CN102416943A - 一种电动式制动助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动式制动助力装置，涉及汽车行车制动系。该装置通过踏板推杆、推杆弹簧、助力螺杆将制动踏板力传递到制动主缸活塞上，并在制动踏板上设置制动踏板位置传感器来感知驾驶员的操作意图，电子控制单元由此判定提供助力的快慢程度和根据踏板推杆与助力螺杆之间的推杆弹簧的预设压缩量计算出助力行程，控制步进电动机通过减速机构驱动助力齿轮，进而通过螺纹机构驱动助力螺杆直线移动来实现助力制动。制动踏板停止时，电动机不转，该装置依靠螺纹的自锁功能保持制动力。制动踏板释放时，电动机反转，助力螺杆在减速机构和螺纹机构作用下回归原位。本发明通过保持推杆弹簧压缩量来保证制动时的脚感，助力效果明显，结构简单。

Description

一种电动式制动助力装置

技术领域

本发明涉及一种汽车电子控制产品，具体涉及汽车行车制动系的制动助力装置，尤其适合纯电动汽车和混合动力汽车使用。

背景技术

目前在轿车上应用的行车制动系统以伺服制动助力装置居多。伺服制动系统是在液压制动系统的基础上增加动力伺服装置形成的，驾驶员采取制动操作时，在制动踏板上施加制动力，通过杆系将制动力传递到制动主缸的活塞上，同时伺服装置也起作用，且供给大部分的制动能量，可以减少驾驶员的操作强度。如伺服失效，则原有的液压制动仍可作用，驾驶员需要较大的制动力才能满足车辆制动的需要。轿车上采用的伺服式制动装置主要有真空伺服式和气压伺服式两种。

真空助力式伺服制动装置通过在制动踏板推杆和制动主缸之间加装真空助力器来提供助力。真空助力器提供助力作用时，需要真空源。一般的轿车上的真空源由运行中的发动机提供，比较方便。对于非内燃机动力装置的轿车则需要专用真空泵提供真空源。利用发动机提供真空源有两大缺陷，一是发动机熄火后，真空源消失，真空助力作用也消失；二是发动机提供的真空源与其工况有关，真空助力作用可能会减弱。而当真空源由专用的真空泵提供时，会增加轿车上零件数目，降低汽车的可靠性，以及增加发动机舱的布置困难性和工作噪声。

气压助力式伺服制动装置通过加装空气助力器来提供助力，一般由发动机通过带传动驱动空压机来产生空气助力器需要的气压，相应地需要增加储气筒、控制阀、调压阀、空气滤清器、防冻器、低压报警开关以及空气管路等附件。气压助力式伺服制动系统不仅消耗发动机的动力，而且由于零件多，体积较大，发动机舱的布置比较困难。

目前世界上各国家对纯电动汽车和混合动力汽车的开发应用越来越重视。由于传统的真空伺服式和气压伺服式伺服制动助力装置本身的缺陷，使其在这两种车型上应用有困难，研制新型制动助力装置才能适应要求。

发明内容

本发明针对传统轿车行车制动助力装置应用中的缺点，提供一种电动式制动助力装置，适合纯电动汽车和混合动力汽车使用。

本发明电动式制动助力装置由由机械装置和电子控制系统组成，其中，机械装置主要包含助力器本体、螺纹传动机构和减速机构7，助力器本体是由助力器壳体20、助力器前端盖3和助力器后端盖16围成的圆柱形空腔，内置加工有外螺纹的助力螺杆5，该助力螺杆5与加工有内螺纹的助力齿轮19配合，构成螺纹传动机构，而减速机构7的输入来自电子控制系统的步进电动机8，减速机构输出齿轮6通过齿啮合驱动助力齿轮19。电子控制系统包含电子控制单元10、制动踏板位置传感器11、步进电动机8和电流检测电路9。

本发明电动式制动助力装置的机械装置中助力器壳体20内加工有凸缘和卡环槽，向心球轴承17放置在凸缘处，并由卡环18定位。助力器前端盖3中心加工有长圆孔，与助力螺杆5的前端配合以限制其转动。助力器后端盖16中心加工有圆孔，与助力螺杆5的后端配合。

本发明电动式制动助力装置的机械装置中助力螺杆5内置于助力器本体中，前端装有回位弹簧4，并穿过助力器前端盖3中心的孔与制动主缸活塞1接触，中部加工有外螺纹，与助力齿轮19配合，后端穿过助力器后端盖16中心，并通过尾部孔中的推杆弹簧15与铰接在制动踏板12上的踏板推杆14配合。

本发明电动式制动助力装置的机械装置中的助力齿轮19在一个端面有凸缘，靠近凸缘的齿上加工倒角，方便与同样加工有倒角的减速机构输出齿轮6啮合，中心加工有内螺纹与助力螺杆5配合。

本发明电动式制动助力装置的电子控制系统中的制动踏板位置传感器11与制动踏板12同轴转动，其输出信号输入到电子控制单元10。

本发明电动式制动助力装置的电子控制系统中的步进电动机8的输出轴接入减速机构7的输入轴，其控制回路上设有电流检测电路9，电流检测电路9的输出接入电子控制单元10。

本发明电动式制动助力装置，在制动踏板12处于复位状态时，助力螺杆5在回位弹簧4的作用下处于助力器本体中的右端。助力齿轮19与助力螺杆5通过螺纹连接，且处于螺纹部分的左端，其上的凸缘与向心球轴承17的松圈的端面相接触，齿部与减速机构输出齿轮6啮合。推杆弹簧15被踏板推杆14约束于助力螺杆5后端的孔内，且正好处于自由伸展状态。

本发明电动式制动助力装置，在制动踏板12被踩下时，制动踏板力可通过踏板推杆14、推杆弹簧15、助力螺杆5传递到制动主缸活塞1上，同时制动踏板位置传感器11随制动踏板12转动，电子控制单元10根据此信号的大小和变化的快慢程度来判定驾驶员的制动意图，并控制步进电动机8通过减速机构7驱动助力齿轮19，再由助力齿轮19通过螺纹机构将旋转运动转变为助力螺杆5的直线运动，推动制动主缸活塞1实施制动。

本发明的电动式制动助力装置，减速机构7中的传动以及助力齿轮19和助力螺杆5之间的螺纹配合是确定的，步进电动机8旋转的步数和助力螺杆5的移动的位移是对应的关系。另外，本发明电动式制动助力装置的电子控制系统中设有制动踏板位置传感器11来感知制动踏板12的转动情况，而制动踏板12的转动角度与踏板推杆14的直线位移具有确定的关系，则只要测量出制动踏板12的转动角度，即可控制步进电动机8的转动的步数，并通过减速机构7和螺纹机构确定助力螺杆5的直线位移量，从而获得一定的助力制动作用。为了获得较好的制动脚感，在踏板推杆14和助力螺杆5之间设置推杆弹簧15。制动踏板12被踩下时，先是推杆弹簧15被压缩，同时步进电动机8过机械装置驱动助力螺杆5向前移动，等到制动踏板12停下时，电子控制单元10控制助力螺杆5的位移，使推杆弹簧15达到预设压缩量时步进电动机8停止转动，既可保证驾驶员的制动脚感，又能获得必要的助力制动作用。制动踏板12松开时，步进电动机8反转一定的步数，助力螺杆5回撤，同样可以保证推杆弹簧15预设的压缩量。

附图说明

图1是本发明电动式制动助力装置处于非制动状态的示意图。

图2是本发明电动式制动助力装置处于制动状态的示意图。

图3是本发明电动式制动助力装置在制动助力失效时的示意图。

图4是本发明电动式制动助力装置的助力螺杆示意图。

图5是本发明电动式制动助力装置的减速机构示意图。

图6是本发明电动式制动助力装置的助力齿轮示意图。

图7是本发明电动式制动助力装置的制动踏板位置传感器特性图。

附图中标注说明：1-制动主缸活塞 2-制动主缸壳体 3-助力器前端盖 4-回位弹簧 5-助力螺杆 6-减速机构输出齿轮 7-减速机构 8-步进电动机 9-电流检测电路 10-电子控制单元 11-制动踏板位置传感器 12-制动踏板 13-踏板推杆销 14-踏板推杆 15-推杆弹簧 16-助力器后端盖 17-向心球轴承 18-卡环 19-助力齿轮 20-助力器壳体 21-减速机构输出轴 22-减速机构输入轴齿轮 23-减速机构输入轴 24-减速机构中间轴 25-减速机构中间轴一级齿轮 26-减速机构中间轴二级齿轮 27-减速机构轴承

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种电动式制动助力装置由机械装置和电子控制系统组成，其中，机械装置主要包含助力器本体、螺纹传动机构和减速机构7，助力器本体是由助力器壳体20、助力器前端盖3和助力器后端盖16围成的圆柱形空腔，内置加工有外螺纹的助力螺杆5，该助力螺杆5与加工有内螺纹的助力齿轮19配合，构成螺纹传动机构，而减速机构7的输入来自电子控制系统的步进电动机8，减速机构输出齿轮6通过齿啮合驱动助力齿轮19。电子控制系统包含电子控制单元10、制动踏板位置传感器11、步进电动机8和电流检测电路9。

在制动踏板12处于复位状态时，助力螺杆5在回位弹簧4的作用下处于助力器本体中的右端。助力齿轮19与助力螺杆5通过螺纹连接，且处于螺纹部分的左端，其上的凸缘与向心球轴承17的松圈的端面相接触，齿部与减速机构输出齿轮6啮合。推杆弹簧15被踏板推杆14约束于助力螺杆5后端的孔内，且正好处于自由伸展状态。

如图2所示，在制动踏板12被踩下时，制动踏板12转动，推动踏板推杆14压缩推杆弹簧15，同时制动踏板位置传感器11随着制动踏板12的转动，将制动踏板12转动的信号传输到电子控制单元10，电子控制单元10根据信号变化的快慢程度和信号的大小控制步进电动机8通过机械装置驱动助力螺杆5向前移动一定的距离，推动制动主缸活塞1向前移动，产生制动作用。等到制动踏板12停下时，电子控制单元10控制助力螺杆5的位移，使推杆弹簧15达到预设压缩量时步进电动机8停止转动制动踏板12松开时，步进电动机8反转一定的步数，助力螺杆5回撤，同样可以保证推杆弹簧15预设的压缩量。不管驾驶员采取什么样的操作，只要步进电动机8相应转动，使推杆弹簧15处于预设的压缩量，就可保证驾驶员的制动脚感，又能获得必要的助力制动作用。

如图3所示，当本发明电动式制动助力装置发生故障时，步进电动机8停止转动。驾驶员踩下制动踏板12进行制动，则制动踏板12直接通过踏板推杆14将推杆弹簧15压缩后推动助力螺杆5向前移动，使之推动制动主缸活塞1产生制动作用。在此过程中，主力齿轮19会脱离与减速机构输出齿轮6的啮合状态，随助力螺杆5一起移动。制动踏板12松开时，助力螺杆5在制动主缸活塞1和回位弹簧4的作用下回到原位，助力齿轮19也随之回位与减速机构输出齿轮6重新啮合。由于助力齿轮19和减速机构输出齿轮6的齿上加工有倒角，其啮合过程比较顺利。

图4为本发明电动式制动助力装置的助力螺杆5结构示意图，其前端杆部加工出两个平面，与助力器前端盖3中心的长圆孔配合，限制助力螺杆5转动，中部加工有螺纹，后端杆部呈圆形，与助力器后端盖16中心的圆孔配合，对助力螺杆5的直线运动起支承和导向作用。助力螺杆5后端杆部中心还加工有深孔，内置推杆弹簧15，踏板推杆14前端杆部伸入该孔，与助力螺杆5可相互运动。

图5是本发明电动式制动助力装置的减速机构示意图。步进电动机8输出轴接减速机构输入轴23，转速经过两级减速以及扭矩经过两级放大后通过减速机构输出齿轮6输出到助力齿轮19。

图6是本发明电动式制动助力装置的助力齿轮19结构示意图。

图7是本发明电动式制动助力装置的制动踏板位置传感器特性图。制动踏板位置传感器11是线性位移传感器，当制动踏板12复位时，该传感器输出0V；当制动踏板12处于最大制动位置时，该传感器输出5V。

Claims (7)

1.一种电动式制动助力装置，其特征在于：它由机械装置和电子控制系统组成，其中，机械装置主要包含助力器本体、螺纹传动机构和减速机构(7)，助力器本体是由助力器壳体(20)、助力器前端盖(3)和助力器后端盖(16)围成的圆柱形空腔，内置加工有外螺纹的助力螺杆(5)，该助力螺杆(5)与加工有内螺纹的助力齿轮(19)配合，构成螺纹传动机构，而减速机构(7)的输入来自电子控制系统的步进电动机(8)，减速机构输出齿轮(6)通过齿啮合驱动助力齿轮(19)。电子控制系统包含电子控制单元(10)、制动踏板位置传感器(11)、步进电动机(8)和电流检测电路(9)。

2.根据权利要求1所述的电动式制动助力装置，其特征在于：所述机械装置中助力器壳体(20)内加工有凸缘和卡环槽，向心球轴承(17)放置在凸缘处，并由卡环(18)定位。助力器前端盖(3)中心加工有长圆孔，与助力螺杆(5)的前端配合。助力器后端盖(16)中心加工有圆孔，与助力螺杆(5)的后端配合。

3.根据权利要求1所述的电动式制动助力装置，其特征在于：所述机械装置中助力螺杆(5)内置于助力器本体中，前端装有回位弹簧(4)，并穿过助力器前端盖(3)中心的孔与制动主缸活塞(1)接触，中部加工有外螺纹，与助力齿轮(19)配合，后端穿过助力器后端盖(16)中心，并通过尾部孔中的推杆弹簧(15)与铰接在制动踏板(12)上的踏板推杆(14)配合。

4.根据权利要求1所述的电动式制动助力装置，其特征在于：所述机械装置中的助力齿轮(19)在一个端面有凸缘，靠近凸缘的齿上加工倒角，方便与同样加工有倒角的减速机构输出齿轮(6)啮合，中心加工有内螺纹与助力螺杆(5)的外螺纹配合。

5.根据权利要求1所述的电动式制动助力装置，其特征在于：所述电子控制系统中的制动踏板位置传感器(11)与制动踏板(12)同轴转动，其输出信号输入到电子控制单元(10)。

6.根据权利要求1所述的电动式制动助力装置，其特征在于：所述电子控制系统中的步进电动机(8)的输出轴接入减速机构(7)的输入轴，其控制回路上设有电流检测电路(9)，电流检测电路(9)的输出接入电子控制单元(10)。

7.根据权利要求1所述的电动式制动助力装置，其特征在于：所述电子控制系统中的制动踏板位置传感器(11)为线性位移传感器。

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