本发明涉及汽车制动技术领域，尤其是涉及一种机电式制动助力器系统。
背景技术：
在车辆行驶过程中，制动系统是保证汽车安全驾驶的重要保障。而目前，应用最为广泛的是液压制动系统，其主要通过制动主缸的主缸活塞压缩制动液，产生制动压力。但是该制动压力单单依靠驾驶员踩动制动踏板来实现是不足的。因此，为了保证在汽车行驶过程中能够提供足够的液压，就需要汽车制动助力系统来辅助制动。
真空助力器是最为常用的制动助力器，其通过膜片将真空助力器内部分为真空腔和空气腔，真空腔与发动机进气歧管相通，空气腔通过空气阀与大气相通。通过实现两腔体之间的压力差来推动主缸活塞，并通过电子控制单元(ECU)来控制制动回路各个电磁阀的通断，以控制回路中制动液的流向，最终实现液压制动系统的各种功能。
然而，随着汽车的发展，现在众多车型中，已经不再具备以发动机为核心的驱动总成，真空来源丧失，若附加设置真空泵，继续为传统的真空助力器提供所需要的真空，其不仅价格昂贵，而且需要更大的机构空间。另外，人们对汽车安全性的要求越来越高，这对汽车制动装置提出了更加严格的要求，一方面，制动系统在制动能量回收工况下，依然能够保证驾驶员的踏板感，另一方面，驾驶员根据不同的驾驶条件，可选择合适的踏板模式。这些就需要制动助力系统能够实现助力精确控制。然而，传统的真空助力器，助力大小固定，作为助力媒介的空气，压缩量大，无法实现助力精确控制。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种机电式制动助力器系统，以解决现有技术中存在的真空助力器的助力大小固定，作为助力媒介的空气，压缩量大，无法实现助力精确控制的技术问题。
本发明提供了一种机电式制动助力器系统，包括助力传递机构、制动踏板和制动主缸；所述助力传递机构包括蜗杆和蜗轮，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述制动踏板与所述蜗轮的轮心固定连接；所述制动踏板铰接有活塞推杆，所述活塞推杆用于推动所述制动主缸的主缸活塞运动。
进一步地，所述助力传递机构还包括控制电机，所述控制电机的输出轴与所述蜗杆连接。
进一步地，所述助力传递机构还包括电子控制单元(ECU)，用于控制所述控制电机的转动。
进一步地，所述控制电机的输出轴通过联轴器与所述蜗杆连接。
进一步地，所述活塞推杆的一端与所述制动踏板铰接，所述活塞推杆的另一端与所述制动主缸的主缸活塞连接。
进一步地，所述活塞推杆的杆身上具有限位凸台；所述活塞推杆上套设有复位弹簧，且所述复位弹簧位于所述限位凸台和所述制动主缸的主缸壳体之间。
进一步地，所述制动主缸的主缸壳体上设置有压力传感器，用于检测所述制动主缸的主缸液压。
进一步地，所述控制电机为无刷直流电机。
进一步地，所述无刷直流电机为带霍尔传感器的无刷直流电机。
进一步地，所述制动主缸连接有液压控制单元HCU。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的机电式制动助力器系统，包括助力传递机构、制动踏板和制动主缸；助力传递机构包括蜗杆和蜗轮，蜗杆与蜗轮啮合，制动踏板与蜗轮的轮心固定连接；制动踏板铰接有活塞推杆，活塞推杆用于推动制动主缸的主缸活塞运动。本发明能够实现对助力的精确控制，保证驾驶员的踏板感，另外，本发明抛弃了传统的真空助力的方式，在制动时，蜗杆带动蜗轮转动，制动踏板与蜗轮一起转动，以带动活塞推杆运动，来推动主缸活塞的运动；蜗杆与蜗轮构成的大减速比能够实现减速和增加扭矩的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明实施例提供的机电式制动助力器系统的结构示意图。
附图标记：
101-制动踏板；103-蜗杆；104-蜗轮；
105-活塞推杆；106-控制电机；107-电子控制单元；
108-联轴器 109-主缸活塞；110-限位凸台；
111-主缸壳体；112-复位弹簧；113-压力传感器；
114-轴承。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，可以是两个元件内部的连通。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。
实施例
参见图1所示，本发明实施例提供了一种机电式制动助力器系统，包括助力传递机构、制动踏板101和制动主缸；助力传递机构包括蜗杆103和蜗轮104，蜗杆103与蜗轮104啮合，制动踏板101与蜗轮104的轮心固定连接；制动踏板101铰接有活塞推杆105，活塞推杆105用于推动制动主缸的主缸活塞109运动。
具体而言，制动踏板101的一端与蜗轮104的轮心固定连接在一起，制动踏板101能够随着蜗轮104的转动而一起转动，也就是说，蜗轮104与制动踏板101是刚性固定连接，蜗轮104与制动踏板101同步转动。驾驶员松开制动踏板101时，制动踏板101恢复到初始状态的过程中，蜗轮104随制动踏板101一起转动。
本发明实施例提供的机电式制动助力器系统，能够实现对助力的精确控制，保证驾驶员的踏板感，另外，本发明抛弃了传统的真空助力的方式，在制动时，蜗杆103带动蜗轮104转动，制动踏板101与蜗轮104一起转动，以带动活塞推杆运动，来推动主缸活塞109的运动；蜗杆103与蜗轮104构成的大减速比能够实现减速和增加扭矩的作用。
该实施例中，助力传递机构还包括控制电机106，控制电机106的输出轴与蜗杆103连接。通过控制电机106来提供带动蜗杆103转动，以实现对制动踏板101的制动辅助；另外，蜗杆103与蜗轮104构成的大减速比能够对控制电机106输出的动力进行减速和增加扭矩。
具体而言，机电式制动助力器系统还包括壳体，蜗杆103通过两个轴承114固定于壳体上，也就是说轴承114套设于蜗杆103上，实现对蜗杆103的固定支撑。控制电机106的输出轴通过联轴器108与蜗杆103连接；联轴器108可以为齿式联轴器108、凸缘联轴器108或梅花联轴器108。
需要说明的是，该实施例中，联轴器108不仅局限于以上三种，也可以根据实际情况自由选取其他类型的联轴器108，用以实现连接中间轴和控制电机106的输出轴的功能；对于其他类型的联轴器108该实施例不再一一具体赘述。
该实施例中，控制电机106为无刷直流电机。采用直流无刷电机可以降低成本，并且能够实现稳定可靠的传动，另外，其还具有噪音小，寿命长，速度高的特点。具体而言，无刷直流电机为带霍尔传感器的无刷直流电机，也就是说，无刷直流电机设置有三个霍尔传感器，通过霍尔传感器来测量控制电机106的输出轴的转动角度，此种测量电机角度的方法，误差在120°以内，但是，该误差通过大减速比和转动变成平动过程之后，电机转角的误差被转换成活塞推杆105轴向位移的误差，其可忽略不计，其中转动变平动指的是蜗轮的转动转化为活塞推杆的平动。
该实施例中，助力传递机构还包括电子控制单元ECU，用于控制控制电机106的转动。
具体而言，电子控制单元107与控制电机106电连接，且电子控制单元107位于控制电机106的尾部，电子控制单元107用于控制控制电机106的转动，也就是说控制控制电机106的工作与停止，以及控制电机106的输出轴转动的快慢。
该实施例中，活塞推杆的一端与制动踏板101铰接，活塞推杆的另一端与制动主缸的主缸活塞109连接。
具体而言，活塞推杆的另一端与主缸活塞109是刚性的贴合连接；贴合连接即是指活塞推杆的另一端与主缸活塞109只是相接触，并未固定在一起。需要说明的是，该实施例中，活塞推杆的另一端还可以与主缸活塞109固定连接，这样能够增加连接的稳定性。
该实施例中，活塞推杆的杆身上具有限位凸台110，且限位凸台110靠近活塞的另一端；活塞推杆上套设有复位弹簧112，且复位弹簧112位于限位凸台110和制动主缸的主缸壳体111之间。在机电式制动助力器系统的初始状态下，复位弹簧112具有压缩量，以保证使整个系统处于紧绷而不松动的状态。
该实施例中，制动主缸的主缸壳体111上设置有压力传感器113，用于检测制动主缸的主缸液压。压力传感器113与电子控制单元107相连接。电子控制单元107通过接收压力传感器113发送的信号，控制控制电机106，以提供助力；另外，电子控制单元107还可以根据压力传感器113发送的信号，提供反助力，以保证驾驶员的踏板力不变。
该实施例中，制动主缸连接有液压控制单元HCU(未示出)。液压控制单元与电子控制单元连接，其中，液压控制单元为电子控制单元的执行机构；通过液压控制单元实现制动回路各个电磁阀的通断，以控制回路中制动液的流向，最终实现液压制动系统的各种功能。该实施例中，液压控制单元为现有技术，不再做详细的描述。另外，该实施例中，活塞推杆的一端与制动踏板101铰接，活塞推杆的另一端与制动主缸的主缸活塞109刚性接触，保证了整个制动系统在制动过程中，电磁阀频繁的通断不会产生较大的振动和噪声。
当汽车制动系统需要增压时，电子控制单元107接收到指令，控制控制电机106运动，为整个机电式制动助力器系统提供动力，控制电机106通过联轴器108将动力传递给蜗杆103，蜗杆103随之转动，由于蜗轮104和蜗杆103的大减速比特性，将控制电机106输出的动力进行减速和增加扭矩，这样一方面能够提供足够大的助力，另一方面保证了控制电机106带动制动踏板101运动的速度与驾驶员施加的运动速度相适应，保证驾驶员的踏板感觉。蜗轮104的转动带动制动踏板101绕蜗轮104的轮心转动，在此作用下，实现了活塞推杆105的轴向直线运动，推动主缸活塞109在主缸壳体111内移动，该部分施加在主缸活塞109上的力，即为机电式制动助力器系统产生的助力。在制动过程中，驾驶员会在制动踏板101上施加一部分肌力，该肌力也就是驾驶员提供的踏板力，也就是说驾驶员作用在制动踏板上力即为踏板力。助力与驾驶员的肌力在制动踏板101上相耦合，借助活塞推杆105共同作用在主缸活塞109上，主缸活塞109的移动会引起主缸液压的增压或减少。当释放制动踏板101时，复位弹簧112将制动踏板101推动回到初始状态。
本发明提供的机电式制动助力器系统可在实现制动能量回收工况下，保证驾驶员的踏板感不变，当汽车需要减速时，制动能量回收系统首先工作，利用发电机进行减速制动，而不是通过液压制动。此时，为了达到在制动能量回收时驾驶员踏板感不变，驾驶员踩下制动踏板时，制动助力器系统的电子控制单元改变制动回路中电磁阀状态，使制动液移至液压控制单元中的蓄能器，主缸液压下降，若主缸液压小于踏板力时，就需要机电式制动助力器系统提供反助力，以保证踏板力不变，也就是通过电子控制单元控制控制电机的输入电压，借助蜗轮与制动踏板的刚性连接结构，实现所需要的反助力功能。由于路面工况不同，制动能量回收系统所能提供的最大减速度也是不同的，机电式制动助力器系统的电子控制单元可根据实时采集的路面信号，经过处理，得到制动能量回收系统实时的最大减速度，以控制液压制动回路介入车辆制动的时间，当制动能量回收系统提供的制动力满足不了汽车减速需求时，电子控制单元改变制动回路中相应的液压阀的状态，制动液进入汽车轮缸，为车辆提供相应的制动力。因此，本发明涉及的机电式制动助力器系统可实现在不同路面工况下，制动能量回收作用时，发电机与液压制动系统之间协调工作，驾驶员踏板感保持不变。
在制动过程中，本发明涉及的机电式制动助力器系统可对踏板特性进行闭环控制，该踏板特性包括踏板力与踏板位移之间的关系、踏板力与主缸压力之间的关系。当控制电机的霍尔传感器采集到控制电机的输出轴的转动角度时，通过传递公式转换，可以得到制动踏板的踏板位移；由于理想的踏板特性已知，根据实际的踏板位移，便可以得到理想的踏板力和理想的主缸压力；而对于系统中的复位弹簧的弹簧力，可根据踏板位移和弹簧的刚度得到；在本发明涉及的机电式制动助力器系统中，踏板力、电机助力、弹簧力和主缸压力之间存在一定的等式关系，因此，根据以上分析，便可以求出理想的电机助力大小，该理想的电机助力为控制系统实现的目标；另外，在助力过程中，系统可根据观测出的电机负载转矩、电机输出端到助力端之间的传动系统的传递公式，可以估算出实际的电机助力大小，那么，以理想的电机助力与实际的电机助力之间的差值，作为电子控制器的输入量，其作用是消除理论的电机助力与实际的电机助力之间的差异，使实际的电机助力大小实时达到理想的电机助力的大小，从而实现了本发明涉及的机电式制动助力器系统对助力过程的精确控制，保证驾驶员的踏板感不变。
需要说明的是，主缸液压也就是主缸压力。
本发明涉及的汽车机电式制动助力器系统可实现踏板感可变特性。在电子控制单元中，设定不同的踏板感曲线，即舒适、标准和运动三种踏板模式，踏板感曲线不同，电子控制单元控制控制电机的目标随即发生改变，电子控制单元通过改变控制信号达到与踏板感曲线对应的助力比，则踏板感可变特性即可实现。在不同的工况下，驾驶员可根据驾驶需求切换不同的踏板模式，提高驾驶舒适性。
综上所述，本发明提供的液压汽车制动系统，结构简单、可靠，成本低，可避免制动回路中的制动液体出现较大振动的现象发生，维持制动液的压力的稳定，保证行车汽车安全问题；还可实现踏板力和助力的精确控制，保证踏板感不变特性和踏板感可调特性，并且能够满足再生制动，紧急辅助制动，以及自适应巡航控制系统等的功能需求。另外，本发明为不依靠发动机提供真空度实现制动助力的电动助力系统，可适用于电动汽车、混合动力汽车、以及智能汽车等。在制动能量回收过程中，保证驾驶员的踏板感不变；并且可建立踏板力与踏板位移、踏板力与主缸压力之间的关系，实现对助力系统的闭环控制；根据不同的踏板感曲线，达到与之对应的助力比，实现踏板感可变特性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。