CN106427967A - 一种全机械解耦汽车用线控制动*** - Google Patents

一种全机械解耦汽车用线控制动*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全机械解耦汽车用线控制动***，包括制动主缸、液压控制单元、电机助力机构、电磁旋转继电器和机械解耦机构；制动主缸通过制动管路连接液压控制单元；电机助力机构包括助力电机、减速增扭装置、齿轮和齿条助力筒；电磁旋转继电器包括继电器壳、电磁旋转件和复位弹簧；机械解耦机构包括推杆筒、制动推杆、解耦推杆、止推轴承、踏板模拟器弹簧和弹簧挡板；当电磁旋转继电器通电使电磁旋转件带动解耦推杆产生旋转角度时，解耦推杆的前端能够自由穿过继电器壳，而弹簧挡板不能穿过推杆筒的前端；当电磁旋转继电器断电而电磁旋转件带动解耦推杆回位时，解耦推杆的前端不能穿过继电器壳，而弹簧挡板能自由穿过推杆筒的前端。

Description

一种全机械解耦汽车用线控制动***
技术领域
本发明涉及一种全机械解耦汽车用线控制动***，属于汽车制动技术领域。
背景技术
随着全球汽车保有量的持续增长，能源危机和环境污染日益严重。混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车以其高效节能、低排放等优点获得了世界各国的广泛重视，成为解决环境污染和资源短缺的有效手段。世界各国纷纷投入大量资金来开发电动汽车，与此同时针对混合动力汽车、电动汽车的制动***也提出了新的要求。为了与混合动力汽车、电动汽车本身的回馈制动***实现良好的配合，在制动安全的基础上使回馈制动***回收尽量多的制动能量，首先应取消对发动机真空度的依赖，其次与回馈制动***的协调控制不能影响制动踏板感觉。现有的真空助力液压制动***，真空助力器依赖于发动机真空度，并且与回馈制动协调控制时，其液压控制会影响主缸容量和液压，从而影响制动踏板感觉。为了克服现有制动***的上述不足，工程师们从上世纪90年代开始研发若干新型制动***，其中的一些线控制动***于本世纪开始在混合动力汽车、电动汽车上使用。线控制动***成为新能源汽车制动***不可缺少的一部分。
清华大学申请的一份公布号为CN104071142A的发明专利中，公开了一种线控制动***，它以一个电机取代了传统真空助力液压制动***的真空助力器，通过电机、行星齿轮减速机构和高压蓄能器的协同工作，推动制动主缸中的活塞产生制动液压，从而取消了对发动机真空度的依赖；使用踏板模拟器，消除与回馈制动协调控制时对制动踏板感觉的影响。但是，该***增加了一个较大功率的驱动电机为高压蓄能器蓄能，增加了***能耗；高压蓄能器一直处于高压状态，存在一定的安全隐患；另外，该***的踏板模拟器为简单的弹簧、液压模拟器，踏板感觉不易调节，不能为驾驶员提供主动的踏板感觉。
同济大学申请的一份公布号为CN104802777A的发明专利中，公开了一种踏板感觉主动模拟的液压制动***，它用一个电机和滚珠丝杠机构来推动制动主缸活塞，产生液压；两个电磁阀分别位于制动管路、油壶管路和踏板感觉模拟室之间，制动时通过对两个电磁阀不断的开闭控制来实现踏板感觉的主动模拟。但是，在控制制动管路与踏板感觉模拟室之间电磁阀开闭时，制动管路的液压压力会受到影响，控制精度难以保证；另外，在制动管路与踏板感觉模拟器之间电磁阀损坏的情况下，制动总泵中的高压制动液会直接进入踏板感觉模拟室，使得驾驶员无法实施制动，***安全性有待提高。
同济大学申请的一份公布号为CN104760586A的发明专利中，公开了一种双电机线控制动***，它用一个电机和滚珠丝杠机构来推动制动主缸活塞，产生液压；另一个电机和滚珠丝杠机构用来为制动踏板提供主动的踏板感觉。由于该***使用了两套电机-滚珠丝杠机构和两个制动主缸，不仅结构复杂，而且增加了***的能耗和制造成本；电机与踏板之间的机械连接增加了***的控制难度，电机性能要求较高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于汽车的助力制动***，该制动***能够取消对发动机真空度的依赖并且性能稳定、安全。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：包括制动主缸、液压控制单元、电机助力机构、电磁旋转继电器和机械解耦机构；所述制动主缸通过制动管路连接所述液压控制单元；所述电机助力机构包括助力电机、减速增扭装置、齿轮和齿条助力筒；所述减速增扭装置的输入端与所述助力电机的输出端连接，所述减速增扭装置的输出端与所述齿轮连接，所述齿轮与所述齿条助力筒啮合；所述电磁旋转继电器包括继电器壳、电磁旋转件和复位弹簧；所述复位弹簧的后端与所述电磁旋转件固定连接，前端与所述继电器壳固定连接；所述继电器壳滑动设置在所述齿条助力筒内的有限范围内，所述继电器壳的前端与所述制动主缸的主缸活塞固定连接；所述机械解耦机构包括推杆筒、制动推杆、解耦推杆、止推轴承、踏板模拟器弹簧和弹簧挡板；所述推杆筒留有间隙地布置在所述齿条助力筒的内部，所述制动推杆的前端通过所述止推轴承连接所述解耦推杆；所述解耦推杆滑动设置在所述推杆筒内；所述踏板模拟器弹簧套设在所述解耦推杆上，所述踏板模拟器弹簧的后端与所述解耦推杆固定连接，前端与所述弹簧挡板固定连接；所述解耦推杆与所述电磁旋转件可滑动且不可转动地连接；所述解耦推杆的前端与所述继电器壳之间以及所述弹簧挡板与所述推杆筒的前端之间均存在有间隙；当所述电磁旋转继电器通电使所述电磁旋转件带动所述解耦推杆产生旋转角度时，所述解耦推杆的前端能够自由穿过所述继电器壳，而所述弹簧挡板不能穿过所述推杆筒的前端；当所述电磁旋转继电器断电而所述电磁旋转件带动所述解耦推杆回位时，所述解耦推杆的前端不能穿过所述继电器壳，而所述弹簧挡板能自由穿过所述推杆筒的前端。
所述减速增扭装置和齿轮均为两个且布置在所述齿条助力筒的两侧。
所述机械解耦机构还包括解耦机构壳，所述解耦机构壳的前端与所述制动主缸固定连接，后端与所述推杆筒固定连接。
所述制动主缸包括主缸壳体，在所述主缸壳体内设置有主缸活塞和第二主缸活塞，所述第缸活塞与所述继电器壳连接；所述主缸活塞与所述第二主缸活塞之间以及第二主缸活塞与所述主缸壳体的封闭端之间分别形成主缸活塞腔，在两所述主缸活塞腔内分别设置有活塞复位弹簧。
还包括主缸油壶，所述主缸油壶通过油路与两所述主缸活塞腔连接。
所述制动推杆的后端与制动踏板转动连接，在所述制动推杆上安装有踏板位移传感器。
还包括中央控制器，所述中央控制器分别与所述助力电机、电磁旋转继电器、液压控制单元、踏板位移传感器电连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明因采用包括助力电机、减速增扭装置、齿轮和齿条助力筒的电机助力机构，因此可通过齿条助力筒推动电磁旋转继电器和制动主缸中的主缸活塞平动，产生制动液，从而能够取消对发动机真空度的依赖。2、本发明踏板模拟器采用变刚度弹簧，可以为驾驶员提供舒适的制动踏板感觉，结构简单、方便可靠。3、本发明在***正常工作时，利用电磁旋转继电器和全解耦机械装置的配合，实现了驾驶员制动踏板力和***制动力的全机械解耦，结构简单、体积小巧，同时大量液压阀的省略，既降低了成本又节省了能耗。4、本发明在供电失效或助力电机失效时，通过电磁旋转继电器断电回位、全机械解耦装置的配合，可以将驾驶员的制动力完全用于制动，通过间隙的调整，***失效时，一般驾驶员可提供的制动压力约为3MP，满足常规制动且无制动次数限制，大大提高了后备制动***的安全可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明电磁旋转继电器的结构示意图；
图3是本发明解耦推杆前端可自由穿过/不能穿过的继电器壳的剖视示意图；
图4是本发明推杆筒前端的剖视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提出了一种全机械解耦汽车用线控制动***，包括制动主缸1、液压控制单元2、电机助力机构3、电磁旋转继电器4和机械解耦机构5。
制动主缸1通过制动管路连接液压控制单元2。
电机助力机构3包括助力电机31、减速增扭装置32、齿轮33和齿条助力筒34。减速增扭装置32的输入端与助力电机31的输出端连接。减速增扭装置32的输出端与齿轮33连接，齿轮33与齿条助力筒34啮合。
如图1、图2所示，电磁旋转继电器4包括继电器壳41、电磁旋转件42和复位弹簧43。复位弹簧43的后端与电磁旋转件42固定连接，前端与继电器壳41固定连接。继电器壳41滑动设置在齿条助力筒34内的有限范围内，继电器壳41的前端与制动主缸1的主缸活塞12固定连接。
机械解耦机构5包括推杆筒51、制动推杆52、解耦推杆53、止推轴承54、踏板模拟器弹簧55和弹簧挡板56。推杆筒51留有间隙地布置在齿条助力筒34的内部，制动推杆52的前端通过止推轴承54连接解耦推杆53。解耦推杆53滑动设置在推杆筒内51。踏板模拟器弹簧55套设在解耦推杆53上，踏板模拟器弹簧55的后端与解耦推杆53固定连接，前端与弹簧挡板56固定连接。解耦推杆53与电磁旋转件42可滑动且不可转动地连接。解耦推杆53的前端与继电器壳41之间以及弹簧挡板56与推杆筒51的前端之间均存在有间隙。当电磁旋转继电器4通电使电磁旋转件42带动解耦推杆53产生旋转角度时，解耦推杆53的前端能够自由穿过继电器壳41，而弹簧挡板56不能穿过推杆筒51的前端；当电磁旋转继电器4断电而电磁旋转件42带动解耦推杆53回位时，解耦推杆53的前端不能穿过继电器壳41，而弹簧挡板56能自由穿过推杆筒51的前端。
上述实施例中，减速增扭装置32和齿轮33均为两个且布置在齿条助力筒34的两侧。
上述实施例中，机械解耦机构5还包括解耦机构壳57，解耦机构壳57的前端与制动主缸1固定连接，后端与推杆筒51固定连接。
上述实施例中，制动主缸1包括主缸壳体11，在主缸壳体11内设置有主缸活塞12和第二主缸活塞13，主缸活塞12与继电器壳41连接。主缸活塞12与第二主缸活塞13之间以及第二主缸活塞13与主缸壳体11的封闭端之间分别形成主缸活塞腔，在两主缸活塞腔内分别设置有活塞复位弹簧14。
上述实施例中，还包括主缸油壶6，主缸油壶6通过油路与两主缸活塞腔连接。
上述实施例中，制动推杆52的后端与制动踏板8转动连接，在制动推杆52上安装有踏板位移传感器58。
上述实施例中，还包括中央控制器7，中央控制器7分别与助力电机31、电磁旋转继电器4、液压控制单元2、踏板位移传感器58电连接。
上述实施例中，制动推杆52的球头端与间隙调整件59接触，用于抵消制动踏板8在下压时的小弧度变化。
本发明的工作原理及工作过程如下：
***正常工作时，助力电机31的作用是代替传统真空助力液压制动***中的驾驶员和真空助力器，带动减速增扭装置32产生转动，减速增扭装置32通过齿轮33和齿条助力筒34的啮合，将转动转化为齿条助力筒34的平动，齿条助力筒34带动电磁旋转继电器4推动主缸活塞12运动，从而产生制动液压。具体而言，当***正常工作时，制动踏板8被踩下，踏板位移传感器58针对制动踏板8被踩下的程度产生相应信号，传递给中央控制器7。中央控制器7通过采集踏板位移传感器58的位移信号、液压控制单元2的压力传感器信号以及路面状况识别信号，确定助力电机31目标输出扭矩的大小，并控制助力电机31的实际输出扭矩跟随助力电机31的目标输出扭矩，助力电机31与减速增扭装置32连接，再通过齿轮33和齿条助力筒34的啮合，将助力电机31的转动转化为齿条助力筒34的平动，齿条助力筒34推动电磁旋转继电器4平动，继电器壳41推动主缸活塞12运动，将两主缸活塞腔中的制动液分别通过制动管路推入液压控制单元2，再通过与液压控制单元2相连的各个制动管路，推入各轮缸制动器，从而对车辆实施制动。
***正常工作时，电磁旋转继电器4通电，电磁旋转件42带动解耦推杆53产生一定的旋转角度，此时弹簧挡板56无法穿过推杆筒51的前端，驾驶员的制动踏板力反馈由踏板模拟器弹簧55提供，***制动力完全由助力电机31提供。
当本发明所述***供电失效或者助力电机31失效时，电磁旋转继电器4断电，在复位弹簧43的作用下，电磁旋转件42带动解耦推杆53复位到初始位置，驾驶员踩下制动踏板8，制动推杆52推动解耦推杆53运动，此时弹簧挡板56及踏板模拟器弹簧55会随解耦推杆53一起穿过推杆筒51的前端，踏板模拟器弹簧55不会产生反馈力。同时，解耦推杆53此时无法穿过继电器壳41，从而推动电磁旋转继电器4产生平动，继电器壳41推动制动主缸活塞12产生制动压力。
本发明的主动助力可以由助力电机31实现，用于实现主动避撞、自适应巡航等控制功能。当液压控制单元8使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，也可以由液压控制单元8实现主动增压，从而实施汽车稳定性控制。
当所述液压控制单元8使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，若本发明所述***的电机失效，而液压控制单元8可以正常工作，则此时常规制动、防抱制动、稳定性控制等功能的实现，均由液压控制单元8根据已有技术实施。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：包括制动主缸、液压控制单元、电机助力机构、电磁旋转继电器和机械解耦机构；
所述制动主缸通过制动管路连接所述液压控制单元；
所述电机助力机构包括助力电机、减速增扭装置、齿轮和齿条助力筒；所述减速增扭装置的输入端与所述助力电机的输出端连接，所述减速增扭装置的输出端与所述齿轮连接，所述齿轮与所述齿条助力筒啮合；
所述电磁旋转继电器包括继电器壳、电磁旋转件和复位弹簧；所述复位弹簧的后端与所述电磁旋转件固定连接，前端与所述继电器壳固定连接；所述继电器壳滑动设置在所述齿条助力筒内的有限范围内，所述继电器壳的前端与所述制动主缸的主缸活塞固定连接；
所述机械解耦机构包括推杆筒、制动推杆、解耦推杆、止推轴承、踏板模拟器弹簧和弹簧挡板；所述推杆筒留有间隙地布置在所述齿条助力筒的内部，所述制动推杆的前端通过所述止推轴承连接所述解耦推杆；所述解耦推杆滑动设置在所述推杆筒内；所述踏板模拟器弹簧套设在所述解耦推杆上，所述踏板模拟器弹簧的后端与所述解耦推杆固定连接，前端与所述弹簧挡板固定连接；所述解耦推杆与所述电磁旋转件可滑动且不可转动地连接；所述解耦推杆的前端与所述继电器壳之间以及所述弹簧挡板与所述推杆筒的前端之间均存在有间隙；当所述电磁旋转继电器通电使所述电磁旋转件带动所述解耦推杆产生旋转角度时，所述解耦推杆的前端能够自由穿过所述继电器壳，而所述弹簧挡板不能穿过所述推杆筒的前端；当所述电磁旋转继电器断电而所述电磁旋转件带动所述解耦推杆回位时，所述解耦推杆的前端不能穿过所述继电器壳，而所述弹簧挡板能自由穿过所述推杆筒的前端。
2.如权利要求1所述的一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：所述减速增扭装置和齿轮均为两个且布置在所述齿条助力筒的两侧。
3.如权利要求1所述的一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：所述机械解耦机构还包括解耦机构壳，所述解耦机构壳的前端与所述制动主缸固定连接，后端与所述推杆筒固定连接。
4.如权利要求1所述的一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：所述制动主缸包括主缸壳体，在所述主缸壳体内设置有主缸活塞和第二主缸活塞，所述第缸活塞与所述继电器壳连接；所述主缸活塞与所述第二主缸活塞之间以及第二主缸活塞与所述主缸壳体的封闭端之间分别形成主缸活塞腔，在两所述主缸活塞腔内分别设置有活塞复位弹簧。
5.如权利要求4所述的一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：还包括主缸油壶，所述主缸油壶通过油路与两所述主缸活塞腔连接。
6.如权利要求1所述的一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：所述制动推杆的后端与制动踏板转动连接，在所述制动推杆上安装有踏板位移传感器。
7.如权利要求6所述的一种全机械解耦汽车用线控制动***，其特征在于：还包括中央控制器，所述中央控制器分别与所述助力电机、电磁旋转继电器、液压控制单元、踏板位移传感器电连接。
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