CN107804308B - 一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸及其制动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸及其制动方法；由制动踏板组件、带自锁的制动助力装置、传感器组件、电子控制单元、制动主缸等组成。自锁的制动助力装置，以实现行车‑驻车制动功能一体化。在行车制动模式时，电子控制单元根据位移传感器信号识别制动踏板制动意图，控制电机驱动助力装置给踏板推杆实施正向助力、反向回程助力或无助力，推动主缸活塞建立制动压力、释放制动压力或保持制动压力。在驻车制动模式时，根据驻车制动控制指令，控制电机驱动蜗杆蜗轮、齿轮齿条到预定的位置，推动主缸活塞建立足够的制动压力后，即可靠蜗杆蜗轮的自锁特性锁定位置，保持制动压力，实现驻车制动。

Description

一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸及其制动方法
技术领域
本发明涉及汽车制动，尤其涉及一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸及其制动方法。
背景技术
随着汽车的智能化和电子化，制动助力和制动力主动控制的需求日益增大，而能同时实现这两大功能的电动制动助力系统正逐步取代传统的制动真空助力系统，成为汽车制动系统的发展方向。电动制动助力系统采用电机驱动直线运动机构为驾驶员提供助力推动主缸进行液压制动，具有可控性高、成本低、体积小、环保节能等优点。
电动制动助力系统目前主要分为两类，一类是制动踏板与电机助力机构分离的电动制动助力系统，另一类是制动踏板与电机助力机构一体化的助力器。制动踏板与电机助力机构一体化的制动助力器不需要踏板感觉模拟器，因此其结构体积小、成本低，得到了汽车企业更多的研究应用。
现有的驻车制动系统与行车制动系统都是各自独立运行的，驻车制动系统需要在汽车上安装额外的拉索式机械制动装置或者电子机械制动装置，不能用作行车制动；同样地，目前的行车制动系统也不能用作驻车制动，因此两套制动系统需要耗费更多的成本。
目前大多采用真空助力制动器的电动汽车，由于没有了发动机，需要增加真空泵作为真空源，既耗费了成本又占据了空间。
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，提供一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸及其制动方法。不仅能实现行车制动，还具有驻车制动功能，同时体积小、成本低，尤其适用于低成本的电动汽车。可工作于电动制动助力制动、主动制动、驻车制动、人力备份制动等多种模式。
本发明通过下述技术方案实现：
一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸，包括助力装置壳体22、传感器组件、电子控制单元20、制动主缸11；助力装置壳体22内包括主缸活塞顶杆9、施力块8、踏板力弹簧6、弹簧挡块5、踏板推杆挡块4、踏板推杆2、齿条14；
所述主缸活塞顶杆9、施力块8、踏板力弹簧6、弹簧挡块5、踏板推杆挡块4和踏板推杆2依次顺序连接；所述齿条14的左端与施力块8的外缘相抵；所述踏板推杆挡块4的外缘部分嵌入齿条14的底部，并与齿条固定连接；
踩下制动踏板1后，踏板力弹簧6压缩并经过施力块8传递后间接推动主缸活塞顶杆9；
所述齿条14的运动由带自锁的制动助力装置驱动；所述制动助力装置包括齿轮15、蜗轮16、蜗杆17；所述齿轮15与齿条14啮合，齿轮15与蜗轮16同轴连接，蜗轮16与蜗杆17啮合；蜗杆17带动蜗轮16和齿轮15旋转运动，齿条14将齿轮15的旋转运动转换为直线运动，齿条14将直线运动传递给施力块8，并推动主缸活塞顶杆9，从而实现制动踏板1的踏板力与制动助力装置的齿条14的助力，通过施力块8一起推动主缸活塞顶杆9，建立主缸压力。
所述带自锁的制动助力装置中的蜗轮16和蜗杆17，蜗杆17的导程角小于蜗轮16与蜗杆17之间的当量摩擦角，形成自锁条件；
蜗杆17的电机19在正常工况下均可驱动蜗杆17带动蜗轮16实施助力，而制动主缸11液压力通过齿条14和齿轮15反向作用的蜗轮16因自锁特性不能驱动蜗杆17转动，从而实现电机19施加助力推动主缸活塞顶杆9建立制动压力后，机械锁定制动压力不变。
所述的齿条14为空心柱体结构，可在助力装置壳体22内轴向滑动；所述施力块8、踏板力弹簧6、弹簧挡块5、踏板推杆挡块4和踏板推杆2按照依次顺序，轴向设置在其内；所述施力块8的外部具有一外缘，其外缘的直径与齿条14的空心柱体的外径相同，并在外缘与齿条14端部之间增设有缓冲块7；
所述踏板推杆挡块4的外缘部分嵌入齿条14的底部具体是指：踏板推杆挡块4的外缘部分嵌入空心柱体内周面的环槽内，用于限制施力块8在空心柱体内的位置，并防止弹簧挡块5、踏板力弹簧6和踏板推杆2松脱。
所述传感器组件包括用于检测踏板推杆位移量的踏板推杆位移传感器3、用于检测制动主缸内部压力的压力传感器12、用于检测齿条直线位移量的齿条位移传感器21；所述电子控制单元20分别连接踏板推杆位移传感器3、压力传感器12和齿条位移传感器21；
踏板推杆位移传感器3安装在踏板推杆2上；齿条位移传感器21安装在齿条14上。
所述蜗杆17通过联轴器18连接电机19的转轴。
所述制动主缸11固定在助力装置壳体22上，主缸活塞顶杆9在助力装置壳体22中被推动，压缩制动主缸11中的制动液，通过制动主缸11出液口流向车轮轮缸，建立制动器制动压力实施制动。
本发明兼顾驻车和行车制动的制动主缸的制动方法，包括行车制动步骤和驻车制动步骤：
行车制动步骤
所述行车制动步骤包括制动助力模式、主动制动模式、人力备份模式；
制动助力模式：电子控制单元20根据踏板推杆位移传感器3以及齿条位移传感器21的信号，识别制动踏板1制动意图，即控制电机19驱动齿条14直线运动，以实施正向助力、反向回程助力或无助力，与踏板力一起推动主缸活塞顶杆9建立制动压力、释放制动压力或保持制动压力；
主动制动模式：电子控制单元20根据主动制动指令，控制电机19驱动齿条14单独推动主缸活塞顶杆9建立制动主缸11制动压力，此时可根据制动主缸的压力传感器12的压力信号控制建立制动主缸11制动压力；
人力备份模式：踩下制动踏板1，踏板力经踏板推杆2、踏板力弹簧6传递，直接推动主缸活塞顶杆9，压缩制动液，建立制动压力，实施制动；
驻车制动步骤
根据驻车制动指令，控制电机19驱动蜗杆17、蜗轮16、齿轮15和齿条14到预定的位置，推动主缸活塞顶杆9建立驻车所需的制动压力后，电机19转轴停止出力；同时因蜗杆17的导程角小于蜗轮16与蜗杆17之间的当量摩擦角，形成自锁条件，此时制动主缸11液压力通过齿条14和齿轮15反向作用的蜗轮16因自锁特性不能驱动蜗杆17转动，电机19此时则无需助力，仅由蜗杆17、蜗轮16的自锁特性锁定位置，保持制动压力，并维持制动状态，实现驻车制动。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明主缸活塞顶杆9、施力块8、踏板力弹簧6、弹簧挡块5、踏板推杆挡块4和踏板推杆2依次顺序连接；所述齿条14的左端与施力块8的外缘相抵；所述踏板推杆挡块4的外缘部分嵌入齿条14的底部，并与齿条固定连接；踩下制动踏板1后，踏板力弹簧6压缩并经过施力块8传递后间接推动主缸活塞顶杆9；
本发明齿条14的运动由带自锁的制动助力装置驱动；所述制动助力装置包括齿轮15、蜗轮16、蜗杆17；所述齿轮15与齿条14啮合，齿轮15与蜗轮16同轴连接，蜗轮16与蜗杆17啮合；蜗杆17带动蜗轮16和齿轮15旋转运动，齿条14将齿轮15的旋转运动转换为直线运动，齿条14将直线运动传递给施力块8，并推动主缸活塞顶杆9，从而实现制动踏板1的踏板力与制动助力装置的齿条14的助力，通过施力块8一起推动主缸活塞顶杆9，建立主缸压力。
本发明带自锁的制动助力装置中的蜗轮16和蜗杆17，蜗杆17的导程角小于蜗轮16与蜗杆17之间的当量摩擦角，形成自锁条件；
本发明蜗杆17的电机19在正常工况下均可驱动蜗杆17带动蜗轮16实施助力，而制动主缸11液压力通过齿条14和齿轮15反向作用的蜗轮16因自锁特性不能驱动蜗杆17转动，从而实现电机19施加助力推动主缸活塞顶杆9建立制动压力后，机械锁定制动压力不变。
采用上述技术方案，本发明可以在电动制动助力制动、主动制动、驻车制动、人力备份制动等多种模式下工作。
采用上述技术方案，本发明同时具有行车制动和驻车制动功能，在电动制动助力系统结构上便能实现驻车制动，大大降低了制动系统成本。
采用上述技术方案，本发明在行车制动模式下，作为电动制动助力系统使用，能实现制动助力和主动制动功能，助力感觉可调，踏板推杆通过踏板力弹簧推动主缸活塞顶杆建压，踏板感真实，且能减弱来自液压力的冲击。
采用上述技术方案，本发明在行车制动模式下，作为电动制动助力系统使用，在需要保持制动压力时，仅靠自锁的蜗轮蜗杆就能实现，不需要电机助力，更加节能。
采用上述技术方案，本发明的踏板推杆与制动助力装置一体化设计，结构紧凑，体积小，节省汽车装配空间。
本发明采用两个位移传感器来获得制动踏板信息，能更精确的识别出驾驶员制动意图，控制电机实施更加准确的助力。
附图说明
图1为本发明兼顾驻车和行车制动的制动主缸结构示意图。
图中：
1-制动踏板 2-踏板推杆 3-踏板推杆位移传感器 4-踏板推杆挡块
5-弹簧挡块 6-踏板力弹簧 7-缓冲块 8-施力块 9-主缸活塞顶杆
10-密封圈 11-制动主缸 12-压力传感器 13-储液罐 14-齿条
15-齿轮 16-蜗轮 17-蜗杆 18-联轴器 19-电机 20-电子控制单元
21-齿条位移传感器 22-助力装置壳体 23-固定座
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
如图1所示。本发明公开了一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸，包括助力装置壳体22、传感器组件、电子控制单元20、制动主缸11；助力装置壳体22内包括主缸活塞顶杆9、施力块8、踏板力弹簧6、弹簧挡块5、踏板推杆挡块4、踏板推杆2、齿条14；
所述主缸活塞顶杆9、施力块8、踏板力弹簧6、弹簧挡块5、踏板推杆挡块4和踏板推杆2依次顺序连接；所述齿条14的左端与施力块8的外缘相抵；所述踏板推杆挡块4的外缘部分嵌入齿条14的底部，并与齿条固定连接；
踩下制动踏板1后，踏板力弹簧6压缩并经过施力块8传递后间接推动主缸活塞顶杆9；
所述齿条14的运动由带自锁的制动助力装置驱动；所述制动助力装置包括齿轮15、蜗轮16、蜗杆17；所述齿轮15与齿条14啮合，齿轮15与蜗轮16同轴连接，蜗轮16与蜗杆17啮合；蜗杆17带动蜗轮16和齿轮15旋转运动，齿条14将齿轮15的旋转运动转换为直线运动，齿条14将直线运动传递给施力块8，并推动主缸活塞顶杆9，从而实现制动踏板1的踏板力与制动助力装置的齿条14的助力，通过施力块8一起推动主缸活塞顶杆9，建立主缸压力。
所述带自锁的制动助力装置中的蜗轮16和蜗杆17，蜗杆17的导程角小于蜗轮16与蜗杆17之间的当量摩擦角，形成自锁条件；
蜗杆17的电机19在正常工况下均可驱动蜗杆17带动蜗轮16实施助力，而制动主缸11液压力通过齿条14和齿轮15反向作用的蜗轮16因自锁特性不能驱动蜗杆17转动，从而实现电机19施加助力推动主缸活塞顶杆9建立制动压力后，机械锁定制动压力不变。
所述的齿条14为空心柱体结构，可在助力装置壳体22内轴向滑动；所述施力块8、踏板力弹簧6、弹簧挡块5、踏板推杆挡块4和踏板推杆2按照依次顺序，轴向设置在其内；所述施力块8的外部具有一外缘，其外缘的直径与齿条14的空心柱体的外径相同，并在外缘与齿条14端部之间增设有缓冲块7；
所述踏板推杆挡块4的外缘部分嵌入齿条14的底部具体是指：踏板推杆挡块4的外缘部分嵌入空心柱体内周面的环槽内，用于限制施力块8在空心柱体内的位置，并防止弹簧挡块5、踏板力弹簧6和踏板推杆2松脱。
所述传感器组件包括用于检测踏板推杆位移量的踏板推杆位移传感器3、用于检测制动主缸内部压力的压力传感器12、用于检测齿条直线位移量的齿条位移传感器21；所述电子控制单元20分别连接踏板推杆位移传感器3、压力传感器12和齿条位移传感器21；
踏板推杆位移传感器3安装在踏板推杆2上；齿条位移传感器21安装在齿条14上。
所述蜗杆17通过联轴器18连接电机19的转轴。
所述制动主缸11固定在助力装置壳体22上，主缸活塞顶杆9在助力装置壳体22中被推动，压缩制动主缸11中的制动液，通过制动主缸11出液口流向车轮轮缸，建立制动器制动压力实施制动。
本发明兼顾驻车和行车制动的制动主缸可通过固定座23安装在汽车上。
本发明兼顾驻车和行车制动的制动主缸的制动方法，包括行车制动步骤和驻车制动步骤：
行车制动步骤
所述行车制动步骤包括制动助力模式、主动制动模式、人力备份模式；
制动助力模式：电子控制单元20根据踏板推杆位移传感器3以及齿条位移传感器21的信号，识别制动踏板1制动意图，并控制电机19实施相应助力，即控制电机19驱动齿条14直线运动，以实施正向助力、反向回程助力或无助力，与踏板力一起推动主缸活塞顶杆9建立制动压力、释放制动压力或保持制动压力；
主动制动模式：电子控制单元20根据主动制动指令，控制电机19驱动齿条14单独推动主缸活塞顶杆9建立制动主缸11制动压力，此时可根据制动主缸的压力传感器12的压力信号控制建立制动主缸11制动压力；
人力备份模式：踩下制动踏板1，踏板力经踏板推杆2、踏板力弹簧6传递，直接推动主缸活塞顶杆9，压缩制动液，建立制动压力，实施制动；
驻车制动步骤
根据驻车制动指令，控制电机19驱动蜗杆17、蜗轮16、齿轮15和齿条14到预定的位置，推动主缸活塞顶杆9建立驻车所需的制动压力后，电机19转轴停止出力；同时因蜗杆17的导程角小于蜗轮16与蜗杆17之间的当量摩擦角，形成自锁条件，此时制动主缸11液压力通过齿条14和齿轮15反向作用的蜗轮16因自锁特性不能驱动蜗杆17转动，电机19此时则无需助力，仅由蜗杆17、蜗轮16的自锁特性锁定位置，保持制动压力，并维持制动状态，实现驻车制动。
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 (6)

1.一种兼顾驻车和行车制动的制动主缸，包括助力装置壳体（22）、传感器组件、电子控制单元（20）、制动主缸（11）；其特征在于：助力装置壳体（22）内包括主缸活塞顶杆（9）、施力块（8）、踏板力弹簧（6）、弹簧挡块（5）、踏板推杆挡块（4）、踏板推杆（2）、齿条（14）；
所述主缸活塞顶杆（9）、施力块（8）、踏板力弹簧（6）、弹簧挡块（5）、踏板推杆挡块（4）和踏板推杆（2）依次顺序连接；所述齿条（14）的左端与施力块（8）的外缘相抵；所述踏板推杆挡块（4）的外缘部分嵌入齿条（14）的底部，并与齿条固定连接；
踩下制动踏板（1）后，踏板力弹簧（6）压缩并经过施力块（8）传递后间接推动主缸活塞顶杆（9）；
所述齿条（14）的运动由带自锁的制动助力装置驱动；所述制动助力装置包括齿轮（15）、蜗轮（16）、蜗杆（17）；所述齿轮（15）与齿条（14）啮合，齿轮（15）与蜗轮（16）同轴连接，蜗轮（16）与蜗杆（17）啮合；蜗杆（17）带动蜗轮（16）和齿轮（15）旋转运动，齿条（14）将齿轮（15）的旋转运动转换为直线运动，齿条（14）将直线运动传递给施力块（8），并推动主缸活塞顶杆（9），从而实现制动踏板（1）的踏板力与制动助力装置的齿条（14）的助力，通过施力块（8）一起推动主缸活塞顶杆（9），建立主缸压力；
所述带自锁的制动助力装置中的蜗轮（16）和蜗杆（17），蜗杆（17）的导程角小于蜗轮（16）与蜗杆（17）之间的当量摩擦角，形成自锁条件；
蜗杆（17）的电机（19）在正常工况下均可驱动蜗杆（17）带动蜗轮（16）实施助力，而制动主缸（11）液压力通过齿条（14）和齿轮（15）反向作用的蜗轮（16）因自锁特性不能驱动蜗杆（17）转动，从而实现电机（19）施加助力推动主缸活塞顶杆（9）建立制动压力后，机械锁定制动压力不变。
2.根据权利要求1所述兼顾驻车和行车制动的制动主缸，其特征在于：所述的齿条（14）为空心柱体结构，可在助力装置壳体（22）内轴向滑动；所述施力块（8）、踏板力弹簧（6）、弹簧挡块（5）、踏板推杆挡块（4）和踏板推杆（2）按照依次顺序，轴向设置在其内；所述施力块（8）的外部具有一外缘，其外缘的直径与齿条（14）的空心柱体的外径相同，并在外缘与齿条（14）端部之间增设有缓冲块7；
所述踏板推杆挡块（4）的外缘部分嵌入齿条（14）的底部具体是指：踏板推杆挡块（4）的外缘部分嵌入空心柱体内周面的环槽内，用于限制施力块（8）在空心柱体内的位置，并防止弹簧挡块（5）、踏板力弹簧（6）和踏板推杆（2）松脱。
3.根据权利要求2所述兼顾驻车和行车制动的制动主缸，其特征在于：所述传感器组件包括用于检测踏板推杆位移量的踏板推杆位移传感器（3）、用于检测制动主缸内部压力的压力传感器（12）、用于检测齿条直线位移量的齿条位移传感器（21）；所述电子控制单元（20）分别连接踏板推杆位移传感器（3）、压力传感器（12）和齿条位移传感器（21）；
踏板推杆位移传感器（3）安装在踏板推杆（2）上；齿条位移传感器（21）安装在齿条（14）上。
4.根据权利要求2所述兼顾驻车和行车制动的制动主缸，其特征在于：所述蜗杆（17）通过联轴器（18）连接电机（19）的转轴。
5.根据权利要求2所述兼顾驻车和行车制动的制动主缸，其特征在于：所述制动主缸（11）固定在助力装置壳体（22）上，主缸活塞顶杆（9）在助力装置壳体（22）中被推动，压缩制动主缸（11）中的制动液，通过制动主缸（11）出液口流向车轮轮缸，建立制动器制动压力实施制动。
6.权利要求3所述兼顾驻车和行车制动的制动主缸的制动方法，其特征在于包括行车制动步骤和驻车制动步骤：
行车制动步骤：
所述行车制动步骤包括制动助力模式、主动制动模式、人力备份模式；
制动助力模式：电子控制单元（20）根据踏板推杆位移传感器（3）以及齿条位移传感器（21）的信号，识别制动踏板（1）制动意图，即控制电机（19）驱动齿条（14）直线运动，以实施正向助力、反向回程助力或无助力，与踏板力一起推动主缸活塞顶杆（9）建立制动压力、释放制动压力或保持制动压力；
主动制动模式：电子控制单元（20）根据主动制动指令，控制电机（19）驱动齿条（14）单独推动主缸活塞顶杆（9）建立制动主缸（11）制动压力，此时可根据制动主缸的压力传感器（12）的压力信号控制建立制动主缸（11）制动压力；
人力备份模式：踩下制动踏板（1），踏板力经踏板推杆（2）、踏板力弹簧（6）传递，直接推动主缸活塞顶杆（9），压缩制动液，建立制动压力，实施制动；
驻车制动步骤：
根据驻车制动指令，控制电机（19）驱动蜗杆（17）、蜗轮（16）、齿轮（15）和齿条（14）到预定的位置，推动主缸活塞顶杆（9）建立驻车所需的制动压力后，电机（19）转轴停止出力；同时因蜗杆（17）的导程角小于蜗轮（16）与蜗杆（17）之间的当量摩擦角，形成自锁条件，此时制动主缸（11）液压力通过齿条（14）和齿轮（15）反向作用的蜗轮（16）因自锁特性不能驱动蜗杆（17）转动，电机（19）此时则无需助力，仅由蜗杆（17）、蜗轮（16）的自锁特性锁定位置，保持制动压力，并维持制动状态，实现驻车制动。
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