机电制动助力装置的制作方法

本发明涉及汽车制动系统领域，特别涉及一种机电制动助力装置。

背景技术：

随着汽车技术的不断发展，具有电机驱动的新能源汽车快速发展。在这类车型中，为了增加续驶里程，需要将制动时利用驱动电机的反转(转变成发电机)将汽车动能转换为电能储存到汽车的储能装置(蓄电池、动力飞轮或超级电容等)进行再生制动。这时，就需要尽量减少或停止传统的机械摩擦制动(将汽车的动能转化成热能散发到大气中)，其需要对制动系统进行解耦来协调再生制动和摩擦制动的比例。

另一方面，随着电子技术和网络技术的发展，汽车向智能化方向发展。越来越多的先进汽车技术如自动泊车、自动驾驶得到发展，这些系统中要求制动系统能够进行网络连接，在不依赖驾驶员操纵制动系统的情况下执行主动制动功能，这就要求汽车制动系统具备电控系统和不依赖驾驶员操纵而能够自动执行制动的功能。

在传统汽车液压制动系统中，其主要由制动踏板、真空助力器、制动主缸及储液罐、ABS/ESP、相关传感器、制动管路、制动器组成。其中，真空助力是依赖发动机进气真空源或其它真空泵为制动系统提供助力。然而，新能源汽车如EV纯电动汽车不具备真空源。因此，随着电子电控和电动汽车技术的不断发展，出现了一种不依赖真空源，直接由电机驱动的电子助力器(eBooster产品)，其主要特点是取代传统的真空助力器，通过传感器测量踏板的行程和速度将踏板运动转化为电信号传给ECU(电子控制单元)。

由ECU通过分析向电机发出动作指令，电机+减速机构(滚珠丝杠、齿轮齿条等)推动制动主缸产生制动压力。由于用电信号替换了传统的机械传动，制动踏板力不直接传递到制动主缸上。所以，制动时踏板感觉将变弱了，为了要保持传统汽车的制动踏板脚感，故在这些结构中通过增加某些机械结构(如弹簧)，有的还联合助力电机一起来进一步增加踏板(力)感觉，如通过对控 制软件的不同设定可以驱动电机产生不同的制动感觉(助力特性曲线)。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统汽车的制动踏板脚感无法保持的缺陷，提供一种机电制动助力装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种机电制动助力装置，其特点在于，所述机电制动助力装置包括：制动踏板操纵机构；

制动主缸组件，所述制动主缸组件与所述制动踏板操纵机构连接；

机电助力单元和电子控制单元，所述电子控制单元连接至所述机电助力单元、所述制动踏板操纵机构及所述制动主缸组件，用于控制整个所述机电制动助力装置的运行。

较佳地，所述制动主缸组件包括：制动主缸壳体，为一端开口的中空式壳体；

主动活塞和主缸端盖，所述主缸端盖设置在所述制动主缸壳体的一端开口处，所述主动活塞的一端穿过所述主缸端盖伸入所述制动主缸壳体内，另一端通过踏板顶杆与所述制动踏板操纵机构连接；

第一主缸活塞和第二主缸活塞，依次设置在所述制动主缸壳体内；

所述主动活塞和所述第一主缸活塞之间通过第一回位弹簧相互连接，形成第一腔体；所述第一主缸活塞和所述第二主缸活塞之间通过第二回位弹簧相互连接，形成第二腔体；所述第二主缸活塞通过第三回位弹簧连接至所述制动主缸壳体的内壁，形成第三腔体。

较佳地，所述机电制动助力装置还包括储液罐，所述储液罐通过多根油管与所述制动主缸壳体的上端部连通。

较佳地，所述储液罐通过第一油管与所述第二腔体连通，通过第二油管与所述第三腔体连通。

较佳地，所述主动活塞与所述主缸端盖连接处设有一踏板行程传感器，所述踏板行程传感器与所述电子控制单元电连接。

较佳地，所述机电助力单元包括传动机构、助力推杆、助力活塞及助力缸壳体，所述助力缸壳体与所述传动机构连接，所述助力推杆的一端与所述助力活塞连接，另一端与所述传动机构连接，通过所述助力推杆运动使得所述助力活塞在所述助力缸壳体内作往复运动。

较佳地，所述助力活塞和所述助力缸壳体的内壁之间通过第四回位弹簧连接，形成第四腔体。

较佳地，所述助力缸壳体的外部设有一助力缸压力传感器，所述助力缸压力传感器与所述电子控制单元电连接。

较佳地，所述制动主缸壳体上开设有第一进油孔，所述助力缸壳体上开设有第二进油孔，所述第一进油孔与所述第二进油孔相连，使得所述第四腔体与所述第一腔体连通；

在第一进油孔和所述第二进油孔之间设有一两位两通常闭阀，通过所述两位两通常闭阀与所述电子控制单元电连接。

较佳地，所述第一油管与所述第一进油孔相连，且在所述第一油管和所述第一进油孔之间设有第一两位两通常开阀，通过所述第一两位两通常开阀与所述电子控制单元电连接。

较佳地，所述制动主缸壳体的外壁面上还设有第二两位两通常开阀和第三两位两通常开阀，所述第二两位两通常开阀与所述第二腔体连通，并与所述电子控制单元电连接；所述第三两位两通常开阀与所述第三腔体连通，并与所述电子控制单元电连接。

较佳地，所述制动主缸壳体上设有一主缸压力传感器，所述主缸压力传感器与所述电子控制单元电连接。

较佳地，所述制动主缸组件还包括后拉杆，所述后拉杆的一端与所述第一主缸活塞连接，另一端与所述主动活塞连接，在所述主动活塞内开设有一滑槽，所述后拉杆的另一端滑设在所述滑槽内。

较佳地，所述制动踏板操纵机构包括制动踏板和制动踏板开关，所述制动踏板与所述踏板顶杆连接，所述制动踏板开关设置在所述制动踏板上，且所述制动踏板开关与所述电子控制单元电连接。

本发明的积极进步效果在于：

本发明机电制动助力装置结构简单，系统稳定，可以通过制动踏板直接作用到制动主缸活塞上完成液压摩擦制动，其安全可靠。同时整个装置在结构组合上自由度高，即可以集成也可以各自独立，且集成时布置设计的自由度高。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例 的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明机电制动动力装置的示意图。

图2为本发明机电制动动力装置中主动活塞和后拉杆配合的结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

图1为本发明机电制动动力装置的示意图。图2为本发明机电制动动力装置中主动活塞和后拉杆配合的结构示意图。

如图1和图2所示，本发明的一个实施例中公开了一种机电制动助力装置，其包括制动踏板操纵机构100、制动主缸组件200、机电助力单元300和电子控制单元400。其中，制动主缸组件200与制动踏板操纵机构100连接。电子控制单元400连接至机电助力单元300、制动踏板操纵机构100及制动主缸组件200，用于控制整个所述机电制动助力装置的运行。

优选地，制动主缸组件200包括制动主缸壳体201、主动活塞203、主缸端盖202、第一主缸活塞205和第二主缸活塞206。制动主缸壳体201为一端开口的中空式壳体。主缸端盖202设置在制动主缸壳体201的一端开口处。主动活塞203的一端穿过主缸端盖202伸入制动主缸壳体201内，另一端通过踏板顶杆204与制动踏板操纵机构100连接。第一主缸活塞205和第二主缸活塞206依次设置在制动主缸壳体201内。

在主动活塞203和第一主缸活塞205之间通过第一回位弹簧207相互连接，形成第一腔体A。第一主缸活塞205和第二主缸活塞206之间通过第二回位弹簧208相互连接，形成第二腔体B。第二主缸活塞206通过第三回位弹簧209连接至制动主缸壳体201的内壁，形成第三腔体C。

制动主缸壳体201与主缸端盖202之间通过密封件220密封。同理，主缸端盖202与主动活塞203之间通过密封件221密封，第一主缸活塞205与制动主缸壳体201之间通过密封件222密封，第二主缸活塞206与制动主缸壳体201 之间通过密封件223密封。进一步地，为了给第一主缸活塞205限位，在制动主缸壳体201内壁中加开了内凹槽，在所述内凹槽内装配有活塞卡簧224。第一主缸活塞205、第二主缸活塞206的活塞外径相同，可以在制动主缸壳体201内壁轴向滑动。

此外，所述机电制动助力装置还包括储液罐211，储液罐211通过多根油管与制动主缸壳体201的上端部连通。特别地，储液罐211通过第一油管212与第二腔体B连通，通过第二油管213与第三腔体C连通。

同时，在主动活塞203与主缸端盖202连接处设有一踏板行程传感器214，将踏板行程传感器214与电子控制单元400电连接，用于测量踏板顶杆204及主动活塞203的位置与运动速度。

优选地，机电助力单元300包括传动机构301、助力推杆304、助力活塞303及助力缸壳体302。其中，助力缸壳体302与传动机构301连接，助力推杆304的一端与助力活塞303连接，另一端与传动机构301连接，通过助力推杆304运动使得助力活塞303在助力缸壳体302内作往复运动。在助力活塞303和助力缸壳体302的内壁之间通过第四回位弹簧305连接，形成第四腔体D。在助力缸壳体302的外部还设有一助力缸压力传感器307，将助力缸压力传感器307与电子控制单元400电连接。助力活塞303与助力缸壳体302之间通过密封件308密封。

在第一进油孔210和第二进油孔306之间设有一两位两通常闭阀216，通过两位两通常闭阀216与电子控制单元400电连接。

进一步地，第一油管212与第一进油孔210相连，且在第一油管212和第一进油孔210之间设有第一两位两通常开阀215，通过第一两位两通常开阀215与电子控制单元400电连接。

制动主缸壳体201上开设有第一进油孔210，助力缸壳体302上开设有第二进油孔306，将第一进油孔210与第二进油孔306相连，使得第四腔体D与第一腔体A连通。第一腔体A通过第一进油口210和第一两位两通常开阀215及液压管路与储液罐211连通，也可以通过两位两通常闭阀216与第四腔体D连通。

另外，制动主缸壳体201的外壁面上还设有第二两位两通常开阀217和第三两位两通常开阀218，将第二两位两通常开阀217与第二腔体B连通，并与电子控制单元400电连接。将第三两位两通常开阀218与第三腔体C连通，并 与电子控制单元400电连接。第二腔体B和第三腔体C通过第二两位两通常开阀217和第三两位两通常开阀218联结到制动轮缸。

在制动主缸壳体201上设有一主缸压力传感器219，将主缸压力传感器219与电子控制单元400电连接，用于测量C腔液压。由于第一腔体A、第二腔体B及第三腔体C通过各组件的密封圈进行了密封，在一定条件下可以形成一个相对密闭液压腔。储液罐211与制动主缸壳体201即可以集成到一体，也可以采用分体结构，通过液压软管连通。

这里的制动踏板操纵机构100包括制动踏板101和制动踏板开关102，将制动踏板101与踏板顶杆204连接，制动踏板开关102设置在制动踏板101上，且制动踏板开关102与电子控制单元400电连接。这里踏板顶杆204的一端与主动活塞206之间采用铰接，另一端与制动踏板101之间也采用铰接，在踏板踩踏过程中允许一定的摆角。

本发明中机电助力单元300的传动机构301在这里没有详细画出内部结构，其形式不限于滚珠丝杠、齿轮齿条、涡轮蜗杆、齿轮减速机构等减速传动机构，其电机也不限于同步电机、异步电机等类型，但电机本身需要集成或带转角位置传感器，或者在助力缸的助力推杆304或助力活塞303上加装助力活塞行程传感器用于测量助力活塞的位置。助力缸内的助力活塞303协同助力活塞密封圈308与助力缸壳体302构成了第四腔体D，其内有助力活塞回位弹簧305用于帮助助力活塞303回正。

此处电子控制单元400主要用于负责接收来自制动踏板开关102、踏板行程传感器214、主缸压力传感器219、助动缸压力传感器307以及助力电机转角位置传感器或助力活塞位置传感器(未画出)的电信号以及整车VCU提供的其他信号，随后再根据分析判断对各阀和助力电机发出执行指令完成一系列动作。由于第一两位两通常开阀215为常开阀，两位两通常闭阀216为常闭阀，因此可以在松开制动踏板101不需要制动时(电子控制单元400给第一两位两通常开阀215断电，给两位两通常闭阀216上电)主动活塞203、助力活塞303在回位过程中对第一腔体A和第四腔体D进行及时补充制动液。

根据上述本发明机电制动助力装置的结构，其工作原理如下：

正常制动：

1)无再生制动系统工况

驾驶员踩下制动踏板101，制动踏板开关102打开，主动活塞203前移， 通过第一回位弹簧207推动第一主缸活塞205、第二回位弹簧208、第二主缸活塞206，机电助力系统300进入工作状态。当第一主缸活塞205和第二主缸活塞206通过储液罐211和第一进油管212、第二进油管213的进油孔后，第二腔体B和第三腔体C建压可形成一个液压P1。踏板行程传感器214测量踏板行程及速度，将信号传给电子控制单元400，电子控制单元400结合主缸压力传感器219、助动缸压力传感器307的压力信号和助力电机转角位置等信号，分析判断后发送助力指令给助力电机做正转输出适合的助力(助力的大小需要匹配)，推动助力推杆304前移，带动助力活塞303压缩第四回位弹簧305和第四腔体D内的制动液。同时，电子控制单元400给第一两位两通常开阀215和两位两通常闭阀216上电，两位两通常闭阀216打开，第一两位两通常开阀215关闭，第四腔体D内(第四腔体D内液压为P3)的制动液经两位两通常闭阀216进入第一腔体A，第一腔体A内液压为P2。

主动活塞203在第一腔体A端的活塞受压面积根据力矩平衡，有F_踏＝S2×P2+k2×L2，(F_踏为制动踏板力，即主动活塞203的输入力，k2为主动活塞回位弹簧的刚度，L2为主动活塞回位弹簧的压缩量)。由上可见，制动踏板力与助力缸压力P2、主动活塞203的有效外径D2的平方、主动活塞回位弹簧刚度k2成正比。

第一主缸活塞205受到的第一腔体A、第二腔体B的液压及两个回位弹簧的弹簧力，第二腔体B、第三腔体C内液压相同均为P1，k1、L1分别为第一主缸活塞205回位弹簧的弹簧刚度和压缩量，D1为第一主缸活塞的有效外径，根据力矩平衡有：

S1×P1+k1×L1＝S1×P2+k2×L2，这里第一主缸活塞受力面积

P1＝(S1×P2+k2×L2-K1×L1)/S1

所以，P1与P2、K2成正比，与K1、L1成反比。

在两位两通常闭阀216开启，第一两位两通常开阀215关闭状态下，如不考虑阀系及液压通道的压力损失，则可认为P2＝P3。

对于助力缸，其助力活塞的受力面积P3为助力缸D腔的液压，k3、L3分别为助力活塞回位弹簧306的弹簧刚度和压缩量，D3为助力活塞的 有效外径。

F助力＝S3×P3+k3×L3，

P3＝(F助力-k3×L3)/S3，P3与助力电机助力成正比，与K3、L3、S3成反比。

随着助力电机助力的不断加大，第四腔体D内的液压P3不断上升，第一腔体A内的压力P2随之上升，踏板力也跟着线性上升。同时第二腔体B和第三腔体C中的压力P1也随着第一腔体A内压力P2一同上升，进而带动制动轮缸进行摩擦制动。

经上述分析，F_踏可以通过电子控制单元400(ECU)控制程序，调整助力电机输出力的大小，从而输出不同的助力特性曲线。

2)再生制动协调工况

如果存在再生制动，则当驾驶员踩下制动踏板101开始时，ECU将给第二两位两通常开阀217、第三两位两通常开阀218、第一两位两通常开阀215和两位两通常闭阀216上电，关闭制动主缸到轮缸和储液罐211的通道，打开第一腔体A到第四腔体D的通道。当主缸两活塞通过储液罐211和第一进油管212和第二进油管213进油孔后，第二腔体B和第三腔体C形成一个完全封闭的液压腔，可以看做一个刚性体。第一主缸活塞205和第二主缸活塞206不再移动，摩擦制动为0。制动力由再生制动系统的动力驱动电机反转提供。第一腔体A和第四腔体D形成一个整体，踏板力如前所述的“无再生制动系统工况”。但此时，如果助力活塞303保持不动，则第一腔体A和第四腔体D的液压变化主要靠主动活塞进入第一腔体A所形成的压力变化产生。通过电子控制单元400(ECU)的控制，也可以根据踏板力需求对助力电机进行正转或反转执行升压或降压动作，从而输出不同的助力特性曲线。

当由驱动电机产生的再生制动力不足而需要摩擦制动力协助时，电子控制单元400(ECU)根据整车VCU的指令可以切断第二两位两通常开阀217、第三两位两通常开阀218的供电，接通制动主缸与轮缸的液压通道。同时，保持给第一两位两通常开阀215和两位两通常闭阀216供电，使助力电机正转助力产生一定的摩擦制动力与再生制动力组成复合制动。

3)助力失效：

在机电助力单元出现故障(如电机烧毁、传动机构卡死、助力缸泄漏)时，电子控制单元400(ECU)通过助力缸压力传感器307等信号判断分析，为两 位两通常闭阀216断电，关闭第一腔体A与第四腔体D通道，第一两位两通常开阀215上电，断开第一腔体A与储液罐211通道。而依靠主动活塞203前移产生的液压及第一回位弹簧207压缩后段直接推动第一主缸活塞205进行常规人力制动。

再退一步，如果第一两位两通常开阀215也失效，则仍然可以利用主动活塞203压缩弹簧后直接推动第一主缸活塞205进行常规人力制动，满足应急制动系统需求。

4)自动制动：

当整车VCU(图1未画出)向机电制动助力机构的电子控制单元400(ECU)发出制动指令时，ECU将给第一两位两通常开阀215和两位两通常闭阀216上电，关闭第一腔体A通向储液罐211的通道，打开第一腔体A到第二腔体D的通道，给助力电机发出指令。助力电机正转推动助力推杆304和助力活塞303为第四腔体D和第一腔体A施加液压和液流，进而推动第一主缸活塞205和第二主缸活塞206为轮缸加压产生摩擦制动。

如图1中所示的主动活塞203的结构，在此种工况下，由于主动活塞203未前移，所以制动踏板101保持不动。

当然，主动活塞203也可以设计成如图2所示结构。制动主缸组件200还包括后拉杆225，将后拉杆225的一端与第一主缸活塞205连接，另一端与主动活塞203连接。具体地说，可以在主动活塞203内开设有一滑槽226，后拉杆225的另一端滑设在滑槽226内。

后拉杆225与第一主缸活塞205为刚性连接，且其可以在主动活塞203内部的滑槽226中轴向滑动且有定位。这样，在第一主缸活塞205前移时，能够拉动主动活塞205一同前移。这样，在自动制动时就可以实现制动踏板101同步移动的功能。

本专利设计的机电制动助力机构的自动制动功能为自动或半自动驾驶技术提供了自动制动的执行机构(本专利机构中的ECU不具备判断并主动发出自动制动指令的功能，只是被动的接收VCU发出的指令。当然，如果电子控制单元400本身做的足够强大，是可以集成其它传感器实现主动功能的)，与其它系统集成能够实现相应的自动制动功能。

本发明中涉及的助力电机不限于同步电机，可以是任何一种直流驱动电机，但其电机上集成或自带转角位置传感器或者是没有转角位置传感器，但也可以 在助力缸部位增加助力活塞位置传感器用于测量助力活塞的位置。

综上所述，本发明机电制动助力装置主要应用于无真空源或真空源不足或不稳定的汽车或其它机动车辆，主要包括EV(纯电动汽车)、HEV(混动汽车)、具有自动驾驶或半自动驾驶功能的车辆、装配高性能发动机(真空不足)的车辆等。

本发明机电制动助力装置可以在电动汽车(EV)或混合汽车(HEV)上同其它机电产品(如驱动电机、电池等)集成共同构成制动能量回收系统(也即是复合制动系统)，非常容易地实现再生制动的协调与控制，大大提高再生制动能量回收率。另外，本发明机构还设计有助力失效备份系统，可以通过制动踏板直接作用到制动主缸活塞上完成液压摩擦制动，安全可靠。此外，由于其采用ECU控制助力电机和各电子阀，能够与其它电控系统能够更好地集成，能够更好更方便地实现车辆的自动控制和自动驾驶功能。其中制动主缸、储液罐、ECU、助力缸及电机及其传动机构的组合上自由度高，即可以集成也可各自独立，且集成时布置设计的自由度高。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。