CN110103928A - 一种电磁助力制动装置及制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种电磁助力制动装置，包括沿壳体轴向贯穿的推杆推杆的一端铰接制动踏板，壳体内部靠近制动踏板一端沿推杆两端对称固定安装有导向杆，导向杆上滑动连接有与推杆固定连接的电磁板，壳体内另一端沿推杆两端对称固定安装有电磁板，电磁板与金属块之间设有被推杆贯穿的复位弹簧，壳体内表面靠近金属块的位置固定连接有位移传感器，电磁板通过控制器与位移传感器连接，电磁板通电用以吸合金属块，本发明还公开了利用该装置进行制动的方法，以改进和解决现有制动装置结构复杂、稳定性差的问题，提高刹车助力装置的综合性能，适应未来汽车的电动化趋势。

Description

一种电磁助力制动装置及制动方法

技术领域

本发明属于车辆制动系统技术领域，具体涉及一种电磁助力制动装置，本发明还涉及利用上述电磁助力制动装置进行制动的方法。

背景技术

制动是车辆的基本功能，制动助力系统是现代车辆不可或缺的配置。目前，传统内燃机车型主要采用的是真空助力系统，而新能源车型主要采用电动真空助力制动和电子助力制动两种方式。传统的真空助力制动都是依靠大气压力及内燃机进气压力之间的压力差(真空度)作为动力源，向制动主缸输出作用力而产生液压，使制动器作用从而实现制动助力。这种制动方式在制动结束或者真空度下降时,需要消耗能量恢复和维持一定的真空度。又因外界的大气压状况不同,会导致压力差变化而影响助力大小,而且当发动机熄火后刹车只能踩三次左右，因此在某些极限情况下，存在较大的安全隐患，并且真空泵会占用较大空间,增加车重，不符合现代车辆的轻量化发展趋势。

电子助力刹车，助力方式由真空助力改变为电机助力，不依赖真空源。专利CN106240552 A提供了一种电动助力制动系统，以电机作为动力源，采用包括齿轮减速和中空滚珠丝杠两级运动转换机构的电动制动助力耦合装置，通过电子控制单元控制电机工作，可以实现电机的转动到平动，实现助力，但其结构复杂，系统的体积和质量较大，不利于车辆的轻量化和节能；专利CN 106364473 A提供了一种机电式制动助力器，采用制动主缸推杆直接连接制动踏板杠杆和减速电机，控制装置操控减速电机的方式实现电机助力。以推杆运动量确定推杆的理论回程速度，以及由推杆的理论回程速度、实际回程速度和踏板力大小产生减速电机的操控信号，此方案传动效率较低，控制方式较为复杂；博世公司发明了由踏板行程传感器，电子控制单元，无刷电机及齿轮传动装置等组成的iBooster-机电伺服助力机构。踏板行程传感器可测量助力器输入杆的位移数据，并将该位移信号传送至控制单元，控制单元计算出电机应产生的扭矩要求，再由二级齿轮单元装置将该扭矩转化成助力器阀体的伺服制动力，助力器阀体的输出力和助力器输入杆的输入力在制动主缸内共同转化为制动液压，但其对电机的性能要求高，结构复杂，造价成本高并且稳定性较差，使用寿命低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁助力制动装置，解决现有技术中制动装置结构复杂、稳定性差的问题。

本发明的另一目的在于提供利用上述电磁助力制动装置进行制动的方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种电磁助力制动装置，包括沿壳体轴向贯穿的推杆，推杆的一端铰接制动踏板，壳体内部靠近制动踏板一端沿推杆两端对称固定安装有导向杆，导向杆上滑动连接有与推杆固定连接的金属块，壳体内另一端沿推杆两端对称固定安装有电磁板，电磁板与金属块之间设有被推杆贯穿的复位弹簧，壳体内表面靠近金属块的位置固定连接有位移传感器，电磁板通过控制器与位移传感器连接，电磁板通电用以吸合金属块。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

导向杆靠近制动踏板的一端设置有限位块，限位块用以限制金属块的位置。

位移传感器用以检测推杆的位移以及电磁板到金属块的距离，所得到的数据通过导线传输到控制器，位移传感器为霍尔式位移传感器、电位器式位移传感器、激光位移传感器中的一种。

控制器为基于单片机控制的ECU。

金属块为衔铁、钴、镍、锰中的一种。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种制动方法，采用上述的电磁助力制动装置，具体步骤如下：

步骤1：驾驶者踩动制动踏板，在制动力的作用下，金属块随推杆沿导向杆向电磁板移动，假设金属块的位移量为x；

步骤2：位移传感器采集位移量x并将数据传输给控制器；

步骤3：控制器通过位移量x所对应的的力与始动值Fa进行比较，当达到始动值Fa时，控制电磁板通电，产生磁力；

步骤4：金属块在电磁板磁力吸附的作用下向电磁板移动，实现制动助力。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

金属块的行程为150-200mm，始动值Fa不大于110N。

始动值Fa为80N。

位移量x范围为30-50mm。

本发明的有益效果在于：一种电磁助力制动装置及制动方法,不依赖真空泵,采用电磁力作为制动助力源，通过位移传感器(具体为霍尔式位移传感器、电位器式位移传感器、激光位移传感器中的一种)的实时检测与控制器(具体基于单片机控制的ECU)的计算控制，能实时调整电磁力大小，平稳高效的实现匀速刹车，也能实现安全迅速的急刹车；并且驾驶员可以依据个人情况，选择三种不同的制动模式，最大化的满足人体舒适度要求；本方法又采用双重安全失效模式，踏板组件纯机械建压和助力器作用双重保险，安全可靠。本助力装置结构简单,使用寿命长,响应迅速,占用空间小,重量轻,节约能源,安全稳定，符合未来汽车自动化和电气化趋势。

附图说明

图1是本发明一种电磁助力制动装置的结构示意图；

图2是本发明一种利用图1中的装置进行制动的方法的流程图；

图3是本发明一种利用图1中的装置进行制动的特性曲线图；

图4是本发明一种利用图1中的装置进行制动的示意图。

图中，1.壳体，2.推杆，3.电磁板，4.控制器，5.复位弹簧，6.导向杆，7.位移传感器，8.金属块，9.限位块，10.制动踏板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种电磁助力制动装置，如图1所示，包括沿壳体1轴向贯穿的推杆2，推杆2的一端铰接制动踏板10，壳体1内部靠近制动踏板10一端沿推杆2两端对称固定安装有导向杆6，导向杆6上滑动连接有与推杆2固定连接的金属块8，壳体1内另一端沿推杆2两端对称固定安装有电磁板3，电磁板3与金属块8之间设有被推杆2贯穿的复位弹簧5，壳体1内表面靠近金属块8的位置固定连接有位移传感器7，电磁板3通过控制器4与位移传感器7连接，电磁板3通电用以吸合金属块8。

其中，导向杆6靠近制动踏板10的一端设置有限位块9，限位块9用以限制金属块8的位置，同时让复位弹簧5保有充分的预紧力，保证限位块9能够完全回到原位；位移传感器7用以检测推杆2的位移以及电磁板3到金属块8的距离，所得到的数据通过导线传输到控制器4，位移传感器7为霍尔式位移传感器、电位器式位移传感器、激光位移传感器中的一种，优选霍尔式位移传感器；控制器4提供电源，并通过控制电流的输出来控制电磁板3电磁力，控制器4为基于单片机控制的ECU；金属块8为衔铁、钴、镍、锰中的一种(优选衔铁)。

本发明还涉及的利用上述电磁助力制动装置进行制动的方法，具体流程如图2所示：

步骤1：驾驶者踩动制动踏板10，在制动力的作用下，金属块8随推杆2沿导向杆6向电磁板3移动，假设金属块8的位移量为x；

步骤2：位移传感器7采集位移量x并将数据传输给控制器4；

步骤3：控制器4通过位移量x所对应的的力与始动值Fa进行比较，当达到始动值Fa时，控制电磁板3通电，产生磁力；

步骤4：金属块8在电磁板3磁力吸附的作用下向电磁板3移动，实现制动助力。

其中，金属块8的行程为150-200mm，始动值Fa不大于110N，优选设置始动值Fa为80N，则对应的位移量x为30-50mm。

如图3所示，踏板力即助力器的输入力，制动主缸压力即助力器的输出力，制动特性曲线即为助力器输入力与输出力的关系曲线，舒适型曲线斜率较大，即输出力变化较大，驾驶员轻踩踏板便能输出较大的输出力，助力较大，故脚感轻缓；运动型曲线斜率较小，即输出力变化较小，助力较小，输出力相同的情况下所需踏板力较大，故脚感明显；节能型曲线介于两者之间，脚感适中，输入输出力变化相近。

如图4所示，为双重安全失效模式，踏板组件纯机械建压和助力器作用双重保险，安全可靠。

本发明的一个实施例为：

若驾驶员选择舒适型制动模式，则特性曲线采用如图3所示舒适型曲线即踏板力与主缸压力按照舒适型曲线对应变化。推杆位移为x，位移变化率为Δx,设置始动力值Fa为80N(一般小于110N)，对应推杆移动距离为x＝a,推杆移动最大距离为x＝A,位移变化率紧急值为Δx＝K(一般在0.3至0.5之间)，金属块具体为衔铁块：

开始制动，驾驶员踩动踏板，推杆带动衔铁块开始向前移动，位移传感器检测到推杆的位移数据并传送给控制器；

当推杆移动距离达到a时，即表明踏板力达到80N，控制器开始控制电源输出电流，电磁板通电，产生电磁力，开始助力，在电磁力吸引和人工制动力的共同作用下，衔铁块带动推杆继续移动。

此移动过程中，位移传感器将位移数据实时传送给控制器，控制器计算弹簧力kx，并依据舒适型曲线踏板力和液压力的对应关系，踏板力、电磁力、液压力和弹簧力的平衡关系，计算对应位移x时所需的电磁力F电，进而依据电磁力计算公式以及电磁板与衔铁块间距A-x计算对应所需的电流值i，进而控制电源输出所需值。助力过程中，实时调整电流输出以调整电磁力，使人对脚踏板的压力始终按照舒适型曲线变化；若推杆位移变化率达到紧急值K，则控制单元判定为急刹车状态，即输出急刹车所需强电流I，迅速完成制动。

驾驶员松开制动踏板，推杆向后移动，位移变化率x为负值，则控制单元控制电磁板断电，助力完成，衔铁块在复位弹簧的作用下带动总泵推杆及踏板回复原位，制动结束。

本发明一种电磁助力制动装置及制动方法，可用于所有动力系统，电磁机构产生电磁吸引力作为助力动力源，位移传感器实时测量推杆的位移数据，控制器按照特定制动模式实时计算电磁力大小并调整电流大小，以改进和解决上述提出的结构复杂、稳定性差的问题，提高刹车助力装置的综合性能，适应未来汽车的电动化趋势。

Claims (9)

1.一种电磁助力制动装置，其特征在于，包括沿壳体(1)轴向贯穿的推杆(2)，所述推杆(2)的一端铰接制动踏板(10)，所述壳体(1)内部靠近制动踏板(10)一端沿推杆(2)两端对称固定安装有导向杆(6)，所述导向杆(6)上滑动连接有与推杆(2)固定连接的金属块(8)，所述壳体(1)内另一端沿推杆(2)两端对称固定安装有电磁板(3)，所述电磁板(3)与金属块(8)之间设有被推杆(2)贯穿的复位弹簧(5)，所述壳体(1)内表面靠近金属块(8)的位置固定连接有位移传感器(7)，所述电磁板(3)通过控制器(4)与位移传感器(7)连接，所述电磁板(3)通电用以吸合金属块(8)。

2.根据权利要求1所述的一种电磁助力制动装置，所述导向杆(6)靠近制动踏板(10)的一端设置有限位块(9)，所述限位块(9)用以限制金属块(8)的位置。

3.根据权利要求1所述的一种电磁助力制动装置，所述位移传感器(7)用以检测推杆(2)的位移以及电磁板(3)到金属块(8)的距离，所得到的数据通过导线传输到控制器(4)，所述位移传感器为霍尔式位移传感器、电位器式位移传感器、激光位移传感器中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种电磁助力制动装置，所述控制器(4)提供电源，并通过控制电流的输出来控制电磁板(3)电磁力，所述控制器(4)为基于单片机控制的ECU。

5.根据权利要求1所述的一种电磁助力制动装置，所述金属块(8) 为衔铁、钴、镍、锰中的一种。

6.一种制动方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任意一项所述的电磁助力制动装置，具体步骤如下：

步骤1：驾驶者踩动制动踏板(10)，在制动力的作用下，金属块(8)随推杆(2)沿导向杆(6)向电磁板(3)移动，假设金属块(8)的位移量为x；

步骤2：位移传感器(7)采集位移量x并将数据传输给控制器(4)；

步骤3：控制器(4)通过位移量x所对应的的力与始动值Fa进行比较，当达到始动值Fa时，控制电磁板(3)通电，产生磁力；

步骤4：金属块(8)在电磁板(3)磁力吸附的作用下向电磁板(3)移动，实现制动助力。

7.根据权利要求6所述的一种制动方法，其特征在于，所述金属块(8)的行程为150-200mm，所述始动值Fa不大于110N。

8.根据权利要求7所述的一种制动方法，其特征在于，所述始动值Fa为80N。

9.根据权利要求8所述的一种制动方法，其特征在于，所述位移量x为30-50mm。