CN102256842B - 制动助力器作为踏板模拟器工作和经相应设计的制动助力器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可控制的机电式制动助力器的工作方法和一种相应的制动助力器，该制动助力器借助于在制动助力器和踏板杆(102)之间的联接元件(105)能施加与驾驶员的踏板操纵力方向相反的力并且由此可以作为踏板模拟器工作。为此，踏板反作用力可以根据由驾驶员预先确定的踏板位置借助于特性曲线进行设定，并且即使当没有例如常规制动系统的反作用时，也能使驾驶员获得踏板感觉。在另一工作模式中，制动助力器以其原有的形式工作。

Description

制动助力器作为踏板模拟器工作和经相应设计的制动助力器
技术领域
本发明涉及一种可控制的机电式制动助力器的工作方法和一种相应的制动助力器。
背景技术
机电式制动助力器由DE 102007016136 A1已知。在那里为了确定由驾驶员施加的踏板力，使用评估和控制单元，该评估和控制单元由总制动力和附加的制动力之间的差计算出实际作用的踏板力。踏板行程模拟器例如由文献“汽车工程手册”(第25版，博世，Vieweg出版社ISBN 3528238763)已知，在电液制动器中，踏板行程模拟器是操纵单元的一部分并且使得能实现一种适合的力-位移曲线和对制动踏板的适当缓冲。由此，驾驶员在通过电液制动器制动时获得如在设计得非常好的常规制动系统中同样的制动感觉。
发明内容
在本发明中描述了一种方法，作为制动装置一部分的制动助力器可以如何作为踏板模拟器工作。
本发明涉及一种在机动车辆中的制动助力器，通过该制动助力器能使由驾驶员借助于制动踏板施加的力增强。本发明的要点在于，制动助力器被构造成能产生作用在制动踏板上的反作用力，该反作用力与由驾驶员施加的力方向相反。
由现有技术已知的制动踏板模拟器为了设定在制动踏板上的代表踏板感觉的力-位移特性需要附加的装置，用来产生抵抗驾驶员制动力的反作用力。本发明的优点在于，在充分利用为了增强制动力的目的已集成在车辆中的制动助力器的条件下，对踏板感觉，亦即特别是该力-位移特性进行设定。因此，例如具有混合制动系统的车辆可以具有机电式制动助力器，这与在现有技术中所描述的相类似。这种机电式制动助力器在本发明的范围内作为踏板模拟器工作。依据本发明，在车辆中没有任何附加的装置而通过机电式制动助力器产生制动踏板感觉，由此可以降低成本和空间需求。此外，在另一工作模式中，制动助力器也可以用于其通常的目的并且对输入的、由驾驶员施加的制动力进行增强。
在本发明的一种特别有利的设计方案中规定，反作用力能根据制动踏板操纵进行设定。由此，有利地使得设定任意制动踏板感觉成为可能。
此外，在本发明的另一有利的设计方案中，制动助力器具有一个与制动踏板连接的输入杆以及一个弹性元件。在这种实施方式中，反作用力是通过由输入杆的远离制动踏板的一端使弹性元件由于挤压而发生的变形进行施加。为了挤压弹性元件，可以设有伺服驱动装置。这种设计方案具有如下优点：通过对弹性元件的弹性的了解，作用到制动踏板上的反作用力通过简单且因此低成本的位移测量(输入杆相对于弹性元件的偏移量)实现。因此不需要高成本的踏板力测量。
在本发明的另一特别有利的实施方式中，设有用于将伺服驱动装置联接到弹性元件上的连接装置。通过所述连接装置，该联接是可松开的和/或在作用上是受限制的。所述连接装置只能传递有限的力，也就是说该联接在作用上是受限制的，由此依据本发明的制动助力器只能对驾驶员施加有限的力。如果所述连接装置被施以较大的力，那么作用在制动踏板上的力保持不变(作用受限制)或者降低到零(联接被松开)。这具有如下优点：由此，作用于驾驶员且由此可以妨碍以及阻止驾驶员操纵踏板的力被限制到一个可由驾驶员控制的值。为了依据本发明产生与驾驶员的制动力方向相反的反作用力，必须通过所述连接装置建立该联接。
在本发明的另一优选的设计方案中，根据制动踏板的操纵，特别是根据制动踏板行程，或者增强由驾驶员施加的力(制动助力器模式)，或者产生反作用力(踏板模拟器模式)。如果驾驶员例如只以有限的程度踩下制动踏板，那么依据本发明的制动助力器用作踏板模拟器，即，产生反作用力。作用到车辆上的制动力在这种情况下可以例如通过再生制动和/或通过提高发动机牵引力矩实现。通过依据本发明的反作用力，驾驶员在这种工作模式下也有惯常的踏板感觉。如果驾驶员以较大的程度踏下制动踏板，那么正常的工作制动器对车辆起作用，所述依据本发明的制动助力器这时用作对驾驶员力的辅助装置。
附图说明
图1示出了可控制的机电式制动助力器在踏板模拟器工作模式下的典型的实施方式，该制动助力器具有在助力器体和朝向主缸的连接件之间的闭合的联接元件以及用于设定踏板特性的弹性元件，
图2示出了可控制的机电式制动助力器在制动助力器工作模式下的典型的实施方式，该制动助力器具有在助力器体和朝向主缸的连接件之间的闭合或者在作用上受限制的联接元件，
图3示出了依据本发明的方法的示意图，依据该方法，制动助力器可以作为踏板模拟器工作。
具体实施方式
本发明描述了一种机电式制动助力器，以及一种用于控制机电式制动助力器的方法，以使该制动助力器作为踏板模拟器工作。
需操纵的制动系统可例如由下列部分组成：
·可控制的机电式制动助力器，
·主制动缸，
·液压制动系统(常规的，未示出)，
·在可控制的制动助力器的连接件103和主制动缸107之间的可定义的空行程ds，
·接在后面的/附加的外力系统(未示出)。
由这几个部分组成的制动系统尤其可以用在下列工作模式中：
·外力模式(依据图1)：通过外力(ESP)形成制动压力或者通过例如再生制动系统进行制动减速，通过制动助力器产生踏板感觉，连接件103和主制动缸107在空间上分开。(踏板行程s＜ds)
·制动力增强模式(依据图2)：可控制的制动助力器的标准工作模式。通过驾驶员的力111并且通过由可控制的制动助力器产生的放大力113形成制动压力。通过可控制的制动助力器与制动系统的反作用力相结合产生踏板感觉。输出杆和主制动缸接触。(踏板行程s＞ds)
本发明首先涉及外力模式。在这个模式中，制动助力器仅仅起踏板模拟器的作用。
在图1中操纵单元101与输入杆102连接并且可以相对于制动助力器的助力器体104移动这个输入杆。在输入杆102和朝向主缸107的连接件103之间设有一个弹性元件109，例如具有已知的弹性常数cRD的反作用盘109，该反作用盘允许输入杆102和助力器体104沿着它们的共同轴线发生相对位移x，并且该反作用盘固定在连接体103上。助力器体可以相对于制动助力器的壳体106例如通过电动机(未示出)移动一个量y。连接体103相对于主缸107的总位移s由x和y之和得出。输入杆102相对于助力器体104的相对偏移x可以借助于位移传感器108a、108b测量。助力器体104相对于制动助力器的壳体106的相对位移y可以例如由电动机位置确定。如果总位移s小于预先确定的空行程ds，那么在连接件103和主缸107之间不存在接触，全部的制动力通过外力施加。制动系统处于外力模式并且制动助力器起踏板模拟器的作用。
为了借助于踏板模拟器在制动踏板101上产生踏板感觉，需要与驾驶员的操纵力111方向相反的力110，该力在外力模式中应通过可控制的制动助力器施加。为此目的，联接元件105将朝向主缸107的连接件103和助力器体104彼此连接。
联接元件105可以具有各种实施方式，作为例子举出了一种由永磁铁和电磁铁构成的组合部件。作为另一实施方式，联接元件可以是磁流变阻尼器。在这种实施方式中，阻尼器由活塞-缸体单元组成，其中，这个单元的一个部件与助力器体连接，另一个部件例如与连接件连接。缸体的通过活塞分开的两个腔室具有连接部，此外，通过电控制可以调节液体的粘滞性并且由此可以调节阻尼器的阻尼特性。在另一实施方式中，在缸体的两个腔室之间的连接部还可以被设计为可控制的阀，借助于该阀可以调节阻尼(直至锁紧)。在另一实施方式中，联接元件同样包括一个活塞-缸体单元和一个可电控的阀，然而缸体仅具有一个工作腔室。使用来自制动液储备容器的制动液作为液体。可电控的阀根据操作使体积与制动液储备容器交换并且不存在联接，或者使体积被锁在活塞-缸体单元的工作腔室中并且由此存在联接。当然，可以设想其他的联接方案。联接元件105可以被设计成，使得最大可使用的力被限制到一个预先确定的值，以使驾驶员能够过度挤压这个联接元件。在助力器体104和连接件103之间的联接元件闭合时，通过助力器体104的移动可以将与连接件103连接的弹性元件109平行于输入杆102地朝这个输入杆移动和/或从这个输入杆移开。
在这种运动中，当弹性元件109和输入杆的远离制动踏板的端部之间接触时，弹性元件109发生变形并且将反作用力传递到输入杆102，该反作用力与弹性元件的变形有关并且因此与相对位移x有关。因此，可以根据需要对例如弹性元件109通过输入杆102而发生的已有变形和由此产生的反作用力进行增强或者减弱。这个原理在本发明中得以充分利用，以根据输入杆的绝对位置改变反作用力。
踏板模拟器用于确定在车辆中需设定的制动力以及用于使驾驶员获得踏板感觉。为了确保这个作用，经常使用一个用于确定由驾驶员施加的踏板操纵力的力传感器或者另一在踏板杆上的表示踏板操纵力的测量装置。
在表明本发明特征的方法中，踏板模拟器的控制是借助于在制动助力器中原有的元件直接实现。
所述方法由下列步骤组成：在第一方法步骤201中，确定输入杆102的踏板位移s。踏板位移可以直接通过在图1和图2中未示出的位移传感器测量或者间接通过关系式s＝x+y(x通过传感器108确定，电动机位置y的确定未在图1和图2中示出)得出。
在另一方法步骤202中，判定输入杆102在操纵制动踏板时已经经过的踏板位移s＜ds，还是该踏板位移s＞ds。根据这个判定，来判定制动助力器是以制动力增强工作模式204(踏板位移s＞ds)工作还是作为踏板模拟器203(踏板位移s＜ds)工作。
清楚的是，不必强制地依据踏板位移s作出在工作模式方面的判定202。同样可设想的是，例如针对踏板位移随时间变化的极限值。如果制动助力器作为踏板模拟器203工作，那么在所示的实施方式中所述方法可以以两种可能的工作方式206或者207中的一种继续进行。
方法步骤206和207的应用与制动助力器的工作情况有关。如果从制动踏板的初始位置或者说从车辆状态“未制动”开始操纵制动器，那么工作方式206是适合的方式。如果车辆已经(液压地)制动了，即制动助力器在已被操纵的状态下已从制动力增强工作模式转换到“踏板模拟器”工作模式，那么工作方式207是适合的方式。在描述的工作情况方面的判定和因此对于通过206或者207继续实施所述方法的判定在工作模式选择中由判定单元209作出。
在第一种工作方式206中，确定实际的或者说当前存在的相对偏移x作为起始点。该方法通过下列步骤进行：
-步骤206a：依据传感器108确定相对偏移x，
-步骤206b：依据特性曲线计算待设定的电动机位置y，
-步骤206c：通过相应地操纵伺服驱动装置112设定这个电动机位置y。
在第二种工作方式207中，驾驶员已经操纵了踏板并且电动机112位于位置y处。然后，设定与位置y相应的反作用力。
方法通过下列步骤进行：
-步骤207a：通过未示出的位置传感器确定偏移y，
-步骤207b：从特性曲线中确定待设定的踏板反作用力110的理论值，
-步骤207c：在已知反作用盘的弹性常数cRD的条件下，确定与所确定的反作用力相应的相对偏移x的理论值，
-步骤207d：设定相对偏移x的这个理论值。
对于方法两种可行实施方案206和207，得到与驾驶员的操纵力方向相反的反作用力作为最终状态208。这个反作用力可通过特性曲线206b和207b进行设定。
需强调的是，如判定202一样也可以通过其他与位移有关的量对机电式制动助力器进行控制。
可以概括地说，本发明描述了一种可控制的机电式制动助力器以及该制动助力器的一种工作方法，该制动助力器借助于在制动助力器和踏板杆之间的联接元件能施加与驾驶员的踏板操纵力方向相反的力并且由此可以作为踏板模拟器工作。为此，踏板反作用力可以根据由驾驶员预先确定的踏板位置借助于特性曲线进行设定并且即使当没有例如常规制动系统的反作用时也能使驾驶员获得踏板感觉。在另一工作模式下，该制动助力器以其原有的形式工作。

Claims (13)

1.一种在机动车辆中的制动助力器，通过该制动助力器能增强由驾驶员借助于制动踏板(101)施加的力，所述制动助力器能够产生作用在所述制动踏板(101)上的反作用力，该反作用力与由驾驶员施加的力方向相反，其特征在于，所述反作用力能根据制动踏板操纵(s)进行设定，其中，设有伺服驱动装置(112)，反作用力的大小借助所述伺服驱动装置(112)进行设定。
2.按照权利要求1所述的制动助力器，其特征在于，所述制动助力器具有一个与所述制动踏板(101)连接的输入杆(102)以及一个弹性元件(109)，并且所述反作用力是通过由所述输入杆(102)的远离所述制动踏板(101)的一端使所述弹性元件(109)由于挤压而发生的变形进行施加，其中，设有伺服驱动装置(112)，借助于该伺服驱动装置能使与所述伺服驱动装置(112)连接的所述弹性元件(109)移动并且通过操纵所述伺服驱动装置(112)进行所述挤压。
3.按照权利要求2所述的制动助力器，其特征在于，所述制动助力器具有用于对表示所述输入杆(102)相对于所述弹性元件(109)的相对偏移的偏移量(x)进行确定的装置(108a，108b)，并且反作用力的大小是借助所述伺服驱动装置(112)通过设定从所述输入杆(102)相对于所述弹性元件的偏移量(x)进行设定。
4.按照权利要求3所述的制动助力器，其特征在于，所述偏移量(x)的设定是通过以下方式进行：
-根据通过制动踏板操纵引起的所述输入杆(102)相对于弹性元件(109)的相对偏移设定所述伺服驱动装置(112)的位置(y)，或者
-根据所述伺服驱动装置(112)的位置(y)设定所述偏移量(x)。
5.按照权利要求2所述的制动助力器，其特征在于，设有连接装置(105)，借助于所述连接装置所述伺服驱动装置(112)与所述弹性元件(109)联接，其中，所述联接是可松开的和/或在作用上是受限制的。
6.按照权利要求5所述的制动助力器，其特征在于，所述连接装置(105)使得：
-根据制动踏板操纵，在所述伺服驱动装置(112)和所述弹性元件(109)之间的联接是可松开，和/或
-在所述伺服驱动装置(112)和所述弹性元件(109)之间的联接能够闭合以产生反作用力。
7.按照权利要求1所述的制动助力器，其特征在于，根据制动踏板的操纵，或者对由驾驶员施加的力(111)进行增强(113)或者产生反作用力(110)。
8.按照权利要求1所述的制动助力器，其特征在于，
-所述制动踏板(101)联接在制动助力器的一个输入杆(102)上，其中，所述输入杆与一个助力器体(104)以能相对运动一段距离(x)的方式连接，其中，所述助力器体(104)能通过驱动伺服装置(112)相对于所述制动助力器的至少包括所述输入元件和所述助力器体的壳体(106)移动一段距离(y)，
-其中，在所述输入元件上设置传感器装置(108a、108b)，以检测所述助力器体(104)相对于所述输入杆(102)的相对偏移(x)，
-其中，一个连接件(103)与所述助力器体(104)可相对运动地连接，所述连接件能够可松开地与所述助力器体(104)通过连接装置(105)连接，并且所述连接件(103)在靠近所述制动踏板的一侧与一个弹性元件(109)连接，
-其中，在所述连接件(103)和机动车辆制动系统的主制动缸(107)之间设有空行程(ds)。
9.一种在机动车辆中的制动助力器的工作方法，通过该制动助力器能增强由驾驶员借助于制动踏板(101)施加的力，借助于所述制动助力器产生作用在所述制动踏板(101)上的反作用力，该反作用力与由驾驶员施加的力方向相反，其中，所述反作用力能根据制动踏板操纵(s)进行设定，其中，设有伺服驱动装置(112)，反作用力的大小借助所述伺服驱动装置(112)进行设定。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制动助力器制动助力器具有一个与所述制动踏板(101)连接的输入杆(102)以及一个弹性元件(109)，并且所述反作用力是通过由所述输入杆(102)的远离所述制动踏板(101)的一端使所述弹性元件(109)由于挤压而发生的变形进行施加，其中，设有伺服驱动装置(112)，借助于该伺服驱动装置能使与所述伺服驱动装置(112)连接的所述弹性元件(109)移动并且通过操纵所述伺服驱动装置(112)进行所述挤压。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，确定表示所述输入杆(102)相对于所述弹性元件(109)的相对偏移的偏移量(x)，并且以通过操纵伺服驱动装置(112)设定从所述输入杆(102)相对于所述弹性元件的偏移量(x)的方式设定所述反作用力的大小。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述偏移量(x)的设定是通过以下方式进行：
-根据通过制动踏板操纵引起的所述输入杆(102)相对于弹性元件(109)的相对偏移设定所述伺服驱动装置(112)的位置(y)，或者
-根据所述伺服驱动装置(112)的位置(y)设定所述偏移量(x)。
13.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，根据制动踏板的操纵，或者对由驾驶员施加的力(111)进行增强(113)或者产生所述反作用力(110)。
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