汽车电子控制助力制动器

技术领域

本发明涉及汽车制动领域，尤其涉及一种汽车电子控制助力制动器。

背景技术

传统的汽车中，实现刹车助力的部件为真空助力制动器，真空助力制动器无法独立工作，通常需要依靠内燃发动机提供的真空助力源，才能把驾驶员施加在刹车踏板上的制动力放大以形成足够使车辆减速的刹车力，然而，新型的纯电动汽车不包含内燃机，所以也就无法再提供真空助力源。同时，真空助力制动器通常需要额外安装一套真空源发生系统，提供助力源，不仅占用额外的车辆空间，效率低，增加整车装配工序和成本，而且工作噪音大，驾乘舒适性降低，另外，传统真空助力制动器是纯机械架构的产品，不具备任何电子控制单元，故无法支持汽车底盘线控制动的功能，也无法满足自动驾驶技术中对车辆自动刹车控制的要求。

为适应新型的纯电动汽车，现有的改进方案是利用电机作为驱动助力源，代替真空助力控制器，如专利名称为《一种基于直流电机助力的线控制动装置》，申请号为：201710494798 .3的发明专利，利用直流电机提供驱动助力源，同时对制动装置结构合理优化，使其体积小，集成度高，但是，该方案中，电机的控制并未与制动踏板的运动直接联系起来，制动踏板的运动动作和电机的运动动作是分离的，电机在接受信息时容易出现信息错误或延迟，同时，该方案中，直接通过相互啮合的大小齿轮来实现电机动力的传动和减速，齿轮直接的啮合运动容易出现卡齿和磨损等问题。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提供了一种汽车电子控制助力制动器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

汽车电子控制助力制动器，包括壳体、刹车踏板接头、主传动机构、辅助传动机构以及刹车主缸，所述主传动机构包括沿轴向依次设置在刹车踏板接头与刹车主缸之间的刹车踏板连接杆、踏板顶杆、橡胶反馈盘、推杆支座以及调节推杆，所述刹车踏板接头与壳体之间设置有变刚度弹簧组，所述推杆支座和调节推杆外设置有复位弹簧；

所述主传动机构上连接有感应机构，所述感应机构至少包括与电子控制器信号连接的踏板行程传感器；

所述辅助传动机构包括由永磁同步直流电机、同步带轮减速机构和空心滚珠丝杆机构，所述空心滚珠丝杆机构包括间隔设置在所述踏板顶杆外周的空心滚珠丝杆以及设置在所述空心滚珠丝杆外周并与之配接的滚珠螺母，所述滚珠螺母由所述壳体限制其轴向移动并通过所述同步带轮减速机构接收所述永磁同步直流电机的动力，所述空心滚珠丝杆的长度小于踏板顶杆的长度，所述空心滚珠丝杆由所述滚珠螺母驱动轴向移动且其一段固定有导向支架，所述导向支架套设在所述踏板顶杆的外侧，所述导向支架与推杆支座之间设置有垫片；

所述永磁同步直流电机与电子控制器信号连接。

优选的，所述壳体包括前壳体和后壳体，所述永磁同步直流电机和一支撑轴承固定设置在所述后壳体内，所述感应机构和所述电子控制器固定设置在所述前壳体内，所述后壳体靠近刹车踏板接头的一端还固定设置有防护墙连接板。

优选的，所述刹车踏板接头与刹车踏板连接杆的连接处设置有弹簧挡板，所述变刚度弹簧组设置在所述弹簧挡板与所述防护墙连接板之间。

优选的，所述变刚度弹簧组的外部设置有防尘橡胶套，所述防尘橡胶套的一端固定在弹簧挡板上，另一端固定在防护墙连接板上。

优选的，所述推杆支座的底座和橡胶反馈盘均设置在弹簧托盘内，所述橡胶反馈盘与所述推杆支座的底座抵接，所述复位弹簧的一端与弹簧托盘连接，另一端与所述前壳体的内壁相抵接。

优选的，所述垫片包括设置在所述橡胶反馈盘的外周和所述弹簧托盘的内壁之间的垫片主体以及延伸至所述弹簧托盘外部，并与所述弹簧托盘端部相抵接的台阶面，所述垫片主体的两端分别与所述推杆支座和导向支架相抵接。

优选的，所述导向支架与弹簧托盘的外周等角度地设置有三个半圆形缺口，所述导向支架与弹簧托盘通过穿设在半圆形缺口内的三根长销连接。

优选的，所述同步带轮减速机构包括与永磁同步直流电机输出轴连接的小同步带轮以及与所述小同步带轮通过同步齿形带连接的大同步带轮，所述大同步带轮固定在所述滚珠螺母的外周。

优选的，所述感应机构还包括穿设在踏板顶杆上的磁铁支架，所述磁铁支架穿设在所述踏板顶杆延伸至空心滚珠丝杆机构之外的部分，所述磁铁支架上设置有磁铁，所述磁铁随磁铁支架在前壳体内部设置的导向槽内与所述踏板顶杆在同方向上运动。

优选的，所述刹车踏板连杆通过球铰与踏板顶杆连接，踏板顶杆与橡胶反馈盘可选择地接触。

本发明技术方案的有益效果主要体现在：

1、利用永磁直流电机作为驱动助力源，无需安装额外的真空源发生系统来提供助力源，节省了车辆空间，简化了客户车辆零部件的安装，提高了工作效率，减少噪音，提高了汽车的驾乘舒适性，同时，该制动器适用范围广，既能适用于传统汽车，也能作为没有真空助力源的新能源电动汽车的助力制动系统。

2、相对于传统有刷电机，永磁同步直流电机工作寿命更长，同时，通过带有CAN通讯模块的电子控制器实时监测电机内部的转角位置传感器和固定在前外壳外部的踏板行程传感器的电子信号，能够及时了解驾驶员动机，实现闭环控制以及对制动压力的快速、精确调控。

3、利用空心滚珠丝杆机构实现旋转运动与直线运动的转换，相对于传统的齿轮齿条机构，制动力的输出更加平稳，噪音更小，效率更高，并且零件之间磨损低，工作寿命长，不会出现卡齿等状况。

4、采用同步齿形带机构实现减速，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力，传动效率高，无滑差，传动精度好，结构性紧凑，占用空间少，另外，同步齿形带有一定弹性，传动平稳，有缓冲吸振功能。

5、空心滚珠丝杆的长度小于踏板顶杆的长度，磁铁支架穿设在踏板顶杆上延伸至空心滚珠丝杆机构之外的部分，同时，导向支架与磁铁支架间隙设置，空心滚珠丝杆与导向支架的运动不会干涉到磁铁支架。

6、在弹簧托盘和导向支架的外周穿设三根长销，起到支撑重量和导向作用，防止导向支架受空心滚珠丝杆的圆周力受到的影响，保证运动的平稳性，同时，长销仅设置在弹簧托盘和导向支架之间，占用空间小。

附图说明

图1：是汽车电子控制助力制动器的具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特点能够更加清楚、详细地展示，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。该实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

同时声明，在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本方案中的术语“多个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本方案中，“后”方代表输出力的方向，“前”方代表输入力的方向。

本发明揭示了一种汽车电子控制助力制动器，包括壳体、刹车踏板接头1、主传动机构、辅助传动机构、永磁同步直流电机20、感应机构以及刹车主缸15，所述主传动机构和/或辅助传动机构将驾驶员踩踏刹车踏板所施加的力自所述刹车踏板接头1传输至刹车主缸15，所述刹车主缸15受推动力，将液压油挤压至车辆的每个制动轮缸，完成制动。

具体地，所述主传动机构包括沿轴向依次设置在刹车踏板接头1与刹车主缸15之间的刹车踏板连接杆、踏板顶杆28、橡胶反馈盘17、推杆支座16以及调节推杆14，所述刹车踏板接头1与刹车板连接杆通过螺纹连接，刹车踏板连杆29通过球铰与踏板顶杆28连接，所述踏板顶杆28与橡胶反馈盘17可选择地接触，当受到来自刹车踏板接头1的踩踏力时，踏板顶杆28向橡胶反馈盘17方向移动并与橡胶反馈盘17抵接，然后通过所述橡胶反馈盘17推动推杆支座16和调节推杆14向刹车主缸15运动，所述推杆支座16的底座和橡胶反馈盘17均设置在弹簧托盘19内使所述橡胶反馈盘17与所述推杆支座16的底座抵接固定，所述调节推杆14通过螺纹与所述推杆底座连接，根据装配后的实际尺寸间隙，适当调节调节推杆14与推杆底座的长度，保证调节推杆14能接触并推动刹车主缸15。

具体地，所述刹车踏板接头1与壳体之间设置有变刚度弹簧组3，所述推杆支座16和调节推杆14外设置有复位弹簧13。

具体地，所述壳体包括前壳体22和后壳体25，所述后壳体25靠近刹车踏板接头1的一端固定设置有防护墙连接板4，所述防护墙连接板4与后壳体25通过螺钉固定，所述刹车踏板接头1与刹车踏板连接杆的连接处设置有弹簧挡板30，所述变刚度弹簧组3设置在所述弹簧挡板30与所述防护墙连接板之间，所述变刚度弹簧组3由至少两种不同刚度的弹簧件组成，当驾驶员踩踏踏板时，所述刹车踏板接头1受力向刹车主缸15方向移动，设置在所述刹车踏板接头1与刹车踏板连接杆的连接处的弹簧挡板30也向刹车主缸15方向移动，此时变刚度弹簧组3受力压缩，并向踏板方向反馈弹力，随着刹车踏板连杆29位移，弹簧压缩量的变大该弹力也随之变大，从而给驾驶员的脚上反馈出与传统真空助力制动器相似的刹车感觉；当驾驶员放松踏板后，所述刹车踏板接头1不再受力，此时变刚度弹簧组3带动所述弹簧挡板30复位，由于所述弹簧挡板30与所述刹车踏板接头1以及刹车踏板连接杆连接，所述踏板顶杆28和刹车踏板连接杆连接，因此，所述变刚度弹簧组3同时带动所述刹车踏板接头1、刹车踏板连接杆以及踏板顶杆28复位。

具体地，所述变刚度弹簧组3的外部设置有防尘橡胶套2，所述防尘橡胶套2的一端固定在弹簧挡板30上，另一端固定在防护墙连接板4上，在弹簧挡板30与防护墙连接板4之间形成一段密封空间，同时，所述防尘橡胶套2的表面设置有褶皱结构，使所述防尘橡胶套2的长度随着弹簧挡板30与防护墙连接板4之间的距离变化而伸缩。

具体地，所述复位弹簧13的一端与弹簧托盘19连接，另一端与所述前壳体22的内壁相抵接，所述弹簧托盘19内靠近刹车主缸15的一端设置有橡胶反馈盘17，所述橡胶反馈盘17与所述推杆支座16的底座抵接，所述推杆支座16的底座设置在弹簧托盘19内，并自所述弹簧托盘19中部穿过，向调节推杆14方向延伸，所述复位弹簧13间隔设置在所述推杆支座16和调节推杆14的外部，并与所述推杆支座16和调节推杆14共轴，当所述弹簧托盘19向刹车主缸15方向移动时，所述复位弹簧13受力压缩；当施加在弹簧托盘19上的力消失时，所述复位弹簧13带动弹簧托盘19复位。

具体地，所述主传动机构上连接有感应机构，所述感应机构与前壳体22固定，具体地，所述感应机构至少包括与电子控制器12信号连接的踏板行程传感器11，以及穿设在踏板顶杆28上的磁铁支架9，所述磁铁支架9上设置有磁铁10，前壳体22内部设置有与所述踏板顶杆28运动方向平行的导向槽，所述磁铁支架9随所述踏板顶杆28运动，并带动所述磁铁10在前壳体22内部设置的导向槽内与所述踏板顶杆28在同方向上运动，所述踏板行程传感器11感应磁铁10在导向槽内的运动行程，并将该运动行程信息传输至电子控制器12，从而推算出踏板顶杆28的运动行程。

具体地，所述电子控制器12固定在所述前壳体22的外部，所述永磁同步直流电机20固定在后壳体25上，所述电子控制器12与踏板行程传感器11以及永磁同步直流电机20内部的转角位置传感器信号连接，实时采集踏板行程传感器11以及转角位置传感器的信号，同时利用电子控制器12内含控制局域网（CAN）通讯模块进行逻辑分析计算，控制器启动永磁同步直流电机20工作，随后，所述永磁同步直流电机20驱动所述辅助传动机构运动，并推动推杆底座和调节推杆14向刹车主缸15方向运动，使所述刹车主缸15受调节推杆14推动将液压油挤压至车辆的每个制动轮缸，从而产生制动力。

具体地，所述辅助传动机构包括由永磁同步直流电机20驱动转动的同步带轮减速机构和空心滚珠丝杆机构。

具体地，同步带轮减速机构包括与永磁同步直流电机20输出轴连接的小同步带轮23以及与所述小同步带轮23通过同步齿形带24连接的大同步带轮7，所述小同步带轮23与永磁同步直流电机20输出轴通过联轴器21连接，小同步带轮23、同步齿形带24以及大同步带轮7随永磁同步直流电机20输出轴旋转而转动，所述大同步带轮7带动所述空心滚珠丝杆机构运动。

具体地，所述空心滚珠丝杆机构间隔设置在踏板顶杆28的外部，确保二者间互不影响，所述空心滚珠丝杆机构包括间隔设置在所述踏板顶杆28外周的空心滚珠丝杆27以及设置在所述空心滚珠丝杆27外周并与之配接的滚珠螺母6，所述滚珠螺母6与所述空心滚珠丝杆27的外表面之间设置有多个钢珠，所述滚珠螺母6由所述壳体限制其轴向移动并通过所述同步带轮减速机构接收所述永磁同步直流电机的动力，在本方案中，所述滚珠螺母6的一端与所述支撑轴承5的内孔固定，所述空心滚珠丝杆27的长度小于踏板顶杆28的长度，所述空心滚珠丝杆27由所述滚珠螺母6驱动轴向移动且其一段固定有导向支架8，所述导向支架8套设在所述踏板顶杆28的外侧，所述导向支架8与推杆支座16之间设置有垫片26，所述大同步齿轮过盈装配在所述滚珠螺母6的外周，当永磁同步直流电机20收到电子控制器12的信号开启时，永磁同步直流电机20输出轴转动并同时带动小同步带轮23、同步齿形带24以及大同步带轮7转动，经过同步齿形带24驱动大同步带轮7减速，提高扭矩，所述滚珠螺母6随设置在其外周的大同步带轮7转动，所述滚珠螺母6与空心滚珠丝杆27经由钢珠传动实现运动的传递，并将旋转运动转变为直线运动，使所述空心滚珠丝杆27推动垫片26并带动导向支架向刹车主缸15方向运动，所述弹簧托盘19随导向支架运动并带动固定在所述弹簧托盘19上的推杆支座16以及与所述推杆支座16连接的调节推杆14向刹车主缸15方向运动。

具体地所述垫片26设置在所述橡胶反馈盘17的外周并固定在弹簧托盘19上，所述垫片26包括设置在所述橡胶反馈盘17的外周和所述弹簧托盘19的内壁之间的垫片主体以及延伸至所述弹簧托盘19外部，并与所述弹簧托盘19端部相抵接的台阶面，所述垫片主体的两端分别与所述推杆支座16和导向支架8相抵接，所述导向支架8与弹簧托盘19的外周等角度地设置有三个半圆形缺口，所述导向支架8与弹簧托盘19通过穿设在半圆形缺口内的三根长销连接，并沿所述长销的长度方向往复运动。

具体地，所述磁铁支架9穿设在所述踏板顶杆延伸至空心滚珠丝杆机构之外的部分，无需在所述空心滚珠丝杆27上设置用于通过磁铁支架9的槽孔，所述导向支架8与所述磁铁支架9间隙设置，二者之间互不干涉。

根据上述汽车电子控制助力制动器的结构，可以实现以下三种工作模式：

工作模式一：普通助力制动

该模式主要是在以驾驶员的踩踏力为动力并通过主传动机构实现制动的基础上提供通过永磁同步直流电机20驱动辅助传动机构而形成的助力功能。

具体地，当驾驶员踩踏刹车踏板，推动刹车踏板接头1和刹车踏板连杆29并带动弹簧挡板30克服变刚度弹簧组3的弹力后推动踏板顶杆28向前运动，此时，与所述踏板顶杆28连接磁铁支架9跟随踏板顶杆28运动，并带动固定在磁铁支架9上的磁铁10在导向槽内移动，此时踏板行程传感器11感知到所述磁铁10的线性位置变化后，将该位置信号实时地传给电子控制器12，电子控制器12驱动永磁同步直流电机20转动，永磁同步直流电机20输出轴带动小同步带轮23转动并经过同步齿形带24，大同步带轮7进行减速，提高扭矩后，大同步带轮7带动滚珠螺母6旋转，驱动空心滚珠丝杆27向前运动，丝杆推动导向支架8，继而推动垫片26、橡胶反馈盘17，推杆支座16，以及调节推杆14，克服设置在弹簧托盘19上的复位弹簧13的弹力后，调节推杆14驱动刹车主缸15，将液压油挤压至车辆的每个制动轮缸，产生制动力。

具体地，由于踏板行程传感器11感知到所述磁铁10的线性位置变化而判断了驾驶员的意图，并通过电子控制器12实时采集集成在永磁同步直流电机20自身内部的转角位置传感器和踏板行程传感器11的信号，经过处理和计算以后，对电机进行闭环控制，驱动辅助传动机构实现快速、精确地制动助力，因此，踏板顶杆28与橡胶反馈盘17无需接触，此时刹车踏板和电机助力之间是完全解耦的，使得系统反馈给驾驶员的踏板感不会受到电机助力的影响。

工作模式二：自动制动

该模式主要是帮助车辆在无驾驶员输入的情况下，比如车辆自动紧急制动工况等等，实现自主的制动力输出。

具体地，当车辆的控制系统通过CAN网络发出制动命令给电子控制器12，控制器内部CAN通讯模块将该命令解析和转换，再由电子控制器12进行逻辑分析计算，启动永磁同步直流电机20工作，并驱动小同步带轮23转动，在经过同步齿形带24，大同步带轮7减速，提供扭矩，带动由支撑轴承5支撑的滚珠螺母6旋转，驱动空心滚珠丝杆27向前运动，丝杆推动导向支架8，在推动垫片26、橡胶反馈盘17和推杆支座16，以及调节推杆14，克服设置在弹簧托盘19上的复位弹簧13的弹力，最后调节推杆14驱动刹车主缸15，将液压油挤压至车辆的每个制动轮缸，产生制动力。

整个过程中，无需驾驶员踩踏刹车踏板，电子控制器12会实时采集集成在永磁同步直流电机20内部的转角位置传感器，进行电机闭环控制，由永磁同步直流电机20驱动辅助传动机构，实现快速、精确地制动助力输出。

工作模式三：安全备份制动

该模式主要是在电子电气部件出现故障失效的情况下，实现安全备份功能，此时，由于电子控制器12或电机发生故障等原因，电机无法正常运转。

具体地，通过驾驶员踩动刹车踏板，推动刹车踏板接头1和刹车踏板连杆29，克服变刚度弹簧组3的弹力，继而刹车踏板连杆29再推动踏板顶杆28向前运动，踏板顶杆28接触到橡胶反馈盘17并推动推杆支座16和调节推杆14，克服设置在弹簧托盘19上的复位弹簧13的弹力，最后驱动刹车主缸15，将液压油挤压至车辆的每个制动轮缸，产生制动力。

整个过程中，无需感应机构、永磁同步直流电机20以及辅助传动机构的参与，仅通过驾驶员踩动刹车踏板的踩踏力实现制动。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。