CN101758826B - 助力制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种助力制动系统，该助力制动系统包括制动电机(10)、传动系统(20)、踏板机构(40)和制动主缸(30)，所述制动电机(10)通过所述传动系统(20)连接于所述制动主缸(30)的活塞(31)，所述助力制动系统还包括控制器和分别安装在所述踏板机构(40)和所述传动系统(20)上的第一位移传感器(51)和第二位移传感器(52)，所述控制器通过对比所述第一位移传感器(51)和所述第二位移传感器(52)的输出信号而控制所述制动电机(10)的运转，从而使所述制动电机(10)的动力通过所述传动系统(20)输出并推动所述活塞(31)，以实现对制动的助力。本发明的助力制动系统尤其适用于混合动力车辆和电动车辆。

Description

助力制动系统

技术领域

本发明涉及车辆的助力制动系统，尤其涉及电动助力制动系统。

背景技术

助力制动系统又称伺服制动系统，助力制动系统是兼用人力和其它能源提供的助力装置来进行制动的制动系统。传统车辆上普遍采用真空助力制动系统，真空助力制动系统中的真空助力器使用的真空来源于发动机。对于混合动力汽车和电动汽车来说，特别是电动汽车，由于没有设置发动机，也就不能为真空助力器提供真空。虽然现有技术中可以采用设置额外的真空泵而在没有发动机的情况下继续使用真空助力器，但设置真空泵使得车辆的设计、布置困难且成本增加。

为替代真空助力制动系统，现有技术中使用了电动助力制动系统，通过在踏板机构上设置各种传感器，并使用控制单元对各传感器的信号进行处理，以起动电机并调整电机的输出，从而为制动提供助力。但是，这种电动助力系统需要设置多种传感器，如速度传感器、加速度传感器和踏板力传感器等，同样影响车辆的设计和布置。此外，控制单元不仅要根据各传感器的参数进行计算以控制电机运转的输出大小(即制动助力的大小)，同时还要根据由不断变化的参数计算得到的结果调整电动机的输出，这使得助力制动系统实现助力相对复杂，并与驾驶员的意图并不同步，助力制动相对滞后。

发明内容

为替代真空助力制动系统，并克服现有技术中的电动助力制动系统存在的布置、控制复杂且助力不同步的问题，本发明提供一种新的助力制动系统。

该助力制动系统包括制动电机、传动系统、踏板机构和制动主缸，所述制动电机通过所述传动系统连接于所述制动主缸的活塞，其中，所述助力制动系统还包括控制器和分别安装在所述踏板机构和所述传动系统上的第一位移传感器和第二位移传感器，所述控制器通过对比所述第一位移传感器和所述第二位移传感器的输出信号而控制所述制动电机的运转，从而使所述制动电机的动力通过所述传动系统输出并推动所述活塞，以实现对制动的助力。

本发明的助力制动系统使用所述制动电机提供助力，所述助力制动系统设置简单，而且所述控制器通过对比所述第一位移传感器和所述第二位移传感器的信号来控制所述制动电机的起动，并通过控制所述制动电机的运转时间来控制所述制动电机的输出，也就是控制制动助力的大小。因此，本发明的布置简单的助力制动系统可以在实现对助力的简便控制的同时，提供同步的助力制动。

附图说明

图1是根据本发明一种实施方式的助力制动系统的制动电机与传动系统的连接关系示意图；

图2是显示本发明一种实施方式的助力制动系统的操作的示意图；

图3是图2中画圈部分A的放大视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式的助力制动系统包括制动电机10、传动系统20、制动主缸30和踏板机构40，制动电机10通过传动系统20连接于制动主缸30的活塞31，其中，该助力制动系统还包括控制器(未示出)和分别安装在踏板机构40和传动系统20上的第一位移传感器51和第二位移传感器52，控制器通过对比第一位移传感器51和第二位移传感器52的输出信号而控制制动电机10的运转，从而使制动电机10的动力通过传动系统20推动活塞31，以实现对制动的助力。

其中，如图1所示，制动电机10可以将动力传递至传动系统20，传动系统20包括依次连接的输出轮21、齿轮22和齿条23，输出轮21接收制动电机10的动力并将该动力通过齿轮22传递给齿条23，齿条23连接于活塞31以使活塞31与齿条23一起做线性运动。优选地，传动系统20还设置有减速机构24。在本发明的一种实施方式中，该减速机构24由两级行星轮系构成，以对制动电机10减速，获得较大的扭矩和较小的转速。减速机构24通过输出轮21将放大的扭矩传递给齿轮22。此外，在输出轮21和齿轮22之间还可以设置惰轮25，以使制动系统结构紧凑，优选地，可以通过设置适当尺寸的惰轮25来进一步增大扭矩。在本实施方式中，惰轮25不起到放大扭矩的作用，输出轮21与齿轮22的转速相同，动作同步。

制动电机10运转时，扭矩可以通过减速机构24放大后传递给齿轮22。齿轮22的转动带动齿条23做线性运动，进而推动与齿条23连接的制动主缸30的活塞31，以实现对制动的助力。如图2所示，制动电机10的运转将保持齿条23的线性运动，并推动活塞31而对制动产生助力，制动电机10停止运转时，齿条23不再继续做线性运动，活塞31也不再继续被推入制动主缸30内并停留在该位置上(可以通过电机堵转来实现)，也就是说停止了对制动的助力，但仍然保持一定的制动效果。

在踏板机构40和传动系统20上分别设置第一位移传感器51和第二位移传感器52，该第一位移传感器51和第二位移传感器52可以是同类型传感器或不同类型传感器，可以选择如线性位移传感器、角度位移传感器等，此外，第一位移传感器51和第二位移传感器52输出的信号可以是与角度位移或者线性位移相对应的、同为电压或电流信号的可比信号，以便于将二者进行比较。踏板机构40包括踏板41，传动系统20包括输出轮21、齿轮22、齿条23、减速机构24和惰轮25。其中，齿轮22和齿条23的规格设计为，使得齿轮22发生与踏板41相应角度的旋转时，齿条23推动活塞31能够实现满足驾驶员的制动意图的制动力。例如，可以将齿轮22的旋转角度设置为与踏板41的转角成一定比例时，实现相应的制动力。因此，第一位移传感器51可以设置在踏板41上，踏板41转动角度α时第一位移传感器51发出信号X，第二位移传感器52可以设置在输出轮21或齿轮22或齿条23上，输出轮21或齿轮22转动角度β时，或输出轮21或齿轮22转动角度β致使齿条23线性移动距离L时第二位移传感器52发出信号Y。因此，可以将本发明的助力制动系统设置为，当α＝nβ时实现所需制动力，也就是说，当X＝nY时，实现所需的制动力，其中，n为根据制动助力的需要而设置的任意常数，例如，n可以设置为0.5-2，优选n＝1。例如，可以将齿轮22和齿条23设计为，齿轮22与踏板41转动相同角度时，齿条23推动活塞实现制动意图所需的制动力，也就是说，当X＝Y时，实现所需的制动力。

第二位移传感器52设置在输出轮21和齿轮22上时可以使用角度位移传感器，设置在齿条23上时可以使用线性位移传感器，显然，齿条23的线性位移可以转换为输出轮21或齿轮22的角度位移。在本实施方式中，惰轮25仅起到传动作用，因此输出轮21和齿轮22转速相同，产生的位移也相同，因此优选将第一位移传感器51设置在踏板41上，第二位移传感器52设置在输出轮21上，并且第一位移传感器51和第二位移传感器52均为角度位移传感器。

下面将具体说明制动电机10对制动产生助力的操作。车辆正常行驶的情况下，踏板机构40位于原位，制动电机10不会运转，也不会通过传动系统20对制动产生助力。当驾驶员想要实现制动意图并踏下踏板机构40的踏板41时，随着踏板41的偏转位移，踏板41上的第一位移传感器51根据该位移产生电压或电流信号X。由于踏板41产生位移之前，制动电机10处于停止状态，输出轮21也处于停转状态，与输出轮21连接的齿轮22以及齿条23也没有发生位移，活塞31位于原位。因此，第二位移传感器52不发出信号，即Y为零。控制器(未示出)通过比对信号X、Y，本实施方式中使用差值信号ΔS＝X-nY(也可以使用其它对比方式，如Δt＝X/nY等)，其中n如前面所定义，优选n＝1，得到ΔS＞0。当差值信号ΔS＞0时，控制器将起动制动电机10。制动电机10的运转将带动传动系统20运转，以提供制动助力。由于制动电机10带动输出轮21发生转动，第二位移传感器52将发出信号不为零的信号Y。随着输出轮21的运转，第二位移传感器52的信号Y逐渐增大，直到ΔS＝0，控制器将使制动电机10停止运转，传动系统20也随之停止运转，助力制动操作中止。此时，可以通过控制器控制制动电机10，使制动电机10堵转，从而将传动系统20、活塞31保持在中止助力的位置上，防止制动主缸30内的复位装置将活塞31退回到初始位置。此时虽然没有助力，但仍对车辆实施制动。

当驾驶员的制动意图实现后，松开踏板41，踏板41将朝与制动偏转的反方向偏转。此时，第一位移传感器51的信号X变小，而第二位移传感器52的信号Y瞬时未改变，ΔS＜0。可以通过控制器使制动电机10的堵转停止，从而释放了制动电机10堵转对传动系统20和活塞31的保持作用，制动主缸30内的复位装置将使活塞31朝初始位置移动，逐渐减小制动力。此时，如果驾驶员完全放弃制动意图，踏板机构40回到原位，复位装置将使活塞31回到活塞31的初始位置，从而不再制动。如果驾驶员不完全放弃制动意图，踏板41反方向偏转而不回到原位，当ΔS再次为零时，控制器将再次使制动电机10堵转，保持该制动效果。

其中，复位装置将活塞31推向初始位置时，活塞31将带动齿条23做与助力制动时反向的线性运动，从而使传动系统20反转。制动电机10可以通过传动系统20的反转而被动地反向被拖转，优选地，制动电机10也可以在控制器的控制下(ΔS＞0)反转以对减小制动产生助力。

为了防止制动系统的助力失效，导致无法实现制动，本发明的助力制动系统的踏板机构40还包括推杆42和缓冲弹簧43。其中，推杆42的第一端连接于踏板41，第二端与齿条31的套筒之间形成有间隙a，该间隙a可变化为零。如图3所示，该距离a为踏板41的空行程，缓冲弹簧43设置在推杆42上，对齿条23产生弹力，以对推杆42使间隙a的减小的运动起到缓冲作用。优选地，推杆42和缓冲弹簧43可以设置在齿条23的套筒内，并使推杆42的第二端与套筒的端壁之间形成间隙a。

具体地，助力正常的情况下，当驾驶员踏下踏板41时，如图2所示，踏板41带动推杆42产生朝齿条23的套筒的线性运动，使得缓冲弹簧43压缩并使间隙a变小。由于踏板41的偏转，控制器通过对比第一位移传感器51和第二位移传感器52的信号而起动制动电机10，从而实现助力制动，带有套筒的齿条23推动活塞31做线性运动。该线性运动与推杆42的线性运动方向一致，使得间隙a变大。该过程与缓冲弹簧43压缩导致的间隙a变小的过程的综合作用，使得间隙a不为零，即推杆42不接触齿条23的套筒，推杆42也就不会直接推动齿条23，进而推动活塞31进行制动。驾驶员松开踏板机构40时，推杆42随踏板41的偏转而做反向运动，缓冲弹簧43伸展，间隙a变大。齿条23的运转如前所述，仍保持间隙a不为零，即推杆42不接触齿条23的套筒。

当助力失效时，当驾驶员踏下踏板41时，踏板41带动推杆42产生朝齿条23的套筒的线性运动，使得缓冲弹簧43压缩并使间隙a变小。由于助力失效，制动电机10不工作，传动系统20也不会运转，齿条23仍保持不动，导致间隙a减小为零。此时，推杆42的第二端直接接触套筒，随着踏板41的偏转，推杆42将直接推动齿条23做线性运动，进而推动活塞31，从而直接实现制动。

因此，根据本发明的另一实施方式，第一位移传感器51可以是设置在推杆42上的第一线性位移传感器，第二位移传感器52可以是设置在齿条23上的第二线性位移传感器，从而根据间隙a的变化(ΔS＝X-nY)控制制动电机10的运转。由于齿条23和推杆42的运动为沿同一直线的线性运动，因此，控制器可以设置为当间隙a减小(ΔS＞0)时使制动电机10运转以进行助力制动；当间隙a的变化为零(ΔS＝0)时使制动电机10堵转而停止助力并保持制动；当间隙a变大(ΔS＜0)时使制动电机10反转以减小制动。

Claims (9)

1.一种助力制动系统，该助力制动系统包括制动电机（10）、传动系统（20）、踏板机构（40）和制动主缸（30），所述制动电机（10）通过所述传动系统（20）连接于所述制动主缸（30）的活塞（31），其特征在于，所述助力制动系统还包括控制器和分别安装在所述踏板机构（40）和所述传动系统（20）上的第一位移传感器（51）和第二位移传感器（52），所述控制器通过对比所述第一位移传感器（51）和所述第二位移传感器（52）的输出信号而控制所述制动电机（10）的运转，从而使所述制动电机（10）的动力通过所述传动系统（20）输出并推动所述活塞（31），以实现对制动的助力，所述第一位移传感器（51）的输出信号为X，所述第二位移传感器（52）的输出信号为Y，所述助力制动系统设置为当X＝nY时实现所需制动，n为根据助力制动的需要而设置的常数，所述控制器通过ΔS＝X-nY控制所述制动电机（10）的运转：ΔS>0时，使所述制动电机（10）起动以实现助力；ΔS＝0时，使所述制动电机（10）堵转以保持制动；ΔS<0时，使所述制动电机（10）主动或被动反转以减小制动力。

2.根据权利要求1所述的助力制动系统，其中，所述踏板机构（40）包括踏板（41），所述传动系统（20）包括输出轮（21）、齿轮（22）和齿条（23），所述输出轮（21）用于接收所述制动电机（10）的输出动力并将该输出动力通过所述齿轮（22）传递给所述齿条（23），所述齿条（23）连接于所述活塞（31）以使所述活塞（31）与所述齿条（23）一起做线性运动。

3.根据权利要求2所述的助力制动系统，其中，所述传动系统（20）还包括减速机构（24）和惰轮（25），所述制动电机（10）通过所述减速机构（24）将放大的扭矩传递至所述输出轮（21），所述输出轮（21）通过所述惰轮（25）与所述齿轮（22）连接。

4.根据权利要求2所述的助力制动系统，其中，所述第一位移传感器（51）为设置在所述踏板（41）上的第一角度传感器，所述第二位移传感器（52）为设置在所述输出轮（21）或所述齿轮（22）上的第二角度传感器。

5.根据权利要求2所述的助力制动系统，其中，所述第一位移传感器（51）为设置在所述踏板（41）上的角度位移传感器，所述第二位移传感器（52）为设置在所述齿条（23）上的线性位移传感器。

6.根据权利要求2所述的助力制动系统，其中，所述踏板机构（40）还包括推杆（42）和缓冲弹簧（43），所述推杆（42）的第一端连接于所述踏板（41），所述推杆（42）的第二端与所述齿条（23）之间形成有间距（a），所述缓冲弹簧（43）设置在所述推杆（42）上，所述缓冲弹簧（43）的两端分别与所述推杆（42）和所述齿条（23）接触，以对所述齿条（23）产生弹性力。

7.根据权利要求6所述的助力制动系统，其中，所述推杆（42）和所述缓冲弹簧（43）设置在所述齿条（23）的套筒内，所述间距（a）形成在所述推杆（42）的第二端与所述套筒的端壁之间。

8.根据权利要求7所述的助力制动系统，其中，所述第一位移传感器（51）为设置在所述推杆（42）上的第一线性位移传感器，所述第二位移传感器（52）为设置在所述齿条（23）上的第二线性位移传感器。

9.根据上述任一权利要求所述的助力制动系统，其中，n＝1，所述控制器通过ΔS＝X-Y控制所述制动电机（10）的运转。

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