CN102099232A - 按需助力制动系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压制动系统，其包括将气缸膛孔的第一压力室与第二压力室隔开的活塞。活塞膛孔内的阀能够在三个位置之间移动。在第一位置中，第一和第二压力室与低压流体供应流体连通；在第二位置中，第二压力室与第一压力室和低压流体供应隔绝；在第三位置中，高压流体供应与第二压力室流体连通，以允许高压流体流入第二压力室。第二压力室中的高压室的助力活塞移动，从而向车辆制动器施加助力制动压力。第二室中抵靠阀表面的压力使得阀朝向第一位置偏压。蓄力器存储增强流体并且提供高压流体供应，从而能够在混合动力车发动机停止运转期间按需提供制动助力。

Description

按需助力制动系统和方法

技术领域

本发明公开的实施例总体涉及液压助力制动系统，具体地，本发明公开的实施例涉及这样一种系统，其中高压流体仅仅在进行制动时在动力助力器中流动。

背景技术

现今的车辆通常设置有帮助驾驶员控制车辆的特征，例如动力转向和助力制动。关于助力制动，一装置感测驾驶员作用在制动踏板上的压力并且向车辆的致动器施加与驾驶员施加的压力成比例的增大的压力。在采用汽油动力发动机的车辆中，来自发动机的真空通常被用在助力器装置中，以放大施加给制动踏板的压力。柴油发动机不会产生真空，所以柴油动力车辆采用多个可替代方案中的一个方案。在诸如货车和运载车辆的大型车辆中，通常设有单独的压缩机，以产生空气压力或真空来向制动助力器提供动力。在客运车辆中，通常使用液压助力器，该液压助力器由液压泵驱动并且通常也向转向助力器提供动力。

图1示出了包括主缸110、制动流体存储器108的液压助力制动系统100的组成，并且示出了液压制动助力器102的局部剖视图。该系统还包括液压流体存储器103、液压流体泵105、流体传输线路107和电子辅助流体泵111。车辆制动踏板106通过推杆130联接到制动助力器102上。

制动助力器102包括分别具有流体进口118和流体出口120的壳体112和气缸膛孔150。助力活塞114定位在气缸膛孔150中并且包括活塞膛孔115和输出推杆117。助力活塞114包括密封件142，密封件142与气缸膛孔150的壁接触并且将气缸膛孔的低压侧119与气缸膛孔150的高压侧121分隔开。助力活塞设置有低压侧流体排放口134和高压侧流体排放口132。提升阀136、阀复位弹簧137、阀杆116、反作用活塞138和反馈弹簧128定位在助力活塞114的活塞膛孔115中，阀杆保持件146在活塞膛孔115的敞开端部处形成密封件，输入推杆130通过该密封件接触阀杆116。防护套144覆盖并包括助力活塞114的从助力器壳体112延伸的部分。流量开关122定位在壳体112中，与流体出口120相邻。

在操作中，泵105通常经由联接到车辆发动机的驱动轴上，并且在发动机运行时持续地操作。只要没有压力施加到制动踏板106上，助力活塞114就将定位在如图1所示的气缸膛孔150的极右端处。增压流体经由助力活塞114的高压侧上的流体进口118从泵105进入气缸膛孔150。流体经由高压侧排放口132流入活塞膛孔115，流过提升阀136，并且经由低压侧排放口134排出到气缸膛孔150的低压侧119。流体经由流体出口120离开气缸膛孔150，并由此排放至流体存储器103。

当驾驶员向制动踏板106施加压力时，推杆130将压力传递至阀杆116，以使得阀杆向左运动，从而压缩反馈弹簧128。当阀杆116的端部140接触提升阀136时，提升阀136还开始向左运动到活塞膛孔115的变窄的部分中，开始节流通过活塞膛孔的流体流量。当流体的流动被阻止时，气缸膛孔150的高压侧的流体压力增大，这使得助力活塞114开始向左运动。助力活塞114的运动被输出推杆117传递至主缸110的活塞，由此向制动器提供阻力制动力。同时，如果驾驶员短距离下压制动踏板106然后保持住，那么助力活塞114向左运动离开阀杆116，这允许提升阀136从活塞膛孔115的变窄部分稍稍缩回并且允许更多的流体通过。当在气缸膛孔的高压侧121上的流体压力与主缸121的阻力和复位弹簧126对气缸膛孔的低压侧119的增大的偏压的组合之间达到平衡时，助力活塞停止运动并且保持静止，直到驾驶员更大力地压制动踏板106或者从制动踏板上释放压力。

当施加制动并且气缸膛孔150的高压侧上的流体压力增大时，增大的流体压力还作用在反作用活塞138的最左侧，反作用活塞138由此向右运动，这增大了反馈弹簧128的偏压，由此经由推杆130向制动踏板106施加成比例的反馈压力。如果驾驶员向踏板106施加更大的压力，那么气缸膛孔150高压侧中的压力上升到足以移动反作用活塞138而足以驾驶等于输入压力的反馈压力之前，助力活塞114将进一步向左运动。当驾驶员从制动踏板106释放压力时，被反馈弹簧128偏压的阀杆116向右运动，从而允许被阀复位弹簧137偏压的提升阀136运动到完全打开的位置，这又允许流体再次自由地流过助力活塞114的活塞膛孔115，由此允许助力活塞114向右运动至其行程上限。

可以看到，除了当向致动器施加最大压力，由此完全闭合提升阀136时，液压流体是持续地流过助力器102。在导致进入流体进口118的流体流量产生损失的故障的情况下，流量开关122从流体出口120检测所导致的流体流量的下降，并且启动电子辅助泵111，该电子辅助泵111开始使流体循环流过气缸膛孔150，以提供对致动助力器102的支持助力动力。

发明内容

根据本发明的实施例，提供在机动车辆中按需使用的液压制动助力器，其中，助力器仅仅在进行制动时吸取高压液压流体。

根据本发明的实施例，液压制动助力器包括壳体，该壳体具有气缸膛孔，气缸膛孔具有高压流体供应端口和低压流体供应端口。气缸膛孔内的助力活塞具有活塞密封件和活塞膛孔，该活塞密封件将气缸膛孔的第一压力室与气缸膛孔的第二压力室隔开，该活塞膛孔在活塞内轴向地延伸。助力活塞的运动被输出轴传递至主制动缸，以向车辆制动器施加制动力。定位在活塞膛孔内的阀能够运动至三个阀位置中的任何一个阀位置。

当阀处于第一阀位置时，高压流体端口闭合，并且气缸膛孔的第一压力室和第二压力室都与低压流体供应端口流体连通。当阀处于第二阀位置时，高压流体端口闭合，并且第二压力室与第一压力室隔绝并且与低压流体供应端口隔绝。当阀处于第三阀位置时，高压流体端口与第二压力室流体连通，以允许高压流体流入第二压力室。第一压力室与第二压力室之间的压力不平衡使得助力活塞沿着第一方向运动，从而使输出轴伸出以向主制动缸的活塞施加助力制动压力。第三阀位置包括阀的位置的范围。在第一极端处，高压流体流入第二室所通过的流体通道非常小，使得第二室中的压力逐步提升。当阀朝向第三位置的第二极端运动时，通道继续打开，使得在第二极端处，第二室中的压力极为快速地增大，导致几乎瞬间产生施加到相关车辆的致动器上的最大力。

附图说明

图1示出了已知的液压制动系统的元件；

图2A-2C是根据本发明第一实施例的液压制动助力器的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的液压制动助力器的示意图；

图4是根据本发明第三实施例的液压制动助力器的剖视图；

图5A是根据本发明第四实施例的液压制动助力器的示意图；

图5B-5D是图5的液压制动助力器的一部分分别处于默认位置、准备位置和主动制动位置的详细视图。

具体实施方式

虽然以上参考图1所述的制动助力器系统通常是有效且可靠的，但是其具有多个缺陷。例如，液压泵105以与发动机速度对应的速率进行操作。因为在发动机怠速时泵105的流量必须足以制动车辆，所以该泵的输出流量和压力以及发动机上对应的负荷将远大于发动机以较高rpm运行时所需的。另外，因为即使当不使用制动器时泵也持续运转，所以其表示对发动机的持续阻碍，因此对车辆的燃料经济性具有显著的影响。在某些情况下，泵的消耗可能大于发动机产生的总能量的3％。此外，将认识到，当发动机不运转时，图1的系统不能向制动器提供助力，这是因为液压泵105由发动机皮带驱动并且辅助泵111发动机的电子系统提供动力。辅助泵111设置成紧急情况后备装置，而不是作为主要的流体泵。

上述的缺陷尤其涉及高燃料效率车辆的设计。例如，采用内燃机和次级驱动马达的混合动力车辆可以在发动机停止的扩展期间操作，以存储的能量进行操作。在这个时间期间，机械地驱动的泵105将不运转，而电驱动的辅助泵111将不必要地消耗可获得的存储能量。

现在参考图2A-2C，其示出了根据本发明实施例的液压操作的制动助力器200。液压制动助力器200包括壳体202、助力活塞204和阀芯206。壳体202包括气缸膛孔209、高压流体供应端口214和低压流体供应端口216，气缸膛孔209包括在下文中称为轴膛孔的变窄区域211。环形凹部233定位在轴膛孔211中。助力活塞204包括定位在气缸膛孔209中的密封环岸(land)215、延伸到轴膛孔211中的输入轴217、以及从壳体202伸出并被构造成与主缸制动活塞接合的输出轴244。密封环岸215将气缸膛孔209分为高压室242和低压室228。活塞膛孔219在助力活塞204中轴向地延伸。低压侧排放口221从活塞膛孔219延伸至气缸膛孔209的低压室228。反馈端口222、低压端口218和高压端口220都从活塞膛孔219延伸至气缸膛孔209的高压室242。高压进入端口243在活塞膛孔219与轴膛孔211的环形凹部233之间延伸。活塞复位弹簧210朝向气缸膛孔209的高压区242偏压助力活塞。

阀芯206定位在活塞膛孔219中，并且包括阀环岸236、轴向膛孔224、平衡端口226和高压环面232，高压环面232定位成基本上与轴膛孔211的环形凹部233相对，高压进入端口243在高压环面232与环形凹部233之间延伸。阀芯206的第一压力表面239和第二压力表面240经由轴向膛孔224彼此流体连通，并且经由助力活塞204的低压侧排放口221与低压室228流体连通。阀芯206的反作用表面238经由助力活塞204的反馈端口222与高压室242流体连通。定位在轴向膛孔219中的阀芯复位弹簧212如图所示的朝向右侧偏压阀芯。当结合到车辆的制动系统中时，车辆的制动踏板以参考推杆130与图1所示相同的方式经由推杆208联接至阀芯206。

图2A示出了处于默认位置的助力活塞204和阀芯206，其中没有压力施加到相关的制动踏板上，并且输出轴244不提供制动助力。图2B示出来处于准备位置的阀芯206和仍然处于默认位置的助力活塞204，图2C示出了处于主动制动位置的阀芯206和处于制动位置的助力活塞204。对于本公开的权利要求的目的，术语“主动制动”指的是施加的制动力增大的情况。

在操作中，在高压流体供应端口214处提供处于高压的液压流体而低压流体供应联接至低压流体供应端口216。当没有压力施加到制动踏板上时，助力活塞204和阀芯206保持处于其默认位置，如图2A所示。如果由于之前施加的压力而不处于默认位置，那么当压力从制动踏板上移除时助力活塞204和阀芯206运动到默认位置。在这种结构中，气缸膛孔209的高压室242经由低压端口218、平衡端口226、轴向膛孔224、活塞膛孔219和低压侧排放口221与低压室228流体连通。因此，高压是242和低压室228中的压力被平衡，活塞复位弹簧210将助力活塞204保持在其行程的最右侧极限位置处。

当驾驶员向制动踏板施加压力时，该压力经由推杆208传递至阀芯206，从而使阀芯向左运动。阀芯206移动第一距离至图2B中所述的位置，在这个期间没有产生制动作用。这在车辆进行制动之前在踏板行程中提供了一定量的空隙(slack)。参照图2B，可以看到阀环岸236已经闭合了低压端口218，从而将高压室242与低压室228隔绝。

当驾驶员使制动踏板移动超过主动制动阈值时，阀芯206相对于助力活塞204进一步向左移动到主动制动区中，其中阀环岸236开始打开高压端口220，如图2C中234处所示。这是的高压室242与高压流体供应端口214流体连通the，由此，高压流体经由环形凹部233、高压进入端口243、高压环面232和高压端口220开始流动。当高压流体流入气缸膛孔209的高压室242时，高压室242中的流体压力增大，这抵抗低压室228中的较低流体压力而驱动助力活塞204向左运动，并且使输出轴244伸出，输出轴向主缸的活塞提供放大的制动压力。假设驾驶员在施加初始压力之后没有使制动踏板移动得更远，那么助力活塞204向左运动，而阀芯206保持静止，这闭合了高压端口220，从而抑制住助力活塞204。在这点上，助力活塞处于气缸膛孔内的某个中间位置处，如图2C所示，同时阀芯206相对于助力活塞204处于准备位置，如图2B所示。因为高压室242与高压流体供应端口214和低压流体供应端口216两者都隔绝，同时阀芯206处于准备位置，所以液压地锁定了芯阀从主动制动位置移动至其准备位置。因此，在这种情况下具有的制动的水平保持不变，直到芯阀再次运动。

当阀芯206和助力活塞204areintheir默认位置时，如图2A所示，反作用表面238以及阀芯206的第一压力表面239和第二压力表面240都承受与低压流体供应相等的流体压力，因此，除了由阀芯复位弹簧212施加的偏压之外，阀芯206可以在活塞膛孔219内自由运动。然而，当低压端口218被阀环岸236闭合时，反作用表面238受到高压室242中具有的流体压力，同时第一压力表面239和第二压力表面240保持与低压室228流体连通。从而，当高压室242中的压力上升时，在偏压反作用表面238的流体中具有对应的上升，从而促使阀芯206向右运动，这不会被沿另一个方向的对应偏压或力所平衡。这种反作用力经由推杆208传递至制动踏板，从而向驾驶员提供反馈力，该反馈力与高压室242和低压室228之间的压差成比例，并且与经由输出轴244施加的助力制动力成比例。因此，驾驶员施加给制动踏板的压力越大，则推回到踏板上的复位压力也就越大。

当驾驶员从制动踏板上移除压力时，阀芯复位弹簧212的复位偏压和反作用表面238处的反作用压力的组合使得阀芯206向其向右的行程极限位置移动，这闭合高压端口220并打开低压端口218，允许流体从高压室242经由平衡端口226、轴向膛孔224、活塞膛孔219和低压侧排放口221排放至低压室228。然后，活塞复位弹簧210驱动助力活塞204回到其默认位置，输出轴244缩回并且释放车辆制动器。

阀环岸236和高压端口220控制制动的速率和程度。如果驾驶员仅仅施加足以打开高压端口220的一小部分的压力，那么高压流体缓慢地流入高压室242，并且助力活塞204相应地缓慢响应，除非驾驶员持续地增加踏板上的压力以抵消反作用表面238处的上升的反作用力，否则在阀环岸236再次闭合高压端口220之前助力活塞204仅仅行进一小段距离，如上所述。为了使阀芯206超过主动制动阈值而回到主动制动区中，驾驶员必须向制动踏板施加额外的力。从而，将阀芯206移入主动制动位置所需的力阈值与已经存在的制动程度成正比地增大。

如果驾驶员从默认位置猛烈下压制动踏板，那么高压端口220完全打开，从而允许高压流体非常快速地流入高压室242，助力活塞204非常快地向左移动，并且使高压端口保持打开较长时间，这又使得助力活塞204在活塞运动之前向左移动得更远，并且增大的反作用力使阀芯206移出主动制动区，以闭合高压端口220。从而，制动将会施加得非常猛烈且非常快速。

可以看到，仅仅当阀芯206处于主动制动区时高压流体流入制动助力器200中，并且当助力活塞204来回运动时低压流体通过低压流体供应端口216双向流动，但是存在经由低压流体供应端口216的净流出，该净流出等于在制动期间进入高压流体供应端口214的流体的量。当制动力不变时或者当没有施加制动力时，没有流体流入制动助力器。

在系统损失流体压力的情况下，高压流体将不会响应于制动踏板上压力而流入高压室242，因此，对反作用表面238的偏压不会增大，并且不会对制动器产生动力助力。在这种情况下，阀芯206将会以小阻力向左移动，直到阀芯206的一部分与助力活塞204确实接触，驾驶员在踏板上产生的压力在该点处被传递至助力活塞204，从而使得活塞向左移动，并且使得输出轴244伸出。从而，即使在失去助力能力时驾驶员也能施加制动。

现在参考图3，其示出了根据本发明实施例的液压地操作的制动助力系统300的元件。在助力系统300的元件使用参考图2A-2C所述的实施例的元件的附图标记时，假设对应的元件是基本上相同的，或者其任何差别与本发明无关。这样的元件将不再参考图3的实施例进行详细说明。

系统300采用包括壳体302、助力活塞204和阀芯206的制动助力器301。壳体302包括气缸膛孔309、轴膛孔211、高压流体供应端口314和低压流体供应端口316，气缸膛孔309具有参考图2A-2C的实施例所述的高压室242和低压室228。旁通通路370可以在高压室242和低压室228之间延伸，在旁通通路370中设有止回阀372，止回阀372被构造为允许流体从低压室228到高压室242的单向流动。

高压流体源350经由高压流体传输线路356与壳体302的高压流体供应端口314流体连通，低压流体源352经由低压流体线路354与低压流体供应端口316流体连通。例如，高压流体源350和低压流体源352可以分别是高压流体蓄力器和低压流体蓄力器，或者可以是任何其它的这种流体供应源。

压力调节器358定位在高压流体传输线路356中，处于高压流体源350和高压流体供应端口314之间；压力安全阀368联接在高压流体供应端口314和低压流体源之间；压力开关362联接到流体回路的高压侧；止回阀360定位在回路的高压侧中，处于高压流体源350和高压流体供应端口314之间；并且电动后备泵364联接在流体回路的高压侧和低压侧之间，其中止回阀366被构造成允许流体从低压侧到高压侧的单向流动。

当制动系统300运转时，来自高压流体源350的高压流体被供应给制动助力器301，以向助力器提供动力。压力调节器358将流体压力限制在由助力器301的构造和相关车辆的制动要求限定的界限内。具体地，在其它车辆系统以及制动系统300采用增压液压流体的系统中，高压流体供应可处于超过助力器301设计限制的压力下，在这种情况下，压力调节器358可以设置成将供应至助力器的夜里减小到可接受的水平。

例如，某些混合动力车辆采用液压马达作为其次级动力源。在这种情况下，内燃机驱动流体泵，以使流体在非常高的压力下流入液压蓄力器，流体存储在蓄力器中以备之后用于推进车辆以及其它目的。该蓄力器可以具有大于5,000psi的压力。同时，参考图1所述的现有技术的液压助力系统被设计成在大约900psi的流体压差下操作。如下所述，采用根据本发明原理的助力系统具有的某些优点在于，在其它方面与已有的系统兼容，并且采用压力调节器(例如，图3的压力调节器358)来提供必要的压力降低。根据其它实施例，助力器的密封件和工作表面的尺寸形成为且构造成在5,000-7,000psi范围内操作时提供合适的制动助力水平，由此消除压力调节器的需要。或者，可以设置有压力调节器，该压力调节器被构造成将流体压力限制到车辆液压系统的通常操作范围的下限，由此在流体压力可以正常地变化25％-40％的系统中提供对制动器的始终一致的感觉和响应。

压力安全阀368被构造成，当在高压流体供应端口314处供应的流体的压力不期望地增大超过助力器301的设计限制时，例如当压力调节器358故障时，将流体排放到回路的低压侧，由此保护助力器301及其相关部件。

如果高压源350处的流体压力下降到助力器301足以进行正确操作的所选限制之下，例如由于供应高压流体的元件出现故障或者由于流体传输线路的堵塞而可能产生的情况，那么压力开关362闭合，启动电子后备泵364，然后该电子后备泵开始操作以在高压流体供应端口314处保持足够的流体压力，从而允许操作该系统，至少直到高压流体供应的故障可被修正为止。止回阀360放置来自后备泵364的流体流到高压流体源350。根据一个实施例，泵364的响应时间足够快，以允许泵直到开始制动才起作用，此时泵启动并且提供所需的流体压力。在这种情况下，与第一开关串联布线的第二开关可以定位成检测制动踏板的起始运动并且启动马达。

根据本发明的另一个实施例，后备泵364包括小的高压流体存储器，该高压流体存储器足以引发制动，之后泵364启动且再填充该存储器，并且支持正在进行的制动。对于本发明的目的，这样的存储器与诸如可用作高压流体源的高压蓄力器的区别在于，蓄力器通常能够存储更多的流体且支持反复的制动，并且可以支持多个其它的液压操作的车辆系统，相反，存储器仅仅容纳足以允许泵进行按需操作而不会使助力器延迟响应制动的流体。根据另一个实施例，压力开关362和止回阀360的位置是相反的，并且泵364仅仅在回路的高压侧进行填充，直到开关362打开。当进行制动时，回路的高压侧中的传输线路和部件的最小存储容量足以在起始为制动提供动力，直到泵可以启动并且保持压力。

旁通通路370用来防止助力活塞在回路的低压侧中出现堵塞的情况下发生液压锁定，该液压锁定部分地或完全地堵塞流体从低压流体供应端口316流向低压流体源。

参考图3所述的某些部件示出为结合到壳体302中，而其它的部件示出为处于壳体的外部。这种构造仅仅只是示例性的并且服从于特定应用的设计考虑。另外，图2A-3的实施例基本上为图示的和示意性的形式，以更加容易地说明相应实施例的功能和操作。从而，发明的某些可操作实施例的外观可能与附图中所示的实施例的外观完全不同，包括图4中所示的可操作实施例。因此，权利要求并不限于特定的外观、布置或元件的组合，除非本文中明确指出。

现在参考图4，其示出了根据实施例的液压地操作的制动助力器400的剖视图，其中所采用的壳体403和其它元件来自于与参考图1所述的助力器102类似的现有技术助力器。壳体403包括气缸膛孔409以及流体进口端口415和流体出口端口416。延伸壳体402包括轴膛孔411、高压流体供应端口(图4中未示出)和定位在轴膛孔411中的环形凹部433。延伸壳体402通过合适的紧固件405联接到壳体403，使得延伸壳体402的轴膛孔411和壳体403的气缸膛孔409是邻接的且同轴的。因为高压流体经由延伸壳体402的高压流体供应端口被供应至助力器400，所以壳体403的起始进口415是密封的。

助力活塞404包括定位在气缸膛孔409中的密封环岸413、延伸到轴膛孔411中的输入轴417、以及从壳体403伸出并被构造成与主缸制动活塞接合的输出轴444。在所示的实施例中，助力活塞404的包括输出轴444的部分是单独的元件，两个部分形成助力活塞404。活塞膛孔419在助力活塞404中轴向地延伸。密封环岸413将气缸膛孔409分为高压室442和低压室428。低压侧排放口421从活塞膛孔419延伸至气缸膛孔409的低压室428。反馈端口422、低压端口418和高压端口420都从活塞膛孔419延伸至气缸膛孔409的高压室442。高压进入端口443在活塞膛孔419与轴膛孔411的环形凹部433之间延伸。活塞复位弹簧410朝向气缸膛孔409的高压区442偏压助力活塞404。

阀芯406定位在活塞膛孔419中，并且包括阀环岸436、轴向膛孔424、平衡端口426和高压环面432，高压环面432定位成基本上与轴膛孔411的环形凹部433相对，高压进入端口443在高压环面432与环形凹部433之间延伸。阀芯406的第一压力表面439和第二压力表面440经由轴向膛孔424彼此流体连通，并且经由助力活塞404的低压侧排放口421与低压室428流体连通。阀芯406的反作用表面438经由助力活塞404的反馈端口422与高压室442流体连通。阀芯复位弹簧412向右偏压阀芯，如图4所示。被构造成联接到车辆制动踏板上的推杆408通过密封活塞膛孔419的端帽425从输入轴417向外延伸。

液压制动助力器400的操作与参考图2A-2C所述的制动助力器200的操作基本上相同，因此将不再进行说明。

图4的实施例提供了对现有技术系统的经济型改进，以允许它们根据本发明的原理进行操作。在图4的实施例中，多个部件保持来自现有技术的助力器，包括壳体403、活塞复位弹簧410、阀芯复位弹簧412和端帽425。另外，起始的后备泵(未示出)被重新定位和重新构造成参考图3的后备泵364进行操作。通过构造新的部件在现有技术的助力器的压力下进行操作，它们的尺寸能够形成为配合起始的壳体。这将在系统压力超过现有技术助力器的设计压力时需要压力调节器，如图3所述，但是这将提供的优点在于，许多不需定制的部件将会与助力系统兼容，包括配件、密封件、软管等，并且与能够承受更高系统压力的部件的成本相比，将降低所有部件的成本。

参考图2A-4的实施例所述的端口和排放口，包括高压端口和低压端口、反馈端口等，每个都包括多个径向地延伸的通道。图4中示出了两个通道，但是对于指定的应用而言每组通道的数量和尺寸根据相应端口可能需要支持的最大流体流量来确定。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，所公开的元件例如环形凹部、高压环面和阀环岸的功能可以通过具有不同结构的元件来执行，该不同结构的元件为例如槽、通路、提升阀等。

现在参考图5A-5D，图5A示出了根据另一个实施例的液压地操作的制动助力器500，图5B-5D示出了根据下述相应构造的制动助力器500的部分放大图。制动助力器500包括壳体202、助力活塞504和推杆508。壳体202与参考图2A-2C所述的壳体202基本上相同，并且包括基本上如上所述的气缸膛孔209、轴膛孔211、高压流体供应端口214、低压流体供应端口216和环形凹部233。

助力活塞504包括定位在气缸膛孔209中的密封环岸515、延伸到轴膛孔211中的活塞本体506、以及从壳体202伸出并被构造成与主缸制动活塞接合的输出轴544。密封环岸515将气缸膛孔209分为高压室242和低压室228。阀组件501的元件在助力活塞504的活塞本体506中轴向地延伸并且被活塞膛孔517包含，这些元件包括推杆通路519、针阀室558、阀活塞室578、高压流体通道520、球形阀室524。高压供应通路543在活塞本体506内从孔574延伸至球形阀室524。孔574被定位成使得高压供应通路543经由环形凹部233与球形阀室524流体连通。低压侧通路521在助力活塞504内从孔580延伸至针阀室558，使得针阀室558与气缸膛孔209的低压室228和低压流体供应端口216流体连通。高压侧通路522从孔582延伸至阀活塞室578，使得阀活塞室578与气缸膛孔209的高压室242流体连通。

阀组件501包括两个提升阀式的阀：球形阀551和针阀561。球形阀551包括阀球554、间隔件556和弹簧512，弹簧512定位在球形阀室524中，使得弹簧512向间隔件556施加偏压力，间隔件556将偏压力传递至阀球554，从而使阀球在高压流体通道520的第一端部处偏压抵靠阀座584。间隔件被构造成不会阻止流体通过球形阀室524。阀组件501还包括定位在阀活塞室578中的阀活塞557，该阀活塞557具有高压表面568和低压表面569，并且包括致动器杆564，该致动器杆564从高压表面568朝向球形阀551的阀球554延伸到高压流体通道520的第二端部中。

针阀561包括流体通道518，该流体通道518在阀活塞557中从阀活塞的低压表面569中的阀座562延伸至阀活塞的高压表面568中的孔，使得阀活塞室578在高压表面568侧的部分与在低压表面569侧的部分流体连通。针阀561还包括阀针550和弹簧566。阀针550定位在针阀室558中并且包括扩大的头部，该阀针550在第一端部处具有支承表面586并且在第二端部处具有密封表面560。阀针550定位有朝向阀活塞室578延伸的第二端部。弹簧566定位在阀活塞室578中，以偏压阀针550离开阀活塞室578。

推杆508被构造成在第一端部处以例如相对于图1的推杆130所示的方式联接到车辆的制动踏板上。推杆508延伸到推杆通路519中，推杆508具有定位成与阀针550的支承表面586相邻的第二端部。

在操作中，在高压流体供应端口214处提供处于高压的液压流体而低压流体供应联接至低压流体供应端口216。推杆508的第一端部联接到车辆制动踏板上并且输出轴544接合车辆的主制动缸的活塞，使得输出轴的向左运动驱动活塞以向车辆致动器施加制动力。

图5A和5B示出了处于默认位置的阀组件501，在功能上与以上参考图2A所述的制动助力器200的构造相对应。在这个位置中，球形阀551闭合，阀球554通过弹簧512偏压抵靠阀座584，从而防止高压流体经由高压流体通道520进入阀活塞室578。针阀561打开，阀针550通过弹簧566被偏压在打开位置中，并且高压室242和低压室228经由低压侧通路521、针阀室558、阀活塞557的阀活塞室578和流体通道518、以及高压侧通路522流体连通。当制动压力从车辆的制动踏板上移除时，阀组件501移至默认位置，并且在没有压力施加到制动踏板上时保持在默认位置中。

图5C示出了处于准备位置的阀组件501，在功能上与以上参考图2B所述的制动助力器200的构造相对应。当驾驶员开始向制动踏板施加压力时，如图所示，推杆508向左移动，抵靠阀针550的支承表面586，从而向左移动阀针，直到密封表面560接合阀活塞557的阀座562，闭合针阀561并且断开高压室242和低压室228之间的流体连通。

图5D示出了处于主动制动位置的阀组件501，在功能上与以上参考图2C所述的制动助力器200的构造相对应。当驾驶员增大对制动踏板的压力而超过将阀组件501保持在准备位置中所需的压力时，偏压力经由推杆508和阀针550传递至阀活塞557，使得阀活塞向左移动直到致动器杆564接触阀球554并且使阀球移动离开阀座584，从而打开球形阀551并且使得高压流体供应端口214经由环形凹部233、高压供应通路543、球形阀室524、高压流体通道520、阀活塞室578以及高压侧通路522与高压室242流体连通。因此，高压流体流入高压室242并且迫使助力活塞504在气缸膛孔209内向右移动，输出轴544将制动力传递至主缸，如上所述。

通过球形阀551，具体是通过阀球554与阀座584的距离，来控制高压流体至高压室242的流量，并由此控制制动力增大的速度，其中该距离反过来受施加到制动踏板上的力的大小控制。助力器活塞504在壳体202的气缸膛孔209中的位置由高压室242和低压室228之间的压差和主缸的阻力确定，该压差平衡地抵抗复位弹簧210的力。另一方面，推杆508、阀针550、阀活塞557和阀球554相对于壳体202的位置在由助力活塞504的结构强加的限制范围内由制动踏板的位置来确定。假设驾驶员对制动踏板施加的起始力足以使阀组件501移至主动制动位置，然后保持踏板静止不动，那么高压流体起始将流入高压室242，如上所述。当助力活塞504响应而向左运动时，本体506及其所有的室和通道也都向左运动，直到阀座584移回至在其新的位置处与阀球554接触，从而断开高压流体供应端口214和高压室242之间的流体连通，并且使助力活塞504停在该位置上。在这点上，阀组件501再次处于准备位置中，并且所获得的制动力的程度保持不变，直到驾驶员进一步下压制动踏板，这再次打开球形阀551并增大制动压力，或者释放该踏板，这允许弹簧566打开针阀561并且使流体从高压室242排出至低压室228。如果驾驶员完全释放制动踏板，那么助力器活塞504将返回到其如图5A所示的最右侧位置，并且阀组件将返回至默认位置。如果驾驶员仅仅部分地释放制动踏板，那么针阀561将排出足够的流体以允许助力活塞504向右移动，直到阀活塞557的阀座562移动至与阀针550的密封表面560接触，从而闭合针阀并且使助力器活塞504停在某个制动减小的位置上。

当高压室242和低压室228之间存在压差时，穿过阀活塞557具有相同的压差，在活塞的表面侧上具有较高的压力，在低压表面侧上具有较低的压力。从而，当主动制动期间压差增大时，相应增大的向右的偏压被施加到阀活塞557的高压表面568上，这会被驾驶员感觉成对制动踏板上压力的增大的阻力，由此向驾驶员提供成比例的反馈力。

根据本发明的液压制动助力系统具有多个优点和益处。如上所述，现有技术的液压助力要求流体持续流动，从而流体泵必须持续进行运转，这表示车辆发动机的能量消耗相当大。相反，本文所述的制动助力系统仅仅在主动制动期间吸取高压流体，这表示车辆总体操作时间的一小部分，并且根据在发明人的指导下进行的测试，相对于常规液压助力系统在效率方面有了显著的改善。

此外，在诸如液压混合动力车的车辆采用液压蓄力器和根据本发明的原理构造的制动助力器的情况下，存储在蓄力器中的流体足以使得制动助力器在发动机停止的情况下长期使用，因为需要持续进行流体循环，所以在发动机停止的情况下常规助力器将快速排空蓄力器。对于采用电驱动流体泵以在发动机停止运转期间驱动现有技术的制动助力器的混合电动车而言也是这样的情况。当在存储的动力下运转时，电动泵的持续动力输出显著地影响了车辆的行驶里程。另一方面，对于采用根据与以上参考图3的后备泵364说明的类似的设计的按需泵的车辆而言，极大地减少了电池的耗尽并且相应地增大了车辆行驶里程。

最后，因为根据本发明各实施例的制动助力系统的低流体流动要求，所以常规的车辆(即，非混合动力车)可以设置有小的蓄力器，该蓄力器具有有限的容量，但是即使在发动机动力丢失时也能够提供足够的助力能力来制动车辆，直到其能够安全地停止为止。

基于提升阀操作的液压制动助力器，例如参考图5A-5D说明的液压制动助力器，除了上述优点之外，还具有多个特别的优点。例如，提升阀的制造公差和成本通常比其它大多数阀低；提升阀的流体泄漏通常比诸如芯阀等的较为复杂的阀更少，并且在需要进行剪切运动以进行操作的阀由于流体中的碎片而堵塞的情况下，提升阀能够改为压碎或吹走通过的碎片，从而在可能不会进行常规维护的消费应用中更加可靠。

通常，密封件、衬垫、O形环等没有相对于所公开的实施例进行详细说明和图示，而是很大程度上被省略以简化附图。这些元件的合适的使用和应用是本领域公知的，从而对于完成本发明原理的理解不需要这些元件的详细说明。在示出密封件的情况下，该密封件示出为特定实施例的元件，并且不被构成为在每个实施例中都是必要的，除非有特定的说明。

在说明附图中示出的实施例时，方向基准，例如右、左、顶部、底部等，用来指代它们在附图中示出时的元素或运动。这样的术语用来简化说明并且不以任何方式构成对权利要求的限制。

在权利要求使用术语移动和表示运动或位置改变的术语时，这些术语应当被构造成在考虑说明书的情况下在合理范围内最宽泛的解释。例如，当权利要求说明了第一元件的运动以实现第一元件和第二元件的相对位置改变时，该权利要求还记载了第二元件相对于第一元件的运动，导致类似的相对位置改变；当权利要求说明了阀的运动时，这不被构造成要求整个阀物理地改变位置，而仅仅是阀变化的传递特征，例如阀从打开移至闭合等。

序数例如第一、第二、第三等在权利要求中仅仅是为了清楚地区分所要求保护的元件或特征。这些数的使用不表示任何其它的关系，例如这些元件的操作顺序或相对位置顺序。此外，权利要求中使用的序数没有特别对应于说明书中使用的序数来涉及这些权利要求可能记载的公开实施例的元件。

本公开的摘要是根据一个实施例的本发明某些原理的提要，而不作为其任何实施例的完整或限定的说明，也不应当依赖其来定义说明书或权利要求书中使用的术语。摘要不限制权利要求的范围。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，上述各个实施例的元件可以省略或组合，并且可以做出进一步的修改以提供进一步的实施例。本说明书中涉及和/或在申请数据表中列出的所有上述美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请以及非专利出版物通过参考而整体结合到本文中。如果需要采用各个专利、申请和公开的概念来提供进一步的实施例，那么可以改变实施例的各个方面。

在上述详细说明的情况下可以对实施例进行这些和其它的改变。总体上，在以下的权利要求中，所使用的术语不应当构成为将权利要求限制为说明书中公开的特定实施例，而应当构成为包括所有可能的实施例以及权利要求所给予的等效的全部范围。因此，权利要求并不受限于该公开。

Claims (27)

1.一种制动助力器，其包括：

壳体，其包括气缸膛孔，该气缸膛孔具有高压流体供应端口和低压流体供应端口；

活塞，其定位在气缸膛孔内，该活塞具有：

活塞密封件，其将气缸膛孔的第一压力室与气缸膛孔的第二压力室隔开，

活塞膛孔，其在活塞内轴向地延伸，

第一端口，其在活塞膛孔和第一压力室之间延伸，

第二端口，其在活塞膛孔和第二压力室之间延伸，以及

第三端口，其在活塞膛孔和第二压力室之间延伸；以及

阀芯，其定位在气缸膛孔内，该阀芯具有：

第一流体通路，其在阀芯内轴向地延伸，阀芯的第一流体通路经由活塞膛孔和第一端口与气缸膛孔流体连通，

第二流体通路，其在阀芯内延伸，该第二流体通路与高压流体供应端口流体连通，

平衡端口，其在阀芯内延伸，并且被定位成当阀芯处于第一位置时，该平衡端口使得第三端口与第一流体通路流体连通，以及

阀环岸，其定位成且构造成：当阀芯处于第一位置时，第二端口闭合；当阀芯处于第二位置时，第二端口和第三端口闭合；以及当阀芯处于第三位置时，第三端口闭合并且第二端口经由第二流体通路与高压流体供应端口流体连通。

2.根据权利要求1所述的制动助力器，其中，阀芯包括反作用表面并且活塞包括第四端口，该第四端口在活塞膛孔和第二压力室之间延伸，使得当阀芯处于第一位置、第二位置和第三位置中任一个位置时反作用表面与第二压力室流体连通。

3.根据权利要求1所述的制动助力器，其还包括：

第一弹簧，其定位在气缸膛孔中并且被构造成朝向第二压力室偏压活塞；以及

第二弹簧，其定位在活塞膛孔中并且被构造成朝向第一位置偏压阀芯。

4.根据权利要求1所述的制动助力器，其还包括压力调节器，该压力调节器被构造成限制高压流体供应端口处的流体压力。

5.根据权利要求1所述的制动助力器，其还包括：

流体泵，其具有与低压流体供应端口流体连通的流体进口和与高压流体供应端口流体连通的流体出口；

止回阀，其被构造成允许流体经由流体泵从低压流体供应端口到高压流体供应端口的单向流动；以及

压力开关，其被构造成当高压流体供应端口处的流体压力下降到阈值之下时触发流体泵。

6.一种液压助力器，其包括：

壳体，该壳体内延伸有气缸膛孔，并且该壳体具有第一流体供应端口和第二流体供应端口；

活塞，其定位在气缸膛孔内，该活塞具有第一侧部和第二侧部，并且该活塞内轴向地延伸有活塞膛孔；以及

阀，其定位在活塞膛孔内并且能够移动到三个阀位置中的任一个位置，该三个阀位置包括：

第一阀位置，在第一阀位置中，活塞的第一侧部和第二侧部彼此流体连通并且与第一流体供应端口流体连通，

第二阀位置，在第二阀位置中，活塞的第一侧部与第一流体供应端口流体连通，并且活塞的第二侧部与第一侧部以及第一流体供应端口和第二流体供应端口隔绝，以及

第三阀位置，在第三阀位置中，活塞的第一侧部与第一流体供应端口流体连通，活塞的第二侧部与第一侧部隔绝，并且活塞的第二侧部与第二流体供应端口流体连通。

7.根据权利要求6所述的液压助力器，其中，阀包括与活塞的第二侧部流体连通的反作用表面，并且其中，活塞的第二侧部处的流体压力与活塞的第二侧部和第一侧部之间的压差成正比地朝向第一位置偏压阀。

8.根据权利要求6所述的液压助力器，其中，第三阀位置包括其中活塞的第二侧部经由流体通道与第二流体供应端口流体连通的阀位置的范围，流体通道的尺寸从该范围的第一极端到第二极端逐渐增大。

9.根据权利要求6所述的液压助力器，其中，活塞包括从活塞膛孔延伸至活塞的第二侧部的第一流体端口和第二流体端口，并且其中活塞的第一侧部与活塞膛孔流体连通。

10.根据权利要求9所述的液压助力器，其中，阀包括能够移动到第一阀位置、第二阀位置和第三阀位置的阀芯，阀芯包括反作用表面，并且其中活塞包括第三流体端口，该第三流体端口从活塞膛孔延伸至活塞的第二侧部并且使得反作用表面与活塞的第二侧部流体连通。

11.根据权利要求9所述的液压助力器，其中，当阀芯处于第一阀位置时，活塞的第一侧部和第二侧部经由第一流体端口彼此流体连通；当阀芯处于第二阀位置时，第一流体端口和第二流体端口闭合；以及当阀芯处于第三阀位置时，活塞的第二侧部经由第二流体端口与气缸膛孔的第二流体供应端口流体连通。

12.根据权利要求6所述的液压助力器，其中，阀包括第一阀和第二阀，第一阀被构造成调节活塞的第一侧部和第二侧部之间的流体连通，第二阀被构造成调节活塞的第二侧部和第二流体供应端口之间的流体连通，并且其中，当阀处于第一阀位置时，第一阀打开且第二阀闭合，当阀处于第二阀位置时，第一阀和第二阀闭合，以及当阀处于第三阀位置时，第一阀闭合且第二阀打开。

13.根据权利要求12所述的液压助力器，其中，第一阀和第二阀是提升阀式的阀。

14.根据权利要求13所述的液压助力器，其中，第一阀的提升阀沿第一方向移动第一距离使得第一阀的提升阀的密封表面移动成抵靠第一阀的阀座，第一阀的提升阀沿第一方向移动第二距离使得包括第一阀的阀座的元件移动成抵靠第二阀的提升阀并且使得第二阀的提升阀移动离开第二阀的阀座。

15.一种对车辆的制动压力提供助力的方法，所述方法包括：

当车辆的制动踏板沿着第一方向移动时，闭合助力活塞的高压侧和低压侧之间的通路；

响应于车辆的制动踏板沿第一方向的位移超过阈值而打开用于流体从高压流体源流至助力活塞的高压侧的通路；以及

当车辆的制动踏板没有沿第一方向移动时，闭合用于流体从高压流体源流至助力活塞的通路。

16.根据权利要求15所述的方法，其包括从助力活塞的高压侧向反作用表面施加流体压力，由此根据助力活塞的高压侧与助力活塞的低压侧之间的压差而沿着与第一方向相反的第二方向偏压制动踏板。

17.根据权利要求15所述的方法，其包括使得助力活塞的低压侧与低压流体源流体连通。

18.根据权利要求15所述的方法，其中：

闭合高压侧和低压侧之间的通路包括在阀本体内将芯阀的芯从第一位置移至第二位置；以及

打开用于流体流动的通路包括在阀本体内将芯从第二位置移至第三位置。

19.根据权利要求15所述的方法，其中：

闭合高压侧和低压侧之间的通路包括闭合第一阀；以及

打开用于流体流动的通路包括打开第二阀。

20.一种车辆的制动助力系统，其包括：

高压流体蓄力器；

低压流体蓄力器；

主制动缸；以及

制动助力器，其具有联接到高压流体蓄力器上的高压流体供应端口、联接到低压流体蓄力器上的低压流体供应端口以及定位在气缸膛孔内且联接到主制动缸上的助力活塞，制动助力器被构造成：当车辆的制动踏板处于默认位置时，使得助力活塞的第一侧部和第二侧部彼此流体连通并且与低压流体蓄力器流体连通；当制动踏板不处于默认位置并且被下压小于阈值时，使得助力活塞的第一侧部与低压流体蓄力器流体连通，并且使得助力活塞的第二侧部与第一侧部隔绝且与高压流体蓄力器和低压流体蓄力器隔绝；以及当制动踏板被下压到比阈值更远时，使得活塞的第二侧部与高压流体蓄力器流体连通并且使得活塞的第一侧部与低压流体蓄力器流体连通。

21.根据权利要求20所述的制动助力系统，其中，制动助力器被构造成当制动踏板被下压到比阈值更远时，与施加到制动踏板上的压力相关地控制高压流体蓄力器与活塞的第二侧部之间的通道的尺寸。

22.根据权利要求20所述的制动助力系统，其中，来自高压流体蓄力器的流体压力还经由液压马达向车辆提供动力。

23.根据权利要求20所述的制动助力系统，其中，助力活塞响应于高压流体流动至助力活塞的第二步侧而进行的运动使得阈值更进一步远离默认位置。

24.一种用于机动车辆的制动系统，其包括：

蓄力器，其被构造成存储处于压力下的液压流体；

助力缸，其被构造成根据气缸内的流体压差向制动主缸施加机械助力；以及

计量阀，其机械地联接到车辆的制动踏板上，并且被构造成响应于制动踏板上的压力来调节蓄力器与助力缸之间的流体连接并且在制动踏板上没有压力的情况下闭合该流体连接。

25.根据权利要求24所述的制动系统，其包括：

内燃机；以及

液压泵，其被内燃机机械地驱动并且具有与蓄力器流体连通的流体出口。

26.根据权利要求24所述的制动系统，其还包括额外的阀，该额外的阀联接到制动踏板上并且被构造成调节助力缸的高压侧与低压侧之间的流体连接。

27.根据权利要求26所述的制动系统，其中，该额外的阀联接到计量阀上，使得当计量阀从闭合移至打开时，该额外的阀首先从打开移至闭合。

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