机电式制动助力器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种车辆制动设备的机电式制动助力器，其包括主制动缸，该主制动缸具有能借助制动踏板移动并且在此时建立制动压力的活塞杆，该活塞杆也能借助电动机移动并且这个唯一的电动机根据能围绕转动轴线转动地悬挂的制动踏板的旋转角来控制，使得需由车辆驾驶员为建立制动压力施加到制动踏板上的功小于在没有电动机辅助的情况下为活塞杆的相应移动所需的功。所述活塞杆支撑在踏板杆上并且通过该踏板杆的转动运动进行移动，所述踏板杆由能借助制动踏板围绕转动轴线转动的中间元件构成，踏板杆的转动轴线能借助电动机大致沿活塞杆的运动方向移动。在此选择踏板传动比，使得驾驶员即使在电动机未激活的情况下也能借助在起作用的制动力放大时常见的力稍微移动活塞杆，并且通过电动机适合地移动踏板杆的转动轴线将基于这种踏板传动比在电动机未激活时异常大的踏板行程减少至常见数值。
【专利说明】机电式制动助力器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆制动设备的机电式制动助力器，包括主制动缸，该主制动缸具有能借助制动踏板移动并且在此时建立或消除制动压力的活塞杆，该活塞杆也能借助电动机移动并且这个唯一的电动机根据能围绕转动轴线转动地悬挂的制动踏板的踏板行程或转动角控制，使得需由车辆驾驶员为建立制动压力施加到制动踏板上的功小于在没有电动机辅助的情况下为活塞杆的相应移动所需的功。关于现有技术，除描述电液式制动助力器基础的DE102008057576A1以及示出一种传动比可变的制动踏板机构的DE102005036922A1外尤其参见DE102009031918A1。最后提到的文献示出一种关于机电式制动助力器常见原理的例子，据此通常唯一的并且施加助力的电动机直接作用于主制动缸的活塞杆。
【背景技术】
[0002]在作为机动车的轿车中制动助力器如今大多仍被设计为真空制动助力器并且利用真空来产生助力，所述真空在以前的定量控制的内燃机形式的车辆驱动总成中作为“副产品”被提供。然而在今天的现代车辆驱动总成中已不再提供或仅不足地提供这一能源。因此设置附加真空泵，以便能够继续使用传统的真空制动助力器。这相对昂贵；另外不利的是真空制动助力器需要相对大的结构空间。替换地可使用液压式或机电式制动助力器。
[0003]对这种尤其是电液式或机电式制动助力器提出的要求极高。一方面它们必须满足最高的安全要求并且在例如电气元件或类似物故障时仍能通过驾驶员可靠地制动车辆；另一方面，应借助踏板力和踏板行程之间协调的关系使所谓的踏板感觉、即汽车驾驶员在操作其制动踏板时所获得的感觉尽可能与在真空制动助力器上所习惯的踏板感觉一致。因此为了良好的制动踏板感觉，至少在一定限度内需要踏板力与踏板行程之间的精确相配关系。良好的踏板力特性曲线由真空制动助力器已知。因此原则上应同步于踏板运动地极精确调制机电式辅助。然而在此高传动比的电动机具有大的惯性，该惯性限制动态性。例如当力辅助略慢于踏板运动时，则制动踏板将“变硬”，也就是说辅助对于踏板行程而言过小并且踏板行程一踏板力相配关系于是不再位于希望的踏板力特性曲线上。这同样适用于当力辅助过快地进行时，踏板在此情况下“落下”，也就是说踏板力对于踏板行程而言过小。在分析车辆制动设备的操作动态性时，似乎很难实现辅助的电动机相应于真空制动助力器的高动力，尤其是因为制动踏板行程必须极精确地被测量并且由用于该电动机的电子控制单元在控制电动机之前进行处理。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于提出一种用于所描述问题的补救措施。
[0005]为了解决该任务，根据权利要求1前序部分的机电式制动助力器的特征在于，活塞杆支撑在踏板杆上并且通过踏板杆的转动运动进行移动，所述踏板杆能由制动踏板本身或由能借助制动踏板围绕转动轴线转动的中间元件构成，踏板杆的转动轴线能借助(唯一)的电动机大致沿活塞杆的运动方向移动。有利的扩展方案构成从属权利要求的内容。
[0006]提出一种与已知的现有技术、如所提到的DE102009031918A1——在其中电动机直接作用于主制动缸的活塞杆——从根本上不同的机电式制动力放大原理。类似于另外提到的但示出气动式制动助力器或常见的机电式制动助力器(在其前面设置有传动比能通过电动机改变的杠杆机构)的DE102005036922A，借助本发明将电动机的影响与主制动缸的活塞杆分开。在本发明中已经认识到，如踏板传动比选择得足够大，则原则上无需制动助力。但这在实践中导致所需的踏板行程既不能由驾驶员生理上可能的脚行程产生也不能设置在汽车、如轿车的传统的放脚空间中。因此，在本发明中唯一的电动机设置用于将踏板行程调整为常见的数值并且尽管如此仍设置高的踏板传动比。为此根据本发明电动机不提供本来意义上的助力，而是在一定程度上提供辅助功，众所周知其已知在物理上被定义为力和行程的数学乘积。也就是说在根据本发明使用电动机时需由驾驶员为了在液压车辆制动设备中建立确定的制动压力所做的功小于不使用电动机时所做的功。为此电动机改变踏板传动比并因此改变驾驶员须在其制动踏板上做出的行程，使得需由驾驶员为建立制动压力所做的功减少。相反，驾驶员为建立制动压力所须施加的力在使用和不使用电动机时基本相同。
[0007]在此意义中，优选能这样选择所述踏板传动比，使得驾驶员即使在电动机未激活的情况下也能借助在传统起作用的制动助力时常见的力稍微移动活塞杆，所述踏板传动比被定义为踏板杆的转动轴线和驾驶员力导入点之间的距离与所述转动轴线和活塞杆支撑点之间的距离的比值，所述支撑点在踏板杆上位于踏板杆转动轴线和所述力导入点之间。同时通过电动机适合地移动踏板杆的转动轴线将基于这种踏板传动比在电动机未激活时异常大的踏板行程减少至常见的数值，也就是说这样调整，以致产生所希望的常见的踏板行程。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]在附图la、lb中以不同视角示意性示出并且局限于重要部分的第一种实施例用于详细说明，借助该实施例也说明以概括形式的从属权利要求3、4。图2、3作为其它实施例示出第一种实施例的变型方案。
【具体实施方式】
[0009]首先参见图la，以附图标记I表示液压车辆制动设备的主制动缸，所述液压车辆制动设备在主制动缸之后如通常那样构造，主制动缸的活塞杆具有附图标记2。通过使活塞杆2移动到王制动缸I内在王制动缸内以及在制动设备内建立(液压)制动压力，该制动压力通过活塞杆2移出主制动缸I再次消除。
[0010]活塞杆2以其自由的、即远离主制动缸I的或者说伸出主制动缸的端部区段支撑在所谓的踏板杆3上，该踏板杆在根据图la、Ib的实施例中由制动踏板4本身构成，也就是说，踏板杆3相同于制动踏板4的踏板臂，所述踏板臂构成制动踏板4的踏板板部4b和制动踏板4的转动轴线4a之间的连接，制动踏板原则上如通常那样能转动地悬挂在该转动轴线上。在当前基于踏板杆3和制动踏板4的相同性，踏板杆3的转动轴线3a与制动踏板4的转动轴线4a相同，踏板杆能转动地悬挂在转动轴线3a上。
[0011]为了使活塞杆2支撑在踏板杆3上，在踏板杆3上在每一侧设置一个踏板销3c，所述踏板销嵌入设置在活塞杆2自由端部上的活塞杆2的所谓叉头的导槽2a中，所述导槽在当前构造成大致长形孔的形状并且构成槽状导向装置。在附图所示状态中，每个踏板销3c贴靠在大致沿活塞杆2运动方向延伸的导槽2a的朝向主制动缸I的端部上。因此，当踏板杆3或者说制动踏板4通过根据箭头方向5施加到踏板板部4b上的压力从附图所示状态出发朝向主制动缸I转动时，活塞杆2由此进一步移动到主制动缸I中并因此建立制动压力。这样选择所谓的踏板传动比，使得驾驶员能在施加在车辆制动设备中在数值上常见的力的情况下移动活塞杆2，所述踏板传动比为踏板杆3的转动轴线3a和驾驶员力导入点P (该力导入点在当前在根据图la、lb的第一种实施例中位于踏板板部4b处)之间的距离与所述转动轴线3a和活塞杆支撑点(该活塞杆支撑点在踏板杆3上位于踏板杆的转动轴线3a和所述力导入点P之间并且通过踏板销3c定义)之间的距离的比值。但由于借助如此设计的踏板传动比——其基本上由活塞杆2在踏板杆3上的支撑点的适合设置并且在当前通过踏板销3c的定位来产生——在使用常见的主制动缸I的情况下会在建立希望的常见的制动压力时产生过长的踏板行程，根据本发明，转动轴线3a或4a基本上能沿活塞杆2的移动方向移动，围绕所述转动轴线踏板杆3或制动踏板4能转动或者说踏板杆3或制动踏板4悬挂于转动轴线上。
[0012]为了使转动轴线3a或4a如此移动，在根据图la、lb的实施例中，相应铰链9形式的转动轴线3a/4a支承在滚珠丝杆传动机构形式的丝杆6上，在此丝杆6能借助电动机7旋转。在此电动机7由附图中未示出的控制单元控制并且进行旋转，使得驾驶员为建立所希望的制动压力须克服的踏板行程为常见数值，所述控制单元优选根据测量制动踏板4在其转动轴线4a中的旋转角的旋转角传感器的信号获知驾驶员的制动愿望。踏板行程在此同样能通过制动踏板4在其转动轴线4a中的旋转角或通过在驾驶员操作制动踏板时踏板板部4b大致沿水平方向、即大致沿活塞杆2的移动方向经过的距离来说明。根据本发明，在当前唯一的电动机7在踏板行程方面被调节，而非如现有技术中常见的那样在需施加的助力方面被调节。
[0013]当然还应适合地引导支承在丝杆6上的构成转动轴线3a或4a的铰链9，以便使丝杆6的旋转也能实际上引起铰链9在丝杆6上的纵向移动。为了引导，在该机电式制动助力器的适合构造的在此局部示出的支撑单元10中在丝杆6两侧分别设置一个沿丝杆6的纵向延伸的长形孔11，铰链9的导向销9a嵌入长形孔中。另外，主制动缸I和电动机7也能固定在该例如在当前构造为近似U形的支撑单元10上。
[0014]下面亦参见图1b说明本发明机电式制动助力器设计的安全设计。当然，在电动机7或由电动机7和当前具有丝杆6的丝杆传动机构(或概括来说用于移动踏板杆3的转动轴线3a的传动机构)构成的制动助力器机电式致动器故障时，踏板杆3的转动轴线3a不能移动，以致产生不能形成的用于建立较高液压制动压力的踏板行程。为避免这点，在当前在活塞杆2的自由端部中除了已经提到的通过导槽2a和踏板销3c的支撑外还设置另外的所谓的辅助支撑8，其构造成设置在活塞杆2自由端部上的止挡形式，用于制动踏板4踏板臂或踏板杆3的朝向主制动缸I的一侧或者说表面。所述辅助支撑8在此比活塞杆2在正常通过导槽2a和踏板销3c起作用的支撑时更靠近制动踏板4的力导入点P、即在第一种实施例中更靠近踏板板部4b。这一设置使得在机电式致动器或电动机7故障时根据箭头方向5从附图中所示位置在较少的踏板行程后，活塞杆2的辅助支撑8贴靠在踏板杆3上并且通过制动踏板4或踏板杆3根据箭头方向5的进一步转动使活塞杆2仅通过辅助支撑8移动。在此时踏板传动比明显小于正常起作用的支撑时的踏板传动比，虽然明显感觉到需由驾驶员施加到踏板板部4b上的踏板力增加，但同时为建立常见的制动压力所需的踏板行程减少，以致驾驶员仍能简单地实现该踏板行程。就这点而言，在此所描述的机电式制动助力器的故障特性类似于传统的真空制动助力器的故障特性。为防止在这种系统故障时踏板销3c阻碍所希望的活塞杆2的移动，在活塞杆2的叉头中设置已经简要提到过的导槽2a。因此在辅助支撑8被激活后踏板销3c能在该构造为长形孔的导槽2a中移动，在此活塞杆2在一定程度上超越制动踏板4。
[0015]另外，与如今常见的用于连接主制动缸I的车辆制动设备的两个液压制动回路之一中的系统故障情况的设计不同，无需维持制动设备两个制动回路故障时的踏板行程。相反，在本发明中只需维持用于唯一的制动回路故障时的踏板行程，因为用于第二制动回路的踏板行程能被机电式致动器或电动机7补偿。两个制动回路和致动器的故障不必作为多
重故障被考虑。
[0016]下面参考图2示出一种变型方案，其在一定程度上构成作为单元的制动器16，该制动器例如能固定在车辆放脚空间端壁12的背离放脚空间的一侧上并且与如通常设置的制动踏板4共同作用。在此与第一种实施例相同的已经提到的构件使用同样的附图标记。制动器16的壳体10相应于图la、lb的支撑单元。很容易看出，在根据图2的实施例中，踏板杆3是一个能独立围绕转动轴线3a转动的中间元件，活塞杆2支撑在该中间元件上，在此转动轴线3a如上所述能移动并且踏板杆3能借助制动踏板4围绕转动轴线3a转动。为此在通过支架13能转动地悬挂在端壁12上的制动踏板4的踏板臂和踏板杆3的与转动轴线3a相对置的端部之间夹紧一个传动杆14，或者说该传动杆14铰接连接踏板杆3和制动踏板4，使得踏板杆3与制动踏板4 一起转动。结合图1所提到的踏板杆3上的力导入点P在此相应于传动杆14在踏板杆3上的铰接点。
[0017]图3作为另一实施例不出图2的一种变型方案,其中，为了借助电动机7移动踏板杆3的转动轴线3a设置曲柄传动机构15。藉此或借助其它适合的传动比可变的传动机构能在小的力下实现大的动态性并且在大的力下实现高的传动比。此外当然还有许多其它的尤其是在结构方式上不同的方案，并且它们不偏离权利要求的内容。
【权利要求】
1.车辆制动设备的机电式的制动助力器，该制动助力器包括王制动缸(I)，该王制动缸具有能借助制动踏板(4)移动并且在此建立或消除制动压力的活塞杆(2)，该活塞杆也能借助电动机(7)移动并且这个唯一的电动机(7)根据能围绕转动轴线(4a)转动地悬挂的制动踏板(4)的踏板行程或旋转角来控制，使得需由车辆驾驶员为建立制动压力施加到制动踏板(4)上的功小于在没有电动机辅助的情况下为活塞杆(2)的相应移动所需的功，其特征在于，所述活塞杆(2)支撑在踏板杆(3)上并且通过该踏板杆(3)的转动运动进行移动，所述踏板杆能由制动踏板(4)本身或由能借助制动踏板(4)围绕转动轴线(3a)转动的中间元件构成，踏板杆(3)的转动轴线(3a)能借助电动机(7)基本上沿活塞杆(7)的运动方向移动。
2.根据权利要求1的制动助力器，其特征在于，选择踏板传动比，使得驾驶员即使在电动机(7)未激活的情况下也能借助在起作用的制动助力时常见的力稍微移动活塞杆(2)，并且通过电动机适合地移动踏板杆(3)的转动轴线(3a)，将基于这种踏板传动比在电动机(7)未激活时异常大的踏板行程减少至常见的数值，所述踏板传动比被定义为踏板杆(3)的转动轴线(3a)和驾驶员力导入点(P)之间的距离与所述转动轴线(3a)和活塞杆的支撑点之间的距离的比值，所述支撑点在踏板杆(3)上位于踏板杆的转动轴线(3a)和所述力导入点(P)之间。
3.根据权利要求1或2的制动助力器，其特征在于，在所述踏板杆(3)和/或活塞杆(2)上设置辅助支撑(8)，通过该辅助支撑，在电动机(7)故障时或在由电动机和用于移动踏板杆(3)转动轴线(3a)的传动机构构成的机电式致动器故障时，活塞杆(2)在踏板杆(3)的相应转动运动中在活塞杆(2)的所述支撑点和力导入点(P)之间支撑在踏板杆上。
4.根据上述权利要求之一的制动助力器，其特征在于，所述活塞杆(2)通过槽状导向装置支撑在踏板杆(3)上。
5.根据上述权利要求之一的制动助力器，其特征在于，为了借助电动机(7)移动踏板杆(3)的转动轴线(3a)，设置尤其是构造为滚珠丝杆传动机构(6、9)的丝杆传动机构、或曲柄传动机构(15)或传动比可变的其它传动机构。
【文档编号】G05G1/46GK103608224SQ201280028457
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2011年8月16日
【发明者】R·施密特 申请人:宝马股份公司