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技术领域

本发明涉及一种用于汽车的助力制动系统，属于汽车制动技术领域。

背景技术

随着全球汽车保有量的持续增长，能源危机和环境污染日益严重。混合动力汽车、 纯电动汽车等新能源汽车以其高效节能、低排放等优点获得了世界各国的广泛重视， 成为解决环境污染和资源短缺的有效手段。世界各国纷纷投入大量资金来开发电动汽 车，与此同时针对混合动力汽车、电动汽车的制动系统也提出了新的要求。为了与混 合动力汽车、电动汽车本身的回馈制动系统实现良好的配合，在制动安全的基础上使 回馈制动系统回收尽量多的制动能量，首先应取消对发动机真空度的依赖，其次与回 馈制动系统的协调控制不能影响制动踏板感觉。现有的真空助力液压制动系统，真空 助力器依赖于发动机真空度，并且与回馈制动协调控制时，其液压控制会影响主缸容 量和液压，从而影响制动踏板感觉。为了克服现有制动系统的上述不足，工程师们从 上世纪90年代开始研发若干新型制动系统，其中的一些线控制动系统于本世纪开始在 混合动力汽车、电动汽车上使用。线控制动系统成为新能源汽车制动系统不可缺少的 一部分。

清华大学申请的一份公布号为CN104071142A的发明专利中，公开了一种线控制动 系统，它以一个电机取代了传统真空助力液压制动系统的真空助力器，通过电机、行 星齿轮减速机构和高压蓄能器的协同工作，推动制动主缸中的活塞产生制动液压，从 而取消了对发动机真空度的依赖；使用踏板模拟器，消除与回馈制动协调控制时对制 动踏板感觉的影响。但是，该系统增加了一个较大功率的驱动电机为高压蓄能器蓄能， 增加了系统能耗；高压蓄能器一直处于高压状态，存在一定的安全隐患；另外，该系 统的踏板模拟器为简单的弹簧、液压模拟器，踏板感觉不易调节，不能为驾驶员提供 主动的踏板感觉。

同济大学申请的一份公布号为CN104802777A的发明专利中，公开了一种踏板感觉 主动模拟的液压制动系统，它用一个电机和滚珠丝杠机构来推动制动主缸活塞，产生 液压；两个电磁阀分别位于制动管路、油壶管路和踏板感觉模拟室之间，制动时通过 对两个电磁阀不断的开闭控制来实现踏板感觉的主动模拟。但是，在控制制动管路与 踏板感觉模拟室之间电磁阀开闭时，制动管路的液压压力会受到影响，控制精度难以 保证；另外，在制动管路与踏板感觉模拟器之间电磁阀损坏的情况下，制动总泵中的 高压制动液会直接进入踏板感觉模拟室，使得驾驶员无法实施制动，系统安全性有待 提高。

同济大学申请的一份公布号为CN104760586A的发明专利中，公开了一种双电机线 控制动系统，它用一个电机和滚珠丝杠机构来推动制动主缸活塞，产生液压；另一个 电机和滚珠丝杠机构用来为制动踏板提供主动的踏板感觉。由于该系统使用了两套电 机-滚珠丝杠机构和两个制动主缸，不仅结构复杂，而且增加了系统的能耗和制造成本； 电机与踏板之间的机械连接增加了系统的控制难度，电机性能要求较高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于汽车的助力制动系统，该制动系统 能够取消对发动机真空度的依赖并且性能稳定、安全。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于汽车的助力制动系统，其 特征在于：包括制动主缸、液压控制单元和液压增力机构；所述主缸通过制动管路连 接所述液压控制单元；所述液压增力机构包括增力室壳体、踏板推杆和主缸活塞推杆； 在所述增力室壳体的内部设置活塞缸，所述踏板推杆的后端与制动踏板转动连接，在 所述踏板推杆的前端设置增力室第一活塞，在所述主缸活塞推杆的后端设置增力室第 二活塞，所述增力室第一活塞和增力室第二活塞均滑动设置在所述活塞缸中，所述增 力室第一活塞与所述增力室第二活塞之间形成增力室第一活塞腔，所述增力室第二活 塞与所述活塞缸的封闭端之间形成增力室第二活塞腔，所述主缸活塞推杆的前伸入所 述制动主缸。

还包括电机助力制动机构和中央控制器；所述电机助力机构包括助力电机、减速 增扭装置、第一齿条和套筒，所述套筒套设在所述主缸活塞杆上且与所述主缸活塞杆 留有间隙，在位于所述套筒前方的所述主缸活塞杆上设置有挡板；所述减速增扭装置 的输入端与所述助力电机的输出轴连接，所述减速增扭装置的输出端为齿轮，所述齿 轮与所述齿条啮合，所述齿条与所述套筒固定连接；在所述套筒与所述增力室壳体之 间设置回位弹簧；所述中央控制器与所述助力电机电连接。

还包括踏板模拟器，所述踏板模拟器包括模拟器外壳，在所述模拟器外壳内滑动 设置一模拟器活塞，所述模拟器活塞将所述模拟器外壳内的空间分隔成两个腔体，在 其中一所述腔体中设置齿轮齿条机构，在另一所述腔体中设置模拟器弹簧；所述齿轮 齿条机构的齿条与所述模拟器活塞固定连接，所述齿轮齿条机构的齿轮与一电机的输 出轴连接；所述模拟器弹簧所在的腔体通过制动管路与所述增力室第二活塞腔连接， 所述增力室第一活塞腔通过第一电磁阀与位于所述踏板模拟器与所述增力室第二活塞 腔之间的所述制动管路连接；所述电机与所述中央控制器电连接。

还包括油壶，所述油壶通过第二电磁阀与位于所述踏板模拟器与所述增力室第二 活塞腔之间的所述制动管路连接。

在所述踏板推杆上设置踏板位移传感器，在位于所述第一电磁阀与所述增力室第 一活塞腔之间的制动管路上设置压力传感器，所述踏板位移传感器、压力传感器均与 所述中央控制器电连接。

还包括一能量存储装置，所述能量存储装置分别与所述电机、中央控制器、压力 传感器、踏板位移传感器电连接。

所述第一电磁阀采用常闭二位二通电磁阀，所述第二电磁阀采用常开二位二通电 磁阀。

所述制动主缸包括主缸壳体，在所述主缸壳体内间隔设置两主缸活塞，两所述主 缸活塞之间以及所述主缸活塞与所述主缸壳体的封闭端之间分别形成主缸活塞腔，在 两所述主缸活塞腔内分别设置活塞复位弹簧。

在所述增力室第一活塞腔和增力室第二活塞腔内分别设置有增力室弹簧。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明因采用包括助力电机、 减速增扭装置、齿条和套筒的电机助力制动机构，其中，套筒能够通过位于主缸活塞 杆上的挡板带动主缸活塞杆进行平移运动，从而推动制动主缸中的活塞运动产生制动 液，从而能够取消对发动机真空度的依赖。2、本发明踏板模拟器采用电机与齿轮齿条 机构配合，可以为驾驶员提供主动的踏板感觉，提高驾驶性。3、本发明由于设置有能 力存储装置，并且能量存储装置与踏板模拟器的电机电连接，因此，踏板模拟器的电 机可以作为发电机使用，将产生的电能用于压力传感器、踏板位移传感器等，更加节 能，并且即便在制动系统供电失效时，上述传感器亦能得到有效供电，以便及时为整 车控制器提供正确的制动信息。4、本发明在供电失效或助力电机失效时，可以利用踏 板推杆、主缸活塞推杆直接推动制动主缸中的活塞，以产生制动液，即液压增力机构 本身也能够作为后备制动策略，因此制动系统的可靠性高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括制动主缸1、液压控制单元2、液压增力机构3、电机助 力制动机构4、踏板模拟器5、油壶6和中央控制器7。

制动主缸1包括主缸壳体11，在主缸壳体11内间隔设置两主缸活塞12，两主缸 活塞12之间以及主缸活塞12与主缸壳体11的封闭端之间分别形成主缸活塞腔13， 在两主缸活塞腔13内分别设置活塞复位弹簧14。

液压控制单元2通过两制动管路分别连接两主缸活塞腔13，液压控制单元2可选 用已有技术中的防抱制动液压控制单元或汽车稳定性控制液压控制单元，优选汽车稳 定性控制液压控制单元。

液压增力机构3包括增力室壳体31、踏板推杆32和主缸活塞推杆33。增力室壳 体31与主缸壳体11固定连接，在增力室壳体31的内部设置活塞缸34。踏板推杆32 的后端与制动踏板8转动连接，在踏板推杆32的前端设置增力室第一活塞35，增力 室第一活塞35滑动设置在活塞缸34中。在主缸活塞推杆33的后端设置增力室第二活 塞36，增力室第二活塞36滑动设置在活塞缸34中且位于增力室第一活塞35的前方， 增力室第一活塞35与增力室第二活塞36之间形成增力室第一活塞腔37，增力室第二 活塞36与活塞缸34的封闭端之间形成增力室第二活塞腔38。主缸活塞推杆33的前 端穿出活塞缸34后伸入主缸壳体11内并靠近主缸活塞12。在增力室第一活塞腔37 和增力室第二活塞腔38内分别设置有增力室弹簧39。

电机助力制动机构4包括助力电机41、减速增扭装置42、齿条43和套筒44。套 筒44套设在主缸活塞推杆33上且与主缸活塞推杆33留有间隙，在主缸活塞推杆33 上设置有挡板331，套筒44通过挡板331可以带动主缸活塞推杆33向前运动。减速 增扭装置42和齿条43均为两个，对称设置在套筒44的两侧，每一减速增扭装置42 的输入端均与助力电机41的输出轴连接，减速增扭装置42的输出端为一齿轮421， 齿轮421与齿条43啮合，齿条43与套筒44固定连接。在套筒44与增力室壳体31 之间设置有回位弹簧45。

踏板模拟器5包括电机51、齿轮齿条机构52和模拟器外壳53。在模拟器外壳53 内滑动设置一模拟器活塞54。模拟器活塞54将模拟器外壳53中的空间分隔成两个腔 体，在其中一个腔体中设置齿轮齿条机构52，在另一个腔体中设置模拟器弹簧55。电 机51的输出轴与齿轮齿条机构52中的齿轮521连接，齿轮齿条机构52中的齿条522 与模拟器活塞54固定连接。

油壶6通过两制动管路与主缸活塞腔13连接，用于提供制动液。油壶6通过电磁 阀61与四通接头62的一个接口连接，四通接头62的其它三个接口分别通过制动管路 与模拟器弹簧55所在的腔体、增力室第二活塞腔38、增力室第一活塞腔37连接。在 位于增力室第一活塞腔37与四通接头62之间的制动管路上设置电磁阀63。

中央控制器7分别与助力电机41、电机51、电磁阀61、电磁阀63电连接。在位 于增力室第一活塞腔37与电磁阀63之间的制动管路上设置压力传感器71；在踏板推 杆32上设置踏板位移传感器72。压力传感器71、踏板位移传感器72均与中央控制器 7电连接。

本发明还包括一能量存储装置9，能量存储装置9分别与电机51、中央控制器7、 压力传感器71、踏板位移传感器72电连接。

上述实施例中，电磁阀63采用常闭二位二通电磁阀，电磁阀61采用常开二位二 通电磁阀。

本发明的工作原理和工作过程如下：

系统正常工作时，助力电机41的作用是代替传统真空助力液压制动系统中的驾驶 员和真空助力器，带动减速增扭装置42产生转动，减速增扭装置42通过齿轮421与 齿条43的啮合，将转动转化为产生平动，齿条43带动套筒44推动主缸活塞推杆33 运动，主缸活塞推杆33推动制动主缸1的主缸活塞12，从而产生制动液压。具体而 言，当系统正常工作时，制动踏板8被踩下，踏板位移传感器72针对制动踏板8被踩 下的程度产生相应信号，传递给中央控制器7。中央控制器7通过采集踏板位移传感 器72的位移信号、压力传感器71的压力信号、液压控制单元2的制动压力信号以及 路面状况识别信号，确定助力电机41目标输出扭矩的大小，并控制助力电机41的实 际输出扭矩跟随助力电机41的目标输出扭矩，助力电机41与减速增扭装置42连接， 再通过齿轮421和齿条43的啮合，将助力电机41的转动转化为齿条43和套筒44的 平动，套筒44与主缸活塞推杆33上的挡板331接触，推动主缸活塞推杆33运动，从 而推动制动主缸1的主缸活塞12，将两主缸活塞腔13中的制动液分别通过制动管路 推入液压控制单元5，再通过与液压控制单元5相连的各个制动管路，推入各轮缸制 动器，从而对车辆实施制动。

系统正常工作时，电磁阀63通电开放，电磁阀61通电关闭，增力室第一活塞腔 37、增力室第二活塞腔38和踏板模拟器5液压腔之间的管路连通，与油壶6连接的管 路被封塞；增力室第一活塞腔37和增力室第二活塞腔38连通，制动踏板8在驾驶员 踩踏力的驱动下，推动踏板推杆32，踏板推杆32推动增力室第一腔活塞35，并带动 增力室第二腔活塞36将液体压入踏板模拟器5，推动模拟器活塞54和齿条522平动， 齿条522与齿轮521啮合驱动电机51转动产生电能，电能存储于能量存储装置9，能 量存储装置9为压力传感器71和踏板位移传感器72直接供电；踏板模拟器5内液体 受到反作用力，用于给驾驶员提供制动踏感，此反作用力由模拟器弹簧55的特性曲线 和中央控制器7对电机51的主动控制实现，可以为驾驶员提供主动、理想的制动踏感； 当制动完成，信号控制结束时，电磁阀63断电关闭，电磁阀61断电通过，在增力室 弹簧39的作用下，液体回流，液压增力机构3和踏板模拟器5各部件恢复原位。

本发明的主动增压可以由助力电机41实现，用于实现主动避撞、自适应巡航等控 制功能。当液压控制单元2使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，也可 以由液压控制单元2实现主动增压，从而实施汽车稳定性控制。

当所述液压控制单元2使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，若本 发明所述系统的电机失效，而液压控制单元2可以正常工作，则此时常规制动、防抱 制动、稳定性控制等功能的实现，均由液压控制单元2根据已有技术实施。

当本发明所述系统供电失效或者助力电机41失效时，电磁阀63断电关闭，将增 力室第一活塞腔37与增力室第二活塞腔38、踏板模拟器5之间的液压管路断开，电 磁阀61断电开放，将增力室第二活塞腔38与油壶6之间的液压管路连通；驾驶员踩 踏制动踏板8，制动踏板8推动踏板推杆32运动，踏板推杆32通过增力室第一腔活 塞35、增力室第二活塞36推动主缸活塞推杆33，主缸活塞推杆33推动主缸活塞12， 将两主缸活塞腔13中的制动液分别通过制动管路推入液压控制单元2，再通过与液压 控制单元2相连的各个制动管路，推入各轮缸制动器，从而实施后备液压制动。增力 室第一腔活塞35与增力室第二活塞36之间存在面积差，运用液压原理对驾驶员的制 动力进行放大；增力室第二活塞腔38内的液体流回油壶6。

在制动系统断电失效情况下，能量存储装置9仍然可以向压力传感器71和踏板位 移传感器72提供电能，将相关信号传输给其它控制系统。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有 所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和 等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。