CN110155013A - 集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，制动***包括有第一齿轮、第二齿轮、助力电机、踏板推杆、助力建压缸、制动主缸、储液罐、液压控制单元和电控单元，其中第一齿轮、第二齿轮、助力电机和助力建压缸装配在一壳体内，助力电机与第一齿轮相连接并驱使第一齿轮进行转动，第一齿轮与第二齿轮相啮合带动第二齿轮同步转动，第二齿轮中间螺接有丝杆，丝杆为中空结构，第二齿轮转动过程中驱使丝杆进行左右移动，有益效果：实现驾驶员制动力与电机制动力同时输出且互不干扰，电动助力制动***能够实施主动制动、失效备份和制动能量回收等功能，实现车辆智能化控制，能够作为智能汽车驾驶辅助***的底层执行器。

Description

集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***
本发明涉及一种电动助力制动***，特别涉及一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***。
背景技术
目前，汽车智能化、电动化是未来的主要发展趋势，传统的真空助力式的液压制动***已经不能满足要求。电子液压制动(EHB)和电子机械制动(EMB)也由于高能耗、无失效备份等问题被制约了发展。近年来，电动助力制动***开始成为制动行业的研究热点。电动助力制动***可以实现制动踏板与主缸之间的部分解耦或者完全解耦，保证车辆在实现制动能量回收的同时也具有良好的踏板感觉。同时，电动助力制动***通过控制电机可以实现变助力比功能，通过与雷达、摄像头等传感器配合工作，也可以实现紧急情况下的自动制动。总结来说，电动助力制动***及其控制方法是汽车制动***智能化、电动化的主流方向。
虽然电动助力制动***存在许多优点，但是目前已有的技术方案中却缺乏对驾驶员制动力与电机制动力进行耦合与解耦的考虑。在大多数方案中，驾驶员踏板力和电机助力通过反馈盘耦合，利用位移差传感器采集反馈盘内外圈形变差来控制助力大小，控制算法较复杂。而且需要借助踏板感觉模拟器实现解耦，结构复杂且踏板感觉与真实状态有差异。一些电动助力制动***采用了完全解耦的方案，由于是通过调节储液缸和弹簧等硬件来模拟踏板感觉，不能匹配精细的电器元件和控制算法，另外电控单元ECU需要精确控制多个电磁阀，导致整个液压制动***控制难度较大，结构复杂，成本高且不便于实车布置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的车辆电动助力制动***在使用过程中所存在的诸多问题而提供的一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***。
本发明提供的集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***包括有第一齿轮、第二齿轮、助力电机、踏板推杆、助力建压缸、制动主缸、储液罐、液压控制单元和电控单元，其中第一齿轮、第二齿轮、助力电机和助力建压缸装配在一壳体内，助力电机与第一齿轮相连接并驱使第一齿轮进行转动，第一齿轮与第二齿轮相啮合带动第二齿轮同步转动，第二齿轮中间螺接有丝杆，丝杆为中空结构，第二齿轮转动过程中驱使丝杆进行左右移动，丝杆的后端与助力建压缸内的第一活塞相连接，丝杆能够驱使第一活塞在助力建压缸的内腔中进行左右移动，制动主缸连接在助力建压缸的后部，踏板推杆穿过壳体的前端侧壁后依次从丝杆的内腔和助力建压缸的内腔穿过，踏板推杆的后端与制动主缸内腔中的第二活塞相连接，助力建压缸内的第一活塞套设在踏板推杆上，第一活塞与踏板推杆滑动连接，踏板推杆的后部杆体上开设有输油通道，助力建压缸的内腔和制动主缸的内腔通过该输油通道相连通，储液罐与制动主缸的内腔相连通，储液罐为制动主缸提供液压油，液压控制单元也与制动主缸的内腔相连通，踏板推杆、液压控制单元和助力电机均与电控单元相连接，电控单元控制助力电机和液压控制单元的工作。
第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径，第二齿轮通过固定架被固定在壳体的内腔中，第二齿轮与固定架连接处装配有轴承，丝杆的前端连接有连接架，连接架的两端分别装配有滑块，两个滑块分别套设在两个导向柱上，丝杆移动过程中能够带动滑块沿导向柱进行滑动。
踏板推杆与壳体前端侧壁之间设有第一回位弹簧，踏板推杆与电控单元之间的连接线路上设有踏板行程传感器，踏板行程传感器能够把踏板推杆的位移数据实时传送给电控单元。
助力建压缸的内腔中在第一活塞的后部装配有第二回位弹簧，第二回位弹簧套设在踏板推杆上。
制动主缸内腔的前端装配有密封套，密封套套设在踏板推杆上，密封套与踏板推杆之间为滑动接触，密封套的后端与制动主缸内腔中的第二活塞前端之间为第一工作腔，助力建压缸的内腔通过踏板推杆后部杆体上开设的输油通道与第一工作腔相连通，制动主缸的内腔中还装配有第三活塞，第二活塞与第三活塞之间形成有第二工作腔，第二工作腔中装配有第三回位弹簧，第三活塞的后端与制动主缸内腔的后端形成有第三工作腔，第三工作腔中装配有第四回位弹簧，储液罐通过管路分别与第二工作腔和第三工作腔相连通，储液罐为第二工作腔和第三工作腔提供液压油，液压控制单元通过管路也分别与第二工作腔和第三工作腔相连通。
液压控制单元与制动主缸的连接管路上连接有液压力传感器，液压力传感器与电控单元相连接，液压力传感器能够把油压数据实时传送到电控单元，液压控制单元还连接有制动轮缸，液压控制单元控制制动轮缸的工作。
上述的助力电机、液压控制单元、电控单元、踏板行程传感器、液压力传感器和制动轮缸均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理：
本发明提供的集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，具有电动助力制动、主动制动和失效备份三种工作模式，具体如下所述：
一、电动助力制动功能：
当***处于电动助力制动模式时，驾驶员踩下制动踏板，踏板推杆克服第一回位弹簧的阻力向右平动，穿过壳体、丝杠内腔、第一活塞和密封套直接作用于制动主缸内腔中的第二活塞，实现人力给制动主缸建压。
与此同时，踏板行程传感器采集到踏板推杆的位移量，并将位移量信号发送给电控单元，电控单元根据踏板行程信息，分析驾驶员的制动意图，计算出本次制动所需要的总制动力FS，对于新能源汽车，电控单元根据此时车辆的动力电机以及蓄电池等的工作状态，计算出此时车辆能产生的再生制动力FR，总制动力FS减去再生制动力FR即得到本次制动所需的液压制动力FH,即FH＝FS-FR。电控单元根据液压制动力FH的大小，通过助力特性曲线得出助力电机需要的助力值，并将控制指令发送给助力电机，助力电机根据指令产生相应的转速和转矩，助力电机输出轴带动第一齿轮驱使第二齿轮转动，第二齿轮转动驱使丝杠向右平动推动第一活塞给充满液压油的助力建压缸建压，丝杠在导向机构的作用下向右平动但不会转动，液压油通过踏板推杆后部杆体上开设的输油通道给充满液压油的制动主缸的第一工作腔建压，推动第二活塞实现制动主缸电动助力建压。
此过程驾驶员踩踏板产生的人力与电机助力在制动主缸中的第一工作腔内耦合。
驾驶员松开制动踏板时，踏板推杆在第一回位弹簧的作用下回位，电动助力机构通过助力电机反转回位。
二、主动制动功能：
对于安装有测速传感器、测距传感器装置的车辆，在驾驶员未踩下制动踏板时，即踏板行程传感器未检测到位移信号，当测速传感器、测距传感器测量得知车辆与前方障碍物距离过短，必须采取制动措施防止发生碰撞或其他危险行为时，电动助力制动***进入主动制动模式。
在主动制动模式下，电控单元对其他车载传感器传递的信号进行分析，判断车辆所需的主动制动力，通过控制电路向助力电机发送指令，助力电机根据指令带动第一齿轮驱使第二齿轮转动，第二齿轮驱使丝杠向右平动，从而推动第一活塞给助力建压缸建压，并通过踏板推杆后部杆体上开设的输油通道给制动主缸中的第一工作腔建压，进而推动第二活塞给制动主缸建压，实现线控化的主动制动。在主动制动模式下，一旦电控单元接收到踏板行程传感器的位移信号，***立即切换为常规电动助力制动模式。
三、失效备份功能：
按照相关要求，制动***失效或者某些制动部件发生故障时，制动***仍要保证能够产生一定的制动强度以保证安全性和可靠性。
本发明提供的集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***在助力电机或某个传动件发生故障，使电动助力组件无法正常工作时。***可进入失效备份工作模式，此模式下驾驶员可通过踩下制动踏板推动踏板推杆直接作用于第二活塞，给制动主缸建压，从而使制动***仍能产生一定的制动力，实现失效备份功能。
本发明的有益效果：
本发明提供的集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***取消了反馈盘结构,简化了整个制动***的控制算法,同时也消除了由于径向力过大使反应盘过度变形造成的安全隐患。本发明采用驾驶员踩踏板力与助力机构推动活塞产生的液压力耦合的方式，结构简单，提高***的响应速度和制动压力控制精度，能够实现线控化的主动制动。采用了助力电机加机械传动的方案，相比电子液压制动***取消了高压蓄能器结构，减小了漏液隐患，响应速度更快，制动压力控制更精确，提高电动助力制动***的集成化程度，实现驾驶员制动力与电机制动力同时输出且互不干扰，而且尽量地减少用于实现相关功能的零部件。本发明相比完全解耦的电子液压制动***，不需要额外设置电磁阀进行踏板解耦和失效备份，降低了电控单元ECU对整个***的控制难度。本发明在失效备份模式下，由于取消了踏板感觉模拟器，因而没有空行程，响应速度快，工作更加可靠，驾驶员可通过制动踏板迅速建压实现车辆制动。本发明的电动助力制动***能够实施主动制动、失效备份和制动能量回收等功能，还能有效集成电子稳定程序(ESP)、自适应巡航控制(ACC)等主动控制技术，实现车辆智能化控制，能够作为智能汽车驾驶辅助***的底层执行器。
附图说明
图1为本发明所述电动助力制动***整体结构示意图。
图2为本发明所述的踏板推杆与第二活塞连接结构放大示意图。
上图中的标注如下：
1、第一齿轮 2、第二齿轮 3、助力电机 4、踏板推杆
5、助力建压缸 6、制动主缸 7、储液罐 8、液压控制单元
9、电控单元 10、壳体 11、丝杆 12、第一活塞 13、第二活塞
14、输油通道 15、固定架 16、轴承 17、连接架 18、滑块
19、导向柱 20、第一回位弹簧 21、踏板行程传感器 22、第二回位弹簧
23、密封套 24、第一工作腔 25、第三活塞 26、第二工作腔
27、第三回位弹簧 28、第三工作腔 29、第四回位弹簧
30、液压力传感器 31、制动轮缸。
具体实施方式
请参阅图1至图2所示：
本发明提供的集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***包括有第一齿轮1、第二齿轮2、助力电机3、踏板推杆4、助力建压缸5、制动主缸6、储液罐7、液压控制单元8和电控单元9，其中第一齿轮1、第二齿轮2、助力电机3和助力建压缸5装配在一壳体10内，助力电机3与第一齿轮1相连接并驱使第一齿轮1进行转动，第一齿轮1与第二齿轮2相啮合带动第二齿轮2同步转动，第二齿轮2中间螺接有丝杆11，丝杆11为中空结构，第二齿轮2转动过程中驱使丝杆11进行左右移动，丝杆11的后端与助力建压缸5内的第一活塞12相连接，丝杆11能够驱使第一活塞12在助力建压缸5的内腔中进行左右移动，制动主缸6连接在助力建压缸5的后部，踏板推杆4穿过壳体10的前端侧壁后依次从丝杆11的内腔和助力建压缸5的内腔穿过，踏板推杆4的后端与制动主缸6内腔中的第二活塞13相连接，助力建压缸5内的第一活塞12套设在踏板推杆4上，第一活塞12与踏板推杆4滑动连接，踏板推杆4的后部杆体上开设有输油通道14，助力建压缸5的内腔和制动主缸6的内腔通过该输油通道14相连通，储液罐7与制动主缸6的内腔相连通，储液罐7为制动主缸6提供液压油，液压控制单元8也与制动主缸6的内腔相连通，踏板推杆4、液压控制单元8和助力电机3均与电控单元9相连接，电控单元9控制助力电机3和液压控制单元8的工作。
第一齿轮1的直径小于第二齿轮2的直径，第二齿轮2通过固定架15被固定在壳体10的内腔中，第二齿轮2与固定架15连接处装配有轴承16，丝杆11的前端连接有连接架17，连接架17的两端分别装配有滑块18，两个滑块18分别套设在两个导向柱19上，丝杆11移动过程中能够带动滑块18沿导向柱19进行滑动。
踏板推杆4与壳体10前端侧壁之间设有第一回位弹簧20，踏板推杆4与电控单元9之间的连接线路上设有踏板行程传感器21，踏板行程传感器21能够把踏板推杆4的位移数据实时传送给电控单元9。
助力建压缸5的内腔中在第一活塞12的后部装配有第二回位弹簧22，第二回位弹簧套22设在踏板推杆4上。
制动主缸6内腔的前端装配有密封套23，密封套23套设在踏板推杆4上，密封套23与踏板推杆4之间为滑动接触，密封套23的后端与制动主缸6内腔中的第二活塞13前端之间为第一工作腔24，助力建压缸5的内腔通过踏板推杆4后部杆体上开设的输油通道14与第一工作腔24相连通，制动主缸6的内腔中还装配有第三活塞25，第二活塞13与第三活塞25之间形成有第二工作腔26，第二工作腔26中装配有第三回位弹簧27，第三活塞25的后端与制动主缸6内腔的后端形成有第三工作腔28，第三工作腔28中装配有第四回位弹簧29，储液罐7通过管路分别与第二工作腔26和第三工作腔28相连通，储液罐7为第二工作腔26和第三工作腔28提供液压油，液压控制单元8通过管路也分别与第二工作腔26和第三工作腔28相连通。
液压控制单元8与制动主缸6的连接管路上连接有液压力传感器30，液压力传感器30与电控单元9相连接，液压力传感器30能够把油压数据实时传送到电控单元9，液压控制单元8还连接有制动轮缸31，液压控制单元8控制制动轮缸31的工作。
上述的助力电机3、液压控制单元8、电控单元9、踏板行程传感器21、液压力传感器30和制动轮缸31均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理：
本发明提供的集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，具有电动助力制动、主动制动和失效备份三种工作模式，具体如下所述：
一、电动助力制动功能：
当***处于电动助力制动模式时，驾驶员踩下制动踏板，踏板推杆4克服第一回位弹簧20的阻力向右平动，穿过壳体10、丝杠11的内腔、第一活塞12和密封套23直接作用于制动主缸6内腔中的第二活塞13，实现人力给制动主缸6建压。
与此同时，踏板行程传感器21采集到踏板推杆4的位移量，并将位移量信号发送给电控单元9，电控单元9根据踏板行程信息，分析驾驶员的制动意图，计算出本次制动所需要的总制动力FS，对于新能源汽车，电控单元9根据此时车辆的动力电机以及蓄电池等的工作状态，计算出此时车辆能产生的再生制动力FR，总制动力FS减去再生制动力FR即得到本次制动所需的液压制动力FH,即FH＝FS-FR。电控单元9根据液压制动力FH的大小，通过助力特性曲线得出助力电机需要的助力值，并将控制指令发送给助力电机3，助力电机3根据指令产生相应的转速和转矩，助力电机3输出轴带动第一齿轮1驱使第二齿轮2转动，第二齿轮2转动驱使丝杠11向右平动推动第一活塞12给充满液压油的助力建压缸5建压，丝杠11在导向机构的作用下向右平动但不会转动，液压油通过踏板推杆4后部杆体上开设的输油通道14给充满液压油的制动主缸6的第一工作腔24建压，推动第二活塞13实现制动主缸6电动助力建压。
此过程驾驶员踩踏板产生的人力与电机助力在制动主缸中的第一工作腔24内耦合。
驾驶员松开制动踏板时，踏板推杆4在第一回位弹簧20的作用下回位，电动助力机构通过助力电机3反转回位。
二、主动制动功能：
对于安装有测速传感器、测距传感器装置的车辆，在驾驶员未踩下制动踏板时，即踏板行程传感器未检测到位移信号，当测速传感器、测距传感器测量得知车辆与前方障碍物距离过短，必须采取制动措施防止发生碰撞或其他危险行为时，电动助力制动***进入主动制动模式。
在主动制动模式下，电控单元9对其他车载传感器传递的信号进行分析，判断车辆所需的主动制动力，通过控制电路向助力电机3发送指令，助力电机3根据指令带动第一齿轮1驱使第二齿轮2转动，第二齿轮2驱使丝杠11向右平动，从而推动第一活塞12给助力建压缸5建压，并通过踏板推杆4后部杆体上开设的输油通道14给制动主缸6中的第一工作腔24建压，进而推动第二活塞13给制动主缸6建压，实现线控化的主动制动。在主动制动模式下，一旦电控单元9接收到踏板行程传感器21的位移信号，***立即切换为常规电动助力制动模式。
三、失效备份功能：
按照相关要求，制动***失效或者某些制动部件发生故障时，制动***仍要保证能够产生一定的制动强度以保证安全性和可靠性。
本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动***在助力电机3或某个传动件发生故障，使电动助力组件无法正常工作时。***可进入失效备份工作模式，此模式下驾驶员可通过踩下制动踏板推动踏板推杆4直接作用于第二活塞13，给制动主缸6建压，从而使制动***仍能产生一定的制动力，实现失效备份功能。

Claims (6)

1.一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，其特征在于：包括有第一齿轮、第二齿轮、助力电机、踏板推杆、助力建压缸、制动主缸、储液罐、液压控制单元和电控单元，其中第一齿轮、第二齿轮、助力电机和助力建压缸装配在一壳体内，助力电机与第一齿轮相连接并驱使第一齿轮进行转动，第一齿轮与第二齿轮相啮合带动第二齿轮同步转动，第二齿轮中间螺接有丝杆，丝杆为中空结构，第二齿轮转动过程中驱使丝杆进行左右移动，丝杆的后端与助力建压缸内的第一活塞相连接，丝杆能够驱使第一活塞在助力建压缸的内腔中进行左右移动，制动主缸连接在助力建压缸的后部，踏板推杆穿过壳体的前端侧壁后依次从丝杆的内腔和助力建压缸的内腔穿过，踏板推杆的后端与制动主缸内腔中的第二活塞相连接，助力建压缸内的第一活塞套设在踏板推杆上，第一活塞与踏板推杆滑动连接，踏板推杆的后部杆体上开设有输油通道，助力建压缸的内腔和制动主缸的内腔通过该输油通道相连通，储液罐与制动主缸的内腔相连通，储液罐为制动主缸提供液压油，液压控制单元也与制动主缸的内腔相连通，踏板推杆、液压控制单元和助力电机均与电控单元相连接，电控单元控制助力电机和液压控制单元的工作。
2.根据权利要求1所述的一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，其特征在于：所述的第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径，第二齿轮通过固定架被固定在壳体的内腔中，第二齿轮与固定架连接处装配有轴承，丝杆的前端连接有连接架，连接架的两端分别装配有滑块，两个滑块分别套设在两个导向柱上，丝杆移动过程中能够带动滑块沿导向柱进行滑动。
3.根据权利要求1所述的一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，其特征在于：所述的踏板推杆与壳体前端侧壁之间设有第一回位弹簧，踏板推杆与电控单元之间的连接线路上设有踏板行程传感器，踏板行程传感器能够把踏板推杆的位移数据实时传送给电控单元。
4.根据权利要求1所述的一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，其特征在于：所述的助力建压缸的内腔中在第一活塞的后部装配有第二回位弹簧，第二回位弹簧套设在踏板推杆上。
5.根据权利要求1所述的一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，其特征在于：所述的制动主缸内腔的前端装配有密封套，密封套套设在踏板推杆上，密封套与踏板推杆之间为滑动接触，密封套的后端与制动主缸内腔中的第二活塞前端之间为第一工作腔，助力建压缸的内腔通过踏板推杆后部杆体上开设的输油通道与第一工作腔相连通，制动主缸的内腔中还装配有第三活塞，第二活塞与第三活塞之间形成有第二工作腔，第二工作腔中装配有第三回位弹簧，第三活塞的后端与制动主缸内腔的后端形成有第三工作腔，第三工作腔中装配有第四回位弹簧，储液罐通过管路分别与第二工作腔和第三工作腔相连通，储液罐为第二工作腔和第三工作腔提供液压油，液压控制单元通过管路也分别与第二工作腔和第三工作腔相连通。
6.根据权利要求1所述的一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动***，其特征在于：所述的液压控制单元与制动主缸的连接管路上连接有液压力传感器，液压力传感器与电控单元相连接，液压力传感器能够把油压数据实时传送到电控单元，液压控制单元还连接有制动轮缸，液压控制单元控制制动轮缸的工作。
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