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技术领域

本发明属于汽车助力制动技术领域，涉及一种液压助力制动系统，特别涉及一种适用于 电动车的液压助力制动系统。

背景技术

随着世界环境问题和能源危机的日益严重，世界各国都在鼓励研发单位开发各种类型的 新能源汽车，来应对越来越复杂的环境和能源问题。新能源汽车主要包括燃气汽车、燃料电 池电动汽车、纯电动汽车、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、混合动力汽车、太阳能汽车 和其他新能源汽车等。其废气排放量比较低，使用可再生能源，清洁环保，并且综合车辆方 面的先进技术，设计技术先进、结构新颖的汽车，具有广阔的市场应用前景。

新能源汽车逐步取代传统汽车已经是不可避免的一种汽车发展趋势。其中，电动汽车的 发展最为迅速，与氢能、太阳能等其他新能源相比，具有能量密度大、受环境影响小等很多 优点。随着水电、核电等技术的发展，未来电能开发也将越来越清洁环保。所以，包括中国 在内的世界很多国家都在大力支持电动车技术的发展。

绝大多数的传统轿车采用真空助力伺服制动系统,使人力和动力共同参与制动，可以减 轻驾驶员的负担，提高驾驶舒适性。传统内燃机轿车的制动系统真空助力装置的真空源来自 于发动机进气歧管,真空度负压一般可达到0.05～0.07MPa。对于纯电动车或燃料电池汽 车,发动机总成被拆除后,制动系统由于没有真空动力源而丧失真空助力功能,仅由人力 所产生的制动力无法满足行车制动的需要,因此需要对制动系统真空助力装置进行改制。一 些电动车上在踏板与主缸之间加上了电动真空泵来产生助力所需要的负压，虽然可以解决助 力问题，但是电动真空助力泵体积较大，很难布置，控制效果也不太理想。因此，对于电动 车来说，开发适合电动车的新型助力制动系统是一件十分必要的事情。

液压制动系统经历了几十年的发展，目前已经是一种稳定的制动系统，在电动车上采用 液压进行助力制动是一种可靠的办法。现在一些机构已经开发出一些液压助力制动的系统， 比较典型的蓄能器式液压助力制动系统和柱塞泵式液压助力制动系统。蓄能器式助力制动系 统需要采用高速开关阀，使得控制起来难度比较大，持续助力时蓄能器内部压力的波动较大， 而且开关阀成本较高。在柱塞泵式液压助力制动系统中，柱塞泵直接助力，控制精度较低， 增压响应慢，也需要采用高速开关阀，而且驾驶员感觉和舒适性较差。

目前，某些研究单位已经做了一些液压助力制动系统的研究。从大体上来看，现在的液 压助力制动系统主要有两种方案：基于蓄能器的液压助力制动系统和基于柱塞泵的液压助力 制动系统。

例如中国专利号为200510115432.8的“一种液压助力制动系统”发明专利，该液压助力 制动系统包括电子控制单元、泵油总成、蓄能器、高压压力开关、液压油壶和油路，电子控 制单元分别与高压压力开关、泵油总成电连接，泵油总成与油壶、蓄能器分别相连。当蓄能 器内压力低于一定值时，泵油总成开启，向蓄能器内供油加压，当压力达到一定值时，泵油 总成停止工作。电子控制单元通过控制开关阀的开闭对主缸进行助力控制。该专利采用开关 阀结构使得控制起来难度比较大，持续助力时蓄能器内部压力的波动也会对助力效果和踏板 感觉产生较大影响。

再例如中国专利号为201320439577.3的“一种辅助制动装置”实用新型专利，该辅助制 动装置包括踏板模拟器、电子控制单元和主缸液压调节单元，主缸液压调节单元包括油箱、 柱塞泵和开关阀等。制动时柱塞泵开启，向主缸前腔加压，进行助力；停止制动时，开启前 腔开关阀泄压，在回位弹簧的作用下主缸活塞回位。该专利采用柱塞泵直接助力，增压响应 慢。在失效情况下，由于主缸前腔没有直接与油杯相连，制动时补液会比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种无开关阀结构、 增压速度快、拥有失效备份和良好踏板感觉的新型液压助力制动系统；特别是针对电动车， 提供一种结构简单且性能可靠的液压助力制动系统。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种液压助力制动系统，包括电子控制单元1、电机2、滚轴丝杠机构3、助力缸4、转 角传感器5、油杯6、三腔制动主缸7、制动踏板8和推杆9；

所述电子控制单元1与电机2相连；

所述电机2与滚轴丝杠机构3相连；

所述滚轴丝杠机构3与助力缸4中的助力缸活塞43刚性连接；

所述助力缸4通过油路与三腔制动主缸7连接；

所述助力缸4通过油路与油杯6相连；

所述制动踏板8与所述推杆9刚性紧固连接；

所述推杆9插入到三腔制动主缸7中；

所述制动踏板8与所述转角传感器5相连；

所述转角传感器5与所述电子控制单元1相连。

技术方案中所述三腔制动主缸7包括主缸端盖74、主缸缸体84、主缸第一活塞71和主 缸第二活塞77；

所述主缸端盖74与主缸缸体84固定连接，主缸端盖74与主缸缸体84之间设有密封圈 75；

所述主缸第一活塞71和主缸第二活塞77将三腔制动主缸7分隔成三腔制动主缸第一腔 85、三腔制动主缸第二腔86和三腔制动主缸第三腔87三个腔室；

所述三腔制动主缸第一腔85上设有三腔制动主缸第一腔进油口79；

所述三腔制动主缸第二腔86上设有第一进油口76和第一出油口80；

所述三腔制动主缸第三腔87上设有第二进油口78和第二出油口82。

技术方案中所述三腔制动主缸第一腔85内设有凸台和带孔的圆柱平板73；所述推杆9 与带孔的圆柱平板73固定连接，并插入到三腔制动主缸第一腔85内；在凸台和带孔的圆柱 平板73之间设有感觉模拟弹簧72；

所述三腔制动主缸第二腔86内设有第一回位弹簧81；

所述三腔制动主缸第三腔87内设有第二回位弹簧83。

技术方案中所述助力缸4上设有补液口41、回油口42和助力缸出油口44；

所述助力缸活塞43将助力缸4分隔成助力缸第一腔45和助力缸第二腔46二个腔室；

所述助力缸出油口44通过油路与三腔制动主缸7上的第一腔进油口79连接；

所述补液口41和回油口42通过油路与油杯6直接相连。

技术方案中所述助力缸活塞43的初始位置在补液口41和回油口42之间，与回油口42 的距离小于1mm。

技术方案中所述第一进油口76和第二进油口78分别与油杯6相连，所述第一出油口80 和第二出油口82分别通过管路ⅠA1、管路ⅡA2与轮缸相连。

技术方案中所述主缸第一活塞71与推杆9末端之间设有间距。

本发明所述的液压助力制动系统的工作原理是：正常制动时，当驾驶员踩下制动踏板8， 转角传感器5自动采集驾驶员的制动意图，并传输给电子控制单元1，电子控制单元1根据 驾驶员的制动意图控制电机2转动，通过滚轴丝杠机构3把旋转运动转换成向前运动，推动 助力缸活塞43向前运动，补液口41可以随时向助力缸第一腔45补液，当助力缸活塞43刚 开始向前移动时，回油口42尚未封闭，但助力缸活塞43的初始位置与回油口42的距离很短， 很快回油口42被活塞43封闭，封闭后在助力缸第二腔46与三腔制动主缸第一腔85之间形 成密闭空间，可以建立油压，当助力缸活塞43继续移动时，使液压助力缸4中制动液通过管 路进入三腔制动主缸第一腔46，使其得到增压，推动主缸第一活塞71和第二活塞77向前移 动，从而实现助力制动。刚开始制动时，由于推杆9与主缸第一活塞71之间有一定间隙，人 力仅仅提供线控信号，并未直接参与助力。继续踩制动踏板8，使得推杆9克服了间隙与主 缸第一活塞71接触，此时人力也加入进来，推动主缸第一活塞71向前移动，与电机2共同 为制动提供助力。相反，当驾驶员停止制动时，电子控制单元1可以根据驾驶员意图控制电 机2反转，使得助力缸活塞43向后运动，使得助力缸第二腔46与三腔制动主缸第一腔85之 间形成的封闭空间油压减小，主缸第一活塞71和第二活塞77在回位弹簧作用下会逐渐回位， 推杆9也会在感觉模拟弹簧72的作用下回到初始位置，当助力缸活塞43越过回油口时，封 闭空间与油杯连接，油压消失，当助力缸活塞43继续回位时，回油口42会自动向助力缸第 二腔46补液，直至助力缸活塞43回到初始位置。

本发明所述的液压助力制动系统进行踏板感觉模拟的原理是：参阅图2，推杆9通过一 个密封良好的孔插入到三腔制动主缸第一腔85中，推杆9与一个带孔的圆柱平板73紧固连 接，带孔的圆柱平板73外围有两个开口，带孔的圆柱平板73与主缸7中部的凸起间有一个 感觉模拟弹簧72,来给驾驶员提供踏板感觉模拟。当驾驶员踩动踏板8时，推杆9向前移动， 带孔的圆柱平板73也会随之向前移动，感觉模拟弹簧72同时被压缩，产生一个反作用力， 作用在在带孔的圆柱平板73上，进而传递到制动踏板8上，使驾驶员能够感受一个反馈力。 由于这个作用力与踏板8的行程成线性关系，所以可以对驾驶员产生良好的踏板感觉，实现 踏板感觉模拟功能。当驾驶员停止制动时，在感觉模拟弹簧72的作用下，制动踏板8也可以 自动回位。

本发明提供的液压助力制动系统的失效备份工作原理是：当助力机构发生故障时，驾驶 员踩下制动踏板8也可以推动推杆9向前运动，克服推杆9与第一活塞71的间隙后，推动主 缸第一活塞71向前移动，实现备份制动；与此同时，助力缸回液口42与油杯6连接，助力 缸第二腔46补液回液也十分容易。松下踏板8时，感觉模拟弹簧72也可以使踏板8回位。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明所述的液压助力制动系统,直接采用电机丝杠结构，将电机的旋转运动转化为活塞 的平动，控制方便灵活，而且取消了开关电磁阀，结构简单，增压响应快。

本发明所述的液压助力制动系统，在失效情况下也能发挥人力作用，进行有效的人力制 动，拥有良好的失效备份功能，保证了极端情况下的制动安全性。

本发明所述的液压助力制动系统，采用压缩弹簧来模拟踏板感觉，能给驾驶员提供良好 的踏板感觉。

本发明所述的液压助力制动系统，踏板与主缸直接相连，与传统机构相比改动较小，而 且电缸通过管路与主缸相连，在整车上可以自由布置，结构灵活。

本发明可以实现小行程线控大行程助力的效果，可以很方便的改装成具有能量回收系统 的制动装置。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的液压助力制动系统结构示意图；

图2是三腔制动主缸内部推杆连接结构示意图；

图中：

1-电子控制单元；2-电机；3-滚轴丝杠机构；4-助力缸；41-补液口；42-回油口；43- 助力缸活塞；44-助力缸出油口；45-助力缸第一腔；46-助力缸第二腔；5-转角传感器；6- 油杯；

7-三腔制动主缸；71-主缸第一活塞；72-感觉模拟弹簧；73-带孔的圆柱平板；74-主缸 端盖；75-密封圈；76-第一进油口；77主缸第二活塞；78-第二进油口；79-三腔制动主缸第 一腔进油口；80-第一出油口；81-第一回位弹簧；82-第二出油口；83-第二回位弹簧；84- 主缸缸体；85-三腔制动主缸第一腔；86-三腔制动主缸第二腔；87-三腔制动主缸第三腔； 8-制动踏板；9-推杆；A1-管路Ⅰ；A2-管路Ⅱ

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供的液压助力制动系统，包括电子控制单元1、电机2、滚轴丝杠机构3、助力 缸4、转角传感器5、油杯6、三腔制动主缸7、感觉模拟弹簧72、带孔的圆柱平板73、制动 踏板8、推杆9等。制动踏板8与推杆9之间刚性紧固连接，推杆9通过主缸端盖74的通孔 插入到三腔制动主缸第一腔85，推杆9与带孔的圆柱平板73紧固连接，带孔的圆柱平板73 两侧有两个开口，用来保持平板两侧油压相同，使推杆能正常移动。带孔的圆柱平版73与主 缸中部的凸起间有一个感觉模拟弹簧72,来给驾驶员提供踏板感觉模拟。助力缸活塞43与滚 轴丝杠机构3刚性连接，助力缸出油口44通过油路与三腔制动主缸第一腔进油口79连接， 补液口41和回油口42通过油路与油杯6直接相连，助力缸活塞43的初始位置在补液口41 和回油口42之间，与回油口42的距离很近，大约1mm。油杯6与主缸第一进油口76和第二 进油口78分别相连，第一出油口80和第二出油口82分别通过A1、A2管路与轮缸相连。

本发明提供的液压助力制动系统有两种工作模式：正常制动模式和备份制动模式。

在正常制动模式下，当驾驶员踩下制动踏板8，转角传感器5自动采集驾驶员的制动意 图，并传输给电子控制单元1，电子控制单元1根据驾驶员的制动意图控制电机2转动，通 过滚轴丝杠结构3把旋转运动转换成向前运动，推动助力缸活塞43向前运动，补液口41可 以随时向助力缸第一腔45补液，当助力缸活塞43刚开始向前移动时，回油口42尚未封闭， 但助力缸活塞43的初始位置与回油口42的距离很短，很快回油口42被活塞封闭，封闭后在 助力缸第二腔46与三腔制动主缸第一腔85之间形成一个密闭空间，可以建立油压，当助力 缸活塞43继续移动时，使助力缸第二腔46中的制动液通过管路进入三腔制动主缸第一腔85， 使其得到增压，推动主缸第一活塞71和主缸第二活塞77向前移动，从而实现助力制动。刚 开始制动时，由于推杆9与主缸第一活塞71之间有间隙，人力仅仅提供线控信号，并未参与 助力。继续踩制动踏板8，使得推杆9克服了间隙与主缸第一活塞71接触，此时人力也加入 到制动系统，与电机2共同为三腔制动主缸7提供助力。相反，当驾驶员停止制动时，电子 控制单元1可以根据驾驶员意图控制电机2反转，使得助力缸4向后运动，助力缸第二腔46 容积变大，使得助力缸第二腔46与三腔制动主缸第一腔85之间形成的封闭空间体积增大， 油压减小，主缸第一活塞71和主缸第二活塞77分别在第一回位弹簧81和第二回位弹簧83 的作用下会逐渐回位，制动踏板8也会在感觉模拟弹簧72的作用下回到初始位置，当助力缸 活塞43向后运动越过回油口时，之前形成的封闭空间通过回油口42与油杯6连接，油压消 失。当助力缸活塞43继续回位时，回油口42会自动向助力缸第二腔46补液，直至助力缸活 塞43回到初始位置。

当电机2发生故障，不能运动时，备份制动模式自动开启。驾驶员踩下制动踏板8也可 以推动推杆9向前运动，当推杆9克服了与主缸第一活塞71的间隙后直接与主缸第一活塞 71接触，可以推动主缸第一活塞71和主缸第二活塞77向前移动，人力制动可以顺利进行， 实现备份制动；与此同时，三腔制动主缸第一腔73通过助力缸第二腔46与油杯6连接，补 液回液也十分容易。此模式保证了在故障条件下的有效制动，为整车的安全性提供了保障。

三腔制动主缸7的内部结构是本专利的一个重点，下面结合图2详细介绍下三腔制动主 缸7的内部结构。如图2，该系统包括主缸第一活塞71、感觉模拟弹簧72、带孔的圆柱平板 73、主缸端盖74、密封圈75、第一进油口76、主缸第二活塞77、第二进油口78、三腔制动 主缸第一腔进油口79、第一出油口80、第一回位弹簧81、第二出油口82、第二回位弹簧83、 主缸缸体84、三腔制动主缸第一腔85、三腔制动主缸第二腔86、三腔制动主缸第三腔87、推 杆9等。本三腔制动主缸7为三腔式主缸，三腔制动主缸第二腔86和第三腔87与传统双腔 式串联主缸结构原理基本相同，这里重点介绍第一腔内部结构。推杆9通过一个密封良好的 主缸端盖74伸入到第一腔中，但与主缸第一活塞71之间有一定的间距。主缸端盖74与主缸 缸体84之间通过螺纹连接，之间有一个密封圈75进行密封。推杆9与一个带孔的圆柱平板 73固连，带孔的圆柱平板73外侧两个孔用来保持两侧油压相同，带孔的圆柱平板73对推杆 9起到一个导向作用。在带孔的圆柱平板73与三腔制动主缸7内部的凸起之间有一个感觉模 拟弹簧72，当踩下制动踏板8时，推杆9向前移动，带孔的圆柱平板73也随着移动，带孔 的圆柱平板73与凸起之间的感觉模拟弹簧72被压缩，可以产生良好的感觉模拟。在踏板小 行程下，因为推杆9与主缸第一活塞71之间有一定间距，此时人力不直接提供助力，只是提 供一个线控制动的信号，只有助力缸4会单独对三腔制动主缸7进行助力，可以实现小行程 线控的功能。当推杆9移动一段距离与主缸第一活塞71接触后，人力也会直接提供助力，实 现人的助力作用。