CN114954408B - 助力制动装置和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种助力制动装置和车辆。助力制动装置包括：助力器、减速机构和凸轮机构，减速机构连接在助力器和凸轮机构之间；凸轮机构包括凸轮和与凸轮的轮廓相抵的推杆，凸轮的轮廓型线包括基圆渐开线，且基圆渐开线的基圆圆心与凸轮的回转中心重合；推杆相对于凸轮的回转中心偏置，且推杆的中心轴线与凸轮的回转中心之间的偏距等于凸轮的基圆半径。助力制动装置中，凸轮的轮廓型线包括基圆渐开线，且推杆的中心轴线与凸轮的回转中心之间的偏距等于基圆半径，使得推杆的位移与凸轮的转角为线性函数关系，实现了推杆位移的线性控制，且控制难度低，便于控制助力制动装置推动活塞的位移量，进而有利于根据制动踏板的踩踏深度输出制动助力。

Description

助力制动装置和车辆
技术领域
本发明涉及但不限于车辆技术领域，尤其涉及但不限于一种助力制动装置和一种车辆。
背景技术
在传统的燃油车上，刹车制动***主要通过驾驶员对制动踏板的操作，然后通过真空助力器将制动力放大，使得制动主缸的液压力可以传递和分配到汽车各个制动轮上的制动器，达到制动减速的效果。其中的真空助力器的真空源则由汽车发动机来提供，然而对于新能源汽车(如：纯电动车)，传统的发动机被电机所取代，导致汽车失去真空来源，则传统的真空助力器无法产生制动助力。在无真空助力器的辅助制动作用下，驾驶员踩刹车踏板所产生的制动力则无法满足行车制动需求，而不依赖真空源的电动助力制动装置则可以满足这种需求。
目前，各主要制动零部件企业相继推出了电动助力制动装置，现有电动助力制动装置主要包括壳体部分、推杆部分、电机助力部分、传感器部分及制动主缸部分等，其基本原理是通过位移传感器感应踏板推杆的踩踏深度，电动助力制动装置根据传感器信号驱动制动主缸压缩主缸内的液压油，输出液压力。
目前的电动助力制动装置的助力放大传动机构主要有齿轮齿条传动、齿轮传动+丝杆传动、以及蜗杆传动+齿轮齿条传动这几种传动型式，这些传动机构的制动力放大原理是：通过齿轮传动或蜗杆传动实现电机转矩输出的减速增扭，再通过齿轮齿条传动或丝杆传动实现将齿轮的旋转运动转换为直线平移运动，并进一步地减速增扭。但这些传动机构因传动时的运动副为滑动摩擦或减速齿轮级数过多从而导致传动效率较低，增加了能量消耗。
发明内容
本申请实施例的主要目的是提供一种助力制动装置，摩擦损失小，传动效率高，且制动控制简单。
本申请实施例还提供一种车辆。
本申请的技术方案如下：
一种助力制动装置，包括：助力器、减速机构和凸轮机构，所述减速机构连接在所述助力器和所述凸轮机构之间；
所述凸轮机构包括凸轮和与所述凸轮的轮廓相抵的推杆，所述凸轮的轮廓型线包括基圆渐开线，且所述基圆渐开线的基圆圆心与所述凸轮的回转中心重合；所述推杆相对于所述凸轮的回转中心偏置，且所述推杆的中心轴线与所述凸轮的回转中心之间的偏距等于所述基圆渐开线的基圆半径；
所述凸轮的轮廓型线还包括依次设置的第一直线段、第二直线段和第三直线段，所述第一直线段与所述基圆渐开线的起始端相切并连接，且所述第一直线段所在的直线过所述基圆渐开线的基圆圆心，所述第一直线段和所述第二直线段之间圆滑过渡连接并形成弯折线，所述第二直线段和所述第三直线段之间圆滑过渡连接并形成弯折线，所述第三直线段与所述基圆渐开线的尾端圆滑过渡连接，且所述第三直线段所在的直线与所述基圆渐开线的基圆相切。
一种车辆，包括上述助力制动装置。
本申请实施例的助力制动装置，助力器为助力制动装置的动力源，减速机构可实现助力器输出转矩的减速增扭，凸轮机构可实现将减速机构的旋转运动转换为推杆的直线平移运动，以便推杆推动制动主缸的活塞运动，制动主缸的液压力可以传递和分配到车辆的各个制动器，达到制动减速的效果，实现助力制动目的。
凸轮机构中，凸轮的轮廓型线包括基圆渐开线，且推杆的中心轴线与凸的回转中心之间的偏距L等于基圆半径R，使得推杆的位移S与凸轮的转角θ为线性函数关系，即S＝R*θ，实现了推杆位移的线性控制，且控制难度低，便于控制助力制动装置推动活塞的位移量，进而有利于根据制动踏板的踩踏深度输出制动助力。
在阅读并理解附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本申请一实施例的助力制动装置的立体结构示意图。
图2为图1所示的助力制动装置的主视结构示意图。
图2a为图2所示的助力制动装置的局部结构放大示意图。
图3为图1所示的助力制动装置的局部结构的剖视示意图。
图4为图1所示的助力制动装置的凸轮机构的原理示意图。
附图标记：
1-助力器，
2-减速机构，21-输入齿轮，22-双联齿轮，221-大齿轮，222-小齿轮，23-输出齿轮，
3-凸轮机构，31-凸轮，310-基圆，311-基圆渐开线，312-第一直线段，313-第二直线段，314-第三直线段，32-推杆，33-滚子，
4-滑杆机构，41-滑动支架，42-推杆支撑座，43-输出推杆，44-滑套，
5-制动主缸，51-活塞杆。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
如图1-图3所示，本申请实施例提供了一种助力制动装置，包括：助力器1、减速机构2和凸轮机构3，减速机构2连接在助力器1和凸轮机构3之间。
助力器1为助力制动装置的动力源，减速机构2可实现助力器1输出转矩的减速增扭，凸轮机构3可实现将减速机构2的旋转运动转换为直线平移运动，以便凸轮机构3推动制动主缸5的活塞运动(如通过推动活塞杆51带动活塞运动)，制动主缸5的液压力可以传递和分配到车辆的各个制动器，达到制动减速的效果，实现助力制动目的。
其中，如图4所示，凸轮机构3包括凸轮31和与凸轮31的轮廓相抵的推杆32，凸轮31的轮廓型线包括基圆渐开线311，且基圆渐开线311的基圆圆心O与凸轮31的回转中心重合；推杆32相对于凸轮31的回转中心偏置，且推杆32的中心轴线与凸轮31的回转中心之间的偏距L等于基圆渐开线311的基圆310的半径R，即L＝R。
该凸轮机构3中，推杆32与凸轮31的轮廓相抵(推杆32与凸轮31的轮廓可直接接触或不直接接触)，凸轮31可在减速机构2的带动下转动，并推动推杆32平移，推杆32可推动制动主缸5的活塞运动，实现制动减速。
凸轮31的轮廓型线包括基圆渐开线311，且推杆32的中心轴线与凸的回转中心之间的偏距L等于基圆310的半径R，使得推杆32的位移S与凸轮31的转角θ为线性函数关系，即S＝R*θ，实现了推杆32位移的线性控制，且控制难度低，便于控制助力制动装置推动活塞的位移量，进而有利于根据制动踏板的踩踏深度输出制动助力。
一些示例性实施例中，如图2a和图3所示，凸轮31的轮廓型线还包括第一直线段312，第一直线段312与基圆渐开线311的起始端相切。
凸轮31的轮廓型线中，第一直线段312与基圆渐开线311的起始端相切，使得第一直线段312与基圆渐开线311的起始端之间圆滑过渡连接。其中，基圆渐开线311的起始端A的曲率半径为零，与基圆渐开线311的起始端相切的第一直线段312所在的直线过基圆渐开线311的基圆圆心O，如图2a所示，第一直线段312一端的端点为基圆渐开线311的起始端A，另一端的端点可为基圆圆心O。当然，第一直线段312另一端的端点也可以不延伸到基圆圆心O，或者，延伸超过基圆圆心O。
其中，在初始状态(即未踩下制动踏板时)时，推杆32可与基圆渐开线311的起始端相抵，第一直线段312与基圆渐开线311的起始端之间的圆滑过渡连接，可使推杆32稳定地保持在初始状态。
一些示例性实施例中，如图2a和图3所示，凸轮31的轮廓型线还包括第二直线段313和第三直线段314，第一直线段312、第二直线段313和第三直线段314依次设置并相连接，第一直线段312和第二直线段313之间、第二直线段313和第三直线段314之间形成弯折线，第三直线段314与基圆渐开线311的尾端连接，第一直线段312和第二直线段313之间、第二直线段313和第三直线段314之间、第三直线段314与基圆渐开线311的尾端之间圆滑过渡连接。其中，第三直线段314所在的直线与基圆渐开线311的基圆(如图2a中虚线所示)相切，第三直线段314为直线段BC，第三直线段314所在的直线与基圆渐开线311的基圆的切点为D，直线段BD为基圆渐开线311的发生线，第二直线段313为直线段OC。
在进行助力制动过程中，推杆32与凸轮31的基圆渐开线311部分的轮廓接触，并在基圆渐开线311部分的轮廓的推动下移动。凸轮31的第一直线段312、第二直线段313和第三直线段314可不与推杆32接触，因此，第一直线段312、第二直线段313和第三直线段314部分的轮廓型线的设计，可满足不与其他部件产生干涉、在保证凸轮31强度的情况下减轻重量的要求，因此，凸轮31的轮廓型线除包括基圆渐开线311外，其他部分的轮廓型线不限于上述。
一些示例性实施例中，如图2a所示，基圆渐开线311所对应的展开角θ0(即直线段OA与直线段OD之间的夹角)不小于凸轮31的转角S0/R，即θ0≥S0/R，其中，S0表示推杆32的最大位移量或推杆32的最大行程量。如：基圆渐开线311所对应的展开角θ0为180度-270度。
凸轮31的轮廓型线中，基圆渐开线311部分对应的展开角θ0为180度-270度，可使得在基圆渐开线311部分的轮廓推动下，推杆32推动制动主缸5的活塞的移动距离能够满足制动需求。
应当理解，基圆渐开线311对应的展开角θ0不限于180度-270度，还可以根据需求进行调整，如，在满足相同推杆位移的情况下，增大基圆渐开线的展开角，相应的可以减小基圆半径，则可以增大凸轮机构的线传动比，即，可以降低凸轮机构所需的输入转矩。
一些示例性实施例中，如图1-图4所示，凸轮机构3还包括设置于推杆32一端的滚子33，滚子33的外周面与凸轮31的轮廓接触，滚子33包括滚动轴承或滑动轴承。
推杆32的一端设有滚子33，滚子33可相对推杆32转动，滚子33与凸轮31之间为滚动摩擦接触，有利于降低摩擦损失，提高传动效率。
本申请实施例的凸轮机构3，采用盘形凸轮+滚子推杆机构，属于平面凸轮机构3。其中，滚子33可采用滚动轴承或滑动轴承，如可采用球轴承、圆柱滚子33轴承或滚针轴承(球轴承和圆柱滚子33轴承相较滚针轴承的摩擦损失要小)等。
一些示例性实施例中，如图1-图3所示，减速机构2包括齿轮减速机构，齿轮减速机构包括输入齿轮21、双联齿轮22和输出齿轮23，输入齿轮21安装在助力器1的输出轴上，双联齿轮22中的大齿轮221与输入齿轮21啮合传动，且双联齿轮22中的大齿轮221的齿数大于输入齿轮21的齿数，双联齿轮22中的小齿轮222与输出齿轮23啮合传动，且双联齿轮22中的小齿轮222的齿数小于输出齿轮23的齿数，凸轮31固定在输出齿轮23上。
齿轮减速机构中，输入齿轮21安装在助力器1的输出轴上，助力器1工作可带动输入齿轮21转动；双联齿轮22包括一大一小两个齿轮，大齿轮221的齿数大于小齿轮222的齿数，大齿轮221和小齿轮222固定连接，且中心轴线重合，双联齿轮22中的大齿轮221与输入齿轮21啮合传动，小齿轮222与输出齿轮23啮合转动，且输出齿轮23上固定有凸轮31，凸轮31的回转中心与输出齿轮23的中心轴线重合。因此，助力器1带动输入齿轮21转动时，输入齿轮21可通过双联齿轮22和输出齿轮23带动凸轮31转动，凸轮31可推动推杆32移动，进而带动制动主缸5的活塞移动，实现助力制动。
一些示例性实施例中，如图1-图3所示，齿轮减速机构包括两个输出齿轮23，两个输出齿轮23啮合传动，且其中一个输出齿轮23与双联齿轮22中的小齿轮222啮合传动，两个输出齿轮23的齿数相等。其中，两个输出齿轮23形状和尺寸相同，并且对称设置。
凸轮机构3设置有两个，两个凸轮机构3的凸轮31分别固定在两个输出齿轮23上。其中，两个凸轮机构3的结构和尺寸相同，并且对称设置。
助力制动装置还包括：滑杆机构4，两个凸轮机构3的推杆32均与滑杆机构4连接，并设置成带动滑杆机构4滑动。
通过双输出齿轮23+双凸轮机构3齿轮来推动滑杆机构4滑动，使得滑杆机构4滑动平稳，进而使得滑杆机构4推动活塞的移动平稳，助力制动装置的制动平稳、效果好。
应当理解，不仅可以采用双输出齿轮23+双凸轮机构3齿轮，还可以采用单输出齿轮23+单凸轮机构3，来驱动滑杆机构4滑动，进而通过滑杆机构4推动活塞移动。
一些示例性实施例中，如图1-图3所示，滑杆机构4包括滑动支架41、输出推杆43和推杆支撑座42，滑动支架41的两端分别与两个凸轮机构3的推杆32连接，推杆支撑座42安装在滑动支架41上，输出推杆43安装在推杆支撑座42上，输出推杆43的自由端设置成带动制动主缸5的活塞移动。
滑杆机构4中，滑动支架41的两端分别与与两个凸轮机构3的推杆32固定连接，并在两个推杆32的推动下移动；输出推杆43通过推杆支撑座42安装在滑动支架41上，输出推杆43在滑动支架41的带动下移动，并带动制动主缸5的活塞移动，实现助力制动。
一些示例性实施例中，助力制动装置还包括壳体(未示出)，助力器1、齿轮减速机构、凸轮机构3和滑杆机构4安装在壳体内。
如图1-图3所示，滑杆机构4还包括两个滑套44，两个滑套44分别安装在滑动支架41的两端。相应地，壳体内设有两个导杆，两个滑套44分别可滑动地套设在两个导杆外。
在滑动支架41的两端安装滑套44，且两个滑套44分别套设在壳体内的两个导杆上，使得滑套44可沿导杆移动，为滑动支架41的移动提供导向，使得滑动支架41移动顺畅。
一些示例性实施例中，助力器1为电动助力器，且包括电机。
本申请实施例的助力制动装置，其助力器1包括电机，制动器的输出轴可为电机的电机轴。助力器1采用电机，使得助力制动装置为电动助力制动装置，该电动助力装置适用于纯电动汽车的助力制动。
如图1-图4所示的助力制动装置，其结构和工作原理如下。
输入齿轮21装配在电机(助力器1)的输出轴上，双联齿轮22的大齿轮221与输入齿轮21啮合，双联齿轮22的小齿轮222与一个输出齿轮23啮合，两个输出齿轮23之间相互啮合，两个凸轮31分别与两个输出齿轮23固定连接，滚动轴承(滚子33)装配在推杆32上，推杆32与滑动支架41固定连接，推杆支撑座42装配在滑动支架41上，输出推杆43装配在推杆支撑座42上，制动主缸5与助力制动装置的壳体固定连接，输出推杆43顶在制动主缸5的活塞上，两个滑套44分别固定连接在滑动支架41的两端，滚子33与推杆32组合构成滚子推杆，凸轮31的轮廓型线包括基圆渐开线311。
该助力制动装置中，电机为助力制动装置的动力源，双联齿轮22将输入齿轮21的转矩传递给输出齿轮23，起到减速增扭的作用；输出齿轮23带动凸轮31转动，凸轮31与滚子33、推杆32组成凸轮机构3，作用是将凸轮31的旋转运动转换为推杆32的直线平移运动，滚子33将推杆32与凸轮31之间的滑动接触转变为滚动接触，降低摩擦损失；两组凸轮机构3向滑动支架41传递作用载荷和平移运动；滑动支架41作用是将推杆32的力传递到推杆支撑座42上，并作直线移动，保持力的直线输出方向；滑套44的作用是对滑动支架41定位导向、降低摩擦，滑套44装配在壳体的导杆上，做滑动平移运动；推杆支撑座42的作用是对输出推杆43定位，将滑动支架41的作用力传递到输出推杆43上；输出推杆43推动制动主缸5的活塞运动；制动主缸5将活塞输入的压力转化为液压力并输出。
该助力制动装置工作时，电机根据控制模块发出的指令，产生转动并输出转矩，通过输入齿轮21、双联齿轮22和输出齿轮23组成的齿轮减速机构，对电机输出的转速转矩进行减速增扭，实现输出转矩放大；再通过凸轮31、滚子33和推杆32组成的凸轮机构3，将输出齿轮23的旋转运动转换为推杆32的直线平移运动，将输出齿轮23的转矩转化为推杆32的直线力输出；最后通过滑动支架41和输出推杆32推动制动主缸5的活塞压缩制动主缸5内的液压油，输出液压力，实现助力制动。
助力制动装置中，采用盘形凸轮31+滚子推杆机构传动，实现将旋转运动转换为推杆32的直线平移运动，摩擦损失低，传动效率高(传动效率可达0.9以上)；凸轮31的轮廓型线采用基圆渐开线311，滚子推杆相对凸轮31的回转中心偏置布置，且偏距为基圆310的半径R，实现了推杆32位移S与凸轮31转角θ的线性函数变化关系，即S＝R*θ，实现了推杆32位移的线性控制，且控制难度低；采用电机驱动，齿轮减速机构与凸轮机构3结合的传动方式，实现对电机助力的放大。
本申请实施例还提供了一种车辆，包括上述任一实施例提供的助力制动装置。其中，该车辆可为纯电动车辆。
当然，本申请实施例的助力制动装置还可以应用到纯燃油车辆，或者，助力制动装置还可以应用到油电混合车辆。
在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例性实施例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
虽然本文所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本文而采用的实施方式，并非用以限定本文。任何本文所属领域内的技术人员，在不脱离本文所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本文的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (9)

1.一种助力制动装置，其特征在于，包括：助力器、减速机构和凸轮机构，所述减速机构连接在所述助力器和所述凸轮机构之间；
所述凸轮机构包括凸轮和与所述凸轮的轮廓相抵的推杆，所述凸轮的轮廓型线包括基圆渐开线，且所述基圆渐开线的基圆圆心与所述凸轮的回转中心重合；所述推杆相对于所述凸轮的回转中心偏置，且所述推杆的中心轴线与所述凸轮的回转中心之间的偏距等于所述基圆渐开线的基圆半径；
所述凸轮的轮廓型线还包括依次设置的第一直线段、第二直线段和第三直线段，所述第一直线段与所述基圆渐开线的起始端相切并连接，且所述第一直线段所在的直线过所述基圆渐开线的基圆圆心，所述第一直线段和所述第二直线段之间圆滑过渡连接并形成弯折线，所述第二直线段和所述第三直线段之间圆滑过渡连接并形成弯折线，所述第三直线段与所述基圆渐开线的尾端圆滑过渡连接，且所述第三直线段所在的直线与所述基圆渐开线的基圆相切。
2.根据权利要求1所述的助力制动装置，其特征在于，所述基圆渐开线所对应的展开角不小于所述凸轮的转角。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的助力制动装置，其特征在于，所述凸轮机构还包括设置于所述推杆一端的滚子，所述滚子的外周面与所述凸轮的轮廓接触，所述滚子包括滚动轴承或滑动轴承。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的助力制动装置，其特征在于，所述减速机构包括齿轮减速机构，所述齿轮减速机构包括输入齿轮、双联齿轮和输出齿轮，所述输入齿轮安装在所述助力器的输出轴上，所述双联齿轮中的大齿轮与所述输入齿轮啮合传动，且所述双联齿轮中的大齿轮的齿数大于所述输入齿轮的齿数，所述双联齿轮中的小齿轮与所述输出齿轮啮合传动，且所述双联齿轮中的小齿轮的齿数小于所述输出齿轮的齿数，所述凸轮固定在所述输出齿轮上。
5.根据权利要求4所述的助力制动装置，其特征在于，所述齿轮减速机构包括两个所述输出齿轮，两个所述输出齿轮啮合传动，且其中一个所述输出齿轮与所述双联齿轮中的小齿轮啮合传动，两个所述输出齿轮的齿数相等；
所述凸轮机构设置有两个，两个所述凸轮机构的凸轮分别固定在两个所述输出齿轮上；
所述助力制动装置还包括：滑杆机构，两个所述凸轮机构的推杆均与所述滑杆机构连接，并设置成带动所述滑杆机构滑动。
6.根据权利要求5所述的助力制动装置，其特征在于，所述滑杆机构包括滑动支架、输出推杆和推杆支撑座，所述滑动支架的两端分别与两个所述凸轮机构的推杆连接，所述推杆支撑座安装在所述滑动支架上，所述输出推杆安装在所述推杆支撑座上，所述输出推杆的自由端设置成带动制动主缸的活塞移动。
7.根据权利要求6所述的助力制动装置，其特征在于，还包括壳体，所述助力器、所述齿轮减速机构、所述凸轮机构和所述滑杆机构安装在所述壳体内；
所述滑杆机构还包括两个滑套，两个所述滑套分别安装在所述滑动支架的两端，所述壳体内设有两个导杆，两个所述滑套分别可滑动地套设在两个所述导杆外。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的助力制动装置，其特征在于，所述助力器为电动助力器，且包括电机。
9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的助力制动装置。
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