CN109941250A - 一种电动制动助力耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车制动领域，具体的说是一种电动制动助力耦合装置。该装置包括制动主缸、复位弹簧、主缸顶杆、空心滚珠丝杠、脚力弹簧、脚力传递顶杆、踏板推杆、位移传感器、电机、电机传动副和壳体；本发明是一种简单科学的电动制动助力耦合装置，解决了现有制动助力装置由于只通过位移传感器获取制动推杆的行程，进而判断驾驶员制动意图，控制电机助力大小和方向，其中行程大小代表助力大小，行程增减量趋势代表踏板方向，当制动推杆自由度受限时，位移信号就不能准确识别踏板的方向，容易造成误判的问题。

Description

一种电动制动助力耦合装置

技术领域

本发明属于汽车制动领域，具体的说是一种电动制动助力耦合装置。

背景技术

目前汽车产品类型由燃油车向新能源车和智能车发展，伴随着汽车类型的转变，随之产生了一系列的电动产品，电动制动助力器类产品是极其重要的部件，此类产品中，名气最大的为博世iBooster。

此类产品产生的原因是传统的真空助力器逐渐走下历史舞台，首先是将来的汽车可能没有发动机，所以真空度的来源消失了，然后就是汽车智能化的需求，需要一种不单单依靠人踩来实现制动，而是通过控制单元也可以实现制动，即主动制动。

基于上述，电动制动助力装置应运而生，但基于真空助力器的诸多优点和长期以来人们对真空助力器的习惯养成，要求电动制动助力装置具备真空助力器的优点，并且在制动踏板力感觉方面尽量与真空助力器相同或相似。

通过对几种表现优异的有代表性的电动助力器类产品，进行了大量试验测试或结构分析后，发现多数产品，包括公认最佳方案的博世iBooster在内，在实现电动助力的过程中，都存在有悖真空助力器功能特点的现象，主要体现在存在制动踏板不复位的情况和可能，而一旦制动踏板不复位，极其容易发生严重的交通事故和人身危害。

此类产品的目的都是提出一种助力装置，不依赖真空度，可控制的助力比，实现力的解耦和实现主动的制动效果，并且满足传统真空助力器的踏板力感觉。基于这些目的，此类产品无非采用电机助力，利用齿轮齿条或蜗轮蜗杆或滚珠丝杠实现减速变扭和力的方向改变，电机助力的大小和方向单纯依赖踏板的行程。由于此类产品都是采用电机助力，所以除了满足传统真空助力器的踏板力感觉外，其他特点，靠控制电机很容易做到。而踏板力感觉则需要设计特殊的机构来实现，保证踏板力和踏板行程尽量线性，另外，要确保装置能准确反应驾驶员踩刹车和松刹车的特征，便于控制器识别，此类产品在助力过程中是通过踏板推杆的行程增减识别踩刹车和松刹车的动作，无法识别踏板力的大小和方向，所以需要设计特殊机构和实现方式。

以iBooster进行举例阐述分析过程，参阅图5，图5为博世iBooster公示的结构示意图，下面分析他在实现功能时的特点。

助力模式：

由于其制动推杆20有限位肩处于助力套件16内，所以制动推杆的运动受到助力套件16的限制，导致在助力的过程中有两种状态：一种为助力比较小时的工作状态，参阅图7所示，这时制动推杆20的速度高于电机21Ⅰ通过一种二级齿轮变速机构18推进水平运动副19外部有齿条的速度，制动推杆20的限位肩与助力套件16的左侧内壁发生接触，这时驾驶员松开踏板后，制动推杆20在脚力弹簧1Ⅰ7的作用下可以在一定范围内发生明显运动，随之可使位移传感器22Ⅰ发生明显变化，获知驾驶员松开踏板了，如果这个阶段没有识别出松踏板动作，则系统呈现图6所示的状态，这时制动推杆20的限位肩与助力套件16的右侧内壁发生接触，一旦电机助力未撤出或由于助力套件16与壳体的静摩擦过大，制动推杆20就无法运动，位移传感器22Ⅰ就不会产生变化，这时控制单元就无法识别驾驶员松踏板的动作了；另一种为助力比较大时的工作状态，系统的模式参阅图6所示，由于电机22Ⅰ通过一种二级齿轮变速机构18推动水平运动副19外部有齿条的速度高于制动踏板的速度，一般发生在缓踩制动的过程中，水平运动副19推动助力套件16不断前移，使制动推杆20被动前移，即使松开制动踏板，也无法使制动推杆20复位，这时就违背了驾驶员的制动意愿。通过试验测试iBooster机构，当助力比过大时，缓踩制动踏板到一定行程时，制动踏板会自动前移，这时，即使松开制动踏板，也无法停止，直至达到最大的制动。所以这种构造的助力装置，其助力比只能是在一定的范围内可调，使系统始终处于如图7所示的工作状态。

主动制动模式：

主动制动时系统呈现如图6所示的工作状态，电机21Ⅰ通过一种二级齿轮变速机构18推动水平运动副19前移，带动助力套件16前移，推动主缸顶杆14Ⅰ实现制动，同时也会带动制动推杆20前移，这时位移传感器22Ⅰ发生了增量变化，这时如果驾驶员踩下制动踏板，位移传感器22Ⅰ也不容易发生明显的变化。

失效模式：

失效模式时系统呈现如图8所示的工作状态，踩下制动踏板，由于电机21不发生作用，制动推杆20前移与助力套件16的左侧内壁接触，进而推动助力套件16前移，然后推动反应盘15和主缸顶杆14Ⅰ实现制动，这时，驾驶员脚力需要克服制动主缸12Ⅰ内弹簧作用力，复位弹簧13Ⅰ作用力和脚力弹簧17Ⅰ作用力，所以对驾驶员脚力的传递不能实现最大化。

基于这些问题，本发明通过大量的研究和实践，提出了一种简单科学的机构和实现方式。

发明内容

本发明提供了一种简单科学的电动制动助力耦合装置，解决了现有制动助力装置由于只通过位移传感器获取制动推杆的行程，进而判断驾驶员制动意图，控制电机助力大小和方向，其中行程大小代表助力大小，行程增减量趋势代表踏板方向，当制动推杆自由度受限时，位移信号就不能准确识别踏板的方向，容易造成误判的问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种电动制动助力耦合装置，该装置包括制动主缸1、复位弹簧2、主缸顶杆3、空心滚珠丝杠4、脚力弹簧5、脚力传递顶杆6、踏板推杆7、位移传感器8、电机9、电机传动副10和壳体；所述的空心滚珠丝杠4的一侧有端面；所述的踏板推杆7的一端与踏板相连，另一端与脚力传递顶杆6的一端球铰接；所述的脚力传递顶杆6的另一端与脚力弹簧5的一端相接触；所述的脚力弹簧5的另一端与空心滚珠丝杠4端面的内壁相接触；所述的主缸顶杆3的一端穿过空心滚珠丝杠4端面的外壁，另一端穿过制动主缸1；所述的复位弹簧2的一端与外壳的内壁相接触，另一端与空心滚珠丝杠4的外壁相接触；所述的电机9与电机传动副10传动连接；所述的电机传动副10与空心滚珠丝杠4固定连接；所述的踏板推杆7上设置有位移传感器8。

所述的空心滚珠丝杠4的端面中心开有圆孔。

所述的主缸顶杆3呈“中”字型，包括左水平顶杆、右水平顶杆和竖直的限位块；所述的左水平顶杆、右水平顶杆和竖直的限位块一体成型；所述的左水平顶杆的直径小于右水平顶杆；所述的左水平顶杆设置在制动主缸1内；所述的右水平顶杆穿过空心滚珠丝杠4的圆孔；所述的竖直的限位块与空心滚珠丝杠4端面的外壁相接触。

所述的脚力传递顶杆6为圆柱形，其一侧开有凹槽；所述的脚力传递顶杆6的凹槽的槽口与空心滚珠丝杠4的开口相对，且凹槽与开口共同形成一个设置脚力弹簧5的空腔。

所述的电机传动副10为二级齿轮的减速机构，其大齿轮套在空心滚珠丝杠4的螺母外侧，并通过卡槽与其固定。

本发明的有益效果为：

1.使用该发明的电动制动助力耦合装置，助力比可以任意调节，不会出现制动踏板行程方向违反脚力方向的情况；

2.使用该发明的电动制动助力耦合装置，在识别踏板行程方向和脚力方向上，在控制算法上，极大的简化并且精确；

3.使用该发明的电动制动助力耦合装置，在失效模式下，在脚力传递上，可以实现上最大的传递效果；

4.使用该发明的电动制动助力耦合装置，在踏板力感觉上，基本实现了与传统真空助力器一致；

5.使用该发明的电动制动助力耦合装置，在主动制动过程中，可以不通过额外增加传感器，准确识别驾驶员的制动接管动作；

6.该发明的制动助力耦合机构结构简单，成本低，可靠性极高。

附图说明

图1为电动制动助力解耦装置示意图；

图2为本发明的电机助力模式示意图；

图3为本发明的主动制动模式示意图；

图4为本发明的失效模式示意图；

图5为博世公布的iBooster结构示意图；

图6为iBooster一种工作状态示意图；

图7为iBooster另一种工作状态示意图；

图8为iBooster第三种工作状态示意图；

图中：1、制动主缸；2、复位弹簧；3、主缸顶杆；4、空心滚珠丝杠；5、脚力弹簧；6、脚力传递顶杆；7、踏板推杆；8、位移传感器；9、电机；10、电机传动副；11、主缸内弹簧；12、制动主缸Ⅰ；13、复位弹簧Ⅰ；14、主缸顶杆Ⅰ；15、反应盘；16、主力套件；17、脚力弹簧Ⅰ；18、变速机构；19、水平运动幅；20、制动推杆；21、电机Ⅰ；22、位移传感器Ⅰ。

具体实施方式

参阅图1—图4，一种电动制动助力耦合装置，该装置包括制动主缸1、复位弹簧2、主缸顶杆3、空心滚珠丝杠4、脚力弹簧5、脚力传递顶杆6、踏板推杆7、位移传感器8、电机9、电机传动副10和壳体；所述的空心滚珠丝杠4的一侧有端面；所述的踏板推杆7的一端与踏板相连，另一端与脚力传递顶杆6的一端球铰接；所述的脚力传递顶杆6的另一端与脚力弹簧5的一端相接触；所述的脚力弹簧5的另一端与空心滚珠丝杠4端面的内壁相接触；所述的主缸顶杆3的一端穿过空心滚珠丝杠4端面的外壁，另一端穿过制动主缸1；所述的复位弹簧2的一端与外壳的内壁相接触，另一端与空心滚珠丝杠4的外壁相接触；所述的电机9与电机传动副10传动连接；所述的电机传动副10与空心滚珠丝杠4固定连接；所述的踏板推杆7上设置有位移传感器8。

所述的空心滚珠丝杠4的端面中心开有圆孔。

所述的主缸顶杆3呈“中”字型，包括左水平顶杆、右水平顶杆和竖直的限位块；所述的左水平顶杆、右水平顶杆和竖直的限位块一体成型；所述的左水平顶杆的直径小于右水平顶杆；所述的左水平顶杆设置在制动主缸1内；所述的右水平顶杆穿过空心滚珠丝杠4的圆孔；所述的竖直的限位块与空心滚珠丝杠4端面的外壁相接触。

所述的脚力传递顶杆6为圆柱形，其一侧开有凹槽；所述的脚力传递顶杆6的凹槽的槽口与空心滚珠丝杠4的开口相对，且凹槽与开口共同形成一个设置脚力弹簧5的空腔。

所述的电机传动副10为二级齿轮的减速机构，其大齿轮套在空心滚珠丝杠4的螺母外侧，并通过卡槽与其固定。

本发明的使用方法如下：

助力模式：

参阅图2，踩下制动踏板，则踏板推杆7前移，触发位移传感器8产生位移变化量，踏板推杆7前移推动脚力传递顶杆6前移，此时，控制单元控制电机9推动空心滚珠丝杠4，空心滚珠丝杠4推动主缸顶杆3实现助力，这个过程中，脚力传递顶杆6与主缸顶杆3是否接触，系统都是可控状态，即松开踏板，脚力传递顶杆6踏板推杆7都可以在脚力弹簧5的作用力下自由复位，这个行为可以使位移传感器8产生明显的变化，从而通过位移信号的变化趋势识别踏板的行程方向，踏板的行程方向对应为踩踏板和松踏板的动作。松开踏板后复位弹簧2可以推动空心滚珠丝杠4进行复位。

主动制动模式：

参阅图3，电机9接收控制单元之类，推动空心滚珠丝杠4前移，进而通过端面推动主缸顶杆3前移，实现制动，由于脚力传递顶杆6与空心滚珠丝杠4和主缸顶杆3是独立分开的，不发生运动，所以与其相连接的位移传感器8不发生变化，并且由于脚力传递顶杆6的长度不小于制动主缸1的最大压缩量，脚力传递顶杆6不会从空心滚珠丝杠4的内腔脱落。当驾驶员进行制动接管时，制动推杆7和脚力传递顶杆6才发生运动，这时位移传感器8发生变化，控制单元可以准确判断驾驶开始接管，接触主动制动，并且可以根据位移变化量，控制电机9实现符合驾驶员期望的制动减速度。

失效模式：

参阅图4，这时由于电机9不能工作，驾驶员踩下踏板，制动推杆7前移推动脚力传递顶杆6，脚力传递顶杆6与制动顶杆3的右侧顶针接触，推动制动顶杆3压缩制动主缸1，实现制动，这个过程中只需克服制动主缸1内的弹簧和脚力弹簧5的反作用力，实现了最大可能的脚力传递。

Claims (5)

1.一种电动制动助力耦合装置，其特征在于，该装置包括制动主缸(1)、复位弹簧(2)、主缸顶杆(3)、空心滚珠丝杠(4)、脚力弹簧(5)、脚力传递顶杆(6)、踏板推杆(7)、位移传感器(8)、电机(9)、电机传动副(10)和壳体；所述的空心滚珠丝杠(4)的一侧有端面；所述的踏板推杆(7)的一端与踏板相连，另一端与脚力传递顶杆(6)的一端球铰接；所述的脚力传递顶杆(6)的另一端与脚力弹簧(5)的一端相接触；所述的脚力弹簧(5)的另一端与空心滚珠丝杠(4)端面的内壁相接触；所述的主缸顶杆(3)的一端穿过空心滚珠丝杠(4)端面的外壁，另一端穿过制动主缸(1)；所述的复位弹簧(2)的一端与外壳的内壁相接触，另一端与空心滚珠丝杠(4)的外壁相接触；所述的电机(9)与电机传动副(10)传动连接；所述的电机传动副(10)与空心滚珠丝杠(4)固定连接；所述的踏板推杆(7)上设置有位移传感器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种电动制动助力耦合装置，其特征在于，所述的空心滚珠丝杠(4)的端面中心开有圆孔。

3.根据权利要求2所述的一种电动制动助力耦合装置，其特征在于，所述的主缸顶杆(3)呈“中”字型，包括左水平顶杆、右水平顶杆和竖直的限位块；所述的左水平顶杆、右水平顶杆和竖直的限位块一体成型；所述的左水平顶杆的直径小于右水平顶杆；所述的左水平顶杆设置在制动主缸(1)内；所述的右水平顶杆穿过空心滚珠丝杠(4)的圆孔；所述的竖直的限位块与空心滚珠丝杠(4)端面的外壁相接触。

4.根据权利要求2所述的一种电动制动助力耦合装置，其特征在于，所述的脚力传递顶杆(6)为圆柱形，其一侧开有凹槽；所述的脚力传递顶杆(6)的凹槽的槽口与空心滚珠丝杠(4)的开口相对，且凹槽与开口共同形成一个设置脚力弹簧(5)的空腔。

5.根据权利要求1所述的一种电动制动助力耦合装置，其特征在于，所述的电机传动副(10)为二级齿轮的减速机构，其大齿轮套在空心滚珠丝杠(4)的螺母外侧，并通过卡槽与其固定。