CN110040120A - 一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，制动系统包括有第一齿轮、第二齿轮、助力电机、助力建压缸、制动主缸、储液罐、液压控制单元和电控单元，其中助力电机与第一齿轮连接并驱使第一齿轮进行转动，第一齿轮与第二齿轮相啮合并带动第二齿轮同步转动，第二齿轮的中间螺接有丝杠，第二齿轮转动过程中带动丝杠进行左右移动，制动主缸的前端插设有踏板推杆，踏板推杆能够推动第二活塞进行移动，液压控制单元和助力电机均与电控单元相连接，电控单元控制助力电机和液压控制单元的工作。有益效果：能够实施主动制动、失效备份和制动能量回收等功能，还能有效集成电子稳定程序(等主动控制技术，实现车辆智能化控制。

Description

一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统

本发明涉及一种电动助力制动系统，特别涉及一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统。

背景技术

目前，汽车的电动化、智能化已然成为未来汽车领域的重要发展趋势，这种变化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提供可靠的制动安全性以及足够的制动效能，还要能够配合再生制动，最大限度地回收制动能量，提高混合动力汽车及纯电动汽车的续航里程，而且制动响应要足够迅速，具备足够的主动制动能力、制动压力控制精确，在提高安全性的同时能够作为智能驾驶辅助系统的底层执行器，同时要保证足够舒适的驾驶和乘坐体验，提供更加多样化、智能化的驾驶模式等。传统的真空助力制动系统难以满足这些要求，因此很难搭载在具有自动驾驶功能的汽车及电动汽车上，应用逐渐减少，而各种新型电控制动系统应运而生。

电动助力制动系统可以实现驾驶员踏板力与电机助力之间的部分解耦或者完全解耦，保证车辆在进行制动能量回收的同时有良好的踏板感觉。同时，电动助力制动系统通过改变电机助力曲线可以实现变助力比功能，通过与雷达、摄像头等传感器配合工作，也可以实现紧急情况下的自动制动。总结来说，开发电动助力制动系统及其控制方法是汽车制动系统电动化、智能化的主流方向。

然而，目前电动助力制动系统大多采用反馈盘进行驾驶员踏板力和电机助力的耦合，在设计控制算法时由于要考虑反馈盘内外圈形变差，导致控制算法复杂；此外，反馈盘结构要实现伺服助力，则要求踏板行程传感器测得反馈盘内外圈位移差，使得踏板行程传感器布置困难，甚至需要两个位移传感器，成本较高，并且布置在实车上有一定困难。

一些电动助力制动系统采用了完全解耦的方案，普遍需要设置多个用于解耦的电磁阀和踏板感觉调节的电磁阀，电控单元ECU需要精确控制多个电磁阀，导致整个液压制动系统控制难度较大，模拟的驾驶员踏板感觉与传统踏板感也有一定差距。

发明内容

本发明的目的是为了保证制动效能与驾驶员踏板感觉的前提下，取消反馈盘结构，降低系统复杂程度与制动系统的控制难度，提高系统的响应速度和制动压力的控制精度，实现液压制动力的主动控制而提供的一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统。

本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统包括有第一齿轮、第二齿轮、助力电机、助力建压缸、制动主缸、储液罐、液压控制单元和电控单元，其中助力电机与第一齿轮连接并驱使第一齿轮进行转动，第一齿轮与第二齿轮相啮合并带动第二齿轮同步转动，第二齿轮的中间螺接有丝杠，第二齿轮转动过程中带动丝杠进行左右移动，丝杠的后端连接有顶杆，顶杆与助力建压缸内腔中的第一活塞相连接，丝杠带动顶杆移动驱使第一活塞在助力建压缸的内腔中移动，制动主缸的内腔中装配有第二活塞和第三活塞，其中第二活塞与制动主缸内腔的前端之间形成有第一工作腔，助力建压缸的内腔通过管路与第一工作腔相连通，第二活塞和第三活塞之间形成有第二工作腔，第三活塞和制动主缸内腔的后端之间形成有第三工作腔，储液罐通过管路与第二工作腔和第三工作腔相连通，液压控制单元通过管路也与第二工作腔和第三工作腔相连通，制动主缸的前端插设有踏板推杆，踏板推杆能够推动第二活塞进行移动，液压控制单元和助力电机均与电控单元相连接，电控单元控制助力电机和液压控制单元的工作。

第二齿轮的直径大于第一齿轮的直径。

丝杠与第二齿轮螺接的位置处装配有滚珠，丝杠与顶杆的连接处装配有轴承。

助力建压缸内腔中的第一活塞后端与助力建压缸内腔后端之间装配有第一回位弹簧。

制动主缸的内腔前端装配有密封套，踏板推杆插设在密封套内，踏板推杆与密封套滑动接触，制动主缸内腔中的第二工作腔中装配有第二回位弹簧，制动主缸内腔中的第三工作腔中装配有第三回位弹簧。

踏板推杆上设有挡块，挡块与制动主缸的前端之间装配有第四回位弹簧，踏板推杆上连接有踏板行程传感器，踏板行程传感器与电控单元相连接，踏板行程传感器能够把踏板推杆的位移数据实时传送给电控单元。

液压控制单元连接有制动轮缸，液压控制单元控制制动轮缸的工作，液压控制单元与制动主缸的连接管路上连接有液压力传感器，液压力传感器与电控单元相连接，液压力传感器能够把压力数据实时传送到电控单元。

上述的助力电机、电控单元、液压控制单元、踏板行程传感器和液压力传感器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，包括常规电动助力制动、主动制动、失效备份制动三种工作模式，具体如下所述：

一、常规电动助力制动功能：

当系统处于常规电动助力制动模式时，驾驶员踩下制动踏板推动踏板推杆向右平动，踏板推杆克服第四回位弹簧的反作用力，穿过制动主缸缸壁与密封套，直接作用于制动主缸内腔中的第二活塞，实现人力给制动主缸建压。

与此同时，踏板行程传感器采集到踏板推杆的位移量，将位移量信号发送给电控单元，电控单元将位移量信号处理，分析驾驶员的制动意图，根据助力特性曲线得出助力电机需要的助力值，并将控制指令发送给助力电机，助力电机根据指令产生相应的转速和转矩，助力电机输出轴带动第一齿轮驱使第二齿轮转动，第二齿轮通过滚珠丝杠结构带动丝杠向右平动，丝杠通过顶杆推动第一活塞给助力建压缸建压，进而通过管路给充满液压油的制动主缸第一工作腔建压，推动第二活塞实现制动主缸电动助力建压。

此过程驾驶员踩踏板产生的人力与电机助力在制动主缸中的第一工作腔内耦合。

驾驶员松开制动踏板时，踏板推杆在第四回位弹簧的作用下回位，电动助力机构通过助力电机反转回位。

二、主动制动功能

在驾驶员未踩下制动踏板时，即踏板行程传感器未检测到位移信号时，如果车载环境感知传感器(如测速传感器、测距传感器、摄像头、雷达等)测量得知车辆与前方障碍物距离过短，电控单元接收到信息并判断必须采取制动措施或其他控制装置(如自动驾驶系统、主动制动系统)发出主动制动请求时，电动助力制动系统进入主动制动模式。

在主动制动模式下，电控单元对其他车载传感器传递的信号进行分析，判断车辆所需的制动力，通过控制电路向助力电机发送指令，助力电机根据指令带动第一齿轮驱使第二齿轮转动，进而通过滚珠丝杠结构推动顶杆向右平动，从而推动第一活塞给助力建压缸建压，并通过管路给制动主缸中的第一工作腔建压，推动第二活塞给制动主缸建压，实现线控化的主动制动。在主动制动模式下，一旦电控单元接收到踏板行程传感器的位移信号，系统立即切换为常规电动助力制动模式。

三、失效备份功能：

按照相关要求，制动系统失效或者某些制动部件发生故障时，制动系统仍要保证能够产生一定的制动强度以保证安全性和可靠性。

本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统在助力电机或某个传动件发生故障，使电动助力组件无法正常工作时。驾驶员仍能通过踩制动踏板推动踏板推杆直接作用于第二活塞，给制动主缸建压，从而使制动系统仍能产生一定的制动力，实现失效备份功能。

本发明的有益效果：

本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统,采用踏板推杆直接推动主缸活塞的推力与电机助力推动液压缸产生的液压力在制动主缸内耦合的方式，取消了反馈盘结构，降低系统结构复杂程度与制动系统的控制算法难度。本发明采用电机驱动和齿轮与滚珠丝杠结构传动，把电机的转动输出转化为平动输出，传动比大，传动效率高且结构紧凑，提高了系统的响应速度和制动压力的控制精度，能够在短时间内建立足够的制动压力，具备主动制动能力。本发明在常规助力制动模式下，由于踏板推杆直接作用于制动主缸，踏板力与电机助力在主缸内耦合，因而容易实现伺服控制，并能给驾驶员提供真实的踏板感觉；本发明在失效备份模式下，由于取消了踏板感觉模拟器，因而没有空行程，响应速度快，工作更加可靠，驾驶员可通过制动踏板迅速给制动主缸建压实现车辆制动。本发明由于是部分解耦的电动助力制动系统，因此未设置用于解耦的电磁阀和踏板感觉调节的电磁阀，电控单元ECU不需要精确控制多个电磁阀，简化了整个液压制动系统控制难度。本发明取消了踏板模拟器结构，实现人力与电机助力的解耦，可以提供与传统真空助力器相近的踏板感觉。本发明的电动助力制动系统能够实施主动制动、失效备份和制动能量回收等功能，还能有效集成电子稳定程序(ESP)、自适应巡航控制(ACC)等主动控制技术，实现车辆智能化控制。

附图说明

图1为本发明所述电动助力制动系统整体结构示意图。

图2为本发明所述丝杠与顶杆连接结构放大示意图。

上图中的标注如下：

1、第一齿轮 2、第二齿轮 3、助力电机 4、助力建压缸 5、制动主缸

6、储液罐 7、液压控制单元 8、电控单元 9、丝杠 10、顶杆

11、第一活塞 12、第二活塞 13、第三活塞 14、第一工作腔

15、第二工作腔 16、第三工作腔 17、踏板推杆 18、滚珠

19、轴承 20、第一回位弹簧 21、密封套 22、第二回位弹簧

23、第三回位弹簧 24、挡块 25、第四回位弹簧 26、踏板行程传感器

27、制动轮缸 28、液压力传感器。

具体实施方式

请参阅图1至图2所示：

本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统包括有第一齿轮1、第二齿轮2、助力电机3、助力建压缸4、制动主缸5、储液罐6、液压控制单元7和电控单元8，其中助力电机3与第一齿轮1连接并驱使第一齿轮1进行转动，第一齿轮1与第二齿轮2相啮合并带动第二齿轮2同步转动，第二齿轮2的中间螺接有丝杠9，第二齿轮2转动过程中带动丝杠9进行左右移动，丝杠9的后端连接有顶杆10，顶杆10与助力建压缸4内腔中的第一活塞11相连接，丝杠9带动顶杆10移动驱使第一活塞11在助力建压缸4的内腔中移动，制动主缸5的内腔中装配有第二活塞12和第三活塞13，其中第二活塞12与制动主缸5内腔的前端之间形成有第一工作腔14，助力建压缸4的内腔通过管路与第一工作腔14相连通，第二活塞12和第三活塞13之间形成有第二工作腔15，第三活塞13和制动主缸5内腔的后端之间形成有第三工作腔16，储液罐6通过管路与第二工作腔15和第三工作腔16相连通，液压控制单元7通过管路也与第二工作腔15和第三工作腔16相连通，制动主缸5的前端插设有踏板推杆17，踏板推杆17能够推动第二活塞12进行移动，液压控制单元7和助力电机3均与电控单元8相连接，电控单元8控制助力电机3和液压控制单元7的工作。

第二齿轮2的直径大于第一齿轮1的直径。

丝杠9与第二齿轮2螺接的位置处装配有滚珠18，丝杠9与顶杆10的连接处装配有轴承19。

助力建压缸4内腔中的第一活塞11后端与助力建压缸4内腔后端之间装配有第一回位弹簧20。

制动主缸5的内腔前端装配有密封套21，踏板推杆17插设在密封套21内，踏板推杆17与密封套21滑动接触，制动主缸5内腔中的第二工作腔15中装配有第二回位弹簧22，制动主缸5内腔中的第三工作腔16中装配有第三回位弹簧23。

踏板推杆17上设有挡块24，挡块24与制动主缸5的前端之间装配有第四回位弹簧25，踏板推杆17上连接有踏板行程传感器26，踏板行程传感器26与电控单元8相连接，踏板行程传感器26能够把踏板推杆17的位移数据实时传送给电控单元8。

液压控制单元7连接有制动轮缸27，液压控制单元7控制制动轮缸27的工作，液压控制单元7与制动主缸5的连接管路上连接有液压力传感器28，液压力传感器28与电控单元8相连接，液压力传感器28能够把压力数据实时传送到电控单元8。

上述的助力电机3、电控单元8、液压控制单元7、踏板行程传感器26和液压力传感器28均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，包括常规电动助力制动、主动制动、失效备份制动三种工作模式，具体如下所述：

一、常规电动助力制动功能：

当系统处于常规电动助力制动模式时，驾驶员踩下制动踏板推动踏板推杆17向右平动，踏板推杆17克服第四回位弹簧25的反作用力，穿过制动主缸5缸壁与密封套21，直接作用于制动主缸5内腔中的第二活塞12，实现人力给制动主缸5建压。

与此同时，踏板行程传感器26采集到踏板推杆17的位移量，将位移量信号发送给电控单元8，电控单元8将位移量信号处理，分析驾驶员的制动意图，根据助力特性曲线得出助力电机3需要的助力值，并将控制指令发送给助力电机3，助力电机3根据指令产生相应的转速和转矩，助力电机3输出轴带动第一齿轮1驱使第二齿轮2转动，第二齿轮2通过滚珠丝杠结构带动丝杠9向右平动，丝杠9通过顶杆10推动第一活塞11给助力建压缸4建压，进而通过管路给充满液压油的制动主缸5的第一工作腔14建压，推动第二活塞12实现制动主缸5电动助力建压。

此过程驾驶员踩踏板产生的人力与电机助力在制动主缸5中的第一工作腔14内耦合。

驾驶员松开制动踏板时，踏板推杆17在第四回位弹簧25的作用下回位，电动助力机构通过助力电机3反转回位。

四、主动制动功能

在驾驶员未踩下制动踏板时，即踏板行程传感器26未检测到位移信号时，如果车载环境感知传感器(如测速传感器、测距传感器、摄像头、雷达等)测量得知车辆与前方障碍物距离过短，电控单元8接收到信息并判断必须采取制动措施或其他控制装置(如自动驾驶系统、主动制动系统)发出主动制动请求时，电动助力制动系统进入主动制动模式。

在主动制动模式下，电控单元8对其他车载传感器传递的信号进行分析，判断车辆所需的制动力，通过控制电路向助力电机3发送指令，助力电机3根据指令带动第一齿轮1驱使第二齿轮2转动，进而通过滚珠丝杠结构推动顶杆10向右平动，从而推动第一活塞11给助力建压缸4建压，并通过管路给制动主缸5中的第一工作腔14建压，推动第二活塞12给制动主缸5建压，实现线控化的主动制动。在主动制动模式下，一旦电控单元8接收到踏板行程传感器26的位移信号，系统立即切换为常规电动助力制动模式。

五、失效备份功能：

按照相关要求，制动系统失效或者某些制动部件发生故障时，制动系统仍要保证能够产生一定的制动强度以保证安全性和可靠性。

本发明提供的无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统在助力电机3或某个传动件发生故障，使电动助力组件无法正常工作时。驾驶员仍能通过踩制动踏板推动踏板推杆17直接作用于第二活塞12，给制动主缸5建压，从而使制动系统仍能产生一定的制动力，实现失效备份功能。

Claims (7)

1.一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，其特征在于：包括有第一齿轮、第二齿轮、助力电机、助力建压缸、制动主缸、储液罐、液压控制单元和电控单元，其中助力电机与第一齿轮连接并驱使第一齿轮进行转动，第一齿轮与第二齿轮相啮合并带动第二齿轮同步转动，第二齿轮的中间螺接有丝杠，第二齿轮转动过程中带动丝杠进行左右移动，丝杠的后端连接有顶杆，顶杆与助力建压缸内腔中的第一活塞相连接，丝杠带动顶杆移动驱使第一活塞在助力建压缸的内腔中移动，制动主缸的内腔中装配有第二活塞和第三活塞，其中第二活塞与制动主缸内腔的前端之间形成有第一工作腔，助力建压缸的内腔通过管路与第一工作腔相连通，第二活塞和第三活塞之间形成有第二工作腔，第三活塞和制动主缸内腔的后端之间形成有第三工作腔，储液罐通过管路与第二工作腔和第三工作腔相连通，液压控制单元通过管路也与第二工作腔和第三工作腔相连通，制动主缸的前端插设有踏板推杆，踏板推杆能够推动第二活塞进行移动，液压控制单元和助力电机均与电控单元相连接，电控单元控制助力电机和液压控制单元的工作。

2.根据权利要求1所述的一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，其特征在于：所述的第二齿轮的直径大于第一齿轮的直径。

3.根据权利要求1所述的一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，其特征在于：所述的丝杠与第二齿轮螺接的位置处装配有滚珠，丝杠与顶杆的连接处装配有轴承。

4.根据权利要求1所述的一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，其特征在于：所述的助力建压缸内腔中的第一活塞后端与助力建压缸内腔后端之间装配有第一回位弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，其特征在于：所述的制动主缸的内腔前端装配有密封套，踏板推杆插设在密封套内，踏板推杆与密封套滑动接触，制动主缸内腔中的第二工作腔中装配有第二回位弹簧，制动主缸内腔中的第三工作腔中装配有第三回位弹簧。

6.根据权利要求1所述的一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，其特征在于：所述的踏板推杆上设有挡块，挡块与制动主缸的前端之间装配有第四回位弹簧，踏板推杆上连接有踏板行程传感器，踏板行程传感器与电控单元相连接，踏板行程传感器能够把踏板推杆的位移数据实时传送给电控单元。

7.根据权利要求1所述的一种无反馈盘部分解耦的电动助力制动系统，其特征在于：所述的液压控制单元连接有制动轮缸，液压控制单元控制制动轮缸的工作，液压控制单元与制动主缸的连接管路上连接有液压力传感器，液压力传感器与电控单元相连接，液压力传感器能够把压力数据实时传送到电控单元。