CN113370956A - 一种电子刹车助力器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子刹车助力器，将操作力传递到制动主缸可轴向移动的推杆，电机和周向转轴向平移装置，周向转轴向平移装置与电机转子配合连接，将电机转子周向转动转换为周向转轴向平移装置的轴向移动，其特征在于，电机转子设置在周向转轴向平移装置的端部。本申请的电子助力器节省了安装空间，降低了整车重量，提高了控制刹车的精度，相对低的转速意味着较小的震动，更小的噪音和更好的驾驶体验。

Description

一种电子刹车助力器

技术领域

本发明属于刹车装置技术领域，具体涉及一种电子刹车助力器。

背景技术

目前电动助力制动系统，通过电子控制制动助力器，电机产生的动力通过传动系统例如蜗轮蜗杆和齿轮齿条传动机构实现助力，传递效率低；传动力较大时，齿轮齿条传动会产生一定的偏矩，加决了传动机构的磨损，降低使用寿命。或者，电机产生动力经过行星轮系带动梯形丝杆推动主缸产生助力，该系统的传动部件多、效率低、可靠性低；传动部件过多使该助力器的重量增加、尺寸增大、结构复杂和制造装配难度大，不适合实际应用；或者，直驱电机的输出力小，为了达到相同的输出力，需要提高转速来达到相同的输出力，因此难以精确控制并造成较大的震动和噪音，同时较大的体积不利于安装和加大了整车的重量。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电子刹车助力器，能以较低的转速和较小的震动、噪音达到相同的助力效果，并减小了整个的体积。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种电子刹车助力器，包括：

将操作力传递到制动主缸可轴向移动的推杆，电机和周向转轴向平移装置，周向转轴向平移装置与电机转子配合连接，将电机转子周向转动转换为周向转轴向平移装置的轴向移动，其特征在于，电机转子设置在周向转轴向平移装置的端部。

进一步的，电机转子设置在周向转轴向平移装置的靠近制动主缸的端部。

进一步的，电机轴向长度与电机转子直径的比值小于0.4，优选0.3，更优选的0.1-0.2。

进一步的，助力器还包括壳体，电机为外定子内转子的结构，定子固定安装在壳体的内周面上，转子可旋转的安装在壳体中。

进一步的，电机定子由铁芯和多个绕线圈组成，定子铁芯为直槽绕线后弯圆进行拼接。

进一步的，电机为永磁同步电机，电机的转矩密度至少为10Nm/kg。

进一步的，周向转轴向平移装置包括螺纹配合连接的螺母套和螺杆，电机转子包括齿形套，转子通过齿形套与螺母套配合连接，螺母套可相对于齿形套轴向移动。

进一步的，螺母套一端自与壳体上开设的与壳体同轴的通孔伸出，螺母套另一端的直径自向制动主缸方向逐渐增大。

进一步的，推杆套设于螺杆内，推杆可相对于螺杆轴向移动，推杆为两端有较大横截面直径，中部有较小横截面直径的柱状体结构。

进一步的，推杆两端的横截面直径与螺杆内径相同。采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、电机设置为一个轴向长度相对较小，而径向长度较长的较扁平的形状，电机整体设置在前壳体1中，那么电机的外形就定义了前壳体1的外形，由于电机是设置在尽可能靠近制动主缸的位置，而电机本身的形状又是相对扁平的，那么前壳体1的形状就可以设置的尽可能的扁平。这样，在本就不充裕的放置刹车助力器的汽车前部空间中，可以节省大量的空间，特别是在使用真空助力器的汽车里，如平头卡车中，本申请的电子助力器可以很好的放入原本放置真空助力器的位置而不必改变原本的汽车结构布局。并且，由于本申请是电子助力器，不需要额外的真空泵来达到刹车主力的目的，进而在达到同样的刹车效果的同时，节省了安装空间，降低了整车重量。

2、由于电机具有高的转矩密度，那么在限定功率下，电机可以以相对较低的转速来转动带动螺杆5推动制动主缸15进行制动，即电机可以以较低转速输出较大的力，而现有技术中由于没有采用高转矩密度的电机，因而需要用较高的转速来达到相同的输出力来达到相同的制动效果。而本申请的电子刹车助力器能以相对较小的转速来达到相同的制动效果，那么在控制本申请的电机的正反转和停止开始转动的过程就会相对容易，能更精确的控制刹车的精度。并且，相对低的转速意味着较小的震动，更小的噪音和更好的驾驶体验。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本申请实施例一的电子刹车助力器的右视图；

图2是本申请图1延A-A方向的剖视图；

图3是本申请图1延B-B方向的剖视图；

图4是本申请实施例一的电子刹车助力器的爆炸图；

图5是本申请实施例二的电子刹车助力器的右视图；

图6是本申请图5延C-C方向的剖视图；

图7是本申请图5延D-D方向的剖视图。

在附图中：1、前壳体；2、定子；3、转子；4、螺母套；5、螺杆；6、推杆；7、踏杆；8、踏杆复位弹簧；9、限位部；10、顶轴；11、直线传感器；12、控制板；13、磁体套；14、主缸作用轴；15、制动主缸；16、压力弹簧；17、反作用盘；18、阀座；19、位置传感器；20、主缸连接盘；21、弹簧垫圈；22、后壳体；23、定位支撑架；24、支撑杆；25、齿形套；26、支撑盘。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照附图描述本发明的优选实施方式。

实施例一

如图1至图4所示，根据本发明的一种实施方式的用于车辆制动系统中的电子控制制动助力器包括外壳，其可由任何适宜的材料制成，例如，像传统真空助力器那样利用金属板材冲压制成。外壳由前壳体1和后壳体22两部分组成，前壳体1和后壳体22通过适宜的固定装置相互连接紧固成为一个整体。优选的，前壳体1和后壳体22为同轴设置的具有大致相同半径的圆形横截面的壳体结构，二者之间通过螺栓连接。

外壳可通过适宜的固定装置或结构安装到车身上。在前壳体1中固定安装着电机，电机由定子2和转子3组成，其中定子2固定安装在前壳体1的内周壁上，转子3通过轴承座可旋转的同轴安装在前壳体1中，转子3在电机不通电的情况下可绕轴转动，定子2为设置在前壳体1内周壁上的多个绕线圈铁芯，转子3内同轴固定设置有齿形套25，转子3通过连接臂与齿形套25不可转动的固定连接。当转子3转动时，齿形套25与转子3同步转动。

本实施例中，电机采用高磁场强度的钕铁硼磁钢永磁同步电机，达到10Nm/kg以上的转矩密度，是异步电机的3倍以上。电机采用高极数，本特征采用60极以上的电机，提高转矩密度。电机采用扁平的设计，定子2裂比达到0.8以上，轴向尺寸L/径向尺寸R小于0.1，极大降低轴向尺寸和成本。电机定子2铁芯采用直槽，设备绕线后弯圆，进行拼接，极大降低成本。电机位置编码器采用铁氧体磁环(60极)，分辨率60x1024以上，具有极小的转子3位置脉动。电机转子3采用铁板冲压成型，磁钢设在转子3外圆面上，减轻了转子3的重量。电机转子3采用单个轴承悬臂式固定，大大缩短了电机长度，提高电机的转矩，优化电机转数，提高电机效率。

齿形套25内壁设置有向内凹陷的花键，齿形套25内设置有具有轴向延伸的螺母套4，螺母套4外周壁上设置有能与齿形套25内壁花键一一对应配合的键槽，各个键槽均沿螺母套4轴向延伸，螺母套4可以轴向滑动的设置在齿形套25内。当转子3和齿形套25同步转动时，通过齿形套25的花键和安装键的配合，带动螺母套4同步转动。螺母套4一端自与前壳体1上开设的与前壳体1同轴的通孔伸出，另一端直径自前壳体1向后壳体22逐渐增大，以此对螺母套4进行限位，防止螺母套4从齿形套25内滑出。

螺母套4内设置有可相对于螺母套4转动的螺杆5，螺杆5与螺母套4同轴设置，螺母套4和螺杆5通过螺纹配合连接，螺杆5在轴向方向上延伸。电机转子3通过齿形套25与螺母套4连接，再通过螺母套4与螺杆5连接，电机转子3通过螺母套4设置在螺杆5靠近制动主缸的端部。螺母套4和螺杆5构成了周向转轴向平移装置。本实施例中，螺母套4和齿形套25由塑料或金属材料制成，螺杆5由金属材料制成。

电机轴向长度与电机转子3的直径的比值小于0.4，优选的为0.3，更优选的为0.1-0.2。这样，电机设置为一个轴向长度相对较小，而径向长度较长的较扁平的形状，电机整体设置在前壳体1中，那么电机的外形就定义了前壳体1的外形，由于电机是设置在尽可能靠近制动主缸的位置，而电机本身的形状又是相对扁平的，那么前壳体1的形状就可以设置的尽可能的扁平。这样，在本就不充裕的放置刹车助力器的汽车前部空间中，可以节省大量的空间，特别是在使用真空助力器的汽车里，如平头卡车中，本申请的电子助力器可以很好的放入原本放置真空助力器的位置而不必改变原本的汽车结构布局。并且，由于本申请是电子助力器，不需要额外的真空泵来达到刹车主力的目的，进而在达到同样的刹车效果的同时，节省了安装空间，降低了整车重量。

电机是外定子2和内转子3的设置情况，这样定子2可以固定设置在前壳体1上，而转子3在内部转动，进而通过螺母套4带动螺杆5运动。电机的定子2由铁芯和多个绕线圈组成，铁芯为直槽绕线后弯圈进行拼接而成。

由于电机具有高的转矩密度，那么在限定功率下，电机可以以相对较低的转速来转动带动螺杆5推动制动主缸15进行制动，即电机可以以较低转速输出较大的力，而现有技术中由于没有采用高转矩密度的电机，因而需要用较高的转速来达到相同的输出力来达到相同的制动效果。而本申请的电子刹车助力器能以相对较小的转速来达到相同的制动效果，那么在控制本申请的电机的正反转和停止开始转动的过程就会相对容易，能更精确的控制刹车的精度。并且，相对低的转速意味着较小的震动，更小的噪音和更好的驾驶体验。

螺杆5靠近制动主缸15的端部固定安装有定位支撑架23，定位支撑架23套设安装在后壳体22上的支撑杆24上，支撑杆24有两根，均一端固定安装在后壳体22上，另一端沿与壳体主轴平行方向朝前壳体1延伸。定位支撑架23中部与螺杆5靠近制动主缸15的端部固定连接，定位支撑架23两端部从中部开始向制动主缸15方向弯折，其两端部均设置有与支撑杆24套设的连接部。通过设置支撑杆24，定位支撑架23可轴向移动的套设在支撑杆24上，使螺杆5的周向移动被定位支撑架23限制。当转子3带动螺母套4同步转动时，螺杆5在螺母套4中因螺纹配合的关系在螺母套4中产生轴向移动。螺杆5靠近制动主缸15的一端安装有与螺杆5端面相抵接的阀座18，阀座18与螺杆5同轴设置，阀座18远离螺杆5的端面通过反作用盘17与主缸作用轴14相抵接。

阀座18靠近制动主缸15的一端设置有与阀座18同轴的凹槽，凹槽内安装有反作用盘17，反作用盘17通过制动主缸15的主缸连接盘20压设在凹槽内，主缸连接盘20与主缸作用轴14通过球形接头相连。

螺杆5内部设置有沿轴向贯穿螺杆5且与螺杆5同轴的通孔，螺杆5内套设有推杆6，推杆6可相对于螺杆5轴向移动，推杆6靠近制动踏板的一端连接踏杆7，推杆6与踏杆7之间通过球形接头相连，推杆6另一端连接顶轴10，顶轴10与阀座18相配合，顶轴10靠近制动主缸15的一端穿过阀座18抵接在反作用盘17的端面上。推杆6靠近制动踏板的一端设有限位部9，限制推杆6向制动踏板方向的移动，推杆6是两端有较大横截面直径，中部具有较小横截面直径的柱状体结构，其两端直径与螺杆5内径相同，为推杆6整体的运动进行导向，其中部具有较小横截面直径，以此在保证推杆6与螺杆5导向性的同时减小二者之间的摩擦，使推杆6与螺杆5之间的滑动更加顺畅。

本实施例中，前壳体1和后壳体22之间设置有支撑盘26，支撑盘26通过设置在其外周上的、与前壳体1和后壳体22之间的安装孔一一对应的若干通孔固定在前壳体1与后壳体22之间，支撑盘26可由金属或塑料材质制成，本实施例中，支撑盘26由塑料材质制成，以减轻整体的质量。支撑盘26中部镂空，供阀座18通过，支撑盘26上与阀座18相对的一侧固定安装有直线传感器11，推杆6上设置有与之相对应的磁体套13，磁体套13一端套设在推杆6上，并与推杆6之间轴向限位，另一端穿过阀座18向直线传感器11延伸，磁体套13靠近直线传感器11的一端设置有与直线传感器11相互作用的感应磁体。阀座18上开设有与磁体套13相对应的开口，使磁体套13可跟随推杆6沿轴向移动。直线传感器11能够通过感应磁体套13的位移感应推杆6的轴向位移。

后壳体22上与直线感应器同侧安装有控制板12，控制板12与直线传感器11和电机之间电连接。当磁体套13在推杆6的带动下与直线感应器产生相对位移时，直线传感器11将该信号传输到控制板12，控制板12发出指令控制电机工作，使电机的转子3带动螺母套4转动，从而带动螺杆5轴向运动。转子3转动的圈数与磁体套13和直线传感器11之间的位移差呈正比。在前壳体1内还设置有位置传感器19，用于检测转子3的转动角度。

助力器还包括复位踏杆7的踏杆复位弹簧8和用于螺杆5复位的压力弹簧16，踏杆复位弹簧8套设在螺杆5外，踏杆复位弹簧8的一端与踏杆7相抵连接，另一端与前壳体1靠近踏板一侧的面相抵连接，能够推动踏杆7进行复位。阀座18上靠近制动主缸15的一端套设有弹簧垫圈21，压力弹簧16设置在制动主缸15与弹簧垫圈21之间，能够推动阀座18对主缸作用轴14进行复位。

制动过程中，踏杆7上的轴向作用力通过推杆6、顶轴10、反作用盘17,反作用盘17给予踏杆7一个阻尼力使得用户有踩踏感，当直线感应器感应到磁体套13向制动主缸15方向轴向运动时，定子2发生正转，此时定子2带动螺杆5向制动主缸15轴向运动，螺杆5推动阀座18，阀座18推动主缸连接盘20朝向制动主缸15轴向运动，为制动过程助力，在驾驶员施加的人工制动力和电机提供的制动助力的作用下，制动主缸15中的制动液向各车轮的制动装置输送，以实现车辆的制动，由此减小在制动操作时用于制动操作所需的肌力。制动完成后，踏杆复位弹簧8推动踏杆7进行复位，推杆6带动磁体套13沿轴向朝远离制动主缸15的方向移动，此时定子2反转相同圈数，带动螺杆5向远离制动主缸15的方向移动，对螺杆5复位。同时，压力弹簧16推动阀座18对主缸作用轴14进行复位。

当电机失效时，踏杆7上的轴向作用力通过推杆6、顶轴10、反作用盘17,和主缸连接盘20传递给主缸作用轴14，通过推动主缸作用轴14实现制动，这样在电机失效时，可以通过人力的作用实现制动。

本实施例中，反作用盘17由弹性材料制成，初始状态时，顶轴10端面与反作用盘17之间存在一定间隙，当顶轴10压向反作用盘17时，克服间隙，之后反作用盘17发生弹性形变，给予用户一个反馈阻尼力来给予用户以踩踏感。

实施例二

如图5至图7所示，本实施例中，转子3通过轴承座可旋转的同轴安装在前壳体1中转子3内同轴固定设置有螺母套4，转子3通过连接臂与螺母套4不可转动的固定连接。当转子3旋转时，螺母套4与转子3同步旋转。

螺母套4内设置有可相对于螺母套4转动的螺杆5，螺杆5与螺母套4同轴设置。初始状态时，螺杆5一端与螺母套4通过螺纹配合连接，另一端沿轴向伸出前壳体1向外延伸。螺杆5靠近制动主缸15的端部固定安装有定位支撑架23，定位支撑架23套设安装在后壳体22上的支撑杆24上，支撑杆24有两根，均一端固定安装在后壳体22上，另一端沿与壳体主轴平行方向朝前壳体1延伸。定位支撑架23中部与螺杆5靠近制动主缸15的端部固定连接，定位支撑架23两端部从中部开始向制动主缸15方向弯折，其两端部均设置有与支撑杆24套设的连接部。通过设置支撑杆24，定位支撑架23可轴向移动的套设在支撑杆24上，使螺杆5的周向移动被定位支撑架23限制。当转子3带动螺母套4同步转动时，螺杆5在螺母套4中因螺纹配合的关系在螺母套4中产生轴向移动。

螺杆5靠近制动主缸15的一端安装有与螺杆5端面相抵接的阀座18，阀座18与螺杆5同轴设置，阀座18远离螺杆5的端面通过反作用盘17与主缸作用轴14相抵接。

阀座18靠近制动主缸15的一端设置有与阀座18同轴的凹槽，凹槽内安装有反作用盘17，反作用盘17通过制动主缸15的主缸连接盘20压设在凹槽内，主缸连接盘20与主缸作用轴14通过球形接头相连。

螺杆5内部设置有沿轴向贯穿螺杆5且与螺杆5同轴的通孔，阀座18远离制动主缸15的一端轴向延伸，进入螺杆5内部，且与螺杆5内壁相配合。阀座18内套设有推杆6，推杆6可相对于螺杆5轴向移动，推杆6靠近制动踏板的一端连接踏杆7，推杆6与踏杆7之间通过球形接头相连，推杆6另一端连接顶轴10，顶轴10与阀座18相配合，顶轴10端面与反作用盘17之间存在一定间隙。推杆6是两端有较大横截面直径，中部具有较小横截面直径的柱状体结构，其两端直径与阀座18内径相同，为推杆6整体的运动进行导向，其中部具有较小横截面直径，以此在保证推杆6与阀座18导向性的同时减小二者之间的摩擦，使推杆6与螺杆5之间的滑动更加顺畅。

本实施例中，前壳体1和后壳体22之间设置有支撑盘26，支撑盘26通过设置在其外周上的、与前壳体1和后壳体22之间的安装孔一一对应的若干通孔固定在前壳体1与后壳体22之间，支撑盘26可由金属或塑料材质制成，本实施例中，支撑盘26由塑料材质制成，以减轻整体的质量。支撑盘26中部镂空，供阀座18通过，支撑盘26上与阀座18相对的一侧固定安装有直线传感器11，推杆6上设置有与之相对应的磁体套13，磁体套13一端套设在推杆6上，并与推杆6之间轴向限位，另一端穿过阀座18向直线传感器11延伸，磁体套13靠近直线传感器11的一端设置有与直线传感器11相互作用的感应磁体。阀座18上开设有与磁体套13相对应的开口，使磁体套13可跟随推杆6沿轴向移动。直线传感器11能够通过感应磁体套13的位移感应推杆6的轴向位移。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电子刹车助力器，包括：

将操作力传递到制动主缸可轴向移动的推杆，电机和周向转轴向平移装置，周向转轴向平移装置与电机转子配合连接，将电机转子周向转动转换为周向转轴向平移装置的轴向移动，其特征在于，电机转子设置在周向转轴向平移装置的端部。

2.根据权利要求1的助力器，其特征在于，电机转子设置在周向转轴向平移装置的靠近制动主缸的端部。

3.根据权利要求2的助力器，其特征在于，电机轴向长度与电机转子直径的比值小于0.4，优选0.3，更优选的0.1-0.2。

4.根据权利要求1-3任一项的助力器，其特征在于，助力器还包括壳体，电机为外定子内转子的结构，定子固定安装在壳体的内周面上，转子可旋转的安装在壳体中。

5.根据权利要求4的助力器，其特征在于，电机定子由铁芯和多个绕线圈组成，电机定子由铁芯直槽绕线后弯圆进行拼接。

6.根据权利要求1-5任一项的助力器，其特征在于，电机为永磁同步电机，电机的转矩密度至少为10Nm/kg。

7.根据权利要求1-3任一项的助力器，其特征在于，周向转轴向平移装置包括螺纹配合连接的螺母套和螺杆，电机转子包括齿形套，转子通过齿形套与螺母套配合连接，螺母套可相对于齿形套轴向移动。

8.根据权利要求7的助力器，其特征在于，螺母套一端自与壳体上开设的与壳体同轴的通孔伸出，螺母套另一端的直径自向制动主缸方向逐渐增大。

9.根据权利要求7的助力器，其特征在于，推杆套设于螺杆内，推杆可相对于螺杆轴向移动，推杆为两端有较大横截面直径，中部有较小横截面直径的柱状体结构。

10.根据权利要求9的助力器，其特征在于，推杆两端的横截面直径与螺杆内径相同。

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