适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统的制作方法

本发明属于汽车制动系统技术领域，具体的说是一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统。

背景技术：

随着汽车领域技术的发展，传统的液压制动系统已不能满足人们对高安全性、高舒适性的汽车性能的要求。尤其是近些年来随着汽车电动化和智能化的发展趋势，对汽车制动系统提出了更高要求。对于电动化汽车，为了增加续航里程，要求制动系统必须具备再生制动能力，这就要求制动系统能够具有制动踏板与摩擦制动力解耦的能力；对于智能化汽车，要求汽车必须具备主动制动的功能。显然，传统的液压制动系统已无法满足上述要求。

作为一种新型的制动系统技术，电动助力制动系统通过结构的设计可以使其具有制动踏板与摩擦制动力解耦的能力，从而满足电动汽车再生制动能力的需求；必要时，电动助力制动系统通过电子控制单元控制助力电机可以实现在没有人员操作的情况下进行主动制动，从而提高汽车的主动安全性，并符合智能化汽车的发展要求。以此同时，电动助力制动系统的失效备份相对于线控制动技术更容易布置，结构简单，成本低。以上的电动助力制动系统的这些优点使其受到了汽车工程师的青睐，电动助力制动系统将会是汽车制动技术未来发展的一个主要方向。

然而，目前的电动助力制动系统的助力总成机构大都结构复杂；电动助力制动系统在进行解耦时只能进行部分解耦或者完全解耦，很难在解耦时根据前后轴的需要合理分配前后轴的制动摩擦力，总而实现任意自由度的解耦；在实现制动踏板与摩擦制动力的解耦时驾驶员的制动踏板感往往会发生很大变化，从而严重影响驾驶员的路感。

技术实现要素：

为解决上述电动助力制动系统所存在的助力总成机构复杂、解耦情况单一、踏板感保持性不好的问题，本发明提出了一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统，包括制动踏板总成、电动助力总成、带有储液罐的制动主缸、与制动主缸管路连接的HCU、与HCU管路连接的车辆四个车轮的制动轮缸以及电子控制单元，其特征在于，还包括一个设置在制动主缸与HCU之间的管路上的解耦装置总成以及一个助力电机总成；

以制动踏板总成中的制动踏板的踏板力输入的方向为前方，带有踏板行程传感器的制动踏板的中部与一个踏板推杆的前端铰接，电动助力总成的助力总成壳体内有一个助力套筒，助力套筒的中部有通孔，助力推杆设置在该通孔中，助力套筒和助力推杆的轴向长度相同且二者可沿轴向相对移动，踏板推杆的后端穿过助力总成壳体伸入到助力总成壳体中的助力推杆前端的凹槽中，且踏板推杆的后端面与助力推杆前端的凹槽的内端面之间存在间隙，该间隙即为制动踏板的空行程，踏板推杆的后端加工成阶梯轴状，踏板推杆的阶梯轴大轴颈段的端面与助力推杆前端凹槽的内端面之间设置有踏板推杆回位弹簧，在没有踏板力输入的状态下，助力套筒和助力推杆的前端面与助力总成壳体的前内端面接触，助力套筒和助力推杆靠助力总成壳体进行前极限位置的限位，助力总成壳体内还有一个主缸推杆，主缸推杆的前端有一段外径大于主缸推杆杆体外径的连接段，连接段的前端面加工出凹槽，凹槽中配合安装有反馈盘，反馈盘的直径大于助力推杆的外径，安装有反馈盘的主缸推杆的前端面作用在助力推杆和助力套筒的后端面上，主缸推杆的后端与制动主缸的后腔活塞相连，一个外回位弹簧和一个内回位弹簧同轴布置，外回位弹簧设置在助力套筒的后端面与助力总成壳体的后端内壁之间，内回位弹簧设置在主缸推杆的连接段的后端面与助力总成壳体的后端内壁之间；

助力套筒的下端加工出一排轮齿，助力套筒通过这些轮齿与一个齿条齿轮的轮齿相啮合形成齿轮齿条传动副；齿条齿轮的轮心与助力电机总成中的减速齿轮的轮心通过轴颈刚性连接，齿条齿轮与减速齿轮的结构完全相同，助力电机总成中的永磁同步电机的输出轴上的电机齿轮与减速齿轮啮合；

所述的解耦装置总成包括后腔第一单向阀、前腔第一单向阀、后腔常闭电磁阀、前腔常闭电磁阀、后腔比例压力控制阀、前腔比例压力控制阀，后腔常开电磁阀、前腔常开电磁阀，后腔液压力传感器，前腔液压力传感器、后腔第二单向阀、前腔第二单向阀，制动主缸的后腔出液口与HCU的后腔进液口的液压管路上串联有后腔常开电磁阀，在从后腔常开电磁阀到HCU的后腔进液口之间的管路上安装有后腔液压力传感器，在从制动主缸的后腔出液口到后腔常开电磁阀的管路上开设有连接至储液罐的液压管路a，在液压管路a上并联安装着后腔常闭电磁阀和后腔比例压力控制阀，在后腔常闭电磁阀和后腔比例压力控制阀后分别串联有后腔第一单向阀和后腔第二单向阀，后腔第一单向阀和后腔第二单向阀只允许制动液流向储液罐，而不允许制动液反向流动；同样制动主缸的前腔出液口与HCU的前腔进液口的液压管路上串联有前腔常开电磁阀，在从前腔常开电磁阀到HCU的前腔进液口之间的管路上安装有前腔液压力传感器，在从制动主缸的前腔出液口到前腔常开电磁阀的管路上开设有连接至储液罐的液压管路b，在液压管路b上并联安装着前腔常闭电磁阀和前腔比例压力控制阀，在前腔常闭电磁阀和前腔比例压力控制阀后分别串联有前腔第一单向阀和前腔第二单向阀，前腔第一单向阀和前腔第二单向阀只允许制动液流向储液罐，而不允许制动液反向流动；HCU的四个出液口分别通过管路与车辆四个车轮上的轮缸连接。

所述的踏板行程传感器、后腔常闭电磁阀、前腔常闭电磁阀、后腔比例压力控制阀、前腔比例压力控制阀、后腔常开电磁阀、前腔常开电磁阀、后腔液压力传感器、前腔液压力传感器、HCU以及PMSM电机的信号端通过线束与电子控制单元连接。

进一步的技术方案包括：

制动踏的顶端和转轴支架通过铰链连接，踏板行程传感器亦安装在制动踏板和转轴支架相连接处。

踏板推杆回位弹簧的预紧力小于内回位弹簧的预紧力。

踏板推杆的后端面与助力推杆前端的凹槽的内端面之间的间隙为10-15mm。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、本发明所述的电动助力制动系统在进行解耦时可以根据需要通过对电磁阀的控制合理分配前后轴的制动摩擦力，总而实现任意自由度的解耦，保证汽车即使在再生制动的情况下也能保持良好的制动姿态；

2、本发明的所述的电动助力制动系统的助力总成机构结构简单，制造成本低，安装方便，适于批量生产；

3、本发明所述的电动助力制动系统的踏板感一致性好，在任何解耦工况下通过对助力电机的控制都能保证制动踏板感保持不变，从而不影响驾驶员制动时的路感；

4、本发明所述的电动助力制动系统不需要另设失效备份机构，在系统失效时可通过人力使车辆减速或停车，提高了行驶安全性；

5、本发明所述的电动助力制动系统的各个部件集成度高，占用空间小，方便布置；

6、本发明所述的电动助力制动系统的硬件设备适应性广，对不同类型的汽车，尤其是电动汽车均适用，通用性好；

7、本发明所述的电动助力制动系统工作在解耦状态时，通过对比例压力控制阀开启压力的控制，可以使前后轴轮缸压力按照系统要求进行增压，从而使由摩擦制动力和再生制动力所产生的总制动力特性曲线尽可能与电动助力制动状态下的制动特性曲线相吻合。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统的结构示意图。

图2为本发明所述解耦装置总成的结构示意图。

图3为电动助力制动状态下解耦装置总成中的制动液流向示意图。

图4为完全解耦状态下解耦装置总成中的制动液流向示意图。

图5为部分解耦状态下前后轴轮缸压力相同时解耦装置总成中的制动液流向示意图。

图6为部分解耦状态下当前轴轮缸压力大于后轴轮缸压力时后轴轮缸压力未达到设定值时解耦装置总成中的制动液流向示意图。

图7为部分解耦状态下当前轴轮缸压力大于后轴轮缸压力时后轴轮缸压力达到设定值后解耦装置总成中的制动液流向示意图。

图8为比例压力控制阀开启压力随踏板位移变化的关系曲线。

图9为解耦状态下的摩擦制动力、再生制动力和非解耦状态下的总制动力(此时制动力全部由摩擦制动力提供)随踏板位移变化的关系曲线。

图中：1.制动踏板总成，2.电动助力总成，3.储液灌，4.制动主缸，5.解耦装置总成，6.HCU，7.轮缸，8.电子控制单元，9.助力电机总成，101.制动踏板，102.踏板行程传感器，103.踏板推杆，104.踏板转轴支架，201.助力总成壳体，202.助力套筒，203.踏板推杆回位弹簧，204.齿条齿轮，205.助力推杆，206.反馈盘，207.外回位弹簧，208.内回位弹簧，209.主缸推杆，501a.后腔第一单向阀，501b.前腔第一单向阀，502a.后腔常闭电磁阀，502b.前腔常闭电磁阀，503a.后腔比例压力控制阀，503b.前腔比例压力控制阀，504a.后腔常开电磁阀，504b.前腔常开电磁阀，505a.后腔液压力传感器，505b.前腔液压力传感器，506a.后腔第二单向阀，506b.前腔第二单向阀，901.永磁同步电机，902.电机齿轮，903.减速齿轮。

具体实施方式

一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统，包括：制动踏板总成1、电动助力总成2、储液罐3、制动主缸4、解耦装置总成5、HCU 6、轮缸7、电子控制单元8、助力电机总成9。

一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统，所述的制动踏板总成1包括制动踏板101、踏板行程传感器102、踏板推杆103和踏板转轴支架104。以制动踏板101的踏板力输入的方向为前方。制动踏板101的顶端和转轴支架104通过铰链连接，踏板行程传感器102亦安装在制动踏板101和转轴支架104相连接处。踏板推杆103的前端通过铰链和制动踏板101的中部相连。踏板推杆103的后端加工成阶梯轴状，踏板推杆103的后端穿过助力总成壳体201的前端伸入助力推杆205的前端内部凹槽中。

一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统，所述的电动助力总成2包括助力总成壳体201、助力套筒202、踏板推杆回位弹簧203、齿条齿轮204、助力推杆205、反馈盘206、外回位弹簧207、内回位弹簧208、主缸推杆209。踏板推杆103、助力推杆205、主缸推杆209同轴布置。助力套筒202的内部加工有通孔，助力推杆205放置在该通孔中，两者轴向长度相同，并可相对轴向移动。在自由状态下，助力套筒202和助力推杆205的前端面与助力总成壳体201的前内端面接触，助力套筒202和助力推杆205靠助力总成壳体201进行前极限位置的限位。助力套筒202的下端加工出一排轮齿，助力套筒202通过这些轮齿和齿条齿轮204的轮齿相啮合形成齿轮齿条传动副。齿条齿轮204的轮心和减速齿轮903的轮心通过轴颈刚性连接，两者转速相同。助力推杆205的前端中部加工出一个凹槽，踏板推杆103的阶梯轴状的后端伸入该凹槽中。助力推杆205的凹槽内端面和踏板推杆103的后端面(即踏板推杆103后端阶梯轴的小轴径段的端面)之间预留有10—15mm的间隙，该间隙的大小即为踏板空行程的大小。踏板推杆回位弹簧203设置在踏板推杆103的阶梯轴大轴颈段的端面与助力推杆205前端凹槽的内端面之间。踏板推杆回位弹簧203可以在驾驶员松开制动踏板时使制动踏板自动回位，同时也用来形成踏板空行程阶段的踏板阻力。主缸推杆209的前端有一段外径大于主缸推杆209杆体外径的连接段，连接段的前端面加工出凹槽，凹槽中配合安装有反馈盘206。反馈盘206的直径大于助力推杆205的外径。安装有反馈盘206的主缸推杆209的前端面作用在助力推杆205和助力套筒202的后端面上。主缸推杆209的后端伸入制动主缸4的后腔中与后腔活塞相连。外回位弹簧207和内回位弹簧208同轴布置，外回位弹簧207设置在助力套筒202的后端面与助力总成壳体201的后端内壁之间，内回位弹簧208设置在主缸推杆209的连接段凸台与助力总成壳体201的后端内壁之间。

一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统，所述的解耦装置总成5包括后腔第一单向阀501a、前腔第一单向阀501b、后腔常闭电磁阀502a、前腔常闭电磁阀502b、后腔比例压力控制阀503a、前腔比例压力控制阀503b，后腔常开电磁阀504a、前腔常开电磁阀504b，后腔液压力传感器505a，前腔液压力传感器505b、后腔第二单向阀506a、前腔第二单向阀506b。制动主缸4的后腔出液口与HCU 6的后腔进液口的液压管路上串联有后腔常开电磁阀504a，在从后腔常开电磁阀504a到HCU 6的后腔进液口之间的管路上安装有后腔液压力传感器505a。在从制动主缸4的后腔出液口到后腔常开电磁阀504a的管路上开设有连接至储液罐3的液压管路a，在液压管路a上并联安装着后腔常闭电磁阀502a和后腔比例压力控制阀503a，在后腔常闭电磁阀502a和后腔比例压力控制阀503a后分别串联有后腔第一单向阀501a和后腔第二单向阀506a，后腔第一单向阀501a和后腔第二单向阀506a只允许制动液流向储液罐3，而不允许其反向流动；同样，制动主缸4的前腔出液口与HCU6的前腔进液口的液压管路上串联有前腔常开电磁阀504b，在从前腔常开电磁阀504b到HCU6的前腔进液口之间的管路上安装有前腔液压力传感器505b。在从制动主缸4的前腔出液口到前腔常开电磁阀504b的管路上开设有连接至储液罐3的液压管路b，在液压管路b上并联安装着前腔常闭电磁阀502b和前腔比例压力控制阀503b，在前腔常闭电磁阀502b和前腔比例压力控制阀503b后分别串联有前腔第一单向阀501b和前腔第二单向阀506b，前腔第一单向阀501b和前腔第二单向阀506b只允许制动液流向储液罐3，而不允许其反向流动。HCU6的四个出液口分别通过管路与车辆四个车轮上的轮缸7连接。

一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统，所述的助力电机总成9包括永磁同步电机901、电机齿轮902、减速齿轮903。电机齿轮902布置在永磁同步电机901的转子轴上，电机齿轮902和减速齿轮903啮合，两者形成一对齿轮副，实现减速增扭的作用。减速齿轮903的轮心和齿条齿轮204的轮心通过轴颈刚性连接，两者转速相同。

一种适用于电动汽车具有任意解耦自由度的电动助力制动系统，所述的踏板行程传感器102、后腔常闭电磁阀502a、前腔常闭电磁阀502b、后腔比例压力控制阀503a、前腔比例压力控制阀503b、后腔常开电磁阀504a、前腔常开电磁阀504b、后腔液压力传感器505a、前腔液压力传感器504b、HCU 6以及永磁同步电机901的信号端通过线束与电子控制单元8连接。

下面结合附图对本发明的具体工作过程进行说明。

首先要说明的是，当制动系统工作在电动助力制动状态和解耦状态时，驾驶员作用在制动踏板上的力仅用来克服内回位弹簧208的变形力，不会有多余的力通过主缸推杆209作用在主缸中；且内回位弹簧208的变形力仅由驾驶员作用在制动踏板上的力克服，由电动系统产生的力不用来克服内回味弹簧208的预紧力，从而保证制动系统工作在电动助力制动状态和解耦状态时的踏板感保持不变。

一、电动助力制动状态

当系统工作在电动助力制动状态时，制动踏板与摩擦制动力不解耦，系统所需的制动力全部由摩擦制动力产生。驾驶员刚踩下制动踏板101时，踏板推杆103需要克服与助力推杆205的预留间隙后才会与助力推杆205接触。由于踏板推杆回位弹簧203的预紧力小于内回位弹簧208的预紧力，在踏板推杆103与助力推杆205的内端面接触之前，助力推杆205不动，电动助力系统不工作。该阶段属于制动踏板空行程阶段。当踏板推杆103与助力推杆205的内端面接触之后，继续踩制动踏板101，便进入电动助力阶段。在该阶段中，踏板行程传感器102将获得的踏板位移信号传输给电子控制单元8，电子控制单元8通过对信号进行处理后发送指令给永磁同步电机901，使其产生助力转矩，该转矩通过减速齿轮副、齿轮齿条副后转化为力作用在主缸推杆209上，推动主缸推杆209向后移动，从而使制动系统产生与驾驶员意图相匹配的制动力，促使整车减速或停车。在电动助力制动状态，解耦装置总成5中的各种电磁阀均断电处于其常位状态：后腔常闭电磁阀502a、前腔常闭电磁阀502b断电截止，后腔常开电磁阀504a、前腔常开电磁阀504b断电导通，后腔比例压力控制阀503a、前腔比例压力控制阀503b断电截止。图3为电动助力制动状态下解耦装置总成5中的制动液流向示意图。

二、完全解耦状态

参见图9，当制动踏板101位移小于完全解耦位移x1时，对于电动汽车而言，此时制动系统所需求的制动力完全可以由能量回收装置(图中未画出)所产生的再生制动力提供，从而最大程度的回收能量，提高电动汽车的续航里程，此时系统便工作在完全解耦状态。在完全解耦状态下，后腔常闭电磁阀502a、前腔常闭电磁阀502b通电打开，后腔比例压力控制阀503a、前腔比例压力控制阀503b断电截止，后腔常开电磁阀504a、前腔常开电磁阀504b通电截止。图4为完全解耦状态下解耦装置总成5中的制动液流向示意图。在完全解耦状态下，永磁同步电机901产生较小的助力转矩用来克服外回位弹簧207的变形力及制动液在从主缸4流向储液灌3中时的阻力，从而保证制动踏板感和电动助力状态下的踏板感完全相同。

三、部分解耦状态

参见图9，当制动踏板101位移大于完全解耦位移x1时，对于电动汽车而言，此时由能量回收装置所产生的再生制动力不能满足系统对总制动力的要求，总制动力减去再生制动力后剩下的制动力便由摩擦制动力提供，此时系统便工作在部分解耦状态。在部分解耦状态下，根据前后轴的轮缸压力是否相等又可分为两种情况，下面分开阐述。

1、前后轴的轮缸压力相同

这种情况是一般的部分解耦状态下的解耦形式，当前、后轴的再生制动力和前、后轴的总制动力对应成比例时，为了保证部分解耦状态下的总制动力不变，此时便应该要求前后轴的轮缸产生相等的符合要求的轮缸压力。此时，后腔常闭电磁阀502a、前腔常闭电磁阀502b断电截止，后腔常开电磁阀504a、前腔常开电磁阀504b断电导通，后腔比例压力控制阀503a、前腔比例压力控制阀503b通以适当电流电。由于轮缸的增压特性是由比例压力控制阀的开启压力决定的，而比例压力控制阀的开启压力随通电电流的大小而变化。因此对后腔比例压力控制阀503a、前腔比例压力控制阀503b的通电电流应该满足使在不同踏板位置下由比例压力控制阀的开启压力所决定的前后轴的轮缸压力符合系统要求。参见图9可以得到部分解耦状态下不同踏板位置的摩擦制动力。而根据不同踏板位置的摩擦制动力经过计算后便可得到为了产生相应的摩擦制动力的轮缸压力，由于轮缸压力是由比例压力控制阀的开启压力所决定，从而便可得到不同踏板位置下比例压力控制阀的开启压力，如图8所示。图5为部分解耦状态下前后轴轮缸压力相同时解耦装置总成5中的制动液流向示意图。

2、前后轴的轮缸压力不相同

当前、后轴所产生的再生制动力和前、后轴的总制动力不对应成比例，为了保证部分解耦状态下的总制动力不变，此时前后轴的轮缸压力便不再相等；又或者在制动状态下由于轴荷前移，前后轴的载荷重新分配，为了使前后轴充分利用路面的附着系数，使电动汽车在回收能量的同时也能够保持良好的制动姿态，此时前后轴的轮缸压力也不再相等。关于解耦制动时前后轴的轮缸压力不相同的情况，分为前轴轮缸压力大和后轴轮缸压力大两种状态。由于两种状态的控制逻辑完全一致，下面以部分解耦状态下前轴轮缸压力大于后轴轮缸压力的工作状态进行说明。

图6为后轴轮缸压力未达到设定值时解耦装置总成5中的制动液流向示意图。此时，后腔常闭电磁阀502a、前腔常闭电磁阀502b断电截止，后腔常开电磁阀504a、前腔常开电磁阀504b断电导通，前腔比例压力控制阀503b断电截止，后腔比例压力控制阀503a通以适当电流导通，其开启压力满足图9所示的特性曲线。在这种情况下，前后轴轮缸压力按照后腔比例压力控制阀503a的开启压力特性曲线进行同步增长。

图7为后轴轮缸压力达到设定值后解耦装置总成5中的制动液流向示意图。当前腔液压力传感器505b检测到后轴轮缸压力达到要求后，电子控制单元8立刻发送指令使前腔常开电磁阀504b通电截止，此时后轴轮缸压力便不再变化，后轴主缸也因为完全封闭便如同刚体一样不再有液体流通。而前轴轮缸压力依旧按照后腔比例压力控制阀503a的开启压力特性曲线同步增长直到踏板停止移动，前轴轮缸压力便稳定在该踏板位移所对应的比例压力控制阀的开启压力处。从而满足前后轴轮缸压力不同的要求。

四、失效备份状态

当电动助力制动系统失效时，驾驶员通过踩制动踏板101克服踏板推杆103与助力推杆205的预留间隙后推动助力推杆205带动主缸推杆209后移，从而在主缸的前后腔建立油压，产生摩擦制动力使车辆减速或停车。在失效备份状态下，解耦装置总成5中的各种电磁阀均失电处于其常位状态：后腔常闭电磁阀502a、前腔常闭电磁阀502b断电截止，后腔比例压力控制阀503a、前腔比例压力控制阀503b断电截止，后腔常开电磁阀504a、前腔常开电磁阀504b导通断电。此时主缸中的制动液在踏板力的作用下迅速进入前后轮缸中，前后轮同时形成摩擦制动力使车辆尽快停止。五、主动制动状态

主动制动状态是电动助力制动系统有别于传统制动系统的一大特色，既迎合了智能化汽车的发展需要，又提高了汽车的主动安全性。在主动制动状态下，电子控制单元8通过车载传感器察觉到车辆需要制动而驾驶员并没有制动意图时，电子控制单元8便发送指令给永磁同步电机901，使其产生合适的转矩通过传动机构后推动主缸推杆209后移，进而产生摩擦制动力使车辆减速或停车。在主动制动状态下，解耦装置总成5中的各种电磁阀均断电处于其常位状态。