一种汽车线控制动系统用电动泵的制作方法

本发明属于汽车行业，应用于汽车线控制动系统中。

背景技术：

随着汽车技术的发展，新能源汽车、智能驾驶汽车成为汽车发展的主要方向，这两种汽车大多数采用线控制动系统。新能源车辆进行制动能量回收时，线控制动系统需要高压液压源提供期望压力的高压制动液，与再生制动相协调满足驾驶员的制动需求；智能驾驶车辆进行主动干预制动时，线控制动系统需要高压液压源提供高压制动液对车辆制动轮缸施加相应的制动压力。传统的真空助力器带制动主缸制动系统由于没有主动增压功能，无法提供稳定的可控的高压液压源，已经无法满足新型车辆的制动需求。

线控制动系统需要一个可稳定控制并迅速反应的高压液压源，并且需要在低温条件（例如-30℃左右）下能够正常工作。目前的线控制动系统的高压液压源增压装置为对置式柱塞液压泵，由电机带动凸轮（或偏心轮）转动，凸轮（或偏心轮）带动柱塞往复运动形成高压。其缺点是：柱塞泵直接由电机凸轮带动，没有减速增力机构，由于需要输出高压（最高20mpa以上）制动液，柱塞泵柱塞横截面积设计得较小，因此有效容积较小，需要快速往复运动才能及时输出制动所需的足够容积高压制动液。柱塞泵靠柱塞腔容积变化产生的真空吸力进行补液。目前线控制动系统主要使用的制动液（例如dot3或dot4型号）低温时粘度增加，制动液流动性变差，由于柱塞移动的较快，在每次工作循环中无法及时吸入足够的制动液，导致柱塞泵输出高压制动液效率下降甚至无法建压，影响驾驶安全。由于制动液粘度增加，进入柱塞与柱塞腔内壁配合缝隙的制动液减少，柱塞与柱塞腔内壁容易形成干摩擦，导致柱塞泵过快磨损，减少了使用寿命。

技术实现要素：

本发明提供一种汽车线控制动系统用电动泵，以解决现有液压泵单次循环提供的高压制动液容积小，每次工作循环中吸入的制动液少，输出高压制动液效率低，柱塞泵磨损快，使用寿命的问题。

本发明的技术方案是：导向套与缸体内孔过盈配合，轴向一端与缸体内孔限位台阶接触，导向套内孔为圆柱面，圆柱面两侧对称有轴向导轨通槽，圆柱面底有轴向齿条通槽，活塞一端为密封圆柱面，一端为导向部分，密封圆柱面直径大于导向部分直径，副皮碗与活塞的密封圆柱面套接，导向部分圆柱面轴向两侧对称有条形凸起导轨，底部轴向有齿条，活塞密封圆柱面与缸体主孔间隙配合，导向部分与导向套内孔圆柱面间隙配合，导轨通槽与导轨间隙配合，以保证活塞在导向套内沿轴向滑动，避免活塞与缸体内孔的偏磨，弹簧限位套一端有向外侧的翻边，与缸体底部端面接触，另一端与活塞导向柱径向间隙配合，导向柱一端铆接限位挡圈，弹簧限位套侧壁上有通孔，活塞回位弹簧一端与弹簧限位套翻边接触，一端与活塞接触，齿条与齿条通槽间隙配合，齿条顶部与齿条通槽底部面留有间隙，端盖组件与缸体内孔一端固定连接，端盖组件端面与导向套端面留有间隙，装配状态下端盖组件与活塞尾端接触面处安装有触点开关，另一端固定安装具有防尘防水作用的透气塞，通孔与缸体内孔相通，齿轮组减速机构由四个齿轮啮合，依次为电机轴锥齿轮、一级减速齿轮、二级减速齿轮、换位齿轮，一级减速齿轮、二级减速齿轮两轴端分别与缸体侧壁和压盖内镶嵌的轴承内孔间隙配合，轴向位置固定，旋转电机安装在压盖内，并通过电机轴与锥齿轮连接，换位齿轮主动轮圆周方向为弧形排布的直齿，连续的宽齿之后是连续的窄齿，窄齿沿换位齿轮主动轮一侧排列，宽齿齿数为m个，窄齿齿数为n个，换位齿轮从动轮和相啮合的二级减速齿轮主动轮均为直齿，二级减速齿轮主动轮齿宽大于换位齿轮从动轮齿宽，以保证在换位齿轮切换位置后仍然能够互相啮合，换位齿轮主动轮一侧端面径向靠近外缘处固定有位置块，位置块为长条形，与换位齿轮主动轮端面垂直，位置块外壳为非导磁材料，沿轴向有长条槽，槽一端与齿轮端面距离为s，长条槽内镶嵌有长条块状永磁铁，永磁铁一端面与换位齿轮轴轴心的连线与换位齿轮主动轮第一齿中心线角度为α，霍尔传感器固定在缸体侧壁上，当换位齿轮带动永磁铁旋转到霍尔传感器端面附近位置时，径向间隙为d，永磁铁触发霍尔传感器向电控单元发出信号，永磁铁轴向长度要保证换位齿轮在轴向的两个工作位置均能在换位齿轮带动永磁铁旋转到霍尔传感器端面附近位置时触发霍尔传感器发出信号，换位齿轮轴两端分别与缸体侧壁和压盖内镶嵌的轴承内孔间隙配合，直线电机固定在压盖外侧，推杆与换位齿轮轴同轴，装配状态时在回位弹簧的作用下，换位齿轮轴一端与限位滑块接触时，另一端伸出压盖外壁长度为l，并且与推杆端面间隙为k，以保证换位齿轮在装配状态下不承受轴向力，挡盖固定安装在缸体侧壁外侧，与换位齿轮轴同轴，限位滑块、回位弹簧、挡盖依次轴向接触。挡盖内部有台阶，限位滑块可在挡盖限位腔内轴向滑动，限位滑块距离台阶的距离为p，p大于l，以保证在换位齿轮切换工作位置后受到的轴向力仅为回位弹簧抗力，减小换位齿轮轴旋转时摩擦阻力，缸体在齿条与换位齿轮主动轮啮合处有豁口，宽度为可以容纳换位齿轮在两个工作位置啮合运动不发生干涉，缸体端部有进液口ⅱ和出液口，进液口ⅱ与储液罐之间有单向阀，温度传感器安装在储液罐内，出液口与高压蓄能器之间有单向阀，缸体两皮碗槽之间有进液口ⅰ5进液口方向竖直向上，缸体前腔沿内壁圆周均匀分布有若干轴向的浅槽，双侧进液口的结构有利于制动液在真空吸力的作用下及时补充，齿条齿数等于窄齿与宽齿齿数之和，主皮碗为截面e字型皮碗，e字型开口处朝向建压侧。

本发明的优点在于：结构新颖，可以在低温状态下自动转换换位齿轮主动轮与齿条啮合齿数，从而减少活塞建压行程，增加活塞回位行程时间，有利于低温时制动液的及时补充，保证在低温状态下电动泵可靠工作；齿轮减速机构增大了活塞的推力，单次工作可产生大容积的高压制动液，输出同样体积的高压制动液需要活塞往复移动次数减少，降低了活塞的移动速度，提高了电动泵的使用寿命；独特的结构和控制方法保证齿轮齿条正确啮合，预防打齿现象的发生。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的d向剖视示意图；

图3是本发明永磁铁触发霍尔传感器时转角的位置关系示意图；

图4是本发明换位齿轮的结构示意图；

图5是本发明活塞的结构示意图；

图6是本发明导向套的结构示意图；

图中，活塞回位簧1、弹簧限位套2、限位挡圈3、主皮碗4、进液口ⅰ5、副皮碗6、活塞7、缸体8、导向套9、端盖组件10、透气塞11、通孔12、触点开关13、齿条14、豁口15、换位齿轮16、二级减速齿轮17、一级减速齿轮18、锥齿轮19、旋转电机20、压盖21、单向阀22、出液口23、进液口ⅱ24、单向阀25、位置块26、前腔27、储液罐28、温度传感器29、直线电机30、换位齿轮轴31、导轨32、从动轮33、台阶34、挡盖35、回位弹簧36、限位滑块37、轴承38、二级减速齿轮从动轮39、换位齿轮主动轮40、推杆41、永磁铁42、通孔43、导向柱44、宽齿45、窄齿46、导轨通槽47、齿条通槽48、霍尔传感器49、限位台阶50、浅槽51。

具体实施方式

导向套9与缸体8内孔过盈配合，轴向一端与缸体8内孔限位台阶50接触，导向套9内孔为圆柱面，圆柱面两侧对称有轴向导轨通槽47，圆柱面底有轴向齿条通槽48，活塞7一端为密封圆柱面，一端为导向部分，密封圆柱面直径大于导向部分直径，副皮碗6与活塞7的密封圆柱面套接，导向部分圆柱面轴向两侧对称有条形凸起导轨32，底部轴向有齿条14，活塞7密封圆柱面与缸体8主孔间隙配合，导向部分与导向套9内孔圆柱面间隙配合，导轨通槽47与导轨32间隙配合，以保证活塞7在导向套9内沿轴向滑动，避免活塞7与缸体8内孔的偏磨，弹簧限位套2一端有向外侧的翻边，与缸体8底部端面接触，另一端与活塞7导向柱44径向间隙配合，导向柱44一端铆接限位挡圈3，弹簧限位套2侧壁上有通孔43，活塞回位弹簧1一端与弹簧限位套2翻边接触，一端与活塞7接触，齿条14与齿条通槽48间隙配合，齿条14顶部与齿条通槽48底部面留有间隙，端盖组件10与缸体8内孔一端固定连接，端盖组件10端面与导向套9端面留有间隙，装配状态下端盖组件10与活塞7尾端接触面处安装有触点开关13，另一端固定安装具有防尘防水作用的透气塞11，通孔12与缸体8内孔相通，齿轮组减速机构由四个齿轮啮合，依次为电机轴锥齿轮19、一级减速齿轮18、二级减速齿轮17、换位齿轮16，一级减速齿轮18、二级减速齿轮17两轴端分别与缸体8侧壁和压盖21内镶嵌的轴承38内孔间隙配合，轴向位置固定，旋转电机20安装在压盖21内，并通过电机轴与锥齿轮19连接，换位齿轮主动轮40圆周方向为弧形排布的直齿，连续的宽齿45之后是连续的窄齿46，窄齿46沿换位齿轮主动轮40一侧排列，宽齿45齿数为m个，窄齿46齿数为n个，换位齿轮从动轮33和相啮合的二级减速齿轮主动轮39均为直齿，二级减速齿轮主动轮39齿宽大于换位齿轮从动轮33齿宽，以保证在换位齿轮16切换位置后仍然能够互相啮合，换位齿轮主动轮40一侧端面径向靠近外缘处固定有位置块26，位置块26为长条形，与换位齿轮主动轮40端面垂直，位置块26外壳为非导磁材料，沿轴向有长条槽，槽一端与齿轮端面距离为s，长条槽内镶嵌有长条块状永磁铁42，永磁铁42一端面与换位齿轮轴31轴心的连线与换位齿轮主动轮40第一齿中心线角度为α，霍尔传感器49固定在缸体8侧壁上，当换位齿轮16带动永磁铁42旋转到霍尔传感器49端面附近位置时，径向间隙为d，永磁铁42触发霍尔传感器49向电控单元发出信号，永磁铁42轴向长度要保证换位齿轮16在轴向的两个工作位置均能在换位齿轮16带动永磁铁42旋转到霍尔传感器49端面附近位置时触发霍尔传感器49发出信号，换位齿轮轴31两端分别与缸体8侧壁和压盖21内镶嵌的轴承38内孔间隙配合，直线电机30固定在压盖21外侧，推杆41与换位齿轮轴31同轴，装配状态时在回位弹簧36的作用下，换位齿轮轴31一端与限位滑块37接触时，另一端伸出压盖21外壁长度为l，并且与推杆41端面间隙为k，以保证换位齿轮16在装配状态下不承受轴向力，挡盖35固定安装在缸体8侧壁外侧，与换位齿轮轴31同轴。限位滑块37、回位弹簧36、挡盖35依次轴向接触，挡盖35内部有台阶34，限位滑块37可在挡盖35限位腔内轴向滑动，装配状态时，限位滑块37距离台阶34的距离为p，p大于l，以保证在换位齿轮16切换工作位置后受到的轴向力仅为回位弹簧36抗力，减小换位齿轮轴31旋转时摩擦阻力，缸体8在齿条14与换位齿轮主动轮40啮合处有豁口15，宽度为可以容纳换位齿轮16在两个工作位置啮合运动不发生干涉，缸体8端部有进液口ⅱ24和出液口23，进液口ⅱ24与储液罐28之间有单向阀25，温度传感器29安装在储液罐28内，出液口23与高压蓄能器之间有单向阀22，缸体8两皮碗槽之间有进液口ⅰ5，进液口方向竖直向上，缸体8前腔27沿内壁圆周均匀分布有若干轴向的浅槽51，双侧进液口的结构有利于制动液在真空吸力的作用下及时补充，齿条14齿数等于窄齿46与宽齿45齿数之和，主皮碗4为截面e字型皮碗，e字型开口处朝向建压侧。

预先根据汽车线控制动系统设计需要选定制动液型号，设定门限温度a。设定触点开关13与活塞7尾端接触时为断开，与活塞7尾端分离时为闭合。电动泵未工作时，活塞7在活塞回位簧1的作用下一端与端盖组件10端面接触。齿条14的第一个齿刚好在换位齿轮主动轮40第一个齿可以正确啮合的位置。当蓄能器压力或者蓄能器制动液容积低于预先设定的要求时，根据储液罐28内温度传感器29探测到的制动液的温度与门限温度a做比较。

情况一，电控单元检测到制动液的温度高于门限温度a。

分为三步

步骤一：电控单元检测触点开关13状态：

1、触点开关13为闭合，旋转电机20、直线电机30均不通电，电控单元向驾驶员发出报警信号，警告电动泵工作异常。

2、触点开关13为断开，电控单元发出指令，直线电机30不通电，此时装配状态下换位齿轮在回位簧的作用下有窄齿46的一侧与齿条14位于可以啮合的位置。旋转电机20通电。

步骤二：齿轮组减速机构带动换位齿轮主动轮40旋转，有窄齿46的一侧第一个齿与齿条14第一个齿相啮合，活塞7向前移动，活塞7尾端与端盖组件10端部分离，触点开关13状态切换为为闭合。前腔27内制动液建立初步压力，进液口ⅱ24单向阀25关闭，主皮碗4在制动液压力的作用下向e字型开口反方向膨胀密封。换位齿轮主动轮40与齿条14继续啮合，活塞7继续向前移动，高压制动液通过出液口23单向阀22进入高压蓄能器。换位齿轮主动轮40与齿条14最后一对齿脱离啮合后，活塞7在活塞回位簧1作用下向后移动。出液口23单向阀22关闭，制动液在真空吸力的作用下将进液口ⅱ24单向阀25打开，从储液罐28进入前腔27，主皮碗4在真空吸力的作用下收缩，制动液经由进液口2通过主皮碗4弹性形变产生的与缸体8的间隙进入前腔27。活塞7继续后移。换位齿轮16旋转到换位齿轮主动轮40第一齿中心线与齿条14第一齿啮合位置还有β角（保证不发生打齿的情况下，β角尽量小）时，永磁铁42触发霍尔传感器49向电控单元发出信号，电控单元收到信号后开始检测触点开关13状态：

1、如果是断开，保持旋转电机20通电，重复步骤二；

2、如果是闭合，旋转电机20断电，电控单元向驾驶员发出报警信号，警告电动泵工作异常。

步骤三：当蓄能器压力或者蓄能器制动液容积达到预先设定的要求时，以下条件满足其中之一旋转电机20断电。

1、触点开关13断开状态时。

2、霍尔传感器49再次触发时。

情况二，电控单元检测制动液的温度低于门限温度a。

分为三步

步骤一：电控单元检测触点开关13状态：

1、触点开关13为闭合，旋转电机20、直线电机30均不通电，电控单元向驾驶员发出报警信号，警告电动泵工作异常。

2、触点开关13为断开，电控单元发出指令，直线电机30通电，直线电机30推杆41推动换位齿轮轴31移动距离为l，使换位齿轮主动轮40位置换位到只有宽齿45可以与齿条14进行啮合的位置。然后旋转电机20通电。

步骤二：齿轮组减速机构带动换位齿轮主动轮40旋转，无窄齿46的一侧第一个齿与齿条14第一个齿相啮合，开始进行与情况一中步骤二类似的工作过程。换位齿轮16旋转到换位齿轮主动轮40第一齿中心线与齿条14第一齿啮合位置还有β角时，永磁铁42触发霍尔传感器49向电控单元发出信号，电控单元检测触点开关13状态：

1、如果是断开，保持旋转电机20通电，保持直线电机30通电。重复步骤二；

2、如果是闭合，旋转电机20断电，然后直线电机30断电，换位齿轮16在回位弹簧36的作用下回到初始位置。电控单元向驾驶员发出报警信号，警告电动泵工作异常。

步骤三：当蓄能器压力或者蓄能器制动液容积达到预先设定的要求时，以下条件满足其中之一旋转电机20断电，然后直线电机30断电，换位齿轮16在回位弹簧36的作用下回到初始位置。

1、触点开关13断开状态时。

2、霍尔传感器49再次触发时。

本发明的工作原理：制动液的粘度主要与制动液的型号和温度有关。当型号选定时，温度越低，制动液的粘度越大，流动性越差。预先根据汽车线控制动系统设计需要选定制动液型号，设定门限温度a，当制动液温度高于门限温度a时，换位齿轮齿数较多的一侧与齿条啮合，因此电动泵压缩行程较长，以较高的效率进行工作，此时制动液粘度较低，活塞回程时可以及时对前腔进行补充。当制动液温度低于门限温度a时，直线电机推杆推动换位齿轮轴向移动，换位齿轮齿数较少的一侧与齿条啮合，电动泵压缩行程变短，效率降低，但仍能满足汽车线控制动系统的制动需求。虽然此时制动液的粘度较高，由于每次需要补充的制动液减少，同时活塞回位的时间变长，制动液仍然能够及时对前腔进行补充，保证电动泵稳定的输出高压制动液。通过试验匹配等技术手段确定合理的宽齿齿数m、窄齿齿数n、位置块角度、霍尔传感器位置、活塞回位簧抗力、皮碗硬度、活塞直径等参数，在尽可能提高电动泵输出高压制动液效率的前提下，保证绝大多数工况时，活塞能够先于换位齿轮主动轮第一个齿与齿条第一个齿相啮合时回到装配位置。为避免极特殊情况时出现打齿现象，在换位齿轮端面适当位置安装带有长条形永磁铁的位置块，在压盖上安装霍尔传感器，在端盖组件端面安装触点开关。电动泵工作时，电控单元检测相关信号并判断出换位齿轮主动轮第一个齿与齿条第一个齿将要啮合时活塞是否已经回位，如果活塞没有回位，说明存在打齿的风险，电控单元立即将旋转电机断电，并向驾驶员发出警报信号。