一种电液复合伺服制动系统的制作方法

本实用新型属于汽车制动系统
技术领域：
，具体来说，是一种利用同步带和滚珠丝杠机构作为主要伺服传动的电液复合伺服制动系统。
背景技术：
：作为汽车核心安全部件的制动系统历经了数次重大变迁和改进。从最初的皮革摩擦制动到后来出现鼓式、盘式制动器，再到后来出现真空助力、电动助力、防抱死制动系统(ABS)以及与ABS相适应但成本较高的中心阀式制动主缸等。近年来又兴起了线控制动系统(Brake-by-wire)的研发，如电子液压制动(EHB)和电子机械制动(EMB)。目前汽车液压制动系统大多采用真空助力，少数汽车采用电动助力(如日产汽车公司的e-ACT制动系统)等其它形式的助力装置。采用真空助力的车辆，助力大小不可控，制动性能的恒定性和稳定性得不到保证；而采用普通电动制动助力的车辆会因ABS介入压力调节所引起的制动踏板力剧烈波动。同时，无论是真空助力制动或是电动助力制动，都不能方便的实现底盘的主动控制。而线控制动系统的出现，不仅仅在于提高了传统意义上的汽车制动性能如制动效能、制动效能的恒定性以及制动时的方向稳定性，更是为了适应现代汽车的底盘主动控制。线控制动系统克服了传统助力制动系统不能方便地实施主动制动(所谓“主动制动”，是指在制动踏板未被踩下的情况下仍然可以实现对全部或部分车轮的制动)的缺陷。助力制动系统的这个不足使其不能很好地满足自主紧急制动(AEB)、驱动防滑控制(ASR)、电子稳定控制(ESC)及自适应巡航控制(ACC)等底盘主动控制系统的主动制动需要。虽然装有ASR和基于差压制动的ESC汽车能够通过这些主动控制系统的液压控制单元实施主动制动，但其压力建立时间相对较长，而且因其电磁阀不适宜长时间连续工作故难以满足AEB等控制系统的主动增压需要。另外，采用线控制动还可以获得更好的制动踏板感觉，避免了传统助力制动系统因ABS介入压力调节所引起的剧烈制动踏板力波动。虽然采用中心阀式制动主缸亦可以解决传统助力制动系统的踏板力波动问题，但同样增加了制动系统的复杂性与成本。在线控制动系统中，人力踩踏制动踏板仅提供制动信号，制动能量通常由人力以外的其它供能装置供给。为提高线控制动系统的失效防护功能，其电子控制单元可以广泛地自诊断和持续不断地监控全部系统可信度状态。在系统发生故障而出现危险状态时，系统还可以自动地向驾驶员提供现有的、最好的部分功能。在发生故障时故障存贮器存贮的故障信息便于诊断和维修。目前，已有多种结构的EHB应用于量产汽车，如博世公司的电液制动控制(SBC)系统、丰田汽车公司的ECB系统和大陆公司的RBS系统等。EHB一般采用高压储液罐作为供能装置，其压力由电动液压泵产生，必要时可以实施主动制动。制动时将高压储液罐的制动液导入主缸推动其活塞或直接输送给轮缸，依靠控制装置调节轮缸的制动压力。采用踏板行程模拟器为驾驶员提供制动踏板感觉，且具有人力备份制动的功能。当EHB系统失效时，使用备用的人力液压制动系统。此类制动系统因需要高压储液罐以及额外的备份液压系统，系统结构不是很紧凑。高压储液罐使制动系统能很快建立制动压力，可以缩短制动距离，但在发生碰撞等情况下可能导致高压泄漏威胁乘员安全，存在安全隐患。另外，用于高压储液罐的泵及其驱动电机即使在未制动时也需频繁工作，使用寿命受到影响。EMB系统则依靠控制装置控制电机带动减速增扭等转换机构，直接将制动块压靠在制动盘上产生制动力。因不需要制动液和液压管路，EMB系统具有制动器初始压力建立时间短、动态响应快等优点，甚至超过了依靠液压泵输出液压力的EHB。德国大陆特维斯公司、西门子公司和美国德尔福公司等全球各主要汽车零部件公司都相继研制出各自的EMB原型样机。此类制动系统需要复杂的机械转换结构才能产生制动力，虽然响应速度快，但失效防护能力难以获得汽车制造商的信赖。采用EMB后无法继续使用传统的制动器，需要重新开发新式的制动器以及使用高性能的电源，制造成本较高。由于这些原因，EMB迄今未在量产汽车上得到应用。除前面提到的EHB和EMB外，采用电机驱动制动主缸活塞的电液制动系统构成了另外一类线控制动系统，公开号为CN103010199A的中国发明专利“一种汽车线控制动系统”即属于此类。各类线控制动系统虽然具有如上所述的诸多优点，但它们相对于非线控系统而言同时也存在一些不足：需要设置专门的失效备份装置，增加了系统的复杂程度和成本；正常工作条件下踏板力总是依赖模拟器产生，踏板力不可调节；施加于制动踏板的人力没有被直接用来产生制动力，不利于缩短制动器起作用时间。为解决上述问题，很多公司提出了多种结构方案，比如博世公司最近新推出了电动机械助力器iBooster，其电机扭矩经由蜗轮蜗杆放大，并通过齿轮齿条传动装置转换为直线推力，最终由齿条经顶杆推动主缸活塞实现助力制动。该装置同时还具有主动制动功能。但是蜗轮蜗杆机械效率较低，且易导致磨损和失效。技术实现要素：为了解决上述现有技术的问题，本实用新型的目的是提出一种利用同步带和滚珠丝杠机构作为主要伺服传动的电液复合伺服制动系统，可以在电动助力制动模式、主动制动模式等多种模式下工作，并具有人力备份制动功能。为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种电液复合伺服制动系统，其特征在于：包括制动踏板、踏板回位装置、电动助力总成、主缸、储液罐、主缸压力传感器、液压控制单元、轮缸、电机、电子控制单元、制动踏板行程传感器；其中：所述踏板回位装置包括回位弹性件、推杆和弹性件底座，所述推杆的后端部与所述制动踏板相连；所述电动助力总成包括壳体、丝杠、滚珠丝杠螺母、推盘、反应盘推块、反应盘滑块、反应盘、顶杆、电机和同步带；所述丝杠仅可绕自身轴向转动地连接在所述壳体内，所述滚珠丝杠螺母仅可沿所述滚珠丝杠的轴向前后运动地配合在所述滚珠丝杠上，所述推盘前后运动地设置在所述滚珠丝杠螺母的前端；所述反应盘推块、反应盘滑块和反应盘分别可前后运动设置并从后向前依次设置在所述推盘的中孔内，所述推杆从后向前活动贯穿所述丝杠并且所述推杆的前端顶在所述反应盘推块上，所述顶杆的后端顶在所述反应盘上；所述电机的输出轴通过所述同步带与所述丝杠相连；所述主缸包括主缸缸体、主缸第一活塞、主缸第二活塞、第一活塞回位弹簧和第二活塞回位弹簧；其中，所述主缸第一活塞的后端部活动穿过所述主缸缸体的后端面，所述主缸第二活塞位于所述主缸缸体的内侧前部；所述主缸第一活塞与所述主缸第二活塞之间形成第一高压腔，所述主缸第二活塞与所述主缸缸体的前端面之间形成第二高压腔；所述顶杆的前端顶在所述主缸第一活塞上；所述储液罐分别与所述主缸缸体中的所述第一高压腔和所述第二高压腔相连；所述第一高压腔和所述第二高压腔分别通过制动管路与所述液压控制单元相连，所述液压控制单元与所述轮缸通过制动管路相连；所述主缸压力传感器设置在所述主缸上，所述制动踏板行程传感器设置在所述制动踏板上，所述电子控制单元分别与所述电机、所述主缸压力传感器和所述制动踏板行程传感器相连接，所述电子控制单元接收所述制动踏板行程传感器获取的制动踏板的位移信号以及所述主缸压力传感器获取的所述第一高压腔或所述第二高压腔的压力信号，并控制所述电机的输出转矩。优选地，所述回位弹性件为回位弹簧，所述弹性件底座为弹簧座。弹性件底座可与防火墙固连。驾驶员踩下踏板后，推杆推动回位弹性件使其压缩，驾驶员松开踏板后，压缩的回位弹性件帮助踏板回位。优选地，所述壳体包括助力总成后壳体和助力总成前壳体，所述助力总成后壳体内设有防尘塞，所述推杆活动穿过所述防尘塞。优选地，所述丝杠通过轴承转动连接在所述壳体内。所述壳体内还设有限制丝杠轴向运动的卡环。其中，丝杠为中空结构，推杆可活动穿过丝杠。优选地，所述推杆的前端具有球头，所述球头嵌在所述反应盘推块中。作为一种优选的实施方式，所述轴承为角接触球轴承。其中，所述滚珠丝杠螺母的外表面上开设有沿轴向前后延伸的限位槽，所述壳体上固设有与所述限位槽滑动配合的限位件。固定在壳体上的限位件限制了滚珠丝杠螺母的周向运动，使其只能平动，即只能沿着轴向前后运动。在一具体实施例中，所述限位件为安装在壳体侧壁的键。所述限位件抵挡所述推盘，阻止所述推盘向后运动。优选地，所述主缸第一活塞的前端面上垂直固连有螺栓，所述螺栓的头部穿过一罩体的顶面后与所述罩体的顶面上的台阶配合定位，所述罩体的底面固定在所述主缸第二活塞的后端面上，所述螺栓的长度大于所述罩体的高度。进一步优选地，所述罩体的侧壁上开设有进液孔与出液孔。其中，所述反应盘滑块与所述反应盘推块之间的轴向间隙小于所述反应盘推块与所述推盘之间的轴向间隙。推杆向前推动反应盘推块时，会先推动反应盘滑块，进而推动反应盘；主缸的顶杆的后端顶在反应盘上，反应盘向前运动会推动顶杆，进而帮助主缸建立压力。优选地，所述推盘的中孔在后端部设有对所述反应盘推块进行限位的后台阶，所述反应盘推块的后部设有与所述后台阶对应的限位部。优选地，所述推盘的中孔在前端部设有对所述反应盘限位的前台阶。在具体实施例中，所述轮缸包括左后轮缸、右后轮缸、左前轮缸和右前轮缸。由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点：1、本实用新型电液复合伺服制动系统不仅有高可靠性、制动踏板感觉可设计等优势，还可与不同的主动制动系统兼容，方便实现主动制动；2、本实用新型电液复合伺服制动系统利用同步带和滚珠丝杠机构作为主要伺服传动系，有准确传动比且可选传动比范围大，结构紧凑，传动效率高；实际应用中可用小扭矩的电机，节约成本；3、本实用新型电液复合伺服制动系统采用了反应盘结构，能对踏板提供直接力反馈，提供良好的踏板感觉；4、本实用新型电液复合伺服制动系统可在极限情况下实现人力备份制动，不需要另设专门的制动失效备份装置；5、本实用新型电液复合伺服制动系统能够沿用传统的串列双腔制动主缸和制动器，同时可利用助力电机实施主动制动，无须采用具有部分或全部车轮主动增压功能的液压控制单元，降低了制造成本；6、本实用新型中电机安装精度要求低，可以较为自由的布置电机位置。附图说明图1为本实用新型的电液复合伺服制动系统的结构示意图。图2为图1中A部放大图。附图中：1-制动踏板2-踏板回位装置3-电动助力总成4-主缸5-储液罐6-主缸压力传感器7-液压控制单元8-轮缸9-车载其它传感器10-电子控制单元11-踏板行程传感器201-回位弹性件202-推杆203-弹性件底座301-防尘塞302-助力总成后壳体303-角接触球轴承304-助力总成前壳体305-滚珠丝杠螺母306-限位件307-推盘308-顶杆309-反应盘310-反应盘滑块311-反应盘推块312-电机313-同步带314-丝杠401-主缸缸体402-主缸第一活塞403-螺栓404-第一活塞回位弹簧405-罩体406-主缸第二活塞407-第二活塞回位弹簧408-密封圈具体实施方式下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。请参阅图1，本实用新型是一种利用同步带和滚珠丝杠机构作为主要伺服传动的电液复合伺服制动系统，它包括制动踏板1、踏板回位装置2、电动助力总成3、主缸4、储液罐5、主缸压力传感器6、液压控制单元7、轮缸8、电子控制单元10与踏板行程传感器11。电子控制单元10，即ECU(ElectronicControlUnit)，又称为“行车电脑”、“车载电脑”。踏板回位装置2包括回位弹性件201、推杆202和弹性件底座203。弹性件底座203可与防火墙固连，推杆202的后端部通过支承销与制动器踏板相连，并且推杆202穿过弹性件底座203和防火墙。本实施例里，回位弹性件201为回位弹簧，弹性件底座203为弹簧座。驾驶员踩下踏板后，推杆202推动活塞使其压缩，驾驶员松开制动踏板1后，压缩的回位弹性件201帮助制动踏板1回位。电动助力总成3包括壳体、滚珠丝杠螺母305、限位件306、推盘307、顶杆308、反应盘309、反应盘滑块310、反应盘推块311、电机312、同步带313、丝杠314。其中，所述壳体包括助力总成后壳体302和助力总成前壳体304，助力总成后壳体302内设有防尘塞301，推杆202活动穿过防尘塞301。丝杠314通过轴承转动连接在所述壳体内，其中，在本实施例里，所述轴承为角接触球轴承303。所述壳体内还设有限制丝杠314轴向运动的卡环。通过角接触球轴承303和卡环的作用，限制丝杠314的轴向运动，使其仅能够绕自身轴向转动。角接触轴承303和卡环均固定在助力总成后壳体302上。具体地，丝杠314为中空结构，推杆202可活动穿过丝杠314。推杆202的前端具有球头，球头嵌在反应盘推块311中，反应盘推块311前后运动地嵌设在推盘307中。如图2所示，滚珠丝杠螺母305的外表面上开设有沿轴向前后延伸的限位槽3051，壳体上固设有与限位槽3051滑动配合的限位件306。固定在壳体上的限位件306限制了滚珠丝杠螺母305的周向运动，使其只能沿着丝杠314的轴向前后运动。在本实施例中，限位件306为安装在壳体侧壁的键，具体地是安装在助力总成前壳体304上。同时，限位件306恰好可抵挡推盘307，阻止推盘307向后运动。反应盘滑块310与反应盘推块311之间的轴向间隙d小于反应盘推块311与推盘307之间的轴向间隙D。具体地，如图2所示，推盘307的中孔在后端部设有对反应盘推块311进行限位的后台阶3071，反应盘推块311的后部设有与后台阶3071对应的限位部3111。推盘307的中孔在前端部设有对反应盘309限位的前台阶3072。另外，在本实施例中，轮缸8包括左后轮缸801、右后轮缸802、左前轮缸803和右前轮缸804，如图1所示。电子控制单元10还与车载其它传感器9相连。当踩下制动踏板1，推杆202的球头推动反应盘推块311向前运动时，反应盘推块311首先消除与反应盘滑块310之间的轴向间隙d，从而推动反应盘309和顶杆308向前运动。同时，在运动过程中反应盘推块311也可能会消除与推盘307之间的轴向间隙D，推动推盘307向前运动。电机312通过同步带313与滚珠丝杠314相连，因为限位件306限制了滚珠丝杠螺母305的转动，当电机312旋转，带动滚珠丝杠314旋转时，滚珠丝杠螺母305将会平动，并推动推盘307、反应盘309与顶杆308向前运动，从而帮助主缸4建立液压压力。主缸4包括主缸缸体401、主缸第一活塞402、螺栓403、第一活塞回位弹簧404、罩体405、主缸第二活塞406、第二活塞回位弹簧407和密封圈408。其中，主缸第一活塞402部分位于主缸缸体401外，主缸第二活塞406位于主缸缸体401内。主缸第一活塞402与主缸第二活塞406形成第一高压腔；主缸第二活塞406与主缸缸体401前端面之间形成第二高压腔，通过推动顶杆308，可实现主缸第一活塞402沿主缸缸体401的轴向向前运动。主缸第一活塞402与主缸缸体401的后端部内侧面之间设置有密封圈408，通过密封圈408实现主缸缸体401的密封。主缸第一活塞402与主缸第二活塞406间同轴设置有第一活塞回位弹簧404，第一活塞回位弹簧404两端分别与主缸第一活塞402、主缸第二活塞406接触；主缸第二活塞406与主缸缸体401的前端面间同轴设置有第二活塞回位弹簧407；第二活塞回位弹簧407两端分别与主缸缸体401、主缸第二活塞406接触。主缸第一活塞402的前端面上垂直固连有螺栓403，螺栓403头部穿过一罩体405的顶面后与罩体405的顶面上的台阶配合定位，实现罩体405在螺栓403轴向上的限位。罩体405的底面与主缸第二活塞406后端面上的环形凸起配合定位。上述螺栓403的长度大于罩体405的高度，由此当第一高压腔内部充满制动液时，推动主缸第一活塞402的运动可带动主缸第二活塞406运动，此时主缸第一活塞402上的螺栓403与罩体405以及主缸第二活塞406间的相对位置不变；而当第一高压腔内部制动液不足(出现漏液情况)时，推动主缸第一活塞402的运动，会使主缸第一活塞402上的螺栓403运动至与主缸第二活塞406后端面接触后，继续运动，进而推动主缸第二活塞406运动。上述罩体405的侧壁上的相对位置开有进液孔与出液孔，防止制动液困在罩体405内，影响螺栓403运动。制动踏板1通过支承销与推杆202相连；储液罐5分别与主缸4的第一高压腔和第二高压腔相连；主缸4的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元7通过制动管路701、702连通；液压控制单元7通过制动管路与四个轮缸8相连接，即液压控制单元7通过制动管路分别与左后轮缸801、右后轮缸802、左前轮缸803和右前轮缸804相连接。电机312和液压控制单元7均与车辆上的电子控制单元10相连；同时，电子控制单元10还分别与踏板行程传感器11和主缸压力传感器6相连；踏板行程传感器11安装在制动踏板1上，用来获取制动踏板1的位移信号；主缸压力传感器6安装在主缸4上，用来获取主缸4的第一高压腔或第二高压腔的压力信号。由此，通过电子控制单元10根据接收到的车载其它传感器9及踏板行程传感器11、主缸压力传感器6的采集信号，对电机312和液压控制单元7进行控制，实现电动伺服液压制动系统的助力制动或主动制动。下面对各个工作模式工作过程进行说明。1、电动助力制动模式踩下制动踏板1后，推杆202的球头端推动反应盘推块311，进而推动反应盘滑块310与反应盘309，此时，制动踏板1的作用力经由杠杆结构、推杆202、反应盘推块311、反应盘滑块310、反应盘309、顶杆308，最终作用于主缸第一活塞402，从而产生制动压力。同时，电子控制单元10根据制动踏板行程传感器11采集的制动踏板1位移信号，根据助力特性曲线得出电机312的助力转矩，由此，控制电机312的输出转矩，电机312的输出转矩依次经同步带313、丝杠314、滚珠丝杠螺母305、推盘307、反应盘309及顶杆308施加助力推动主缸第一活塞402运动。在制动踏板1的作用力及电机312的驱动力的共同作用下，主缸4的第一高压腔与第二高压腔内建立制动压力，使第一高压腔和第二高压腔内的制动液经液压控制单元7输出至四个轮缸8，即左后轮缸801、右后轮缸802、左前轮缸803和右前轮缸804，最终实现电动助力制动。电动助力制动模式作为电液复合制动系统正常的工作模式，电子控制单元10仅根据制动踏板行程传感器11采集的制动踏板1位移信号，对制动踏板1踩踏状态进行检测，当检测到制动踏板1被踩下时，则电子控制单元10选择电动助力制动模式。2、主动制动模式电子控制单元10若检测到车辆有主动制动需求，将控制电机312输出转矩，经滚珠丝杠传动系推动推盘307，最终推动主缸活赛使主缸4的第一高压腔与第二高压腔内建立压力，且通过液压控制单元7选择全部车轮或部分车轮实施制动，并在必要时调整各轮缸8的制动压力。由于反应盘滑块311与推盘307之间并不是固连，即推盘307不会带动反应盘滑块311运动，因此制动踏板1不会因主动制动而产生不必要的运动。主动制动模式可用于装有主动制动系统的汽车，若电子控制单元10检测到车辆有主动制动需求，则选择主动制动模式，如：本实用新型电液复合伺服制动系统可用于自主紧急制动系统(AEB)中，电子控制单元10通过雷达或摄像头等环境感知模块检测车辆距离障碍物过近且即将发生追尾碰撞时，电子控制单元10会控制电机312输出转矩，实现主动制动。3、人力备份制动当本实用新型的电液复合伺服制动系统中的电子控制单元10、液压控制单元7或车载控制传感器及制动踏板行程传感器11、主缸压力传感器6等发生故障，电子控制单元10不能控制电机312输出正常的转矩时，驾驶员可通过踩下制动踏板1，满足最基本的制动需求。如：在极端情况下，当整个电液复合伺服制动系统的电源失效，即滚珠丝杠螺母305不推动推盘307，驾驶员踩制动踏板1仍可通过推杆202来推动反应盘推块311，进而推动反应盘滑块310、反应盘309与顶杆308，令主缸4产生压力；同时反应盘推块311也会推动推盘307向前移动。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3