CN104973038A - 车用电控机械式助力系统及控制方法和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车用电控机械式助力系统及控制方法和车辆。所述车用电控机械式助力系统包括：驱动电机，其被设置成用于在制动踏板的空行程阶段提供再生制动力，并用作发电机来回收制动能量；助力电机和助力系统控制器，所述助力系统控制器被设置成用于根据车辆所需的制动助力大小来控制所述助力电机提供该制动助力，并且还控制所述助力电机在制动踏板被驾驶员踩下时向驾驶员提供反馈力，以便模拟踏板感觉形成制动脚感。本发明具有使用性能稳定、助力特性可调、控制方法简单、能实现制动回收等优点。

Description

车用电控机械式助力系统及控制方法和车辆

技术领域

本发明属于汽车技术领域，尤其涉及一种车用电控机械式助力系统及控制方法和车辆。

背景技术

在现有技术中，试图利用发动机进气歧管吸取真空来提供制动助力的方式不适用于例如新能源汽车等车型。为此，人们已经提出了不少技术方案，例如在公开文献CN102015397A中提供了一种机电式制动助力机构，其主要组成为空心轴电机、螺旋传动机构和主轴，其中螺旋传动机构与空心轴电机集成为一体；主轴与螺旋传动机构以滚珠丝杠的形式啮合，电机转动带动螺旋传动机构转动，进而转换为主轴的平动，主轴推力通过矩形截面的橡胶圆环与踏板推杆推力耦合在一起施加在主缸活塞上。

虽然上述公开文献CN102015397A从功能上解决了目前真空助力器的诸多不足，单身该方案的电机助力与踏板推杆推力是通过橡胶圆环实现耦合，由于橡胶的非线性特性以及容易老化，使得对电机助力大小控制较为困难，不易于对电机助力进行精确控制，而且其操作舒适感欠佳，长期稳定性也并不可靠，存在着安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种车用电控机械式助力系统和方法，以便解决现有技术中存在的上述问题以及其他方面的问题，

为了实现上述的发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种车用电控机械式助力系统，所述车用电控机械式助力系统包括：

驱动电机，其被设置成用于在制动踏板的空行程阶段提供再生制动力，并用作发电机来回收制动能量；以及

助力电机和助力系统控制器，所述助力系统控制器被设置成用于根据车辆所需的制动助力大小来控制所述助力电机提供该制动助力，并且还控制所述助力电机在制动踏板被驾驶员踩下时向驾驶员提供反馈力，以便模拟踏板感觉形成制动脚感。

在上述车用电控机械式助力系统中，可选地，所述车用电控机械式助力系统还包括电子稳定控制系统，其与所述助力系统控制器相连并包括控制模块和液压模块，以便在所述助力电机失效时由所述助力系统控制器向所述控制模块发出指令来控制所述液压模块提供所述制动助力。

在上述车用电控机械式助力系统中，可选地，所述制动助力与制动踏板的踏板推杆推力通过碟形弹簧进行耦合，所述助力系统控制器被设置成根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的映射关系来控制所述制动助力的大小。

在上述车用电控机械式助力系统中，可选地，所述助力系统控制器还被设置成根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的位移量来检测所述助力电机是否失效。

在上述车用电控机械式助力系统中，可选地，所述电子稳定控制系统与所述助力系统控制器通过CAN总线相连。

一种车用电控机械式助力控制方法，所述车用电控机械式助力控制方法包括：

设置驱动电机，以便在制动踏板的空行程阶段通过所述驱动电机来提供再生制动力，并将其用作发电机来回收制动能量；并且

设置助力电机和助力系统控制器，以便通过所述助力系统控制器根据车辆所需的制动助力大小来控制所述助力电机提供该制动助力，并且还通过所述助力系统控制器来控制所述助力电机在制动踏板被驾驶员踩下时向驾驶员提供反馈力，以便模拟踏板感觉形成制动脚感。

在上述车用电控机械式助力控制方法中，可选地，所述车用电控机械式助力控制方法还包括：使所述助力系统控制器与具有控制模块和液压模块的电子稳定控制系统相连，以便在所述助力电机失效时由所述助力系统控制器向所述控制模块发出指令来控制所述液压模块提供所述制动助力。

在上述车用电控机械式助力控制方法中，可选地，通过碟形弹簧将所述制动助力与制动踏板的踏板推杆推力进行耦合，以便所述助力系统控制器根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的映射关系来控制所述制动助力的大小。

在上述车用电控机械式助力控制方法中，可选地，所述助力系统控制器还根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的位移量来检测所述助力电机是否失效。

一种车辆，所述车辆上装设有如以上任一项所述的车用电控机械式助力系统，或者所述车辆上使用如以上任一项所述的车用电控机械式助力控制方法。

本发明的有益效果在于：本车用电控机械式助力系统及控制方法具有使用性能稳定、助力特性可调、控制方法简单、能实现制动回收等诸多优点。采用本发明可将对电机助力控制由现有的电机电流控制方式转换为电机转子位移控制，从而能方便地实现制动助力特性可调且更为简单、精确，而且在助力系统失效的情况下还能提供其他的辅助制动助力，因此进一步确保了行车安全。此外，采用本发明还可以由助力电机来提供模拟踏板感觉，提高了车辆的操控感觉和舒适性。本发明特别适用于装备到具有电子稳定控制系统的车辆上。

附图说明

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

图1是应用了一个本发明的车用电控机械式助力系统实施例的组成结构示意图，其中还标示出了车辆上的基础制动系统、动力传动系统和电子稳定控制系统。

图2是在图1示例中进一步标示出了车辆各相关系统的组成示意图。

图3是在图1示例中进一步标示出了车用电控机械式助力系统的组成示意图。

图4是在大控制步长控制下的电机制动助力原理说明示意图。

图5是在小控制步长控制下的电机制动助力原理说明示意图。

图6是采用本发明的车用电控机械式助力控制方法一个实施例的控制逻辑图。

图7是制动踏板的踏板推杆位移和助力电机转子的位移关系映射图。

图8是助力电机转子的转子位移控制逻辑图。

具体实施方式

需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的车用电控机械式助力系统及控制方法和车辆的原理、特点和优点，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将它们理解为对本发明形成任何的限制。此外，在本文所提及的各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

概括来讲，本发明首先提供了不同于现有技术的车用电控机械式助力系统，其包括驱动电机、助力电机和助力系统控制器，并通过该驱动电机来在制动踏板的空行程阶段提供再生制动力，该驱动电机同时用作发电机来回收制动能量，而助力系统控制器则是根据车辆所需的制动助力大小(例如通过踏板推杆位移传感器等部件来检测)来控制助力电机提供这样的制动助力，并且还在制动踏板被驾驶员踩下时，该助力系统控制器还控制助力电机向驾驶员提供反馈力，从而能够模拟出可与制动装备传统助力器(如真空助力器)的车辆时相同或相类似的踏板感觉，提供了良好的制动脚感。

下面就通过图1、图2和图3等附图所提供的一个示例性实施例来具体说明本发明的车用电控机械式助力系统的基本组成以及工作情况等。在这个示例中，车辆上设置了基础制动系统1、动力传动系统2、车用电控机械式助力系统3和电子稳定控制系统(EBCM)4，在由驱动电机21提供制动力并回收制动能量时，由助力系统控制器39来控制助力电机37输出制动助力，以便模拟出如上所述的踏板感觉。作为举例说明，在图2和图3中还标示出了一些具体零部件，它们包括右前制动卡钳11、右后制动卡钳12、右后制动管13、左后制动管14、左后制动卡钳15、左前制动管16、左前制动卡钳17、右前制动管18、驱动电机21、变速机构22、半轴23、主缸31、主缸衬套32、蜗杆33、蜗轮34、蜗轮传动轴35、联轴器36、助力电机37、电机转子位移传感器38、助力系统控制器39、制动踏板310、踏板推杆位移传感器311、推杆弹簧312、助力齿条313、踏板推杆314、碟形弹簧315、主缸活塞回位弹簧316、主缸活塞317、电液压模块41、控制模块42等。

作为优选情形，助力系统控制器39还与电子稳定控制系统中的控制模块42例如采用CAN总线等任何适宜的方式进行通信，以便在助力电机37发生失效的情况下，由助力系统控制器39向该控制模块42发出指令，然后由后者来控制电子稳定控制系统中的液压模块41提供所需要的制动助力，从而辅助驾驶员确保制动性能和行车安全。举例来讲，在一些实施例中，上述的控制模块42通常可直接采用混合动力控制模块(HCU)，当然其也允许采用单独设计的专用控制器件。

在给出的上述实施例中，可以优选地使用碟形弹簧315或者相类似的变形量可控的弹性元件来对助力电机37所输出的制动助力与制动踏板310的踏板推杆推力进行耦合，助力系统控制器39则根据制动踏板310的踏板推杆位移与助力电机37的转子位移之间的映射关系来控制制动助力的大小，即由此可以非常方便、精确地调控电机助力特性，实现良好的踏板感觉。而且，助力系统控制器39还可以进一步优选地根据制动踏板310的踏板推杆位移与助力电机37的转子位移之间的位移量来检测该助力电机37是否已经处于失效状态。

仅作为举例说明，如图3所示，例如当驾驶员踩下制动踏板310来克服踏板推杆314与主缸衬套32之间的间隙△s1，推杆弹簧312可以保证踏板跳跃(jump-in)感觉，驾驶员继续踩制动踏板310推动主缸活塞向前运动△x，助力系统控制器39通过踏板推杆位移传感器311来检测踏板推杆314的位置，并计算其运动速度和此时所需的助力，根据碟形弹簧316的刚度可得到助力齿条314的目标位移，控制器根据电机转子位移传感器38的值控制电机转动，蜗轮34蜗杆35机构带动助力齿条314向前运动到目标位移以实现助力。

在给出的说明性示例中，制动助力过程首先是踏板推杆315推动主缸衬套32向前运动，由于踏板推杆315与主缸衬套32贴合，且主缸衬套32与主缸活塞317机械连接，所以，踏板推杆315的位移等同于主缸活塞317位移，助力系统控制器39通过踏板推杆位移传感器311检测到主缸向前运动的位移，进而才控制电机37驱动助力齿条314向前运动到目标位置，所以，电机助力要滞后于踏板推杆推力；如果该助力过程周期较长，助力过程周期可定义为：驾驶员踩制动踏板310推动主缸活塞317向前运动△x、控制器39检测踏板推杆位移、计算所需的制动力和驱动电机进行助力的过程。

图4是在大控制步长控制下的电机制动助力原理说明示意图。如该图4所示，如果助力周期较长，电机助力就会呈阶梯状上升，实际的踏板力等于主缸作用力减去电机助力，因此，实际的踏板力沿着理想踏板力呈阶梯状波动，会导致制动时踏板有顿挫感。

图5是在小控制步长控制下的电机制动助力原理说明示意图。如图5所示，如果不断减小助力周期，那么电机助力的阶梯感会被明显降低，实际的踏板力也基本与理想踏板力重合，驾驶员不会感觉到顿挫感。因此，作为可选情形，在本发明中可将助力系统控制器的助力运算周期设置成小于1ms，以便由此可较好地保证驾驶员的踏板脚感。

如前所述，本发明中可将电机助力控制由助力电机的各相电流控制转换为助力电机的转子位置控制，由此来降低控制难度。举例来讲，如图6所示，如果主缸活塞衬套32位移为x0(等于踏板推杆315位移和主缸活塞317位移)，助力齿条314位移为x1(可由电机转子位移换算得到)，那么两者之差即为碟形弹簧315的压缩量，通过调节两者间的映射关系就可以非常方便地控制电机助力F，在助力过程中上述x1的运动速度应大于x0的运动速度。

此外，本发明还提供了车用电控机械式助力控制方法，概括来讲就是通过设置并使用如前所述的驱动电机、助力电机和助力系统控制器来实现本发明的前述发明目的，关于这些装置或器件的具体情况可参阅前述内容，在此不再做重复描述。

下面仅通过图7和图8所给出的一些示例性控制逻辑示意图来做更详细的具体化说明。

如图7所示，它提供了采用本发明的车用电控机械式助力控制方法一个示例的控制逻辑框图。具体来讲，当助力系统控制器启动后，首先初始化系统参数(例如包括计时器、寄存器、I/O和内部变量等)，然后读取踏板推杆位移传感器双通道冗余信号(模拟量和PWM)，再对这些信号进行滤波处理，如果根据该两路信号换算得到的踏板位移相等或者在允许误差范围之内，助力系统控制器则通过制动踏板的当前位移和速度来根据其速度和加速度判断出驾驶员的制动意图(如是否紧急制动)；反之，系统则进入故障模式(即进行故障诊断，如果确定已发生故障，那么就进入跛行模式)。如果助力电机工作正常，则根据制动踏板的位移和速度计算出所需的制动助力，也即当采用例如碟形弹簧时就是该碟形弹簧的压缩量，然后根据图6中主缸活塞衬套位移与助力齿条位移之间的映射关系曲线，通过查表得到助力电机的转子目标位移或目标助力，接下来助力系统控制器可根据电机转子位移传感器来对助力电机的转子位置进行控制以使其到达目标位置。在助力电机工作失效的情况下，助力系统控制器可与EBCM进行通信，以便可以在失效情形下由后者来调控提供制动助力。

在图8中仅作为举例进一步示出了图7中针对电机转子位置控制步骤S1的一个具体控制逻辑框图。如图8所示，首先读取制动踏板推杆位移传感器信号，然后读取助力电机转子的位置信号，并且根据助力电机转子位置计算出助力齿条的当前位置，接下来根据图6中主缸活塞衬套位移x0与助力齿条位移 x1之间的映射关系曲线得到助力齿条位移当前x1的目标值，然后判断abs(x1当前值- x1目标值)是否大于踏板推杆与主缸衬套之间的间隙△s，如果是则根据x1的目标值和当前位置来计算出助力电机的转速要求，随后由此来控制助力电机转子运动到目标位置。

需要指出的是，以上针对图7和图8所示出的控制逻辑处理过程仅仅是示范性的举例说明，本发明的控制方法完全允许对它们进行各种可能的添加、删除等修改或替换。

综上所述，由于本发明的车用电控机械式助力系统及控制方法具备上述诸多特点和技术优势，因此非常适合将其装设或应用到车辆上，从而形成明显优于现有技术的良好效果，提升汽车产品的安全性和竞争力。

以上列举了具体实施例来详细阐明本发明的车用电控机械式助力系统及控制方法和车辆，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1. 一种车用电控机械式助力系统，其特征在于，所述车用电控机械式助力系统包括：

驱动电机，其被设置成用于在制动踏板的空行程阶段提供再生制动力，并用作发电机来回收制动能量；以及

助力电机和助力系统控制器，所述助力系统控制器被设置成用于根据车辆所需的制动助力大小来控制所述助力电机提供该制动助力，并且还控制所述助力电机在制动踏板被驾驶员踩下时向驾驶员提供反馈力，以便模拟踏板感觉形成制动脚感。

2. 根据权利要求1所述的车用电控机械式助力系统，其特征在于，所述助力系统控制器还与具有控制模块和液压模块的电子稳定控制系统相连，以便在所述助力电机失效时由所述助力系统控制器向所述控制模块发出指令来控制所述液压模块提供所述制动助力。

3. 根据权利要求1或2所述的车用电控机械式助力系统，其特征在于，所述制动助力与制动踏板的踏板推杆推力通过碟形弹簧进行耦合，所述助力系统控制器被设置成根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的映射关系来控制所述制动助力的大小。

4. 根据权利要求3所述的车用电控机械式助力系统，其特征在于，所述助力系统控制器还被设置成根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的位移量来检测所述助力电机是否失效。

5. 根据权利要求1或2所述的车用电控机械式助力系统，其特征在于，所述电子稳定控制系统与所述助力系统控制器通过CAN总线相连。

6. 一种车用电控机械式助力控制方法，其特征在于，所述车用电控机械式助力控制方法包括：

设置驱动电机，以便在制动踏板的空行程阶段通过所述驱动电机来提供再生制动力，并将其用作发电机来回收制动能量；并且

设置助力电机和助力系统控制器，以便通过所述助力系统控制器根据车辆所需的制动助力大小来控制所述助力电机提供该制动助力，并且还通过所述助力系统控制器来控制所述助力电机在制动踏板被驾驶员踩下时向驾驶员提供反馈力，以便模拟踏板感觉形成制动脚感。

7. 根据权利要求6所述的车用电控机械式助力控制方法，其特征在于，所述车用电控机械式助力控制方法还包括：使所述助力系统控制器与具有控制模块和液压模块的电子稳定控制系统相连，以便在所述助力电机失效时由所述助力系统控制器向所述控制模块发出指令来控制所述液压模块提供所述制动助力。

8. 根据权利要求6或7所述的车用电控机械式助力控制方法，其特征在于，通过碟形弹簧将所述制动助力与制动踏板的踏板推杆推力进行耦合，以便所述助力系统控制器根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的映射关系来控制所述制动助力的大小。

9. 根据权利要求8所述的车用电控机械式助力控制方法，其特征在于，所述助力系统控制器还根据所述制动踏板的踏板推杆位移与所述助力电机的转子位移之间的位移量来检测所述助力电机是否失效。

10. 一种车辆，其特征在于，所述车辆上装设有如权利要求1-5中任一项所述的车用电控机械式助力系统，或者所述车辆上使用如权利要求6-9中任一项所述的车用电控机械式助力控制方法。