阅读说明：本技术 用于车辆的制动器促动器以及具有它的制动器系统 (Brake actuator for vehicle and brake system with same ) 是由 托马斯·科齐安 欧可塔威安·斯祖贝尔斯基 米夏尔·兹比鲁特 于 2019-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于车辆的制动器促动器以及具有它的制动器系统。车辆特别是商用车辆。本发明提出了制动器促动器(1)包括：外壳(5)；活塞(7),该活塞(7)以可移动的方式安装在外壳(5)的内部,并且该活塞(7)被构造成在缩回位置与伸展位置之间沿着行程轴线(S)往复,用于将制动力施加到车辆的制动机构(101)以及从车辆的制动机构(101)释放制动力；以及电动马达(3),该电动马达(3)以可操作的方式联接到活塞(7)并且被构造成使活塞(7)的杆在缩回位置与伸展位置之间移动,以便施加和释放制动力。(The invention relates to a brake actuator for a vehicle and a brake system with the same. The vehicle is in particular a commercial vehicle. The invention proposes that the brake actuator (1) comprises: a housing (5); a piston (7), the piston (7) being movably mounted inside the housing (5), and the piston (7) being configured to reciprocate along a stroke axis (S) between a retracted position and an extended position for applying and releasing braking force to and from a brake mechanism (101) of the vehicle; and an electric motor (3), the electric motor (3) being operatively coupled to the piston (7) and configured to move the rod of the piston (7) between a retracted position and an extended position, so as to apply and release a braking force.)

用于车辆的制动器促动器以及具有它的制动器系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆、特别是商用车辆的制动器促动器。

背景技术

上述类型的制动器促动器用于提供相关联的车辆的多个制动功能。所需制动功能中的一种是所谓的驻车制动功能，也被称为手制动器功能。在现有技术系统中，制动器促动器通常包括弹簧制动器部分，该弹簧制动器部分具有由压力室中的正压力保持在压缩状态中的极具刚性的压缩钢弹簧。当压力室中的压力被故意释放或因故障而被释放时，钢弹簧迅速解压缩并将相关联的活塞从缩回位置朝向伸展位置推动，从而导致将制动力施加到促动器机构。这些现有技术系统通常非常有用，并且已经在市场上长期作为最新水平解决方案。然而，由于大量的能量存储在处于压缩状态中的钢弹簧中，所以当外壳无意中破裂时，通常产生一定的安全风险。此外，现有技术的制动器促动器相当重，并且在促动器的行程方向上占据大量空间。并且，已观察到，对于现有技术的制动系统来说，需要大量的压缩空气来提供气动制动功能。压缩空气的产生、制备、存储以及在压缩机与促动器之间的传输是昂贵的，并且为优化留下了空间。

发明内容

鉴于前文所述，本发明的目标是提供一种改进的制动器促动器，该制动器促动器以可能的最好方式克服现有技术的挑战。特别地，本发明的目标是提供一种改进的制动器促动器，该制动器促动器在资源的使用、重量和尺寸方面具有较高的效率并且优选是较有成本效率的。

本发明通过提出根据权利要求1的制动器促动器来实现此目标。特别地，根据本发明的制动器促动器包括：外壳；活塞，该活塞以可移动的方式安装在外壳的内部，并且该活塞被构造成在缩回位置与伸展位置之间沿着行程轴线往复，以将制动力施加到车辆的制动机构以及从车辆的制动机构释放制动力；以及电动马达，该电动马达以可操作的方式联接到活塞，并且该电动马达被构造成使活塞的杆在缩回位置与伸展位置之间移动，以便施加和释放制动力。

优选地，电动马达联接到螺杆驱动器，并且该螺杆驱动器联接到活塞，并且螺杆驱动器被构造成将电动马达的旋转驱动移动转换为活塞的移动。螺杆驱动器的特定优点在于，螺杆驱动器能够在占据极少的空间的同时被集成到促动器外壳中。特别优选地，螺杆驱动器同轴地安装在制动器活塞的杆的内部，使得螺杆驱动器不影响制动器促动器在行程方向上的尺寸。术语“螺杆驱动器”应被理解为涵盖主轴齿轮以及滚珠螺杆齿轮等。

利用电动马达为制动器促动器提供制动力的特定优点在于，通过电动马达的旋转驱动轴，能够对促动器进行非常精确的控制。包括将转矩供应到螺杆驱动器的旋转驱动轴的电动马达被认为优于将电磁场变化转化为轴向移动的直流电磁线圈促动器，这是因为直流电磁线圈促动器在可用行程长度方面较受限。利用旋转电动马达，行程长度原则上不受限制。只要提供了充足供应(vault supply)，驱动机构就能够持久旋转。

在又一个优选实施例中，螺杆驱动器包括旋转元件和螺帽，其中旋转元件和螺帽螺纹接合，其中旋转元件或螺帽中的一个置靠在活塞上。旋转元件优选是能够在行程轴线的方向上被支撑在外壳中且能够由电动马达旋转作用的主轴或螺杆。螺杆驱动器优选是主轴齿轮或滚珠螺杆齿轮。主轴齿轮对于高转矩电动马达来说是优选的。每当转矩到轴向力的转换需要特别高的效率时，则优选使用滚珠螺杆齿轮，这是因为介于旋转元件与螺帽之间的滚珠会显著减小摩擦力，并因此允许使用最小化的电动马达。

在又一个优选实施例中，旋转元件以可旋转的方式安装在外壳中，并且螺帽是以可移动的方式安装到旋转元件且置靠在活塞上的活动螺帽。通过使螺帽移动活塞而不是主轴，移动质量的量在制动器促动器中减小，这被认为是特别有利的，特别是对于在移动车辆中的使用来说是特别有利的。

优选地，活塞以可滑动的方式被支撑在外壳中，活塞被构造成沿着行程轴线移动并且被构造成在预定角度内从行程轴线枢转。这被理解为意味着活塞具有中性位置，在该中性位置中，例如平面活塞头将垂直于行程轴线，并且其中活塞的杆将平行于(特别是同轴于)行程轴线。如果活塞远离其中性位置枢转，则允许在预定角度内进行该枢转以考虑到由外部安装的制动机构施加的侧向移动。可枢转活塞(也被称为摇摆活塞)通常由于其对其机械失准的容许而是有益的，但可枢转活塞对控制有较高要求。电动马达及其与螺杆驱动器的联接在理想上与活塞头的枢转移动互补，这是因为螺帽仅需要置靠在活塞上，而与其角对准无关。活塞优选被构造成在±5至±15度的铰接范围内枢转。

在又一个优选实施例中，旋转元件包括旋转轴线，该旋转轴线与行程轴线平行、特别是与行程轴线同轴，并且通过旋转元件的旋转来沿着旋转轴线驱动螺帽。进一步优选地，螺帽包括端面，该端面面向活塞并且包括凸形表面部。通过提供凸形表面部，允许活塞在相对于行程轴线以在前述预定范围内的倾斜角度移动时沿着凸形的表面部滚动。凸形确保螺帽与活塞之间的适当表面接触，使得能够高效进行力传递，以提供所需的制动力。

在第一优选替代方案中，凸形部具有筒形形状，以有助于活塞的平面枢转移动。优选地，该筒形形状相对于垂直于行程轴线延伸的圆柱轴线而发展。在第二优选替代方案中，凸形部具有球形形状，以有助于活塞的三维枢转移动。

优选地，活塞包括对应形状的凹入表面部，该凹入表面部容纳螺帽的凸形表面部，以确保活塞的适当定位而不是相对于彼此的适当定位。

根据又一个优选实施例，电动马达通过以下装置中的一个装置而联接到螺杆驱动器：齿轮驱动器、带驱动器、链条驱动器、行星齿轮、蜗轮或者以上装置中的至少两个装置的组合。带驱动器优选是有齿带驱动器。

在又一个优选实施例中，制动器促动器包括多个引导元件，所述多个引导元件位于外壳中，所述多个引导元件被定向成与旋转元件的旋转轴线平行，并且所述多个引导元件接合螺帽以防止螺帽的旋转。换句话说，引导元件被定位成与活塞的行程轴线平行，并且引导元件迫使螺帽在自身不旋转的情况下沿着旋转元件(即主轴或螺杆)移动。这提高了行程轴线的方向上的力传递的效率。优选地，引导元件防止螺帽在顺时针方向以及逆时针方向上旋转。

在又一个优选实施例中，制动器促动器的外壳包括第一室(优选是压力室)和第二室(优选是非压力室)，其中第一室和第二室由活塞密封且通过活塞而彼此分离。

在非压力室中，优选存在复位弹簧，该复位弹簧以可操作的方式联接到活塞，并且该复位弹簧被构造成将活塞朝向缩回位置移动。

第一(压力)室优选包括端口，该端口用于将压力室连接到压力源。这使制动器促动器能够以纯电动方式、通过使用气动和电动促动力以混合模式或者仅以气动方式被促动。如将在下文进一步描述的，这使制动器促动器的具体功能能够以电动方式、以气动方式或以利用电动辅助的气动(或相反)方式被执行。

制动器促动器还优选包括以下装置中的至少一个装置：止回阀，该止回阀与第二(非压力)室连通，以在活塞朝向伸展位置移动时减小第二(非压力)室内的正压力；或者返回阀，该返回阀优选安装到活塞，以在活塞朝向缩回位置移动时补偿第二(非压力)室内积累的负压力。就此来说，正压力应被理解为意思是高于环境压力的任何压力，而负压力应被理解为涵盖低于环境压力的任何压力。

当驻车制动功能由电动马达执行时，上述类型的制动器促动器在使用中是特别有益的。为了可靠地提供驻车制动功能性，制动器促动器不需要是极快的。然而，需要将大量的力传输到制动机构，以确保车辆在所有情形下的停止。电动马达的优点正是在这种情形下起到了作用。

相应地，可以有益地通过压力室中的气动压力来提供或辅助行车制动功能，以利用气动促动器系统的高响应性的优点。

已在上文在第一方面中关于制动器促动器描述了本发明。

在同时作为制动器促动器的优选实施例和其自身的创造性方面的第二方面中，本发明还涉及一种车辆、特别是商用车辆的制动器系统。本发明关于该制动器系统来实现其目标，该制动器系统包括：根据上文所述的优选实施例中的一个优选实施例的制动器促动器；制动机构，该制动机构以可操作的方式联接到制动器促动器；以及电子控制单元，该电子控制单元以可操作的方式联接到制动器促动器。

优选地，电子控制单元被配置成控制制动器促动器，使得在驻车制动功能或行车制动功能中的至少一个功能被激活时，电动马达促动活塞。

如上所述，电动马达优选仅负责执行驻车制动功能。可替代地，优选的是，电动马达由压力室的气动压力面辅助以执行驻车制动功能或行车制动功能。在又一个替代实施方案中，关于气动压力系统的另一个方式是由电动马达辅助以执行行车制动功能(或驻车制动功能)。在又一个优选替代方案中，电动马达仅负责执行行车制动功能。在又一个替代方案中，电动马达仅负责执行驻车制动功能，而制动器促动器的行车制动功能仅以气动方式执行。

在制动器系统的又一个优选实施例中，制动机构包括经受磨损的至少一个制动衬垫并且包括磨损传感器，该磨损传感器以可操作的方式联接到电子控制单元，并且该磨损传感器被配置成测量制动衬垫的磨损并提供表示磨损调整的信号，其中电子控制单元被配置成控制制动器促动器的电动马达，以便根据表示磨损测量的信号而调整活塞的缩回位置和伸展位置中的至少一个位置。

在又一个优选实施例中，制动器促动器的活塞具有由缩回位置和伸展位置限定的最大行程长度，并且其中制动器促动器被配置成将表示最大行程长度的信号传达到电子控制单元。最大行程长度将随着制动衬垫磨损的程度而增大。因为制动衬垫在其使用寿命期间变得越来越薄，所以直到制动衬垫到达其配对件(例如制动盘)为止的所需的行进量增大。因此，获得直接表示最大行程长度的信号是用于车辆系统的制动衬垫磨损的可靠指标。此信息可以单独使用或者与由磨损传感器所提供的信息一起使用以验证其它系统的相应结果。

所提供的信号优选是旋转促动器部件(例如，电动马达的驱动轴、螺杆驱动器的主轴等)的转数的数据值。可替代地或另外地，所述信号是活塞从缩回位置移动到伸展位置的同时经过的时间间隔的数据值。考虑到螺杆驱动器的螺距通常是已知的，如果电动马达在恒定转速下运行，则在促动器的两个端部位置之间经过的时间也是行进量的可靠指标。此外，电动马达与活塞或活动螺帽之间的齿轮比也是已知的。

在本发明的又一个优选实施例中，制动器促动器包括锁定单元，该锁定单元以可操作的方式联接到带驱动器，并且该锁定单元被构造成在锁定位置与释放位置之间切换，其中在锁定位置中，锁定单元被构造成防止带驱动器向后旋转。锁定单元优选包括触发器，该触发器被构造成在锁定位置与释放位置之间枢转，其中在锁定位置中，触发器接合设置在带驱动器上、特别优选在带驱动器的有齿轮上的至少一个凹部或突起。所述凹部或突起优选由有齿轮上的一个或多个齿所限定。触发器优选由电磁促动器促动，以在锁定位置与释放位置之间枢转。

为了实现锁定单元的机械释放，制动器促动器优选包括闩锁，该闩锁以可操作的方式联接到触发器并能够被手动接近，并且该闩锁被构造成使触发器从锁定位置枢转到释放位置。闩锁被定位成与电磁促动器分离，并且能够例如通过螺丝刀或相当细长且薄的工具或杆来手动接近该闩锁。

为了更全面地理解本发明，现将参照附图更详细地描述本发明。该详细描述将说明并描述本发明的优选实施例或被视为是本发明的优选实施例。当然，应理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以可靠地进行形式或细节上的许多修改和变型。因此，意图是本发明可以不限于本文中所示出和描述的确切形式和细节，也不限于在本文中所公开的以及本文中之后放弃保护的整个本发明内的任何内容。此外，在公开了本发明的描述、附图和权利要求中所述的特征在被单独考虑或组合考虑时可以被认为对于本发明来说是必不可少的。特别地，权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。词语“包括”不排除其它元件或步骤。词语“一”或“一个”不排除多个。

附图说明

简单地说，所参照的附图示出了：

图1是根据优选实施例的制动器促动器的示意性三维图；以及

图2是图1的制动器促动器的示意性平面截面图；以及

图3至图5是图1和图2的制动器促动器的锁定单元的示意性细节图。

具体实施方式

两幅图中的第一幅图示出了根据优选实施例的制动器促动器1。制动器促动器1包括电动马达3，该电动马达3附接到外壳5并且优选与外壳5一体封装。在外壳内，活塞7被安装成在缩回位置(在图1和图2中向左)与伸展位置(在图1和图2中向右)之间往复移动。活塞7密封地抵靠在外壳5的内壁8上，并且将第一室9与第二室11分离。

在第二室11中，安装了复位弹簧13，并且复位弹簧13有效地将活塞7朝向缩回位置移动。

可以通过使用螺栓15或其它适当紧固元件将制动器促动器的外壳5安装到车辆的车轮组件。

驱动头17被安装到外壳5，该驱动头17容纳螺杆驱动器19。螺杆驱动器19包括以可旋转的方式安装的主轴21和螺帽23。螺帽23和主轴21分别通过对应形状的公螺纹和母螺纹而彼此接合。为了易于辨认，未示出螺纹。通过一对引导元件25来防止螺帽23旋转移动，所述一对引导元件25平行于螺杆驱动器19的旋转轴线R而对准。图1中的旋转轴线R也与活塞7的行程轴线S同轴。

螺杆驱动器19由带驱动器27联接到电动马达3。带驱动器27包括：有齿小齿轮29，该有齿小齿轮29直接联接到电动马达3的驱动轴(未示出)；有齿轮31，该有齿轮31联接到主轴21；以及有齿带33，该有齿带33将有齿小齿轮29和有齿轮31连接。电动马达3的驱动轴具有轴线A，该轴线A被定向成与旋转轴线R(即，活塞7的行程轴线S)平行。如从附图可以看出，整个带驱动器27和螺杆齿轮19的布局在轴线R的方向上非常紧凑。如特别从图2可以看出，螺帽23包括端面35，该端面35具有凸形的表面部25。凸形的表面部25可以是筒形形状或球形形状。表面部25的凸形确保即使在活塞7以倾斜角度α远离行程轴线枢转时，只要该倾斜角度在预定范围内，就仍确保了螺帽23与活塞7之间的适当接触。

在活塞7的周边区域中，可径向扩展的密封元件37被定位使得该密封元件37密封地抵靠在外壳5的内壁8上。优选地，密封元件37的弹性使得只要活塞7相对于行程轴线S的枢转角度α在预定范围内，密封元件37就仍密封地抵靠在外壳5的密封壁8上。

在活塞7的移动期间，特别是第二室11的体积将根据活塞7的移动方向而减小或增大。如果活塞7朝向伸展位置(图2中的右侧)移动，则第二室11中的体积减小，并且正压力可能会积累。为了防止此情形阻碍活塞移动，外壳5包括用于将正压力从第二室11放出的止回阀39。

在优选实施例中，促动器1可以另外包括压力端口41，该压力端口41被构造成建立与压力源的流体连接。这样会将第一室9转变为压力室。因此，可以选择性地以电动方式、气动方式或电动-气动方式来实现活塞移动。压力端口被示意性地描绘成在制动器促动器1的侧壁上。应理解，可替代地，压力端口可以位于制动器促动器的另一个部分上，例如位于带驱动器27旁边的驱动头17上。

优选地，返回阀(未示出)被集成到活塞7中。返回阀优选被构造成在活塞7朝向缩回位置移动时补偿积累在第二(非压力)室11中的负压力。

图1和图2中所示的制动器促动器是车辆(未示出)的制动器系统100的一部分。制动器系统100包括制动机构101，该制动机构101以可操作的方式联接到制动器促动器，并且通过活塞7在行程轴线S的方向上的活塞移动而被促动。制动机构101包括经受磨损的制动衬垫102。在一个优选实施例中，制动器系统100包括磨损传感器103，该磨损传感器103被配置成监测制动衬垫102的磨损状态并将表示该磨损的信号传输到电子控制单元105。另外或可替代地，制动器促动器1被配置成确定活塞7在由电动马达3促动时的最大行程并根据上文中所述的优选实施例而将表示最大行程长度的信号传输到电子控制单元105。

电子控制单元105可以使用这些信号中的任一种信号(如果在实施例中存在两种信号)或仅一种信号(不管在相应实施例存在哪一种信号)来确定替换制动衬垫102的需要。此外，电子控制单元105可以调整制动器促动器1的电动马达3的控制参数，以例如通过调整活塞7的伸展位置和缩回位置来补偿制动衬垫102的增加的磨损。以此方式，能够确保活塞7即使利用部分磨损的制动衬垫也伸展得足够远，以便产生充足的制动力。类似地，可以使活塞7根据制动衬垫7的磨损而缩回得仅与所需的一样远，使得制动衬垫与对应的配对件(例如制动器盘)之间的松弛保持在最小值。

图3至图5示出了制动器促动器1的锁定单元43。有齿轮31具有至少一个、优选多个齿47，该齿47专用于为带驱动器27提供锁定功能。这通过触发器51来实现，该触发器51以可枢转的方式安装在驱动头17中并且由保持器55保持。优选地，触发器51包括可见的枢转点。触发器51被构造成围绕枢转点旋转，并且优选由电磁促动器53促动。在施加驻车力之后，锁定单元43防止主轴21(参见图2)和有齿轮31的不期望的向后旋转。触发器51被示出为处于锁定位置，在该锁定位置中，触发器51将两个相邻的齿47之间的凹部45接合。

当驾驶员期望释放驻车制动器时，电磁促动器53被促动，并且触发器51从锁定位置(优选在远离有齿轮31的向外方向上)移动到释放位置。由于促动器的反作用力以及复位弹簧13的力，特别是由于主轴的非自锁螺纹，所以活塞7经由螺帽23(参见图2)可以使齿轮在向后方向上旋转，直到达到活塞的释放位置为止。该移动也可以由电动马达3的向后旋转所辅助(如有需要，例如为了加速此过程)。

为了机械释放驻车制动器，触发器51配备有闩锁(51a，图4)，该闩锁能够通过与驱动头17的外部连通的进入孔57来从制动器促动器1的外部压入(例如，使用螺丝刀或一些其它薄且长的工具或杆来将其压入)。该动作以与电磁促动器所进行的方式相同的方式来产生触发器51的旋转，但利用的是机械(人)力而不是电力。

图5示出了驱动头17的外表面上的进入孔57。在常规卡车使用中，该孔应被覆盖(例如，由橡胶塞覆盖)，以防止污染物侵入到齿轮机构中，并且如果需要机械释放动作，则将其移除。

总的来说，上文所述的优选实施例的附图示出了电动制动器促动器的非常紧凑的设计，该电动制动器促动器能够具有多种用途，尤其是驻车制动功能。

附图标记列表

1 制动器促动器

3 电动马达

5 外壳

7 活塞

8 内壁，外壳

9 第一室(压力室)

11 第二室(非压力室)

13 复位弹簧

15 螺栓

17 驱动头

19 螺杆驱动器

21 主轴

23 螺帽

25 引导元件

27 带驱动器

29 有齿小齿轮

31 有齿轮

33 有齿带

35 端面

37 密封件

39 止回阀

41 端口

43 锁定单元

45 凹部

47 齿

51 触发器

51a 闩锁

53 电磁促动器

57 进入孔

100 制动器系统

101 制动机构

102 制动衬垫

103 磨损传感器

105 电子控制单元

A 旋转轴线，电动马达

R 旋转轴线，螺杆驱动器

S 行程轴线

α 角度