CN105523028A - 一种具有电动制动助力功能的电液复合制动*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有电动制动助力功能的电液复合制动***。踩下制动踏板，推杆推动齿条和制动主缸活塞，同时根据踏板处位移传感器的信号，电子控制单元控制电机输出转矩，经过蜗轮蜗杆副、齿轮齿条副两组传动副，实施助力于主缸活塞，将制动压力输出至轮缸。本制动助力***的优点为：踏板力大小由主缸压力与电机提供助力的差值所影响，可通过调整电机助力大小，使得踏板感觉可设计；方便用于主动制动(所谓“主动制动”，是指在制动踏板未被踩下的情况下仍然可以实现对全部或部分车轮的制动)，可通过电子控制单元控制电机输出的扭矩。

Description

一种具有电动制动助力功能的电液复合制动***

技术领域

本发明属于汽车制动***技术领域,具体来说，是一种具有电动制动助力功能的电液复合制动***。

背景技术

目前汽车液压制动***大多采用真空助力，但是如果它的工作状态不好，驾驶员踩制动踏板时就会觉得很硬，没有经验的驾驶员就会误以为没有制动功能了。而真空助力器的真空环境是由发动机提供的，较为传统的方式是从进气歧管处引出一根气管通向真空助力器，为了确保真空环境的稳定性，有些发动机还专门为真空助力器设计了一个由凸轮轴驱动的机械真空泵，在此之前，还有厂商用电子真空泵来弥补“真空”。

传统动力汽车，制动***可以从发动机处获得真空源从而让真空助力器为驾驶员提供辅助作用，那电动车的动力***不具备制造真空的能力，制动助力的问题将如何解决？

解决这个问题现在有两种模式，一种是在现有的结构基础上去解决真空源的问题，另一种则是采用新的技术原理，彻底舍弃真空在制动***中的用途，重新设计制动***技术结构。不仅是汽车行业，在各行各业面临新老更替时都少不了这样的做事逻辑。

利用现有结构基础进行技术改进的方式是目前绝大多数厂商在新能源车中采用的方式，原有的真空助力器以及相关管路得到保留，管路的另一端连接的电子真空助力泵，当传感器监测到助力器真空度不足时，电子真空泵开始工作维持真空环境，通过这样的方式，确保真空助力器能够像原先一样为驾驶员提供辅助作用。不过，这样的电子真空助力泵的噪音较大，此外更重要的是，电子真空泵的工作稳定性以及寿命都不太适合当做主要及唯一的真空源供应部件(原先在传统汽车上，它只是辅助维持真空环境)。显然，这样的方案是来自传统的汽车研发理念，而并非是站在新能源车的开发角度来解决问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种具有电动制动助力功能的电液复合制动***，可以在电动制动助力、主动制动和再生制动等多种模式下工作，彻底舍弃真空在制动***中的用途，重新设计了制动***技术结构。

本发明具有电动制动助力功能的电液复合制动***，包括制动踏板、主缸、储液罐、主缸压力传感器、液压控制单元、轮缸、ECU电子控制单元与踏板位移传感器，其特征在于：还包括踏板回位装置、电动助力总成。

所述踏板回位装置包括推杆、回位弹簧和防火墙；其中，推杆输入端与制动踏板中部相连；制动踏板安装在防火墙上；推杆上设计有环形挡板，同时套有回位弹簧，回位弹簧位于环形挡板与防火墙间，两端分别与环形挡板和防火墙接触；推杆输出端连接电动助力总成。

所述电动助力总成包括电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、齿轮、齿条、顶杆和电动助力总成壳体；齿条、齿轮、涡轮、蜗杆、通过电动助力总成壳体封装；齿条的输入端与踏板回位装置中的推杆输出端相接；齿条的输出端与顶杆的输入端相接；顶杆的输出端连接主缸中的第一活塞；齿轮固定安装于涡轮的轴上，与齿条捏合；蜗杆与涡轮捏合；电机固定于电动助力总成壳体上，输出轴与蜗杆同轴相连；电机的输出转矩可依次经蜗杆、蜗轮、齿轮、齿条以及顶杆施加助力推动主缸的第一活塞运动；电机与ECU电子控制单元相连；通过电子控制单元对电机和液压控制单元进行控制，实现混合制动模式、电动助力制动模式、和主动制动模式三种制动模式的选择。

本发明的优点为：

1.本发明电液复合制动***同时具有电动制动助力功能，具有助力制动***的高可靠性、制动踏板感觉可设计等功能，并且能和各种主被动***无缝链接；

2.本发明电液复合制动***不需要另设专门的制动失效备份装置，也不需要另设专门的踏板行程模拟器并配装相应的电磁阀；能够通过电机扭矩主动控制抑制液压控制单元的回液对制动主缸低压腔的冲击。

3.本发明电液复合制动***能够沿用传统的串列双腔制动主缸和制动器，同时可利用助力电机实施主动制动，无须采用具有部分或全部车轮主动增压功能的液压控制单元，降低了制造成本；

4.本发明电液复合制动***，由于电机参与调节制动压力，***压力波动小、调压精度高，并且能够通过电机扭矩主动控制抑制液压控制单元的回液对制动踏板的冲击。

附图说明

图1为本发明电液复合制动***结构示意图。

图中：

1-制动踏板2-踏板回位装置3-电动助力总成

4-主缸5-储液罐6-主缸压力传感器

7-液压控制单元8-轮缸9-车载控制传感器

10-电子控制单元11-踏板位移传感器201-推杆

202-回位弹簧203-防火墙301-电机

302-联轴器303-蜗杆304-蜗轮

305-齿轮306-顶杆307-齿条

308-壳体401-主缸缸体402-第一活塞

403-螺栓404-第一活塞回位弹簧405-罩体

406-第二活塞407-第二活塞回位弹簧408-密封圈

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明具有电动制动助力功能的电液复合制动***，包括制动踏板1、踏板回位装置2、电动助力总成3、主缸4、储液罐5、主缸压力传感器6、液压控制单元7、轮缸8、ECU电子控制单元10与踏板位移传感器11，如图1所示。

所述踏板回位装置2包括推杆201、回位弹簧202和防火墙203。其中，推杆201输入端通过支承销与制动踏板1中部相连；制动踏板1铰接在防火墙203上。推杆201输出端穿过防火墙203连接电动助力总成3。推杆201上沿周向设计有环形挡板，同时套有回位弹簧202，回位弹簧202位于环形挡板与防火墙203间，两端分别与环形挡板和防火墙203接触。通过回位弹簧202保证松开踩下制动踏板1后踏板回位，且通过改变弹簧刚度模拟踏板感觉的轻重。

所述电动助力总成3包括电机301、联轴器302、蜗杆303、蜗轮304、齿轮305、齿条307、顶杆306和电动助力总成壳体308。齿条307、齿轮305、涡轮、蜗杆303、通过电动助力总成壳体308封装。其中，齿条307的输入端端部开有凹槽A，凹槽A底面设计为圆弧面；踏板回位装置2中的推杆201输出端端部同样设计为圆弧面，穿过电动助力总成壳体308后端深入凹槽A内，与凹槽A底面配合接触，进而增大推杆201输出端与齿条307输入端间的接触面积。齿条307的输出端开有凹槽B，与顶杆306的输入端深入凹槽内与齿条307间螺纹连接，且通过顶杆306上螺纹套接的顶紧螺母实现顶杆306与齿条307间的固定。顶杆306的输出端穿过电动助力总成壳体308前段端部后，连接主缸4中的第一活塞402；同样，顶杆306输出端端部设计为圆弧面，伸入第一活塞402端部设计的凹槽C内，使圆弧面与凹槽C设计的圆弧底面配合接触，增大顶杆306输出端与第一活塞402间接触面积。齿轮305固定安装于涡轮的轴上，与齿条307捏合。蜗杆303与涡轮捏合，通过轴承与电动助力总成壳体308相连。电机301固定于电动助力总成3壳体308上，输出轴通过连轴器与蜗杆303同轴相连，进而电机301的输出转矩可依次经蜗杆303、蜗轮304、齿轮305、齿条307以及顶杆306施加助力推动主缸4的第一活塞402运动；且踏板力大小由主缸4压力与电机301提供助力的差值所影响，可通过调整电机301助力大小，使得踏板感觉可设计。

所述主缸4采用串列三腔式制动主缸4，包括主缸缸体401、第一活塞402、螺栓403、第一活塞回位弹簧404、罩体405、第二活塞406、第二活塞回位弹簧407与密封圈408。其中，第一活塞402与第二活塞406均位于主缸缸体401内；第一活塞402与第二活塞406间作为第一高压腔；第二活塞406与主缸缸体401前端面间作为第二高压腔；第一活塞402与主缸缸体401后端面间作为低压腔。电动助力总成3中顶杆306穿过主缸缸体401后端面，与第一活塞402端面固连，通过推拉顶杆306，可实现第一活塞402沿主缸缸体401轴向上运动。顶杆306与主缸缸体401后端面间设置有密封圈408，通过密封圈408实现主缸缸体401的密封。第一活塞402与第二活塞406间同轴设置有第一活塞回位弹簧404，第一活塞回位弹簧404两端分别与第一活塞402、第二活塞406接触；第二活塞406与主缸缸体401前端面间同轴设置有第二活塞回位弹簧407；第二活塞回位弹簧407两端分别与主缸缸体401、第二活塞406接触。第一活塞402的前端面上垂直固连有螺栓403，螺栓403头部穿过一罩体405顶面后与罩体405顶面间台阶配合定位，实现罩体405在螺栓403轴向上的限位。罩体405底面与第二活塞406后端面上的环形凸起配合定位。上述螺栓403的长度大于罩体405的高度，由此当第一高压腔内部充满制动液时，推动第一活塞402的运动可带动第二活塞406运动，此时第一活塞402上的螺栓403与罩体405以及第二活塞406间的相对位置不变；而当第一高压腔内部制动液不足(出现漏液情况)时，推动第一活塞402的运动，会使第一活塞402上的螺栓403运动至与第二活塞406后端面接触后，继续运动，进而推动第二活塞406运动。上述罩体405侧壁上相对位置开有进液孔与出液孔，防止制动液困在罩体405内，影响螺栓403运动。

所述储液罐5与主缸4的第一高压腔和第二高压腔相连，向主缸4的第一高压腔和第二高压腔提供制动所需的制动液。主缸4的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元7通过制动管路连通；液压控制单元7通过制动管路与四个轮缸88相连接。

所述制动踏板1位移传感器与主缸压力传感器6分别安装在制动踏板11与主缸4上，分别用来获取制动踏板1的位移信号以及主缸4的第一高压腔与第二高压腔的压力信号。制动踏板1位移传感器、主缸压力传感器6以及电动助力总成3中的电机301均与ECU电子控制单元10相连。以及车载控制传感器9(如轮速传感器、轮缸8压力传感器等)相连。

由此，当踩下制动踏板1后，踏板力经推杆201传递至齿条307，通过齿条307和齿轮305间传动，将踏板力传递到主缸4的第一活塞402。同时，通过电子控制单元10根据接收到的车载控制传感器9及制动踏板1位移传感器、主缸压力传感器6的采集信号，对电机301和液压控制单元7进行控制，实现电液复合制动***制动模式的选择，包括混合制动模式、电动助力制动模式、和主动制动模式。下面对各个工作模式工作过程进行说明。

1、混合制动模式

对于具有制动能量回收功能的电动汽车或混合动力汽车，本发明电液复合制动***可实施混合制动，即地面制动力由再生制动和/或电动摩擦制动配合产生。在电子控制单元10检测到制动踏板1被踩下时，若汽车能源***的储能装置(如电池)允许储能(对电池来说即充电)，且仅依靠再生制动产生的制动力足以产生所期望制动减速度，则电子控制单元10选择再生制动模式，而由电机301驱动的摩擦制动不工作；否则，电子控制单元10控制电机301输出转矩，并依次经蜗杆303、蜗轮304、齿轮305、齿条307以及顶杆306施加助力推动主缸4第一活塞402运动，产生制动压力驱动轮缸8辅助以摩擦制动补足所需要的制动力，这是摩擦制动与再生制动同时工作的并行模式。然而，当汽车能源***的储能装置不允许充电或者再生制动的能量回收的效率很低时，再生制动不工作，所需要的地面制动力则全部由电机301驱动轮缸8产生。

2、助力制动模式

当需要较大制动力时，踩下制动踏板1，踏板力经由推杆201作用于齿条307，进而推动主缸4第一活塞402产生制动压力。同时，电子控制单元10根据制动踏板1位移传感器采集的制动踏板1位移信号，根据助力特性曲线得出电机301的助力转矩，由此，使电机301的输出转矩，并依次经蜗杆303、蜗轮304、齿轮305、齿条307以及顶杆306施加助力推动主缸4第一活塞402运动。电机301的驱动及踏板力的作用下，主缸4的第一高压腔与第二高压腔内建立制动压力，使第一、第二高压腔内的制动液经液压控制单元7输出至四个轮缸8；最终实现电力助力制动。

在持续制动过程中，若电子控制单元10通过车载控制传感器9中的ABS传感器检测出任何车轮有抱死趋势时，则电液复合制动***在电子控制单元10的控制下进入ABS状态。与现有液压制动***ABS不同的是，四个轮缸8所受压力不仅可通过液压控制单元7进行调节，且可以通过电子控制单元10调整电机301的转矩输出进行调节；由此，使得电机301的助力特性曲线与识别出的路面附着系数相适应，即在低附着工况下电动助力比较小，在高附着工况下电动助力比较大。与现有液压制动***ABS另一点不同是，电子控制单元10可根据主缸压力传感器6采集的压力信号，控制电机301输出一个附加转矩抑制液压控制单元7的回液对主缸4的压力冲击，从而实现良好的制动踏板1感觉。

电动制动助力模式作为电液复合制动***正常的工作模式，可用于不具有再生制动***与主动制动***的汽车，电子控制单元10仅根据制动踏板1位移传感器采集的制动踏板1位移信号，对制动踏板1踩踏状态进行检测，当检测到制动踏板1被踩下时，则电子控制单元10选择电动制动助力模式。

3、主动制动模式：

电子控制单元10控制电机301输出转矩使主缸4的第一高压腔与第二高压腔内建立压力，且通过液压控制单元7选择全部车轮或部分车轮实施制动，并在必要时调整各轮缸8制动压力。

主动制动模式可用于装有主动制动***的汽车，若电子控制单元10检测到车辆有主动制动需求，则选择主动制动模式，如：电子控制单元10通过轮速传感器与测距传感器检测车辆距离障碍物过近，且持续当前车速行驶会发生碰撞时，电子控制单元10选择主动制动模式。

当电液复合制动***中的电子控制单元10、液压控制单元7或车载控制传感器9及制动踏板1位移传感器、主缸压力传感器6发生故障时，可自动向驾驶员提供现有的、最好的部分制动功能；如：若液压控制单元7发生故障，此时液压控制单元7进行压力调节的功能丧失，但仍然可以发挥电动制动助力和主动制动功能。在极端情况下，当整个电液复合制动***电源失效时，驾驶员踩制动踏板1仍可通过推杆201和齿条307，经顶杆306传递到主缸4从而实施人力制动。

Claims (5)

1.具有电动制动助力功能的电液复合制动***，包括制动踏板、主缸、储液罐、主缸压力传感器、液压控制单元、轮缸、ECU电子控制单元与踏板位移传感器，其特征在于：还包括踏板回位装置、电动助力总成；

所述踏板回位装置包括推杆、回位弹簧和防火墙；其中，推杆输入端与制动踏板中部相连；制动踏板安装在防火墙上；推杆上设计有环形挡板，同时套有回位弹簧，回位弹簧位于环形挡板与防火墙间，两端分别与环形挡板和防火墙接触；推杆输出端连接电动助力总成；

所述电动助力总成包括电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、齿轮、齿条、顶杆和电动助力总成壳体；齿条、齿轮、涡轮、蜗杆、通过电动助力总成壳体封装；齿条的输入端与踏板回位装置中的推杆输出端相接；齿条的输出端与顶杆的输入端相接；顶杆的输出端连接主缸中的第一活塞；齿轮固定安装于涡轮的轴上，与齿条捏合；蜗杆与涡轮捏合；电机固定于电动助力总成壳体上，输出轴与蜗杆同轴相连；电机的输出转矩可依次经蜗杆、蜗轮、齿轮、齿条以及顶杆施加助力推动主缸的第一活塞运动；电机与ECU电子控制单元相连；通过电子控制单元对电机和液压控制单元进行控制，实现电液复合制动***制动模式的选择。

2.如权利要求1所述具有电动制动助力功能的电液复合制动***，其特征在于：所述齿条的输入端端部开有凹槽A，凹槽A底面设计为圆弧面；推杆输出端端部同样设计为圆弧面，深入凹槽A内，与凹槽A底面配合接触。

3.如权利要求1所述具有电动制动助力功能的电液复合制动***，其特征在于：所述齿条的输出端开有凹槽B，与顶杆的输入端深入凹槽内与齿条间螺纹连接，且通过顶杆上螺纹套接的顶紧螺母实现顶杆与齿条间的固定。

4.如权利要求1所述具有电动制动助力功能的电液复合制动***，其特征在于：所述顶杆输出端端部设计为圆弧面，伸入第一活塞端部设计的凹槽C内，使圆弧面与凹槽C设计的圆弧底面配合接触。

5.如权利要求1所述具有电动制动助力功能的电液复合制动***，其特征在于：具有混合制动模式、电动助力制动模式、和主动制动模式，其中：

混合制动模式对于具有制动能量回收功能的电动汽车或混合动力汽车，在电子控制单元检测到制动踏板被踩下时，若汽车能源***的储能装置允许储能，且仅依靠再生制动产生的制动力足以产生所期望制动减速度，则电子控制单元选择再生制动模式，而由电机驱动的摩擦制动不工作；否则，电子控制单元控制电机输出转矩，并依次经蜗杆、蜗轮、齿轮、齿条以及顶杆施加助力推动主缸第一活塞运动，产生制动压力驱动轮缸辅助以摩擦制动补足所需要的制动力；当汽车能源***的储能装置不允许充电或者再生制动的能量回收的效率低时，再生制动不工作，所需要的地面制动力则全部由电机驱动轮缸产生；

助力制动模式

当需要较大制动力时，踩下制动踏板，踏板力经由推杆作用于齿条，进而推动主缸第一活塞产生制动压力。同时，电子控制单元根据制动踏板位移传感器采集的制动踏板位移信号，根据助力特性曲线得出电机的助力转矩，由此，使电机的输出转矩，并依次经蜗杆、蜗轮、齿轮、齿条以及顶杆施加助力推动主缸第一活塞运动；

主动制动模式

主动制动模式可用于装有主动制动***的汽车，若电子控制单元检测到车辆有主动制动需求，则选择主动制动模式，电子控制单元控制电机输出转矩使主缸的第一高压腔与第二高压腔内建立压力，且通过液压控制单元选择全部车轮或部分车轮实施制动，并在必要时调整各轮缸制动压力。