CN108189826B - 适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于助力制动系统，具体的说是一种适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统。该制动系统包括大电机、机械电子助力机构后端盖、机械电子助力机构前端盖、小齿轮、大齿轮、丝杠Ⅰ、助力阀体、踏板推杆、反馈盘主面推杆、踏板回位弹簧、反馈盘、主缸推杆、主缸回位弹簧、储液壶、制动主缸、小电机、太阳轮、行星轮、丝杠Ⅱ、智能储液缸活塞、智能储液缸端盖、智能储液缸活塞回位弹簧、智能储液缸电磁阀和制动管路；本发明是一种能够将摩擦制动和再生制动完全解耦，同时具备主动制动与制动失效备份功能的适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统。

Description

适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统
技术领域
本发明属于助力制动系统，具体的说是一种适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统。
背景技术
随着电动化和智能化汽车快速发展，人们对制动系统提出了新的需求。一方面既希望能够解耦驾驶员制动踏板力与车轮制动力实现能量回收，另一方面希望能够单轮压力进行主动精确调节，能够在紧急工况下进行主动制动，保证汽车行驶安全性能。虽然具备模块化、集成化、机电一体化的线控制动系统能够很好满足制动系统的新需求，但是线控制动系统由于存在需要大功率驱动，制动失效安全可靠性差，相较于传统液压制动系统制造研发成本过高等问题，迟迟未有大规模地在实车上进行装配应用。传统内燃机汽车普遍采用真空助力伺服制动系统，其真空源由发动机产生。而新能源电动汽车由于没有发动机，无法提供真空源，现在普遍采用电动真空泵和真空储能机构来替代传统汽车的真空源。但是，电动真空泵和真空储能机构体积较大，布置困难，工作时性能不稳定，真空度低，噪声大，寿命较短，未能实现制动踏板与制动主缸之间的解耦，显然不能够完全满足制动系统的新需求。因此，需要设计一种新的制动系统来解决上述现有制动系统存在的问题和满足制动系统对主动制动、高效能的制动能量回收的新需求。
发明内容
本发明提供了一种适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统，该制动系统能够将摩擦制动和再生制动完全解耦，同时具备主动制动与制动失效备份功能，解决了现有制动系统的上述不足。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统，该制动系统包括大电机1、机械电子助力机构后端盖3、机械电子助力机构前端盖4、小齿轮5、大齿轮6、丝杠Ⅰ9、助力阀体11、踏板推杆13、反馈盘主面推杆14、踏板回位弹簧15、反馈盘16、主缸推杆17、主缸回位弹簧18、储液壶20-1、制动主缸20-2、小电机21、太阳轮23、行星轮24、丝杠Ⅱ27、智能储液缸活塞28、智能储液缸端盖29、智能储液缸活塞回位弹簧30、智能储液缸电磁阀31和制动管路32；所述的大电机1的壳体外侧固定在机械电子助力机构后端盖3上侧；所述的机械电子助力机构后端盖3的壳体内侧与机械电子助力机构前端盖4固定；所述的大电机1的大电机输出轴2穿过大电机1壳体和机械电子助力机构后端盖3，两端支撑在大电机1内部凹槽和机械电子助力机构前端盖4上；所述的小齿轮5的外齿和大齿轮6的外齿相啮合；所述的小齿轮5的内齿与大电机输出轴2一端的外齿相啮合；所述的大齿轮6的内齿与螺母Ⅰ8的外齿相啮合；所述的螺母Ⅰ8的一端通过外部环形梯台定位在轴承7处；所述的螺母Ⅰ8的内部通过滚珠与丝杠Ⅰ9外侧相连；所述的丝杠Ⅰ9的一端设置在机械电子助力机构前端盖4的内部，另一端与丝杠Ⅰ保护环19相接触；所述的助力阀体11的外部与丝杠Ⅰ9的内侧相接触；所述的助力阀体11的一端与丝杠Ⅰ9的内部环形梯台相接触；所述的反馈盘16上的反馈盘主面推杆14与助力阀体11的内部浅端一侧相接触；所述的踏板推杆13穿过机械电子助力机构前端盖4与踏板推杆连接件12相连接；所述的踏板推杆连接件12的另一端外侧与助力阀体11相接触；所述的踏板回位弹簧15的一端与助力阀体11相接触，另一端与踏板推杆连接件12的端面相结合；所述的主缸推杆17的大端面与反馈盘16相接触，小端口与制动主缸20-2相连接；所述的储液壶20-1与制动主缸20-2相连接；所述的主缸回位弹簧18的一端与机械电子助力机构后端盖3的内部环形凹槽相接触，另一端与主缸推杆17的大端面外侧环形端面相接触；所述的制动主缸20-2通过制动管路32与智能储液缸端盖29上端面连接；所述的智能储液缸端盖29的大端面与机械电子助力机构后端盖3的底部相连接；所述的小电机21的壳体外侧固定在智能储液缸端盖29上侧；所述的小电机21的小电机输出轴22穿过小电机21壳体和智能储液缸端盖29，两端支撑在小电机21壳体内部凹槽和智能储液缸端盖29上；所述的太阳轮23的内齿与小电机输出轴22一端的外齿相啮合；所述的行星轮24的内齿的一端与与太阳轮23的外齿相啮合；所述的行星轮24的中心轴与螺母Ⅱ26连接；所述的螺母Ⅱ26的内部通过滚珠与丝杠Ⅱ27所述的；所述的智能储液缸活塞28一端与丝杠Ⅱ27的一端相固定；所述的智能储液缸活塞回位弹簧30一端与智能储液缸活塞28带凹槽的端面相接触，另一端与螺母Ⅱ26带凹槽一侧相接触；所述的智能储液缸电磁阀31通过制动管路32与与智能储液缸端盖29下端面连接。
所述的大齿轮6和轴承7之间设置有限位垫片10。
所述的行星轮24与齿圈25相啮合。
本发明的有益效果为：
1、该设备在车辆进行制动能量回收时，能够通过智能储液缸解耦全部的摩擦制动与电机回馈制动。
2、该设备的智能储液缸自带电磁阀，在进行摩擦制动和电机回馈制动时，可以通过关闭两个电磁阀与智能储液缸活塞的移动配合，解耦全部的摩擦制动与电机回馈制动，这一过程无需控制或改变现有制动系统中常配备的液压调节单元HCU，简单、有效、实用。
3、该设备的智能储液缸在对摩擦制动与电机回馈制动解耦时，储存解耦摩擦制动所需的制动液。在减弱、退出电机回馈制动的时候能够平缓地向制动系统加入储存的制动液，减少制动系统的波动。
4、该设备的智能储液缸在对摩擦制动与电机回馈制动解耦时，能够通过电子机械助力系统电机的电机工作，保证驾驶员维持纯摩擦制动时的驾驶感受。
5、该设备对于制动主缸和液压调节单元HCU无特殊要求，使得它能够方便的改装到现有车辆的制动系统中。
6、该设备可以替代传统真空助力器，且无需额外的真空泵和储存真空机构，体积小，结构简单。
7、该设备可以针对不同驾驶员的驾驶习性，通过控制反馈盘主、负面的位移差为不同驾驶员拟合制定适合的助力特性，保持传统车辆真空助力器的驾驶感受。
8、该设备采用智能储液缸和机械电子助力机构一体化的设计，方便集成onebox方案实现制动能量回收。
9、该设备在汽车电控系统失效时，驾驶员可以通过人力踩制动踏板推动主缸活塞产生一定的制动力，具备制动失效安全备份，满足制动法规对制动系统的要求。
10、该设备在紧急危险工况时，ECU可以控制大电机转动，快速地通过助力阀体推动制动主缸，对制动系统建压，实现主动制动。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中：1、大电机；2、大电机输出轴；3、机械电子助力机构后端盖；4、机械电子助力机构前端盖；5、小齿轮；6、大齿轮；7、轴承；8、螺母Ⅰ；9、丝杠Ⅰ；10、限位垫片；11、助力阀体；12、踏板推杆连接件；13、踏板推杆；14、反馈盘主面推杆；15、踏板回位弹簧；16、反馈盘；17、主缸推杆；18、主缸回位弹簧；19、丝杠Ⅰ保护环；20—1、储液壶；20—2、制动主缸；21、小电机；22、小电机输出轴；23、太阳轮；24、行星轮；25、齿圈；26、螺母Ⅱ；27、丝杠Ⅱ；28、智能储液缸活塞；29、智能储液缸端盖；30、智能储液缸活塞回位弹簧；31、智能储液缸电磁阀；32、制动管路。
具体实施方式
参阅图1，一种适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统，该制动系统包括大电机1、机械电子助力机构后端盖3、机械电子助力机构前端盖4、小齿轮5、大齿轮6、丝杠Ⅰ9、助力阀体11、踏板推杆13、反馈盘主面推杆14、踏板回位弹簧15、反馈盘16、主缸推杆17、主缸回位弹簧18、储液壶20-1、制动主缸20-2、小电机21、太阳轮23、行星轮24、丝杠Ⅱ27、智能储液缸活塞28、智能储液缸端盖29、智能储液缸活塞回位弹簧30、智能储液缸电磁阀31和制动管路32；所述的大电机1通过壳体外侧的螺纹孔连接在机械电子助力机构后端盖3上侧；所述的机械电子助力机构后端盖3通过内侧壳体螺纹孔与机械电子助力机构前端盖4相连接；所述的大电机1的大电机输出轴2穿过大电机1壳体和机械电子助力机构后端盖3，两端支撑在大电机1内部凹槽和机械电子助力机构前端盖4上；所述的小齿轮5的外齿和大齿轮6的外齿相啮合；所述的小齿轮5的内齿与大电机输出轴2一端的外齿相啮合；所述的大齿轮6的内齿与螺母Ⅰ8的外齿相啮合；所述的螺母Ⅰ8的一端通过外部环形梯台定位在轴承7处；所述的螺母Ⅰ8的内部通过滚珠与丝杠Ⅰ9外侧相连；所述的丝杠Ⅰ9的一端与机械电子助力机构前端盖4的内部接近贴合，另一端与丝杠Ⅰ保护环19相接触；所述的助力阀体11的外部与丝杠Ⅰ9的内侧相接触；所述的助力阀体11的一端与丝杠Ⅰ9的内部环形梯台相接触；所述的反馈盘16上的反馈盘主面推杆14与助力阀体11的内部浅端一侧相接触；所述的踏板推杆13穿过机械电子助力机构前端盖4与踏板推杆连接件12相连接；所述的踏板推杆连接件12的另一端外侧与助力阀体11相接触；所述的踏板回位弹簧15的一端与助力阀体11相接触，另一端与踏板推杆连接件12的端面相结合；所述的主缸推杆17的大端面与反馈盘16相接触，小端口与制动主缸20-2相连接；所述的储液壶20-1与制动主缸20-2相连接；所述的主缸回位弹簧18的一端与机械电子助力机构后端盖3的内部环形凹槽相接触，另一端与主缸推杆17的大端面外侧环形端面相接触；所述的制动主缸20-2通过制动管路32与智能储液缸端盖29上端面连接；所述的智能储液缸端盖29的大端面与机械电子助力机构后端盖3的底部相连接；所述的小电机21通过壳体外侧螺纹孔连接在智能储液缸端盖29上；所述的小电机21的小电机输出轴22穿过小电机21壳体和智能储液缸端盖29，两端支撑在小电机21壳体内部凹槽和智能储液缸端盖29上；所述的太阳轮23的内齿与小电机输出轴22一端的外齿相啮合；所述的行星轮24的内齿的一端与与太阳轮23的外齿相啮合；所述的行星轮24的中心轴与螺母Ⅱ26连接；所述的螺母Ⅱ26的内部通过滚珠与丝杠Ⅱ27所述的；所述的智能储液缸活塞28一端与丝杠Ⅱ27的一端相固定；所述的智能储液缸活塞回位弹簧30一端与智能储液缸活塞28带凹槽的端面相接触，另一端与螺母Ⅱ26带凹槽一侧相接触；所述的智能储液缸电磁阀31通过制动管路32与与智能储液缸端盖29下端面连接。
所述的大齿轮6和轴承7之间设置有限位垫片10。
所述的行星轮24与齿圈25相啮合。
本发明的工作原理为：
1、电控系统失效安全备份工况
处于电控系统失效安全备份工况下，机械电子助力制动系统和智能储液缸均不工作。驾驶员踩下制动踏板，通过传动机构推动踏板推杆13。踏板推杆13通过踏板推杆连接件12克服踏板回位弹簧15预紧力推动反馈盘主面推杆14。反馈盘主面推杆14向前移动消除反馈盘主面推杆14与反馈盘16主面之间的间隙，作用于反馈盘16主面。踏板回位弹簧15另一端克服机构摩擦力，推动助力阀体11向前移动，作用于反馈盘16的负面。反馈盘16向前移动，推动反馈盘主缸推杆17克服主缸回位弹簧18的预紧力向前移动，压缩制动主缸20-2内的制动液形成制动压力。制动主缸20-2中的制动液由于受压通过制动管路32流入智能储液缸中。此时机械电子助力制动系统、智能储液缸及其电磁阀均不参与工作。制动液直接经过智能储液缸、电磁阀31流入底层相应制动系统，在轮缸处形成制动压力，完成传统摩擦制动功能。
2、主动制动工况
当电控系统ECU辨识到紧急制动工况时，无论驾驶员是否参与制动，电控系统ECU快速地控制大电机1带动大电机输出轴2转动。大电机输出轴2带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动螺母Ⅰ8转动。螺母Ⅰ8通过滚珠将螺母Ⅰ8的转动转换为丝杠Ⅰ9的平动。丝杠Ⅰ9推动助力阀体11向前移动，作用于反馈盘16的负面。丝杠Ⅰ9向前运动消除丝杠Ⅰ9另一端与踏板连接件12之间的间隙，踏板推杆连接件12克服踏板回位弹簧15预紧力推动反馈盘主面推杆14向前运动作用于反馈盘16的主面。反馈盘16推动主缸推杆17克服主缸回位弹簧18预紧力向前运动，在制动主缸处行程制动压力。制动主缸20-2中的制动液由于受压通过制动管路32流入智能储液缸中。此时智能储液缸及其电磁阀均不参与工作。制动液直接经过智能储液缸、电磁阀31流入底层相应制动系统，在轮缸处形成制动压力，完成主动制动功能。
3、基础助力工况
驾驶员踩下制动踏板，通过传动机构推动踏板推杆13。踏板推杆13通过踏板推杆连接件12克服踏板回位弹簧15预紧力推动反馈盘主面推杆14。反馈盘主面推杆14向前移动消除反馈盘主面推杆14与反馈盘16主面之间的间隙，作用于反馈盘16主面。电控系统ECU通过踏板位移传感器检测驾驶员的制动意图，控制大电机1带动大电机输出轴2转动。大电机输出轴2带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动螺母Ⅰ8转动。螺母Ⅰ8通过滚珠将螺母Ⅰ8的转动转换为丝杠Ⅰ9的平动。丝杠Ⅰ9推动助力阀体11向前移动，作用于反馈盘16的负面。反馈盘16推动主缸推杆17克服主缸回位弹簧18预紧力向前运动，在制动主缸处行程制动压力。制动主缸20-2中的制动液由于受压通过制动管路32流入智能储液缸中。此时智能储液缸及其电磁阀均不参与工作。制动液直接经过智能储液缸、电磁阀31流入底层相应制动系统，在轮缸处形成制动压力，完成机构的基础助力功能。
4、摩擦制动与电机回馈制动解耦工况
驾驶员踩下制动踏板，通过传动机构推动踏板推杆13。踏板推杆13通过踏板推杆连接件12克服踏板回位弹簧15预紧力推动反馈盘主面推杆14。反馈盘主面推杆14向前移动消除反馈盘主面推杆14与反馈盘16主面之间的间隙，作用于反馈盘16主面。电控系统ECU通过踏板位移传感器检测驾驶员的制动意图，控制大电机1带动大电机输出轴2转动。大电机输出轴2带动小齿轮5转动，小齿轮5带动大齿轮6转动，大齿轮6带动螺母Ⅰ8转动。螺母Ⅰ8通过滚珠将螺母Ⅰ8的转动转换为丝杠Ⅰ9的平动。丝杠Ⅰ9推动助力阀体11向前移动，作用于反馈盘16的负面。反馈盘16推动主缸推杆17克服主缸回位弹簧18预紧力向前运动，在制动主缸处行程制动压力。制动主缸20-2中的制动液由于受压通过制动管路32流入智能储液缸中。电控系统ECU辨识出此时车辆的行驶状态希望进入摩擦制动与电机回馈制动解耦，控制智能储液缸电磁阀31闭合，阻止智能储液缸中的制动液进入轮缸。
当制动系统总制动强度增加，再生制动也增加且未达到最大值时，智能储液缸电磁阀31关闭，电控系统ECU控制小电机21带动小电机输出轴22转动。小电机输出轴22带动行星轮24在齿圈25内转动，行星轮24带动螺母Ⅱ26转动。螺母Ⅱ26通过滚珠将螺母Ⅱ26的转动转换为丝杠Ⅱ27的平动。丝杠Ⅱ27拉动智能储液缸活塞28向后运动，使得智能储液缸增加的体积与此刻正常制动时流入轮缸制动液增量的体积相同，将这部分制动液储存在智能储液缸中，实现摩擦制动与电机回馈制动的解耦。
当制动系统总制动强度继续增加，再生制动达到最大值保持不变时，智能储液缸电磁阀31打开，电控系统ECU控制小电机21保持当前位置不变，小电机输出轴22、行星轮24、螺母Ⅱ26、丝杠Ⅱ27、智能储液缸活塞28均保持当前位置不变，智能储液缸容积保持最大值不变，智能储液缸电磁阀31打开，制动主缸20-2中受主缸推杆17挤压的制动液经智能储液缸和智能储液缸电磁阀31流入制动轮缸。这一过程中，为了保持驾驶员的踏板感觉不发生改变，电控系统ECU控制大电机1转动运动状态发生改变，通过上述传动机构改变反馈盘16主负面受力状态，改变电子机械助力系统助力比，保持驾驶员的踏板感觉。
当制动系统总强度保持不变或增加，再生制动强度减小时，智能储液缸电磁阀31打开，电控系统ECU控制小电机21带动小电机输出轴22转动。小电机输出轴22带动行星轮24在齿圈25内转动，行星轮24带动螺母Ⅱ26转动。螺母Ⅱ26通过滚珠将螺母Ⅱ26的转动转换为丝杠Ⅱ27的平动。丝杠Ⅱ27拉动智能储液缸活塞28向前运动，使得智能储液缸减小的体积与此刻再生制动减小对应的制动液增量体积相同，将储存在智能储液缸中的制动液通过智能储液缸电磁阀31压入轮缸。这一过程中，为了保持驾驶员的踏板感觉不发生改变，电控系统ECU控制大电机1转动运动状态发生改变，通过上述传动机构改变反馈盘16主负面受力状态，改变电子机械助力系统助力比，保持驾驶员的踏板感觉。
当制动系统总强度减小，再生制动减少小时，智能储液缸电磁阀31打开，电控系统ECU控制小电机21保持当前位置不变，小电机输出轴22、行星轮24、螺母Ⅱ26、丝杠Ⅱ27、智能储液缸活塞28均保持当前位置不变，智能储液缸容积保持最大值不变。制动轮缸中的制动液通过智能储液缸电磁阀31和智能储液缸流入制动主缸20-2中。当制动轮缸中的制动液减小至零时，智能储液缸电磁阀31关闭，电控系统ECU控制小电机21带动小电机输出轴22转动。小电机输出轴22带动行星轮24在齿圈25内转动，行星轮24带动螺母Ⅱ26转动。螺母Ⅱ26通过滚珠将螺母Ⅱ26的转动转换为丝杠Ⅱ27的平动。丝杠Ⅱ27拉动智能储液缸活塞28向前运动，使得智能储液缸减小的体积与此刻再生制动减小对应的制动液增量体积相同，将储存在智能储液缸中的制动液通过制动管路32压入制动主缸20-2中。

Claims (1)

1.一种适用于制动能量回收的全解耦式机械电子助力制动系统，其特征在于，该制动系统包括大电机(1)、机械电子助力机构后端盖(3)、机械电子助力机构前端盖(4)、小齿轮(5)、大齿轮(6)、丝杠Ⅰ(9)、助力阀体(11)、踏板推杆(13)、反馈盘主面推杆(14)、踏板回位弹簧(15)、反馈盘(16)、主缸推杆(17)、主缸回位弹簧(18)、储液壶(20-1)、制动主缸(20-2)、小电机(21)、太阳轮(23)、行星轮(24)、丝杠Ⅱ(27)、智能储液缸活塞(28)、智能储液缸端盖(29)、智能储液缸活塞回位弹簧(30)、智能储液缸电磁阀(31)和制动管路(32)；所述的大电机(1)的壳体外侧固定在机械电子助力机构后端盖(3)上侧；所述的机械电子助力机构后端盖(3)的壳体内侧与机械电子助力机构前端盖(4)固定；所述的大电机(1)的大电机输出轴(2)穿过大电机(1)壳体和机械电子助力机构后端盖(3)，两端支撑在大电机(1)内部凹槽和机械电子助力机构前端盖(4)上；所述的小齿轮(5)的外齿和大齿轮(6)的外齿相啮合；所述的小齿轮(5)的内齿与大电机输出轴(2)一端的外齿相啮合；所述的大齿轮(6)的内齿与螺母Ⅰ(8)的外齿相啮合；所述的螺母Ⅰ(8)的一端通过外部环形梯台定位在轴承(7)处；所述的螺母Ⅰ(8)的内部通过滚珠与丝杠Ⅰ(9)外侧相连；所述的丝杠Ⅰ(9)的一端设置在机械电子助力机构前端盖(4)的内部，另一端与丝杠Ⅰ保护环(19)相接触；所述的助力阀体(11)的外部与丝杠Ⅰ(9)的内侧相接触；所述的助力阀体(11)的一端与丝杠Ⅰ(9)的内部环形梯台相接触；所述的反馈盘(16)上的反馈盘主面推杆(14)与助力阀体(11)的内部浅端一侧相接触；所述的踏板推杆(13)穿过机械电子助力机构前端盖(4)与踏板推杆连接件(12)相连接；所述的踏板推杆连接件(12)的另一端外侧与助力阀体(11)相接触；所述的踏板回位弹簧(15)的一端与助力阀体(11)相接触，另一端与踏板推杆连接件(12)的端面相结合；所述的主缸推杆(17)的大端面与反馈盘(16)相接触，小端口与制动主缸(20-2)相连接；所述的储液壶(20-1)与制动主缸(20-2)相连接；所述的主缸回位弹簧(18)的一端与机械电子助力机构后端盖(3)的内部环形凹槽相接触，另一端与主缸推杆(17)的大端面外侧环形端面相接触；所述的制动主缸(20-2)通过制动管路(32)与智能储液缸端盖(29)上端面连接；所述的智能储液缸端盖(29)的大端面与机械电子助力机构后端盖(3)的底部相连接；所述的小电机(21)的壳体外侧固定在智能储液缸端盖(29)上侧；所述的小电机(21)的小电机输出轴(22)穿过小电机(21)壳体和智能储液缸端盖(29)，两端支撑在小电机(21)壳体内部凹槽和智能储液缸端盖(29)上；所述的太阳轮(23)的内齿与小电机输出轴(22)一端的外齿相啮合；所述的行星轮(24)的内齿的一端与与太阳轮(23)的外齿相啮合；所述的行星轮(24)的中心轴与螺母Ⅱ(26)连接；所述的螺母Ⅱ(26)的内部通过滚珠与丝杠Ⅱ(27)所述的；所述的智能储液缸活塞(28)一端与丝杠Ⅱ(27)的一端相固定；所述的智能储液缸活塞回位弹簧(30)一端与智能储液缸活塞(28)带凹槽的端面相接触，另一端与螺母Ⅱ(26)带凹槽一侧相接触；所述的智能储液缸电磁阀(31)通过制动管路(32)与与智能储液缸端盖(29)下端面连接；
所述的大齿轮(6)和轴承(7)之间设置有限位垫片(10)；
所述的行星轮(24)与齿圈(25)相啮合。
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