车辆制动助力器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车零部件技术领域，具体说涉及一种车辆制动助力器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]作为汽车的主要部件，制动系统对于汽车的安全行驶作用重大。目前广泛采用的是液压制动系统，制动主缸活塞产生高压制动液，驱动制动盘与制动卡钳摩擦，或制动蹄与制动鼓摩擦，将动能转化为热能，从而使车辆减速并停止。为了保证在正常行驶过程中，制动系统提供足够的液压，需要很高的活塞推力，不可能完全通过驾驶员踩制动踏板实现，制动助力系统不可或缺。传统车辆多数采用真空助力。真空助力系统主要由壳体、膜片、真空阀、空气阀和相关组件构成。膜片将壳体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。真空阀连接两腔体。正常行驶时，真空阀开启，空气阀关闭，两腔体压差相等。制动时，真空阀关闭，空气阀开启，两腔体内产生压差，推动膜片带动推杆向主缸活塞运动方向移动，从而实现助力。
[0003]然而传统真空助力器需要与发动机进气歧管提供真空度，因此不适合于电动汽车；且真空助力器往往结构庞大，刚度较差。
[0004]为解决上述问题，公开号为102015397A的中国发明专利申请提供了一种循环球结构机电式制动助力机构，提供了一种机电式制动助力器，结构紧凑，从功能上解决了真空助力器的诸多不足，但该方案的电机助力与踏板推杆推力是通过橡胶圆环实现耦合，而橡胶的非线性特性使得电机助力精确控制较为困难；另外，102015397A所述助力器只能通过加装额外电控执行机构和液压通道实现制动解耦。
[0005]以往的机电式助力器普遍存在的问题在于往往通过反馈盘橡胶元件自身结构属性决定助力特性，且只能实现踏板位移/力的开环控制，即驾驶员输入一定的踏板位移，助力器提供相应的电动助力，输出到主缸活塞上。而该踏板力与位移的关系，踏板力与主缸液压的关系不可调节，是一个单向的控制过程，驾驶员踏板力不能随工况不同而变化，无法进行踏板特性曲线的标定调节。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种可以实现助力可调可控的制动助力器。
[0007]本发明涉及的制动助力器包括壳体，所述壳体内设置:推杆，所述推杆的一端用于与踏板连接；助力执行机构，所述助力执行机构的输出件为中空并允许所述推杆通过其中；主缸活塞组件，所述主缸活塞组件接收来自所述踏板并通过所述推杆传递的踏板力和所述助力执行机构的输出件输出的辅助力，而且使主缸产生液压，其中所述主缸活塞组件与所述助力执行机构输出件之间设置第一弹性元件。由于第一弹性元件的压缩特性，本发明涉及的制动助力器可以实现与传统真空助力器相同的踏板感觉，并实现可调踏板力。更改不同压缩特性的第一弹性元件可以快速改变机构的助力比。
[0008]可选地，在上述制动助力器中，所述推杆另一端与所述主缸活塞组件之间设有可调空行程，在所述主缸液压增大的方向上、在所述可调空行程存在的状态下，所述踏板与所述主缸液压解耦，所述助力执行机构无辅助力输出。在这段空行程内，驾驶员踩动踏板推动贯穿助力齿条的推杆，而助力齿条保持不动，主缸活塞组件上没有推力作用，主缸内无法建立液压，从而实现驾驶员踏板推力与制动系统内液压解耦，可用于再生制动系统，实现一定减速度内的制动能量回收
可选地，在上述制动助力器中，当所述推杆移动克服了所述可调空行程后，所述助力执行机构输出辅助力，所述主缸活塞组件耦合所述踏板力和所述辅助力。
[0009]可选地，在上述制动助力器中，所述第一弹性元件为碟形弹簧。
[0010]可选地，在上述制动助力器中，所述第一弹性元件一端固定于所述助力执行机构输出件，并具有沿着使所述主缸液压增大或减小的方向的力的线性特征。
[0011 ] 可选地，在上述制动助力器中，所述第一弹性元件具有一定压缩量，该压缩量为在所述主缸液压增大的方向上、且在当所述推杆移动克服了所述可调空行程后使得所述助力执行机构输出件与所述主缸活塞组件脱离。
[0012]可选地，在上述制动助力器中，所述主缸活塞组件与所述壳体之间设置第二弹性元件，所述第二弹性元件能对所述主缸活塞组件施加在所述主缸液压减小的方向上的使所述推杆回位并且使所述第一弹性元件产生所述压缩量的力。第一弹性元件存在的少量压缩量，对主缸活塞组件产生使主缸液压增大方向的力，驾驶员施加在推杆上的推力与碟形弹簧变形力共同克服第二弹性元件的作用力，可以降低主缸活塞及其他惯性元件对电机的启动负荷，避免启动电流增大对电机的冲击。
[0013]可选地，在上述制动助力器中，所述推杆上设有环形台阶，所述助力执行机构的输出件与所述环形台阶之间设置第三弹性元件，并且所述第三弹性元件能对所述环形台阶施加将其压在所述壳体上的力。第三弹性元件以及第一弹性元件保证空行程内驾驶员的踏板力感觉。
[0014]本发明要解决的另一个技术问题是提供一种能够进行踏板特性曲线标定调节的制动助力器的控制方法。
[0015]本发明涉及的制动助力器的控制方法包括以下步骤:助力器的电控单元分别得到踏板位移量和主缸液压压力；所述电控单元根据踏板位移量输出所述助力执行机构的辅助力，使得产生主缸液压压力；所述电控单元根据输出的主缸液压压力判断其与驾驶员的期望输出是否有差异，进而调整输出辅助力，改变踏板力与主缸液压压力之间的关系。
[0016]可选地，在上述控制方法中，所述第一弹性元件具有压缩量，该压缩量的改变引起所述辅助力的改变，进而改变助力器的助力比。
[0017]可选地，在上述控制方法中，所述助力执行机构的输入件为电机，所述第一弹性元件的压缩量由电机输出的转角位置决定。
[0018]通过该控制方法，助力器系统建立踏板力/位移，踏板力/主缸液压压力之间的关系，能对踏板特性进行闭环控制，易于实现对电机助力的精确控制。
[0019]通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。
【附图说明】
[0020]结合附图参阅以下【具体实施方式】的详细说明，将更加充分地理解本发明，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中:
图1 一 2是本发明涉及的制动助力器的结构示意图；
图3是本发明涉及的制动助力器的连接元件的受力分析图；以及图4为本发明涉及的制动助力器的闭环控制原理图。
【具体实施方式】
[0021]为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的【具体实施方式】。
[0022]参见图1 一 2，为本发明涉及的车辆制动助力器的结构示意图。该车辆制动助力器为电控机械助力器，包括构成助力执行机构的电机1、联轴器2、减速机构3、中间轴4、助力子单元5及其他部件或机构或单元。其中联轴器2、减速机构3、中间轴4和助力子单元5设置在一壳体7内，具体讲减速机构3为蜗杆31和蜗轮32，蜗杆31通过轴承安装在壳体7内。助力执行机构包括啮合的助力齿轮51和助力齿条52，助力齿轮51与前述的蜗轮32分别安装在中间轴4的两端，中间轴4通过轴承安装在壳体7内，而助力齿条52也通过轴承安装在壳体7内。电机I为永磁同步电机，其输出轴通过联轴器2与蜗杆31相连，蜗杆31与蜗轮32构成的减速机构3对电机I输出的动力进行减速增扭，随后通过中间轴4、助力齿轮51、最终传递到作为整个助力执行机构的输出件的助力齿条52上，即输出辅助力。
[0023]助力齿条52是空心的，从中穿过的是推杆62，推杆62能相对于助力齿条52来回移动。推杆62的一端连接着踏板61，另一端连接主缸活塞组件。主缸活塞组件包括相互固定在一起的连接元件54和主缸活塞9，连接元件54设置在壳体7内。主缸活塞9的移动会弓I起主缸内液压的增加或减少。
[0024]在助力齿条52与连接元件54之间设置第一弹性元件53，该第一弹性元件53优选为碟形弹簧。连接元件54为刚性的。碟形弹簧套在推杆62上，一端固定在助力齿条52上，另一端与连接元件54保持接触。在初始状态下，碟形弹簧需保持一定的压缩量，该压缩量经过设定，具体将在下文中介绍。
[0025]在连接元件54与壳体7之间设置第二弹性元件8，该第二弹性元件8为回位弹簧，负责当踏板61释放后通过连接元件54将推杆62推动回位。
[0026]所述的推杆62与主缸活塞组件之间还设有一段可调节的空行程。当推杆62在主缸液压增大的方向上移动时，由于未与主缸活塞组件接触，主缸内不产生由踏板力引起的新液压。具体说，连接元件54为中空或中央设孔，推杆62伸出助力齿条52的部分进入连接元件54的孔中，并在孔中留出一定的间隙，以保证推杆62初始运动时，不会马上与主缸活塞9接触。
[0027]辅助力通过助力齿条52、第一弹性元件53、连接元件54传递到主缸活塞9上，踏板力通过踏板61、推杆62传递到主缸活塞9上。主缸活塞9将上述两力耦合，使主缸内产生液压而获得一定的减速度。
[0028]为使驾驶员保持良好的踏板力感觉，推杆62的靠近踏板61的一端上设有环形台阶65，在助力齿条52和环形台阶65之间设置套在推杆62上的第三弹性元件63，该第三弹性元件63可以是通用的压缩弹簧。初始状态下，该第三弹性元件63具有一定的压缩量。踏板61通过U型铰连接在推杆62上。当驾驶员踩下踏板61时，推杆62会向如图示方向移动，由于第三弹性元件63的作用，压缩力经推杆62反馈到制动踏板61上，使驾驶员有踏板力感觉。
[0029]车辆未实施制动时，助力器处于初始位置状态。助力齿条52的初始位置通过电机I进行控制。第三弹性元件63的一侧顶在齿条上，另一侧与环形台阶65接触。初始位置时，该第三弹性元件63微微压缩，将环形台阶65压紧在外壳体7上。此时第一弹性元件53处于连接元件54和助力齿条52间处于少量压缩状态，第二弹性元件8将连接元件54压在壳体7的挡销(未图示)上。主缸活塞9处于初始位置，主缸及管路内无液压。
[0030]当需要制动时，驾驶员踩下踏板61，通过推杆62向主缸活塞9方向(如图示方向)移动。此时助力齿条52保持静止，维持初始位置。推杆62向前移动，第三弹性元件63的力经由推杆62反馈到踏板61上，保证驾驶员踏板力感觉。由于推杆62与连接元件54存