Результат интеллектуальной деятельности: ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО С УСИЛИТЕЛЕМ ТОРМОЗНОГО ПРИВОДА ДЛЯ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ

Настоящее изобретение относится к тормозному устройству с усилителем тормозного привода для тормозной системы автомобиля, содержащему главный тормозной цилиндр, регулирующий давление по меньшей мере в одном контуре тормозной системы, и расположенный в главном тормозном цилиндре главный поршень, перемещение которого сопровождается изменением давления в тормозном цилиндре под действием создаваемого при торможении усилия, которое зависит от усилия на входе в тормозное устройство, создаваемого связанным с педалью тормоза управляющим стержнем, и усилия, создаваемого связанным с управляющим стержнем усилителем.

Усилитель тормозного привода можно выполнить пневматическим с прочным корпусом, разделенным на две пневматические камеры подвижной перегородкой, подверженной воздействию разницы давлений в пневматических камерах, которая создается при срабатывании клапана, на который воздействует связанный с педалью тормоза управляющий стержень.

Тормозное устройство подобного типа известно и описано, например, в ЕР-В 0662894.

Условия, при которых происходит торможение автомобиля, могут быть разными. В первом случае торможение происходит в обычных условиях, когда водитель издалека видит препятствие и тормозит сравнительно медленно в режиме так называемого "плавного торможения". В другом случае торможение происходит в режиме так называемого "экстренного торможения", например при неожиданно появившемся на дороге препятствии, когда водитель должен максимально быстро остановить автомобиль.

Для торможения автомобиля в таких различных условиях в тормозных устройствах описанного выше типа используют повышающий эффективность торможения в экстренном режиме клапан, срабатывание которого сопровождается изменением коэффициента усиления с одной величины на другую и переходом работы тормозного устройства с режима плавного торможения в режим экстренного торможения, причем в первом случае, т.е. при плавном торможении, тормозное устройство работает с меньшим коэффициентом усиления и в нем создается сравнительно большое усилие, препятствующее перемещению управляющего стержня и воспринимаемое водителем через связанную с управляющим стержнем педаль тормоза. При экстренном торможении тормозное устройство работает с бóльшим коэффициентом усиления, при котором усилие, препятствующее перемещению связанного с педалью тормоза управляющего стержня, относительно невелико и поэтому водитель, воспринимающий такое сравнительно небольшое усилие, может дольше и с бóльшим усилием нажимать на педаль тормоза.

Встречающийся ниже в настоящем описании термин "передний", как и обычно, обозначает направление от управляющего стержня к главному тормозному цилиндру, а термин "задний" или "обратный" обозначает противоположное направление (т.е. направление от главного тормозного цилиндра к управляющему стержню).

Клапан экстренного торможения тормозного устройства содержит передающий силу реакции поршень, который герметично установлен с возможностью перемещения в задней части отверстия главного поршня, передняя часть которого соединена с внутренней полостью главного тормозного цилиндра и который имеет центральное отверстие, в котором расположен регулятор коэффициента усиления, на переднем конце которого имеется головка, расположенная в полости между передающим силу реакции поршнем и втулкой, которая расположена в передней части отверстия главного поршня и имеет отверстие, в котором расположен быстродействующий поршень, поперечное сечение которого меньше, чем у передающего силу реакции поршня, и который имеет открытое с двух концов центральное отверстие и задний конец которого вместе с головкой регулятора образует клапан, которым можно перекрыть на входе центральное отверстие быстродействующего поршня.

При работе тормозного устройства в режиме плавного торможения его коэффициент усиления определяется площадью сравнительно большого поперечного сечения передающего силу реакции поршня, а при работе в режиме экстренного торможения - площадью поперечного сечения быстродействующего поршня, которая меньше площади поперечного сечения передающего силу реакции поршня.

Недостатком известных тормозных устройств подобного типа с клапаном экстренного торможения, которые нормально работают и создают необходимое тормозное усилие, является шум, который возникает, в частности, после плавного торможения при снятии усилия с педали тормоза.

В основу настоящего изобретения была положена задача прежде всего разработать тормозное устройство указанного в начале описания типа с клапаном экстренного торможения, полностью или по меньшей мере частично лишенное описанного выше недостатка, присущего известным в настоящее время подобного рода тормозным устройствам. Задача настоящего изобретения состояла также в поиске конструктивно простого и недорогого решения этой проблемы.

Предлагаемое в настоящем изобретении тормозное устройство с усилителем тормозного привода для тормозной системы автомобиля описанного выше типа, оборудованное клапаном экстренного торможения, отличается наличием средств, ограничивающих разность между, с одной стороны, давлением в полости между передающим силу реакции поршнем и втулкой, а с другой стороны, давлением в расположенной перед втулкой частью отверстия главного поршня, в котором установлена втулка, давлением, которое ниже давления, при котором происходит открытие образованного головкой регулятора коэффициента усиления и задним концом быстродействующего поршня клапана.

Для поиска такого решения необходимо было в первую очередь определить причину и найти источник возникновения шума. В результате проведенных исследований было установлено, что шум в тормозном устройстве возникает при плавном торможении по достижении создаваемого усилителем усилия торможения своей максимальной величины, т.е. при "насыщении" тормозного устройства, из-за резкого увеличения скорости жидкости, которое происходит при резком открытии клапана. Предлагаемое в изобретении решение позволяет избежать резкого открытия клапана и тем самым снизить уровень шума, возникающего в тормозном устройстве в конце плавного торможения. В предлагаемом в изобретении тормозном устройстве клапан срабатывает относительно редко и поэтому имеет сравнительно большой срок службы.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ограничение разности давлений осуществляется за счет перемещения втулки, которая герметично с возможностью перемещения установлена в отверстии главного поршня. Перемещение втулки в отверстии главного поршня ограничено неподвижным упором, выполненным, в частности, в виде кольца, установленного в стенке отверстия главного поршня против обращенного к передающему силу реакции поршню торца втулки, другой торец которой нагружен усилием, создаваемым пружиной.

В другом варианте осуществления изобретения используется втулка, которая неподвижно зафиксирована в осевом направлении в отверстии главного поршня, а средство, ограничивающее разность давлений, выполнено в виде канала, соединяющего между собой полость между передающим усилие поршнем и втулкой и расположенную перед втулкой часть отверстия главного поршня, в котором установлен обратный клапан, который срабатывает при определенном перепаде давлений и без всякого заметного шума перепускает жидкость в обратном направлении из расположенной между втулкой и передающим силу реакции поршнем полости в расположенную перед втулкой часть отверстия главного поршня.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения в полость между втулкой и передающим силу реакции поршнем устанавливают сжимаемое кольцо из пенопласта, которое может деформироваться с уменьшением объема по достижении определенного предельного давления, которое меньше предельного давления, при котором могло бы произойти открытие клапана.

Помимо перечисленных выше особенностей, предлагаемое в изобретении тормозное устройство с усилителем тормозного привода обладает и еще целым рядом отличительных признаков, которые более подробно рассмотрены ниже на примере одного из возможных вариантов осуществления изобретения, но не ограничивающего его объем, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых, в частности, показано:

на фиг.1 - часть предлагаемого в изобретении тормозного устройства в разрезе,

на фиг.2 - график зависимости отложенного по оси ординат давления в тормозной системе от отложенного по оси абсцисс усилия, создаваемого на входе в тормозное устройство педалью тормоза,

на фиг.3 - изображение в увеличенном масштабе отдельных деталей тормозного устройства, показанного на фиг.1, при плавном торможении до насыщения тормозного устройства,

на фиг.4 - изображение в увеличенном масштабе отдельных деталей тормозного устройства, показанного на фиг.3, при плавном торможении после насыщения тормозного устройства и

на фиг.5 - часть выполненного по другому варианту тормозного устройства в разрезе.

Полностью конструкция и принцип работы тормозного устройства с усилителем тормозного привода такого же, что и предлагаемое в настоящем изобретении, типа известны, в частности, из ЕР-В-0662894 или FR-B-2658466 и в приведенном ниже описании рассматриваются в самом общем виде по мере необходимости. Более детальное описание предлагаемого в изобретении тормозного устройства с усилителем тормозного привода можно найти в любой из указанных публикаций.

Показанное на фиг.1 тормозное устройство 1 с усилителем тормозного привода для тормозной системы автомобиля содержит частично изображенный на чертеже главный тормозной цилиндр 2 с подвижным, расположенным внутри цилиндра главным поршнем 3. На одной оси с главным поршнем 3 расположен управляющий стержень 4, который нагружает главный поршень создаваемым на входе в тормозное устройство усилием, действующим в переднем направлении, т.е. на фиг.1 слева направо. Перемещение вперед главного поршня 3 сопровождается увеличением давления в рабочей полости 5 главного тормозного цилиндра 2, соединенной по меньшей мере с одним контуром гидравлической тормозной системы. Управляющий стержень 4 обычно перемещается под действием усилия, приложенного к условно показанной на чертеже соединенной с ним педали 4а тормоза.

Управляющий стержень 4 соединен с усилителем 6 пневматического типа. Такой усилитель 6 имеет прочный корпус 7, герметично разделенный внутри на две камеры 7а, 7b подвижной перегородкой 8, состоящей из диафрагмы 8а, изготовленной из эластичного материала, и жесткой юбки 8b. Камера 7а через штуцер А постоянно соединена с источником частичного разрежения (на чертеже не показан). К юбке 8b крепится пневматический поршень 9, выполненный в виде цилиндрической втулки, ось которой совпадает с осью главного поршня 3. Пневматический поршень 9 может герметично перемещаться по внешней поверхности плунжера-распределителя 10 благодаря наличию круглого уплотнительного кольца 11. На переднем конце плунжера-распределителя 10 имеется выступ 10а относительно небольшого диаметра, а в задней части плунжера выполнено глухое, открытое сзади отверстие 10b, образующее гнездо для сферической головки 4b, выполненной на конце управляющего стержня 4.

Другая, противоположная поршню 3, сторона плунжера-распределителя 10 выполнена в виде расширяющегося усеченного конуса 12, который может герметично упираться в изготовленное из эластичного материала кольцо 13, которое может перемещаться в осевом направлении вместе с пневматическим поршнем 9. Усеченный конус 12 плунжера-распределителя и кольцо 13 являются элементами частично показанного на чертеже трехходового клапана В, который либо перекрывает канал, соединяющий камеру 7b с атмосферой, и соединяет между собой обе камеры 7а, 7b, либо перекрывает канал, соединяющий между собой камеры 7а, 7b, и при отходе усеченного конуса 12 от кольца 13 соединяет камеру 7b с атмосферой.

Пневматический поршень 9 возвращается в исходное показанное на фиг.1 положение под действием пружины 14 сжатия, расположенной между поршнем 9 и противоположной стенкой корпуса 7, к которой крепится главный тормозной цилиндр 2. На поршне 9 имеется буртик, в который упирается внешний край колпачка 15, в котором выполнено центральное отверстие 16. Внешний край колпачка прижимается к поршню 9 пружиной 14. Колпачок 15 его внутренним расположенным вокруг отверстия 16 краем упирается в осевом направлении в задний конец главного поршня 3. Расположенный на конце плунжера 10 выступ 10а может свободно проходить через отверстие 16.

Тормозное устройство имеет клапан VA экстренного торможения, при срабатывании которого происходит изменение коэффициента усиления с одного значения, которое соответствует обычному режиму плавного торможения, на другое, которое соответствует режиму экстренного (резкого) торможения.

Клапан VA содержит передающий силу реакции поршень 17с передним сравнительно небольшим по диаметру участком 17а, который герметично благодаря наличию круглого уплотнительного кольца 17b перемещается в центральном отверстии 18 главного поршня 3. На заднем сравнительно большом по диаметру участке 17с передающего силу реакции поршня расположен фланец 19, который по скользящей посадке перемещается в сравнительно большом по диаметру заднем участке отверстия 18. Рядом с фланцем 19 расположено прижатое к нему и надетое на передний участок 17а передающего силу реакции поршня изготовленное из эластичного материала кольцо 20. Это кольцо 20 может прижиматься в осевом направлении к внутреннему буртику 21 главного поршня 3. Другой торец фланца 19 используется в качестве осевого упора для предварительно сжатой винтовой пружины 22, которая срабатывает при скачке усилителя. Другой задний конец пружины 22 упирается в закрепленное внутри главного поршня 3 с натягом упругодеформируемое изготовленное из пластмассы кольцо 23, которое уплотняет проходящий через него задний участок 17 с передающего силу реакции поршня.

Передающий силу реакции поршень 17 имеет центральное отверстие, в котором расположен регулятор 24 коэффициента усиления, который может герметично благодаря наличию круглого уплотнительного кольца 24а перемещаться внутри передающего силу реакции поршня. Задний конец регулятора 24 коэффициента усиления упирается в выступ 10а плунжера-распределителя 10. На переднем конце регулятора 24 коэффициента усиления имеется головка 25, расположенная в полости 26 отверстия 18 между передающим силу реакции поршнем 17 и втулкой 27, которая установлена в отверстии 18 ближе к его переднему концу.

Втулка 27 имеет проходящее по всей ее длине центральное отверстие 28, в котором может герметично благодаря наличию круглого уплотнительного кольца 29а перемещаться быстродействующий поршень 29. Наружный диаметр быстродействующего поршня 29 меньше диаметра переднего участка 17а передающего силу реакции поршня. В быстродействующем поршне 29 предусмотрено сквозное открытое с обоих концов отверстие 30. Передний конец быстродействующего поршня 29 упирается в кольцо 31, которое упруго прижимается ко втулке 27 пружиной 32. Другой конец пружины 32 упирается в стенку 33, расположенную спереди в отверстии 18. Передняя зона 18а отверстия 18, в которой расположена пружина 32, соединена отверстием 34 с внутренней полостью 5 главного тормозного цилиндра 2. Пружина 32 предварительно сжата усилием, меньшим усилия предварительного сжатия пружины 22. В главном поршне установлен клапан 35, который позволяет при отсутствии во внутренней полости 5 главного тормозного цилиндра избыточного давления заполнить эту полость тормозной жидкостью из отдельного бачка (на чертеже не показан).

Задний конец быстродействующего поршня 29 расположен в полости 26 рядом с головкой 25 регулятора 24 коэффициента усиления. Этот конец образует вместе с головкой 25 клапан 36, который, в частности, имеет кольцевую опорную поверхность 37 (фиг.3), расположенную на торце быстродействующего поршня 29, и закрепленный на головке 25 упругий запорный элемент 38 с выступающей за край головки частью торца, имеющей форму края кольца, которая при закрытии клапана герметично прижимается к опорной поверхности 37. Между двумя буртиками, выполненными соответственно на поршне 29 и на головке 25, расположена пружина 39 сжатия, которая удерживает клапан 36 в исходном открытом положении.

В предлагаемом в настоящем изобретении тормозном устройстве имеется средство Е, ограничивающее разность давлений в полости 26 и в расположенной по другую сторону втулки 27 полости 18а давлением, при котором клапан 36 не может открыться в режиме плавного торможения даже при переходе за точку насыщения тормозного устройства. В предпочтительном варианте эта разность давлений ограничена давлением, не превышающим 5 бар.

Перед дальнейшим описанием конструкции предлагаемого в изобретении устройства сначала со ссылкой на фиг.2 поясняется значение термина "насыщение тормозного устройства".

Показанная на фиг.2 кривая С отражает зависимость между отложенной по оси ординат величиной гидравлического давления Р в полости 5 главного тормозного цилиндра и отложенной по оси абсцисс величиной усилия F, под действием которого связанный с педалью тормоза управляющий стержень 4 перемещается вперед в направлении главного тормозного цилиндра. Кривая С имеет первый горизонтальный участок С1 с нулевым по оси ординат значением, который соответствует перемещению управляющего стержня 4 при срабатывании трехходового клапана В.

За участком С1 расположен вертикальный участок С2, который характеризует так называемый "скачок" усилителя и соответствует при сжатой передающим силу реакции поршнем 17 пружине 22 увеличению давления в главном тормозном цилиндре 2 в результате воздействия на главный поршень 3 усилия, создаваемого пневмоусилителем тормозного привода. На этом этапе плавного торможения передающий силу реакции поршень 17 перемещается в обратном направлении и упирается в выступ 10а плунжера-распределителя.

Следующий участок С3 кривой С имеет крутой наклон и соответствует суммарному воздействию на главный поршень 3 связанного с педалью тормоза управляющего стержня 4 и усилителя 6. Насыщение тормозного устройства происходит в тот момент, когда усилие, создаваемое усилителем 6, достигает своей максимальной величины, т.е. когда разность давлений в камерах 8а, 8b перестает возрастать, что соответствует точке с координатой F4 по оси абсцисс. Следующий участок С4 кривой С имеет меньший, чем участок С3, наклон, поскольку на этом этапе торможения давление Р в главном тормозном цилиндре увеличивается только за счет увеличения усилия, с которым водитель нажимает на связанную с управляющим стержнем 4 педаль тормоза.

В первом варианте осуществления изобретения средство Е для ограничения разности давлений в полости 26 и в расположенной по другую сторону втулки 27 полости 18а внутреннего отверстия 18 главного поршня образовано за счет соответствующей установки втулки 27 в отверстие 18 главного поршня, обеспечивающей возможность перемещения втулки в отверстии поршня. Для уплотнения перемещающейся в отверстии главного поршня втулки 27 предназначено круглое уплотнительное кольцо 27а. Установленное в расположенной за втулкой 27 канавке, выполненной в отверстии 18, пружинное разжимное стопорное кольцо 40 выполняет функции упора, ограничивающего осевое перемещение втулки, нагруженной пружиной 32.

Установленная таким образом втулка 27 может перемещаться внутри главного поршня в переднем направлении, т.е. в направлении, при котором объем полости 26 увеличивается, а давление в ней соответственно снижается.

В другом варианте осуществления изобретения, который схематично показан на фиг.5, втулка 27 неподвижно закреплена в осевом направлении в отверстии 18, а средство Е, ограничивающее разность давлений в полости 26 и в расположенной по другую сторону втулки полости 18а внутреннего отверстия главного поршня, образовано соединительным каналом 41, в котором установлен обратный клапан 42, обеспечивающий возможность перетекания тормозной жидкости из полости 26 в полость 18а. Клапан 42 срабатывает при достаточно низком давлении, предпочтительно меньшем 5 бар, при котором поток протекающей через него тормозной жидкости не создает заметного шума.

Еще в одном варианте осуществления изобретения, не показанном на чертежах, для ограничения упомянутой разности давлений используется установленное в полости 26 предварительно сжатое кольцо из пенопласта, которое деформируется только при давлении, превышающем предельное значение, равное, например, приблизительно 80 бар, и обеспечивает при этом давлении увеличение заполняемого тормозной жидкостью объема полости 26.

Ниже описана работа предлагаемого в изобретении тормозного устройства при плавном торможении автомобиля.

При плавном торможении автомобиля управляющий стержень 4 относительно медленно перемещается влево. Перемещение управляющего стержня сопровождается срабатыванием клапана В, который сначала перекрывает канал, соединяющий между собой камеры 7а и 7b пневмоусилителя 6, а затем при отходе усеченного конуса 12 от упругого кольца 13 пропускает находящийся под атмосферным давлением воздух в камеру 7b. Подвижная перегородка 8 передает создаваемое пневмоусилителем усилие торможения пневматическому поршню 9, который, преодолевая усилие пружины 14, перемещается вперед. Закрепленный на пневматическом поршне 9 колпачок 15 перемещает вперед главный поршень 3 главного тормозного цилиндра. При перемещении главного поршня вперед возрастает давление тормозной жидкости в полости 5, а также - при открытом клапане 36 - в полости 26. При увеличении давления в главном тормозном цилиндре увеличивается и усилие, приложенное в обратном направлении к передающему силу реакции поршню 17. В тот момент, когда это усилие становится больше усилия предварительного сжатия пружины 22, передающий силу реакции поршень 17 начинает перемещаться в обратном направлении и упирается, как показано на фиг.3, в выступ 10а плунжера-распределителя. В этот момент, как показано на фиг.2, происходит скачок С2 тормозного устройства.

Под действием усилия, приложенного к управляющему стержню 4 на входе в тормозное устройство, плунжер-распределитель 10 продолжает перемещаться вперед, и одновременно с плунжером-распределителем перемещается вперед пневматический поршень 9, который с создаваемым пневмоусилителем усилием перемещает вперед главный поршень 3 главного тормозного цилиндра. Перемещение вперед главного поршня сопровождается ростом давления в полости 5 главного тормозного цилиндра и в соединенной с ней полости 26.

При насыщении тормозного устройства пневмоусилитель 6 создает максимальное усилие. При насыщении тормозного устройства усилие, действующее на главный поршень в обратном направлении, которое определяется величиной давления Р в главном тормозном цилиндре, уравновешивается усилием, создаваемым пневмоусилителем, и главный поршень 3 главного тормозного цилиндра в течение короткого промежутка времени остается неподвижным.

Под действием усилия, приложенного к педали тормоза, управляющий стержень 4 продолжает перемещаться вперед. По мере дальнейшего перемещения вперед управляющего стержня относительно главного поршня 3 перемещается и регулятор коэффициента усиления 24 и головка 25 благодаря наличию элемента 38 упирается в опорную поверхность 37 быстродействующего поршня 29. В этот момент клапан 36 закрывается. Передающий силу реакции поршень 17, в который упирается выступ 10а плунжера-распределителя, перемещается вперед относительно главного поршня 3 до тех пор, пока, как показано на фиг.4, кольцо 20 не упрется в буртик 21 главного поршня 3. Дальнейшее увеличение усилия, приложенного через педаль тормоза к управляющему стержню 4, сопровождается перемещением главного поршня 3, в который упирается передающий силу реакции поршень 17, и соответствующим повышением создаваемого главным тормозным цилиндром давления в тормозной системе.

При перемещении создающего силу реакции поршня 17 относительно главного поршня 3 объем полости 26 должен уменьшиться, а давление в ней должно возрасти, и его увеличение до определенной величины должно привести к резкому открытию клапана 36 и появлению упомянутого выше шума из-за мгновенного истечения жидкости из полости между передающим силу реакции поршнем и втулкой.

Предлагаемое в настоящем изобретении решение позволяет избежать такого истечения жидкости, поскольку при увеличении давления в полости 26 не закрепленная в главном поршне втулка 27 перемещается вперед, сжимая пружину 32. Подвижная втулка позволяет таким образом ограничить давление в полости 26 давлением, которое при плавном торможении всегда остается ниже давления, необходимого для открытия клапана 36, при этом в предпочтительном варианте изобретения разница давлений в полости 26 и в полости 18а ограничена величиной менее 5 бар.

В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5, втулка 27 неподвижно зафиксирована во внутреннем отверстии 28 главного поршня, а ограничение разности давлений в полости 26 и в полости 18а осуществляется с помощью обратного клапана 42, обеспечивающего возможность перетекания тормозной жидкости из полости 26 в полость 18а при достаточно низком давлении, не вызывающем появления заметного шума, или согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения при разности давлений в полости 26 и в полости 18а, не превышающей 5 бар.

Работа предлагаемого в изобретении тормозного устройства при экстренном (резком) торможении ничем не отличается от работы в таком же режиме аналогичных (известных) тормозных устройств такого же типа. В первый момент при резком торможении автомобиля кольцо 20 упирается в буртик 21 главного поршня 3 и остается в таком положении в течение всего времени торможения.

В тот момент, когда водитель после торможения автомобиля снимает ногу с педали 4а тормоза, в клапане В закрывается щель между конусом 12 и кольцом 13, в камерах 7а и 7b пневмоусилителя создается исходное давление, усилитель 6 перестает работать, процесс торможения прекращается и тормозное устройство возвращается в исходное положение.

В заключение следует отметить, что вместо описанного выше пневмоусилителя в предлагаемом тормозном устройстве можно использовать и гидравлический усилитель, в котором при максимальной величине создаваемого им усилия торможения происходит упомянутое выше насыщение.