CN109624957A - 一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统。包括壳体、空心电机、制动主缸、人力活塞、助力活塞、助力活塞推杆、滚珠丝杠副螺杆、滚珠丝杠副螺母、制动踏板推杆、液压控制单元HCU、电控单元ECU、踏板行程传感器。目的是解决目前的制动系统结构复杂、控制难度大、集成化程度低、再生制动能量回收利用率低等问题。本发明采用了一种新型的液压耦合方式，取消了反应盘结构，使整个制动系统的控制算法得到了简化，便于控制。在再生制动介入需要进行踏板解耦时，通过机械结构即可实现踏板力补偿，不需要额外设置踏板感觉模拟器，使系统结构更加紧凑。

Description

一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统

技术领域

本发明涉及一种制动系统，特别涉及一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统。

背景技术

随着汽车电动化和智能化技术的不断发展，对汽车制动系统提出了更高的要求，不仅要求制动系统能够产生基本的制动力，还要能够实现一定程度的踏板解耦，配合再生制动实现制动能量回收，提高电动汽车的续驶里程；同时要具备足够的主动制动能力，实现更快的响应速度和更精确的制动压力控制，具备作为智能驾驶辅助系统底层执行器的能力。而传统的真空助力制动系统由于难以满足这些需求，应用逐渐减少，电动助力制动系统应用逐渐增多。

通过进行合理的结构设计，电动助力制动系统能够实现一定程度的解耦，可以应用在电动汽车上实现制动能量回收；此外，电动助力制动系统虽然保留了液压结构，但由于采用电机作为驱动源，响应速度以及压力控制精确程度相比于传统真空助力制动系统有显著提升，并可独立于驾驶员的制动动作而实现主动建压，具备足够的主动制动能力，能够作为智能驾驶辅助系统的底层执行器。但是目前的电动助力制动系统也存在一些问题，如：

采用反应盘的结构，驾驶员的踏板力与电动助力通过反应盘耦合，在常规制动模式下并未实现制动踏板与液压制动管路的解耦，难以充分发挥车辆的再生制动能力，最大限度的回收制动能量。同时，由于踏板力和电动助力通过反馈盘耦合，电控单元ECU需要根据反应盘内外圈形变量控制电机使反应盘内外圈形变平衡，这使整个制动系统的控制算法更加复杂，并且径向力过大容易使反应盘过度变形产生安全隐患。

或者除制动主缸外，还采用了模拟缸和踏板感觉模拟器，结构复杂，集成化程度低，增加了加工难度以及系统在整车上的布置难度。并且该系统需要设置多个电磁阀，使整个液压制动系统的控制难度增大。不采用踏板感觉模拟器会影响驾驶员的踏板感觉。

或者采用部分解耦的方案，解耦能力有限，不能充分发挥再生制动功能最大限度的回收制动能量；采用完全解耦的方案，完全由再生制动和助力电机产生制动压力，则对电机的性能要求更高。

因此想要提供一种取消反应盘和踏板感觉模拟器，简化结构、降低成本的电动助力系统，采用新型的液压耦合方案对踏板力和制动助力进行耦合，简化控制算法，改善机械结构，踏板解耦完全由机械结构实现，进一步提高系统的集成化程度。

发明内容

本发明为了解决目前的制动系统结构复杂、控制难度大、集成化程度低、再生制动能量回收利用率低等问题，而提供一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统。

本发明包括壳体、空心电机、制动主缸、人力活塞、助力活塞、助力活塞推杆、滚珠丝杠副螺杆、滚珠丝杠副螺母、制动踏板推杆、液压控制单元HCU、电控单元ECU、踏板行程传感器；其中，空心电机和制动主缸分别设在壳体的后部，空心电机和制动主缸同轴设置；空心电机的定子固定在壳体上，转子通过传动机构与滚珠丝杠副螺母同轴连接，滚珠丝杠副螺母套设在滚珠丝杠副螺杆外部，形成滚珠丝杠副；制动主缸前部的主缸工作腔设有人力活塞和助力活塞，助力活塞内部设有通孔，人力活塞位于助力活塞内部的通孔中，与助力活塞形成间隙配合，在主缸工作腔建压；

助力活塞前端与助力活塞推杆同轴固连，滚珠丝杠副螺杆和助力活塞推杆内部均设有通孔，助力活塞推杆与滚珠丝杠副螺杆的通孔同轴固连；制动踏板推杆依次穿过壳体、滚珠丝杠副螺杆的通孔和助力活塞推杆的通孔，与制动主缸的人力活塞相连；

制动主缸的出液口通过液压管路与液压控制单元HCU相连；

电控单元ECU设在壳体上，踏板行程传感器设在制动踏板推杆上，并通过控制线路与电控单元ECU相连；空心电机和液压控制单元HCU也分别通过控制线路与电控单元ECU相连。

助力活塞推杆的通孔前端设有内凸缘；人力活塞前端设有轴肩，轴肩两侧分别套设有踏板感觉补偿弹簧，一侧的踏板感觉补偿弹簧位于人力活塞轴肩和助力活塞推杆的内凸缘之间，另一侧踏板感觉补偿弹簧位于人力活塞轴肩和助力活塞之间；设人力活塞上套设的两个踏板感觉补偿弹簧的刚度相同，均为K_C，设制动主缸液压腔内的液压回位弹簧、制动液以及制动管路中制动液的等效总刚度为K_p，则K_C和K_p满足如下关系：

其中A_assist为助力活塞的圆环形后端面面积，A_input为人力活塞的圆形后端面面积。

所述的制动踏板推杆与制动主缸的人力活塞之间通过人力活塞推杆相连，制动踏板推杆的后端与人力活塞推杆的前端固连，人力活塞推杆的前端设有凸缘，初始位置时人力活塞推杆前端的凸缘与壳体前部内壁抵接；助力活塞推杆前端设有外凸缘，外凸缘与制动主缸之间设有助力机构回位弹簧，助力机构回位弹簧套设在助力活塞外部；制动踏板推杆上套设有踏板推杆回位弹簧，踏板推杆回位弹簧一端固定在制动踏板推杆上，另一端固定在壳体前部。

制动主缸通过人力活塞、助力活塞、第一活塞和第二活塞分隔成前部的主缸工作腔和后部两个液压腔，两个液压腔内设有液压回位弹簧，两个液压腔分别通过液压管路与液压控制单元HCU的进液口相连，液压管路上分别设有常开电磁阀和液压力传感器，常开电磁阀和液压力传感器分别通过控制线路与电控单元ECU相连；所述的液压控制单元HCU的四个出液口分别通过液压管路与安装在车辆四个车轮上的盘式制动器轮缸的进液口相连。

空心电机的转子与滚珠丝杠副螺母之间的传动机构包括空心的太阳轮、数个行星轮以及设在壳体内壁上的齿轮圈，所述的太阳轮与空心电机的转子同轴固连，所述的行星轮一端通过行星轮轴枢接在滚珠丝杠副螺母上，数个行星轮均匀分布，每个行星轮同时与太阳轮和壳体内壁上的齿轮圈啮合，构成空心电机的转子与滚珠丝杠副螺母之间的减速增扭机构。

所述的滚珠丝杠副螺母通过一对圆锥滚子轴承支撑在壳体内；所述的空心电机的转子通过角接触球轴承支撑在壳体内。

制动主缸的主缸工作腔和后部两个液压腔的进液口分别与储液罐相连，在制动系统制动液流失时储液罐可向三个液压腔补液。

壳体前端面设有法兰盘，法兰盘上以轴线为中心线均匀的设有六个螺纹孔，便于安装在整车或试验台架上。

本发明的工作原理：

本发明所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，包括基础助力制动、再生制动介入制动、主动制动以及失效备份四种工作模式：

(1)基础助力制动模式工作原理：

驾驶员踩下制动踏板，推动制动踏板推杆和人力活塞推杆沿轴向向后运动，从而推动人力活塞。同时踏板行程传感器采集驾驶员的踏板行程信息，将踏板行程信息通过控制线路传递到电控单元ECU，电控单元ECU根据驾驶员的踏板行程分析驾驶员制动意图，判断此时应产生的电动助力，进而发出控制信号给空心电机。空心电机的转子旋转，带动与转子同轴固连的太阳轮旋转，进而驱动与之啮合的行星轮自转并公转，行星轮的公转运动带动与之相连的滚珠丝杠副螺母旋转，将旋转运动转化为滚珠丝杠副螺杆的直线运动。滚珠丝杠副螺杆带动助力活塞推杆沿轴线向后做直线运动，从而推动助力活塞，与人力活塞共同压缩制动主缸的主缸工作腔中的制动液，推动制动主缸第一活塞和第二活塞在后部液压腔建立制动压力，此时电控单元ECU控制两个常开电磁阀断电打开，从而制动主缸中的高压制动液可以流入液压控制单元HCU，从而进入各盘式制动器轮缸完成制动过程。驾驶员松开制动踏板，人力活塞、人力活塞推杆以及制动踏板推杆在踏板回位弹簧的作用下复位；助力活塞、助力活塞推杆、滚珠丝杠副螺杆在助力机构回位弹簧的作用下复位。

设人力活塞的圆形后端面面积为A_input，助力活塞的圆环形后端面面积为A_assist，则可得到这种情况下，本发明的一种具有新型耦合方式的电动助力制动系统的助力比n：

其中，P为制动主缸的主缸工作腔内的液压力。

(2)再生制动介入制动模式工作原理：

本发明可应用于电动汽车上以配合再生制动实现制动能量回收。

当驾驶员踏板行程较小即所需制动力较小时，电控单元ECU根据踏板行程传感器采集的驾驶员踏板行程信息，计算本次制动所需的总制动力，并根据此时的电动汽车动力电机和蓄电池等的工作状态，判断本次制动可完全由再生制动实现，此时电控单元ECU控制常开电磁阀通电关闭，因此制动主缸中的制动液不会进入到各盘式制动器轮缸，即不会产生液压制动力，车辆所需制动力完全由再生制动提供，从而最大限度的回收制动能量，提高电动汽车续航里程。

当驾驶员踏板行程较大即所需制动力较大时，车辆的总制动力将由再生制动力和液压制动力共同产生。这种情况下，驾驶员踩下制动踏板，电控单元ECU根据踏板行程传感器传递的踏板行程信息，判断本次制动所需的总制动力F，同时电控单元ECU根据此时的电动汽车动力电机和蓄电池等的工作状态，判断本次制动过程中动力电机所能提供的再生制动力F_R，从而得到本次制动所需提供的液压制动力F_H，则F_H＝F-F_R，电控单元ECU根据驾驶员踏板行程以及所需的液压制动力F_H，发出控制信号给空心电机，空心电机的转子旋转，进而由太阳轮、行星轮带动滚珠丝杠副螺母旋转，将旋转运动转化为滚珠丝杠副螺杆的直线运动。滚珠丝杠副螺杆推动助力活塞推杆沿轴线向后做直线运动，从而推动助力活塞，与人力活塞共同压缩制动主缸的主缸工作腔中的制动液，从而在制动主缸液压腔建立制动压力，此时电控单元ECU控制常开电磁阀断电打开，从而制动主缸中的高压制动液可以流入液压控制单元HCU，进入各制动器轮缸产生所需的液压制动力F_H，与再生制动一起完成制动过程。当车辆制动接近停驶时，再生制动退出，由液压制动力F_H完成剩余制动过程使车辆停驶。

(3)主动制动模式工作原理：

在驾驶员没有踩下制动踏板时，如果电控单元ECU通过其他车载传感器(如雷达、摄像头、测速传感器、测距传感器等)传递的信息判断此时需主动实施制动力或者其他控制装置(如紧急制动系统、自动驾驶系统等)发出主动制动请求时，制动系统即进入主动制动模式。

此时电控单元ECU接收各车载传感器等通过控制线路传递来的信息，计算此时车辆所需的主动制动力，进而发出控制信号给空心电机，使空心电机产生相应的转矩和转速，通过减速增扭机构和滚珠丝杠副传动，推动助力活塞压缩制动主缸的主缸工作腔中的制动液，进而在制动主缸液压腔中建立制动压力。此时，电控单元ECU控制常开电磁阀断电打开，制动主缸液压腔中的高压制动液可进入液压控制单元HCU进而进入各盘式制动器轮缸产生制动力矩。在进行主动增压时，人力活塞推杆前端的凸缘与前壳体的内壁抵接，因此人力活塞不会在液压力作用下运动，从而有效防止了对主动增压效果的影响。在主动制动模式下，如果电控单元ECU检测到驾驶员有踩下制动踏板的动作，则立即退出主动制动模式，转化为常规制动模式。

(4)失效备份模式工作原理：

本发明具有失效备份工作模式，当空心电机或某传动件出现故障，或者整个系统掉电失效时，系统可进入失效备份工作模式，此模式下驾驶员可通过踩下制动踏板，依靠机械和液压结构在制动主缸建压，为车辆提供足够的制动力，保证系统的安全性和可靠性。

若电控单元ECU检测到空心电机或某传动部件发生故障，则电控单元ECU立即对常开电磁阀断电，接通制动主缸液压腔通向液压控制单元HCU的液压管路。此时驾驶员踩下制动踏板，制动踏板推杆直接通过人力活塞推杆推动人力活塞压缩制动主缸的主缸工作腔中的制动液，从而推动制动主缸的第一活塞和第二活塞，将制动主缸液压腔中的制动液通过常开电磁阀推入液压控制单元HCU，进而进入各盘式制动器轮缸中产生制动力。由于初始状态下滚珠丝杠副螺杆前端面与前壳体内壁抵接，因此在制动主缸的主缸工作腔内的液压力升高后，使滚珠丝杠副螺杆前端面与前壳体内壁迅速抵接，助力活塞不发生位移，因此不影响失效备份的增压过程。而当整个系统掉电失效时，两常开电磁阀将自动掉电打开，仍可保证上述失效备份过程的正常进行。

踏板力补偿工作原理

再生制动介入制动模式中，相比于没有再生制动功能的汽车，在踏板行程相同即总制动力相同的情况下，所需的液压制动力F_H将减少，从而导致作用在驾驶员制动踏板上的反力将减少，为了补偿这部分踏板反力减少量，本发明所述设置了踏板感觉补偿弹簧，两弹簧刚度相同，均为K_C，设制动主缸的两回位弹簧、液压腔内制动液以及制动管路中制动液的等效总刚度为K_p，则为了补偿由于再生制动参与而减小的液压反力，K_C和K_p应满足一定的关系。

参阅图9，由于再生制动介入，电控单元ECU通过控制空心电机减少液压制动力F_H，即空心电机驱动助力活塞的运动行程将减小，设助力活塞运动行程的减小量为ΔS_assist，相应的制动主缸活塞的运动行程将减小ΔS_output：

则制动系统的液压反力减小量ΔF_H为：

则作用在人力活塞上的踏板反力减少量ΔF_Hinput为：

因此为了保证驾驶员获得和无再生制动介入时相同的踏板感觉，通过设置踏板感觉补偿弹簧对ΔF_Hinput进行补偿。由于助力活塞的运动行程减小了ΔS_assist，则相比于无再生制动介入的情况，人力活塞和助力活塞之间的行程差即为ΔS_assist。这段行程差使后侧踏板感觉补偿弹簧被压缩ΔS_assist，前测踏板感觉补偿弹簧被拉伸ΔS_assist，因此两弹簧弹性反力的合力F_C为：

F_C＝F_C1+F_C2＝K_CΔS_assist+K_CΔS_assist＝2K_CΔS_assist

且参阅图9可知，F_C的方向与液压反力的方向相同，因此为了补偿由于再生制动介入导致的人力活塞上的液压反力减小量ΔF_Hinput，需令ΔF_Hinput与F_C相等，即：

ΔF_Hinput＝F_C

则可得踏板感觉模拟弹簧刚度K_C和K_p的关系：

因此，通过合理设计和选取踏板感觉模拟弹簧刚度，可以不使用踏板感觉模拟器，在再生制动介入时，使驾驶员获得和纯液压制动完全相同的踏板感觉。

本发明的有益效果：

本发明采用了一种新型的液压耦合方式，取消了反应盘结构，使整个制动系统的控制算法得到了简化，便于控制。在再生制动介入需要进行踏板解耦时，通过机械结构即可实现踏板力补偿，不需要额外设置踏板感觉模拟器，使系统结构更加紧凑。除制动主缸外，不需要额外设置其他用于解耦的液压缸，降低了系统开发成本，并进一步简化了系统结构，便于在整车上布置。不需要额外设置电磁阀进行踏板解耦和失效备份，降低了电控单元ECU对整个系统的控制难度，降低了算法开发成本，工作更加可靠。驾驶员的制动踏板力和制动助力通过液压方式耦合，与助力电机共同推动主缸建压，能够充分利用驾驶员踏板力，对于电机性能要求降低，降低了控制电流。能够通过控制助力电机不断调节液压制动力以配合再生制动，充分发挥电动汽车的再生制动能力，提高电动汽车续航里程。能够实现线控化的主动制动，响应速度快，压力控制精确，具备作为智能驾驶辅助系统底层执行器的能力。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明局部结构示意图。

图3为本发明人力活塞结构示意图。

图4为本发明助力活塞结构示意图一。

图5为本发明助力活塞结构示意图二。

图6为本发明助力活塞推杆结构示意图一。

图7为本发明助力活塞推杆结构示意图二。

图8为本发明人力活塞推杆结构示意图。

图9为本发明的踏板力补偿原理示意图。

1、壳体 2、空心电机 3、制动主缸 4、人力活塞 5、助力活塞

6、助力活塞推杆 7、滚珠丝杠副螺杆 8、滚珠丝杠副螺母

9、制动踏板推杆 10、液压控制单元HCU 11、电控单元ECU

12、踏板行程传感器 13、主缸工作腔 14、人力活塞推杆

15、定子 16、转子 17、第一活塞 18、第二活塞 19、液压腔

20、液压回位弹簧 21、常开电磁阀 22、液压力传感器

23、盘式制动器轮缸 24、踏板感觉补偿弹簧 25、助力机构回位弹簧

26、踏板推杆回位弹簧 27、太阳轮 28、行星轮 29、齿轮圈

30、行星轮轴 31、圆锥滚子轴承 32、角接触球轴承 33、轴承定位块

34、储液罐 35、法兰盘。

具体实施方式

请参阅图1至图9所示：

本发明包括壳体1、空心电机2、制动主缸3、人力活塞4、助力活塞5、助力活塞推杆6、滚珠丝杠副螺杆7、滚珠丝杠副螺母8、制动踏板推杆9、液压控制单元HCU10、电控单元ECU11、踏板行程传感器12；其中，空心电机2和制动主缸3分别设在壳体1的后部，空心电机2和制动主缸3同轴设置；制动主缸3前部的主缸工作腔13设有人力活塞4和助力活塞5，助力活塞5内部设有通孔，人力活塞4位于助力活塞5内部的通孔中，与助力活塞5形成间隙配合，在主缸工作腔13建压；

助力活塞5前端设有大内经通孔，与助力活塞推杆6过盈配合，同轴固连，滚珠丝杠副螺杆7和助力活塞推杆6内部均设有通孔，助力活塞推杆6与滚珠丝杠副螺杆7通孔过盈配合，同轴固连；制动踏板推杆9设在壳体1外部，人力活塞推杆14设在壳体内部，制动踏板推杆9的后端穿过壳体1与人力活塞推杆14的前端螺接固连，人力活塞推杆14的前端设有凸缘，初始位置时人力活塞推杆14前端的凸缘与壳体1前部内壁抵接，人力活塞推杆14依次穿过滚珠丝杠副螺杆7的通孔和助力活塞推杆6的通孔，与制动主缸3的人力活塞4固连；

空心电机2的定子15固定在壳体1上，转子16通过传动机构与滚珠丝杠副螺母8同轴连接，滚珠丝杠副螺母8套设在滚珠丝杠副螺杆7外部，形成滚珠丝杠副，将滚珠丝杠副螺母8的旋转运动转化成滚珠丝杠副螺杆7的直线运动；

电控单元ECU11设在壳体1上，踏板行程传感器12设在制动踏板推杆9上，并通过控制线路与电控单元ECU11相连，电控单元ECU11接收踏板行程传感器12的数据信息；空心电机2和液压控制单元HCU10也分别通过控制线路与电控单元ECU11相连，电控单元ECU11控制空心电机2的启停及转速和转矩，接收液压控制单元HCU10的数据信息。

制动主缸3通过人力活塞4、助力活塞5、第一活塞17和第二活塞18分隔成前部的主缸工作腔13和后部两个液压腔19，两个液压腔19内设有液压回位弹簧20，两个液压腔19的出液口分别通过液压管路与液压控制单元HCU10的进液口相连，液压管路上分别设有常开电磁阀21和液压力传感器22，常开电磁阀21和液压力传感器22分别通过控制线路与电控单元ECU11相连，电控单元ECU11控制常开电磁阀21的接通和断开，接收液压力传感器22检测液压管路液压力的数据信息；所述的液压控制单元HCU10的四个出液口分别通过液压管路与安装在车辆四个车轮上的盘式制动器轮缸23的进液口相连。

助力活塞推杆6的通孔设有内凸缘；人力活塞4前端设有轴肩，轴肩两侧分别套设有踏板感觉补偿弹簧24，一侧的踏板感觉补偿弹簧24位于人力活塞4轴肩和助力活塞推杆6的内凸缘之间，另一侧踏板感觉补偿弹簧24位于人力活塞4轴肩和助力活塞5小内经通孔之间；设人力活塞4上套设的两个踏板感觉补偿弹簧24的刚度相同，均为K_C，设制动主缸液压腔19内的液压回位弹簧20、制动液以及制动管路中制动液的等效总刚度为K_p，则K_C和K_p满足如下关系：

其中A_assist为助力活塞5的圆环形后端面面积，A_input为人力活塞4的圆形后端面面积。

助力活塞推杆6前端设有外凸缘，外凸缘与制动主缸3之间设有助力机构回位弹簧25，助力机构回位弹簧25套设在助力活塞5外部；制动踏板推杆9上套设有踏板推杆回位弹簧26，踏板推杆回位弹簧26一端固定在制动踏板推杆9上，另一端固定在壳体1前部。

空心电机2的转子16与滚珠丝杠副螺母8之间的传动机构包括空心的太阳轮27、四个行星轮28以及设在壳体1内壁上的齿轮圈29，所述的太阳轮27与空心电机2的转子16同轴固连，所述的行星轮28一端通过行星轮轴30枢接在滚珠丝杠副螺母8上，四个行星轮28均匀分布，每个行星轮28同时与太阳轮27和壳体1内壁上的齿轮圈29啮合，构成空心电机2的转子16与滚珠丝杠副螺母8之间的减速增扭机构，每个行星轮28绕太阳轮27公转的同时绕自身的行星轮轴30自转，带动滚珠丝杠副螺母8旋转。

所述的滚珠丝杠副螺母8通过一对圆锥滚子轴承31支撑在壳体1内；所述的空心电机2的转子16通过角接触球轴承32支撑在壳体1内，角接触球轴承32由轴承定位块33定位。

制动主缸3的主缸工作腔13和后部两个液压腔19的进液口分别与储液罐34相连，在制动系统制动液流失时储液罐34可向制动主缸3腔内补液。

壳体1前端面设有法兰盘35，法兰盘35上以轴线为中心线均匀的设有六个螺纹孔，便于安装在整车或试验台架上。

本发明的工作原理：

本发明所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，包括基础助力制动、再生制动介入制动、主动制动以及失效备份四种工作模式：

(1)基础助力制动模式工作原理：

驾驶员踩下制动踏板，推动制动踏板推杆9和人力活塞推杆14沿轴向向后运动，从而推动人力活塞4。同时踏板行程传感器12采集驾驶员的踏板行程信息，将踏板行程信息通过控制线路传递到电控单元ECU11，电控单元ECU11根据驾驶员的踏板行程分析驾驶员制动意图，判断此时应产生的电动助力，进而发出控制信号给空心电机2。空心电机2的转子16旋转，带动与转子16同轴固连的太阳轮27旋转，进而驱动与之啮合的行星轮28自转并公转，行星轮28的公转运动带动与之相连的滚珠丝杠副螺母8旋转，将旋转运动转化为滚珠丝杠副螺杆7的直线运动。滚珠丝杠副螺杆7带动助力活塞推杆6沿轴线向后做直线运动，从而推动助力活塞5，与人力活塞4共同压缩制动主缸3的主缸工作腔13中的制动液，推动制动主缸3第一活塞17和第二活塞18在后部液压腔19建立制动压力，此时电控单元ECU11控制两个常开电磁阀21断电打开，从而制动主缸3中的高压制动液可以流入液压控制单元HCU10，从而进入各盘式制动器轮缸23完成制动过程。驾驶员松开制动踏板，人力活塞4、人力活塞推杆14以及制动踏板推杆9在踏板推杆回位弹簧26的作用下复位；助力活塞5、助力活塞推杆6、滚珠丝杠副螺杆7在助力机构回位弹簧25的作用下复位。

设人力活塞4的圆形后端面面积为A_input，助力活塞5的圆环形后端面面积为A_assist，则可得到这种情况下，本发明的一种具有新型耦合方式的电动助力制动系统的助力比n：

其中，P为制动主缸3的主缸工作腔13内的液压力。

(2)再生制动介入制动模式工作原理：

本发明可应用于电动汽车上以配合再生制动实现制动能量回收。

当驾驶员踏板行程较小即所需制动力较小时，电控单元ECU11根据踏板行程传感器12采集的驾驶员踏板行程信息，计算本次制动所需的总制动力，并根据此时的电动汽车动力电机和蓄电池等的工作状态，判断本次制动可完全由再生制动实现，此时电控单元ECU11控制常开电磁阀21通电关闭，因此制动主缸3中的制动液不会进入到各盘式制动器轮缸23，即不会产生液压制动力，车辆所需制动力完全由再生制动提供，从而最大限度的回收制动能量，提高电动汽车续航里程。

当驾驶员踏板行程较大即所需制动力较大时，车辆的总制动力将由再生制动力和液压制动力共同产生。这种情况下，驾驶员踩下制动踏板，电控单元ECU11根据踏板行程传感器12传递的踏板行程信息，判断本次制动所需的总制动力F，同时电控单元ECU11根据此时的电动汽车动力电机和蓄电池等的工作状态，判断本次制动过程中动力电机所能提供的再生制动力F_R，从而得到本次制动所需提供的液压制动力F_H，则F_H＝F-F_R，电控单元ECU11根据驾驶员踏板行程以及所需的液压制动力F_H，发出控制信号给空心电机2，空心电机2的转子16旋转，进而由太阳轮27、行星轮28带动滚珠丝杠副螺母8旋转，将旋转运动转化为滚珠丝杠副螺杆7的直线运动。滚珠丝杠副螺杆7推动助力活塞推杆6沿轴线向后做直线运动，从而推动助力活塞5，与人力活塞4共同压缩制动主缸3的主缸工作腔13中的制动液，从而在制动主缸3液压腔19建立制动压力，此时电控单元ECU11控制常开电磁阀21断电打开，从而制动主缸3中的高压制动液可以流入液压控制单元HCU10，进入各制动器轮缸产生所需的液压制动力F_H，与再生制动一起完成制动过程。当车辆制动接近停驶时，再生制动退出，由液压制动力F_H完成剩余制动过程使车辆停驶。

(3)主动制动模式工作原理：

在驾驶员没有踩下制动踏板时，如果电控单元ECU11通过其他车载传感器(如雷达、摄像头、测速传感器、测距传感器等)传递的信息判断此时需主动实施制动力或者其他控制装置(如紧急制动系统、自动驾驶系统等)发出主动制动请求时，制动系统即进入主动制动模式。

此时电控单元ECU11接收各车载传感器等通过控制线路传递来的信息，计算此时车辆所需的主动制动力，进而发出控制信号给空心电机2，使空心电机2产生相应的转矩和转速，通过减速增扭机构和滚珠丝杠副传动，推动助力活塞5压缩制动主缸3的主缸工作腔13中的制动液，进而在制动主缸3液压腔19中建立制动压力。此时，电控单元ECU11控制常开电磁阀21断电打开，制动主缸3液压腔19中的高压制动液可进入液压控制单元HCU10进而进入各盘式制动器轮缸23产生制动力矩。在进行主动增压时，人力活塞推杆14前端的凸缘与前壳体的内壁抵接，因此人力活塞4不会在液压力作用下运动，从而有效防止了对主动增压效果的影响。在主动制动模式下，如果电控单元ECU11检测到驾驶员有踩下制动踏板的动作，则立即退出主动制动模式，转化为常规制动模式。

(4)失效备份模式工作原理：

本发明具有失效备份工作模式，当空心电机2或某传动件出现故障，或者整个系统掉电失效时，系统可进入失效备份工作模式，此模式下驾驶员可通过踩下制动踏板，依靠机械和液压结构在制动主缸3建压，为车辆提供足够的制动力，保证系统的安全性和可靠性。

若电控单元ECU11检测到空心电机2或某传动部件发生故障，则电控单元ECU11立即对常开电磁阀21断电，接通制动主缸3液压腔19通向液压控制单元HCU10的液压管路。此时驾驶员踩下制动踏板，制动踏板推杆9直接通过人力活塞推杆14推动人力活塞4压缩制动主缸3的主缸工作腔13中的制动液，从而推动制动主缸3的第一活塞17和第二活塞18，将制动主缸3液压腔19中的制动液通过常开电磁阀21推入液压控制单元HCU10，进而进入各盘式制动器轮缸23中产生制动力。由于初始状态下滚珠丝杠副螺杆7前端面与前壳体内壁抵接，因此在制动主缸3的主缸工作腔13内的液压力升高后，使滚珠丝杠副螺杆7前端面与前壳体内壁迅速抵接，助力活塞5不发生位移，因此不影响失效备份的增压过程。而当整个系统掉电失效时，两常开电磁阀21将自动掉电打开，仍可保证上述失效备份过程的正常进行。

Claims (7)

1.一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统，其特征在于：包括壳体、空心电机、制动主缸、人力活塞、助力活塞、助力活塞推杆、滚珠丝杠副螺杆、滚珠丝杠副螺母、制动踏板推杆、液压控制单元HCU、电控单元ECU、踏板行程传感器；其中，空心电机和制动主缸分别设在壳体的后部，空心电机和制动主缸同轴设置；空心电机的定子固定在壳体上，转子通过传动机构与滚珠丝杠副螺母同轴连接，滚珠丝杠副螺母套设在滚珠丝杠副螺杆外部，形成滚珠丝杠副；制动主缸前部的主缸工作腔设有人力活塞和助力活塞，助力活塞内部设有通孔，人力活塞位于助力活塞内部的通孔中，与助力活塞形成间隙配合，在主缸工作腔建压；

助力活塞前端与助力活塞推杆同轴固连，滚珠丝杠副螺杆和助力活塞推杆内部均设有通孔，助力活塞推杆与滚珠丝杠副螺杆的通孔同轴固连；制动踏板推杆依次穿过壳体、滚珠丝杠副螺杆的通孔和助力活塞推杆的通孔，与制动主缸的人力活塞相连；

制动主缸的出液口通过液压管路与液压控制单元HCU相连；

电控单元ECU设在壳体上，踏板行程传感器设在制动踏板推杆上，并通过控制线路与电控单元ECU相连；空心电机和液压控制单元HCU也分别通过控制线路与电控单元ECU相连。

2.根据权利要求1所述的一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统，其特征在于：助力活塞推杆的通孔设有内凸缘；人力活塞前端设有轴肩，轴肩两侧分别套设有踏板感觉补偿弹簧，一侧的踏板感觉补偿弹簧位于人力活塞轴肩和助力活塞推杆的内凸缘之间，另一侧踏板感觉补偿弹簧位于人力活塞轴肩和助力活塞之间；设人力活塞上套设的两个踏板感觉补偿弹簧的刚度相同，均为K_C，设制动主缸液压腔内的液压回位弹簧、制动液以及制动管路中制动液的等效总刚度为K_p，则K_C和K_p满足如下关系：

其中A_assist为助力活塞的圆环形后端面面积，A_input为人力活塞的圆形后端面面积。

3.根据权利要求2所述的一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统，其特征在于：所述的制动踏板推杆与制动主缸的人力活塞之间通过人力活塞推杆相连，制动踏板推杆的后端与人力活塞推杆的前端固连，人力活塞推杆的前端设有凸缘，初始位置时人力活塞推杆前端的凸缘与壳体前部内壁抵接；助力活塞推杆前端设有外凸缘，外凸缘与制动主缸之间设有助力机构回位弹簧，助力机构回位弹簧套设在助力活塞外部；制动踏板推杆上套设有踏板推杆回位弹簧，踏板推杆回位弹簧一端固定在制动踏板推杆上，另一端固定在壳体前部。

4.根据权利要求1所述的一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统，其特征在于：制动主缸通过人力活塞、助力活塞、第一活塞和第二活塞分隔成前部的主缸工作腔和后部两个液压腔，两个液压腔内设有液压回位弹簧，两个液压腔分别通过液压管路与液压控制单元HCU的进液口相连，液压管路上分别设有常开电磁阀和液压力传感器，常开电磁阀和液压力传感器分别通过控制线路与电控单元ECU相连；所述的液压控制单元HCU的四个出液口分别通过液压管路与安装在车辆四个车轮上的盘式制动器轮缸的进液口相连。

5.根据权利要求1所述的一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统，其特征在于：空心电机的转子与滚珠丝杠副螺母之间的传动机构包括空心的太阳轮、数个行星轮以及设在壳体内壁上的齿轮圈，所述的太阳轮与空心电机的转子同轴固连，所述的行星轮一端通过行星轮轴枢接在滚珠丝杠副螺母上，数个行星轮均匀分布，每个行星轮同时与太阳轮和壳体内壁上的齿轮圈啮合，构成空心电机的转子与滚珠丝杠副螺母之间的减速增扭机构。

6.根据权利要求5所述的一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统，其特征在于：所述的滚珠丝杠副螺母通过一对圆锥滚子轴承支撑在壳体内；所述的空心电机的转子通过角接触球轴承支撑在壳体内。

7.根据权利要求1所述的一种具有新型耦合方式的集成式电动助力制动系统，其特征在于：壳体前端面设有法兰盘，法兰盘上以轴线为中心线均匀的设有六个螺纹孔，能够安装在整车或试验台架上。