本發(fā)明屬于汽車底盤技術制動領域，具體涉及一種帶轉(zhuǎn)矩傳感器的制動系統(tǒng)電伺服驅(qū)動裝置。

背景技術：

汽車的制動系統(tǒng)中對于駕駛員制動的需求，一般需要通過真空助力器進行放大，推動制動主缸活塞進而將制動力通過液壓管路傳遞到各個車輪剎車片。其中真空助力器作為一個關鍵零部件結(jié)構(gòu)復雜，占用空間大，真空源一般由發(fā)動機進氣歧管產(chǎn)生。在環(huán)境和能源的雙重壓力下，電動汽車的發(fā)展成為必然，各個系統(tǒng)零部件的電動化和智能化是電動汽車能夠發(fā)展的前提。因此電動車制動系統(tǒng)也需要進行電動化設計，目前的技術方案是由電機帶動真空泵為真空助力器提供真空源。但是這種方案存在諸多的缺點，一方面，方案結(jié)構(gòu)復雜包括真空泵、真空助力器及制動系統(tǒng)本體等諸多零部件，對于系統(tǒng)的布置和可靠性提供了挑戰(zhàn)，成本也相對較高；另一方面，系統(tǒng)耗能較大，電能需要轉(zhuǎn)化為壓力才能實現(xiàn)對制動系統(tǒng)的助力，并且在此過程中，管路中需要維持一定的壓力，電動真空泵的噪音明顯。

事實上，真空助力器的作用目的是對駕駛員制動力的助力，這一點和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所需要的助力思路相類似，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了電動助力的普及，借鑒電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制方法來開發(fā)制動系統(tǒng)的驅(qū)動裝置具有很好的實現(xiàn)性。

針對以上問題，本發(fā)明設計了一種帶轉(zhuǎn)矩傳感器的制動系統(tǒng)電伺服驅(qū)動裝置方案，提供一種真空助力器的替代裝置，能夠提高制動系統(tǒng)的性能和節(jié)能性，特別是對于駕駛員踏板力的采集上采用轉(zhuǎn)矩傳感器的方式，本發(fā)明能夠支持基于力伺服的常規(guī)助力制動和基于位置伺服的智能制動兩種模式，對于底盤系統(tǒng)的集成設計以及自動駕駛提供了良好的制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的解決方案，其技術對于制動系統(tǒng)的電動化和智能化具有良好應用前景和市場化前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于研發(fā)一種能夠在傳統(tǒng)車特別是電動車上能夠替代制動系統(tǒng)中真空助力器而為駕駛員提供制動助力，而且能夠用在輔助駕駛或無人駕駛中提供主動制動的電動伺服驅(qū)動裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種帶轉(zhuǎn)矩傳感器的制動系統(tǒng)電伺服驅(qū)動裝置，所述裝置包括豎直布置的蝸輪蝸桿傳動部、設于所述蝸輪蝸桿傳動部下端的助力部、設于所述蝸輪蝸桿傳動部上端的推桿部和設于所述蝸桿輸入端的助力電機；所述蝸輪蝸桿部包覆在助力殼體內(nèi)，所述助力殼體由轉(zhuǎn)矩傳感器殼體扣合，助力殼體和轉(zhuǎn)矩傳感器殼體沿其豎直軸向上從上至下依次穿設有第一級齒輪、轉(zhuǎn)矩傳感器、閥芯、扭桿、閥套、蝸輪和助力小齒輪；所述助力部包括部分穿過所述主殼體的助力殼體，所述助力殼體內(nèi)設有水平布置且與所述助力小齒輪嚙合的助力齒條，所述助力齒條的兩端分別設有齒條回位彈簧支撐板和第一滑動軸承，所述第一滑動軸承上套設有第一卡簧；所述齒條回位彈簧支撐板相對于所述助力齒條的另一側(cè)設有制動主缸，所述制動主缸上設有制動油罐；所述推桿部包括部分穿過所述主殼體的推桿殼體，所述推桿殼體內(nèi)設有與所述助力齒條平行布置且與所述第一級齒輪嚙合的第一級齒條，所述第一級齒條的兩端分別設有第二滑動軸承和第一級齒條回位彈簧，所述第二滑動軸承外側(cè)同軸的扭矩傳感器殼體內(nèi)孔套接有第二卡簧；所述助力電機的輸出軸設有蝸桿，所述蝸桿水平且與所述第一級齒條垂直布置，所述蝸桿與蝸輪嚙合，所述蝸桿的末端設有蝸桿支撐軸承，所述蝸桿與所述蝸桿支撐軸承之間設有蝸桿支撐環(huán)。

進一步地，所述轉(zhuǎn)矩傳感器外設有轉(zhuǎn)矩傳感器殼體，所述轉(zhuǎn)矩傳感器包括內(nèi)芯和外環(huán)，所述內(nèi)芯與所述閥芯固定連接，所述轉(zhuǎn)矩傳感器的外環(huán)與所述閥套固定連接，所述閥芯和所述閥套之間通過所述扭桿相連。

進一步地，所述裝置還包括用于測量踏板深度的踏板位置傳感器，保證裝置能夠?qū)崟r的檢測駕駛者的制動情況，并在輔助駕駛或自動駕駛等需要主動制動的工況下測量電伺服驅(qū)動裝置的執(zhí)行情況。

進一步地，所述踏板位置傳感器安裝于所述助力小齒輪的下端，直接測量蝸輪的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角的大小即反映了踏板的深度大小。

進一步地，所述轉(zhuǎn)矩傳感器外設有霍爾元件，借鑒轉(zhuǎn)向中常用的力矩方式，對扭桿直徑、長度等進行匹配以適應制動系統(tǒng)中駕駛員踏板力的變化范圍，力矩測量采用非接觸式霍爾傳感器的方式，將扭桿受力產(chǎn)生的變化由霍爾元件感知轉(zhuǎn)化為電信號送給控制器。

進一步地，所述第一級齒輪的上方穿設有第一級齒輪支撐軸承，所述助力小齒輪的下方穿設有助力小齒輪支撐軸承。

進一步地，所述制動主缸的制動主缸推桿指向所述回位彈簧支撐板且環(huán)繞設有第二級齒條回位彈簧，所述第二級齒條回位彈簧的兩端分別設于所述制動主缸和所述齒條回位彈簧支撐板上。

進一步地，所述制動推桿上成型有凸起，所述制動推桿位于所述凸起靠近所述第一級齒條的部分套設有制動推桿回位彈簧，所述第一級齒條位于所述凸起外側(cè)的內(nèi)孔套設有第三卡簧。

進一步地，所述第二滑動軸承內(nèi)穿設有制動推桿，所述第一級齒條回位彈簧遠離所述制動推桿的一端設有第三滑動軸承。

具體而言，電動裝置放在制動主缸的輸入端，踏板位置傳感器用于采集踏板的深度，扭矩傳感器用于采集由制動推桿傳遞來的并經(jīng)過齒輪齒條傳動副轉(zhuǎn)化為的力矩大小，該力矩直接反映了駕駛員腳上的制動力大小。兩個傳感器的信號傳遞給制動助力ecu，該控制單元根據(jù)扭矩傳感器檢測到的制動力大小按照給定的助力特性曲線控制電機的電流，進而控制電機的助力大小，電機經(jīng)蝸輪蝸桿副和齒輪齒條副將電機機械扭矩放大傳遞到制動主缸推桿上，實現(xiàn)制動工況下的推力。

所述踏板位置傳感器可以有多種安裝形式：①可以安裝在制動踏板的踏板軸上；②可以安裝在助力小齒輪的下端的位置上；③還可以直接和扭矩傳感器集成在一起，即采用集成式復合傳感器的形式同時測量扭矩和轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角的大小就反映了踏板的深度大小。

該裝置有常規(guī)助力制動模式和智能制動模式兩種工作模式：

常規(guī)助力模式下，當駕駛員踩下制動踏板時，推桿回位彈簧壓縮，開始制動時在助力死區(qū)內(nèi)電機不助力。踏板力繼續(xù)增加，推桿前部抵靠在第一級齒條上推動齒條前移，制動力經(jīng)齒輪齒條傳動副轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩由扭矩傳感器測量，并將此信號傳遞給制動助力ecu，ecu根據(jù)助力特性曲線計算電機需要提供的助力電流，電機的力矩經(jīng)過蝸輪蝸桿傳動副放大疊加到齒輪軸上，下小齒輪推動第二級齒條，當齒條推桿和主缸推桿之間的間隙消除后，該力最終推動主缸推桿進而將主缸中的推力以液壓力的形式傳遞到各個車輪的制動缸中執(zhí)行車輪制動動作。當駕駛員腳掌松開或離開制動踏板時，制動踏板深度在制動推桿回位彈簧的作用下迅速減小，踏板位置傳感器將這一信號送至ecu中，同時轉(zhuǎn)矩傳感器的力矩值也隨之減小，ecu從而確定該工況為制動回程，電機助力迅速減小。各級齒條在齒條回位彈簧的作用下進一步回位，最終踏板回到原位。

常規(guī)制動模式下，控制策略是基于制動力執(zhí)行對電流的閉環(huán)，可以分為上下兩層控制，上層是目標電流決策，根據(jù)扭矩傳感器和其他相關信號的值計算出期望的目標電流；下層是電流的伺服控制，ecu檢測電機的實際iq電流，與期望目標電流相比較形成一定的電流差，根據(jù)電流pid控制器給電機一定的電壓?？紤]不同車輛的不同制動需求可以對于制動力和所對應的電機電流進行匹配與標定，進一步優(yōu)化系統(tǒng)特性。

智能制動模式下，對于制動系統(tǒng)整車控制器給定期望的制動踏板深度指令，電機根據(jù)深度大小提供相應的制動力以達到期望的目標深度完成車輪制動，實際上是對于制動踏板位置的伺服控制器。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的一種帶轉(zhuǎn)矩傳感器的制動系統(tǒng)電伺服驅(qū)動裝置，利用電驅(qū)動裝置取代了真空助力器，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、安裝方便，無需真空源，噪聲低；驅(qū)動裝置能夠根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器、踏板位置傳感器以及整車其他信號，通過軟件非常容易的匹配電機助力大小，對于不同的車型及不同的駕駛模式，調(diào)整比較方便；制動效能顯著改善，制動過程安全可靠；該裝置模塊化程度高，利于平臺化生產(chǎn)；能夠?qū)崿F(xiàn)制動踏板的位置伺服，能夠為輔助駕駛提供制動系統(tǒng)的執(zhí)行器，也可以配合實現(xiàn)主動制動或自動駕駛。

附圖說明

圖1是本制動系統(tǒng)的電伺服驅(qū)動裝置的原理框圖；

圖2是本制動系統(tǒng)的電伺服驅(qū)動裝置的主視圖；

圖3是本制動系統(tǒng)的電伺服驅(qū)動裝置的俯視圖；

圖4是本制動系統(tǒng)的電伺服驅(qū)動裝置的軸側(cè)視圖；

圖5是本制動系統(tǒng)的電伺服驅(qū)動裝置的爆炸視圖；

圖6是本制動系統(tǒng)的電伺服驅(qū)動裝置的沿a-a面的剖視圖。

附圖序號及名稱：1、制動油罐，2、制動主缸，3、助力殼體，4、轉(zhuǎn)矩傳感器殼體，5、制動推桿，6、助力電機，7、內(nèi)六角螺栓，8、第二級齒條回位彈簧，9、制動主缸推桿，10、盤頭螺栓，11、踏板位置傳感器，12、助力小齒輪，13、齒條回位彈簧支撐板，14、蝸桿支撐軸承，15、蝸桿支撐環(huán)，16、助力小齒輪支撐軸承，17、助力齒條，18、第一滑動軸承，19、第一卡簧，20、壓塊，21、壓緊彈簧，22、鎖緊螺母，23、壓緊螺栓，24、第三卡簧，25、制動推桿回位彈簧，26、第二卡簧，27、第二滑動軸承，28、第一級齒條，29、第一級齒輪，30、第一級齒輪支撐軸承，31、蝸桿，32、蝸輪，33、轉(zhuǎn)矩傳感器，34、第三滑動軸承，35、第一級齒條回位彈簧，36、扭桿，37、閥芯，38、閥套。

具體實施方式

為詳細說明本發(fā)明之技術內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達成目的及功效，以下茲例舉實施例并配合附圖詳予說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“上端”、“下端”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

如圖1所示的原理框圖，表達了制動裝置各部分的結(jié)構(gòu)原理，力的傳遞路線用實線箭頭表示，信號用虛線箭頭表示。制動踏板上的力經(jīng)過兩級齒輪齒條傳動副傳遞到制動主缸，而電機助力經(jīng)過蝸輪蝸桿傳動副和一級齒輪齒條傳動副傳遞到制動主缸。

結(jié)合圖2至圖5所示，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種帶轉(zhuǎn)矩傳感器的制動系統(tǒng)電伺服驅(qū)動裝置，包括豎直布置的蝸輪蝸桿傳動部、設于蝸輪蝸桿傳動部下端的助力部、設于蝸輪蝸桿傳動部上端的推桿部和設于助力部和推桿部之間的助力電機6；

蝸輪蝸桿部包括助力殼體3，從上至下依次穿設有第一級齒輪支撐軸承30、第一級齒輪29、轉(zhuǎn)矩傳感器33、蝸輪32、助力小齒輪12和助力小齒輪支撐軸承16；助力小齒輪的下端安裝有踏板位置傳感器，通過測量主軸的轉(zhuǎn)角來判斷踏板的深度大小。助力部包括部分穿過所述主殼體的助力殼體3，助力殼體3內(nèi)設有水平布置且與助力小齒輪12嚙合的助力齒條17，助力齒條17的兩端分別設有齒條回位彈簧支撐板13和第一滑動軸承18；齒條回位彈簧支撐板13相對于助力齒條17的另一側(cè)設有制動主缸2，制動主缸2的制動主缸推桿9指向回位彈簧支撐板13且環(huán)繞設有第二級齒條回位彈簧8，第二級齒條回位彈簧8的兩端分別與制動主缸2和齒條回位彈簧支撐板13上。推桿部包括部分穿過主殼體的推桿殼體，推桿殼體內(nèi)設有與助力齒條17平行布置且與第一級齒輪29嚙合的第一級齒條28，第一級齒條28的兩端分別設有第二滑動軸承27和第一級齒條回位彈簧35，所述第二滑動軸承27外側(cè)同軸的扭矩傳感器殼體內(nèi)孔套接有第二卡簧26；第二滑動軸承27內(nèi)穿設有制動推桿5，制動推桿5上成型有凸起，制動推桿5位于凸起靠近第一級齒條28的部分套設有制動推桿回位彈簧25，所述第一級齒條28位于所述凸起外側(cè)的內(nèi)孔套設有第三卡簧24；第一級齒條回位彈簧35遠離制動推桿5的一端設有第三滑動軸承34。助力電機6部分穿過主殼體，助力電機6的輸出軸設有蝸桿31，蝸桿31水平且與第一級齒條28垂直布置，蝸桿31與蝸輪32嚙合，蝸桿31的末端設有蝸桿支撐軸承14，蝸桿31與蝸桿支撐軸承14之間設有蝸桿支撐環(huán)15。

當駕駛員踩下制動踏板時，一方面踏板位置傳感器11采集到踏板的轉(zhuǎn)角給控制器；另一方面，制動推桿5受到駕駛員的腳力，將制動推桿回位彈簧24壓縮，踏板深度繼續(xù)增加，制動推桿5前部抵靠在第一級齒條28上，轉(zhuǎn)化為第一級齒輪29所在軸的力矩，第一級齒輪29和助力小齒輪12之間通過扭桿相連，將轉(zhuǎn)矩大小轉(zhuǎn)變成扭桿兩端的轉(zhuǎn)角大小，通過轉(zhuǎn)矩傳感器33采集。

參閱圖2、圖3和圖5所示，電動制動裝置電機6提供電動助力，經(jīng)蝸桿31、蝸輪32組成的蝸輪蝸桿傳動副，再經(jīng)由助力小齒輪軸12、助力齒條17組成的齒輪齒條傳動副，將力傳遞到制動主缸推桿9上，完成對制動主缸的推力，進而將主缸中的推力以液壓力的形式傳遞到各個車輪的制動缸中執(zhí)行車輪制動動作。

當駕駛員腳掌松開或離開制動踏板時，制動踏板深度在制動推桿回位彈簧25的作用下迅速減小，轉(zhuǎn)矩傳感器33的值也減小，這兩個信號送至控制器中，電機的制動助力隨之迅速減小。助力齒條17在第二級齒條回位彈簧8的作用下回位，第一級齒條28在第一級齒條回位彈簧35的作用下回位，在三根回位彈簧的作用下，踏板回到原位。

圖6為沿圖2上a-a面的剖切視圖，其展示了第一級齒條28和第一級齒輪29、助力小齒輪12和助力齒條17之間的嚙合關系，蝸輪32的位置，壓塊20、壓緊彈簧21、壓緊螺栓23組成的壓緊機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)。尤其表現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩傳感器33的具體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩傳感器33的內(nèi)芯是經(jīng)過充磁的磁環(huán)和閥芯37固連，轉(zhuǎn)矩傳感器33的外環(huán)是導磁材料，將磁場導向霍爾元件，導磁材料與閥套38固連，當內(nèi)芯和外環(huán)的相對轉(zhuǎn)角發(fā)生微小變化時，對應的磁場強度發(fā)生變化，這種變化被霍爾元件感知轉(zhuǎn)化為電信號送給控制器。閥芯37和閥套38之間通過扭桿36相連，當力矩作用于扭桿36上時，扭桿36受力發(fā)生形變閥芯37和閥套38之間發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，即轉(zhuǎn)矩傳感器的內(nèi)芯和外環(huán)之間發(fā)生的轉(zhuǎn)角實際上反映了力矩的大小。

綜上所述，僅為本發(fā)明之較佳實施例，不以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆為本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。