专利名称：车辆制动器，特别是钳式制动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆制动器，特别涉及钳式制动器，所述制动器具有壳 体、容纳在壳体中并可相对于壳体线性移动以移动制动衬垫的制动活塞 和用于移动制动活塞的机械致动装置，其中制动活塞可利用液压制动回 路充注液压腔而在壳体中移动，并且其中机械致动装置包括可旋转地安 装在壳体中并且可旋转设置的丝杠，其中由于丝杠旋转运动，制动活塞 相对于壳体线性移动。
背景技术：
这种制动器是例如从文献WO2005/073043Al获知的。在这种车辆制 动器中，在行车制动操作过程中，通过用液压流体充注液压腔，制动活 塞在壳体内移动以将制动衬垫朝向制动盘移动并达到制动效果。为获得 驻车制动效果，丝杠旋转设置以便制动活塞机械地移动或至少被限制。 特别地，当要获得高驻车制动力时，必须提供有力的旋转轴驱动，这导 致设计成本增加。为了解决这个问题，在前面引用的现有技术中已经考 虑的方案是通过首先液压移动制动活塞，并且接着在暂时保持液压压力 的同时，旋转设置丝杠来开始驻车制动操作。换句话说，在该现有技术 中，提供了当用于特定操作状态的驻车制动系统必须支持比其自身所能 产生的制动力大的制动力时，行车制动系统产生额外所需的制动力。然 而常规车辆制动器已经出现了耗费相对大量时间的问题，特别是在施加 制动过程还有在释放制动过程。特别的是，用来释放驻车制动的时间被 发现是一种危害，因为驾驶员有着与他对机械驻车制动器相同的期待， 即驻车制动器将在制动器开关致动后立即释放。因此要避免较长时间的 延迟，这种延迟会不利地影响例如开动(drive-away)操作。但上面引用 的现有技术所提供的，特别地在高驻车制动力的情况下，甚至额外需要液压辅助以释放驻车制动，因为通常驻车制动器的电动机驱动不会强大 到足以克服由驻车制动力引起的自锁效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种开始描述类型的车辆制动器，其在具有简 单因而便宜的结构的同时，提供驻车制动状态的快速实现以及特别是驻 车制动状态的快速解除。
该目的是通过开始描述类型的车辆制动器实现的，其中设有具有n
个行程(flight)的自锁螺纹的丝杠，其中数字n和螺纹导程是以螺纹接
近自锁界限的方式选择的。使用具有自锁螺纹和大导程的丝杠初看起来 似乎与低功率且因而便宜设计的电动机驱动的要求相悖。 一般情况下，
假定夹紧力恒定(例如15kN)，则如果丝杠导程增加，所需扭矩(且因
而所需的电动机输出)就上升。但是，如果当产生驻车制动操作时制动 活塞的实质移动是液压实现的，从而丝杠只是不得不移动进锁定位置而 基本上没有反向力，那么由于利用这样的丝杠，制动活塞不产生作用或
仅产生微小作用，因此可以对丝杠使用低功率驱动。而且，因为这样自 锁可以更容易地克服，所以利用具有较大导程设计的丝杠的驻车制动状 态的解除是更为容易的。
当结合本发明说明书使用术语"丝杠"时，该术语意味着所述丝杠 可设在简单的螺母一丝杠布置的结构。但是，相同地，该术语还包括丝
杠设在滚珠丝杠驱动中或设在行星滚动丝杠(planetary rolling threaded-spindle)装置中或设在斜面装置中的应用。本发明所有提及的应 用同时由权利要求的措词涵盖。
可设置任何需要数量的行程或任何需要尺寸的导程。但决定因素是 螺纹仍是自锁设计，因为如果不是这样的话驻车制动状态就不能被保持。
根据本发明，可设置为制动活塞与壳体包围液压腔。可进一步设置 为在行车制动操作过程中，制动活塞可液压移动，并且在驻车制动操作 过程中，所述制动活塞可利用丝杠被限制在驻车制动位置。因此，在驻 车制动状态下，丝杠作为支杆的一部分，制动活塞经由所述支杆支撑抵靠在壳体上，以便作用力可以被保持。本发明的改进设置成丝杠与优选
容纳在制动活塞中的螺母装置以螺纹方式(thread-wise)相互作用。在该 连接中，可设置为驻车制动状态中的制动活塞支撑在螺母装置上，该螺 母装置因而以自锁方式支撑在所述丝杠上。
如上面已经提到的，根据本发明可设置为，为了实现特别是高驻车 制动力，制动活塞可通过充注液压腔而移动，并且在移动状态下，所述 螺母装置利用所述丝杠可移动到闭锁位置。可进一步设置为，为解除驻 车制动作用，制动活塞通过驱动丝杠或螺母装置可移动离开闭锁位置。 由于大螺纹导程，这是特别容易的。因此不再需要额外的液压辅助以解 除驻车制动状态。
可优选地设置为，丝杠可由电动机驱动，例如经具有已根据丝杠导 程调整的齿轮比的齿轮装置，特别是行星齿轮装置由电动机驱动。由于 这种方法，还可以使用具有相应低功率消耗的低功率设计的电动机。因 为低功率消耗，所以电动机控制单元可集成在液压系统的控制单元中。
关于多头螺纹设计，根据本发明可设置为n在l至4范围内，优选为2。
根据本发明，可以进一步设置为螺纹导程在l至5mm范围中，优选 大约2.5mm。
以下参考附图以实施例的方式描述本发明。 附图l根据本发明的车辆制动器的剖视图； 附图2丝杠装置的详细视附图3涉及根据本发明的车辆制动器操作的不同图表。
具体实施例方式
在附图1中，根据本发明的车辆制动器整体地由IO表示。车辆制动 器IO采用钳式制动器的形式。它包括以浮动制动钳原理在其中容纳两制 动衬垫14和16的壳体12。制动衬垫16可通过制动活塞18沿轴线A向仅由短划线表示的制动盘20移动。
制动活塞18与壳体12包围液压腔22。制动活塞18为中空设计。 具有锥形头部26的螺母装置24容纳在制动活塞18中。锥形头部26可 以用来在制动活塞18内部与互补设计的锥形部28闭锁接合。而且螺母 装置24以旋转固定的方式容纳在可线性移动的制动活塞18中。螺母装 置24同样是中空设计并设有螺纹部30。丝杠32设置在螺纹部30中，该 丝杠32以螺纹方式与螺纹部30啮合。丝杠32是附图2中详细示出的主 轴构件34的一部分。主轴构件34以旋转固定的方式与行星齿装置38 的齿轮输出元件36连接。行星齿轮装置38具有适于丝杠导程的齿轮比， 并且可经由优选具有驱动齿带40的机构由电动机42驱动。行星齿轮装 置38和齿带以及其上设置输出齿轮44的电动机42的输出轴被设置在壳 体部46内。壳体部46进一步包括电气中央连接件48。主轴构件34通过 轴颈部50可旋转地安装在壳体12中，并且沿轴向方向通过安全环52支 撑抵靠在壳体12。安全环52设置在周向凹槽54中。
主轴构件34的丝杠32是多头设计，g卩，它包括多个行程。在该实 施例中，丝杠是螺纹导程P二2.5mm的双螺旋设计。 一方面，这保证了丝 杠32的外螺纹和螺纹部30的螺纹副是可自锁的，即在轴向载荷下位置 稳定，并且另一方面，保证了通过主轴构件34数量相对少的旋转获得螺 母装置24的相对高的调整行程。应该注意自锁依赖很多因素，特别地依 赖有效直径/主轴直径、材料副、温度、润滑和制造相关因素(例如表面 粗糙度)，以便给出这些因素的最低的有利组合，即，即使低摩擦(高表 面质量，低摩擦系数)也保证自锁。
接下来参考图3描述根据本发明车辆制动器的操作模式。
在行车制动操作中，也就是当驾驶员打算对装备根据本发明车辆制 动器的车辆减速时，制动活塞且因而制动衬垫16通过利用液压系统(未 示出)用液压流体充注液压腔22从而被液力移动。液压系统优选地包括 致动构件，即，电控行车制动系统的泵等等，其除了防抱死控制功能外 还具有不依靠驾驶员致动的制动功能，即自动制动功能，例如牵驱动轮 加载调节(ASR)或电子稳定程序(ESP)。为此，制动系统包括常规配置的电液控制单元、可电子控制的制动助力器或采用所谓"线控制动" 系统的形式。换句话说，这意味着液压腔22可独立于制动踏板致动而充 注液压流体。
在驻车制动的致动情况中，驾驶员致动例如车辆中的开关。这在时
刻丁=0秒时发生。结果，首先液压腔22被充注液压流体，如附图3示出 的下部图表中的曲线60所示。液压压力从0巴上升到值P1，值P1在例 如60巴至160巴的区域内。在制动衬垫26上的作用力与液压压力一起 上升，如曲线62所示。在时刻Tl，例如在达到设定压力或特定作用力时， 致动电动机42。这通过反映电动机电流的曲线64示出。曲线66反映主 轴位置。
在时刻T1可看出电流峰值。这由克服根据图1的车辆制动器的机械 系统(齿轮38等)中的惯性作用和静摩擦而产生。电流峰值之后，电动 机电流处于在0.5安至5安的区域内的值II并且基本保持不变直到时刻 T2。在该期间中(T1至T2)，螺母装置24追踪己经偏压进入临时驻车制 动位置的制动活塞18。在时刻T2时，螺母装置24通过其锥形部26接触 制动活塞18的锥形部28。从时刻T2至时刻T3，制动活塞18通过电动 机42经齿轮38、主轴构件34和螺母装置24进一步作用。结果作用力增 加AF，如附图3的下部图表示出。由于作用力的增加，电动机电流(曲 线64)也发生上升直到时刻T3。在到达除液压获得的作用力外还提供额 外辅助作用力AF的特定电动机电流12 (例如到达10A)后，电动机42 停用。
由于低功率消耗，电动机控制单元可集成在液压系统的控制单元中。 液压腔22中的液压压力仍然保持至时刻T4。最后，在时刻T4，液 压腔22中的液压压力降低直到在时刻T5时到达0值。在时刻T4和T5 之间，制动衬垫16上的作用力也减少。这是车辆制动器10的机械构件 中的滞留效应的结果。液压腔22因此在时刻T5解除压力。车辆制动器 10处于其驻车制动状态，其中制动活塞18在其位置通过主轴构件34和 螺母装置24被机械地闭锁。在这种情况下，主轴构件34由设置在丝杠 32和轴颈部50之间的凸缘54支撑抵靠壳体12。如果接着在时刻T6时驾驶员例如通过开关输出一个信号，根据该信
号驻车制动状态被取消，那么电动机42以相反方向被重新致动。这最初 在时刻T7时导致另一个电流峰值，如上面已经指出的，这是由于克服机 械构件的惯性和静摩擦导致的。在完成空转运动等之后，主轴构件34最 终以与施加作用相反的方向被驱动。丝杠32和螺母装置24的螺纹副的 自锁(静摩擦)被克服，这解释了在时刻T8电动机电流的上升。同时， 在时刻T8和T9之间作用力迅速下降，直到最终作用力达到0值。电动 机电流随着作用力降低而下降，如曲线64所示。最终，车辆制动器处于 其初始位置，如附图1所示。在时刻T10时电动机42停用。驻车制动状 态现在完全解除。
通过根据本发明的丝杠32和据此调整的齿轮装置38的相互作用， 致动时间、特别是释放时间可以大大縮短。在根据本发明的实施例中， 丝杠不是象标准丝杠那样具有一毫米的导程，而是具有大约2.5mm的丝 杠导程，它可以将释放时间，即时刻T8和T9间的时间段，减少至小于 一秒。对于常规lmm的丝杠导程，释放时间大于l秒。
而且，通过选择根据本发明的丝杠导程和据此调整的齿轮比，可以 降低用于释放驻车制动状态的释放扭矩。因而电动机42可以功率较低， 较小且因而设计较便宜。这是可能的，特别是因为驻车制动状态是通过 使用在任何情形下设置的液压系统产生的。另一方面，对于释放，由于 丝杠和据此调整的齿轮比效率更高(在实施例中大约0.35)，因此不需要 额外的液压辅助，这与现有技术不同。因此通过本发明，已经认识到通 过选择接近自锁界限的丝杠导程并通过合适地调整齿轮比可以使用小功 率电动机，而同时可降低制动时间、特别是释放时间以及释放扭矩。
权利要求
1.车辆制动器(10)，特别是钳式制动器，该制动器具有壳体(12)，制动活塞(18)，该制动活塞(18)容纳在所述壳体(12)中并能够相对该壳体(12)线性移动以移动制动衬垫(16)，和用于移动所述制动活塞(18)的机械致动装置，其中所述制动活塞(18)利用液压制动回路通过充注液压腔(22)而能够在所述壳体(12)中移动，并且其中所述机械致动装置包括可旋转地安装在所述壳体(12)中并可旋转设置的丝杠(32)，其中由于所述丝杠(32)的旋转运动，所述制动活塞(18)能够相对于所述壳体(12)线性移动，其特征在于，所述丝杠(32)设置有具有n个行程的自锁螺纹，其中数目n和螺纹导程以螺纹接近自锁界限的方式选择。
2、 根据权利要求1所述的车辆制动器，其特征在于，所述制动活塞 (18)与所述壳体(12)封闭所述液压腔(22)。
3、 根据权利要求1或2所述的车辆制动器(10)，其特征在于，在 行车制动状态中所述制动活塞(18)能够液压移动，并且在驻车制动状 态中所述制动活塞(18)能够利用丝杠(32)停留在驻车制动位置。
4、 根据前述权利要求之一所述的车辆制动器(10)，其特征在于， 所述丝杠(32)与容纳在所述制动活塞(18)中的螺母装置(24)以螺纹方式相互作用。
5、 根据权利要求5所述的车辆制动器(10)，其特征在于，所述制 动活塞(18)在驻车制动状态中被支撑在所述螺母装置(24)上，所述 螺母装置(24)因此以自锁方式支撑在所述丝杠(32)上。
6、 根据权利要求5所述的车辆制动器(10)，其特征在于，为实现 特别是高驻车制动力，所述制动活塞(18)能够通过充注所述液压腔(22) 而移动，并且在移动状态中所述螺母装置(24)能够利用所述丝杠(32) 移动进入闭锁位置。
7、 根据权利要求5或6所述的车辆制动器(10)，其特征在于，为解除驻车制动作用，所述制动活塞(18)通过驱动所述丝杠(32)或所 述螺母装置(24)而能够移动离开闭锁位置。
8、 根据前述权利要求之一所述的车辆制动器(10)，其特征在于， 所述丝杠(32)可被电动机驱动，优选地经由根据所述丝杠调整的齿轮 装置(38)，特别是行星齿轮装置而被电动机驱动。
9、 根据权利要求8所述的车辆制动器(10)，其特征在于，电动机 驱动控制单元可集成在液压制动回路的控制单元中。
10、 根据前述权利要求之一所述的车辆制动器(10)，其特征在于， n在l至4范围内，优选为2。
11、 根据前述权利要求之一所述的车辆制动器(10)，其特征在于， 所述丝杠的螺纹导程在1至5mm范围内，优选大约2.5mm。
12、 致动根据前述权利要求之一所述的车辆制动器(10)的方法， 其中，为实现驻车制动状态，初始所述制动活塞通过用液压流体充注所 述液压腔而移动至临时驻车制动位置，接着所述丝杠以旋转方式设置直 到所述制动活塞被偏压入预定的驻车制动位置，并且接着所述液压腔被 液压释放，并且其中，为解除所述驻车制动状态，在所述液压腔没有预先充注 液压流体的情况下，仅所述丝杠被以旋转方式设置。
全文摘要
本发明涉及车辆制动器(10)，特别是钳式制动器，其具有壳体(12)，容纳在壳体中并可相对壳体(12)线性移动用于移动制动衬垫(16)的制动活塞(18)，和用于移动制动活塞(18)的机械致动装置，其中容纳在壳体(12)中的制动活塞(18)能够利用液压制动回路通过充注液压腔(22)而移动，并且其中机械致动装置具有可旋转安装在壳体(12)中并被旋转驱动的丝杠(32)，其中制动活塞(18)由于丝杠(32)的旋转运动而能够相对于壳体(12)线性移动。在所述车辆制动器中，根据本发明，丝杠(32)设置具有n个行程的多头自锁螺纹，其中数目n和螺距以螺纹接近自锁界限的方式选择。
文档编号F16D65/18GK101273213SQ200680035641
公开日2008年9月24日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者莱奥·吉勒斯 申请人:卢卡斯汽车股份有限公司