WO2022237179A1

WO2022237179A1 - 一种解耦型电动助力制动装置

Info

Publication number: WO2022237179A1
Application number: PCT/CN2021/141136
Authority: WO
Inventors: 王维锐; 顾鹏涛; 王维镝; 孔丽薇
Original assignee: 浙江大学台州研究院
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-11-17
Also published as: CN113071467A; CN113071467B

Abstract

本发明公开了一种解耦型电动助力制动装置，包括箱体、踏板脚感模拟机构、传动机构、防转机构、制动主缸、角度传感器、电机、踏板；踏板转动的角度变化通过角度传感器反馈给制动控制系统、控制电机工作，电机带动传动机构同步转动、并通过其对防转机构进行轴向推动，通过防转机构中的部件对制动主缸推动完成制动；踏板脚感模拟机构穿过传动机构、与防转机构之间具有解耦间隙，踏板脚感模拟机构可消除解耦间隙直接对防转机构进行轴向推动，通过防转机构中的部件对制动主缸推动完成失效紧急制动。本发明采用电动助力和踏板力解耦的布局方式、脚感舒适、安全可靠；该装置具有结构简单、响应快、噪音小等优点，满足自动驾驶中自主刹车制动。

Description

一种解耦型电动助力制动装置

技术领域

本发明属于制动器技术领域，具体涉及一种解耦型电动助力制动装置。

背景技术

制动系统是汽车行驶控制的重要部分，目前，汽车制动助力装置多采用真空助力器形式；随着新能源汽车与无人驾驶技术的发展，汽车对制动系统的要求越来越高。由于电动汽车的动力系统由驱动电机代替内燃发动机，传统真空助力制动器无法再从内燃机获取真空助力源，为了使传统真空助力制动器能够使用，现有技术中通常不得不通过额外使用由电子控制器控制运转的电子真空泵，通过真空泵在真空储器气罐中产生真空源，再来给真空助力制动器提供真空源。

传动真空助力器由于需要发动机提供真空环境，响应速度慢、能耗高、制动力小，已逐渐被电动助力制动器替代。电动助力制动器通过控制电机的输出转矩来调节助力的大小，现有的电动助力制动器仍然存在连接控制复杂、响应不够快与脚感舒适度差等问题，需要进行改善。

发明内容

本发明的目的为解决上述背景技术中提出的问题，提供一种解耦型电动助力制动装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种解耦型电动助力制动装置，包括箱体、踏板脚感模拟机构、传动机构、防转机构、制动主缸、角度传感器、电机、踏板，踏板脚感模拟机构与防转机构对应安装于箱体的两侧，传动机构设于箱体内，防转机构上设置有使其进行轴向移动的定位机构，电机、角度传感器与制动控制系统连接；

所述踏板通过铰接装置分别与车架、踏板脚感模拟机构进行连接，所述角度传感器通过支架与车架进行安装连接、并可监测感应到踏板的转动角度变化；踏板转动的角度变化通过角度传感器反馈给制动控制系统、然后控制电机工作，电机带动传动机构同步转动、并通过具对防转机构进行轴向推动，从而通过防转机构中的部件对制动主缸推动完成制动工作；

所述踏板脚感模拟机构中的部件穿过传动机构、与防转机构之间具有解耦间隙，踏板脚感模拟机构可消除解耦间隙、对防转机构进行轴向推动，从而通过防转机构中的部件对制动主缸推动完成失效紧急制动工作。

在配合与汽车用于制动使用时，共有三种配合使用模式：正常制动模式、失效备份制动模式、自动制动模式，在正常制动模式下，踩下踏板，踏板转动的角度变化通过角度传感器反馈给制动控制系统，制动控制系统控制电机进行工作，通过同步带动传动机构而使防转机构进行轴向推动，从而通过防转机构对制动主缸推动完成正常制动工作；在失效备份制动模式、即角度传感器或和电机失效时，此时控制器发出警报，踩下踏板、消除解耦间隙，继续踩下踏板，即可推动防转机构而对制动主缸推动完成失效紧急制动工作；自动制动模式是制动控制系统在接收汽车自动驾驶监测信息后、对电机进行控制制动工作。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述防转机构包括防转筒体、助力阀体、活塞推杆、防转板、回位弹簧，防转筒体与箱体固定连接、并设有轴向定位槽，所述定位机构为设置在助力阀体上、并定位与轴向定位槽中的防转定位柱，防转板与助力阀体同定连接、并通过径向锁紧螺母与传动机构上的部件形成固定连接，活塞推杆设于助力阀体中、两端分别与制动主缸以及踏板脚感模拟机构的部件对应；所述制动主缸通过主缸连接板与防转筒体进行固定连接，回位弹簧的两端分别与助力阀体、制动主缸进行抵靠。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述传动机构包括蜗杆、斜齿轮、梯形丝杆，斜齿轮的两端分别设置有双列角接触球轴承，斜齿轮两端通过双列角接触球轴承分别与踏板脚感模拟机构、防转机构形成定位连接，蜗杆通过联轴器与电机传动连接，斜齿轮设有梯形螺纹、与梯形丝杆螺纹配合，梯形丝杆通过上述的径向锁紧螺母与防转板固定连接，斜齿轮带动梯形丝杆运动、通过防转板对防转机构中助力阀体推动使其做轴向运动，从而活塞推杆对制动主缸推动进行制动工作。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述踏板脚感模拟机构包括踏板连杆、连接杆座、脚感模拟弹簧，连接杆座与箱体固定连接，踏板连杆一端与踏板连接、另一端分别穿设于连接杆座和梯形丝杆通孔中，踏板连杆与活塞推杆对应、形成上述的解耦间隙，踏板连杆可在梯形丝杆通孔中滑动、并可消除解耦间隙与活塞推杆抵靠，从而使防转机构中助力阀体和活塞推杆进行轴向定位移动、使活塞推杆对制动主缸进行推动；踏板连杆上设有定位凸台，连接杆座设有对定位凸台定位的端盖，脚感模拟弹簧套设于踏板连杆上、分别与连接杆座和定位凸台形成抵靠。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述踏板连杆上套设有连杆导向套，连杆导向套一端抵靠安装在定位凸台上、另一端与脚感模拟弹簧进行抵靠。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述助力阀体上设有安装槽，所述活塞推杆与踏板连杆对应的端面设有连接孔，所述防转板固定连接于防转板安装槽中，所述径向锁紧螺母处于连接孔、并与连接孔底部形成上述的解耦间隙。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述连接孔中设置有缓冲块。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述防转筒体、连接杆座上分别设有安装双列角接触球轴承的轴承安装孔。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述斜齿轮是由强化尼龙制作。

在上述的一种解耦型电动助力制动装置中，所述防转定位柱上设置有滚针轴承。

采用以上所述技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明无论是传统汽车，还是没有真空助力源的新能源电动汽车，都可以配合该装置实现助力制动的工作；与现有技术相比，不需要安装额外的真空泵和配套零部件来提供助力源，整体结构紧凑、节省了车辆安装空间。

本发明采用角度传感器配合踏板脚感模拟机构将踏板的踩动信息反馈给汽车的控制系统，从而通过控制电机传动控制传动机构、防转机构而推动制动主缸达到制动工作，电动助力和踏板力解耦的布局方式、脚感舒适、安全可靠、成本低；采用电机驱动梯形丝杆产生制动助力，该装置具有结构简单、响应快、噪音小、能耗低、安全可靠等优点，而且满足自动驾驶中自主刹车制动的需求。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的剖面图。

具体实施方式

结合附图对本发明再作进一步的阐述。

请参阅图1、图2，本发明提供一种解耦型电动助力制动装置，包括箱体1、踏板脚感模拟机构2、传动机构3、防转机构4、制动主缸5、角度传感器6、电机7、踏板8，踏板脚感模拟机构2与防转机构4对应安装于箱体1的两侧，传动机构3设于箱体1内，防转机构4上设置有使其进行轴向移动的定位机构，电机7、角度传感器6与制动控制系统连接；

所述踏板8通过铰接装置分别与车架、踏板脚感模拟机构2进行连接，所述角度传感器6通过支架与车架进行安装连接(图中未示意出角度传感器6的安装连接)、对应处于踏板8的一侧面、角度传感器6为霍尔角度传感器，在踏板8上设有一根与霍尔角度传感对应、并可被监测感应到感应轴(图中未画出)；从而通过霍尔角度传感器6监测踏板8的转动角度变化反馈给制动控制系统、汽车系统控制电机7工作，电机7带动传动机构3同步转动、并通过其对防转机构4进行轴向推动，从而通过防转机构4对制动主缸5推动完成制动工作；

所述踏板脚感模拟机构2中的部件穿过传动机构3、与防转机构4之间具有解耦间隙9，踏板脚感模拟机构2中的部件可消除解耦间隙9、对防转机构4中的部件进行轴向推动，从而通过防转机构4中的部件对制动主缸5推动完成失效紧急制动工作。

具体的，所述防转机构4包括防转筒体10、助力阀体11、活塞推杆12、防转板13、回位弹簧14，防转筒体10与箱体1固定连接、并设有轴向定位槽15，所述定位机构为设置在助力阀体11上、并定位于轴向定位槽15中的防转定位柱16，防转板13与助力阀体11固定连接、并通过径向锁紧螺母17与传动机构3上的部件形成固定连接，活塞推杆12设于助力阀体11中、两端分别与制动主缸5以及踏板脚感模拟机构2的部件对应；所述制动主缸5通过主缸连接板18与防转筒体10进行固定连接，回位弹簧14的两端分别与助力阀体11、制动主缸5进行抵靠。

具体的，所述传动机构3包括蜗杆19、斜齿轮20、梯形丝杆21，斜齿轮20的两端分别设置有双列角接触球轴承22，斜齿轮20两端通过双列角接触球轴承22分别与踏板脚感模拟机构2、防转机构4形成定位连接，蜗杆19通过联轴器23与电机7传动连接，斜齿轮20设有梯形螺纹、与梯形丝杆21螺纹配合，梯形丝杆21通过上述的径向锁紧螺母17与防转板13固定连接，斜齿轮20带动梯形丝杆21运动、通过防转板13对防转机构4中的助力阀体11、活塞推杆12推动使两者做轴向运动，从而使活塞推杆12对制动主缸5推动完成制动工作；斜齿轮20是由强化尼龙制作，其耐磨性好、噪音小。

具体的，所述踏板脚感模拟机构2包括踏板连杆24、连接杆座25、脚感模拟弹簧26，连接杆座25与箱体1固定连接，踏板连杆24一端与踏板8连接、另一端分别穿设于连接杆座25和梯形丝杆21通孔中，踏板连杆24与活塞推杆12对应、形成上述的解耦间隙9，踏板连杆24可在梯形丝杆21通孔中滑动、并可消除解耦间隙9与活塞推杆12抵靠，从而使防转机构4中的助力阀体11、活塞推杆12推动使两者做轴向运动，从而使活塞推杆12对制动主缸5推动完成制动工作；踏板连杆24上设有定位凸台27，连接杆座25设有对定位凸台27定位的端盖 28，脚感模拟弹簧26套设于踏板连杆24上、分别与连接杆座25和定位凸台27形成抵靠。

进一步的，所述踏板连杆24上套设有连杆导向套29，连杆导向套29一端抵靠安装在定位凸台27上、另一端与脚感模拟弹簧26进行抵靠；连杆导向套29可以提高踏板连杆24定位滑动的稳定性，同时在连杆导向套29也设有弹簧让位孔30的、避免对梯形丝杆21的传动工作造成影响。

进一步的，所述助力阀体11上设有安装槽31，所述活塞推杆12与踏板连杆24对应的端面设有连接孔32；所述防转板13固定连接于防转板安装槽31中、从而完成整个传动机构3的定位安装，所述径向锁紧螺母17处于连接孔、并与连接孔32底部形成上述的解耦间隙9；防转机构4中的助力阀体11、防转板13、活塞推杆12与传动机构3中的梯形丝杆21、以及踏板脚感模拟机构2中的踏板连杆24之间的对应连接安装关系简单、减少部件之间占用过多的连接空间，进一步使得装置整体结构紧凑。

进一步的，所述连接孔32中设置有缓冲块33，这样在紧急制动状态下时、避免踏板连杆24对活塞推杆12造成猛烈撞击。

进一步的，所述防转筒体10、连接杆座25上分别设有安装双列角接触球轴承22的轴承安装孔34，从而完成整个传动机构3的定位安装连接。

进一步的，为了提高整个传动机构3轴向移动定位的稳定顺畅，所述防转定位柱16上设置有滚针轴承35。

以下对本发明的工作原理作进一步说明：

正常制动模式：在正常制动时，驾驶员踩下踏板8，踏板8压缩脚感模拟弹簧26，脚感模拟弹簧26为驾驶员提供脚感反馈力，角度传感器6监测到踏板8的转动角度，将角度信号传送至制动控制系统、由制动控制系统分析当前驾驶员的制动意图；根据角度传感器6监测到踏板8转动的角度、选择合适的制动模式后，制动控制系统控制电机7转动，电机7通过联轴器23带动蜗杆19转动，蜗杆19带动斜齿轮20转动，将电机7的扭矩放大，角度传感器6监测到转动的角度越大、电机7控制输出的扭矩越大；斜齿轮20带动梯形丝杆21运动，将放大的转矩作用于梯形丝杆21上，由于梯形丝杆21通过防转板13与助力阀体11固定连接、而助力阀体11又通过防转定位柱16与轴向定位槽15形成防转定位，因此，梯形丝杆21的转动只能进行直线运动，梯形丝杆21带动助力阀体11向后运动，助力阀体11上的防转定位柱16在防转筒体10的轴向定位槽15移动；助力阀体11推着活塞推杆12向后运动，活塞推杆12顶着制动主缸5中的活塞，共同向后运动，制动主缸5内的制动油被压入到汽车前、后轮制动轮缸内，产生制动液压力，完成制动。当制动完成后，电机7反转，带动助力阀体11等结构快速复位，被压缩的回位弹簧14推动助力阀体11、加快复位速度，脚感模拟弹簧26推动踏板连杆24、实现踏板8复位，助力制动装置实现电机7转矩到梯形丝杆21推力的放大与转换，达到助力制动目的。

失效备份制动模式：当电机7或角度传感器6失效时，制动装置进入人力失效备份模式，此时制动控制系统发出警报、提示驾驶员进入人力失效备份模式，驾驶员通过人力完成制动。驾驶员通过踩下踏板8，踏板8推动踏板连杆24向后运动，踏板连杆24将脚感模拟弹簧26压缩，驾驶员继续踩踏板，消除踏板连杆24末端与活塞推杆12之间的解耦间隙9；继续踩下踏板8、踏板连杆24接触到活塞推杆12内的缓冲块33，推动缓冲块33与活塞推杆12共同向后运动，活塞推杆12顶着制动主缸5活塞向后运动，完成紧急制动。

自动制动模式：汽车上自动驾驶监测部件会将监测信息反馈给制动控制系统，制动控制系统在接收汽车自动驾驶监测信息后会控制电机进行工作，然后进行上述正常制动模式中的执行动作。

需要说明的是：在正常制动过程中，踏板8转动的角度会立即通过角度传感器6反馈制动控制系统、制动控制系统会控制电机进行传动制动工作，制动装置的伺服助力仅有电机7提供，使制动器结构与控制算法更简单、驾驶员的脚感具有一致性，从而使踏板连杆24与活塞推杆12之间始终存在解耦间隙9；在电机7失效时，踏板连杆24在梯形丝杆21内快速滑动、迅速消除解耦间隙9，完成紧急制动，而不需要带动减速机构转动，使得踏板8力的损耗更小，紧急制动的制动力更大，驾驶员更加安全，当踏板8力为500N时，失效备份制动的制动减速度达到0.35g。

另外的，脚感模拟弹簧26为驾驶员提供反馈力、实现线性脚感，脚感模拟弹簧26安装时有一定预压力，模拟真空助力器的始动力特性，避免驾驶员误触与汽车下坡等情况带来的制动意图误判，产生错误制动的情况。同时，驾驶员感受到的踏板8反馈力仅与驾驶员踩下踏板8的角度有关、且成线性增长，在不同制动模式下脚感均保持一致性。

以上对本发明实施例所提供的一种解耦型电动助力制动装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明所揭示的技术方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为本发明的限制。

Claims

一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：包括箱体、踏板脚感模拟机构、传动机构、防转机构、制动主缸、角度传感器、电机、踏板，踏板脚感模拟机构与防转机构对应安装于箱体的两侧，传动机构设于箱体内，防转机构上设置有使其进行轴向移动的定位机构，电机、角度传感器与制动控制系统连接；

所述踏板通过铰接装置分别与车架、踏板脚感模拟机构进行连接，所述角度传感器通过支架与车架进行安装连接、并可监测感应到踏板的转动角度变化；踏板转动的角度变化通过角度传感器反馈给制动控制系统、然后控制电机工作，电机带动传动机构同步转动、并通过其对防转机构进行轴向推动，从而通过防转机构中的部件对制动主缸推动完成制动工作；

所述踏板脚感模拟机构中的部件穿过传动机构、与防转机构之间具有解耦间隙，踏板脚感模拟机构可消除解耦间隙直接对防转机构进行轴向推动，从而通过防转机构中的部件对制动主缸推动完成失效紧急制动工作。
根据权利要求1所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述防转机构包括防转筒体、助力阀体、活塞推杆、防转板、回位弹簧，防转筒体与箱体固定连接、并设有轴向定位槽，所述定位机构为设置在助力阀体上、并定位与轴向定位槽中的防转定位柱，防转板与助力阀体固定连接、并通过径向锁紧螺母与传动机构上的部件形成固定连接，活塞推杆设于助力阀体中、两端分别与制动主缸以及踏板脚感模拟机构的部件对应；所述制动主缸通过主缸连接板与防转筒体进行固定连接，回位弹簧的两端分别与助力阀体、制动主缸进行抵靠。
根据权利要求2所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述传动机构包括蜗杆、斜齿轮、梯形丝杆，斜齿轮的两端分别设置有双列角接触球轴承，斜齿轮两端通过双列角接触球轴承分别与踏板脚感模拟机构、防转机构形成定位连接，蜗杆通过联轴器与电机传动连接，斜齿轮设有梯形螺纹、与梯形丝杆螺纹配合，梯形丝杆通过上述的径向锁紧螺母与防转板固定连接，斜齿轮带动梯形丝杆运动、通过防转板对防转机构推动使其做轴向运动。
根据权利要求3所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述踏板脚感模拟机构包括踏板连杆、连接杆座、脚感模拟弹簧，连接杆座与箱体固定连接，踏板连杆一端与踏板连接、另一端分别穿设于连接杆座和梯形丝杆通孔中，踏板连杆与活塞推杆对应、形成上述的解耦间隙，踏板连杆可在梯形丝杆通孔中滑动、并可消除解耦间隙与活塞推杆抵靠，从而直接通过活塞推杆轴向定位移动对制动主缸进行推动；踏板连杆上设有定位凸台，连接杆座设有对定位凸台定位的端盖，脚感模拟弹簧套设于踏板连杆上、分别与连接杆座和定位凸台形成抵靠。
根据权利要求4所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述踏板连杆上套设有连杆导向套，连杆导向套一端抵靠安装在定位凸台上、另一端与脚感模拟弹簧进行抵靠。
根据权利要求2所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述助力阀体上设有安装槽，所述活塞推杆与踏板连杆对应的端面设有连接孔，所述防转板固定连接于防转板安装槽中，所述径向锁紧螺母处于连接孔、并与连接孔底部形成上述的解耦间隙。
根据权利要求6所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述连接孔中设置有缓冲块。
根据权利要求3或4所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述防转筒体、连接杆座上分别设有安装双列角接触球轴承的轴承安装孔。
根据权利要求3所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述斜齿轮是由强化尼龙制作。
根据权利要求2所述的一种解耦型电动助力制动装置，其特征在于：所述防转定位柱上设置有滚针轴承。