一種汽車線控制動系統用電動泵的製作方法

2023-04-25 17:58:21 3

本發明屬於汽車行業，應用於汽車線控制動系統中。

背景技術：

隨著汽車技術的發展，新能源汽車、智能駕駛汽車成為汽車發展的主要方向，這兩種汽車大多數採用線控制動系統。新能源車輛進行制動能量回收時，線控制動系統需要高壓液壓源提供期望壓力的高壓制動液，與再生制動相協調滿足駕駛員的制動需求；智能駕駛車輛進行主動幹預製動時，線控制動系統需要高壓液壓源提供高壓制動液對車輛制動輪缸施加相應的制動壓力。傳統的真空助力器帶制動主缸制動系統由於沒有主動增壓功能，無法提供穩定的可控的高壓液壓源，已經無法滿足新型車輛的制動需求。

線控制動系統需要一個可穩定控制並迅速反應的高壓液壓源，並且需要在低溫條件（例如-30℃左右）下能夠正常工作。目前的線控制動系統的高壓液壓源增壓裝置為對置式柱塞液壓泵，由電機帶動凸輪（或偏心輪）轉動，凸輪（或偏心輪）帶動柱塞往復運動形成高壓。其缺點是：柱塞泵直接由電機凸輪帶動，沒有減速增力機構，由於需要輸出高壓（最高20mpa以上）制動液，柱塞泵柱塞橫截面積設計得較小，因此有效容積較小，需要快速往復運動才能及時輸出制動所需的足夠容積高壓制動液。柱塞泵靠柱塞腔容積變化產生的真空吸力進行補液。目前線控制動系統主要使用的制動液（例如dot3或dot4型號）低溫時粘度增加，制動液流動性變差，由於柱塞移動的較快，在每次工作循環中無法及時吸入足夠的制動液，導致柱塞泵輸出高壓制動液效率下降甚至無法建壓，影響駕駛安全。由於制動液粘度增加，進入柱塞與柱塞腔內壁配合縫隙的制動液減少，柱塞與柱塞腔內壁容易形成幹摩擦，導致柱塞泵過快磨損，減少了使用壽命。

技術實現要素：

本發明提供一種汽車線控制動系統用電動泵，以解決現有液壓泵單次循環提供的高壓制動液容積小，每次工作循環中吸入的制動液少，輸出高壓制動液效率低，柱塞泵磨損快，使用壽命的問題。

本發明的技術方案是：導向套與缸體內孔過盈配合，軸向一端與缸體內孔限位臺階接觸，導向套內孔為圓柱面，圓柱面兩側對稱有軸嚮導軌通槽，圓柱面底有軸向齒條通槽，活塞一端為密封圓柱面，一端為導向部分，密封圓柱面直徑大於導向部分直徑，副皮碗與活塞的密封圓柱面套接，導向部分圓柱面軸向兩側對稱有條形凸起導軌，底部軸向有齒條，活塞密封圓柱面與缸體主孔間隙配合，導向部分與導向套內孔圓柱面間隙配合，導軌通槽與導軌間隙配合，以保證活塞在導向套內沿軸向滑動，避免活塞與缸體內孔的偏磨，彈簧限位套一端有向外側的翻邊，與缸體底部端面接觸，另一端與活塞導向柱徑向間隙配合，導向柱一端鉚接限位擋圈，彈簧限位套側壁上有通孔，活塞回位彈簧一端與彈簧限位套翻邊接觸，一端與活塞接觸，齒條與齒條通槽間隙配合，齒條頂部與齒條通槽底部面留有間隙，端蓋組件與缸體內孔一端固定連接，端蓋組件端面與導向套端面留有間隙，裝配狀態下端蓋組件與活塞尾端接觸面處安裝有觸點開關，另一端固定安裝具有防塵防水作用的透氣塞，通孔與缸體內孔相通，齒輪組減速機構由四個齒輪嚙合，依次為電機軸錐齒輪、一級減速齒輪、二級減速齒輪、換位齒輪，一級減速齒輪、二級減速齒輪兩軸端分別與缸體側壁和壓蓋內鑲嵌的軸承內孔間隙配合，軸向位置固定，旋轉電機安裝在壓蓋內，並通過電機軸與錐齒輪連接，換位齒輪主動輪圓周方向為弧形排布的直齒，連續的寬齒之後是連續的窄齒，窄齒沿換位齒輪主動輪一側排列，寬齒齒數為m個，窄齒齒數為n個，換位齒輪從動輪和相嚙合的二級減速齒輪主動輪均為直齒，二級減速齒輪主動輪齒寬大於換位齒輪從動輪齒寬，以保證在換位齒輪切換位置後仍然能夠互相嚙合，換位齒輪主動輪一側端面徑向靠近外緣處固定有位置塊，位置塊為長條形，與換位齒輪主動輪端面垂直，位置塊外殼為非導磁材料，沿軸向有長條槽，槽一端與齒輪端面距離為s，長條槽內鑲嵌有長條塊狀永磁鐵，永磁鐵一端面與換位齒輪軸軸心的連線與換位齒輪主動輪第一齒中心線角度為α，霍爾傳感器固定在缸體側壁上，當換位齒輪帶動永磁鐵旋轉到霍爾傳感器端面附近位置時，徑向間隙為d，永磁鐵觸發霍爾傳感器向電控單元發出信號，永磁鐵軸向長度要保證換位齒輪在軸向的兩個工作位置均能在換位齒輪帶動永磁鐵旋轉到霍爾傳感器端面附近位置時觸發霍爾傳感器發出信號，換位齒輪軸兩端分別與缸體側壁和壓蓋內鑲嵌的軸承內孔間隙配合，直線電機固定在壓蓋外側，推桿與換位齒輪軸同軸，裝配狀態時在回位彈簧的作用下，換位齒輪軸一端與限位滑塊接觸時，另一端伸出壓蓋外壁長度為l，並且與推桿端面間隙為k，以保證換位齒輪在裝配狀態下不承受軸向力，擋蓋固定安裝在缸體側壁外側，與換位齒輪軸同軸，限位滑塊、回位彈簧、擋蓋依次軸向接觸。擋蓋內部有臺階，限位滑塊可在擋蓋限位腔內軸向滑動，限位滑塊距離臺階的距離為p，p大於l，以保證在換位齒輪切換工作位置後受到的軸向力僅為回位彈簧抗力，減小換位齒輪軸旋轉時摩擦阻力，缸體在齒條與換位齒輪主動輪嚙合處有豁口，寬度為可以容納換位齒輪在兩個工作位置嚙合運動不發生幹涉，缸體端部有進液口ⅱ和出液口，進液口ⅱ與儲液罐之間有單向閥，溫度傳感器安裝在儲液罐內，出液口與高壓蓄能器之間有單向閥，缸體兩皮碗槽之間有進液口ⅰ5進液口方向豎直向上，缸體前腔沿內壁圓周均勻分布有若干軸向的淺槽，雙側進液口的結構有利於制動液在真空吸力的作用下及時補充，齒條齒數等於窄齒與寬齒齒數之和，主皮碗為截面e字型皮碗，e字型開口處朝向建壓側。

本發明的優點在於：結構新穎，可以在低溫狀態下自動轉換換位齒輪主動輪與齒條嚙合齒數，從而減少活塞建壓行程，增加活塞回位行程時間，有利於低溫時制動液的及時補充，保證在低溫狀態下電動泵可靠工作；齒輪減速機構增大了活塞的推力，單次工作可產生大容積的高壓制動液，輸出同樣體積的高壓制動液需要活塞往復移動次數減少，降低了活塞的移動速度，提高了電動泵的使用壽命；獨特的結構和控制方法保證齒輪齒條正確嚙合，預防打齒現象的發生。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1的d向剖視示意圖；

圖3是本發明永磁鐵觸發霍爾傳感器時轉角的位置關係示意圖；

圖4是本發明換位齒輪的結構示意圖；

圖5是本發明活塞的結構示意圖；

圖6是本發明導向套的結構示意圖；

圖中，活塞回位簧1、彈簧限位套2、限位擋圈3、主皮碗4、進液口ⅰ5、副皮碗6、活塞7、缸體8、導向套9、端蓋組件10、透氣塞11、通孔12、觸點開關13、齒條14、豁口15、換位齒輪16、二級減速齒輪17、一級減速齒輪18、錐齒輪19、旋轉電機20、壓蓋21、單向閥22、出液口23、進液口ⅱ24、單向閥25、位置塊26、前腔27、儲液罐28、溫度傳感器29、直線電機30、換位齒輪軸31、導軌32、從動輪33、臺階34、擋蓋35、回位彈簧36、限位滑塊37、軸承38、二級減速齒輪從動輪39、換位齒輪主動輪40、推桿41、永磁鐵42、通孔43、導向柱44、寬齒45、窄齒46、導軌通槽47、齒條通槽48、霍爾傳感器49、限位臺階50、淺槽51。

具體實施方式

導向套9與缸體8內孔過盈配合，軸向一端與缸體8內孔限位臺階50接觸，導向套9內孔為圓柱面，圓柱面兩側對稱有軸嚮導軌通槽47，圓柱面底有軸向齒條通槽48，活塞7一端為密封圓柱面，一端為導向部分，密封圓柱面直徑大於導向部分直徑，副皮碗6與活塞7的密封圓柱面套接，導向部分圓柱面軸向兩側對稱有條形凸起導軌32，底部軸向有齒條14，活塞7密封圓柱面與缸體8主孔間隙配合，導向部分與導向套9內孔圓柱面間隙配合，導軌通槽47與導軌32間隙配合，以保證活塞7在導向套9內沿軸向滑動，避免活塞7與缸體8內孔的偏磨，彈簧限位套2一端有向外側的翻邊，與缸體8底部端面接觸，另一端與活塞7導向柱44徑向間隙配合，導向柱44一端鉚接限位擋圈3，彈簧限位套2側壁上有通孔43，活塞回位彈簧1一端與彈簧限位套2翻邊接觸，一端與活塞7接觸，齒條14與齒條通槽48間隙配合，齒條14頂部與齒條通槽48底部面留有間隙，端蓋組件10與缸體8內孔一端固定連接，端蓋組件10端面與導向套9端面留有間隙，裝配狀態下端蓋組件10與活塞7尾端接觸面處安裝有觸點開關13，另一端固定安裝具有防塵防水作用的透氣塞11，通孔12與缸體8內孔相通，齒輪組減速機構由四個齒輪嚙合，依次為電機軸錐齒輪19、一級減速齒輪18、二級減速齒輪17、換位齒輪16，一級減速齒輪18、二級減速齒輪17兩軸端分別與缸體8側壁和壓蓋21內鑲嵌的軸承38內孔間隙配合，軸向位置固定，旋轉電機20安裝在壓蓋21內，並通過電機軸與錐齒輪19連接，換位齒輪主動輪40圓周方向為弧形排布的直齒，連續的寬齒45之後是連續的窄齒46，窄齒46沿換位齒輪主動輪40一側排列，寬齒45齒數為m個，窄齒46齒數為n個，換位齒輪從動輪33和相嚙合的二級減速齒輪主動輪39均為直齒，二級減速齒輪主動輪39齒寬大於換位齒輪從動輪33齒寬，以保證在換位齒輪16切換位置後仍然能夠互相嚙合，換位齒輪主動輪40一側端面徑向靠近外緣處固定有位置塊26，位置塊26為長條形，與換位齒輪主動輪40端面垂直，位置塊26外殼為非導磁材料，沿軸向有長條槽，槽一端與齒輪端面距離為s，長條槽內鑲嵌有長條塊狀永磁鐵42，永磁鐵42一端面與換位齒輪軸31軸心的連線與換位齒輪主動輪40第一齒中心線角度為α，霍爾傳感器49固定在缸體8側壁上，當換位齒輪16帶動永磁鐵42旋轉到霍爾傳感器49端面附近位置時，徑向間隙為d，永磁鐵42觸發霍爾傳感器49向電控單元發出信號，永磁鐵42軸向長度要保證換位齒輪16在軸向的兩個工作位置均能在換位齒輪16帶動永磁鐵42旋轉到霍爾傳感器49端面附近位置時觸發霍爾傳感器49發出信號，換位齒輪軸31兩端分別與缸體8側壁和壓蓋21內鑲嵌的軸承38內孔間隙配合，直線電機30固定在壓蓋21外側，推桿41與換位齒輪軸31同軸，裝配狀態時在回位彈簧36的作用下，換位齒輪軸31一端與限位滑塊37接觸時，另一端伸出壓蓋21外壁長度為l，並且與推桿41端面間隙為k，以保證換位齒輪16在裝配狀態下不承受軸向力，擋蓋35固定安裝在缸體8側壁外側，與換位齒輪軸31同軸。限位滑塊37、回位彈簧36、擋蓋35依次軸向接觸，擋蓋35內部有臺階34，限位滑塊37可在擋蓋35限位腔內軸向滑動，裝配狀態時，限位滑塊37距離臺階34的距離為p，p大於l，以保證在換位齒輪16切換工作位置後受到的軸向力僅為回位彈簧36抗力，減小換位齒輪軸31旋轉時摩擦阻力，缸體8在齒條14與換位齒輪主動輪40嚙合處有豁口15，寬度為可以容納換位齒輪16在兩個工作位置嚙合運動不發生幹涉，缸體8端部有進液口ⅱ24和出液口23，進液口ⅱ24與儲液罐28之間有單向閥25，溫度傳感器29安裝在儲液罐28內，出液口23與高壓蓄能器之間有單向閥22，缸體8兩皮碗槽之間有進液口ⅰ5，進液口方向豎直向上，缸體8前腔27沿內壁圓周均勻分布有若干軸向的淺槽51，雙側進液口的結構有利於制動液在真空吸力的作用下及時補充，齒條14齒數等於窄齒46與寬齒45齒數之和，主皮碗4為截面e字型皮碗，e字型開口處朝向建壓側。

預先根據汽車線控制動系統設計需要選定製動液型號，設定門限溫度a。設定觸點開關13與活塞7尾端接觸時為斷開，與活塞7尾端分離時為閉合。電動泵未工作時，活塞7在活塞回位簧1的作用下一端與端蓋組件10端面接觸。齒條14的第一個齒剛好在換位齒輪主動輪40第一個齒可以正確嚙合的位置。當蓄能器壓力或者蓄能器制動液容積低於預先設定的要求時，根據儲液罐28內溫度傳感器29探測到的制動液的溫度與門限溫度a做比較。

情況一，電控單元檢測到制動液的溫度高於門限溫度a。

分為三步

步驟一：電控單元檢測觸點開關13狀態：

1、觸點開關13為閉合，旋轉電機20、直線電機30均不通電，電控單元向駕駛員發出報警信號，警告電動泵工作異常。

2、觸點開關13為斷開，電控單元發出指令，直線電機30不通電，此時裝配狀態下換位齒輪在回位簧的作用下有窄齒46的一側與齒條14位於可以嚙合的位置。旋轉電機20通電。

步驟二：齒輪組減速機構帶動換位齒輪主動輪40旋轉，有窄齒46的一側第一個齒與齒條14第一個齒相嚙合，活塞7向前移動，活塞7尾端與端蓋組件10端部分離，觸點開關13狀態切換為為閉合。前腔27內製動液建立初步壓力，進液口ⅱ24單向閥25關閉，主皮碗4在制動液壓力的作用下向e字型開口反方向膨脹密封。換位齒輪主動輪40與齒條14繼續嚙合，活塞7繼續向前移動，高壓制動液通過出液口23單向閥22進入高壓蓄能器。換位齒輪主動輪40與齒條14最後一對齒脫離嚙合後，活塞7在活塞回位簧1作用下向後移動。出液口23單向閥22關閉，制動液在真空吸力的作用下將進液口ⅱ24單向閥25打開，從儲液罐28進入前腔27，主皮碗4在真空吸力的作用下收縮，制動液經由進液口2通過主皮碗4彈性形變產生的與缸體8的間隙進入前腔27。活塞7繼續後移。換位齒輪16旋轉到換位齒輪主動輪40第一齒中心線與齒條14第一齒嚙合位置還有β角（保證不發生打齒的情況下，β角儘量小）時，永磁鐵42觸發霍爾傳感器49向電控單元發出信號，電控單元收到信號後開始檢測觸點開關13狀態：

1、如果是斷開，保持旋轉電機20通電，重複步驟二；

2、如果是閉合，旋轉電機20斷電，電控單元向駕駛員發出報警信號，警告電動泵工作異常。

步驟三：當蓄能器壓力或者蓄能器制動液容積達到預先設定的要求時，以下條件滿足其中之一旋轉電機20斷電。

1、觸點開關13斷開狀態時。

2、霍爾傳感器49再次觸發時。

情況二，電控單元檢測制動液的溫度低於門限溫度a。

分為三步

步驟一：電控單元檢測觸點開關13狀態：

1、觸點開關13為閉合，旋轉電機20、直線電機30均不通電，電控單元向駕駛員發出報警信號，警告電動泵工作異常。

2、觸點開關13為斷開，電控單元發出指令，直線電機30通電，直線電機30推桿41推動換位齒輪軸31移動距離為l，使換位齒輪主動輪40位置換位到只有寬齒45可以與齒條14進行嚙合的位置。然後旋轉電機20通電。

步驟二：齒輪組減速機構帶動換位齒輪主動輪40旋轉，無窄齒46的一側第一個齒與齒條14第一個齒相嚙合，開始進行與情況一中步驟二類似的工作過程。換位齒輪16旋轉到換位齒輪主動輪40第一齒中心線與齒條14第一齒嚙合位置還有β角時，永磁鐵42觸發霍爾傳感器49向電控單元發出信號，電控單元檢測觸點開關13狀態：

1、如果是斷開，保持旋轉電機20通電，保持直線電機30通電。重複步驟二；

2、如果是閉合，旋轉電機20斷電，然後直線電機30斷電，換位齒輪16在回位彈簧36的作用下回到初始位置。電控單元向駕駛員發出報警信號，警告電動泵工作異常。

步驟三：當蓄能器壓力或者蓄能器制動液容積達到預先設定的要求時，以下條件滿足其中之一旋轉電機20斷電，然後直線電機30斷電，換位齒輪16在回位彈簧36的作用下回到初始位置。

1、觸點開關13斷開狀態時。

2、霍爾傳感器49再次觸發時。

本發明的工作原理：制動液的粘度主要與制動液的型號和溫度有關。當型號選定時，溫度越低，制動液的粘度越大，流動性越差。預先根據汽車線控制動系統設計需要選定製動液型號，設定門限溫度a，當制動液溫度高於門限溫度a時，換位齒輪齒數較多的一側與齒條嚙合，因此電動泵壓縮行程較長，以較高的效率進行工作，此時制動液粘度較低，活塞回程時可以及時對前腔進行補充。當制動液溫度低於門限溫度a時，直線電機推桿推動換位齒輪軸向移動，換位齒輪齒數較少的一側與齒條嚙合，電動泵壓縮行程變短，效率降低，但仍能滿足汽車線控制動系統的制動需求。雖然此時制動液的粘度較高，由於每次需要補充的制動液減少，同時活塞回位的時間變長，制動液仍然能夠及時對前腔進行補充，保證電動泵穩定的輸出高壓制動液。通過試驗匹配等技術手段確定合理的寬齒齒數m、窄齒齒數n、位置塊角度、霍爾傳感器位置、活塞回位簧抗力、皮碗硬度、活塞直徑等參數，在儘可能提高電動泵輸出高壓制動液效率的前提下，保證絕大多數工況時，活塞能夠先於換位齒輪主動輪第一個齒與齒條第一個齒相嚙合時回到裝配位置。為避免極特殊情況時出現打齒現象，在換位齒輪端面適當位置安裝帶有長條形永磁鐵的位置塊，在壓蓋上安裝霍爾傳感器，在端蓋組件端面安裝觸點開關。電動泵工作時，電控單元檢測相關信號並判斷出換位齒輪主動輪第一個齒與齒條第一個齒將要嚙合時活塞是否已經回位，如果活塞沒有回位，說明存在打齒的風險，電控單元立即將旋轉電機斷電，並向駕駛員發出警報信號。