使用电动助力器的制动装置及其控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0105096号的优先权，其全部内容通过引用合并于本文中。

技术领域

本公开的实施例涉及一种使用电动助力器的制动装置及其控制方法，更具体地涉及下述使用电动助力器的制动装置及其控制方法：在所述制动装置中将反作用盘(reaction disk)的刚度确定为当将电动助力器应用于执行制动控制时消除对踏板感觉的影响，并且所述制动装置依据制动压力在活塞行程的非线性部分通过ESC(ElectronicStability Control，电子稳定性控制)执行协作控制，并且在线性部分通过电动助力器执行协作控制。

背景技术

通常，基于电动助力器的制动系统保留了现有真空助力器的制动机构的大部分。然而，基于电动助力器的制动系统与真空助力器的助力机制的不同在于，基于电动助力器的制动系统通过使用电能的电动助力器(或电动机)的力来提高制动压力而不是像真空助力器那样基于气压和真空压力之间的压差来提高制动压力。

基于电动助力器的制动系统可以依据是否安装了踏板模拟器而分为两种系统类型。

在其中安装有踏板模拟器的基于电动助力器的制动系统可阻挡驾驶员在他踩在制动踏板上时产生的踩踏力，并且仅利用电动助力器的力进行制动。基于电动助力器的制动系统利用由踏板模拟器的橡胶减震器或弹簧产生的反作用力，使驾驶员具有的踏板感觉类似于现有的基于真空助力器的制动系统所提供的踏板感觉。

另一方面，其中没有安装踏板模拟器的基于电动助力器的制动系统通过使一部分制动力被驾驶员的踏板力覆盖来形成驾驶员的踏板感觉。例如，当电动助力器的反作用比为10:1时，整个制动力的10％被驾驶员的踏板力覆盖，而整个制动力的90％被电动助力器覆盖。即，其中没有安装踏板模拟器的基于电动助力器的制动系统通过使全部制动力的一部分被驾驶员的踏板力覆盖来形成驾驶员的踏板感觉。

ESC(电子稳定性控制)是指用于增强车辆的行驶稳定性的系统。当车辆在中速或低速行驶时转弯或改变车道时，可以根据驾驶员的意图可靠地对车辆进行操纵。但是在道路、车速或转向突然发生变化时，已经被稳定驱动的车辆可能转向不足或转向过度。在这种情况下，ESC可以调节车辆的制动力和发动机功率，从而提高车辆的行驶稳定性。

此时，ECS通过踏板行程传感器感测到的行程和副主缸压力传感器感测到的压力来计算制动压力要求，并根据计算出的制动压力要求通过对电动的驱动机来形成制动压力。

在2008年5月20日公开的标题为“车辆制动系统”、公开号为10-2008-0044300的韩国专利申请公开了本公开的相关技术。

当应用了没有踏板模拟器的电动助力器的制动系统执行再生制动协作控制时，电动助力器可执行踏板力补偿控制以消除差异感。然而，制动系统不直接执行用于协作控制的制动压力控制，而是采用带有单独规格的ESC来执行用于协作控制的制动压力控制。因此，可能会增加制造成本，或者可以限制再生制动器协作控制。

发明内容

各种实施例涉及一种使用电动助力器的制动装置及控制方法，该制动装置采用具有下述刚度的反作用盘：由于驾驶员的踏板踩踏力的改变和电动机的电动势的改变使反作用盘的中心部分和边缘部分变形而变化的踏板力，与由于制动压力的变化而变化的踏板力可相互抵消，以便消除当应用没有踏板模拟器的电动助力器来进行制动控制时对踏板感觉的影响，并且所述制动装置依据制动压力在活塞行程的非线性部分通过ESC执行协作控制和在线性部分通过电动助力器执行协作控制。

在一个实施例中，使用电动助力器的制动装置可以包括：一个电动助力器，其连接至主缸并被配置为通过利用电动机的电动势和驾驶员踩在踏板上的踩踏力对反作用盘加压来对推杆加压，并通过推杆对主缸的活塞加压；和控制单元，其被配置为通过比较驾驶员的踏板踩踏力所需的制动压力和通过电动机控制的当前制动力来设定压力，并通过ESC(电子稳定性控制)进行协作控制和通过电动助力器进行协作控制。

反作用盘可以具有这样的刚度：根据通过驾驶员的踏板踩踏力的变化和电动机的电动势的变化使反作用盘的中心部分和边缘部分变形而变化的踏板力与根据制动压力的变化而变化的踏板力相互抵消，其中，所述驾驶员通过操作杆对反作用盘的中心部分加压，所述电动机通过螺栓(bolt screw)对反作用盘的边缘部分加压。

反作用盘可以具有这样的硬度和刚度：当反作用盘仅中心部分仅由驾驶员的力来加压并且被压缩1mm时，需要少于3kgf的力来加压反作用盘。

反作用盘的厚度可为至少10mm或更大。

反作用盘的刚度可满足以下方程式：

其中C

设定的压力可以被设定为使得主缸的活塞行程的制动压力从非线性部分变化为线性部分的值。

当所需制动压力和当前制动压力等于或小于设定的压力时，控制单元可通过ESC进行协作控制；当所需制动压力和当前制动压力超过设定压力时，控制单元可通过电动助力器进行协作控制。

在一个实施例中，提供一种使用电动助力器的制动装置的控制方法，该电动助力器连接至主缸并配置成通过利用电动机的电动势和驾驶员踩在制动踏板上的踏板踩踏力来对反作用盘加压而对推杆加压，并通过推杆对主缸的活塞加压。该控制方法可以包括：通过控制单元，将驾驶员的踏板踩踏力所需的制动压力与电动机控制的当前制动压力进行比较来设定压力；和通过控制单元，根据所需制动压力与当前制动压力之间的比较结果和设定的压力，经由ESC进行协作控制和经由电动助力器进行协作控制。

反作用盘可以具有这样的刚度：根据通过驾驶员的踏板踩踏力的变化和电动机的电动势的变化引起的反作用盘的中心部分和边缘部分的变形而变化的踏板力与根据制动压力的变化而变化的踏板力相互抵消，其中，所述驾驶员通过操作杆对反作用盘的中心部分加压，所述电动机通过螺栓对反作用盘的边缘部分加压。

设定压力可以被设定为使得主缸的活塞行程的制动压力从非线性部分变化为线性部分的值。

在根据比较结果经由ESC进行协作控制和经由电动助力器进行协作控制中，当所需的制动压力和当前制动压力等于或小于设定的压力时，控制单元可以通过ESC进行协作控制，当所需的制动压力和当前制动压力超过设定的压力时，控制单元可通过电动助力器进行协作控制。

根据本公开的实施例，使用电动助力器的制动装置及其控制方法可采用具有刚度的反作用盘，在该刚度下，由于驾驶员的踏板踩踏力的变化和电动机的电动势的变化使所述中心部分和边缘部分变形而变化的踏板力和由于制动压力的变化而改变的踏板力会相互抵消，使得当使用没有踏板模拟器的电动助力器执行制动控制时，踏板感觉不会受到影响。取决于制动压力，制动装置可以控制ESC在活塞行程的非线性部分执行协作控制，并且控制电动助力器在活塞行程的线性部分直接执行协作控制。因此，为了执行再生制动协作控制，应用了电动助力器的制动装置可以不使用高性能的ESC，而使用一般的ESC，这不仅可以降低制造成本，而且还最小化了再生制动协同控制的约束条件。

附图说明

图1是根据本公开实施例的使用电动助力器的制动装置的构造示意图。

图2是根据本公开实施例的使用电动助力器的制动装置中的制动压力与主缸的活塞行程之间的关系曲线图。

图3是根据本公开实施例的使用电动助力器的制动装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，以下将通过各实施例并参照附图来描述使用电动助力器的制动装置及其控制方法。应当注意，附图不是精确的比例，并且可能仅出于描述方便和清楚的目的而夸大了线的粗细或部件的尺寸。此外，本文使用的术语是通过考虑本发明的功能来定义的，并且可以根据用户或操作者的习惯或意图来改变。因此，应根据本公开阐述的全部公开内容对术语进行定义。

图1是根据本公开实施例的使用电动助力器的制动装置的构造示意图，图2是根据本公开实施例的使用电动助力器的制动装置中的制动压力与主缸的活塞行程之间的关系曲线图。

如图1所示，根据本公开实施例的使用电动助力器的制动装置可包括电动助力器20，该电动助力器20连接至主缸10，并利用电动机30的电动势和驾驶员踩在制动踏板100上的踏板踩踏力对反作用盘70加压，从而使得主缸10的活塞通过推杆80被加压以产生制动力。

电动助力器20具有这样的结构：其中包括第一至第三齿轮41-43的齿轮部40连接至电动机30；螺母50与第三齿轮43同轴连接以便与第三齿轮43一起旋转；螺栓60通过螺母50的旋转中心轴线与螺母50螺合，并将螺母50的旋转运动转换为线性运动，从而对反作用盘70加压。

此外，操作杆90穿设在螺栓60的中空部分，以便利用驾驶员的踏板踩踏力对反作用盘70加压。

因此，当通过齿轮部40驱动电动机30以产生扭矩增强力时，扭矩通过第三齿轮43传递到螺母50，并且螺母50的旋转运动通过螺栓60的线性运动来限制以对反作用盘70的边缘部分加压。然后，推杆80通过对主缸10的活塞加压来产生制动力。

此时，反作用盘70的中心部分被通过驾驶员的踏板踩踏力操作的操作杆90而加压。因此，制动力由驾驶员的踏板踩踏力和电动机30产生的电动势而产生。

根据电动助力器20形成踏板感觉的机制，驾驶员的踏板踩踏力通过反作用盘70经由操作杆90传递到推杆80，推杆80对主缸10的活塞进行加压。此时，驾驶员的踏板力和由电动机30产生的电动势对推杆80加压，推杆80根据预定的分配比接收一部分反作用力到制动压力。

在本实施例中，反作用盘70由诸如橡胶的弹性构件制成，并且被确定为具有这样的刚度：由于制动压力的变化而变化的踏板力和由于反作用盘70的中心部分和边缘部分变形而变化的踏板力可以相互抵消，其中，所述变形是由于驾驶员的踏板踩踏力的变化和电动机30的电动势的变化而引起的，所述驾驶员通过操作杆90对反作用盘70的中心部分进行加压，所述电动机通过螺栓60对反作用盘70的边缘部分进行加压。

在本实施例中，反作用盘70可具有这样的硬度和刚度：在该硬度和刚度下，当反作用盘仅中心部分仅由驾驶员的踏板踩踏力加压并且被压缩了1mm时，需要小于3kgf的力来对反作用盘70加压。此外，反作用盘70的厚度可以为至少10mm或更多。

踏板力F

[方程式1]

F

[方程式2]

F

方程式1示出了制动压力F

在方程式2中，△d表示当电动机30对螺栓60的加压改变时，即使驾驶员对操作杆90的加压位置未改变，由于反作用盘70的中心部分和边缘部分之间的加压点的变化而产生的差异；△F

在方程式1和2中，C

即，当电动机30向后移动螺栓60以降低压力时，踏板力增加了一个由△d引起的因数，而减小了一个由△F

在本实施例中，根据车辆的制动装置检查在1mm△d处的制动压力的变化，并且确定表示反作用盘70的刚度的常数值C

因此，尽管当驾驶员将制动踏板100加压到相同位置时，通过电动助力器20的电动机30降低或升高压力以进行再生制动协作控制，但制动踏板100的踏板力可能不会改变以最小化踏板感觉的变化。

即，反作用盘70的刚度可以被设计为满足方程式3。

[方程式3]

在方程式3中，C

即，反作用盘70的刚度可以被设计为使得方程式2中的C

这里，Δd表示当操作杆90不移动而仅电动机30移动时发生的相对位移差，ΔF

于是，C

在具有10:1的反作用比和4:1的踏板比的助力器的情况下，踏板力是最终目标值。因此，C

[方程式4]

ΔF

在方程式4中，C

因此，目标方程式由方程式5表示，所述目标方程式中，相互抵消的踏板力基于方程式2和4相对于Δd设置。

[方程式5]

(C

此处，在C

因此，由于方程式5变为(C

这里，1kgf的踏板力变化是踏板力变化难以在情感上感测到的值。在假设反作用比为10:1的情况下，将C

也就是说，可以将反作用盘70的刚度设定为在仅将反作用盘70的中心部分加压并压缩1mm时需要3.5kgf的力的值。

此时，3.5kgf的力是通过添加反作用盘70的刚度和操作杆90的复位弹簧的影响而获得的最大值。因此，反作用盘70实际上可以设计为具有下述硬度和刚度：当仅由驾驶员的力对反作用盘70的中心部分加压并且压缩1mm时，需要小于3kgf的力来对反作用盘70加压。

计算出的反作用盘70的刚度是使中心部分和边缘部分之间的加压量相差1mm所需的力，取决于中心部分和边缘部分的加压位置，该计算出的刚度可以具有线性关系。

控制单元110可以比较驾驶员的踏板踩踏力所需的制动压力和由电动机30控制的当前制动压力以设定压力，并且可以通过ESC(电子稳定性控制)进行协作控制和通过电动助力器20进行协作控制。

可以将设定压力设置为这样的值：如图2所示，由主缸10的活塞行程产生的制动压力从非线性部分变化为线性部分。

如图2所示，随着主缸10的活塞行程的变化，压力的增加被分为初始无效行程部分，预定的非线性部分和具有线性特性的线性部分。

在本实施例中，反作用盘70的刚度被确定为使得C

即，当所需制动压力和当前制动压力小于设定压力时，控制单元110可以通过ESC进行协作控制，并且当所需制动压力和当前制动压力超过设定压力时，控制单元110可以通过电动助力器20进行协作控制。

根据本公开的实施例，使用电动助力器的制动装置可采用具有如下刚度的反作用盘：在该刚度下，由于驾驶员的踏板踩踏力的变化和电动机的电动势的变化使中心部分和边缘部分变形而变化的踏板力和由于制动压力的变化而产生的踏板力可相互抵消，使得当使用没有踏板模拟器的电动助力器执行制动控制时，踏板感觉不会受到影响。取决于制动压力，制动装置可以控制ESC在活塞行程的非线性部分中执行协作控制，并且控制电动助力器在活塞行程的线性部分直接执行协作控制。因此，为了执行再生制动协作控制，应用了电动助力器的制动装置可以不使用高性能的ESC，而使用一般的ESC，这不仅可以降低制造成本，而且还最小化了再生制动协作控制的约束条件。

图3是用于描述根据本发明实施例的使用电动助力器的制动装置的控制方法的流程图。

如图3所示，根据本发明实施例的使用电动助力器的制动装置的控制方法是用于在使用电动助力器20的制动装置中通过ESC和电动助力器20执行再生制动协作控制的控制方法，所述电动助力器20连接至主缸10，通过利用电动机30的电动势和驾驶员踩在制动踏板上的踏板踩踏力对反作用盘70加压来对推杆80加压，并通过推杆80对主缸10的活塞加压。

对于该控制方法，电动助力器20的反作用盘70可以设计成具有这样的刚度：可以抵消通过驾驶员的踏板踩踏力的变化和电动机30的电动势的变化引起的反作用盘70的中心部分和边缘部分的变形，其中，所述驾驶员通过操作杆90对反作用盘70的中心部分加压，所述电动机30通过螺栓60对反作用盘70的边缘部分加压。因此，尽管当驾驶员将制动踏板100加压到相同位置时，通过电动助力器20的电动机30降低或升高用于再生制动协作控制的压力，但是制动踏板100的踏板力可能不会变化，以最小化踏板感觉的变化。

在步骤S10中，应用了具有这种特性的电动助力器20的制动装置的控制单元110将驾驶员的踏板踩踏力所需的制动压力与设定压力进行比较。

可以将设定压力设定为这样的值：如图2所示，由主缸10的活塞行程产生的制动压力从非线性部分变化为线性部分。

当步骤S10的比较结果表明所需制动压力等于或小于设定压力时，在步骤S40中，控制单元110通过ESC执行再生制动协作控制。

另一方面，当步骤S10的比较结果表明所需制动压力超过设定压力时，在步骤S20中，控制单元110将由电动机30控制的当前制动压力与设定压力进行比较。

当步骤S20的比较结果表明当前制动压力等于或小于设定压力时，在步骤S40中，控制单元110通过ESC执行再生制动协作控制。

另一方面，当步骤S20的比较结果表明当前制动压力超过设定压力时，在步骤S30中，控制单元110通过电动助力器20执行再生制动协作控制。

即，如图2所示，随着主缸10的活塞行程的变化，压力的增加被分为初始无效行程部分，预定的非线性部分和具有线性特性的线性部分。

在本实施例中，反作用盘70的刚度被确定为使得C

因此，当所需制动压力和当前制动压力等于小于设定压力时，控制单元110可以通过ESC进行再生制动协作控制；并且当所需制动压力和当前制动压力超过设定压力时，控制单元110可以通过电动助力器20进行再生制动协作控制。

根据本公开的实施例，使用电动助力器的制动装置的控制方法可以采用具有下述刚度的反作用盘：在该刚度下，由于驾驶员的踏板踩踏力的变化和电动机的电动势的变化使中心部分和边缘部分变形而变化的踏板力和由于制动压力的变化而变化的踏板力可相互抵消，使得当使用没有踏板模拟器的电动助力器进行制动控制时，踏板的感觉不会受到影响。取决于制动压力，制动装置可以控制ESC在活塞行程的非线性部分中执行协作控制，并且控制电动助力器在活塞行程的线性部分直接执行协作控制。因此，为了执行再生制动协作控制，应用了电动助力器的制动装置可以不使用高性能的ESC，而使用一般的ESC，这不仅可以降低制造成本，而且还最小化了再生制动协同控制的约束条件。

在本说明书中描述的实施例可以用例如方法或过程、设备、软件程序、数据流或信号来实现。尽管已经在单个实施方式的环境中(例如，仅在方法中)讨论了实施例，但是可以以其他形式(例如，设备或程序)来实现所讨论的特征。所述装置可以用适当的硬件、软件、固件等来实现。所述方法可以在诸如处理器等设备中实现，该设备通常是指包括计算机、微处理器、集成电路或可编程逻辑设备的处理设备。处理器包括通信设备，例如计算机、手机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)和其他设备，它们可以促进终端用户与处理器之间的信息通信。

尽管出于说明性目的已经公开了本公开的优选实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离所附权利要求所限定的本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求书限定。