CN202541516U - 一种基于直流电机的汽车制动助力装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：它包括直流电机制动助力器和直流电机控制器；直流电机的定子和轴承均与外壳固定，外壳固定在驾驶室和发动机之间的隔板上，转子内壁上设置有斜齿，转子内设置有与斜齿相啮合的助力推杆，助力推杆的一端穿过隔板与汽车的刹车总泵活塞推杆接触，助力推杆的另一端连接刹车踏板，刹车踏板底部设置有压力传感器，压力传感器的连接车载CAN总线；直流电机控制器包括单片机、CAN总线收发外围电路和电机PWM驱动外围电路，CAN总线收发外围电路从车载CAN总线中接收压力值并将采集到的值发送给单片机，单片机产生TTL类型的PWM信号并发送到电机PWM驱动外围电路转化为MOS类型的PWM信号后，发送给直流电机控制其工作。本实用新型可以广泛应用于各类汽车的制动系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车制动助力装置，特别是关于一种适用在汽车自动制动过程中的基于直流电机的汽车制动助力装置。
背景技术
在现有的汽车制动助力技术中，一般是利用真空制动助力器或液压制动助力器为驾驶员提供制动助力，这两种形式的制动助力器优点在于制动助力明显，缺点在于体积比较大，在发动机舱容量已经十分局促的情况下，真空助力器或液压助力器的存在，无疑给狭小的发动机舱中各种装置的布置带来了不便。而目前用于自适应巡航控制或主动避撞控制等驾驶辅助系统的汽车自动制动装置也主要是通过对真空助力器或液压助力器的电控改造实现的，比如电子真空助力器（EVB）或电子液压制动（EHB）等，以上方式由于涉及复杂的气动或液压控制，往往控制效果不够理想，同时机构比较复杂，成本较高。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种不影响驾驶员正常制动功能、可靠性高、控制效果好且结构简单、安装方便的基于直流电机的汽车制动助力装置。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：它包括一直流电机制动助力器和一直流电机控制器；所述直流电机制动助力器包括一直流电机，所述直流电机的定子的两端设置有一轴承，所述定子和轴承均与所述直流电机的外壳固定，所述直流电机的外壳固定在汽车驾驶室和汽车发动机之间的隔板上，所述直流电机的转子为空心且其内壁上设置有斜齿，所述转子内设置有一与所述斜齿相啮合的助力推杆，所述助力推杆的一端穿过所述隔板与汽车的刹车总泵活塞推杆接触，所述助力推杆的另一端连接汽车的刹车踏板，所述刹车踏板底部设置有一压力传感器，所述压力传感器的输出端连接汽车车载CAN总线；所述直流电机控制器包括一单片机、一CAN总线收发外围电路和一电机PWM驱动外围电路，所述CAN总线收发外围电路从所述车载CAN总线中接收来自所述压敏传感器的压力值并发送给所述单片机，所述单片机依据预先设置的汽车制动系统参数产生一与所采集的压力值成正比的TTL类型的PWM信号并发送到所述电机PWM驱动外围电路，所述TTL类型的PWM信号经过电机PWM驱动外围电路转化为MOS类型的PWM信号后，发送给所述直流电机控制其工作。
所述CAN总线收发电路的CANL端连接所述车载CAN总线的低端，CANH端连接所述车载CAN总线的高端，所述CAN总线收发电路的输出端连接所述单片机的输入端，所述CAN总线收发电路的接地端和供电电压端分别连接地线和电源，且在所述接地端 和供电电压端之间连接有一滤波稳压电路，所述滤波稳压电路采用两电容并联连接。
所述电机PWM驱动外围电路包括一信号转换装置、一光隔元件和一MOSFET管，所述信号转换装置将所述单片机发出的TTL类型的PWM信号转换成MOS类型的PWM信号，所述单片机的输出端连接所述信号转换装置的输入端，所述信号转化装置的输出端连接所述光隔元件的负极，所述光隔元件的正极通过一限流电阻与电源相连，所述光隔元件集电极连接汽车蓄电池的正极，所述光隔元件的发射机通过一限流电阻连接地线，同时，所述光隔元件的发射极并联连接所述MOSFET管的栅极，其漏极并连接所述直流电机负极和汽车蓄电池的负极，且在漏极与所述车载蓄电池之间连接有一二极管，所述直流电机的正极连接所述汽车蓄电池的正极。
所述助力推杆与直流电机转子的斜齿螺纹升角满足以下条件：
上述公式中，ψ为螺纹升角， 
为当量摩擦角，fv为螺旋副的当量摩擦系数。
所述CAN总线收发外围电路采用PCA82C250芯片U2，所述信号处理装置采用SN7407N芯片U3，所述光隔元件采用TLP521芯片U4，所述MOSFET管采用的型号为IRFZ48N。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型采用一直流电机，且在直流电机的空心转子的内壁上设置斜齿，通过斜齿啮合一助力推杆，助力推杆连接汽车的刹车总泵活塞推杆，且在刹车踏板底部设置有压敏传感器，刹车时，压敏传感器采集驾驶员踩踏刹车踏板的压力信号通过车载总线发送到直流电机控制器，直流电机控制器采用单片机控制转子转动的同时使助力推杆推动刹车总泵活塞推杆建立制动压力，因此能够快速使汽车制动，可靠性高且控制效果好。2、本实用新型的助力推杆的另一端连接刹车踏板，且直流电机和助力推杆的斜齿螺纹升角满足一定条件，因此能够保证在径向无动力时不会锁死，助力推杆在刹车踏板的作用下沿转子轴向移动，即使直流电机制动助力器不起作用的情况下还可以单独依靠人力进行制动。3、与现有的真空助力器或液压助力器的制动杆装置相比，本实用新型是基于直流电机结构对汽车制动系统进行改造，使其能够提供制动助力的同时，大大释放了发动机舱的空间，且克服了目前汽车只有发动机运转时有真空度时才有刹车助力的缺陷，在未来纯电车上，省却了真空泵和相关管路，可以有效降低成本。本实用新型结构简单，安装方便，可以广泛应用于各类汽车的制动系统。
附图说明
图1是本实用新型结构简图；
图2是本实用新型直流电机制动助力器的结构示意图；
图3是本实用新型的直流电机控制器原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1、图2所示，本实用新型的汽车制动助力装置包括一直流电机制动助力器1和一直流电机控制器2，直流电机制动助力器1包括一直流电机，直流电机的定子11的两端分别设置有一轴承12，定子11和轴承12均与直流电机的外壳固定，直流电机的外壳固定在汽车驾驶室和汽车发动机之间的隔板13上，直流电机的转子14设置为空心且其内壁上设置有斜齿，转子14内设置有一与其斜齿相啮合的助力推杆15，助力推杆15的一端穿过隔板13与汽车的刹车总泵活塞推杆16接触，助力推杆15的另一端连接汽车的刹车踏板17，刹车踏板17的底部设置有一压敏传感器18，用于采集驾驶员制动时施加给刹车踏板的力的大小，压敏传感器18的输出端连接车载CAN总线。
如图2、图3所示，直流电机控制器2包括一单片机21、一CAN总线收发外围电路22和一电机PWM（脉宽调制）驱动外围电路23。其中，CAN总线收发外围电路22从车载CAN总线中接收来自压敏传感器18的压力值并将此值发送给单片机21，单片机21根据预先设置的汽车制动参数产生一与所采集的压力值成正比的TTL（逻辑门电路）类型的PWM信号并发送到电机PWM驱动外围电路23中，TTL类型的PWM信号经过电机PWM驱动外围电路23转化为MOS（半导体金属氧化物）类型的PWM信号后，发送给直流电机控制其工作。本实用新型的实施例中，单片机21可以采用摩托罗拉公司生产的型号为MC9S08DZ60的八位单片机（以此为例，不限于此）。
上述实施例中，CAN总线收发电路22的CANL端连接车载CAN总线的低端，CANH端连接车载CAN总线的高端，用于接收来自压敏传感器18的压力信号，CAN总线收发电路22的输出端连接单片机21的输入端，用于将接收到的来自压敏传感器17的压力信号发送给单片机21，CAN总线收发电路22的接地端和供电电压端分别连接地线和电源电压VCC，且在接地端和供电电压端之间连接有一滤波稳压电路221，滤波稳压电路221采用两电容C1、C2并联连接，本实用新型实施例中的CAN总线收发电路22采用PCA82C250芯片U2。
上述各实施例中，电机PWM驱动外围电路23包括一信号转换装置231、一光隔元件232（光电耦合器件）和一MOSFET管233（金属氧化层半导体场效晶体管）。信号转换装置231用于将单片机21发出的TTL类型的PWM信号转换成MOS类型的PWM信号，单片机21的输出端连接信号转换装置231的输入端，信号转化装置231的输出端连接光隔元件232的负极，光隔元件232的正极通过一510Ω的限流电阻R1与电源电压VCC相连，光隔元件232的集电极连接汽车蓄电池的正极12V，光隔元件232的发射极通过一限流电阻连接地线GND，同时，光隔元件232的发射极并联连接MOSFET管233的栅极，MOSFET管的漏极PWMOUT1并连接直流电机负极和汽车蓄电池的负极，且在漏极与汽车蓄电池之间连接有一二极管D，直流电机的正极连接汽车蓄电池的正极12V，这 样使得二极管D与直流电机并联连接，保证了直流电机断电后，直流电机的剩余电动势能通过二极管形成的回路迅速消失。其中，本实用新型实施例中的信号处理装置231采用SN7407N芯片U3，光隔元件232采用TLP521芯片U4，MOSFET管233采用IRFZ48N。
上述各实施例中，单片机21预先设置的汽车制动系统参数k是依据实验得出，根据实际电机特性不同此值的大小也不相同，驾驶员在紧急制动时施加到刹车踏板17的踏板力最大时，通过压敏传感器18采集到此时的压力值m，通过此公式k=100/m计算得出k，例如压敏传感器18采集到的刹车踏板的最大压力值为1000N，计算得到k为0.1，即PWM信号占空比的大小为刹车踏板力的0.1倍。
上述各实施例中，为了使直流电机输出时，助力推杆15与直流电机的转子14不会自锁，二者的斜齿螺纹升角应满足如下条件：
上述公式中，ψ为螺纹升角， 
为当量摩擦角，fv为螺旋副的当量摩擦系数。本实用新型的实施例中，fv为0.12， 
为6.8deg，ψ为20deg。在上述公式限制的条件下，助力推杆15既可以在直流电机转子输出转矩的作用下轴向移动，也可以在刹车踏板17的作用力下轴向移动，从而保证了在特殊情况下一旦直流电机制动助力器1不起作用时，驾驶员通过踩踏刹车踏板进行制动操作。
上述各实施例中，压敏传感器18可以采用TML公司的MLA-1KNA。
本实用新型的具体过程为：当汽车需要制动时，驾驶员踩踏刹车踏板17，压敏传感器18通过车载CAN总线将压力值信号发送到CAN总线收发外围电路22中，CAN总线收发外围电路22将压力值发送给单片机21，单片机21根据k对采集的压力值进行处理产生一与压力值大小成正比的PWM信号，当单片机21发出的PWM信号为低电平时，光隔元件232导通，MOSFET管233的栅极为高电平，此时的漏极和源极之间导通，直流电机的电路形成回路，直流电机开始工作，转子14开始转动，转子14旋转的同时与其啮合的助力推杆15在转子内壁斜齿的作用力下，得到一个向前的反作用力，从而把转子转动转变成助力推杆14的轴向运动，通过助力推杆14推动刹车总泵活塞建立制动压力，PWM信号的占空比越高，直流电机输出的速度越大；反之，当单片机21发出的PWM信号为高电平时，光隔元件232不导通，MOSFET管233的栅极为低电平，此时的漏极和源极之间也不导通，直流电路回路断开，刹车踏板放松。当直流电机不能工作时，驾驶员踩踏刹车踏板17的力也可以作用在助力推杆15上，通过其斜齿与空心电机转子14内壁斜齿相互作用，使转子14旋转，同时推动助力推杆15前移实现人工制动。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：它包括一直流电机制动助力器和一直流电机控制器；所述直流电机制动助力器包括一直流电机，所述直流电机的定子的两端设置有一轴承，所述定子和轴承均与所述直流电机的外壳固定，所述直流电机的外壳固定在汽车驾驶室和汽车发动机之间的隔板上，所述直流电机的转子为空心且其内壁上设置有斜齿，所述转子内设置有一与所述斜齿相啮合的助力推杆，所述助力推杆的一端穿过所述隔板与汽车的刹车总泵活塞推杆接触，所述助力推杆的另一端连接汽车的刹车踏板，所述刹车踏板底部设置有一压力传感器，所述压力传感器的输出端连接汽车车载CAN总线；
所述直流电机控制器包括一单片机、一CAN总线收发外围电路和一电机PWM驱动外围电路，所述CAN总线收发外围电路从所述车载CAN总线中接收来自所述压敏传感器的压力值并发送给所述单片机，所述单片机依据预先设置的汽车制动系统参数产生一与所采集的压力值成正比的TTL类型的PWM信号并发送到所述电机PWM驱动外围电路，所述TTL类型的PWM信号经过电机PWM驱动外围电路转化为MOS类型的PWM信号后，发送给所述直流电机控制其工作。
2.如权利要求1所述的一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：所述CAN总线收发电路的CANL端连接所述车载CAN总线的低端，CANH端连接所述车载CAN总线的高端，所述CAN总线收发电路的输出端连接所述单片机的输入端，所述CAN总线收发电路的接地端和供电电压端分别连接地线和电源，且在所述接地端和供电电压端之间连接有一滤波稳压电路，所述滤波稳压电路采用两电容并联连接。
3.如权利要求1所述的一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：所述电机PWM驱动外围电路包括一信号转换装置、一光隔元件和一MOSFET管，所述信号转换装置将所述单片机发出的TTL类型的PWM信号转换成MOS类型的PWM信号，所述单片机的输出端连接所述信号转换装置的输入端，所述信号转化装置的输出端连接所述光隔元件的负极，所述光隔元件的正极通过一限流电阻与电源相连，所述光隔元件集电极连接汽车蓄电池的正极，所述光隔元件的发射机通过一限流电阻连接地线，同时，所述光隔元件的发射极并联连接所述MOSFET管的栅极，其漏极并连接所述直流电机负极和汽车蓄电池的负极，且在漏极与所述车载蓄电池之间连接有一二极管，所述直流电机的正极连接所述汽车蓄电池的正极。
4.如权利要求2所述的一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：所述电机PWM驱动外围电路包括一信号转换装置、一光隔元件和一MOSFET管，所述信号转换装置将所述单片机发出的TTL类型的PWM信号转换成MOS类型的PWM信号，所述单片机的输出端连接所述信号转换装置的输入端，所述信号转化装置的输出端连接所述光隔元件的负极，所述光隔元件的正极通过一限流电阻与电源相连，所述光隔元件 集电极连接汽车蓄电池的正极，所述光隔元件的发射机通过一限流电阻连接地线，同时，所述光隔元件的发射极并联连接所述MOSFET管的栅极，其漏极并连接所述直流电机负极和汽车蓄电池的负极，且在漏极与所述车载蓄电池之间连接有一二极管，所述直流电机的正极连接所述汽车蓄电池的正极。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：所述助力推杆与直流电机转子的斜齿螺纹升角满足以下条件：
上述公式中，ψ为螺纹升角， 
为当量摩擦角，fv为螺旋副的当量摩擦系数。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：所述CAN总线收发外围电路采用PCA82C250芯片U2，所述信号处理装置采用SN7407N芯片U3，所述光隔元件采用TLP521芯片U4，所述MOSFET管采用的型号为IRFZ48N。
7.如权利要求5所述的一种基于直流电机的汽车制动助力装置，其特征在于：所述CAN总线收发外围电路采用PCA82C250芯片U2，所述信号处理装置采用SN7407N芯片U3，所述光隔元件采用TLP521芯片U4，所述MOSFET管采用的型号为IRFZ48N。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
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