一种智能电子助力制动装置的制作方法

本实用新型涉及汽车制动领域，尤其涉及一种智能电子助力制动装置。

背景技术：

近些年，电动汽车及混合动力汽车的应用越来越广泛，当它们没有发动机或者处于纯电动模式发动机不工作时，传统的真空制动助力器便失去了真空源，汽车制动能力受到了限制。另外，真空助力器容易发生泄漏，引起制动效能降低，故障自调节能力弱，汽车制动安全难以得到保证，且汽车行驶时真空泵一直处于工作状态，耗能高。因此需要提出一种智能化，适用性广，制动效能高，节能且制动安全性高的助力装置。

目前汽车助力制动技术研究已有很多，其中Bosch公司研制的ibooster产品已在很多车型广泛应用，该类产品采用涡轮蜗杆及齿轮齿条的两级传动，将电机输出的力矩转化为制动主缸推杆的助力，其传动装置效率较低，结构所需空间大。汪文江提出的一种纯电动车助力制动装置及制动方法（专利号CN201710112898.5），其通过与转向系统共用动力源，从转向系统高压油泵中分出一条支路转向液到制动系统中，减少能量消耗，并且制动液压力高而且压力稳定，提高了制动系统的操纵轻便性，保证了制动系统的可靠性。但该助力器结构布置复杂，由于制动压力来源于转向系统，当转向系统发生故障时会直接影响到制动系，行驶安全性受到影响。浙江力邦合信智能制动系统股份有限公司设计了一种电子制动助力器（专利号 CN201610963311.7），该系统采用电机驱动助力传动装置，采用螺纹丝杠和齿形传动带的组合将电机的旋转的驱动运动转换成平移的用于操纵制动系统的输出运动,有效地减小了成本,传动力矩增大，而且螺纹丝杠带有自锁功能,在保持制动力的过程中,电机即使断电,螺纹丝杠能够定住,继续保持制动。但该装置不能实时的根据汽车的需要调节制动力，智能化差，并且故障自调能力弱，制动能力不稳定。苗会彬设计了一种制动助力装置及其制动方法（专利号CN201710136939.4），该装置省略了真空泵，应用电机作为制动助力源，通过传感器采集制动踏板的制动信息，并输送电信号给电控单元，电控单元根据制动信息生成助力信号，并将助力信号发送给电机，通过传动装置以助力制动执行机构进行刹车，不依赖真空源，缩短制动距离，提高安全性，制动力度大，维持时间长，节约能源,安全可靠。但该装置没有明确指出传动装置的具体传动方式，并且只采集踏板的制动信息会使制动状态的判断不够准确，制动状态的调节不够灵活。

综上,现有技术中的汽车制动助力装置存在结构复杂，制动方法不灵活的缺点。

技术实现要素：

本实用新型提供一种智能电子助力制动装置，能够提供一种结构紧凑、制动助力可靠，制动方法灵活的制动装置，适合在传统汽车及新能源汽车中应用。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种智能电子助力制动装置，包括：制动主缸组件、电子助力器组件及制动踏板组件。

电子助力组件包括：电子控制单元、电机、输出轴、主动齿轮、从动齿轮、行星滚柱丝杠机构。电机的输出轴驱动主动齿轮，主动齿轮带动从动齿轮。

从动齿轮内圈和内齿圈刚性连接，内齿圈内侧和行星滚柱丝杠机构啮合。

行星滚柱丝杠机构包括内齿圈、齿轮滚柱和丝杠，内齿圈与多个齿轮滚柱组成的行星轮系啮合，多个齿轮滚柱组成的行星轮系与丝杠啮合，将齿轮滚柱的转动转换成丝杠的平动。丝杠一端连接制动踏板组件，另一端连接制动主缸。

进一步的，制动主缸组件包括油杯、制动主缸、主缸活塞、主缸推杆和压力传感器。丝杆、主缸推杆、主缸活塞以及制动主缸依次连接，制动主缸还安装油杯和压力传感器，压力传感器用于采集制动主缸内的压力信号。

进一步的，制动踏板组件包括：制动踏板、踏板行程传感器和角速度传感器。丝杆和制动踏板连接，制动踏板上安装踏板行程传感器和角速度传感器，用于采集制动踏板的位移信号和速度信号。

一种智能电子助力制动装置的工作方法，包含以下步骤：

S1、电子控制单元通过压力传感器采集制动主缸内的压力信号，通过踏板行程传感器和角速度传感器采集制动踏板的位移信号和速度信号，通过轮速传感器采集每个车轮的轮速信号。

S2、电子控制单元依据压力信号、位移信号、速度信号、轮速信号，进行故障自诊断。

S31、故障自诊断结果显示无故障，至S311；

S311、电子控制单元根据位移信号及速度信号，识别驾驶员制动意图并计算制动主缸的压力理论值；

S312、电子控制单元根据压力信号、制动主缸的压力信号理论值、轮速信号，计算电机的输入电流，输入电流传至电机；

S313、电子控制单元发送指令控制电机的转速和转矩，电机驱动行星滚轴丝杆机构提供制动补偿；电机经输出轴驱动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，带动从动齿轮及内齿圈转动。内齿圈驱动齿轮滚柱转动，而相当于行星减速器太阳轮的丝杠在圆周方向不转动可看成固定的，因此电机的力矩经行星滚柱丝杠机构减速增矩后由齿轮滚柱输出。由于多个齿轮滚柱组成的行星轮系与丝杠啮合，可将齿轮滚柱的转动转换成丝杠的平动，即齿轮滚柱8输出转矩转换成丝杠的推力，与驾驶员经制动踏板直接施加在丝杠推力叠加，推动主缸推杆及主缸活塞，产生制动压力。

S32、故障自诊断结果显示压力传感器存在故障，至S321；

S321、电子控制单元根据位移信号及速度信号，计算车辆减速度理论值；

S322、电子控制单元根据轮速信号及车辆减速度理论值，计算电机的输入电流；

S323、电子控制单元发送指令控制电机的转速和转矩，电机驱动行星滚轴丝杆机构提供制动补偿，经输出轴、主动齿轮、从动齿轮及行星滚柱丝杠机构输出丝杠的推力，与驾驶员经制动踏板直接施加在丝杠推力叠加，推动主缸推杆及主缸活塞，产生制动压力。

S33、故障自诊断结果显示踏板行程传感器或角速度传感器存在故障，至S331；

S331、电子控制单元根据非故障的踏板行程传感器或角速度传感器采集的数据估算制动主缸的压力理论值；

S332、电子控制单元根据压力信号、制动主缸的压力信号理论值、轮速信号，计算电机的输入电流；

S333、电子控制单元发送指令控制电机的转速和转矩；电机驱动行星滚轴丝杆机构提供制动补偿，经输出轴、主动齿轮、从动齿轮及行星滚柱丝杠机构输出丝杠的推力，与驾驶员经制动踏板直接施加在丝杠推力叠加，推动主缸推杆及主缸活塞，产生制动压力。

S34、故障自诊断结果显示其它故障，电子控制单元切断电机电源，停止工作。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的电子助力器组件采用了两级传动,增大了转动比,与普通减速机相比,在产生相同的制动力下,减小了减速机的尺寸,并且一级从动齿轮和行星滚柱丝杠机构的内齿圈刚性连接,进一步的缩小了减速机的径向尺寸,使得电子助力器组件结构紧凑;综上,本实用新型结构紧凑，制动助力可靠，并且制动方法灵活,能广泛适用于传统燃油车和新能源汽车。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是实施例中智能电子助力制动装置的结构示意图；

图2是实施例中工作方法的流程图。

其中，1-油杯，2-制动主缸，3-主缸活塞，4-主缸推杆，5-回位弹簧，6-行星滚柱丝杠机构，7-内齿圈，8-齿轮滚柱，9-从动齿轮，10-丝杠，11-制动踏板，12-压力传感器，13-电子控制单元，14-电机，15-输出轴，16-主动齿轮，17-电子助力器外壳，18-踏板行程传感器，19-角速度传感器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型实施例提供一种智能电子助力制动装置，如图1所示，包括：制动主缸组件、电子助力器组件及制动踏板组件，并依次连接。

制动主缸组件包括：油杯1、制动主缸2、主缸活塞3、主缸推杆4和压力传感器12。丝杆10、主缸推杆4、主缸活塞3以及制动主缸2依次连接，制动主缸2还安装油杯1和压力传感器12。

电子助力组件包括：电子控制单元13、电机14、输出轴15、主动齿轮16、外壳17、从动齿轮9、行星滚柱丝杠机构6、回位弹簧5。丝杆10插入外壳17，贯穿行星滚柱丝杠机构6，和主缸推杆4的另一端连接，主缸推杆4的把手下方安装回位弹簧5，回位弹簧5的另一端和外壳17连接，用于回位主缸推杆4，推动丝杆10，从而复位制动踏板11。

电机14的输出轴15驱动主动齿轮16，主动齿轮16带动从动齿轮9。从动齿轮9内圈和内齿圈7刚性连接，内齿圈7内侧和行星滚柱丝杠机构6啮合。行星滚柱丝杠机构6包括内齿圈7、齿轮滚柱8和丝杠10，内齿圈7与多个齿轮滚柱8组成的行星轮系啮合，多个齿轮滚柱8组成的行星轮系与丝杠10啮合，将齿轮滚柱8的转动转换成丝杠10的平动。丝杠10一端连接制动踏板组件，另一端连接制动主缸2。

制动踏板组件包括：制动踏板11、踏板行程传感器18和角速度传感器19，丝杆10和制动踏板11连接，制动踏板11上安装踏板行程传感器18和角速度传感器19。

当驾驶员踩下刹车制动时，制动踏板11推动丝杆10，丝杆10进而推动主缸推杆4。踏板行程传感器18和角速度传感器19采集制动踏板11的运动参数，电子控制单元13结合运动参数以及制动主缸2的压力参数以及汽车的轮速，计算出需要补充的制动助力值，从而控制电机14进行制动力补偿。电机14驱动行星滚轴丝杠机构6，制动力补偿通过两级传动施加到主动推杆4上。制动完成后，主缸推杆4在回位弹簧5的弹力下回位，从而推动制动踏板11复位。

本实用新型还提供了一种智能电子助力制动装置的工作方法，包含以下步骤：

S1、当驾驶员踩下制动踏板11时，电子控制单元13通过压力传感器12采集制动主缸2内的压力信号，通过踏板行程传感器18和角速度传感器19采集制动踏板11的位移信号和速度信号，通过轮速传感器采集每个车轮的轮速信号。

S2、电子控制单元13依据压力信号、位移信号、速度信号、轮速信号，进行故障自诊断。

S31、故障自诊断结果显示无故障，至S311；

S311、电子控制单元13根据位移信号及速度信号，识别驾驶员制动意图并计算制动主缸2的压力理论值；

S312、电子控制单元13根据压力信号、制动主缸2的压力信号理论值、轮速信号，计算电机14的输入电流；

S313、电子控制单元13发送指令控制电机14的转速和转矩,电机14驱动行星滚轴丝杆机构6提供制动补偿。电机14经输出轴15驱动主动齿轮16转动，主动齿轮16与从动齿轮9啮合，带动从动齿轮9及内齿圈7转动。内齿圈7驱动齿轮滚柱8转动，而相当于行星减速器太阳轮的丝杠10在圆周方向不转动可看成固定的，因此电机14的力矩经行星滚柱丝杠机构6减速增矩后由齿轮滚柱8输出。由于多个齿轮滚柱8组成的行星轮系与丝杠10啮合，可将齿轮滚柱8的转动转换成丝杠10的平动，即齿轮滚柱8输出转矩转换成丝杠10的推力，与驾驶员经制动踏板11直接施加在丝杠10推力叠加，推动主缸推杆4及主缸活塞3，产生制动压力。

S32、故障自诊断结果显示压力传感器存在故障，至S321；

S321、电子控制单元13根据位移信号及速度信号，计算车辆减速度理论值；

S322、电子控制单元13根据轮速信号及车辆减速度理论值，计算电机14的输入电流；

S323、电子控制单元13发送指令控制电机14的转速和转矩，电机14驱动行星滚轴丝杆机构6提供制动补偿，经输出轴15、主动齿轮16、从动齿轮9及行星滚柱丝杠机构6输出丝杠10的推力，与驾驶员经制动踏板11直接施加在丝杠10推力叠加，推动主缸推杆4及主缸活塞3，产生制动压力。

S33、故障自诊断结果显示踏板行程传感器18或角速度传感器19存在故障，至S331；

S331、电子控制单元13根据非故障的踏板传感器18或角速度传感器19采集的数据，估算制动主缸2的压力理论值；

S332、电子控制单元13根据压力信号、制动主缸2的压力信号理论值、轮速信号，计算电机14的输入电流；

S333、电子控制单元13发送指令控制电机14的转速和转矩，电机14驱动行星滚轴丝杆机构6提供制动补偿，经输出轴15、主动齿轮16、从动齿轮9及行星滚柱丝杠机构6输出丝杠10的推力，与驾驶员经制动踏板11直接施加在丝杠10推力叠加，推动主缸推杆4及主缸活塞3，产生制动压力。

S34、故障自诊断结果显示其它故障，电子控制单元13切断电机14电源，停止工作。行星滚柱丝杠机构6处于自由运动状态，不会增加丝杠10的运动负载。此时仅依靠驾驶员经制动踏板11直接施加在丝杠10推力推动主缸推杆4及主缸活塞3，产生部分制动压力，保障汽车安全。

本实用新型的有益效果是：

（1）结构紧凑，易于布置：本实用新型采用两级传动，增大传动比，可适当减小电机的尺寸，一级从动齿轮与行星滚柱丝杠机构内齿圈刚性连接，减速机构径向尺寸小，易于布置；

（2）节能：本实用新型电子助力制动装置不需要真空助力器或电子助力泵，仅在制动时提供助力，且能最大程度提高电动汽车制动能量回收效率；

（3）可靠性高：本实用新型采用容错处理方法可保障传感器故障时能有效提供制动助力，在电机等系统故障时机械结构仍能提供制动力保障汽车安全；

（4）应用广泛:本实用新型可安装的传统燃油车及各新能源汽车，也可安装在无人驾驶汽车实现自主制动功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。