CN106585602A - 双电机机电制动助力机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双电机机电制动助力机构，其包括机电助力单元、制动主缸总成和制动踏板，所述机电助力单元包括第一驱动机构、第二驱动机构、中间顶杆、踏板顶杆和踏板推杆，所述中间顶杆的一端与所述制动主缸总成的主缸顶杆连接，所述中间顶杆的另一端与所述踏板推杆的一端连接，所述踏板推杆的另一端与所述踏板顶杆的一端连接，所述踏板顶杆的另一端与所述制动踏板连接；所述第一驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过正转用于提供液压助力；所述第二驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过反转用于提供踏板的感觉。本发明双电机机电制动助力机构顺应了汽车电子电控产品的发展趋势，具有良好的发展和市场前景。

Description

双电机机电制动助力机构

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别涉及一种双电机机电制动助力机构。

背景技术

随着汽车技术的不断发展，具有电机驱动的新能源汽车快速发展，在这类车型中为了增加续驶里程，需要在制动时利用驱动电机的反转(转变成发电机)将汽车动能转换为电能储存到汽车的储能装置(蓄电池、动力飞轮或超级电容等)实现再生制动。这时，就需要尽量减少或停止传统的机械摩擦制动(将汽车的动能转化成热能散发到大气中)，这就需要对制动系统进行解耦来协调再生制动和摩擦制动的比例。

另一方面，随着电子技术和网络技术的发展，汽车向智能化方向发展。越来越多的先进汽车技术如自动泊车、自动驾驶得到发展。这些系统中要求制动系统能够进行网络连接，在不依赖驾驶员操纵制动系统的情况下执行主动制动功能，这就要求汽车制动系统具备电控系统及不依赖驾驶员操纵而能够自动执行制动的功能。

传统汽车液压制动系统中主要由制动踏板、真空助力器、制动主缸及储液罐、ABS/ESP、相关传感器、制动管路、制动器组成，真空助力是依赖发动机进气真空源或其它真空泵为制动系统提供助力。然而新能源汽车如EV纯电动汽车不具备真空源，所以随着电子电控和电动汽车技术的不断发展，出现了一种不依赖真空源直接由电机驱动的电子助力器(即eBooster产品)，典型的是博世的iBooster、日立的e-ACT(应用于日产Leaf EV和东风日产晨风EV)，其主要特点是取代传统的真空助力器，通过传感器测量踏板的行程和速度将踏板运动转化为电信号传给ECU，ECU通过分析，向电机发出动作指令，电机+减速机构(滚珠丝杠、齿轮齿条等)推动制动主缸产生制动压力。因为用电信号替换了传统的机械传动，制动踏板力不直接传递到制动主缸上，所以制动时踏板感觉将变弱了，为了要保持传统汽车的制动踏板脚感，故在这些结构中通过增加某些机械结构(如弹簧)，有的还联合助力电机一起来进一步增加踏板(力)感觉，例如博世的iBooster通过对控制软件的不同设定可以驱动电机产生不同的制动感觉(助力特性曲线)。

但此类产品的不足在于：助力电机既要为制动系统提供液压助力又要协助踏板感觉弹簧模拟踏板感觉，对电机的协调控制要求比较高，这样系统的控制难度较大，其实际效果也不尽如人意。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中汽车液压制动系统中助力电机控制难度大、协调控制要求高的缺陷，提供一种双电机机电制动助力机构。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种双电机机电制动助力机构，其特点在于，所述双电机机电制动助力机构包括机电助力单元、制动主缸总成和制动踏板，所述机电助力单元包括第一驱动机构、第二驱动机构、中间顶杆、踏板顶杆和踏板推杆，所述中间顶杆的一端与所述制动主缸总成的主缸顶杆连接，所述中间顶杆的另一端与所述踏板推杆的一端连接，所述踏板推杆的另一端与所述踏板顶杆的一端连接，所述踏板顶杆的另一端与所述制动踏板连接；

所述第一驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过正转用于提供液压助力；所述第二驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过反转用于提供踏板的感觉。

较佳地，所述制动主缸总成包括制动主缸和储液罐，所述储液罐设置在所述制动主缸上方。

较佳地，所述制动主缸包括第一主缸和第二主缸，所述储液罐通过两个连接管路分别与所述第一主缸和所述第二主缸连通。

较佳地，所述第一驱动机构包括助力电机、主动齿轮和助力齿条，所述助力齿条通过助力套筒安装在所述中间顶杆上，所述主动齿轮与所述助力齿条啮合，所述助力电机驱动所述主动齿轮正转。

较佳地，所述第二驱动机构包括踏板感觉齿条、踏板感觉模拟电机和传动齿轮，所述踏板感觉齿条安装在所述中间顶杆上，所述传动齿轮与所述踏板感觉齿条啮合，所述踏板感觉模拟电机驱动所述传动齿轮反转。

较佳地，所述第一主缸内活塞通过第一回位弹簧连接至所述第一主缸内的活塞，所述第二主缸内活塞通过第二回位弹簧连接至所述第二主缸内壁。

较佳地，所述踏板感觉齿条和所述踏板推杆之间连接有踏板感觉弹簧。

较佳地，所述踏板推杆和所述踏板顶杆之间的连接处设有踏板行程传感器。

较佳地，所述主缸顶杆和所述中间顶杆之间设有反应压盘，所述制动主缸的外壳上设有主缸压力传感器。

较佳地，所述双电机机电制动助力机构还包括电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元接收所述踏板行程传感器传来的信号，结合所述主缸压力传感器的压力信号，进行机电机构运动状态的判断、分析与协调控制。

本发明的积极进步效果在于：本发明双电机机电制动助力机构具有如下特点：一、不依赖真空源；二、满足节能需求，能够集成到再生制动系统中，回收更多的制动能量，为车辆提供更大的动力和更长的续驶里程；三、提供更快更强的相应速度；四、更加安全可靠；五、更加智能。

本发明双电机机电制动助力机构顺应了汽车电子电控产品的发展趋势，具有良好的发展和市场前景。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明双电机机电制动助力机构的结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

图1为本发明双电机机电制动助力机构的结构示意图。

如图1所示，本发明的一个实施例中公开了一种双电机机电制动助力机构，其包括制动踏板10、机电助力单元20和制动主缸总成30。其中，机电助力单元20包括第一驱动机构、第二驱动机构、中间顶杆201、踏板推杆202和踏板顶杆203，将中间顶杆201的一端与制动主缸总成30的主缸顶杆303连接，中间顶杆201的另一端与踏板推杆202的一端连接，而踏板推杆202的另一端与踏板顶杆203的一端连接，并将踏板顶杆203的另一端与制动踏板10连接。所述第一驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过正转用于提供液压助力；所述第二驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过反转用于提供踏板的感觉。

优选地，此处的制动主缸总成30包括制动主缸301和储液罐302，储液罐302设置在制动主缸301的上方。制动主缸301又包括第一主缸和第二主缸，储液罐302通过两个连接管路304分别与所述第一主缸和所述第二主缸连通。在所述第一主缸内设有活塞306，所述第二主缸内设有活塞305，活塞306通过第一回位弹簧308连接至所述第一主缸内的活塞305，活塞306通过第一回位弹簧308连接至所述第二主缸内的活塞。主缸顶杆303通过第三回位弹簧311与制动主缸301连接。

进一步地，所述第一驱动机构包括助力电机207、主动齿轮206和助力齿条204，助力齿条204通过助力套管205安装在中间顶杆201上，主动齿轮206与助力齿条204啮合，由助力电机207驱动主动齿轮206正转。助力齿条204和助力套管205、中间顶杆201是间隙配合，相互间可轴向滑动。同理，所述第二驱动机构包括踏板感觉齿条208、踏板感觉模拟电机210和传动齿轮209，将踏板感觉齿条208安装在中间顶杆201上，传动齿轮209与踏板感觉齿条208啮合，由踏板感觉模拟电机210驱动传动齿轮209反转。这里的踏板感觉模拟电机210本身带有转角位置传感器(图中未示)。

在踏板感觉齿条208上设置中间通孔，通过所述通孔与中间顶杆201、连接套筒213、踏板推杆202之间形成间隙配合的滑动摩擦，连接套筒213用于连接踏板推杆202和中间顶杆201。此处，将踏板推杆202、连接套筒213、中间顶杆201的外径设置为相同，这样有利于踏板感觉齿条208可以顺畅地在各个杆件之间滑动。连接套筒213设置成具备一定的长度，用以保证踏板推杆202和中间顶杆201间的连接，将连接套筒213套在中间顶杆201和踏板推杆202的两端，且同样设置为间隙配合可滑动的，起到连接踏板推杆202和中间顶杆201的作用以及导向作用。

踏板顶杆203与踏板推杆202可以优选为通过球铰连接，踏板顶杆203与制动踏板10通过销轴连接，这样可以实现制动踏板10的摆动。踏板感觉模拟电机210的壳体(定子部分)刚性地连接于助力机构的外壳体(图中未示)上。踏板感觉齿条208通过一定的衬套或轴承(图中未示)与助力机构壳体相连接且在轴向能够自由滑动，与踏板感觉模拟电机210的传动齿轮209保证一定的运动间隙。

优选地，在踏板感觉齿条208和踏板推杆202之间连接有踏板感觉弹簧211。而在踏板推杆202和踏板顶杆203之间的连接处设置踏板行程传感器212，用于测量踏板行程及速度。另外，在主缸顶杆303和中间顶杆201之间设有反应压盘40，在制动主缸301的外壳上设有主缸压力传感器309。

此外，所述双电机机电制动助力机构还包括电子控制单元(ECU)214，电子控制单元214用于接收踏板行程传感器212传来的信号，结合主缸压力传感器309的压力信号，进行机电机构运动状态的判断、分析与协调控制。

根据上述结构，由助力电机207、助力齿条204、反应压盘40、主缸顶杆303、第三回位弹簧311、电子控制单元(ECU)214及中间顶杆201共同构成了机电助力机构。这里的电子控制单元(ECU)214与整个机电助力单元20的壳体集合成为一体，当然也可采用分体结构，用以控制电机助力和踏板感觉模拟两部分，以及其相互间的协调控制。

反馈压盘40、主缸顶杆303相互独立且可以在助力机构内缸套313的内孔中轴向滑动，主缸顶杆303与制动主缸301的第一活塞306可以刚性连接也可是分体设置。主缸顶杆303可以在助力机构前壳体314内孔中自由滑动，制动主缸301的壳体与助力机构前壳体314、助力机构内缸套313相互间为刚性连接。助力电机207的壳体(定子部分)刚性地连接于助力机构外壳体(图中未示)上。助力套管205与踏板感觉齿条208间也是间隙配合。助力齿条204通过一定的衬套或轴承(图中未示)与助力机构壳体(图中未示)相连接且在轴向能够自由滑动，与助力电机的主动齿轮保证一定的运动间隙。

本发明双电机机电制动助力机构的工作原理具体为：

一、正常制动

驾驶员踩下制动踏板10，制动踏板开关11打开，机电助力系统进入工作状态。踏板行程传感器212测量踏板行程及速度，将信号传给电子控制单元(ECU)214，电子控制单元(ECU)214结合主缸压力传感器309的压力信号，分析判断后发送助力指令给助力电机207做正转输出适合的助力(助力的大小需要匹配)，驱动助力齿条204向制动主缸301方向移动，通过反应压盘40推动主缸顶杆303克服第三回位弹簧311的弹簧力，进而推动活塞306、305产生制动液压供制动轮缸产生制动动作(制动主缸工作原理同普通制动主缸一样)。

当驾驶员松开制动踏板10时，第三回位弹簧311所产生的回弹力协同制动主缸301中第一回位弹簧308及第二回位弹簧307的回弹力，推动踏板顶杆303回位。同时，助力电机207在电子控制单元(ECU)214的控制下反转回位。此时，回位弹簧的回位力可以克服一定的传动系统内摩擦力，与助力电机共同完成助力系统的回位动作。

二、踏板感觉模拟

由于助力电机207正向转动，推动助力齿条204向制动主缸301方向前移。此时，当中间顶杆201和踏板推杆303的移动量(或移动速度)小于助力齿条204的移动量(或移动速度)时，踏板力不会直接传递到主缸(或说未完全传递到制动主缸)上，如果没有踏板模拟器，制动踏板力将很小，踏板感很差，所以设计了踏板模拟器来弥补踏板感觉。

在制动踏板10的踩踏初始阶段，踏板感觉模拟电机210不动(也可动，要根据踏板感调校)，制动踏板10推动踏板顶杆203，进而推动踏板推杆202前移，压缩踏板感觉弹簧211。由踏板感觉弹簧211的反作用力产生一定的踏板模拟力度。随着踏板深度的增加(助力电机前移也推动反馈盘前移)，踏板感觉模拟电机210反向转动(转动多少需要通过软件根据踏板感觉需求进行调校)，推动踏板感觉齿条208向制动踏板方向移动，增加踏板模拟力。有了踏板感觉模拟电机210的辅助，电子控制单元(ECU)214可以通过内部的控制软件根据不同客户需求控制踏板感觉模拟电机210输出不同踏板力值，结合助力电机产生的不同助力，输出不同的助力曲线。因此，从控制和协调策略上变得更加简单易行。

三、强制动工况

在极端大强度制动工况下，如果电子控制单元(ECU)214通过其它传感器信号判断助力电机207所产生的制动压力不足，则可以协调踏板感觉模拟电机210也正向旋转带动踏板感觉齿条204推动助力套管205协同助力电机207和助力齿条204共同推动反应压盘40向制动主缸301方向移动，借助主缸顶杆303推动制动主缸301的活塞306、305产生制动主缸液压(当然，此时踏板感会受到一定的影响，但此时是以制动安全为主的)。

四、助力失效

在助力电机机构出现故障(如电机烧毁、传动机构卡死)时，踏板感觉模拟电机210也可以如上面强制动工况介绍工作模式电机正通过助力套管205推动反应压盘40进行独立助力，产生一定的应急制动力。

再退一步，如果助力电机207、踏板感觉模拟电机210两套电机助力机构都出现了故障不能实现助力时，仍然驾驶员仍可通过制动踏板10推动踏板顶杆203、中间顶杆201推动反应压盘40、主缸顶杆303、制动主缸的活塞306、308一系列纯机械传动机构将制动踏板力转化成制动主缸的制动液压，满足应急制动系统需求。

五、制动能量回收

同样由于助力电机207和踏板感觉模拟电机210可分别向两个方向移动齿条(如以上正常制动工况分析)，制动踏板力不再直接作用到制动主缸上，制动主缸的压力完全依赖机电助力机构(如助力电机207)提供，其助力与否、助力大小完全由电子控制单元(ECU)214控制助力电机207实现。踏板感觉模拟电机210的反向运动将制动踏板与制动主缸间不再是直接的机械连接。因此，此机电助力机构如与纯电动汽车或混合动力汽车的驱动电机、整车VCU、整车蓄能机构(电池、动力飞轮或超级电容等)等进行集成组成制动能量回收系统(即复合制动系统)，则可以实现再生制动的完全解耦，最大化地利用驱动电机进行制动，回收更多的制动能量。

六、自动制动

根据上述描述，制动主缸301的制动力由电子控制单元(ECU)214通过对踏板行程传感器212的电信号判断驾驶者制动意图，控制助力电机207提供，不依赖驾驶员的踏板力。所以，如果整车控制器(VCU)通过CAN网络向本机构电子控制单元(ECU)214发出制动指令，电子控制单元(ECU)214就可以驱动助力电机207为制动主缸提供制动力。这一功能特性为自动或半自动驾驶技术提供了自动制动的执行机构，与其它系统集成能够实现相应的自动制动功能。

综上所述，本发明双电机机电制动助力机构可以在电动汽车(EV)或混合汽车(HEV)上同其它机电产品(如驱动电机、电池等)集成共同构成制动能量回收系统(也即是复合制动系统)，非常容易地实现再生制动的协调与控制，大大提高再生制动能量回收率。其采用了双电机结构，踏板模拟器有自己独立的驱动电机，因此能够更好地实现踏板感觉模拟，提高了系统控制精度，降低了系统控制难度，能更好更方便地给出不同特性的助力曲线。踏板感觉模拟电机可以作为助力系统的备份电机，所以系统的安全系数大幅度提高，更加安全可靠。其采用电子控制单元(ECU)控制电机机构执行助力，能够与其它电控系统能够更好地集成，能够更好更方便地实现车辆的自动控制和自动驾驶功能。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述双电机机电制动助力机构包括机电助力单元、制动主缸总成和制动踏板，所述机电助力单元包括第一驱动机构、第二驱动机构、中间顶杆、踏板顶杆和踏板推杆，所述中间顶杆的一端与所述制动主缸总成的主缸顶杆连接，所述中间顶杆的另一端与所述踏板推杆的一端连接，所述踏板推杆的另一端与所述踏板顶杆的一端连接，所述踏板顶杆的另一端与所述制动踏板连接；

所述第一驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过正转用于提供液压助力；所述第二驱动机构设置在所述中间顶杆上，通过反转用于提供踏板的感觉。

2.如权利要求1所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述制动主缸总成包括制动主缸和储液罐，所述储液罐设置在所述制动主缸上方。

3.如权利要求2所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述制动主缸包括第一主缸和第二主缸，所述储液罐通过两个连接管路分别与所述第一主缸和所述第二主缸连通。

4.如权利要求1所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述第一驱动机构包括助力电机、主动齿轮和助力齿条，所述助力齿条通过助力套筒安装在所述中间顶杆上，所述主动齿轮与所述助力齿条啮合，所述助力电机驱动所述主动齿轮正转。

5.如权利要求1所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述第二驱动机构包括踏板感觉齿条、踏板感觉模拟电机和传动齿轮，所述踏板感觉齿条安装在所述中间顶杆上，所述传动齿轮与所述踏板感觉齿条啮合，所述踏板感觉模拟电机驱动所述传动齿轮反转。

6.如权利要求3所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述第一主缸内活塞通过第一回位弹簧连接至所述第二主缸内的活塞，所述第二主缸内活塞通过第二回位弹簧连接至所述第二主缸内壁。

7.如权利要求5所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述踏板感觉齿条和所述踏板推杆之间连接有踏板感觉弹簧。

8.如权利要求4所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述踏板推杆和所述踏板顶杆之间的连接处设有踏板行程传感器。

9.如权利要求8所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述主缸顶杆和所述中间顶杆之间设有反应压盘，所述制动主缸的外壳上设有主缸压力传感器。

10.如权利要求9所述的双电机机电制动助力机构，其特征在于，所述双电机机电制动助力机构还包括电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元接收所述踏板行程传感器传来的信号，结合所述主缸压力传感器的压力信号，进行机电机构运动状态的判断、分析与协调控制。