CN104709096A - 具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，可以在新能源车辆制动能量回收时，使摩擦制动力和再生制动力完全解耦，最大程度的回收能量，并且具有电动制动助力和主动制动功能。包括制动踏板、推杆、电动助力总成、电磁铁连接器、主缸推杆、主缸、储液罐、液压控制单元、传感器、电机，制动踏板通过支承销与推杆相连，主缸与液压控制单元通过制动管路连通，电机、液压控制单元及各传感器均与车辆上的电子控制单元相连；电动助力总成和主缸之间设置电磁铁连接器，电磁铁连接器前端与主缸推杆接触连接；电动助力总成的齿条与推杆接触连接，顶杆与主缸推杆同轴设置且两者间预留间隙，蜗杆与连接。

Description

具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统

技术领域

本发明属于汽车制动系统技术领域,具体来说，涉及一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统。

背景技术

随着汽车技术的发展，新能源汽车已经登上了历史的舞台，相比于传统汽车，新能源汽车采用电机作为核心的驱动部件，因此，在制动时可以把驱动电机转成发电机使用，把车辆的动能转成电能来实现能量的回收。

目前汽车液压制动系统大多采用真空助力，少数汽车采用电动助力(如日产汽车公司的e-ACT制动系统)等其它形式的助力装置。真空助力器需要发动机配合抽取真空度，因此，在新能源汽车中如果制动系统继续采用真空助力器，需要额外配备一套真空泵来代替发动机抽取真空度，这样就额外增加了成本，同时，真空泵体积较大，不利于空间布置。与真空助力相比，电动助力制动系统不需要额外的真空泵，同时助力大小可控，即助力电机可以根据需要少助力或不助力，更方便控制。然而无论是采用真空助力还是电动助力，汽车在制动时都无法切断制动器与人力操作的联系，因此，无法实现主动制动(所谓“主动制动”，是指在制动踏板未被踩下的情况下仍然可以实现对全部或部分车轮的制动)，同时只要驾驶员踩下制动踏板，摩擦制动器即参与产生制动力，而这部分摩擦制动力将汽车的动能以摩擦方式直接转化成热能散失掉，在一定程度上影响了制动能量回收效果。

线控制动系统(Brake-by-wire)，如电子液压制动(EHB)和电子机械制动(EMB)，可以很好的适应现代汽车的底盘主动控制和新能源汽车的再生制动需要。人力踩踏制动踏板仅提供制动信号，人的脚感是通过踏板行程模拟器提供的，制动能量通常由人力以外的其它供能装置供给，这样就切断了制动器与人力操作的联系，实现摩擦制动与再生制动的完全解耦。诸如EHB的线控制动系统一般成为“湿式”线控制动系统，这类系统采用高压蓄能器作为供能装置，其压力由电动液压泵产生，制动时将高压蓄能器的制动液导入主缸推动其活塞或直接输送给轮缸，依靠控制电磁阀调节轮缸的制动压力。当EHB系统失效时，人力可以通过备份液压制动系统中产生部分制动力，但是备份的液压系统使得整个系统结构变得复杂，成本也增高。同时，由于采用了高压蓄能器，在发生碰撞等情况下可能导致高压泄漏威胁乘员安全，存在安全隐患。诸如EMB这类的线控制动系统则称为“干式”线控制动系统，这类制动系统依靠控制装置控制电机带动减速增扭等转换机构，直接将制动块压靠在制动盘上产生制动力。 此类制动系统需要复杂的机械转换结构才能产生制动力，虽然响应速度快，但由于系统中没有液压回路，因此，需要额外的失效备份机构，同时系统中需要四个电机以及高性能的电源，制造成本较高，由于这些原因，EMB迄今未在量产汽车上得到应用。

因此，从匹配新能源汽车再生制动的功能角度来看，线控制动系统可以实现摩擦制动与再生制动的完全解耦，有一定的优势；然而线控制动系统的制造成本较高，失效防护能力难以获得汽车制造商的信赖。电动制动助力系统虽然不需要额外的失效备份机构，但是在再生制动过程中，摩擦制动器一直参与产生制动力，影响了制动能量回收效果。目前，尚未发现能够实现摩擦制动与再生制动的完全解耦的电动助力制动系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，可以在新能源车辆制动能量回收时，使摩擦制动力和再生制动力完全解耦，最大程度的回收能量，并且具有电动制动助力和主动制动功能。

本发明的目的是通过以下方案实现的，结合附图：

一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，包括制动踏板1、推杆2、电动助力总成3、电磁铁连接器4、主缸推杆5、主缸6、储液罐7、液压控制单元8、轮缸9、主缸压力传感器10、力传感器11、电子控制单元13、电机14、踏板位移传感器15，制动踏板1通过支承销与推杆2相连，储液罐7与主缸6相连，主缸6与液压控制单元8通过制动管路连通，液压控制单元8通过制动管路与四个轮缸9相连接，电机14、液压控制单元8、制动踏板位移传感器15、主缸压力传感器10、力传感器11均与车辆上的电子控制单元13相连；电动助力总成3和主缸6之间设置电磁铁连接器4，电磁铁连接器4前端与主缸推杆5接触连接；电动助力总成3包括齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构和顶杆307，齿轮齿条机构的齿条306后端与推杆2接触连接，齿条306前端与顶杆307固定连接，顶杆307与主缸推杆5同轴设置且两者间预留间隙；蜗轮蜗杆机构的蜗杆303与电机14连接。

本发明所述的一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，电动助力总成3还包括电动助力总成外壳301、橡胶弹簧308、齿条回位弹簧309，蜗轮蜗杆机构的蜗轮304与齿轮齿条机构的齿轮305同轴；橡胶弹簧308设置在齿条306后端的开孔内，推杆2前端与橡胶弹簧308接触连接；齿条回位弹簧309位于齿条306和电动助力总成壳体301的前壁之间。

本发明所述的一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，电磁铁连接器4包括电磁线圈401、衔铁回位弹簧402、电磁铁连接器壳体403、衔铁支承销404、衔铁405，电磁线圈401和衔铁回位弹簧402安装在连接器外壳403上，衔铁405前端通过 衔铁支撑销404固定在连接器外壳403的前端内壁上，外壳403的前端外壁与推杆5的凸台接触连接；所述电动助力总成3的顶杆307的前端设有凹槽，衔铁405后端可卡接在顶杆307的凹槽内。

本发明所述的一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，主缸6包括主缸缸体601、主缸第一活塞602、主缸第二活塞604，主缸第一活塞602与主缸第二活塞604间形成第一高压腔，主缸第二活塞604与主缸缸体601前端面间形成第二高压腔，第一高压腔和第二高压腔均通过补偿孔与所述储液罐7相连；主缸第一活塞602后端与所述主缸推杆5连接，主缸第一活塞602与主缸缸体601后端面密封连接，主缸第一活塞602与主缸第二活塞604间设置有第一活塞回位弹簧603，主缸第二活塞604与主缸缸体601前端面间设置有第二活塞回位弹簧605。

本发明具有以下优点：

1、本发明所述的电动助力制动系统，在制动踏板小行程时，可以实现制动踏板与摩擦制动器完全解耦，大行程时进行电动助力制动，实现再生制动力和摩擦制动力的协调制动，可最大程度地回收制动能量。

2、本发明所述的电动助力制动系统不需要另设专门的制动失效备份装置，制动踏板小行程时通过控制电机模拟脚感，可以省去其它线控制动系统另设的踏板行程模拟器和相应的电磁阀，降低了制造成本。

3、本发明所述的电动助力制动系统能够沿用传统的制动主缸和制动器和液压控制单元，同时可利用助力电机实施主动制动，由于电机参与调节制动压力，系统压力波动小、调压精度高，并且能够通过电机扭矩主动控制抑制液压控制单元的回液对制动踏板的冲击。

附图说明

图1为本发明所述具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统的结构示意图。

图中：

1-制动踏板              2-推杆                  3-电动助力总成

4-电磁铁连接器          5-主缸推杆              6-主缸

7-储液罐                8-液压控制单元          9-轮缸

10-主缸压力传感器       11-力传感器             12-车载其他传感器

13-电子控制单元         14-电机                 15-踏板位移传感器

301-电动助力总成外壳    302-联轴器              303-蜗杆

304-蜗轮                305-齿轮                306-齿条

307-顶杆                308-橡胶弹簧             309-齿条回位弹簧

401-电磁线圈            402-衔铁回位弹簧         403-电磁铁连接器壳体

404-衔铁支承销          405-衔铁                 601-主缸缸体

602-主缸第一活塞        603-第一活塞回位弹簧     604-主缸第二活塞

605-第二活塞回位弹簧    606-密封圈

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本发明的技术方案。

如图1所示，具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，包括制动踏板1、推杆2、电动助力总成3、电磁铁连接器4、主缸推杆5、主缸6、储液罐7、液压控制单元8、轮缸9、主缸压力传感器10、力传感器11、车载其它传感器12、电子控制单元(ECU)13、电机14、踏板位移传感器15。

制动踏板1通过支承销与推杆2相连，推杆2与电动助力总成3的齿轮齿条机构接触连接，电机14与电动助力总成3的蜗轮蜗杆机构连接，电动助力总成3和主缸6之间设置有电磁铁连接器4，顶杆307与主缸推杆5同轴设置且两者间预留一定间隙。力传感器11安装在主缸推杆5的后端面上；储液罐7分别与主缸6的第一高压腔和第二高压腔相连；主缸6的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元8通过制动管路连通；主缸压力传感器10安装在主缸6和液压控制单元8的连接管路上；液压控制单元8通过制动管路与四个轮缸9相连接；电机14、液压控制单元7、制动踏板位移传感器15、主缸压力传感器10、力传感器11均与车辆上的电子控制单元13相连；同时，电子控制单元13还和车载其它传感器12相连。

电动助力总成3包括电动助力总成外壳301、联轴器302、由蜗杆303和蜗轮304组成的蜗轮蜗杆机构、由齿轮305和齿条306组成的齿轮齿条机构、顶杆307、橡胶弹簧308、齿条回位弹簧309。电机14通过联轴器302和蜗杆303相连接，蜗杆303与蜗轮304相啮合，同时蜗轮304与齿轮305安装在同一根轴上，齿轮305与齿条306相啮合；齿条306后端开孔容纳橡胶弹簧308，推杆2与齿条306同轴设置且推杆2前端与橡胶弹簧308接触连接；齿条306前端与顶杆307通过螺纹联接，齿条回位弹簧309位于齿条306和电动助力总成壳体301的前壁之间且套在顶杆307外，齿条306可在电动助力总成壳体301内轴向滑动。 

所述的电磁铁连接器4包括电磁线圈401、衔铁回位弹簧402、电磁铁连接器壳体403、衔铁支承销404、衔铁405。其中，电磁线圈401和衔铁回位弹簧402安装在连接器外壳403上，衔铁405前端通过衔铁支撑销404固定在连接器外壳403的前端内壁上，外壳403的前端外壁与推杆5的凸台接触连接。顶杆307的前端设有阶梯型凹槽，阶梯型凹槽的形状与衔铁405后端面形状相配合。通电时，电磁线圈401产生磁力，克服衔铁回位弹簧402的回位 力，将衔铁405吸附在电磁铁连接器壳体403的顶端和底端，此时衔铁405和顶杆307之间断开了连接；断电时，电磁线圈401磁力消失，通过衔铁回位弹簧402的回位力将衔铁405的后端卡在顶杆307的前端阶梯型凹槽内，使衔铁405和顶杆307连为一体。由于电磁铁连接器403的前端外壁和推杆5上的凸台接触连接，也就是推杆5向左侧移动的时候是自由的，不带动电磁铁连接器403，但是当衔铁405和顶杆307的前端面接触(两者连为一体)时，顶杆307向左侧移动会通过衔铁405带动电磁铁连接器壳体403向左侧移动，然后通过推杆5上的凸台推动推杆5向左侧移动。

所述主缸6包括主缸缸体601、主缸第一活塞602、第一活塞回位弹簧603、主缸第二活塞604、第二活塞回位弹簧605和密封圈606。其中，主缸第一活塞602与主缸第二活塞604间作为第一高压腔，主缸第二活塞604与主缸缸体601前端面间作为第二高压腔，第一高压腔和第二高压腔均通过补偿孔与储液罐7相连；主缸推杆5前端与主缸第一活塞602后端连接，通过推动主缸推杆5，可实现主缸第一活塞602沿主缸缸体601轴向运动。主缸第一活塞602与主缸缸体601后端面间设置有密封圈606，实现主缸缸体401的密封。主缸第一活塞602与主缸第二活塞604间同轴设置有第一活塞回位弹簧603，第一活塞回位弹簧603两端分别与主缸第一活塞602、主缸第二活塞604接触；主缸第二活塞604与主缸缸体601前端面间同轴设置有第二活塞回位弹簧605；第二活塞回位弹簧605两端分别与主缸缸体601、主缸第二活塞604接触。

所述制动踏板1通过支承销与推杆2相连；踏板位移传感器15安装在踏板支承销处，用来获取制动踏板的位移信号；电机14通过联轴器302与蜗杆303连接；主缸推杆5沿电磁铁连接器壳体403轴向移动，力传感器11安装在主缸推杆5的后端面上，用来获取顶杆307的推力信号；储液罐7分别与主缸6的第一高压腔和第二高压腔相连；主缸6的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元8通过制动管路连通；主缸压力传感器10安装在主缸6和液压控制单元8的连接管路上，用来获取第一高压腔或第二高压腔的压力信号；液压控制单元8通过制动管路与四个轮缸9相连接；电机14、液压控制单元7、制动踏板位移传感器15、主缸压力传感器10、力传感器11均与车辆上的电子控制单元13相连；同时，电子控制单元13还和车载其它传感器12相连，从而获得车速、车辆姿态、电池SOC等信号。电子控制单元根据接收到的车载其它传感器12及制动踏板位移传感器15、力传感器11和主缸压力传感器6采集的信号，对电机15和液压控制单元8以及电磁线圈进行控制。

下面对本发明的具体工作过程进行说明。

对于具有制动能量回收功能的新能源汽车，当驾驶员踩下踏板1时，电子控制单元13检测到制动踏板1被踩下，若此时汽车能源系统的储能装置(如电池)允许储能(对电池来说即充电)，且仅依靠再生制动产生的制动力足以产生所期望制动减速度，则电子控制单元13 选择再生制动模式，此模式下，电子控制单元13控制电机14模拟脚感，控制电磁线圈401通电，将衔铁405吸附到电磁线圈401上，顶杆307和主缸推杆5的连接处于断开状态，由于顶杆307和主缸推杆5之间留有间隙S，因此此时制动踏板和摩擦制动器完全解耦，摩擦制动不工作，汽车的动能完全由再生制动回收。当制动踏板行程足够大时，顶杆307和主缸推杆5之间的间隙S消除，顶杆307的推力直接作用在主缸推杆5上，电子控制单元13选择助力制动模式，此时推杆2已与橡胶弹簧308接触，制动踏板力经杠杆机构(推杆2)传递到齿条上，进而推动主缸第一活塞601产生制动压力。同时，电子控制单元13根据制动踏板位移传感器15采集的制动踏板1位移信号，根据助力特性曲线得出电机14的助力转矩，由此，使电机14的输出转矩经蜗杆303、蜗轮304、齿轮305、齿条306以及顶杆307施加助力推动主缸第一活塞602运动。在制动踏板1和电机14共同驱动力作用下，主缸6的第一高压腔与第二高压腔内建立制动压力，使第一、第二高压腔内的制动液经液压控制单元8输出至四个轮缸9，最终实现电力助力制动。

当驾驶员踩下踏板1时，如果汽车能源系统的储能装置不允许充电或者再生制动的能量回收的效率很低时，再生制动不工作，此时，电子控制单元13控制电磁线圈401断电，衔铁回位弹簧402将衔铁405顶在顶杆307前端的凹槽处，使顶杆307和主缸推杆5连为一体，进而顶杆307向左侧移动会通过衔铁405带动壳体403向左侧移动，然后通过推杆5上的凸台带动推杆5向左侧移动，此时进入电动助力模式，所需要的地面制动力由驾驶员踩踏板和电机15共同作用于主缸6从而产生制动力。

在大行程制动过程中，若电子控制单元13通过车载控制传感器中的ABS传感器检测出任何车轮有抱死趋势时，则在电子控制单元13的控制下进入ABS状态。与现有液压制动系统ABS不同的是，四个轮缸9所受压力不仅可通过液压控制单元8进行调节，且可以通过调整电机14的转矩输出进行调节；同时电子控制单元13可根据主缸压力传感器10采集的压力信号，控制电机14输出一个附加转矩抑制液压控制单元8的回液对主缸6的压力冲击，从而实现良好的制动踏板感觉。

当电子控制单元13检测到车辆有主动制动需求时(如主动避撞、电子稳定性控制等)，则通过控制电磁线圈401将顶杆307和主缸推杆5连为一体，电子控制单元13控制电机14输出转矩使主缸6的第一高压腔与第二高压腔内建立压力，且通过液压控制单元8选择全部车轮或部分车轮实施制动，并在必要时调整各轮缸9制动压力。

当制动系统中的电子部分(如电源断电)失效时，电磁线圈401断电，使顶杆307和主缸推杆5连为一体，此时可由驾驶员踩踏板1推动主缸提供部分制动力。主缸6的两个高压腔各连接一个独立的液压回路到轮缸9，从而保证在一个回路出现泄漏时，另一个回路仍可以继续工作，产生部分制动力。

Claims (4)

1.一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，包括制动踏板(1)、推杆(2)、主缸推杆(5)、主缸(6)、储液罐(7)、液压控制单元(8)、轮缸(9)、主缸压力传感器(10)、力传感器(11)、电子控制单元(13)、电机(14)、踏板位移传感器(15)，制动踏板(1)通过支承销与推杆(2)相连，储液罐(7)与主缸(6)相连，主缸(6)与液压控制单元(8)通过制动管路连通，液压控制单元(8)通过制动管路与四个轮缸(9)相连接，电机(14)、液压控制单元(8)、制动踏板位移传感器(15)、主缸压力传感器(10)、力传感器(11)均与车辆上的电子控制单元(13)相连；

其特征在于，还包括电动助力总成(3)、电磁铁连接器(4)；电动助力总成(3)和主缸(6)之间设置电磁铁连接器(4)，电磁铁连接器(4)前端与主缸推杆(5)接触连接；电动助力总成(3)包括齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构和顶杆(307)，齿轮齿条机构的齿条(306)后端与推杆(2)接触连接，齿条(306)前端与顶杆(307)固定连接，顶杆(307)与主缸推杆(5)同轴设置且两者间预留间隙；蜗轮蜗杆机构的蜗杆(303)与电机(14)连接。

2.按照权利要求1所述的一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，其特征在于，所述电动助力总成(3)还包括电动助力总成外壳(301)、橡胶弹簧(308)、齿条回位弹簧(309)，所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮(304)与齿轮齿条机构的齿轮(305)同轴；橡胶弹簧(308)设置在所述齿条(306)后端的开孔内，所述推杆(2)前端与橡胶弹簧(308)接触连接；齿条回位弹簧(309)位于齿条(306)和电动助力总成外壳(301)的前壁之间。

3.按照权利要求1所述的一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，其特征在于，所述电磁铁连接器(4)包括电磁线圈(401)、衔铁回位弹簧(402)、电磁铁连接器壳体(403)、衔铁支承销(404)、衔铁(405)，电磁线圈(401)和衔铁回位弹簧(402)安装在电磁铁连接器外壳(403)上，衔铁(405)前端通过衔铁支承销(404)固定在电磁铁连接器外壳(403)的前端内壁上，电磁铁连接器外壳(403)的前端外壁与主缸推杆(5)的凸台接触连接；所述电动助力总成(3)的顶杆(307)的前端设有凹槽，衔铁(405)后端可卡接在顶杆(307)的凹槽内。

4.按照权利要求1所述的一种具有摩擦制动与再生制动完全解耦功能的电动助力制动系统，其特征在于，所述主缸(6)包括主缸缸体(601)、主缸第一活塞(602)、主缸第二活塞(604)，主缸第一活塞(602)与主缸第二活塞(604)间形成第一高压腔，主缸第二活塞(604)与主缸缸体(601)前端面间形成第二高压腔，第一高压腔和第二高压腔均通过补偿孔与所述储液罐(7)相连；主缸第一活塞(602)后端与所述主缸推杆(5)连接，主缸第一活塞(602)与主缸缸体(601)后端面密封连接，主缸第一活塞(602)与主缸第二活塞(604)间设置有第一活塞回位弹簧(603)，主缸第二活塞(604)与主缸缸体(601)前端面间设置有第二活塞回位弹簧(605)。