CN109849885B - 电动助力制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动助力制动系统，其包括：助力器外壳体；助力套筒设置在所述助力器外壳体内；制动踏板推杆的一端穿入所述助力器外壳体的一端内部，与所述助力体推杆的一端铰接；所述助力体推杆安装在所述助力套筒的一端，且能够沿所述助力套筒内移动；运动转换机构安装在所述助力体推杆的外部，所述运动转换机构与电机连接，用于实现电机的转动到平动。本发明电动助力制动系统通过齿轮减速机构实现电机的转动到平动，再通过中空滚珠丝杠机构，实现传动目标。通过减少小齿轮齿数、增加大齿轮齿数，实现齿轮啮合频率的降低，同时降低滚珠丝杠的线速度，改善NVH性能。

Description

电动助力制动系统

技术领域

本发明涉及汽车制动系统领域，特别涉及一种电动助力制动系统。

背景技术

随着电动汽车和智能汽车的发展，对制动系统提出了新的要求，如能够自主产生需要的制动力(主动制动)，能够实现制动能量回收功能，以及能够匹配底盘主动安全系统的功能。例如，制动防抱死系统(ABS，Anti-lock Braking System)、驱动防滑控制(ASR，Acceleration Skid control system)、车辆稳定性控制系统(ESC，Electronic Stabilitycontroller)及自适应巡航控制(ACC，Adaptive Cruise Control)等。

传统的液压制动系统采用的是真空助力器和主缸、轮缸系统。其中，真空助力器需要通过发动机抽取真空度。然而，电动汽车取消了传统的发动机结构，采用电动机作为驱动装置，这就使得传统液压制动的真空助力器失去了功能。同时，由于电动汽车再生制动功能需求，要求在制动能量回收控制过程中，尽量采用电机反拖产生的再生制动力，并同时不希望驾驶员通过踩踏板而促动轮缸夹紧制动盘产生的摩擦制动力参与制动过程，这就需要制动系统能实现摩擦制动力和再生制动力的解耦。

近年来，很多电动汽车采用真空泵代替发动机抽取真空助力器的真空度，来保证制动系统的助力功能。然而，真空泵方案为了保证真空度需要电机阶段性的工作，即在驾驶员不制动的工况下，电机也需要工作。而且，该系统在连续制动时，制动压力会逐渐衰减，可能带来安全隐患。该系统无法实现助力比可调，以及主动制动等功能，也不能和底盘其他控制系统集成，存在着一定的局限性。同时，真空泵和储气罐的体积较大，不利于节省空间。

目前的电动助力制动专利，例如日产的E-ACT系列产品，其采用空心电机作为动力源，采用滚珠丝杠作为传动机构，促动制动主缸产生制动力。此种方案，由于空心电机的尺寸较大，因此使得系统的体积和质量都非常庞大，而且其结构复杂，不利于汽车的轻量化及节能。另外一种，如博世推出的ibooster系列产品，其采用蜗轮蜗杆和齿轮齿条作为传动机构，此种方案，传动的效率较低，对电机的性能要求较高，也不利于成本节约和汽车的节能。

诸如专利CN104118416A提出的制动系统，采用空心电机加滚珠丝杠的传动方式直接将电机的转动转换为丝杠的平动，中间缺少减速增扭机构，从而增加了对电机扭矩的需求，导致电机的尺寸过大。整个系统没有回位弹簧，当助力解除时，丝杠和推杆都没有办法回到原始位置，每次踩踏板推杆的位置不同会带来脚感的突变，且无法精确控制。此系统的踏板推杆的球形凹槽距离推杆和踏板的链接处太远，会导致驾驶员踩制动踏板的力在密封圈处产生过大的偏转力，阻碍机构运动。

诸如专利CN104709096A所示系统，采用单侧齿轮齿条系统作为运动转换机构，会产生一定的偏转力，从而在电机电流增大的情况下会产生较大的阻力，容易导致机构卡死。人力和电机力是直接耦合在齿条上的，因此电机失效时，人力需要克服电机的反拖力矩，导致备份制动力不足。

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制动系统容易造成安全隐患的缺陷，提供一种电动助力制动系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种电动助力制动系统，其特点在于，所述电动助力制动系统包括：

助力器外壳体；

助力套筒，所述助力套筒设置在所述助力器外壳体内；

制动踏板推杆和助力体推杆，所述制动踏板推杆的一端穿入所述助力器外壳体的一端内部，与所述助力体推杆的一端铰接；所述助力体推杆安装在所述助力套筒的一端，且能够沿所述助力套筒内移动；

运动转换机构，所述运动转换机构安装在所述助力体推杆的外部，所述运动转换机构与电机连接，用于实现电机的转动到平动。

根据本发明的一个实施例，所述运动转换机构包括齿轮减速机构和中空滚珠丝杠机构，所述中空滚珠丝杠机构和所述齿轮减速机构依次安装在所述助力体推杆的外部。

根据本发明的一个实施例，所述中空滚珠丝杠机构包括滚珠丝杠、第一回位弹簧和轴承，所述齿轮减速机构包括大齿轮和小齿轮；所述助力体推杆和所述第一回位弹簧装配后安装至所述滚珠丝杠内；

所述轴承设置在所述滚珠丝杠的螺母一端，所述大齿轮与所述滚珠丝杠的螺母连为一体，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述小齿轮与所述电机的输出轴连接。

根据本发明的一个实施例，所述滚珠丝杠为中空式。

根据本发明的一个实施例，所述助力体推杆的另一端上安装有踏板行程传感器铁芯。

根据本发明的一个实施例，所述助力器外壳体的前端盖的外表面上安装有踏板行程传感器感应线圈，且所述踏板行程传感器感应线圈和所述踏板行程传感器铁芯平行。

根据本发明的一个实施例，所述助力套筒内安装有反应盘和调节块，所述反应盘的内圈和所述调节块接触，所述反应盘的外圈和所述助力套筒的阶梯状凸起接触。

根据本发明的一个实施例，所述调节块的一端设置在所述助力套筒内，并与所述反应盘之间具有一间隙S；所述助力体推杆和所述助力套筒之间存在一间隙X；所述间隙X的值大于所述间隙S的值。

根据本发明的一个实施例，所述助力套筒的另一端安装有主缸顶杆，所述主缸顶杆的一端部设有回位弹簧座，所述回位弹簧座上设置有第二回位弹簧；

所述第二回位弹簧的一端安装在所述回位弹簧座上，另一端安装在所述助力器外壳体的前端盖上。

根据本发明的一个实施例，所述反应盘与所述主缸顶杆接触，所述主缸顶杆的另一端部连接一制动主缸的活塞，所述制动主缸连接储液罐。

本发明的积极进步效果在于：

本发明电动助力制动系统具有诸多优势：

一、本发明电动助力制动系统传动机构间的安装结构采用单轴承结构，有利于产品轻量化和降低成本。电机与壳体前端盖采用一体化安装，减少了电机与壳体前端盖之间的装配环节，保证了传动精度，并且有利于降低成本；

二、本发明电动助力制动系统将传感器感应线圈布置在发动机舱一侧，该布置方式为传感器设计提供更大的空间，有利于提高传感器精度，进而提升产品性能。

三、本发明电动助力制动系统通过齿轮减速机构实现电机的转动到平动，再通过中空滚珠丝杠机构，实现传动目标。通过减少小齿轮齿数、增加大齿轮齿数，实现齿轮啮合频率的降低，同时降低滚珠丝杠的线速度，改善NVH性能。通过减小滚珠丝杠的中径，降低滚珠丝杠产生的摩擦，有利于改善NVH性能。

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为本发明电动助力制动系统的结构示意图。

图2为本发明电动助力制动系统的控制原理图。

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。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图1为本发明电动助力制动系统的结构示意图。图2为本发明电动助力制动系统的控制原理图。

如图1和图2所示，本发明公开了一种电动助力制动系统，其包括：助力器外壳体10、助力套筒20、制动踏板推杆30、助力体推杆40和运动转换机构。其中，助力套筒20设置在助力器外壳体10内。制动踏板推杆30的一端穿入助力器外壳体10的一端内部，与助力体推杆40的一端铰接。助力体推杆40安装在助力套筒20的一端，且能够沿助力套筒20内移动，即通过限位机构保证其在助力套筒20内可一定位移运动。所述运动转换机构安装在助力体推杆40的外部，所述运动转换机构与电机50连接，用于实现电机50的转动到平动。

优选地，所述运动转换机构包括齿轮减速机构和中空滚珠丝杠机构，所述中空滚珠丝杠机构和所述齿轮减速机构依次安装在助力体推杆40的外部。所述中空滚珠丝杠机构包括滚珠丝杠60、第一回位弹簧61和轴承62，所述齿轮减速机构包括大齿轮70和小齿轮71。助力体推杆40和第一回位弹簧61装配后安装至滚珠丝杠60内，使得第一回位弹簧61安装在助力套筒20和助力体推杆40之间。轴承62设置在滚珠丝杠60的螺母一端，大齿轮70与滚珠丝杠60的螺母连为一体，小齿轮71与大齿轮70啮合，小齿轮71与电机50的输出轴端的电机轴承51连接。滚珠丝杠60优选为中空式。

进一步优选地，在助力体推杆40的另一端上安装有踏板行程传感器铁芯41。助力器外壳体10的前端盖13的外表面上安装有踏板行程传感器感应线圈12，且踏板行程传感器感应线圈12和踏板行程传感器铁芯41平行。踏板行程传感器铁芯41和踏板行程传感器感应线圈12均位于发动舱内。

更进一步地，助力套筒20内安装有反应盘21和调节块22，此处的反应盘21优选为橡胶材质，将反应盘21的内圈和调节块22接触，反应盘21的外圈和助力套筒20的阶梯状凸起接触。其中，调节块22的一端设置在助力套筒20内，并与反应盘21之间具有一间隙S。助力体推杆40和助力套筒20之间存在一间隙X。所述间隙X的值大于所述间隙S的值。

助力套筒20的另一端安装有主缸顶杆23，主缸顶杆23的一端部设有回位弹簧座24，在回位弹簧座24上设置有第二回位弹簧25。第二回位弹簧25的一端安装在回位弹簧座24上，另一端安装在助力器外壳体10的前端盖13上。反应盘21与主缸顶杆23接触，将主缸顶杆23的另一端部连接一制动主缸80的活塞，制动主缸80连接储液罐81。踏板行程传感器感应线圈12和电机50均通过线束与电子控制单元90相连。

根据上述结构描述，本发明电动助力制动系统的具体工作过程如下：当驾驶员踩下制动踏板时，踏板力传递到制动踏板推杆30上，制动踏板推杆30会推动助力体推杆40向前运动，助力体推杆40会带动踏板行程传感器铁芯41运动，踏板行程传感器铁芯41运动会在踏板行程传感器感应线圈12上产生感应信号。助力体推杆40克服间隙S后将力施加到反应盘21上，此时反应盘发生形变，内圈由于助力体推杆40的施加的力发生凹陷从而产生一个形变量S1，ECU(电子控制单元)90通过踏板行程传感器感应线圈12的信号测量内圈的形变量S1。为了弥补反应盘21的凹陷形变量，ECU(电子控制单元)90控制电机50通过小齿轮71带动大齿轮70转动从而带动滚珠丝杠60的螺母转动并使得滚珠丝杠60的丝杠平动，滚珠丝杠60带动助力套筒20前进，从而使得助力套筒20的阶梯状凸起和反应盘21的外圈接触，使得反应盘21的外圈边缘受力，从而弥补反应盘21内圈的凹陷形变量S1。同时ECU(电子控制单元)90通过电机50自带的霍尔传感器间接测量反应盘外圈的形变量S2，并根据下列公式得到电机的控制量X1：X1＝S1-S2，控制目标使得X1的值趋近于零，也就是使得反应盘的形变消失。

这样驾驶员踩踏板的力使得反应盘21的内圈产生形变，ECU(电子控制单元)90再通过控制电机50工作弥补这一形变，反复重复此过程，施加在助力体推杆40上的人力和施加在助力套筒20上的电机力在反应盘21处叠加，使得反应盘21的内、外圈形变平衡，宏观上反应盘21没有产生形变，并在电机力和人力的共同作用下推动主缸顶杆23前进，从而促动主缸产生制动力，实现了电动助力制动功能，此时电动助力器的助力比为反应盘21内圈和外圈的面积比。

当驾驶员松开制动踏板时，制动踏板推杆30会带动助力体推杆40向后运动，并带动踏板行程传感器铁芯41向后运动，助力体推杆40施加在反应盘21上的人力逐渐减少。此时，反应盘21的内、外圈受力平衡被打破，反应盘21的内圈发生凸变，其变形量为S2，ECU(电子控制单元)90通过踏板行程传感器的铁芯41和感应线圈12之间的感应信号测量反应盘21内圈的形变量S2，并控制电机50通过小齿轮71带动大齿轮70转动从而带动滚珠丝杠60的螺母转动并使得滚珠丝杠60的丝杠平动，滚珠丝杠60带动助力套筒20后退，从而减少助力套筒20的阶梯状凸起和反应盘21的外圈接触的力，弥补反应盘21内圈的凸变的形变量S1。同时ECU(电子控制单元)90通过电机50自带的霍尔传感器间接测量反应盘外圈的形变量S2，并根据下列公式得到电机的控制量X1：X1＝S2-S1，控制目标使得X1的值也趋近于零，也就是使得反应盘的形变消失。

反复重复此过程，使得反应盘21的内、外圈形变保持平衡，宏观上反应盘没有产生形变，和助力体推杆40以及助力套筒20共同后退。当助力体推杆40后退到和反应盘21不再接触时，电机50不再工作。此时，主缸的液压力和第二回位弹簧25的回位力共同作用使得电机50、反应盘21、主缸顶杆23和助力套筒20回到初始位置。同时，第一回位弹簧61使得制动踏板推杆30和助力体推杆40回到初始位置。

当电动助力制动系统的电子控制单元、电机、电源或传感器发生故障时，驾驶员踩踏板的力传递到制动踏板推杆30上，制动踏板推杆30会推动助力体推杆40前进，助力体推杆40克服间隙S后将力施加到反应盘21上。此时反应盘21的内圈发生形变，当助力体推杆40继续前进克服间隙X后，助力体推杆40外板和助力套筒20接触，从而施加力于反应盘21的外圈。从而整体推动反应盘21前进从而推动主缸顶杆23，并促动主缸产生制动力。此过程电机50不工作，仅仅通过人力产生部分制动力，满足应急制动法规需求。

综上所述，本发明电动助力制动系统传动机构间的安装结构采用单轴承结构，有利于产品轻量化和降低成本。电机与壳体前端盖采用一体化安装，减少了电机与壳体前端盖之间的装配环节，保证了传动精度，并且有利于降低成本；

本发明电动助力制动系统将传感器感应线圈布置在发动机舱一侧，该布置方式为传感器设计提供更大的空间，有利于提高传感器精度，进而提升产品性能。

本发明电动助力制动系统通过齿轮减速机构实现电机的转动到平动，再通过中空滚珠丝杠机构，实现传动目标。通过减少小齿轮齿数、增加大齿轮齿数，实现齿轮啮合频率的降低，同时降低滚珠丝杠的线速度，改善NVH性能。通过减小滚珠丝杠的中径，降低滚珠丝杠产生的摩擦，有利于改善NVH性能。

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 (8)

1.一种电动助力制动系统，其特征在于，所述电动助力制动系统包括：

助力器外壳体；

助力套筒，所述助力套筒设置在所述助力器外壳体内；

制动踏板推杆和助力体推杆，所述制动踏板推杆的一端穿入所述助力器外壳体的一端内部，与所述助力体推杆的一端铰接；所述助力体推杆安装在所述助力套筒的一端，且能够沿所述助力套筒内移动；

运动转换机构，所述运动转换机构安装在所述助力体推杆的外部，所述运动转换机构与电机连接，用于实现电机的转动到平动；

所述助力体推杆的另一端上安装有踏板行程传感器铁芯；所述助力器外壳体的前端盖的外表面上安装有踏板行程传感器感应线圈，且所述踏板行程传感器感应线圈和所述踏板行程传感器铁芯平行。

2.如权利要求1所述的电动助力制动系统，其特征在于，所述运动转换机构包括齿轮减速机构和中空滚珠丝杠机构，所述中空滚珠丝杠机构和所述齿轮减速机构依次安装在所述助力体推杆的外部。

3.如权利要求2所述的电动助力制动系统，其特征在于，所述中空滚珠丝杠机构包括滚珠丝杠、第一回位弹簧和轴承，所述齿轮减速机构包括大齿轮和小齿轮；所述助力体推杆和所述第一回位弹簧装配后安装至所述滚珠丝杠内；

所述轴承设置在所述滚珠丝杠的螺母一端，所述大齿轮与所述滚珠丝杠的螺母连为一体，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述小齿轮与所述电机的输出轴连接。

4.如权利要求3所述的电动助力制动系统，其特征在于，所述滚珠丝杠为中空式。

5.如权利要求1所述的电动助力制动系统，其特征在于，所述助力套筒内安装有反应盘和调节块，所述反应盘的内圈和所述调节块接触，所述反应盘的外圈和所述助力套筒的阶梯状凸起接触。

6.如权利要求5所述的电动助力制动系统，其特征在于，所述调节块的一端设置在所述助力套筒内，并与所述反应盘之间具有一间隙S；所述助力体推杆和所述助力套筒之间存在一间隙X；所述间隙X的值大于所述间隙S的值。

7.如权利要求5所述的电动助力制动系统，其特征在于，所述助力套筒的另一端安装有主缸顶杆，所述主缸顶杆的一端部设有回位弹簧座，所述回位弹簧座上设置有第二回位弹簧；

所述第二回位弹簧的一端安装在所述回位弹簧座上，另一端安装在所述助力器外壳体的前端盖上。

8.如权利要求7所述的电动助力制动系统，其特征在于，所述反应盘与所述主缸顶杆接触，所述主缸顶杆的另一端部连接一制动主缸的活塞，所述制动主缸连接储液罐。

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