CN107672577B - 一种用于汽车的电动制动助力器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于汽车的电动制动助力器，包括壳体、安装于壳体内的顶杆组件和推杆组件；推杆组件包括推杆，推杆的一端与踏板连接，推杆的另一端与顶杆组件之间存在解耦间隙；顶杆组件包括顶杆，顶杆的一端与驱动机构连接，顶杆的另一端与主缸活塞连接；在驾驶员踩下踏板时，驱动机构接到信号带动顶杆推动主缸活塞实现制动，同时推杆在踏板的推动下，做直线运动，由于推杆与顶杆组件之间存在解耦间隙，推杆并不会顶到顶杆组件；当电控系统失效时，驱动机构不会启动，踏板带动推杆消除解耦间隙后，推杆顶到顶杆组件，靠驾驶员踩动踏板的力推动主缸活塞实现电控失效情况下的制动。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种用于汽车的电动制动助力器及其控制方法。
背景技术
随着国家消费水平的提高，汽车已经加速进入普通家庭，越来越多的消费者对汽车的舒适性、安全性、经济性提出越来越高的要求。随着自动泊车、制动驾驶技术的逐渐完善，越来越多的消费者会选装这种舒适性配置，这两种功能必须要求汽车可以实现自动刹车，自动紧急刹车系统成为各大车厂的重点研发项目。
传统的汽车制动系统大都采用真空助力，真空助力器是利用真空(负压)来增加驾驶员施加于踏板上的力，只要轻轻一踩踏板，就可以产生相当大的推力，从而刹住转动的车轮。
随着国家大力提倡绿色环保、节能减排，电动汽车已经成为未来汽车行业必然的发展趋势。电动汽车要使用真空助力器必须外接真空泵，增加了成本，不利于空间布置，真空泵的效率不高会造成能量的损失，且传统的真空助力器没有自动控制元件，无法实现自动刹车。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于汽车的电动制动助力器，以解决现有技术中存在的真空助力器无法自动刹车的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种用于汽车的电动制动助力器，包括壳体、安装于所述壳体内的顶杆组件和推杆组件；
所述推杆组件包括推杆，所述推杆的一端与踏板连接，所述推杆的另一端与所述顶杆组件之间存在解耦间隙；
所述顶杆组件包括顶杆，所述顶杆的一端与驱动机构连接，所述顶杆的另一端与主缸活塞连接。
其中，所述推杆组件还包括：
推杆座，其一端与所述推杆活动连接，另一端通过调整叉与所述踏板连接，所述推杆座上套设有变节距弹簧；
钢套，其固定于所述壳体内并套设于所述推杆上，所述推杆与所述钢套滑动连接。
其中，所述钢套上设置有一端开口的容置腔和与所述容置腔连通的容置孔，所述推杆的一端穿出所述容置孔，所述容置孔的内壁上设置有与所述推杆接触的衬套，所述推杆的另一端位于所述容置腔内，所述钢套的开口端固定有螺帽，用于对所述推杆座限位。
其中，所述变节距弹簧一端与所述壳体抵接，另一端与固定于所述推杆座上的弹簧座抵接。
其中，所述推杆上于所述容置腔内设置有突出于所述推杆的凸出部，所述凸出部与所述容置腔的内壁接触的表面上设置有活塞环，所述凸出部靠近所述容置孔的表面上设置有限位减震垫。
其中，所述顶杆组件还包括导向座，其与所述壳体滑动连接，所述导向座上开设有容置槽和与所述容置槽连通的导向孔；
所述顶杆穿设过所述导向座，所述顶杆上于所述容置槽内设置有突出于所述顶杆的限位部，所述限位部与所述容置槽之间夹设有反馈盘。
其中，所述顶杆的一端插入所述主缸活塞，所述顶杆的另一端设置有顶杆减震垫，所述顶杆位于所述主缸活塞内的端部连接有顶杆头。
其中，所述主缸活塞外设置有制动主缸，所述制动主缸与所述壳体固定连接，所述导向座上设置有预紧弹簧，所述预紧弹簧与所述制动主缸抵接。
其中，所述驱动机构包括：
齿条，其内部中空并于外表面上设置有环形凸棱，所述齿条滑动设置于所述壳体内并套设于所述推杆上，所述齿条的一端与所述顶杆组件抵接；
齿轮，其与所述齿条的环形凸棱啮合；
电机，其通过蜗轮蜗杆机构与所述齿轮连接。
其中，所述壳体上于所述齿条远离所述齿轮的一侧设置有间隙调整组件，所述间隙调整组件包括：
压块，其与所述齿条抵接；
调整螺母，其与所述壳体连接并抵接所述压块，所述压块与所述调整螺母配合形成空腔；
弹簧，其位于所述空腔内，旋转所述调整螺母通过所述弹簧能带动所述压块移动。
本发明的有益效果：
本发明提出的用于汽车的电动制动助力器，包括壳体、安装于壳体内的顶杆组件和推杆组件；推杆组件包括推杆，推杆的一端与踏板连接，推杆的另一端与顶杆组件之间存在解耦间隙；顶杆组件包括顶杆，顶杆的一端与驱动机构连接，顶杆的另一端与主缸活塞连接；在驾驶员踩下踏板时，控制器根据踏板位置信息判断驾驶员制动意图后，控制驱动机构带动顶杆推动主缸活塞实现制动，同时推杆在踏板的推动下，做直线运动，由于推杆与顶杆组件之间存在解耦间隙，所以推杆并不会顶到顶杆组件；当电控系统失效时，驱动机构不会启动，踏板带动推杆消除解耦间隙后，推杆顶到顶杆组件，靠驾驶员踩动踏板的力推动主缸活塞实现电控失效情况下的制动。当驾驶员离开踏板时，踏板复位，带动推杆组件复位，控制器根据踏板位置信息，控制驱动机构反向运动，实现顶杆组件复位。因此，该电动制动助力器不仅能够实现自动刹车，而且能够自动复位，并实现推杆和主缸的解耦，辅助整车实现制动能量回收。
附图说明
图1是本发明提供的用于汽车的电动制动助力器的结构示意图；
图2是本发明提供的踏板行程与踏板力变化曲线。
图中：
10、壳体；20、推杆组件；30、顶杆组件；40、驱动机构；50、间隙调整组件；60、主缸活塞；70、制动主缸；
101、壳体减震垫；
201、推杆；202、推杆座；203、钢套；204、调整叉；205、衬套；206、锁紧螺母；207、活塞环；208、限位减震垫；209、螺帽；210、推杆减震垫；211、变节距弹簧；212、弹簧座；
301、顶杆；302、导向座；303、顶杆减震垫；304、反馈盘；305、顶杆头；306、预紧弹簧；307、螺母；
401、齿条；402、齿轮；404、齿条衬套；
501、压块；502、调整螺母；503、弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
参见图1，一种用于汽车的电动制动助力器，包括壳体10、安装于壳体10内的顶杆组件30和推杆组件20，下面对各个部件及其使用方法进行详细介绍。
推杆组件20包括推杆201、推杆座202和钢套203，推杆201的一端通过推杆座202与踏板(图中未示出)连接，推杆201的另一端与顶杆组件30之间存在解耦间隙；推杆座202的一端与推杆201活动连接，推杆201的球头部分安装到推杆座202的孔中，通过铆压使推杆201卡入推杆座202的孔中，并且推杆201可以在一定范围内自由摆动。推杆座202的另一端通过调整叉204与踏板连接，调整叉204通过螺纹连接在推杆座202上。
钢套203固定于壳体10内并套设于推杆201上，推杆201与钢套203滑动连接。钢套203上设置有一端开口的容置腔和与容置腔连通的容置孔，推杆201的一端穿出容置孔，容置孔的内壁上设置有与推杆201接触的衬套205，衬套205压装入容置孔，钢套203压装入壳体10。钢套203上设有锁紧螺母206，连接钢套203与壳体10，防止钢套203与壳体10松脱。
推杆201的另一端位于容置腔内，推杆座202与推杆201的连接处位于容置腔内。推杆201上于容置腔内设置有突出于推杆201的凸出部，凸出部与容置腔的内壁接触的表面上设置有活塞环207，活塞环207上带开口以方便装配。凸出部靠近容置孔的表面上设置有限位减震垫208，限位减震垫208为弹性元件，用以减弱推杆201与钢套203撞击的噪音，限位减震垫208可以使用橡胶，如热塑性聚酯弹性体，热塑性聚氨酯弹性体橡胶等弹性材料。
钢套203的开口端固定有螺帽209，螺帽209与钢套203螺纹连接，螺帽209限制推杆201不会从钢套203内脱出，螺帽209靠近容置腔的一侧设置有推杆减震垫210，推杆减震垫210上设置有卡扣，卡入螺帽209中，在推杆201运动过程中，推杆减震垫210用以减弱推杆座202与螺帽209接触撞击的噪音，推杆减震垫210可以使用橡胶，如热塑性聚酯弹性体，热塑性聚氨酯弹性体橡胶等弹性材料。
推杆201靠衬套205和活塞环207的支撑可以在钢套203内沿轴线滑动。
推杆座202上套设有变节距弹簧211，变节距弹簧211一端与壳体10抵接，另一端与固定于推杆座202上的弹簧座212抵接，弹簧座212与推杆座202螺纹连接。当然，在本实施例中，变节距弹簧211的内径大于螺帽209的外径，变节距弹簧211的一端与安装于壳体10一端的锁紧螺母206抵接。变节距弹簧211布置在壳体10外有助于减少壳体10总成长度。
通过一根或两根变节距弹簧211来模拟真空助力器的踏板感，变节距弹簧211可以实现弹簧刚度随着行程的改变而改变，这样就可以模拟出真空助力器前段踏板力小，后段踏板力大的效果。图2示出了真空助力器和变节距弹簧211踏板力的对比，横坐标表示踏板行程，单位mm，纵坐标表示踏板力，单位N。曲线A表示真空助力器的踏板力随踏板行程的变化，曲线B表示本申请中采用变节距弹簧211后的踏板力随踏板行程的变化，可以看出变节距弹簧211基本可以模拟出真空助力器踏板感觉。
驱动机构40用于驱动顶杆组件30运动。
驱动机构40包括齿条401、齿轮402和电机，齿轮402与齿条401的环形凸棱啮合，电机通过蜗轮蜗杆机构与齿轮402连接。
齿条401为内部中空结构，齿条401的外表面上设置有环形凸棱，齿条401滑动设置于壳体10内并套设于推杆201上，齿条401与壳体10接触的部分设置有齿条衬套404，齿条衬套404上有斜的开口，便于齿条衬套404张开卡到齿条401上。推杆201伸出钢套203的部分位于齿条401中，齿条401运动与推杆201运动互不干扰。齿条401的一端与顶杆组件30抵接，齿条401的另一端与外壳抵接，外壳上设置有壳体减震垫101，用于缓冲齿条401回零位时撞击壳体10带来的冲击。
为了保证运动的精准稳定，壳体10上于齿条401远离齿轮402的一侧设置有间隙调整组件50，用于支撑齿条401并调节齿条401与齿轮402之间的间隙，使得齿条401与齿轮402紧密配合。
间隙调整组件50包括压块501、调整螺母502和弹簧503，压块501与齿条401抵接，调整螺母502与壳体10连接并抵接压块501，压块501与调整螺母502配合形成空腔；弹簧503位于空腔内，旋转调整螺母502通过弹簧503能带动压块501移动，使用调整螺母502压紧弹簧503，进而由压块501压紧齿条401，把齿条401推向齿轮402，来实现齿轮402与齿条401的零间隙啮合。压块501上有一圆弧面与齿条401的齿面紧密配合，可以对齿条401提供支撑。调整螺母502上套有O型圈，实现与壳体10的密封，调整螺母502可以通过调节旋合长度来改变弹簧503的预紧力。压块501上装有O型圈起到缓冲作用。
顶杆组件30与上述推杆组件20之间设置有解耦间隙。
顶杆组件30包括顶杆301和导向座302，导向座302套设于顶杆301上，顶杆301通过导向座302与齿条401抵接。导向座302与壳体10滑动连接，齿条401的运动带动导向座302运动，进而带动顶杆301运动。
导向座302上开设有容置槽和与容置槽连通的导向孔。顶杆301的一端穿过导向座302并设置有顶杆减震垫303，顶杆减震垫303卡接于顶杆301上，用以减弱顶杆301被撞击产生的噪音，顶杆减震垫303可以使用橡胶，如热塑性聚酯弹性体，热塑性聚氨酯弹性体橡胶等弹性材料。
顶杆301上于容置槽内设置有突出于顶杆301的限位部，限位部与容置槽之间夹设有反馈盘304，起到缓冲作用。
顶杆301的另一端与主缸活塞60连接。顶杆301的一端插入主缸活塞60，顶杆301位于主缸活塞60内的端部连接有顶杆头305，顶杆头305与顶杆301通过螺纹连接，顶杆头305上螺接有螺母307，螺母307用于锁紧顶杆头305，通过螺母307可调节顶杆组件30的总长度。顶杆301位于主缸活塞60内的部分通过O型圈与主缸活塞60的内壁接触，对顶杆301起到缓冲和导向的作用。
主缸活塞60外设置有制动主缸70，制动主缸70与壳体10固定连接，导向座302上设置有预紧弹簧306，预紧弹簧306与制动主缸70抵接。预紧弹簧306可以保证导向座302始终贴合在齿条401不会分离。导向座302支撑在壳体10内孔并其中滑动，保证顶杆301沿壳体10轴线运动。
在本实施例中，推杆201与顶杆301之间存在解耦间隙，推杆201在解耦行程内，在中空的齿条401内运动，不会碰触到壳体10内的齿条401和顶杆组件30，所以推杆201的运动不会使制动主缸70建压，实现推杆201与制动主缸70之间的解耦。上述解耦间隙指，推杆201靠近顶杆301的一端和顶杆301的顶杆减震垫303之间的空行程，如图1中箭头所示，克服了这段空行程，驾驶员就可以通过推杆201推动顶杆组件30，从而使制动主缸70建压实现制动。推杆201推动顶杆组件30使制动主缸70建压是为了在电动助力失效时保证驾驶员可以通过踏板的硬连接实现制动，保障行程安全。
为了实现对上述电动制动助力器的控制，驱动系统与控制器电连接，在踏板上设置有与控制器电连接的位置传感器，用于检测踏板位置信息。
在制动时，驾驶员踩下踏板，同时带动位置传感器和推杆201，控制器根据位置传感器的信号获得踏板位置信息，并根据该信息判断驾驶员制动意图后，控制电机启动，通过蜗轮蜗杆减速机构驱动齿轮402，齿轮402的转动带动齿条401做直线运动，齿条401运动时会推动导向座302，导向座302推动反馈盘304带动顶杆301推动主缸活塞60实现制动；同时，推杆201在踏板的推动下，在活塞环207和衬套205的支撑下，在齿条401内做直线运动，由于推杆201与顶杆组件30之间存在解耦间隙，所以推杆201并不会顶到顶杆301上的顶杆减震垫303。
当驾驶员离开踏板时，踏板在变节距弹簧211的作用下复位，带动推杆组件20复位，控制器根据踏板位置信息，控制电机反向运动，实现顶杆组件30复位。
当电控系统失效时，电机不会启动，齿条401不再运动，踏板带动推杆201消除解耦间隙后，推杆201顶到顶杆301上的顶杆减震垫303，靠驾驶员踩动踏板的力推动主缸活塞60实现电控失效情况下的制动。
因此，该电动制动助力器不仅能够实现自动刹车，而且能够自动复位，并实现推杆和主缸的解耦，辅助整车实现制动能量回收。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种用于汽车的电动制动助力器，其特征在于，包括壳体(10)、安装于所述壳体(10)内的顶杆组件(30)和推杆组件(20)；
所述推杆组件(20)包括推杆(201)，所述推杆(201)的一端与踏板连接，所述推杆(201)的另一端与所述顶杆组件(30)之间存在解耦间隙；
所述顶杆组件(30)包括顶杆(301)，所述顶杆(301)的一端与驱动机构(40)连接，所述顶杆(301)的另一端与主缸活塞(60)连接；
所述驱动机构(40)包括：齿条(401)，其内部中空并于外表面上设置有环形凸棱，所述齿条(401)滑动设置于所述壳体(10)内并套设于所述推杆(201)上，所述齿条(401)与所述壳体(10)接触的部分设置有齿条衬套(404)，所述齿条(401)的一端与所述顶杆组件(30)抵接；齿轮(402)，其与所述齿条(401)的环形凸棱啮合；电机，其通过蜗轮蜗杆机构与所述齿轮(402)连接；
所述壳体(10)上于所述齿条(401)远离所述齿轮(402)的一侧设置有间隙调整组件(50)，所述间隙调整组件(50)包括：压块(501)，其与所述齿条(401)抵接；调整螺母(502)，其与所述壳体(10)连接并抵接所述压块(501)，所述压块(501)与所述调整螺母(502)配合形成空腔；弹簧(503)，其位于所述空腔内，旋转所述调整螺母(502)通过所述弹簧(503)能带动所述压块(501)移动。
2.根据权利要求1所述的电动制动助力器，其特征在于，所述推杆组件(20)还包括：
推杆座(202)，其一端与所述推杆(201)活动连接，另一端通过调整叉(204)与所述踏板连接，所述推杆座(202)上套设有变节距弹簧(211)；
钢套(203)，其固定于所述壳体(10)内并套设于所述推杆(201)上，所述推杆(201)与所述钢套(203)滑动连接。
3.根据权利要求2所述的电动制动助力器，其特征在于，所述钢套(203)上设置有一端开口的容置腔和与所述容置腔连通的容置孔，所述推杆(201)的一端穿出所述容置孔，所述容置孔的内壁上设置有与所述推杆(201)接触的衬套(205)，所述推杆(201)的另一端位于所述容置腔内，所述钢套(203)的开口端固定有螺帽(209)，用于对所述推杆座(202)限位。
4.根据权利要求3所述的电动制动助力器，其特征在于，所述变节距弹簧(211)一端与所述壳体(10)抵接，另一端与固定于所述推杆座(202)上的弹簧座(212)抵接。
5.根据权利要求3所述的电动制动助力器，其特征在于，所述推杆(201)上于所述容置腔内设置有突出于所述推杆(201)的凸出部，所述凸出部与所述容置腔的内壁接触的表面上设置有活塞环(207)，所述凸出部靠近所述容置孔的表面上设置有限位减震垫(208)。
6.根据权利要求1所述的电动制动助力器，其特征在于，所述顶杆组件(30)还包括导向座(302)，其与所述壳体(10)滑动连接，所述导向座(302)上开设有容置槽和与所述容置槽连通的导向孔；
所述顶杆(301)穿设过所述导向座(302)，所述顶杆(301)上于所述容置槽内设置有突出于所述顶杆(301)的限位部，所述限位部与所述容置槽之间夹设有反馈盘(304)。
7.根据权利要求6所述的电动制动助力器，其特征在于，所述顶杆(301)的一端插入所述主缸活塞(60)，所述顶杆(301)的另一端设置有顶杆减震垫(303)，所述顶杆(301)位于所述主缸活塞(60)内的端部连接有顶杆头(305)。
8.根据权利要求7所述的电动制动助力器，其特征在于，所述主缸活塞(60)外设置有制动主缸(70)，所述制动主缸(70)与所述壳体(10)固定连接，所述导向座(302)上设置有预紧弹簧(306)，所述预紧弹簧(306)与所述制动主缸(70)抵接。
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