CN113147714A - 电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，它包括伺服电机、踏板行程模拟总成、踏板行程传感器、机械总成和制动主缸；踏板行程传感器获取踏板行程，模拟电机输出扭矩通过传动机构、第一滑动件、推杆、制动踏板连接组件传至踏板，产生制动踏板感；伺服电机输出扭矩，经助力传动组件、第二滑动件、顶杆转换成推力，用于驱动制动主缸产生制动压力，实施伺服制动。本发明可在自主制动模式、线控制动模式、助力制动模式下工作，并且具有失效备份人力制动功能，其中踏板行程模拟总成可容易实现优异的踏板感。本发明结构简单、占用空间小、成本低、制动响应快，可满足智能驾驶与高级驾驶辅助功能的制动要求。

Description

电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车制动技术领域，尤其是涉及一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置及其控制方法。

背景技术

随着汽车电子的不断发展，高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统对汽车的制动提出了更高的制动要求，采用真空助力的常规制动系统已经不能适应现代电动汽车和智能汽车的需要。对于电动汽车，由于真空助力制动系统制动踏板与制动器之间不解耦或非线控，无法做到在不影响制动踏板感觉的前提下最大程度地回收制动能量。而对于智能汽车，由于自主紧急制动(AEB)、自适应巡航控制(ACC)等系统以及自动驾驶系统都要求在无驾驶员操纵制动踏板的情况下能够实施自主制动，而真空助力制动系统也不能满足该要求。

近年来，相继出现了类似于博世iBooster的电液伺服制动系统，这些新型电液制动装置普遍利用纯弹簧结构、弹簧加缓冲橡胶块组成的结构实现踏板行程模拟，但弹簧的弹力较大且阻尼太小，导致驾驶员在踏板回程时弹簧力使踏板回位太快，形成踏板顶脚感较重，很难实现比真空助力器制动系统更好的踏板感。少数电液伺服装置尝试采用液压缸模拟踏板行程，其装置往往通过多个电磁阀、复杂的内外部管路实现，其结构复杂、成本高，且电磁阀寿命相对较短，很难满足车辆的制动要求，增加的液压管路同时也增加了制动安全风险因素。

发明内容

本发明目的是满足高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)的制动需求，提供一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置及其控制方法，该伺服制动装置可以很容易地实现优异的踏板感，可以在自主制动模式、线控制动模式、助力制动模式下工作，并且具有失效备份人力制动模式的功能，以满足不同工况下的制动需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，包括伺服电机、踏板行程模拟总成、踏板行程传感器、机械总成和制动主缸，其中：

所述踏板行程模拟总成包括模拟电机、传动机构、踏板行程模拟齿轮(306)及行程传感器齿轮；所述模拟电机通过所述传动机构与所述踏板行程模拟齿轮传动；所述踏板行程模拟齿轮与所述行程传感器齿轮啮合传动；所述踏板行程传感器设置在所述行程传感器齿轮的外侧；

所述机械总成包括壳体部件、人力总成部件及助力总成部件；所述人力总成部件包括制动踏板连接组件、第一回位弹性件、推杆、滑动设置在所述壳体部件内并与所述推杆固定连接的第一滑动件、滑动设置在所述壳体部件内并可被所述推杆推动的第二滑动件、与所述第二滑动件固定连接的顶杆、用于令所述顶杆回位的第二回位弹性件，所述顶杆用于驱动所述制动主缸产生制动压力；所述助力总成部件包括设置在所述壳体部件内的助力传动组件，所述伺服电机通过所述助力传动组件驱动所述第二滑动件；其中，所述第一滑动件与所述踏板行程模拟齿轮传动配合；在所述第一回位弹性件和第二回位弹性件的预压力作用下，所述推杆的前端面与所述第二滑动件对应的受力面之间设有间隙S。

该伺服制动装置的工作原理是：通过踏板行程传感器获取踏板行程识别驾驶员意图，控制器基于踏板行程计算和分解制动力矩，得出目标摩擦制动力矩与再生制动力矩；其中，得到的再生制动力矩通过与VCU(Vehicle control unit，整车控制器)通讯执行再生制动，摩擦制动力矩由伺服电机输出执行摩擦制动；控制器控制伺服电机及助力传动组件推动制动主缸工作，产生制动压力至轮缸执行摩擦制动；在此过程中，控制器同时依据设定的“踏板力-踏板位移目标曲线”由模拟电机实现踏板力输出，并通过传动机构反馈至驾驶员脚部，形成优异的踏板感。

进一步地，所述传动机构优选为行星齿轮组。传动机构还可以是其他形式的传动机构，凡是能够将模拟电机输出的扭矩传递至第一滑动件，驱动第一滑动件滑动并带动推杆及制动踏板连接组件运动，从而将踏板力感传递至制动踏板，给驾驶员反馈脚步踏板感的传动机构均可以作为本发明中的传动机构。譬如，该传动机构可以是一级或多级行星齿轮传动机构，或者多级齿轮减速装置。

更进一步地，所述行星齿轮组包括太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈，所述太阳轮作为所述行星齿轮组的输入端与所述模拟电机的输出轴固定连接，所述行星轮与所述太阳轮啮合并通过圆柱销固定在所述行星架上，所述行星架与所述踏板行程模拟齿轮同轴固定连接。

进一步地，所述行程传感器齿轮的端部靠近所述踏板行程传感器的一侧内嵌有磁体。磁体随行程传感器齿轮一起转动，设置在所述行程传感器齿轮外侧的踏板行程传感器通过检测行程传感器齿轮的转角，输出踏板行程的信号。在一实施例中，该磁体为小磁铁。

进一步地，所述第二滑动件上开设有滑槽，所述第一滑动件可相对滑动地设置在所述滑槽中。在一个优选实施例中，第二滑动件与所述推杆沿同一中心轴线布置，所述第二滑动件中与所述推杆的前端面对应的受力面处设有中心孔，所述中心孔中内嵌有缓冲体。所述缓冲体优选为缓冲橡胶块。当推杆的前端面撞击到第二齿条时，缓冲体可以起到缓冲与增加空行程的作用。推杆的前端面与第二齿条对应的受力面之间有一段空行程(即间隙S)，用于支持制动能量回收。

在一优选实施例中，第二滑块为齿条。

在一优选实施例中，所述第一滑动件为齿条，所述第一滑动件的齿部与所述踏板行程模拟齿轮啮合。当模拟电机输出扭矩时，通过传动机构带动踏板行程模拟齿轮转动，进而带动第一滑动件滑动，从而将踏板力通过推杆传递至制动踏板。

更进一步地，所述第一滑动件沿与所述中心轴线平行的方向滑动设置。

进一步地，所述制动踏板连接组件包括U型铰链、锁紧螺母、罩体、球头推杆和球头螺栓，所述U型铰链与所述球头推杆螺纹连接并通过所述锁紧螺母固定，所述球头推杆与所述球头螺栓连接，所述球头螺栓与所述推杆连接；所述第一回位弹性件预紧在所述球头螺栓和所述壳体部件之间；所述罩体包覆在所述第一回位弹性件的外侧。在一实施例中，该罩体优选为波纹罩，起到防尘与降噪的作用；所述第一回位弹性体优选为圆锥弹簧，圆锥弹簧位于球头螺栓和波纹罩底座之间。

进一步地，在一个实施例中，所述助力传动组件为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮、齿轮轴和蜗杆，所述蜗杆与所述伺服电机的输出轴同轴固定连接，所述蜗轮固定在所述齿轮轴上，所述齿轮轴转动连接在所述壳体部件中，且所述齿轮轴与所述第二滑动件传动配合。当第二滑动件为齿条时，齿轮轴上的齿部与与齿条啮合进行传动。凡是可以将伺服电机输出的扭矩传递至令第二滑动件滑动并驱动顶杆前移转换成推力驱动制动主缸产生制动压力的传动组件均可以作为本发明的助力传动组件，譬如该助力传动组件还可以是多级齿轮组。

进一步地，所述壳体部件包括固定连接的壳体、主缸连接法兰和轴承座，所述第一滑动件和所述第二滑动件均可滑动地设置在所述壳体中，所述第二滑动件的一端与防火墙连接法兰相抵，另一端与所述第二回位弹性件的安装座相抵；所述防火墙连接法兰用于与整车的防火墙贴合固定，所述第二回位弹性件安装在所述安装座与所述主缸连接法兰之间；所述轴承座用于安装所述助力传动组件。在一个具体实施例中，防火墙连接法兰的通孔内设有滑套，在推杆移动过程中起到润滑与导向的作用。第一滑动件通过圆柱销固定连接推杆。为了给第二滑动件起到导向和润滑的作用，在壳体的内部设有两个滑套，该滑套优选为自润滑铜套。第二回位弹性件的安装座通过顶杆、并紧螺母与第二滑动件连接，第二回位弹性件通过预压力安装在主缸连接法兰和安装座之间。在一个优选实施例中，第二回位弹性件为回位弹簧，安装座为回位弹簧座。顶杆与制动主缸的活塞接触，可直接推动制动主缸产生制动压力。该伺服制动装置的防火墙连接法兰与整车的防火墙贴合并通过螺柱连接固定。上述蜗轮蜗杆传动机构的齿轮轴通过两端的轴承座固定支撑在壳体上，蜗轮与齿轮轴过盈连接可一起转动，伺服电机通过联轴器与蜗杆连接，蜗杆通过两端轴承固定支撑在壳体上，蜗轮与蜗杆传动配合。伺服电机输出的制动力矩可通过蜗杆、蜗轮、齿轮轴、第二滑动件及顶杆转换成推力，推动制动主缸产生制动压力。

进一步地，所述壳体和所述第二回位弹性件的安装座之间还设置有回位缓冲件。回位缓冲件可减小第二回位弹性件的安装座回位时的冲击，降低伺服制动装置的工作噪声。

本发明还提供了上述伺服制动装置的控制方法，所述控制方法包括自主制动模式、制动模式、助力制动模式和失效备份人力制动模式。根据该制动方法，车辆在不同工况时，可在几种制动模式间切换。

1.自主制动模式：当控制器接收到车辆上的其它电控系统发出的制动请求时，所述控制器控制伺服电机输出扭矩，经过所述助力传动组件的传动，带动所述第二滑动件向前滑动并推动所述顶杆前移转换为推力，从而推动所述制动主缸产生制动压力，实现车辆制动。

2.线控制动模式：当驾驶员踩下制动踏板后，在所述推杆的前端面和所述第二滑动件对应的受力面之间的间隙S消除之前，踏板力不会传递到所述顶杆上，此时处于线控制动模式；此时的制动踏板反馈力感全部由所述模拟电机提供，所述踏板行程模拟齿轮在所述第一滑动件的带动下转动，所述踏板行程传感器检测所述踏板行程模拟齿轮的转角获得踏板行程，所述控制器计算出所述模拟电机的目标扭矩，控制所述模拟电机工作，输出扭矩并经过所述传动机构、第一滑动件、所述推杆及所述制动踏板连接组件传递至制动踏板，产生制动踏板反馈力感。

在线控制动模式下，所需的制动力由车辆的动力电机的回馈制动产生；此时，目标制动力大小取决于踏板行程；若动力电池不允许充电或回馈制动力低于目标制动力，则由所述伺服电机提供制动力实施伺服制动；当需要所述伺服电机进行伺服制动时，所述控制器驱动所述伺服电机输出目标扭矩，经所述助力传动组件、第二滑动件、顶杆转换为推力，从而推动所述制动主缸产生制动压力，实现车辆制动。在一优选实施例中，线控制动模式下的制动减速度最大达0.3g。

3.助力制动模式：当驾驶员踩下制动踏板后，并且在所述推杆的前端面和所述第二滑动件对应的受力面之间的间隙S消除之后，踏板力传递到所述顶杆上，此时处于助力制动模式；此时回馈制动退出，制动力全部由摩擦制动器提供；所述控制器计算出摩擦制动力矩，并驱动所述伺服电机输出制动力矩，经过所述助力传动组件、第二滑动件、顶杆转换为推力提供助力，与传递至所述顶杆的人力一起推动所述制动主缸，实现车辆制动；在此过程中，所述控制器根据预设的“踏板力-踏板位移目标曲线”控制所述模拟电机输出目标扭矩，并经过所述传动机构、第一滑动件、所述推杆及所述制动踏板连接组件传递至制动踏板，产生制动踏板反馈力感；在一优选实施例中，助力制动模式下制动减速度大于0.3g。

4.失效备份人力制动模式：当所述伺服制动失效时，驾驶员踩下制动踏板后，踏板行程增大至所述间隙S消除后，踏板力经过所述制动踏板连接组件、所述推杆、所述第二滑动件及所述顶杆，推动所述制动主缸产生制动压力，实现车辆制动。

在失效备份人力制动模式下，若所述模拟电机正常工作，则所述控制器控制所述模拟电机反向旋转提供制动助力，所述模拟电机输出的扭矩通过所述传动机构、所述踏板行程模拟齿轮、所述第一滑动件传递至所述推杆转换成推力，与人力一起推动所述第二滑动件及所述顶杆产生作用力于所述制动主缸上产生更大的制动压力。

由于采用上述技术方案，本发明达到了以下有益效果：

1)本发明的伺服制动装置通过模拟电机反馈踏板感，易于实现优异的踏板感；且针对不同的车型匹配，相较于液压模拟、弹簧模拟更换不同刚度的弹簧或其它硬件，厂家需要几十种不同规格的硬件，成本及装配工艺复杂，而电机模拟踏板感只要变更一下电机控制参数即可，实现软件定义踏板感设计，无需更换任何机械或电子硬件，更易实现优异的踏板感；

2)本发明的伺服制动装置具有自主制动、线控制动、助力制动及失效备份人力制动模式，可满足具有高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等车辆的自主制动、助力制动及失效备份人力制动功能；

3)本发明的伺服制动装置支持制动能量回收。由于98％以上的制动工况下的汽车制动减速度不超过0.3g，本发明具有的小行程线控功能保证了在大多数工况下实现制动能量回收最大化，且不影响制动踏板感觉；

4)本发明的模拟电机增加了失效备份的冗余保护，对于无人驾驶的车辆，若伺服助力电机失效，模拟电机仍然可以助力，保留类似于应急情况下的人力制动功能，使制动更加安全，更加满足无人驾驶制动车辆的需求；

5)本发明的伺服制动装置的踏板行程模拟总成，采用模拟电机与行星齿轮传动机构，踏板力感响应快，结构简单，成本低，传动比大，用较小扭矩的电机易满足踏板感需求。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施例的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置的外形布置图。

图2是根据本发明的一种实施例的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置的剖视图。

图3是根据本发明的一种实施例的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置的立体透视图(去除部分部件)。

附图中：

1-控制器；2-伺服电机；3-踏板行程模拟总成；4-踏板行程传感器；5-机械总成；6-制动主缸；7-储液罐；

301—模拟电机；302—太阳轮；303—行星轮；304—行星架；305—内齿圈；306—踏板行程模拟齿轮；307—行程传感器齿轮；

501—U型铰链；502—锁紧螺母；503—罩体；504—球头推杆；505—球头螺栓；506—第一回位弹性件；507—推杆；508—轴承座；509—圆柱销；510—滑动件；511—蜗轮；512—齿轮轴；513—缓冲体；514—蜗杆；515—并紧螺母；516—顶杆；517—第二回位弹性件；518—主缸连接法兰；519—O型密封圈；520—自润滑铜套；521—安装座；522—回位缓冲件；523—壳体；524—自润滑铜套；525—第一滑动件；526—O型密封圈；527—防火墙连接法兰；528—螺柱；529—波纹罩底座；530—自润滑铜套。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所做的等效变化与修饰前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置及其控制方法，该伺服制动装置可以很容易实现优异的踏板感，其控制方法可以实现该伺服制动装置在自主制动模式、线控制动模式、助力制动模式下工作，并且具有失效备份人力制动功能，以满足车辆在不同工况下的制动需求，从而满足高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)的制动需求。

参阅图1至图3，一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，包括伺服电机2、踏板行程模拟总成3、踏板行程传感器4、机械总成5和制动主缸6。在本实施例中，该伺服制动装置还包括用于给制动主缸6供制动液的储液罐7，该储液罐7设置在制动主缸6上。该伺服制动装置还包括用于控制该伺服制动装置工作的控制器1，该控制器1分别与伺服电机2、踏板行程传感器4、模拟电机301以及电源电连接。本实施例中，该控制器1固定设置在壳体部件上。

该伺服制动装置通过踏板行程传感器4识别驾驶员意图读取踏板行程，控制器1基于踏板行程计算和分解制动力矩，得出目标摩擦制动力矩与再生制动力矩；再生制动力矩与VCU通讯执行再生制动，摩擦制动力矩由伺服电机2输出执行摩擦制动；控制器1控制伺服电机2及传动机构推动制动主缸6工作，产生制动压力至轮缸执行摩擦制动；在此过程中，控制器1同时依据设定的“踏板力-踏板位移目标曲线”由模拟电机301实现踏板感，并通过传动机构反馈至驾驶员脚部。本实施例中，踏板行程传感器4采用转角霍尔传感器，可通过转角换算出踏板行程，伺服电机2采用无刷或有刷电机，模拟电机301采用无刷或有刷电机，两个电机均可根据整车制动力需求更换不同规格的电机满足制动需求。

踏板行程模拟总成3包括模拟电机301、传动机构、踏板行程模拟齿轮306及行程传感器齿轮307。本实施例中，传动机构采用行星齿轮组，所述行星齿轮组的输入端与模拟电机301的输出轴连接，所述行星齿轮组的输出端与踏板行程模拟齿轮306连接，踏板行程模拟齿轮306与行程传感器齿轮307啮合，踏板行程传感器4通过检测行程传感器齿轮307的转角获得踏板行程。

如图2和3所示，所述行星齿轮组包括太阳轮302、行星轮303、行星架304和内齿圈305，太阳轮302作为所述行星齿轮组的输入端与模拟电机301的输出轴固定连接，行星轮303与太阳轮302啮合并通过圆柱销固定在行星架304上，行星架304与踏板行程模拟齿轮306同轴固定连接。其中，本实施例的行星齿轮组中行星轮303为3个，圆柱销也是3个。行星架305与踏板行程模拟齿轮306可通过键或过盈轴孔配合实现固接，太阳轮301与模拟电机301输出轴过盈连接。踏板行程传感器4设置在行程传感器齿轮307的外侧，行程传感器齿轮307的端部靠近所述踏板行程传感器4的一侧内嵌有磁体。磁体随行程传感器齿轮307一起转动，通过踏板行程传感器4输出踏板行程的信号。在本实施例中，该磁体为小磁铁。在助力制动模式下，根据踏板行程和设定的踏板感曲线计算出模拟电机301目标扭矩，由控制器1控制模拟电机301工作，输出扭矩并经行星齿轮组、第一滑动件525及推杆507传至踏板，产生制动踏板感；人力备份制动模式下，即当伺服制动失效时，模拟电机301可反向施加力矩加大推杆507推力，产生更大的备份制动压力，实现制动更安全。

机械总成按照功能划分包括壳体部件、人力总成部件及助力总成部件。

壳体部件包括固定连接的壳体523、主缸连接法兰518和轴承座508，它们之间通过螺栓进行连接固定。

人力总成部件包括制动踏板连接组件、第一回位弹性件506、推杆507、与推杆507连接的第一滑动件525、滑动设置在壳体部件内并可被推杆507推动的第二滑动件510、与第二滑动件510固定连接的顶杆516、用于令顶杆516回位的第二回位弹性件517，顶杆516用于驱动制动主缸6产生制动压力。

本实施例中，第一滑动件525采用齿条，第二滑动件510也采用齿条。第一滑动件525的齿部与踏板行程模拟齿轮306啮合。当模拟电机输出扭矩时，通过传动机构带动踏板行程模拟齿轮转动，进而带动第一滑动件滑动，从而将踏板力通过推杆传递至制动踏板。

为了使结构更紧凑，第二滑动件510上开设有滑槽，第一滑动件525可相对滑动地设置在所述滑槽中，如图2和3所示，而且，第一滑动件525的齿部还与踏板行程模拟齿轮306的齿部相啮合传动。在本实施例中，第二滑动件510与推杆507沿同一中心轴线布置，第二滑动件510中与推杆507的前端面对应的受力面处设有中心孔，所述中心孔中内嵌有缓冲体513，该缓冲体513优选为缓冲橡胶块。当推杆507的前端面撞击到第二滑动件510时，缓冲体513可以起到缓冲与增加空行程的作用。推杆507的前端面与第二滑动件510对应的受力面之间有一段空行程(即间隙S)，用于支持制动能量回收。本实施例中，第一滑动件525沿与所述中心轴线平行的方向滑动设置在第二滑动件510的滑槽中。

其中，制动踏板连接组件包括U型铰链501、锁紧螺母502、罩体503、球头推杆504和球头螺栓505，U型铰链501与球头推杆504螺纹连接并通过锁紧螺母502固定，球头推杆504与球头螺栓505连接(具体为铆接)，球头螺栓505与推杆507通过螺纹紧固连接。第一回位弹性件506预紧在所述球头螺栓505和所述壳体部件之间。罩体503包覆在第一回位弹性件506的外侧。本实施例中，该罩体503优选为波纹罩，起到防尘与降噪的作用。第一回位弹性体506优选为圆锥弹簧，圆锥弹簧位于球头螺栓505和波纹罩底座529之间，通过预压力预紧，起到加速推杆507快速回位。

助力总成部件包括设置在壳体部件内的助力传动组件，所述助力传动组件的输出端与第二滑动件510的齿部啮合以驱动第二滑动件510滑动，助力传动组件的输入端与伺服电机2的输出轴连接；其中，第一滑动件525与踏板行程模拟齿轮306啮合；在第一回位弹性件506和第二回位弹性件517的预压力作用下，推杆507的前端面与第二滑动件510对应的受力面之间设有间隙S，如图2所示。

第一滑动件525和所述第二滑动件510均可滑动地设置在壳体523中，第二滑动件510的一端与防火墙连接法兰527相抵，另一端与所述第二回位弹性件517的安装座521相抵。防火墙连接法兰527用于与整车的防火墙贴合固定，第二回位弹性件517安装在所述安装座521与主缸连接法兰518之间。推杆507活动穿过防火墙连接法兰527的通孔，防火墙连接法兰527的通孔内设有滑套，该滑套优选为自润滑铜套530，在推杆507移动过程中起到润滑与导向的作用。第一滑动件525通过圆柱销509固定连接推杆507。为了给第二滑动件510起到导向和润滑的作用，在壳体523的内部设有两个滑套，这两个滑套优选为自润滑铜套524。第二回位弹性件517的安装座521通过顶杆516、并紧螺母515与第二滑动件510连接，第二回位弹性件517通过预压力安装在主缸连接法兰和安装座521之间。在本实施例中，第二回位弹性件517优选为回位弹簧，安装座521为回位弹簧座。壳体523和第二回位弹性件517的安装座521之间还设置有回位缓冲件522。回位缓冲件522可减小第二回位弹性件517的安装座521回位时的冲击，降低伺服制动装置的工作噪声。本实施例中，回位缓冲件522为回位缓冲橡胶。

顶杆516与制动主缸6的活塞接触，可直接推动制动主缸产生制动压力。该伺服制动装置的防火墙连接法兰527与整车的防火墙贴合并通过螺柱连接固定。

轴承座508用于安装所述助力传动组件。本实施例中，助力传动组件优选为蜗轮蜗杆传动机构，蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮511、齿轮轴512和蜗杆514，齿轮轴512通过两端的轴承座508固定支撑在壳体523上，蜗轮511与齿轮轴512过盈连接可一起转动，伺服电机2通过联轴器与蜗杆514连接，蜗杆514通过两端轴承固定支撑在壳体523上，蜗轮511与蜗杆514传动配合。伺服电机2输出的制动力矩可通过蜗杆514、蜗轮511、齿轮轴512、第二滑动件510及顶杆516转换成推力，推动制动主缸6产生制动压力。

本发明还提供了上述伺服制动装置的控制方法，所述控制方法包括自主制动模式、制动模式、助力制动模式和失效备份人力制动模式。根据该制动方法，车辆在不同工况时，可在几种制动模式间切换。

1.自主制动模式

当控制器1接收到车辆上的其它电控系统(例如AEB系统)发出的制动请求时，控制器1控制伺服电机2输出扭矩，经过助力传动组件的传动，带动第二滑动件510向前滑动并推动顶杆516前移转换为推力，从而推动制动主缸6产生制动压力，实现车辆制动。

2.线控制动模式

当驾驶员踩下制动踏板后时，踏板力经过所述制动踏板连接组件传递至所述推杆507，第一滑动件525在所述推杆507的推动下向前滑动；由于第二滑动件510和所述推杆507的前端面之间具有间隙S，在推杆507的前端面和第二滑动件510对应的受力面之间的间隙S消除之前，踏板力不会传递到顶杆516上，此时处于线控制动模式；线控制动模式下的制动减速度最大达0.3g。此时的制动踏板反馈力感全部由模拟电机301提供，踏板行程模拟齿轮306在第一滑动件525的带动下转动，踏板行程传感器4检测所述踏板行程模拟齿轮306的转角获得踏板行程，控制器1根据踏板行程和预设的踏板感曲线计算出所述模拟电机301的目标扭矩，控制模拟电机301工作，输出扭矩并经过行星齿轮组、第一滑动件525、推杆507及制动踏板连接组件传递至制动踏板，产生制动踏板反馈力感。

在线控制动模式下，所需的制动力由车辆的动力电机的回馈制动产生；此时，目标制动力大小取决于踏板行程；若动力电池不允许充电或回馈制动力低于目标制动力，则由所述伺服电机2提供制动力实施伺服制动；当需要伺服电机2进行伺服制动时，控制器1驱动伺服电机2输出目标扭矩，经助力传动组件、第二滑动件510、顶杆516转换为推力，从而推动制动主缸6产生制动压力，实现车辆制动。

3.助力制动模式

当驾驶员踩下制动踏板后，并且在推杆507的前端面和第二滑动件510对应的受力面之间的间隙S消除之后，踏板力传递到顶杆516上，此时处于助力制动模式；助力制动模式下制动减速度大于0.3g。此时回馈制动退出，制动力全部由摩擦制动器提供；伺服电机2内设的转角传感器获得转角信号，通过换算传动装置传动比间接获得顶杆行程，作为目标反馈量；转角传感器将踏板行程传递至控制器1，控制器1计算出摩擦制动力矩，并驱动伺服电机2输出制动力矩，经过助力传动组件、第二滑动件510、顶杆516转换为推力提供助力，与传递至顶杆516的人力一起推动制动主缸6，实现车辆制动；在此过程中，控制器1根据预设的“踏板力-踏板位移目标曲线”控制所述模拟电机301输出目标扭矩，并经过所述行星齿轮组、第一滑动件525、推杆507及所述制动踏板连接组件传递至制动踏板，产生制动踏板反馈力感；

4.失效备份人力制动模式

当所述伺服制动失效时，驾驶员踩下制动踏板后，踏板行程增大至所述间隙S消除后，踏板力经过所述制动踏板连接组件、推杆507、第二滑动件510及顶杆516，推动制动主缸6产生制动压力，实现车辆制动。

在失效备份人力制动模式下，若模拟电机301正常工作，则控制器1控制所述模拟电机301反向旋转提供制动助力，模拟电机301输出的扭矩通过行星齿轮组、踏板行程模拟齿轮306、第一滑动件525传递至推杆507转换成推力，与人力一起推动第二滑动件510及顶杆516产生作用力于制动主缸6上产生更大的制动压力。

本发明的一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置采用电机模拟踏板感，易于实现优异的踏板感，传动效率高，结构简单，可靠性高、安全性好，其控制方法可实现自主制动模式、制动模式、助力制动模式和失效备份人力制动模式，满足车辆在多种工况下实现可靠制动的需求，从而更适用于运用高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)的车辆的制动系统中。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本发明所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，包括伺服电机(2)、踏板行程模拟总成(3)、踏板行程传感器(4)、机械总成(5)和制动主缸(6)，其中：

所述踏板行程模拟总成(3)包括模拟电机(301)、传动机构、踏板行程模拟齿轮(306)及行程传感器齿轮(307)；所述模拟电机(301)通过所述传动机构与所述踏板行程模拟齿轮(306)传动；所述踏板行程模拟齿轮(306)与所述行程传感器齿轮(307)啮合传动；所述踏板行程传感器(4)设置在所述行程传感器齿轮(307)的外侧；

所述机械总成包括壳体部件、人力总成部件及助力总成部件；所述人力总成部件包括制动踏板连接组件、第一回位弹性件(506)、推杆(507)、滑动设置在所述壳体部件内并与所述推杆(507)固定连接的第一滑动件(525)、滑动设置在所述壳体部件内并可被所述推杆(507)推动的第二滑动件(510)、与所述第二滑动件(510)固定连接的顶杆(516)、用于令所述顶杆(516)回位的第二回位弹性件(517)，所述顶杆(516)用于驱动所述制动主缸(6)产生制动压力；所述助力总成部件包括设置在所述壳体部件内的助力传动组件，所述伺服电机(2)通过所述助力传动组件驱动所述第二滑动件(2)；其中，所述第一滑动件(525)与所述踏板行程模拟齿轮(306)传动配合；在所述第一回位弹性件(506)和第二回位弹性件(517)的预压力作用下，所述推杆(507)的前端面与所述第二滑动件(510)对应的受力面之间设有间隙S。

2.根据权利要求1所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述传动机构为行星齿轮组。

3.根据权利要求2所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述行星齿轮组包括太阳轮(302)、行星轮(303)、行星架(304)和内齿圈(305)，所述太阳轮(302)作为所述行星齿轮组的输入端与所述模拟电机(301)的输出轴固定连接，所述行星轮(303)与所述太阳轮(302)啮合并通过圆柱销固定在所述行星架(304)上，所述行星架(304)与所述踏板行程模拟齿轮(306)同轴固定连接。

4.根据权利要求1所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述第二滑动件(510)上开设有滑槽，所述第一滑动件(525)可相对滑动地设置在所述滑槽中。

5.根据权利要求1或4所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述第二滑动件(510)为齿条。

6.根据权利要求5所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述第二滑动件(510)与所述推杆(507)沿同一中心轴线布置，所述第二滑动件(510)中与所述推杆(507)的前端面对应的受力面处设有中心孔，所述中心孔中内嵌有缓冲体(513)。

7.根据权利要求1或4所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述第一滑动件(525)为齿条，所述第一滑动件(525)的齿部与所述踏板行程模拟齿轮(306)啮合。

8.根据权利要求1所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述助力传动组件为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮(511)、齿轮轴(512)和蜗杆(514)，所述蜗杆(514)与所述伺服电机(2)的输出轴同轴固定连接，所述蜗轮(511)固定在所述齿轮轴(512)上，所述齿轮轴(512)转动连接在所述壳体部件中，且所述齿轮轴(512)与所述第二滑动件(510)传动配合。

9.根据权利要求1所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置，其特征在于，所述壳体部件包括固定连接的壳体(523)、主缸连接法兰(518)和轴承座(508)，所述第一滑动件(525)和所述第二滑动件(510)均可滑动地设置在所述壳体(523)中，所述第二滑动件(510)的一端与防火墙连接法兰(527)相抵，另一端与所述第二回位弹性件(517)的安装座(521)相抵；所述防火墙连接法兰(527)用于与整车的防火墙贴合固定，所述第二回位弹性件(517)安装在所述安装座(521)与所述主缸连接法兰(518)之间；所述轴承座(508)用于安装所述助力传动组件。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的电机提供制动踏板行程模拟的伺服制动装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括自主制动模式、制动模式、助力制动模式和失效备份人力制动模式：

自主制动模式：当控制器(1)接收到车辆上的其它电控系统发出的制动请求时，所述控制器(1)控制伺服电机(2)输出扭矩，经过所述助力传动组件的传动，带动所述第二滑动件(510)向前滑动并推动所述顶杆(516)前移转换为推力，从而推动所述制动主缸(6)产生制动压力，实现车辆制动；

线控制动模式：当驾驶员踩下制动踏板后，在所述推杆(507)的前端面和所述第二滑动件(510)对应的受力面之间的间隙S消除之前，踏板力不会传递到所述顶杆(516)上，此时处于线控制动模式；此时的制动踏板反馈力感全部由所述模拟电机(301)提供，所述踏板行程模拟齿轮(306)在所述第一滑动件(525)的带动下转动，所述踏板行程传感器(4)检测所述踏板行程模拟齿轮(306)的转角获得踏板行程，所述控制器(1)计算出所述模拟电机(301)的目标扭矩，控制所述模拟电机(301)工作，输出扭矩并经过所述传动机构、第一滑动件(525)、所述推杆(507)及所述制动踏板连接组件传递至制动踏板，产生制动踏板反馈力感；

在线控制动模式下，所需的制动力由车辆的动力电机的回馈制动产生；此时，目标制动力大小取决于踏板行程；若动力电池不允许充电或回馈制动力低于目标制动力，则由所述伺服电机(2)提供制动力实施伺服制动；当需要所述伺服电机(2)进行伺服制动时，所述控制器(2)驱动所述伺服电机(2)输出目标扭矩，经所述助力传动组件、第二滑动件(510)、顶杆(516)转换为推力，从而推动所述制动主缸(6)产生制动压力，实现车辆制动；

助力制动模式：当驾驶员踩下制动踏板后，并且在所述推杆(507)的前端面和所述第二滑动件(510)对应的受力面之间的间隙S消除之后，踏板力传递到所述顶杆(516)上，此时处于助力制动模式；此时回馈制动退出，制动力全部由摩擦制动器提供；所述控制器(1)计算出摩擦制动力矩，并驱动所述伺服电机(2)输出制动力矩，经过所述助力传动组件、第二滑动件(510)、顶杆(516)转换为推力提供助力，与传递至所述顶杆(516)的人力一起推动所述制动主缸(6)，实现车辆制动；在此过程中，所述控制器(1)根据预设的“踏板力-踏板位移目标曲线”控制所述模拟电机(301)输出目标扭矩，并经过所述传动机构、第一滑动件(525)、所述推杆(507)及所述制动踏板连接组件传递至制动踏板，产生制动踏板反馈力感；

失效备份人力制动模式：当所述伺服制动失效时，驾驶员踩下制动踏板后，踏板行程增大至所述间隙S消除后，踏板力经过所述制动踏板连接组件、所述推杆(507)、所述第二滑动件(510)及所述顶杆(516)，推动所述制动主缸(6)产生制动压力，实现车辆制动。

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