由于解耦套筒(31)和齿条(36)之间具有间隙，外置动力源(4)带动齿条(36)一起移动，导致制动踏板(1)的力不会传递到齿条(36)上，从而实现制动踏板(1)和主缸(5)之间的完全解耦。
10.根据权利要求9所述失效保护解耦型制动机构的解耦方法，其特征在于：还包括一个当外置动力源(4)因故障失效时的步骤：
当外置动力源(4)因故障失效而无法产生扭矩驱动蜗杆(41)、涡轮(38)、齿轮(39)和齿条(36)时；驾驶员继续踩下制动踏板(1)，制动推杆(2)推动解耦套筒(31)前进，当解耦套筒(31)继续向左侧移动，并克服与齿条(36)之间的间隙与之接触后，此时解耦套筒(31)的内壁推动齿条(36)前进，通过主缸推杆(37)建立主缸压力。
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2016
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