一種複合活塞式比例繼動閥的製作方法

2023-09-12 15:53:30 1

本實用新型涉及汽車制動系統技術領域，具體來說，涉及一種適用於商用車的電子控制系統（EBS）、自主緊急制動（AEB）和自適應巡航（ACC）等系統的複合活塞式比例繼動閥。

背景技術：

制動系統是汽車制動性能的決定性裝置，也是關係交通安全的最主要因素 之一。比例繼動閥是商用車EBS系統中最複雜的部分，同時也是系統的核心部件，其性能好壞對商用車EBS系統的制動性能有極其重要的影響。此外，比例繼動閥也可用作自主緊急制動（AEB）和自適應巡航（ACC）等駕駛輔助系統的主動制動執行結構。繼動閥的進氣口和出氣口分別接儲氣筒和制動氣室；當踩下制動踏板時，制動閥的輸出氣壓作為繼動閥的控制壓力輸入，在控制壓力的作用下，將進氣閥推開，使得壓縮空氣由儲氣筒直接通過進氣口進入制動氣室，而不用流經制動閥，從而大大縮短制動氣室的充氣管路，加速氣室的充氣過程；因此繼動閥又稱為加速閥。

EBS是在防抱死制動系統（ABS）的基礎上，用電子控制取代傳統的機械傳動來控制制動系統，以達到更好的制動效果、增加汽車制動安全性。EBS能夠克服ABS對於載貨汽車來說存在制動遲鈍的缺陷，其能夠使得重型載貨汽車對踩下制動的反應能像轎車一樣靈敏；安裝EBS制動系統的載貨汽車可以將停車距離再縮短15%。AEB和ACC都是先進的駕駛輔助系統。

申請號為「201010190941.8"、公布號為「CN102205840A"的中國實用新型專利申請公開了一種繼動閥，其由閥芯、電磁組件、先導口、閥體組成。該繼動閥雖然可以在一定程度上實現加速制動，但是因為其是基於ABS的，所以對於載貨汽車來說存在制動遲鈍的問題，即存在制動距離長的缺陷。另一方面，因為其僅採用了電磁組件的結構，故還存在噪音較大、氣密性較差、工作時輸出氣壓不穩定等缺陷，從而影響該繼動閥的實際應用。

申請號為「201320596893.1」、公布號為「CN 203543939 U」的中國實用新型申請公開了一種汽車比例繼動閥，其包括繼動閥和比例閥，繼動閥在上閥體內設有可縱向運動的繼動活塞，在下閥體內設有橡膠閥門、回位彈簧和彈簧座；比例閥設有線圈和電磁閥體；比例閥和繼動閥之間比例調壓氣室。該實用新型採用了電信號比例控制制動氣壓，取代了傳統的氣壓控制傳輸過程，使汽車各車輪同步制動，但是其結構比較複雜、零件加工精度要求高、製造成本比較高。

總體來說，現有一些比例繼動閥大多採用比例調壓氣室連接比例閥和繼動閥的常規結構，且基於驅動防滑系統（ASR）和EBS設計，無法解決對於載貨汽車來說所存在的制動遲鈍的問題，或因其設計結構複雜，存在製造安裝複雜、成本較高的問題；同時存在噪音較大、氣密性較差、工作時輸出氣壓不穩定等缺陷。因此，這些比例繼動閥難以滿足車輛對繼動閥正常高效工作性能的需求。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的問題，提供一種可精確控制輸出口壓力的複合活塞式比例繼動閥。

為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是：

一種複合活塞式比例繼動閥，包括具有第一閥腔的閥體和能夠在所述第一閥腔內做直線往復運動的第一活塞，所述繼動閥還包括與所述第一活塞配合用於驅動所述第一活塞做直線運動的電動控制機構、能夠在所述第一閥腔內做直線往復運動的閥座、位於所述閥體與所述閥座之間的進氣閥門、位於所述第一活塞與所述閥座之間的排氣閥門，所述第一活塞、所述閥座將所述第一閥腔分隔成三個氣室：輸出氣室、供氣氣室和排氣氣室，所述輸出氣室連通制動氣室，所述供氣氣室連通儲氣筒，所述排氣氣室通向大氣環境，所述第一活塞位於所述輸出氣室中，所述第一活塞由所述輸出氣室中氣體壓力驅使做直線運動的運動方向與由所述電動控制機構驅使做直線運動的運動方向相反，通過所述進氣閥門的啟閉控制所述輸出氣室與所述供氣氣室的連通與隔斷，通過所述排氣閥門的啟閉控制所述輸出氣室與所述排氣氣室的連通與隔斷，當所述電動控制機構動作時，驅使所述第一活塞做直線運動，經所述輸出氣室輸出壓力與所述電動控制機構的工作電流相匹配的氣體到所述制動氣室。

優選地，當所述繼動閥處於初始狀態時，所述進氣閥門關閉，所述排氣閥門開啟，所述輸出氣室與所述排氣氣室連通，所述供氣氣室分別與所述輸出氣室和所述排氣氣室隔斷；當所述第一活塞做直線運動到與所述閥座接觸時，所述排氣閥門關閉，所述輸出氣室與所述排氣氣室隔斷；當所述第一活塞帶動所述閥座做直線運動時，驅使所述進氣閥門打開，所述供氣氣室與所述輸出氣室連通。

優選地，所述繼動閥還包括能夠在所述第一閥腔內做直線往復運動的第二活塞，所述第二活塞套設在所述第一活塞的外部，所述第二活塞與所述第一活塞相配合，所述第二活塞與所述閥體之間形成用於供控制氣體進入的控制氣室，當控制氣體進入所述控制氣室時，推動所述第二活塞做直線運動，所述第二活塞做直線運動時帶動所述第一活塞同步做直線運動，所述控制氣體驅動所述第二活塞帶動所述第一活塞做直線運動的運動方向與所述電動控制機構驅使所述第一活塞做直線運動的運動方向相同。

進一步地，所述繼動閥還包括在控制氣體驅使所述第二活塞做直線運動時用於對所述第二活塞進行限位的限位件，所述限位件固定設置在所述閥體上。

優選地，所述繼動閥還包括用於驅使所述第一活塞回位的第一回位彈簧和用於驅使所述閥座回位的第二回位彈簧，所述第一回位彈簧的兩端部分別設置在所述第一活塞與所述閥體上，所述第二回位彈簧的兩端部分別設置在所述閥座和所述閥體上。

優選地，所述電動控制機構包括比例電磁鐵和傳動裝置，所述閥體具有第二閥腔，所述比例電磁鐵包括設置在所述第二閥腔內的線圈、銜鐵、推桿以及與所述推桿相配合的頂杆，所述傳動裝置分別與所述頂杆和所述第一活塞相配合。

進一步地，所述傳動裝置的中部與所述閥體相轉動連接，所述傳動裝置的兩端部分別與所述頂杆和所述第一活塞相配合。

優選地，所述電動控制機構包括直線電機，或者所述電動控制機構包括電機和滾珠絲槓傳動機構，或者所述電動控制機構包括電機和齒輪齒條傳動機構。

優選地，所述繼動閥還包括設置在所述輸出氣室端的壓力傳感器。

由於上述技術方案的運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點：本實用新型的複合活塞式比例繼動閥結構簡單，通過精確控制電動控制機構的工作電流，使繼動閥的輸出氣室端產生與電動控制機構的工作電流相匹配的壓力氣體給制動氣室，從而能夠精確地控制制動系統。

附圖說明

附圖1為本實用新型的複合活塞式比例繼動閥的結構示意圖；

附圖2為附圖1中沿A-A線的剖視圖。

其中：1、閥體；21、第一活塞；22、第二活塞；3、閥座；4、進氣閥門；5、排氣閥門；6、第一回位彈簧；7、第二回位彈簧；81、比例電磁鐵；811、線圈；812、銜鐵；813、推桿；814、頂杆；82、傳動裝置；9、壓力傳感器；10、限位件；C1、輸出氣室；C2、供氣氣室；C3、排氣氣室；C4、控制氣室；P1、第一輸出口；P2、第二輸出口；P3、輸入口；P4、排氣口；P5、控制口。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例來對本實用新型的技術方案作進一步的闡述。

參見圖1和圖2所示的複合活塞式比例繼動閥，包括閥體1、第一活塞21、閥座3、第一回位彈簧6和第二回位彈簧7。

閥體1具有第一閥腔，第一活塞21和閥座3均能夠在第一閥腔內做往復直線運動，本實施例中，第一活塞21和閥座3在第一閥腔內上下移動。第一活塞21和閥座3將第一閥腔分隔成三個氣室：輸出氣室C1、供氣氣室C2和排氣氣室C3，第一活塞21的下部位於輸出氣室C1中。輸出氣室C1通過輸出口連通制動氣室，本實施例中，輸出口設有兩個，分別為第一輸出口P1和第二輸出口P2；供氣氣室C2通過輸入口P3連通儲氣筒；排氣氣室C3經排氣口P4通向外部環境。該繼動閥還包括設置在閥體1與閥座3之間的進氣閥門4、設置在第一活塞21與閥座3之間的排氣閥門5，通過進氣閥門4的啟閉可控制輸出氣室C1與供氣氣室C2的連通與隔斷，通過排氣閥門5的啟閉可控制輸出氣室C2與排氣氣室的C3的連通與隔斷，第一活塞21和閥座3在第一閥腔內上下移動時控制進氣閥門4和排氣閥門5的啟閉。

該繼動閥還包括設置在繼動閥的輸出口處的壓力傳感器9，該壓力傳感器9用於測試繼動閥的輸出口的氣體壓力，即測試進入到制動氣室的氣體壓力。本實施例中，壓力傳感器9設置在第二輸出口P2處。

第一回位彈簧6的兩端部分別設置在第一活塞21的下部與閥體1上，第二回位彈簧7的兩端部分別設置在閥座3的下部與閥體1上。

該繼動閥可通過電動控制機構驅使第一活塞21在閥體1內做直線運動，從而將由儲氣筒進入該繼動閥的壓縮空氣經輸出氣室C1輸送到制動氣室。

一種具體的實施方式，電動控制機構包括比例電磁鐵81和傳動裝置82，比例電磁鐵81所產生的推力經傳動裝置82傳遞到第一活塞21上，推動第一活塞21在閥體1的第一閥腔做直線運動。

具體的，閥體1還具有第二閥腔，第一閥腔與第二閥腔獨立設置，比例電磁鐵81包括設置在第二閥腔內的線圈811、銜鐵812、推桿813和頂杆814，傳動裝置82的中部與閥體1相轉動連接，傳動裝置82的兩端部分別與頂杆814和第一活塞21的上端面相配合。當線圈811通電時，該線圈811的磁力推動銜鐵812和推桿813上移，並帶動頂杆814上移，驅動傳動裝置82轉動，傳動裝置82轉動時使第一活塞21向下移動。

電動控制機構也可以是直線電機，或者其他能把電機的轉動轉換為直線運動從而來推動第一活塞21做直線運動的機構，如電動控制機構包括電機和滾珠絲槓傳動機構，或者電動控制機構包括電機和齒輪齒條傳動機構。

當電動控制機構失效時，該繼動閥還可通過氣動控制工作，此時，該繼動閥還包括第二活塞22，第二活塞22位於第一閥腔中並套設在第一活塞21的外部，第二活塞22將第一閥腔又分隔出一個用於供控制氣體經控制口P5進入的控制氣室C4，在控制氣室C4中控制氣體壓力的作用下驅使第二活塞22在第一閥腔中做直線運動，並帶動第一活塞9同步做直線運動，控制氣體驅動第二活塞22帶動第一活塞21做直線運動的運動方向與電動控制機構驅使第一活塞21做直線運動的運動方向相同。

繼動閥還包括在控制氣體驅使第二活塞22向下移動時用於對第二活塞22進行限位的限位件10，限位件10固定設置在閥體1上。

該繼動閥可以電動單獨作用、氣動單獨作用、電動與氣動共同作用等方式將儲氣筒的壓縮空氣輸送至制動氣室。當需要實施主動制動時，電動控制機構產生一定的推力推動繼動閥的第一活塞21，在輸出口處產生與電動控制機構的工作電流相匹配的氣體壓力。來自製動閥的控制氣體亦可同時推動繼動閥的第一活塞21和第二活塞22，從而在輸出口處產生與控制氣體成一定比例的壓力實施人力制動，即使電控裝置失效，仍可以通過人力制動實施備份制動。

該繼動閥在電動控制機構單獨作用下的電控迴路的工作流程如下：

當繼動閥處於初始狀態時，進氣閥門4關閉，排氣閥門5開啟，輸出氣室C1與排氣氣室C3連通，供氣氣室C2分別與輸出氣室C1和排氣氣室C3隔斷；當AEB系統判定車輛將要發生碰撞危險時，其ECU向比例繼動閥發出制動信號，比例電磁鐵81的線圈811通電，該線圈811的磁力推動銜鐵812和推桿813上移，並帶動頂杆814上移；經過傳動裝置82推動第一活塞21克服第一回位彈簧6的預壓力向下移動；當第一活塞21向下移動至其最下端與閥座3接觸時，排氣閥門5關閉，輸出氣室C1與排氣氣室C3隔斷；第一活塞21帶動閥座3克服第二回位彈簧7的預壓力繼續下移，進氣閥門4打開，使供氣氣室C2與輸出氣室C1連通，使得輸出氣室C1中的氣體壓力升高，該壓力使第一活塞21受到一向上的力；若該力與第一回位彈簧6的彈力之和大於比例電磁鐵81作用在第一活塞21上的向下的推力時，第一活塞21上移從而打開排氣閥門5；此時輸出氣室C1與排氣氣室C3連通，部分氣體經排氣口P4排入大氣，並導致輸出氣室C1的中的氣體壓力降低；輸出氣室C1中氣體壓力降低後，第一活塞21在比例電磁鐵81的作用下再次下移，並再次關閉排氣閥門5、打開進氣閥門4，並使輸出氣室C1中的氣體壓力升高；上述過程不斷重複，直至比例電磁鐵81作用在第一活塞21上的向下的推力、第一回位彈簧6作用在第一活塞21上的向上的彈力以及輸出氣室C1中氣體作用在第一彈簧2上的向上的推力三者平衡，然後由輸出口輸出穩定的氣體壓力。因此，輸出氣室C1中的氣體壓力和第一回位彈簧6的彈力二者之和與比例電磁鐵81所產生的推力是成線性關係的，由於第一回位彈簧6的彈力較小，若忽略第一回位彈簧6的彈力，則輸出氣室C1中的氣體壓力與比例電磁鐵81所產生的推力二者是成比例的，這樣通過控制比例電磁鐵的電流就可以控制比例電磁鐵的所產生的推力，從而控制繼動閥的輸出口的壓力，進而達到控制制動氣室中氣體壓力大小的目的。

該繼動閥在氣動控制系統單獨作用下的氣控迴路的工作流程如下：

當繼動閥處於初始狀態時，進氣閥門4關閉，排氣閥門5開啟，輸出氣室C1與排氣氣室C3連通，供氣氣室C2分別與輸出氣室C1和排氣氣室C3隔斷；當電控迴路失效需要實施人力備份制動時，制動閥產生的控制氣體經控制口P1進入控制氣室C4中，在控制氣體的壓力作用下推動第二活塞22和第一活塞21克服第一回位彈簧6的預壓力向下移動；當第一活塞21向下移動至其最下端與閥座3接觸時，排氣閥門5關閉，輸出氣室C1與排氣氣室C3隔斷；第一活塞21帶動閥座3克服第二回位彈簧7的彈力繼續向下移動，進氣閥門4打開，使供氣氣室C2與輸出氣室C1連通，使得輸出氣室C2中的氣體壓力升高，該壓力使第一活塞21和第二活塞22共同受到一向上的力；若該力與第一回位彈簧6的彈力之和大於控制氣體作用在第一活塞21和第二活塞22上向下的推力時，第一活塞21和第二活塞22上移，從而打開排氣閥門5；此時輸出氣室C1與排氣氣室C3連通，部分氣體經排氣口P4排入大氣，導致輸出氣室C1的中的氣體壓力降低；輸出氣室C1中的氣體壓力降低後，第一活塞21和第二活塞22再次下移，並再次關閉排氣閥門5、打開進氣閥門4，並使輸出氣室C1中的氣體壓力升高；上述過程不斷重複，直至第一活塞21和第二活塞22所受的控制氣體向下的壓力、第一回位彈簧6的向上的彈力、輸出氣室C1中氣體的向上的推力三者平衡，最終由第一輸出口P1和第二輸出口P2輸出穩定的氣體壓力。當制動閥產生的控制氣體壓力減小時，第一活塞21的下部與閥座3的上部分開，從而打開排氣閥門5，此時輸出氣室C1與排氣氣室C3連通，輸出氣室C1內氣體從排氣口P4排入大氣，實現減壓過程。當鬆開制動踏板時，控制氣體無壓力，繼動閥恢復到初始狀態。

電控迴路與氣控迴路協同工作模式下的工作過程如下：

若來自製動閥輸出的控制氣體經控制口P1進入控制氣室C4後作用在第二活塞22上，且比例電磁鐵81所產生的推力經傳動裝置82作用於第一活塞21上的情況同時發生時，則進入電控迴路與氣控迴路協同工作模式。此時，制動系統的ECU首先比較AEB系統（或其它類似系統）提出的制動壓力需求與根據制動踏板行程確定的駕駛員制動壓力需求。若，則電控迴路退出工作，該繼動閥進入氣控迴路工作模式；若，電控迴路和氣控迴路協同工作，且制動系統的ECU將作為繼動閥輸出口的目標壓力。為實現繼動閥的輸出口的目標壓力為，制動系統的ECU將壓力傳感器10測量得到的繼動閥的輸出口的實際壓力作為反饋信號，調節比例電磁鐵線圈812的電流使與相等即可。

綜上所述，本實用新型的的複合活塞式比例繼動閥適用於EBS、AEB和ACC等使用要求，能通過精確控制電動控制機構的電流，使繼動閥的輸出口產生與電動控制機構的電流相匹配的壓力氣體給制動氣室，從而更精確地控制制動系統；另外本實用新型的繼動閥的電動控制機構包括比例電磁鐵和傳動裝置，並不需要常用比例繼動閥中的比例調壓氣室，而是將比例電磁鐵的電磁推力輸出通過傳動裝置直接作用於繼動閥的第一活塞上，具有更快的響應速度；而且本實用新型的繼動閥採用雙活塞結構，電控迴路提供的電動力和氣控迴路提供的氣動力可以相互疊加，從而使比例繼動閥具有電控和氣控協同工作的模式；另外，本實用新型的繼動閥採用電控和氣控冗餘結構，安全可靠；在電控系統正常時，依靠電動控制機構推動第一活塞在繼動閥的輸出口產生與電動控制機構的工作電流相匹配的氣體壓力；當電動控制機構失效時，依靠控制氣體推動繼動閥的第一活塞和第二活塞在繼動閥的輸出口產生與控制氣體成比例的壓力；同時，本實用新型的繼動閥內腔結構簡單，製造方便，節約生產成本。

上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據以實施，並不能以此限制本實用新型的保護範圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。