本實用新型涉及汽車制動領域，特別涉及一種電動助力制動系統。

背景技術：

隨著電動汽車和智能汽車的發(fā)展，對制動系統提出了新的要求，如能夠自主產生需要的制動力(主動制動)，能夠實現制動能量回收功能，以及能夠匹配底盤主動安全系統的功能。例如，制動防抱死系統(ABS，Anti-lock Braking System)、驅動防滑控制(ASR，Acceleration Skid control system)、車輛穩(wěn)定性控制系統(ESC，Electronic Stability controller)及自適應巡航控制(ACC，Adaptive Cruise Control)等。

傳統的液壓制動系統采用的是真空助力器和主缸、輪缸系統。其中，真空助力器需要通過發(fā)動機抽取真空度。然而，電動汽車取消了傳統的發(fā)動機結構，采用電動機作為驅動裝置，這就使得傳統液壓制動的真空助力器失去了功能。同時，由于電動汽車再生制動功能需求，要求在制動能量回收控制過程中，盡量采用電機反拖產生的再生制動力，并同時不希望駕駛員通過踩踏板而促動輪缸夾緊制動盤產生的摩擦制動力參與制動過程，這就需要制動系統能實現摩擦制動力和再生制動力的解耦。

近年來，很多電動汽車采用真空泵代替發(fā)動機抽取真空助力器的真空度，來保證制動系統的助力功能。然而，真空泵方案為了保證真空度需要電機階段性的工作，即在駕駛員不制動的工況下，電機也需要工作。而且，該系統在連續(xù)制動時，制動壓力會逐漸衰減，可能帶來安全隱患。該系統無法實現助力比可調，以及主動制動等功能，也不能和底盤其他控制系統集成，存在著一定的局限性。同時，真空泵和儲氣罐的體積較大，不利于節(jié)省空間。

目前的電動助力制動專利，例如日產的E-ACT系列產品，其采用空心電機作為動力源，采用滾珠絲桿作為傳動機構，促動制動主缸產生制動力。此種方案，由于空心電機的尺寸較大，因此使得系統的體積和質量都非常龐大，而且其結構復雜，不利于汽車的輕量化及節(jié)能。另外一種，如博世推出的ibooster系列產品，其采用蝸輪蝸桿和齒輪齒條作為傳動機構，此種方案，傳動的效率較低，對電機的性能要求較高，也不利于成本節(jié)約和汽車的節(jié)能。

諸如專利CN104118416A提出的制動系統，采用空心電機加滾珠絲杠的傳動方式直接將電機的轉動轉換為絲杠的平動，中間缺少減速增扭機構，從而增加了對電機扭矩的需求，導致電機的尺寸過大。整個系統沒有回位彈簧，當助力解除時，絲杠和推桿都沒有辦法回到原始位置，每次踩踏板推桿的位置不同會帶來腳感的突變，且無法精確控制。此系統的踏板推桿的球形凹槽距離推桿和踏板的鏈接處太遠，會導致駕駛員踩制動踏板的力在密封圈處產生過大的偏轉力，阻礙機構運動。

諸如專利CN104709096A所示系統，采用單側齒輪齒條系統作為運動轉換機構，會產生一定的偏轉力，從而在電機電流增大的情況下會產生較大的阻力，容易導致機構卡死。人力和電機力是直接耦合在齒條上的，因此電機失效時，人力需要克服電機的反拖力矩，導致備份制動力不足。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術中制動系統容易造成安全隱患的缺陷，提供一種電動助力制動系統。

本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

一種電動助力制動系統，其特點在于，所述電動助力制動系統包括電動制動助力耦合裝置，采用中空滾珠絲杠機構，所述電動制動助力耦合裝置的大齒輪與一小齒輪嚙合，所述小齒輪連接至電機的輸出軸，所述電機和所述電動制動助力耦合裝置之間連接有一電子控制單元，用于控制所述電機工作。

較佳地，所述電動制動助力耦合裝置包括：踏板推桿；

滾珠絲杠和助力套筒，所述助力套筒嵌設在所述滾珠絲杠內；

連接套筒，所述踏板推桿的一端與所述連接套筒的一端連接，所述連接套筒的另一端嵌設在所述助力套筒的一端內；

助力體推桿，所述助力體推桿的一端與所述連接套筒連接，另一端穿設在所述助力套筒內，且所述助力體推桿上設置有一第一彈性部件，使得所述第一彈性部件卡設在所述連接套筒和所述助力套筒之間，以通過推動所述踏板推桿來帶動所述助力體推桿移動；

所述助力套筒的另一端設置有反應盤和主缸頂桿，所述反應盤與所述主缸頂桿連接，所述主缸頂桿的末端設有第二彈性部件。

較佳地，所述踏板推桿與所述連接套筒之間采用球鉸連接，所述連接套筒和所述助力體推桿之間采用過盈配合。

較佳地，所述電動制動助力耦合裝置還包括助力器端蓋，所述助力器端蓋套設在所述滾珠絲杠的外部，所述助力器端蓋的外表面上設置有一踏板行程傳感器感應線圈；

在所述助力器端蓋內設有一踏板行程傳感器鐵芯，所述踏板行程傳感器鐵芯安裝在一踏板行程傳感器安裝軸上，且所述踏板行程傳感器安裝軸安裝在所述連接套筒上，使所述踏板行程傳感器感應線圈與所述踏板行程傳感器鐵芯相互平行。

較佳地，所述大齒輪和所述滾珠絲杠的螺母連為一體，在所述滾珠絲杠的螺母兩端設有軸承。

較佳地，所述滾珠絲杠為中空式，所述助力套筒的內表面設有階梯狀凸起，且內置在所述滾珠絲杠中。

較佳地，所述反應盤采用橡膠制成，且所述反應盤的內圈與所述助力體推桿的一端接觸，所述反應盤的外圈與所述助力套筒的階梯狀凸起接觸。

較佳地，所述助力體推桿的一端位于所述助力套筒內，且與所述反應盤之間具有一第一間隙；

所述連接套筒和所述助力套筒之間具有一第二間隙，所述第二間隙大于所述第一間隙。

較佳地，所述第一彈性部件和所述第二彈性部件采用回位彈簧。

較佳地，所述第二彈性部件的一端安裝在彈簧座上，另一端安裝在所述助力器端蓋上；

所述主缸頂桿連接到制動主缸的活塞上，所述制動主缸上還連接有儲液罐。

本實用新型的積極進步效果在于：

本實用新型電動助力制動系統通過電機作為動力源，采用兩級運動轉換機構，可以實現電機的轉動到平動，第一級為齒輪減速機構，第二級為中空滾珠絲杠機構，其結構簡單，尺寸小，傳動效率高。通過連接套筒實現電機伺服力和人踩制動踏板力之間的解耦，使得電機驅動的伺服助力系統工作時不影響駕駛員踩制動踏板感覺。

附圖說明

本實用新型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為本實用新型電動助力制動系統的結構示意圖。

圖2為本實用新型電動助力制動系統的助力制動控制原理圖。

圖3為本實用新型電動助力制動系統的主動制動控制原理圖。

圖4為本實用新型電動助力制動系統的變助力比原理圖。

具體實施方式

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

現在將詳細參考附圖描述本實用新型的實施例。詳細參考本實用新型的優(yōu)選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本實用新型中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本實用新型說明書中所提及的一些術語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本實用新型。

圖1為本實用新型電動助力制動系統的結構示意圖。圖2為本實用新型電動助力制動系統的助力制動控制原理圖。圖3為本實用新型電動助力制動系統的主動制動控制原理圖。圖4為本實用新型電動助力制動系統的變助力比原理圖。

如圖1至圖4所示，本實用新型公開了一種電動助力制動系統，其包括電動制動助力耦合裝置10，采用中空滾珠絲杠機構，電動制動助力耦合裝置10的大齒輪100與一小齒輪20嚙合，小齒輪20連接至電機30的輸出軸31，且在輸出軸的兩端設有排氣孔32。在電機30和電動制動助力耦合裝置10之間連接有一電子控制單元40，用于控制電機30工作。

優(yōu)選地，電動制動助力耦合裝置10包括踏板推桿11、滾珠絲杠12、助力套筒13、連接套筒14和助力體推桿15。其中，助力套筒13嵌設在滾珠絲杠12內。踏板推桿11的一端與連接套筒14的一端連接，而連接套筒14的另一端嵌設在助力套筒13的一端內。助力體推桿15的一端與連接套筒14連接，另一端穿設在助力套筒13內，且助力體推桿15上設置有一第一彈性部件16，使得第一彈性部件16卡設在連接套筒14和助力套筒13之間，以通過推動踏板推桿11來帶動助力體推桿15移動。在助力套筒13的另一端設置有反應盤17和主缸頂桿18，將反應盤17與主缸頂桿18連接，在主缸頂桿18的末端設有第二彈性部件19。這里的第一彈性部件16和第二彈性部件19優(yōu)選地采用回位彈簧，將第二彈性部件19的一端安裝在彈簧座191上，另一端安裝在所述助力器端蓋上。主缸頂桿18連接到制動主缸200的活塞上，制動主缸200上還連接有儲液罐300。

進一步地，踏板推桿11與連接套筒14之間采用球鉸連接，且在連接套筒14和助力體推桿15之間采用過盈配合。

此外，電動制動助力耦合裝置10還包括助力器端蓋，所述助力器端蓋套設在滾珠絲杠12的外部。這里的助力器端蓋包括助力器后端蓋50和助力器前端蓋51，在助力器后端蓋的外表面上設置有一踏板行程傳感器感應線圈52。在所述助力器端蓋內設有一踏板行程傳感器鐵芯53，將踏板行程傳感器鐵芯53安裝在一踏板行程傳感器安裝軸54上，且踏板行程傳感器安裝軸54安裝在連接套筒14上，使踏板行程傳感器感應線圈52與踏板行程傳感器鐵芯53相互平行。踏板行程傳感器鐵芯53和踏板行程傳感器感應線圈52均位于駕駛艙內，且踏板行程傳感器感應線圈52和電機30均通過電線與電子控制單元40相連。

優(yōu)選地，大齒輪100和滾珠絲杠12的螺母連為一體，在滾珠絲杠12的螺母兩端設有軸承60。此處的滾珠絲杠12優(yōu)選為中空式，在助力套筒13的內表面設有階梯狀凸起，且內置在滾珠絲杠12中。

另外，反應盤17采用橡膠制成，且在反應盤17的內圈與助力體推桿15的一端接觸，使得反應盤17的外圈與助力套筒13的階梯狀凸起接觸。

助力體推桿15的一端位于助力套筒13內，且與反應盤17之間具有一第一間隙S。連接套筒14和助力套筒13之間具有一第二間隙X，第二間隙X大于(優(yōu)選為稍大于)第一間隙S。

根據上述結構，本實用新型電動助力制動系統的工作過程為：當駕駛員踩下制動踏板時，踏板力傳遞到踏板推桿11上，踏板推桿11會推動連接套筒14向前運動，連接套筒14會帶動踏板行程傳感器鐵芯53運動，并推動助力體推桿15前進，踏板行程傳感器鐵芯53運動會在踏板行程傳感器感應線圈52上產生感應信號。助力體推桿15克服間隙S后將力施加到反應盤17上，此時反應盤17發(fā)生形變，內圈由于助力體推桿15的施加的力發(fā)生凹陷從而產生一個形變量S1。

電子控制單元40通過踏板行程傳感器感應線圈52的信號測量內圈的形變量S1，為了彌補反應盤17的凹陷形變量，通過電子控制單元40控制電機30通過小齒輪20帶動大齒輪100轉動，從而帶動滾珠絲杠12的螺母轉動并使得滾珠絲杠12的絲杠平動，滾珠絲杠12帶動助力套筒13前進，從而使得助力套筒13的階梯狀凸起和反應盤17的外圈接觸，使得反應盤17的外圈邊緣受力，從而彌補反應盤17內圈的凹陷形變量S1。

同時，電子控制單元40通過電機30自帶的霍爾傳感器33間接測量反應盤外圈的形變量S2，并根據下列公式得到電機的控制量X1：X1＝S1-S2，控制目標使得X1的值趨近于零，也就是使得反應盤的形變消失。這樣駕駛員踩踏板的力使得反應盤17的內圈產生形變，電子控制單元40再通過控制電機30工作彌補這一形變，反復重復此過程，施加在助力體推桿15上的人力和施加在助力套筒13上的電機力在反應盤17處疊加，使得反應盤17的內、外圈形變平衡，宏觀上反應盤17沒有產生形變，并在電機力和人力的共同作用下推動主缸頂桿18前進，從而促動制動主缸200產生制動力，實現了電動助力制動功能，此時電動助力器的助力比為反應盤17內圈和外圈的面積比。

當駕駛員松開制動踏板時，踏板推桿11會帶動連接套筒14向后運動，連接套筒14會帶動踏板行程傳感器鐵芯53向后運動，并帶動助力體推桿15向后運動，助力體推桿15施加在反應盤17上的人力逐漸減少。此時，反應盤17的內、外圈受力平衡被打破，反應盤17的內圈發(fā)生凸變，其變形量為S2。電子控制單元40通過踏板行程傳感器鐵芯53和踏板行程傳感器感應線圈52之間的感應信號測量反應盤17內圈的形變量S2，并控制電機30通過小齒輪20帶動大齒輪100轉動從而帶動滾珠絲杠12的螺母轉動，并使得滾珠絲杠12的絲杠平動。滾珠絲杠12帶動助力套筒13后退，從而減少助力套筒13的階梯狀凸起和反應盤17的外圈接觸的力，彌補反應盤17內圈的凸變的形變量S1。

同時，電子控制單元40通過電機30自帶的霍爾傳感器33間接測量反應盤外圈的形變量S2，并根據下列公式得到電機的控制量X1：X1＝S2-S1，控制目標使得X1的值也趨近于零，也就是使得反應盤的形變消失。反復重復此過程，使得反應盤17的內、外圈形變保持平衡，宏觀上反應盤17沒有產生形變，和助力體推桿15以及助力套筒13共同后退。

當助力體推桿15后退到和反應盤17不再接觸時，電機30不再工作。此時，制動主缸200的液壓力和第二彈性部件19的回位力共同作用，使得電機30、反應盤17、主缸頂桿18和助力套筒13回到初始位置。同時，第一彈性部件16使得踏板推桿11、連接套筒14和助力體推桿15回到初始位置。

當電動助力制動系統的電子控制單元、電機、電源或傳感器發(fā)生故障時，駕駛員踩踏板的力傳遞到踏板推桿11上，踏板推桿11會推動連接套筒14向前運動，連接套筒14會推動助力體推桿15前進，助力體推桿15克服間隙S后將力施加到反應盤17上。此時反應盤17的內圈發(fā)生形變，當助力體推桿15繼續(xù)前進克服間隙X后，連接套筒14和助力套筒13接觸，從而施加力于反應盤17的外圈。從而整體推動反應盤17前進從而推動主缸頂桿18，并促動制動主缸200產生制動力，此過程中電機30不工作，僅僅通過人力產生部分制動力，滿足應急制動法規(guī)需求。

當駕駛員沒有踩下制動踏板時，如果電子控制單元40通過車載其他傳感器41(如雷達，攝像頭)的信息判斷需實施主動制動或者其它控制裝置發(fā)出主動制動請求時(如緊急制動，自動駕駛等)，制動系統工作于主動制動模式下。此模式下電子控制單元40通過車載其他傳感器41信號經過判斷給電機30發(fā)送控制信號，電機30通過小齒輪20帶動大齒輪100轉動從而帶動滾珠絲杠12的螺母轉動并使得滾珠絲杠12的絲杠平動，滾珠絲杠12帶動助力套筒13前進，從而使得助力套筒13的階梯狀凸起和反應盤17的外圈接觸，使得反應盤17的外圈邊緣受力。由于此時助力體推桿15不作用在反應盤17內圈上，沒有辦法補償反應盤17的形變量，由于反應盤17是橡膠材質，當其形變量到一定程度后，就會具有剛體的特性，從而推動主缸頂桿18，并促動制動主缸200產生制動力。

如圖2所示，當系統處于正常助力制動工作狀態(tài)時，系統通過踏板行程傳感器70獲得駕駛員踩制動踏板的位移信息S1，通過電機霍爾傳感器獲得電機的位移信息S2，通過偏差控制器N1得到控制偏差X1：X1＝S2-S1，然后通過位置偏差命令解析模塊N2得到此時需要給電機30的控制命令的期望值，然后再通過摩擦、阻尼補償曲線N3對控制命令進行補償，最后得到電機30的最終控制命令，從而促動制動主缸200產生制動壓力。

如圖3所示，當系統處于主動制動工作狀態(tài)時，系統通過車載其他傳感器41(如雷達，攝像頭等)獲得車輛周圍的環(huán)境信息，并通過命令解析模塊Z1獲得電機的期望控制電流i1，電機通過電機電流傳感器28獲得電機的實際電流信息i2，通過偏差控制器Z2得到控制偏差命令I:I＝i2-i1，然后控制電機30促動制動主缸200產生制動壓力。主動制動功能下，一旦電子控制單元40檢測到駕駛員踩下制動踏板，則切換到助力制動功能。

如圖4所示，系統的變助力比工作原理為：電機助力作用在反應盤17的外圈和人輸入力作用在反應盤17的內圈，反應盤17的內圈變形量S1，外圈變形量S2。當助力比g設為g＝g0時，控制目標設定為X1：X1＝S2-S1+0，也就是保證反應盤17的內、外圈形變量差值始終為零。

如果需要助力比g>g0時，則可以通過設定控制目標實現，即令控制目標為X1：X1＝S2-S1+X0，也就是保證反應盤17的內、外圈形變量差值始終為一恒定正值X0。如果需要助力比g<g0時，則可以通過設定控制目標實現，即令控制目標為X1：X1＝S2-S1+X0，也就是保證反應盤17的內、外圈形變量差值始終為一恒定正值-X0。通過改變X0和-X0的大小就可以實現不同的助力比。

綜上所述，本實用新型電動助力制動系統通過電機作為動力源，通過兩級運動轉換機構，實現電機的轉動到平動，第一級為齒輪減速機構，第二級為中空滾珠絲杠機構，結構簡單，尺寸小，傳動效率高。通過連接套筒實現電機伺服力和人踩制動踏板力之間的解耦，使得電機驅動的伺服助力系統工作時不影響駕駛員踩制動踏板感覺。制動踏板推桿位于滾珠絲杠的空心內，在電機失效，或者系統斷電的情況下，人踩制動踏板的力可以通過制動踏板推桿，推動助力套筒，直接促動主缸活塞產生備份制動力，具有失效備份功能。

同時，本實用新型電動助力制動系統在連接套筒內加裝了電磁式的微型傳感器來測量連接套筒的位移，從而用來進行駕駛員制動意圖識別，這種方案使得本實用新型的電動助力制動系統模塊化，結構更緊湊，避免了在制動踏板上加裝傳感器。傳感器位于駕駛艙內，降低了傳感器防水和溫度等級，有利于降低成本。

進一步地，本實用新型電動助力制動系統通過踏板行程傳感器采集駕駛員制動意圖，通過電子控制單元40控制電機，實現電動助力制動功能，具有踏板感覺可調，助力比可調節(jié)功能。在駕駛員沒有踩制動踏板的情況下，電子控制單元40可以通過其他的制動命令(如基于雷達或視覺傳感的主動制動命令)，控制電機推動助力套筒，從而促動主缸活塞產生制動力，實現主動制動功能。此時，由于制動踏板推桿位于滾珠絲杠的空心內，其與電機的運動解耦，因此，電機主動制動時的運動不會帶動制動踏板一起運動，從而可以減少電機在主動制動時的負載。

其次，本實用新型電動助力制動系統還在電機和齒輪軸的連接位置設有散熱孔，由于電動制動系統位于發(fā)動機艙，因此防水等級高，密閉性高，通過透氣孔透氣，可以避免電機內部凝聚水蒸氣。

雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本實用新型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實用新型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實用新型的保護范圍。