CN1416399A - 具有改进制动原理的制动助力用气动伺服马达 - Google Patents

Abstract

为了防止在紧急制动时驾驶员松开制动踏板造成后者的碰撞，可规定，紧随在制动踏板上的紧急踏压之后的紧急放松应在一定期间内跟着一个自动的制动维持。这种效果可以通过在一个制动助力用的气动伺服马达的活动部件中安装一个具有机械滞后作用的回路来达到。在该回路中的传递力的构件的位移按作用力是正常的还是紧急的而不同。如果作用力是紧急的，一个维持楔卡装置(36)被移动。当在紧急制动之后空然放松时，该楔卡装置(24)避免制动松开。紧接着，如果再进行制动，且这种情况下，没有松开的作用力不再由驾驶员施出，如果一直松开，而在这种情况下，制动的松开会有些轻微滞后。

Description

具有改进制动原理的制动助力用气动伺服马达

技术领域

本发明的目的是一种具有改进制动原理的制动助力用的气动伺服马达。本发明的目的是防止驾驶员在实施制动操作时可能出现的行为错误。更普遍地说，提出一种在紧急制动时更有力的助力器。

背景技术

根据其原理，制动助力用的气动伺服马达主要包括一个容积可变的前腔室，其通过一个隔板与一个同样是容积可变的后腔室相隔开，所述隔板由一个密封且柔性的膜片和一个刚性的裙板构成。刚性的裙部驱动气动活塞，通过一个推杆，所述气动活塞压靠在一个制动液压回路的一个主缸—典型为一个串列双制动总泵的主活塞上。位于主缸侧的前腔室气动地连接着一个真空源。与前腔室相对并位于制动踏板侧的后腔室以通过一个阀进行控制的方式气动地连接着一个推进流体源—典型为大气压下的空气。在静止状态，也就是说当驾驶员不踏压制动踏板的时候，前、后腔室彼此连通而后腔室与大气压隔开。当制动时，首先将后腔室与前腔室隔开，然后使空气进入后腔室。引入空气的效果是推动隔板并实施气动制动助力。

在制动、尤其是紧急制动时，遇到的问题与驾驶员不规则的行为有关。事实上，当驾驶员非得实施紧急制动时，他会用脚猛踏制动踏板。经过统计发现，驾驶员对因其行为造成的紧急制动感到害怕，尤其是出于本能，他害怕侧滑，并且发现，他会在几分之一秒内松开其足部作用在踏板上的力。然后他的大脑通过分析情况的严重性来确定踩踏压力大小，这次驾驶员会果断地踩踏在踏板上。在此期间，该车在几分之一秒内是没有制动的，这一般会导致车撞到一个障碍物。在另一种情况中，紧急制动因施加了很大的力气而导致驾驶员疲劳，这种疲劳本身又引起在踏板上的踩踏力松动。随后该驾驶员恢复冷静，使足了附加的力并重新踏压踏板。在此期间，显然该车没有制动。在另一种情况中，紧急制动时，驾驶员在不确信是否要真正制动之前会有所犹豫。

在所有这些情况中，统计显示，在取值从百分之几秒到一秒钟的没有制动的几分之一秒是事故的主要原因。

发明内容

在本发明中，致力于解决这个问题，其方法为，通过赋予制动回路一种这样的智能，它能避免这种现象，或至少减轻这种情况以便减少事故。本发明的原理在于，识别哪些制动动作需要这种智能干预，以及哪些制动动作是这些动作：对于这些动作来说，驾驶员的动作是唯一要考虑的动作。在本发明中，这种选定是根据紧急制动的特征作出的。将看到，按驾驶员施加的动作快速程度，是怎样实现将第一种情况与第二种情况分开。作为第二原理，在本发明中在需要智能制动的情况下，该制动力被保持，而不需要与驾驶员第一次施加在踏板上的力同样大的力来维持。换一种说法，这种制动力的保持产生了一种延后松刹。这种延后松刹要延续到驾驶员的足松刹之后。因而有一个松刹的延迟。因此当第二次踏压时，该制动力并没有完全松开，因而驾驶员要做的功不太大，但制动操作更为迅速。

为了达到这个效果，两种途径是可能的。要么是，采用一种电子控制装置，它作用在制动液压回路上起辅助制动助力的作用；要么是，作用在气动助力器本身上，所述助力一般首先起作用。在这种优选情况下，采用一种简单的机械装置来达到这个效果。这种简单机械的优点是，在其磨损没有改变其功能之前，能使用很长时间，例如十几年，并且能多次重复操作，例如一百万次。

更准确地，在这种情况下，所推荐的机械装置包括：一组活塞，其相互嵌套；和一个在一活塞头部的校准通道孔，用于允许传递制动作用力的液压流体逐渐地流动。当施加在制动踏板上的足压力放松时，这种渐进的通道孔可校定制动力下降的保持期。这种校准通道孔因为液压流体的流动性而不会造成磨损，上述的可靠性可相当容易地实现。

此外，为了区别制动的紧急或非紧急特征，这种校准通道孔可减缓液压流体注入到一个腔室中，使得直接作用活塞在该腔室没有充满时就进入到这个腔室中。紧急或非紧急的特征取决于该腔室的充填速度。当放松制动时，直接作用活塞的回退由一个楔卡装置阻住。该楔卡装置的接合是由这个直接作用活塞的紧急推入造成的。

本发明的目的是，制动助力用的气动伺服马达包括

-一个可连接一个真空源的前腔室，

-一个可连接一个高压进气口的后腔室，

-一个在所述两个腔室之间进行密封的活动隔板，

-一个气动活塞

-一个制动杆，

-一个制动液压回路，

-一个运动部件，该运动部件被活动隔板以及制动杆带动，并同制动液压回路相互作用，

-一个在制动时允许高压流体进入后腔室的装置，以及

-保持装置，其包括一个运动部件的中空活塞，该中空活塞放在制动液压回路与接合在该中空活塞内部的直接作用活塞之间，

-该直接作用活塞压靠在制动杆上，

其特征在于：所述保持装置包括

-一个活动座体，其放置在所述制动杆与所述直接作用活塞之间，

一个可缩回的楔卡装置，其驱动所述活动座体，以及

一个保持构件，该构件与所述中空活塞连在一起，用于收回或保持所述楔卡装置。

附图说明

参照附图以及以下对实施例的详细描述，可以更好地理解本发明，所述附图只用于说明而不是限定本发明。附图如下：

图1是一个与本发明相符的制动助力用的气动伺服马达的整体剖视图；

图2a至2d示意性地按制动助力用的气动伺服马达处于静止状态、正常使用状态(此处称为舒缓使用状态)、快速使用状态(紧急使用状态)以及快速使用的松开(这是希求修正之处)状态，显示出一个在运动部件中的直接作用活塞的状态；

图3a和3b分别为图2c和图2d的相关放大视图。

具体实施方式

图1表示一个与本发明相符的、具有改进制动原理的制动助力用的气动伺服马达。这种制动助力用的气动伺服马达包括一个前腔室1，该前腔室通过一个进气口2与一个未画出的真空泵相连。该真空泵一般可由车辆的汽油发动机的进气口构成。对于使用柴油发动机的车辆，使用一个外部的真空泵。该制动助力用的气动伺服马达还包括一个后腔室3，该后腔室3例如通过一个阀4可连接一个高压一般是外界大气压的进气口5。此外该制动助力用的气动伺服马达还包括一个活动的隔板6，该活动的隔板6一般配有了一个刚性的裙部和一个密封膜片。该膜片阻止两个腔室之间气体的通连。一个密封孔7开在隔板6上，用于使运动部件8通过。该动动部件8一方面通过一个制动杆9机械地连接到一个制动踏板，而另一方面连接到一个制动液压回路10。这类制动助力用的气动伺服马达的助力原理如下。在拉杆9的作用下，运动部件8伸进后腔室同时打开阀门4，通过阀门4，外界的空气进入后腔室3。因而外界的空气在隔板6上施加一个压力，而隔板6，辅之以一个与拉杆9连在一起的支撑件11的作用，驱动运动部件8，从而使后者的一个端部12起动制动液压回路10。

在这种机械的技术方案情况中，本发明的主要特征体现在运动部件的结构上。首先将介绍这种运动部件的一种优选实施方式，然后介绍怎样在该实施方式中推导出若干变型。代表液压回路10的部分示出一个以已知的方式带有一个止回阀组件和圆筒形的主压力腔室14的主缸13。腔室14中的处于压力下的液压流体通过未示出的回路10的其余部分分配到制动器。在该例子中，运动部件8包括一个中空活塞15。该中空活塞15通过其基部16被推动，该基部16通过一个支撑件17压靠在活动隔板上。当活动隔板被推向前部(在图中为向右侧)时，一个与该活动隔板连在一起且开有孔7的气动活塞18对支撑件17施加一个向前的推力。该活塞15将其端部12伸入主腔室14，引起制动液的分配。

在本发明中，活塞15是中空的并且具有一个内部腔室19，该内部腔室19通过一个设置在端部12上的校准通道孔20与主缸的主腔室14通连。换句话说，当中空活塞15通过端部12伸入主缸13时，主腔室14的一部分液压流体流过通道孔20充满腔室19。该腔室19为圆筒形，并且在其与通道孔20的进口相对的端部容纳一个直接作用活塞21，该直接作用活塞21一方面与充满腔室19的液体相互作用，另一方面与支撑件11相互作用。为此，该直接作用活塞21包括一个砧柱体22，该砧柱体将压靠在一个活动座体23上，该座体23处于支撑件11与砧柱体22的顶部之间。

制动时，拉杆9压靠在座体23上，座体23本身压靠在砧柱体22上，砧柱体22推动在腔室19内的活塞21上。而这种运动与来自腔室14的液压流体通过通道孔20的流动相对。如此示出的系统此时达到力的平衡：由制动踏板施加的力与腔室19的截面成比例(通过直接作用活塞)，而由制动助力施加的力与腔室14的截面成比例(因为两个腔室具有同样的压强)。当压强相等时，至少在静止状态或低速制动状态下，由这类系统产生的助力比是恒定的。它等于两部分的截面面积比。

图2a至图2d可更方便地解释本发明的运动部件的工作。在这些图中，可以发现相同的构件由相同的附图标记表示。此外，这些图中示出一个环圈(anneau)24安装在中空活塞15的内部。例如，该环圈24具有一个弹性伸出的周边25，用于自动地嵌入一个设在中空活塞15内部的相应的保持槽内，该保持槽处于中空活塞15的基部16一侧的内周边。直接作用活塞21本身具有：一个密封圈26，其用于堵住来自腔室19的液压流体的泄漏；以及一个推环肩27。一个螺旋形弹簧28一方面支靠在推环肩27上，且另一方面支靠在环圈24的一个基底部29上。座体23包括：一个底座30，其用于隔在砧柱体22与支撑件11之间；和环形导引体31，其被带至沿砧柱体22滑动。支靠在推环肩27上和导引体31上的螺旋形弹簧32推动座体23顶靠在支撑件11上。

在静止状态，前腔室1被抽成真空，且后腔室3也一样，而在后腔室3中，隔板6尤其借助于回复弹簧33(图1中)的作用下被推到后腔室尽可能靠后处(图1中的右部)。因而弹簧28的作用是将推环肩27顶压到一个位于中空活塞15的内周边的支撑凸缘34上。与此同时，弹簧32推动支柱29，使得座体23支靠在支撑件11上。

在正常制动即舒缓制动情况下，如图2b，支撑件11微微推动(慢速)座体23。如图1所示，产生这种情况的原因是，拉杆9的位移打开了阀4，使得大气压下的气体5进入后腔室3。这使得活动隔板6带着气动活塞18向前腔室1移动。由于制动助力是很强大，气动活塞18随位于拉杆9端部的支撑件11同时向前部(图1中的左部)移动。最终在这类正常制动过程中，处于气动活塞18的孔7内的支撑件11的密封垫圈35在该孔7中移过一个短行程。因为隔板6与支撑件16的移动，中空活塞15穿过主腔室14，并在其内增加压力。与此同时，通过校准通道孔20，液压流体进入中空活塞的内腔室19中，并向支撑件11的方向推动直接作用活塞21。

在一个特定实施例中，座体23包括一组安装在支柱31内的周边滚珠。这些周边滚珠的直径大于圆筒形支柱31的厚度。这些周边滚珠36布置在支柱内，当处于静止状态时，它们处于与环圈24的内部相对的位置。因此，滚珠36伸向在支柱31之间的座体23的内部。砧柱体的头部，最好优选倒角成一个倒角37，正好压靠着滚珠36，且将这些滚珠推回到座体23的支柱31内的其槽孔的底部。因而滚珠将砧柱体22的力传递给座体23的底座30，而所述底座30正压靠在支撑件11上。换句话说，从图2a到图2b，表示的唯一机械现象是，移动直接作用活塞21，以便通过滚珠36压靠在支撑11上。归根结底，这种支撑产生支撑件11的给定位移速度，该位移速度小于一阈值速度，而一旦超出该阈值速度，校准通道孔将没有足够大到使直接作用活塞21可足够快地向支撑件11方向移动。

在图2c所示的情况下，当施加剧烈快速的作用力时，尤其会发生这种结果。在这种情况下，支撑件11向前腔室1移动。气动助力器发挥作用，以便活动隔板6也朝前腔室移动，但是校准通道孔20是不够大的以致于不能足够快地将中空活塞的腔室19充满。在这种情况下，座体23及尤其是其底座30就会在环圈24内滑动，以便使滚珠36位于该环圈的基底部29之外。为了使这种实施方式更为有效，环圈24优选在其基底部内部具有一个倒角38，以容纳滚珠36。

换句话说，在砧柱体22的头部还没有压靠着该座体23的底座30之前座体23相对于环圈24的位置已经发生移动。这使得，该砧柱体22的头部的倒角37将滚珠36推向支柱31的外部，以便允许砧柱体22的头部直接压靠在底座30的底部。在图2c所示的位置中，制动产生的条件与图2b中的情况相同。通过支撑件11由脚施加的力与由中空活塞15在主腔室14中移动产生的助力处于平衡。

实际上，图3a表示的是快速使用的开始阶段。当在快速使用过程中力处于平衡时，环27不再压靠在支撑件34上，其方式类似于图2b所示。两种位置的区别在于足部施加的力的传输方式：在图2b中是通过滚珠36和支柱31，而在图2c中是通过底座30的底部。图3a详细地表示了环圈24的倒角38，该倒角在剧烈踏压时可收纳滚珠36。

图2d表示由本发明探寻的真正效果。该图对应于驾驶员不熟练的松开情形，正如所知，在这之后紧跟着就是制动，而这制动又可能是突然的。该松开由支撑件11和座体23的底座30之间的间隙表示。尤其在这种条件下，直接作用活塞会再次上升，腔室19会增大而使得腔室14内的压力下降。这种腔室14内压力的降低本身当然会导致制动的松开。

在本发明中，为了避免这个问题，通过一组滚珠36来阻止活塞21的再次上升。事实上，在松开时，砧柱体22顶压着座体23的底座30上。底部30带动支柱31。而支柱本身支靠着滚珠36，滚珠36本身压靠着环圈24。由于环圈是固定的，所以整个组件被锁定(暂时性的，将在较迟的后文中说明)，以致于腔室19内的压强不会降低，或至少不会降低得太厉害。因此获得了所探寻的结果：当驾驶员至少部分地松开其施加在制动踏板上的力时，至少可在一定时间内，继续保持制动力。

该种状态可能引起两种情况。一种情况是驾驶员再次踏压制动踏板，在这种情况下所施加的力如图2c的情况。但是第二次制动是容易的，因为滚珠起作棘爪的作用，使得预先施加的力能在松开该力的地方再次起作用，而不是完全重新开始。

另一种情况是，驾驶员不再踏压制动踏板。在这种情况下，拉杆9的回缩以公知的方式引起后腔室3与前腔室1通连。在这种情况下，后腔室建立真空状态，尤其是在弹簧33的作用下，向后腔室3的方向推动隔板6。这使得，中空活塞15后退，并使腔室14内的压强降低。由于腔室14内这种压强的降低，尤其是在推动腔室19内的直接作用活塞21的弹簧28作用下，腔室19中的液压流体可通过校准通道孔20流出。当活塞21被推动使得环肩27压靠在支撑肩34上时，砧柱体22的头部且尤其是倒角37与滚珠36垂直地分开。这使得滚珠36可在其槽孔内自由运动。在压靠支柱31的弹簧32的作用下，它们被推向支撑件11。滚珠36被环圈24的倒角38又推回座体23中的内部位置。座体23再次支靠在支撑件11上。

图3b准确地表示砧柱体22贴靠底部30的支承点39，支柱31压靠在滚珠36的支承点40上，以及滚珠36压靠在倒角38的支承点41。通过这种方式，并通过保持校准通道孔的适当尺寸、弹簧28弹力的适当大小以及倒角倾斜的适当角度，可以在没有制动效果的快速使用的回程时调节制动力的保持时间。

为了滚珠的实施，可以预定底座30是实心的，而支柱31包括形成滚珠36的座槽的开口，而且通过开口的顶部，例如用粘合或横向螺纹的方法，将圆筒形的支柱31固定到底座30上。由开口形成的孔眼构成球形部分，其直径大于滚珠的直径。因此，滚珠36可在此处运动并且占据一个位置或其它分别在图2b或图2c中表示的相应位置。但是该孔眼具有用于阻止滚珠滚出的边缘。

一个其作用在这里由滚珠36实现的楔卡装置的实施例也可具有不同的形式。比如，该楔卡装置可由短杆来代替，同时考虑了活动座体23相对于环圈24的相对位置。可以考虑不同的形状。同样作为变型，滚珠36可由一种弹性卡环来代替，所述弹性卡环配有嵌入支柱31内部的支承件，用于放置在砧柱体22的通道之前。

Claims (10)

1.制动助力用的气动伺服马达，包括

-一个可连接一个真空源(2)的前腔室(1)，

-一个可连接一个高压进气口的后腔室(3)，

-一个在所述两个腔室之间进行密封的活动隔板(6)，

-一个气动活塞(18)，

-一个制动杆(9)，

-一个制动液压回路(10)，

-一个运动部件(8)，所述运动部件被所述活动隔板以及所述制动杆带动，并同所述制动液压回路(10)相互作用，

-一个在制动时允许高压流体进入后腔室的装置(4)，以及

-保持装置，其包括一个运动部件的中空活塞(15)，所述中空活塞放在所述制动液压回路与一个接合在所述中空活塞内部的直接作用活塞(21)之间，

-所述直接作用活塞通过支撑件(11)顶着在制动杆，

其特征在于：所述保持装置包括

-一个活动座体(23)，其放置在所述制动杆与所述直接作用活塞之间，

一个可缩回的楔卡装置(36)，其驱动所述活动座体，以及

一个保持构件(24)，其与所述中空活塞连在一起，收回或保持所述楔卡装置。

2.如权利要求1所述的伺服马达，其特征在于：所述楔卡装置包括在所述座体内活动的滚珠。

3.如权利要求1所述的伺服马达，其特征在于：所述楔卡装置包括一弹性环圈。

4.如权利要求1所述的伺服马达，其特征在于：所述楔卡装置包括一杆。

5.如权利要求1至4中任一项所述的伺服马达，其特征在于：所述伺服马达包括一个放置在所述直接作用活塞与所述中空活塞之间的弹簧(28)。

6.如权利要求1至5中任一项所述的伺服马达，其特征在于：其包括一个放置在所述直接作用活塞与所述座体之间的弹簧(32)。

7.如权利要求1至6中任一项所述的伺服马达，其特征在于：所述中空活塞具有一个校准通道孔(20)。

8.如权利要求1至7中任一项所述的伺服马达，其特征在于：所述保持构件包括一个卡夹在所述中空活塞内的环圈。

9.如权利要求1至8中任一项所述的伺服马达，其特征在于：所述保持构件包括一个用于压回所述楔卡装置的倒角(38)。

10.如权利要求1至9中任一项所述的伺服马达，其特征在于：所述中空活塞包括一个用于支靠所述楔卡装置的倒角(37)。

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