本發(fā)明涉及汽車制動系統(tǒng)領域，特別涉及一種機電制動助力裝置。

背景技術：

隨著汽車技術的不斷發(fā)展，具有電機驅動的新能源汽車快速發(fā)展。在這類車型中，為了增加續(xù)駛里程，需要將制動時利用驅動電機的反轉(轉變成發(fā)電機)將汽車動能轉換為電能儲存到汽車的儲能裝置(蓄電池、動力飛輪或超級電容等)進行再生制動。這時，就需要盡量減少或停止傳統(tǒng)的機械摩擦制動(將汽車的動能轉化成熱能散發(fā)到大氣中)，其需要對制動系統(tǒng)進行解耦來協(xié)調再生制動和摩擦制動的比例。

另一方面，隨著電子技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，汽車向智能化方向發(fā)展。越來越多的先進汽車技術如自動泊車、自動駕駛得到發(fā)展，這些系統(tǒng)中要求制動系統(tǒng)能夠進行網(wǎng)絡連接，在不依賴駕駛員操縱制動系統(tǒng)的情況下執(zhí)行主動制動功能，這就要求汽車制動系統(tǒng)具備電控系統(tǒng)和不依賴駕駛員操縱而能夠自動執(zhí)行制動的功能。

在傳統(tǒng)汽車液壓制動系統(tǒng)中，其主要由制動踏板、真空助力器、制動主缸及儲液罐、ABS/ESP、相關傳感器、制動管路、制動器組成。其中，真空助力是依賴發(fā)動機進氣真空源或其它真空泵為制動系統(tǒng)提供助力。然而，新能源汽車如EV純電動汽車不具備真空源。因此，隨著電子電控和電動汽車技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種不依賴真空源，直接由電機驅動的電子助力器(eBooster產(chǎn)品)，其主要特點是取代傳統(tǒng)的真空助力器，通過傳感器測量踏板的行程和速度將踏板運動轉化為電信號傳給ECU(電子控制單元)。

由ECU通過分析向電機發(fā)出動作指令，電機+減速機構(滾珠絲杠、齒輪齒條等)推動制動主缸產(chǎn)生制動壓力。由于用電信號替換了傳統(tǒng)的機械傳動，制動踏板力不直接傳遞到制動主缸上。所以，制動時踏板感覺將變弱了，為了要保持傳統(tǒng)汽車的制動踏板腳感，故在這些結構中通過增加某些機械結構(如彈簧)，有的還聯(lián)合助力電機一起來進一步增加踏板(力)感覺，如通過對控 制軟件的不同設定可以驅動電機產(chǎn)生不同的制動感覺(助力特性曲線)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術中傳統(tǒng)汽車的制動踏板腳感無法保持的缺陷，提供一種機電制動助力裝置。

本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種機電制動助力裝置，其特點在于，所述機電制動助力裝置包括：制動踏板操縱機構；

制動主缸組件，所述制動主缸組件與所述制動踏板操縱機構連接；

機電助力單元和電子控制單元，所述電子控制單元連接至所述機電助力單元、所述制動踏板操縱機構及所述制動主缸組件，用于控制整個所述機電制動助力裝置的運行。

較佳地，所述制動主缸組件包括：制動主缸殼體，為一端開口的中空式殼體；

主動活塞和主缸端蓋，所述主缸端蓋設置在所述制動主缸殼體的一端開口處，所述主動活塞的一端穿過所述主缸端蓋伸入所述制動主缸殼體內，另一端通過踏板頂桿與所述制動踏板操縱機構連接；

第一主缸活塞和第二主缸活塞，依次設置在所述制動主缸殼體內；

所述主動活塞和所述第一主缸活塞之間通過第一回位彈簧相互連接，形成第一腔體；所述第一主缸活塞和所述第二主缸活塞之間通過第二回位彈簧相互連接，形成第二腔體；所述第二主缸活塞通過第三回位彈簧連接至所述制動主缸殼體的內壁，形成第三腔體。

較佳地，所述機電制動助力裝置還包括儲液罐，所述儲液罐通過多根油管與所述制動主缸殼體的上端部連通。

較佳地，所述儲液罐通過第一油管與所述第二腔體連通，通過第二油管與所述第三腔體連通。

較佳地，所述主動活塞與所述主缸端蓋連接處設有一踏板行程傳感器，所述踏板行程傳感器與所述電子控制單元電連接。

較佳地，所述機電助力單元包括傳動機構、助力推桿、助力活塞及助力缸殼體，所述助力缸殼體與所述傳動機構連接，所述助力推桿的一端與所述助力活塞連接，另一端與所述傳動機構連接，通過所述助力推桿運動使得所述助力活塞在所述助力缸殼體內作往復運動。

較佳地，所述助力活塞和所述助力缸殼體的內壁之間通過第四回位彈簧連接，形成第四腔體。

較佳地，所述助力缸殼體的外部設有一助力缸壓力傳感器，所述助力缸壓力傳感器與所述電子控制單元電連接。

較佳地，所述制動主缸殼體上開設有第一進油孔，所述助力缸殼體上開設有第二進油孔，所述第一進油孔與所述第二進油孔相連，使得所述第四腔體與所述第一腔體連通；

在第一進油孔和所述第二進油孔之間設有一兩位兩通常閉閥，通過所述兩位兩通常閉閥與所述電子控制單元電連接。

較佳地，所述第一油管與所述第一進油孔相連，且在所述第一油管和所述第一進油孔之間設有第一兩位兩通常開閥，通過所述第一兩位兩通常開閥與所述電子控制單元電連接。

較佳地，所述制動主缸殼體的外壁面上還設有第二兩位兩通常開閥和第三兩位兩通常開閥，所述第二兩位兩通常開閥與所述第二腔體連通，并與所述電子控制單元電連接；所述第三兩位兩通常開閥與所述第三腔體連通，并與所述電子控制單元電連接。

較佳地，所述制動主缸殼體上設有一主缸壓力傳感器，所述主缸壓力傳感器與所述電子控制單元電連接。

較佳地，所述制動主缸組件還包括后拉桿，所述后拉桿的一端與所述第一主缸活塞連接，另一端與所述主動活塞連接，在所述主動活塞內開設有一滑槽，所述后拉桿的另一端滑設在所述滑槽內。

較佳地，所述制動踏板操縱機構包括制動踏板和制動踏板開關，所述制動踏板與所述踏板頂桿連接，所述制動踏板開關設置在所述制動踏板上，且所述制動踏板開關與所述電子控制單元電連接。

本發(fā)明的積極進步效果在于：

本發(fā)明機電制動助力裝置結構簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定，可以通過制動踏板直接作用到制動主缸活塞上完成液壓摩擦制動，其安全可靠。同時整個裝置在結構組合上自由度高，即可以集成也可以各自獨立，且集成時布置設計的自由度高。

附圖說明

本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質和優(yōu)勢將通過下面結合附圖和實施例 的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中：

圖1為本發(fā)明機電制動動力裝置的示意圖。

圖2為本發(fā)明機電制動動力裝置中主動活塞和后拉桿配合的結構示意圖。

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

圖1為本發(fā)明機電制動動力裝置的示意圖。圖2為本發(fā)明機電制動動力裝置中主動活塞和后拉桿配合的結構示意圖。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一個實施例中公開了一種機電制動助力裝置，其包括制動踏板操縱機構100、制動主缸組件200、機電助力單元300和電子控制單元400。其中，制動主缸組件200與制動踏板操縱機構100連接。電子控制單元400連接至機電助力單元300、制動踏板操縱機構100及制動主缸組件200，用于控制整個所述機電制動助力裝置的運行。

優(yōu)選地，制動主缸組件200包括制動主缸殼體201、主動活塞203、主缸端蓋202、第一主缸活塞205和第二主缸活塞206。制動主缸殼體201為一端開口的中空式殼體。主缸端蓋202設置在制動主缸殼體201的一端開口處。主動活塞203的一端穿過主缸端蓋202伸入制動主缸殼體201內，另一端通過踏板頂桿204與制動踏板操縱機構100連接。第一主缸活塞205和第二主缸活塞206依次設置在制動主缸殼體201內。

在主動活塞203和第一主缸活塞205之間通過第一回位彈簧207相互連接，形成第一腔體A。第一主缸活塞205和第二主缸活塞206之間通過第二回位彈簧208相互連接，形成第二腔體B。第二主缸活塞206通過第三回位彈簧209連接至制動主缸殼體201的內壁，形成第三腔體C。

制動主缸殼體201與主缸端蓋202之間通過密封件220密封。同理，主缸端蓋202與主動活塞203之間通過密封件221密封，第一主缸活塞205與制動主缸殼體201之間通過密封件222密封，第二主缸活塞206與制動主缸殼體201 之間通過密封件223密封。進一步地，為了給第一主缸活塞205限位，在制動主缸殼體201內壁中加開了內凹槽，在所述內凹槽內裝配有活塞卡簧224。第一主缸活塞205、第二主缸活塞206的活塞外徑相同，可以在制動主缸殼體201內壁軸向滑動。

此外，所述機電制動助力裝置還包括儲液罐211，儲液罐211通過多根油管與制動主缸殼體201的上端部連通。特別地，儲液罐211通過第一油管212與第二腔體B連通，通過第二油管213與第三腔體C連通。

同時，在主動活塞203與主缸端蓋202連接處設有一踏板行程傳感器214，將踏板行程傳感器214與電子控制單元400電連接，用于測量踏板頂桿204及主動活塞203的位置與運動速度。

優(yōu)選地，機電助力單元300包括傳動機構301、助力推桿304、助力活塞303及助力缸殼體302。其中，助力缸殼體302與傳動機構301連接，助力推桿304的一端與助力活塞303連接，另一端與傳動機構301連接，通過助力推桿304運動使得助力活塞303在助力缸殼體302內作往復運動。在助力活塞303和助力缸殼體302的內壁之間通過第四回位彈簧305連接，形成第四腔體D。在助力缸殼體302的外部還設有一助力缸壓力傳感器307，將助力缸壓力傳感器307與電子控制單元400電連接。助力活塞303與助力缸殼體302之間通過密封件308密封。

在第一進油孔210和第二進油孔306之間設有一兩位兩通常閉閥216，通過兩位兩通常閉閥216與電子控制單元400電連接。

進一步地，第一油管212與第一進油孔210相連，且在第一油管212和第一進油孔210之間設有第一兩位兩通常開閥215，通過第一兩位兩通常開閥215與電子控制單元400電連接。

制動主缸殼體201上開設有第一進油孔210，助力缸殼體302上開設有第二進油孔306，將第一進油孔210與第二進油孔306相連，使得第四腔體D與第一腔體A連通。第一腔體A通過第一進油口210和第一兩位兩通常開閥215及液壓管路與儲液罐211連通，也可以通過兩位兩通常閉閥216與第四腔體D連通。

另外，制動主缸殼體201的外壁面上還設有第二兩位兩通常開閥217和第三兩位兩通常開閥218，將第二兩位兩通常開閥217與第二腔體B連通，并與電子控制單元400電連接。將第三兩位兩通常開閥218與第三腔體C連通，并 與電子控制單元400電連接。第二腔體B和第三腔體C通過第二兩位兩通常開閥217和第三兩位兩通常開閥218聯(lián)結到制動輪缸。

在制動主缸殼體201上設有一主缸壓力傳感器219，將主缸壓力傳感器219與電子控制單元400電連接，用于測量C腔液壓。由于第一腔體A、第二腔體B及第三腔體C通過各組件的密封圈進行了密封，在一定條件下可以形成一個相對密閉液壓腔。儲液罐211與制動主缸殼體201即可以集成到一體，也可以采用分體結構，通過液壓軟管連通。

這里的制動踏板操縱機構100包括制動踏板101和制動踏板開關102，將制動踏板101與踏板頂桿204連接，制動踏板開關102設置在制動踏板101上，且制動踏板開關102與電子控制單元400電連接。這里踏板頂桿204的一端與主動活塞206之間采用鉸接，另一端與制動踏板101之間也采用鉸接，在踏板踩踏過程中允許一定的擺角。

本發(fā)明中機電助力單元300的傳動機構301在這里沒有詳細畫出內部結構，其形式不限于滾珠絲杠、齒輪齒條、渦輪蝸桿、齒輪減速機構等減速傳動機構，其電機也不限于同步電機、異步電機等類型，但電機本身需要集成或帶轉角位置傳感器，或者在助力缸的助力推桿304或助力活塞303上加裝助力活塞行程傳感器用于測量助力活塞的位置。助力缸內的助力活塞303協(xié)同助力活塞密封圈308與助力缸殼體302構成了第四腔體D，其內有助力活塞回位彈簧305用于幫助助力活塞303回正。

此處電子控制單元400主要用于負責接收來自制動踏板開關102、踏板行程傳感器214、主缸壓力傳感器219、助動缸壓力傳感器307以及助力電機轉角位置傳感器或助力活塞位置傳感器(未畫出)的電信號以及整車VCU提供的其他信號，隨后再根據(jù)分析判斷對各閥和助力電機發(fā)出執(zhí)行指令完成一系列動作。由于第一兩位兩通常開閥215為常開閥，兩位兩通常閉閥216為常閉閥，因此可以在松開制動踏板101不需要制動時(電子控制單元400給第一兩位兩通常開閥215斷電，給兩位兩通常閉閥216上電)主動活塞203、助力活塞303在回位過程中對第一腔體A和第四腔體D進行及時補充制動液。

根據(jù)上述本發(fā)明機電制動助力裝置的結構，其工作原理如下：

正常制動：

1)無再生制動系統(tǒng)工況

駕駛員踩下制動踏板101，制動踏板開關102打開，主動活塞203前移， 通過第一回位彈簧207推動第一主缸活塞205、第二回位彈簧208、第二主缸活塞206，機電助力系統(tǒng)300進入工作狀態(tài)。當?shù)谝恢鞲谆钊?05和第二主缸活塞206通過儲液罐211和第一進油管212、第二進油管213的進油孔后，第二腔體B和第三腔體C建壓可形成一個液壓P1。踏板行程傳感器214測量踏板行程及速度，將信號傳給電子控制單元400，電子控制單元400結合主缸壓力傳感器219、助動缸壓力傳感器307的壓力信號和助力電機轉角位置等信號，分析判斷后發(fā)送助力指令給助力電機做正轉輸出適合的助力(助力的大小需要匹配)，推動助力推桿304前移，帶動助力活塞303壓縮第四回位彈簧305和第四腔體D內的制動液。同時，電子控制單元400給第一兩位兩通常開閥215和兩位兩通常閉閥216上電，兩位兩通常閉閥216打開，第一兩位兩通常開閥215關閉，第四腔體D內(第四腔體D內液壓為P3)的制動液經(jīng)兩位兩通常閉閥216進入第一腔體A，第一腔體A內液壓為P2。

主動活塞203在第一腔體A端的活塞受壓面積根據(jù)力矩平衡，有F_踏＝S2×P2+k2×L2，(F_踏為制動踏板力，即主動活塞203的輸入力，k2為主動活塞回位彈簧的剛度，L2為主動活塞回位彈簧的壓縮量)。由上可見，制動踏板力與助力缸壓力P2、主動活塞203的有效外徑D2的平方、主動活塞回位彈簧剛度k2成正比。

第一主缸活塞205受到的第一腔體A、第二腔體B的液壓及兩個回位彈簧的彈簧力，第二腔體B、第三腔體C內液壓相同均為P1，k1、L1分別為第一主缸活塞205回位彈簧的彈簧剛度和壓縮量，D1為第一主缸活塞的有效外徑，根據(jù)力矩平衡有：

S1×P1+k1×L1＝S1×P2+k2×L2，這里第一主缸活塞受力面積

P1＝(S1×P2+k2×L2-K1×L1)/S1

所以，P1與P2、K2成正比，與K1、L1成反比。

在兩位兩通常閉閥216開啟，第一兩位兩通常開閥215關閉狀態(tài)下，如不考慮閥系及液壓通道的壓力損失，則可認為P2＝P3。

對于助力缸，其助力活塞的受力面積P3為助力缸D腔的液壓，k3、L3分別為助力活塞回位彈簧306的彈簧剛度和壓縮量，D3為助力活塞的 有效外徑。

F助力＝S3×P3+k3×L3，

P3＝(F助力-k3×L3)/S3，P3與助力電機助力成正比，與K3、L3、S3成反比。

隨著助力電機助力的不斷加大，第四腔體D內的液壓P3不斷上升，第一腔體A內的壓力P2隨之上升，踏板力也跟著線性上升。同時第二腔體B和第三腔體C中的壓力P1也隨著第一腔體A內壓力P2一同上升，進而帶動制動輪缸進行摩擦制動。

經(jīng)上述分析，F(xiàn)_踏可以通過電子控制單元400(ECU)控制程序，調整助力電機輸出力的大小，從而輸出不同的助力特性曲線。

2)再生制動協(xié)調工況

如果存在再生制動，則當駕駛員踩下制動踏板101開始時，ECU將給第二兩位兩通常開閥217、第三兩位兩通常開閥218、第一兩位兩通常開閥215和兩位兩通常閉閥216上電，關閉制動主缸到輪缸和儲液罐211的通道，打開第一腔體A到第四腔體D的通道。當主缸兩活塞通過儲液罐211和第一進油管212和第二進油管213進油孔后，第二腔體B和第三腔體C形成一個完全封閉的液壓腔，可以看做一個剛性體。第一主缸活塞205和第二主缸活塞206不再移動，摩擦制動為0。制動力由再生制動系統(tǒng)的動力驅動電機反轉提供。第一腔體A和第四腔體D形成一個整體，踏板力如前所述的“無再生制動系統(tǒng)工況”。但此時，如果助力活塞303保持不動，則第一腔體A和第四腔體D的液壓變化主要靠主動活塞進入第一腔體A所形成的壓力變化產(chǎn)生。通過電子控制單元400(ECU)的控制，也可以根據(jù)踏板力需求對助力電機進行正轉或反轉執(zhí)行升壓或降壓動作，從而輸出不同的助力特性曲線。

當由驅動電機產(chǎn)生的再生制動力不足而需要摩擦制動力協(xié)助時，電子控制單元400(ECU)根據(jù)整車VCU的指令可以切斷第二兩位兩通常開閥217、第三兩位兩通常開閥218的供電，接通制動主缸與輪缸的液壓通道。同時，保持給第一兩位兩通常開閥215和兩位兩通常閉閥216供電，使助力電機正轉助力產(chǎn)生一定的摩擦制動力與再生制動力組成復合制動。

3)助力失效：

在機電助力單元出現(xiàn)故障(如電機燒毀、傳動機構卡死、助力缸泄漏)時，電子控制單元400(ECU)通過助力缸壓力傳感器307等信號判斷分析，為兩 位兩通常閉閥216斷電，關閉第一腔體A與第四腔體D通道，第一兩位兩通常開閥215上電，斷開第一腔體A與儲液罐211通道。而依靠主動活塞203前移產(chǎn)生的液壓及第一回位彈簧207壓縮后段直接推動第一主缸活塞205進行常規(guī)人力制動。

再退一步，如果第一兩位兩通常開閥215也失效，則仍然可以利用主動活塞203壓縮彈簧后直接推動第一主缸活塞205進行常規(guī)人力制動，滿足應急制動系統(tǒng)需求。

4)自動制動：

當整車VCU(圖1未畫出)向機電制動助力機構的電子控制單元400(ECU)發(fā)出制動指令時，ECU將給第一兩位兩通常開閥215和兩位兩通常閉閥216上電，關閉第一腔體A通向儲液罐211的通道，打開第一腔體A到第二腔體D的通道，給助力電機發(fā)出指令。助力電機正轉推動助力推桿304和助力活塞303為第四腔體D和第一腔體A施加液壓和液流，進而推動第一主缸活塞205和第二主缸活塞206為輪缸加壓產(chǎn)生摩擦制動。

如圖1中所示的主動活塞203的結構，在此種工況下，由于主動活塞203未前移，所以制動踏板101保持不動。

當然，主動活塞203也可以設計成如圖2所示結構。制動主缸組件200還包括后拉桿225，將后拉桿225的一端與第一主缸活塞205連接，另一端與主動活塞203連接。具體地說，可以在主動活塞203內開設有一滑槽226，后拉桿225的另一端滑設在滑槽226內。

后拉桿225與第一主缸活塞205為剛性連接，且其可以在主動活塞203內部的滑槽226中軸向滑動且有定位。這樣，在第一主缸活塞205前移時，能夠拉動主動活塞205一同前移。這樣，在自動制動時就可以實現(xiàn)制動踏板101同步移動的功能。

本專利設計的機電制動助力機構的自動制動功能為自動或半自動駕駛技術提供了自動制動的執(zhí)行機構(本專利機構中的ECU不具備判斷并主動發(fā)出自動制動指令的功能，只是被動的接收VCU發(fā)出的指令。當然，如果電子控制單元400本身做的足夠強大，是可以集成其它傳感器實現(xiàn)主動功能的)，與其它系統(tǒng)集成能夠實現(xiàn)相應的自動制動功能。

本發(fā)明中涉及的助力電機不限于同步電機，可以是任何一種直流驅動電機，但其電機上集成或自帶轉角位置傳感器或者是沒有轉角位置傳感器，但也可以 在助力缸部位增加助力活塞位置傳感器用于測量助力活塞的位置。

綜上所述，本發(fā)明機電制動助力裝置主要應用于無真空源或真空源不足或不穩(wěn)定的汽車或其它機動車輛，主要包括EV(純電動汽車)、HEV(混動汽車)、具有自動駕駛或半自動駕駛功能的車輛、裝配高性能發(fā)動機(真空不足)的車輛等。

本發(fā)明機電制動助力裝置可以在電動汽車(EV)或混合汽車(HEV)上同其它機電產(chǎn)品(如驅動電機、電池等)集成共同構成制動能量回收系統(tǒng)(也即是復合制動系統(tǒng))，非常容易地實現(xiàn)再生制動的協(xié)調與控制，大大提高再生制動能量回收率。另外，本發(fā)明機構還設計有助力失效備份系統(tǒng)，可以通過制動踏板直接作用到制動主缸活塞上完成液壓摩擦制動，安全可靠。此外，由于其采用ECU控制助力電機和各電子閥，能夠與其它電控系統(tǒng)能夠更好地集成，能夠更好更方便地實現(xiàn)車輛的自動控制和自動駕駛功能。其中制動主缸、儲液罐、ECU、助力缸及電機及其傳動機構的組合上自由度高，即可以集成也可各自獨立，且集成時布置設計的自由度高。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式作出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。