专利名称：具有可变助力比和减小滞后性的助力制动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于汽车的助力制动装置，这种助力制动装置包括一个控制与汽车制动器相连的制动管路中液压的制动主缸，当汽车驾驶员踩动制动踏板时，该制动主缸可以由一个气动助力器进行启动。
制动主缸通常注有一种制动液，并配有一个主液压活塞，该活塞用于接收作用力，这种作用力由制动力和助力组成，制动力和助力沿一个轴向方向进行作用。
另外，气动助力器可以通过将制动力施加在一个操纵杆上而加以控制，操纵杆控制一个阀开启，以便将作用力施加在制动主缸的主液压活塞上，助力器包括一个刚性外罩，外罩由一个活动隔板密封地分隔成两个室，活动隔板可以受两个室之间的压差作用，使阀开启，使一个气动活塞移动，气动活塞相对于外罩进行移动，配有阀，制动力通过一个柱塞进行传递，柱塞还承受制动主缸中的液压。
在这些装置中，制动主缸的主液压活塞本身包括一个中空活动缸和一些弹性件，活动缸与制动主缸连通，接收至少一部分助力，一个反作用活塞在活动缸中密封地沿轴向方向进行滑动，反作用活塞至少可以接收制动力，弹性件在反作用活塞和活动缸之间施加弹力，使反作用活塞沿制动主缸的方向进行作用，至少一个孔开在活动缸上，使活动缸的内部与制动主缸的内部连通。
这种装置在例如文献FR-A-2658466中有所描述。
这些液压反作用式装置的主要优越性在于，不管制动作用的强度或施加制动力的速度如何，其工作特性曲线、即制动主缸中的压力随助力器制动力的强度而变化的特性曲线是不变的。因此，这些装置在紧急制动情况下不延长反应时间。
但是，这些装置的缺陷是，在启动阶段和松弛阶段之间具有较大的滞后性，在最通常的制动作用中有为明显，也就是说，缺少良好的紧急制动特性。
本发明旨在提出一种液压反作用式助力制动装置，这种助力制动装置在紧急制动情况下具有良好的工作特性，没有滞后性，无需传感器也无需复杂的电子线路，因此成本降低，在任何情况下都安全可靠。
为此，本发明提出一种用于汽车的助力制动装置，它包括一个制动主缸和一个气动助力器，制动主缸注有一种制动液，配有一个主液压活塞，主液压活塞用于接收启动作用力，启动作用力由制动力和助力组成，制动力和助力沿轴向方向进行作用，气动助力器可以通过将制动力施加在一个操纵杆上而加以控制，操纵杆与一个柱塞相连，柱塞控制一个三通阀的开启，以便将启动作用力施加在主液压活塞上，助力器包括一个刚性外罩，刚性外罩由至少一个活动隔板密封地分隔成至少两个室，活动隔板可以受两个室之间的压差的作用，使三通阀开启，并使一个气动活塞移动，气动活塞相对于外罩进行移动，配有三通阀，至少协助传递助力，制动主缸的主液压活塞本身包括一个中空活动缸，活动缸与制动主缸的内部容积连通，接收至少一部分助力，一个反作用活塞在活动缸中密封地沿轴向方向进行滑动，反作用活塞至少可以接收制动力，第一弹性件在反作用活塞和活动缸之间施加第一弹力，使反作用活塞沿制动主缸的方向进行作用，至少一个孔开在活动缸上，使活动缸的内部与制动主缸的内部连通，反作用活塞包括一个常开双通阀装置，可以中断制动主缸内部容积与活动缸内部之间的连通，反作用活塞是组装式的，包括一个第一部件和一个第二部件，第一部件处于不工作位置时在第一弹性件的作用下支承在活动缸上，第二部件可以相对于第一部件进行滑动，第二弹性件对第二部件朝后部施加第二弹力，使第二部件处于不工作位置时支承在第一部件上，第二部件可以在第一部件中密封地进行滑动，一个第三活塞可以在活动缸中密封地进行滑动，第三活塞由第三弹性件弹向后部，以便处于不工作位置时支承在第一部件上，第二弹性件布置在第二部件和第三活塞之间，第三活塞具有一个中央孔，使活动缸的内部与制动主缸的内部容积连通，双通阀装置由一个布置在第二部件或第三部件上的底座形成。
根据本发明，第三活塞是级形活塞，在活动缸的一个阶梯孔中密封地进行滑动，阶梯孔前部的直径小于该阶梯孔后部的直径。
由于这种布置，当进行紧急制动时，反作用活塞的第一部件和第二部件可以彼此相对滑动，对双通阀装置沿闭合方向进行作用，以便反作用活塞在一个较小的截面上接收制动主缸内部压力的反作用力，该截面小于进行正常制动时反作用活塞接收制动主缸内部压力反作用力的截面，助力制动装置的助力比在紧急制动时大于正常制动时的助力比。除了紧急制动之外，当进行制动时，级形活塞形成一个差动活塞，迫使双通阀开启，避免滞后现象。
参照附图以及非限制性实施例，本发明的其它目的、特征和优点将得到更好的理解。
附图如下
图1是本发明一个助力制动装置的剖视图；图2是图1所示装置的中央部分的放大剖视图；图3示出制动主缸根据施加在制动踏板上的作用力而形成的压力曲线图，该曲线图是使用本发明助力制动装置而获得的。
在本发明只涉及对气动助力制动系统的改进，这些气动助力制动系统的一般结构和工作情况是本领域技术人员所公知的，这里对这些系统只简要地回顾一下，以便于理解本发明的改进。
如图所示，这种系统包括一个助力器100和一个制动主缸200。
图中只示出助力器100的中央部分，助力器100通常固定在汽车发动机舱和驾驶室之间的隔离后壁(未示出)上，通过踩踏位于驾驶室中的制动踏板(未示出)进行启动。图中仅示出制动主缸200的后部，制动主缸200控制汽车的液压制动管路，固定在助力器100的前壁上。
通常，助力器/制动主缸系统朝向制动主缸200的部分称为助力器/制动主缸系统的“前部”，而朝向制动踏板的部分称为该系统的“后部”。因此，图中前部在左，后部在右。
助力器100本身包括一个刚性外罩10，外罩10的内部容积由一个活动隔板16密封地分隔成一个前室12和一个后室14，隔板16包括一个膜片18和一个刚性裙部20，可以使一个气动活塞22在外罩10内移动。
前室12的前表面由制动主缸200加以密封封闭，前室12始终与一个真空源(未示出)相连接。后室14的压力由一个三通阀24进行控制，三通阀24由一个操纵杆26加以控制，操纵杆26与制动踏板连接，并与一个柱塞28相连。
当操纵杆26处于不工作位置时，即被拉向右时，阀24使助力器的两个室12和14连通。由于后室14与前室12承受同样的真空，因此，活塞22被一个弹簧25向右推到不工作位置，弹簧25支承在外罩10前壁的内表面上。
操纵杆26向左进行作用，首先将阀24移动成使室12和14彼此隔离，然后将该阀移动成使后室14在大气压下开启。
膜片18所受到的两个室12和14之间的压差在隔板16上施加推力，使之向左移动，并可以使活塞22压缩弹簧25而进行移动。
施加在操纵杆26上的制动力以及由隔板16产生的助力一起沿助力器100的轴线X-X’朝制动主缸200进行作用，共同构成制动主缸200的作用力。
更准确地说，作用力施加在制动主缸的主液压活塞30上，引起向左的移动(参见各附图)，从而提高制动主缸200内部容积V中制动液的压力，使与制动主缸200连接的制动器(未示出)进行作用。
如图2所示，实际上，主液压活塞30是组装式的，包括一个中空活动缸32和一个反作用活塞34。中空活动缸32的内部容积35通过沿轴向方向开在活动缸32上的孔、例如孔36与制动主缸的内部容积V相连通。
除了制动主缸200的内部容积V和活动缸32的内部容积35之间的这些孔36使制动液通过之外，活动缸32在制动主缸200的缸体中进行密封滑动，由于至少配置一个唇口环形密封件37，因此确保这种密封性。
反作用活塞34本身在活动缸32内滑动，通过一个环形密封件38使之进行密封封闭。活动缸32通过一个环40与刚性裙部20相连，以便接收至少一部分由刚性裙部20施加的助力。
反作用活塞34相对于一个推杆42进行轴向布置，推杆42与柱塞28相连，可以对它至少传递施加在操纵杆26上的制动力，操纵杆26本身与柱塞28相连。
现在来描述上述装置的工作情况。
在不工作时，各个不同的活动构件处于图1和2所示的位置，特别是，反作用活塞34在一个弹簧46的作用下朝前支承在活动缸32的一个径向凸肩44上。阀24使两个室12和14连通，因此，这两个室处于相同的减压下。
施加在制动踏板上的第一种力用于超过操纵杆26的复原弹簧的预应力，将阀24置于使两个室12和14处于彼此隔离的位置上。增大施加在制动踏板上的力并不增大制动主缸中的压力，如图3的曲线图上线段OA所示。
在操纵杆26的该预定行程之后，阀24在大气压下使助力器100的后室14开启，在助力器的两个室12和14之间建立起一种压差。这种压差产生一种助力，使刚性裙部20和活动缸32前移。
因此，制动主缸200的内部容积V中的液压提高，通过制动液流经孔36而在活动缸32的内部容积35中建立起来，施加在反作用活塞34的截面S上。
首先，由这种施加在截面S上的压力所产生的力不超过弹簧46的静止预应力，以便反作用活塞34相对于活动缸32停止不动，并与推杆42相距一定距离，此时制动踏板上感觉不到反作用力。这种工作的第一阶段如图3中曲线图的线段AB所示。线段AB的长度称为助力器的“跳动量”。
通过调整弹簧46的静止预应力，可以将助力器的跳动量调节到所需的值。例如如图1和2所示，可以使环40加工有螺纹并拧在活动缸32中，环40将施加在裙部20上的至少一部分助力传递到活动缸32，裙部20支承在环40上。
环40拧在活动缸32中，压缩弹簧46，从而增大弹簧46朝制动主缸施加在反作用活塞34上的预应力，也就是说，增大跳动量的数值。
为了补偿环40拧在活动缸32中所造成的长度缩短，所述环例如制成两个部分，一个部分拧在另一个部分中，以便具有可调节的总长度。
也可以将推杆42本身制成两个部分，一个部分拧在另一个部分中，以便具有可调节的总长度，不管由于环40拧在活动缸32中而产生多大的跳动量，这种长度的调节尤其可以在出现跳动量时改变阀的开度。
在工作的第二阶段，液压在容积V和35中增大，达到一个预定值，从而施加在截面S上，足以克服弹簧46的静止预应力。此时，反作用活塞34朝后移动，与推杆42接触，如图3中曲线图上的点B所示。
反作用活塞34这时对推杆42以及对制动踏板施加反作用力，这种反作用力依助力而定，与制动力相对抗，因此可以由第二种力控制第一种力，如图3中曲线图上的线段BC所示。反作用活塞34此时构成一个承受由活动缸32的内部容积35构成的反作用室中的液压的反作用活塞。
线段BC的斜率等于输出压力与制动力之比，表示制动装置的助力比率。因此，这种助力比率等于活动缸32的截面S1与反作用活塞34的截面S之比。
当助力器后室中的压力达到大气压时，助力达到最大值，因而不再增大。此时的现象称为饱和，如图3中曲线图上的线段CD所示。
在所有工作阶段，柱塞28的行程是启动阀24、改变后室14中的压力所必需的，相当于图3中曲线图上的线段OA，柱塞28和推杆42同活动隔板16一起移动。
不管制动力施加在操纵杆26上的速度如何，也就是说，不管是希望汽车略微减速的正常制动，还是驾驶员感到需要立即停车的紧急制动，每次施加制动动作，都会使制动装置进行上述工作。
在后一种情况下，当然希望迅速获得很大的制动效果，即在制动液压管路中迅速获得高压。本发明可以达到该目的，也就是说，在紧急制动时，可以通过简单而有效的构件立即获得制动高压，而且反应时间最短。
如图2所示，反作用活塞34本身是组装式的，包括一个第一部件50，第一部件50处于不工作位置时，在弹簧46的作用下，朝前支承在活动缸32上。反作用活塞34还包括一个第二部件52，由于配有一个环形密封件63，因此，第二部件52可以密封地在第一部件50内进行滑动。
活动缸32还包括一个第三活塞82，第三活塞82可以密封地在由活动缸32的前部形成的一个轴向阶梯孔84-85中进行滑动，直径较小的部分84位于直径较大的部分85之前。由于配有密封件87和89，因此，可确保滑动时的密封性。位于密封件87和89、第三活塞82及阶梯孔84和85之间的容积91，例如通过一个管道93，与低压制动液容器相连，以便使第三活塞进行运动。在其它实施例中，也可以使容积91是封闭的和隔离的，注有一种可压缩流体、例如空气或一种惰性气体、例如氮气，以便也使第三活塞进行运动。
第三活塞82由一个弹簧86朝后弹回到不工作位置，以便通过一个径向肋88在后部静止地支承在第一部件50上。第三活塞具有一个贯穿的中央孔90，一个弹簧92布置在径向肋88和第二部件52之间。第二部件52还具有一个底座94、例如橡胶底座，可以与第三活塞82进行配合，以堵塞中央孔90。最好在孔90的边缘在第三活塞82的后表面上形成一个凸缘95，以便完全堵塞中央孔90。
弹簧86的静止预应力小于弹簧46的静止预应力，弹簧86和92的静止预应力之和小于弹簧46的静止预应力，以便第二部件52在前部静止地支承在活动缸32上。另外，弹簧92的刚度小于弹簧86的刚度。
汽车行驶时，当对制动踏板施加一种仅仅希望汽车正常减速的制动力时，所述装置如同以上所述的那样进行工作。实际上，制动主缸内部容积V中的压力通过孔90传送到反作用室35中，施加在第一部件50的截面S上，使之由于环形密封件63的密封性而与第二部件52同时向后移动，直至第二部件52与推杆42相接触。
同时，制动液的压力施加在第三活塞82的两端。由于其阶梯形状，并且由于容积91与容器连接，第三活塞82是一个差动活塞。第三活塞82承受一种朝前部的力，移动的距离同制动主缸中的压力以及阶梯孔的两部分85和84的截面之间的差别和弹簧86的静止预应力的作用成正比。
当驾驶员放松操纵杆26时，助力器后室14中的压力降低，因而助力减小。因此，活动隔板16由弹簧25弹回到后部，使活动缸32一起移动。制动主缸内部容积V中的压力如同孔90和反作用室35中的压力一样降低。实际上，反作用室35通过孔90始终与制动主缸的内部容积V连通，因为差动活塞82朝前部移动。在制动主缸中的压力降低的过程中，差动活塞82逐渐回复到其不工作位置。
制动力增大时和制动力减小时，制动装置的工作特性曲线与图3所示曲线图一致，通过点O、A、B、C和D。
反之，在紧急情况下进行制动时，即当施加在制动踏板上的制动力非常快速地增大而达到一个很高的数值时，柱塞28和推杆42非常快速地向前移动，尤其是相对于刚性裙部20进行前移，前室和后室之间的压差来不及建立和使活动隔板16移动。这种现象带来两个后果。
一方面，柱塞28朝前部的补充运动致使阀24开度较大，可以较快地增大后室14中的压力。
另一方面，同时，推杆24与第二部件52接触，使之在第一部件50的孔径62中朝前部滑动。在这种运动中，弹簧46不被压缩，唯一的作用只是保持第一部件50支承在径向凸肩44上。弹簧86的刚度大于弹簧92的刚度，弹簧92被弹簧86压缩，使第二部件52与差动活塞82接触，或者更准确地说，使底座94与凸缘95接触。从这时开始，就要轮到弹簧86被压缩。
第二部件52/差动活塞82组件朝前部的运动不受限制，因为该组件在具有恒定容积的反作用室35中移动，容积91与低压制动液容器相连接。
在这种运动中，制动主缸的内部容积V和反作用室35之间的连通被中断。于是，制动主缸内部容积V中的液压施加在差动活塞82上，施加在由阶梯孔84-85的部分84所确定的截面S2上。因此，在这种紧急制动情况下，助力比等于活动缸32的截面S1与差动活塞82的截面S2之比，差动活塞82此时支承在反作用活塞34的第二部件52上，液压施加在该部件上，而且，助力比由阶梯孔部分84的截面加以确定。
由于截面S2小于第一部件50的截面S，因此，在紧急制动情况下，助力比大于正常制动情况下的助力比。制动装置的工作情况如图3中曲线图上的线段BE所示。
因此，对于同样的瞬时制动力F1来说，所获得的瞬时压力P2显著大于正常制动情况下获得的瞬时压力P1。另一方面，由于助力比比较大，因此较快地达到饱和现象，如点E所示。
可以自由选择这种第二助力比，通过对凸缘95的直径和孔90的直径选择较小的数值，使助力比达到所需数值。但是，孔90的直径必须足以在正常工作情况下使反作用室95的液压升高，而不会在同制动主缸的容积V的连通方面带来限制。
当驾驶员在紧急制动后松弛时，操纵杆26的朝后返回使柱塞28和阀24移动，此时使前后室彼此连通。因此，活动隔板16和活动缸32在弹簧25的作用下向后移动，制动主缸内部容积V中的压力降低。
同时，由于推杆42已经后移，弹簧86可以将差动活塞82和第二部件52向后推。该工作阶段如图3中曲线图上的线段DE和EB所示。当径向肋88支承在第一部件50上时，到达图3中曲线图上的点B，弹簧92此时将第二部件52一直推到使之也支承在第一部件50上。
这样，各个不同的活动构件处于其不工作位置，如图2所示，反作用室35重新与制动主缸的内部容积连通。
因此，本发明实现一种助力制动装置，这种装置具有在紧急制动情况下提高工作性能的优越性，因为它所具有的助力比显著大于正常工作情况下它所具有的助力比。由于在极端情况下柱塞28和推杆42相对于刚性裙部20进行相对运动，因此，无需传感器也无需复杂的电子电路，只要简单操作，即可自动改变助力比。就每种助力比而言，工作特性曲线对于启动阶段和松弛阶段来说是相同的。用于获得这些结果的构件比较简单，因此成本降低，且在正常工作情况及紧急情况下，都安全可靠。
权利要求
1．一种用于汽车的助力制动装置，它包括一个制动主缸(200)和一个气动助力器(100)，制动主缸(200)注有一种制动液，配有一个主液压活塞(30)，主液压活塞(30)用于接收启动作用力，启动作用力由制动力和助力组成，制动力和助力沿轴向方向进行作用，气动助力器(100)可以通过将制动力施加在一个操纵杆(26)上而加以控制，操纵杆(26)与一个柱塞(28)相连，柱塞(28)控制一个三通阀(24)的开启，以便将启动作用力施加在主液压活塞(30)上，助力器包括一个刚性外罩(10)，刚性外罩(10)由至少一个活动隔板(16)密封地分隔成至少两个室(12,14)，活动隔板(16)可以受两个室(12,14)之间的压差的作用，使三通阀(24)开启，并使一个气动活塞(22)移动，气动活塞(22)相对于外罩(10)进行移动，配有三通阀(24)，至少协助传递助力，制动主缸(200)的主液压活塞(30)本身包括一个中空活动缸(32)，活动缸(32)与制动主缸的内部容积(V)连通，接收至少一部分助力，一个反作用活塞(34)在活动缸中密封地沿轴向方向进行滑动，反作用活塞(34)至少可以接收制动力，第一弹性件(46)在反作用活塞(34)和活动缸(32)之间施加第一弹力，使反作用活塞(34)沿制动主缸(200)的方向进行作用，至少一个孔(36)开在活动缸(32)上，使活动缸的内部(35)与制动主缸的内部(V)连通，反作用活塞(34)包括一个常开双通阀装置(94,95)，可以中断制动主缸内部容积(V)与活动缸(32)内部(35)之间的连通，反作用活塞(34)是组装式的，包括一个第一部件(50)和一个第二部件(52)，第一部件(50)处于不工作位置时在第一弹性件(46)的作用下支承在活动缸(32)上，第二部件(52)可以相对于第一部件(50)进行滑动，第二弹性件(46,92)对第二部件(52)朝后部施加第二弹力，使第二部件处于不工作位置时支承在第一部件(50)上，第二部件(52)可以在第一部件(50)中密封地进行滑动，一个第三活塞(82)可以在活动缸(32)中密封地进行滑动，第三活塞(82)由第三弹性件(86)弹向后部，以便处于不工作位置时支承在第一部件(50)上，第二弹性件(92)布置在第二部件(52)和第三活塞(82)之间，第三活塞(82)具有一个中央孔(90)，使活动缸(32)的内部(35)与制动主缸(200)的内部容积连通，双通阀装置(94,95)由一个布置在第二部件(52)或第三部件(82)上的底座(94)形成，其特征在于，第三活塞(82)是级形活塞，在活动缸(32)的一个阶梯孔(84,85)中密封地进行滑动，阶梯孔前部(84)的直径小于该阶梯孔后部(85)的直径。
2．根据权利要求1所述的助力制动装置，其特征在于，制动主缸(200)内部容积(V)中制动液的压力，当双通阀装置(94,95)开启时，施加在中空活动缸(32)的一个第一截面(S)上，当双通阀装置(94,95)关闭时，施加在反作用活塞(34)的一个第二截面(S2)上，第二截面(S2)小于第一截面(S)。
3．根据权利要求1所述的助力制动装置，其特征在于，柱塞(28)与一个推杆(42)相连，当柱塞(28)和活动隔板(16)之间进行相对运动时，推杆(42)沿关闭方向对双通阀装置(56,58,66,74,94)进行作用。
4．根据权利要求1所述的助力制动装置，其特征在于，第三活塞(82)和阶梯孔(84,85)确定一个容积(91)，该容积(91)承受一种恒定的压力。
5．根据权利要求4所述的助力制动装置，其特征在于，由第三活塞(82)和阶梯孔(84,85)确定的容积(91)始终与一个低压制动液容器相连。
6．根据权利要求1所述的助力制动装置，其特征在于，第三活塞(82)和阶梯孔(84,85)确定一个容积(91)，该容积(91)注有一种可压缩流体。
全文摘要
本发明涉及汽车的助力制动装置，它包括制动主缸(200)和气动助力器(100)，助力器包括刚性外罩(10)，由至少一个活动隔板(16)密封地分隔成至少两个室(12，14)。制动主缸(200)的主液压活塞(30)本身包括中空活动缸(32)，反作用活塞(34)在活动缸中滑动，反作用活塞(34)包括常开双通阀装置(94 95)，可以中断制动主缸内部容积(V)与活动缸内部(35)之间的连通，反作用活塞(34)包括第一部件(50)和第二部件(52)，第一部件(50)处于不工作位置时支承在活动缸上，第二部件(52)处于不工作位置时支承在第一部件(50)上，第三活塞(82)可以在活动缸中密封滑动，处于不工作位置时支承在第一部件上，具有中央孔(90)，使活动缸的内部(35)与制动主缸的内部连通。根据本发明，第三活塞(82)是级形活塞，在活动缸的阶梯孔(84，85)中密封滑动，阶梯孔前部(84)的直径小于该孔后部(85)的直径。
文档编号B60T13/52GK1237929SQ9719991
公开日1999年12月8日 申请日期1997年9月17日 优先权日1996年11月22日
发明者巴卡迪特·J·西蒙 申请人:博施制动系统公司