技术领域
[0001] 本
发明属于车辆工程领域中的
汽车制动装置领域，涉及一种集成式电动助力制动系统。
背景技术
[0002] 随着电动汽车、智能汽车的快速发展，传统的
真空助力器式的液压制动系统已经不能满足要求。由于电动助力制动系统取消了传统汽车上普遍采用的真空助力器，并且可以实现
摩擦制动力和
再生制动力的解耦，且结构简单、布置方便，因此将成为制动系统发展的必然方向。
[0003]
专利CN 104709096A所示系统，其采用蜗轮
蜗杆和
齿轮齿条作为减增扭机构，
蜗轮蜗杆的传动效率低，磨损严重，而且蜗杆的轴向力比较大；而单侧的齿
轮齿条传动方案会产生一定的偏转力，容易导致机构阻力过大甚至卡死。而且人和
电机的作用力不能实现解耦，容易导致系统失效。
[0004] 专利CN 104118416A所示系统，其采用
螺母滚珠
丝杠的单级减速，减速比小，因此对于电机输出功率和输出
扭矩要求较高，因此电机尺寸大、制作成本较高；此外，由于电机的
转子没有固定，因此其可能发生偏转而造成径向力过大。
[0005] 专利CN 106240552A所示系统，其采用直齿圆柱齿轮和螺母滚珠丝杠的两级传动方式，但是由于传动副较多且尺寸大，因此使得整个系统的轴向尺寸较长，不利于整车布置。
发明内容
[0006] 本发明为了克服
现有技术存在的传动方案低效、
传动比小、结构尺寸大的
缺陷，提供了一种集成式电动助力制动系统。
[0007] 一种集成式电动助力制动系统，其特征在于，包括一个电机壳体和一个行星齿轮壳体，以驾驶员制动力输入的方向为前方，电机壳体和行星齿轮壳体之间通过一个中间带有圆形通孔的中端盖固定，行星齿轮壳体前端由一个前端盖盖合，电机壳体内设置有电机，电机包括电机
定子和电机转子，一个中空的阶梯轴状的后端盖的前段为小轴颈段，后端盖的后段为大轴颈段，后端盖的小轴颈段伸入电机壳体内部，电机壳体后端由后端盖的大轴颈段盖合，电机定子固定在电机壳体内部，电机定子内设置有一个带有轴孔的电机转子，电机转子的轴孔套装在后端盖小轴颈段的外圆柱面上，后端盖的大轴颈段的前端面上有垂直于该端面的环状的
轴承固定环，中端盖的后端面上有垂直于该端面的环状的轴承固定环，电机转子通过一个
角接触球轴承支承在后端盖上的轴承固定环内，电机转子通过另一个
角接触球轴承支承在中端盖上的轴承固定环内；行星齿轮壳体内部有一套
行星齿轮组，行星齿轮组包括一个固定在行星齿轮壳体内的齿圈、一个与齿圈同心且位于齿圈的圆周内部的
太阳轮和四个均匀设置在齿圈和太阳轮之间的
行星轮，每个行星轮同时与齿圈和太阳轮
啮合，太阳轮的后端面位于中端盖的圆形通孔内且通过螺钉与电机转子的前端面固定连接，一个螺母为中空的阶梯状回转件，螺母的前段为小轴颈段，螺母的后段为大轴颈段，螺母的内圆柱面加工有弧形
螺旋槽，每个行星轮通过一个行星轮轴与螺母的大轴颈段装配，螺母的小轴颈段通过两个
圆锥滚子轴承支承在行星齿轮壳体内部，一个空心丝杠为中空的圆柱形回转件，空心丝杠的外圆柱面上也加工有弧形螺旋槽，空心丝杠外圆柱面上的弧形螺旋槽与螺母内圆柱面上的弧形螺旋槽相配合形成一条螺旋通道，该螺旋通道中置有多个球形滚珠，空心丝杠、螺母和球形滚珠组成滚珠丝杠机构，一个圆柱形的
踏板推杆的后端穿过空心丝杠的中空部，空心丝杠后端面上沿轴向开有凹槽，一个位于后端盖中空部的助力推杆的前端间隙配合安装在空心丝杠后端面上的凹槽内，踏板推杆前端与一个踏板推杆连接件的后端固定连接，踏板推杆连接件的前端用于连接车辆的制动踏板，一个踏板行程
传感器包括一个踏板行程传感器主体和一个与踏板行程传感器主体滑动配合的滑动磁
铁，踏板行程传感器主体与车架固定连接，滑动
磁铁固定于踏板推杆连接件的后端面与踏板推杆前端面之间，踏板推杆的前端与前端盖的前端面之间设置有一个第一回位
弹簧，助力推杆中部套装有一个回位
块，一个主缸固定在后端盖上，主缸的
活塞推杆伸入后端盖前段的中空部，活塞推杆与助力推杆后端固定连接，主缸的前端面与回位块的后端面之间设置有一个第二回位弹簧，主缸固定在后端盖上，主缸的两个进液口与一个储液罐连接，主缸的一个出液口通过液压管路与一个一号二位二通电磁
阀的进液口连接，主缸的另一个出液口通过液压管路与一个三通
管接头的进液口连接，三通管接头的一个出液口通过液压管路与一个
压力传感器的进液口连接，三通管接头的另一个出液口通过液压管路与一个二号二位二通
电磁阀的进液口连接，一号二位二通电磁阀的出液口通过液压管路与一个液压控制单元的一个进液口连接，二号二位二通电磁阀的出液口通过液压管路与液压控制单元的另一个进液口连接，液压控制单元的四个出液口分别通过
制动液压管路与安装在车辆四个
车轮上的四个
盘式制动器的进液口连接，踏板行程传感器和压力传感器的
信号输出端分别通过数据线与车辆中的
电子控制单元的信号输入端连接，电机、一号二位二通电磁阀、二号二位二通电磁阀和液压控制单元各自的信号接收端分别通过数据线与电子控制单元的输出端连接。
[0008] 进一步的技术方案包括：
[0009] 所述的太阳轮为中空的阶梯状结构，太阳轮前段为小轴颈段，后段为大轴颈段，前段和后段之间留有退刀槽，太阳轮的小轴颈段开有轮齿，大轴颈段以太阳轮的回
转轴线为中心线均匀的开有四个
螺纹孔，电机转子的前端面与太阳轮上的四个
螺纹孔对应的
位置也开有四个螺纹孔，太阳轮的大轴颈段通过螺钉与电机转子的前端面固定连接。
[0010] 踏板推杆前端面上有一个向前伸出的踏板推杆连接轴，踏板推杆连接轴上开有
外螺纹，踏板推杆连接件后端开有
内螺纹，踏板推杆通过踏板推杆连接轴与踏板推杆连接件
螺纹连接，用于传递制动力。
[0011] 所述的助力推杆为一阶梯状圆柱形回转体，助力推杆的前段为大轴颈段，该大轴颈段以助力推杆的回转轴线为中心线开有一圆柱形
盲孔，盲孔内设置有圆柱形的弹性反应盘，弹性反应盘的高度大于助力推杆的盲孔的深度，助力推杆的后段为小轴颈段，该小轴颈段以助力推杆的回转轴线为中心线开有一个螺纹孔，活塞推杆上开有外螺纹，助力推杆的小轴颈段与活塞推杆螺纹连接，助力推杆的大轴颈段间隙配合安装在空心丝杠后端面上的凹槽内。
[0012] 所述的回位块为一中空的圆柱形阶梯状回转件，回位块的前段为大轴颈段，后段为小轴颈段，回位块套装在助力推杆的小轴颈段，回位块的大轴颈段的前端面与助力推杆的大轴颈段的后端面接触，第二回位弹簧设置在主缸的前端面与回位块的小轴颈段的后端面之间。
[0013] 所述的电机定子在其外圆柱面上沿回转轴线方向开有均匀分布的条形槽，电机壳体内在与电机定子对应的位置设置有条形销，电机定子的条形槽和电机壳体内条形销
过盈配合，使电机定子固定在电机壳体内，所述的电机转子在中部设置有凸起，凸起的前侧通过一个角接触球轴承支承在中端盖上，凸起的后侧通过另一个角接触球轴承支承在右端盖上，电机转子与角接触球轴承之间过渡配合安装，角接触球轴承与中端盖和右端盖过渡配合安装。
[0014] 踏板推杆前端的外圆柱面上有圆环状的凸起，第一回位弹簧设置在该圆环状的凸起和前端盖的前端面之间。
[0015] 所述的第一回位弹簧和第二回位弹簧均为圆
锥形弹簧。
[0016] 与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0017] 1.本发明所述的集成式电动助力制动系统，采用中空电机作为动力源，用两级传动机构实现减速增扭作用，并且把电机的转动输出转化为平动输出。第一级传动装置为行星齿轮机构，第二级为滚珠丝杠机构，传动比大、传动
精度高、传动效率高且结构紧凑，显著提高车辆的制动性能。
[0018] 2.本发明的电动助力制动系统不仅仅能提高车辆的制动性能，而且能够实施主动制动、失效备份和制动
能量回收等功能，还能有效地集成
电子稳定程序(ESP)、
自适应巡航控制(ACC)等主动控制技术，实现车辆智能化控制。
[0019] 3.本发明所述的一级传动机构中的行星齿轮架与二级传动机构中的螺母做为一体，因此能够有效的减少零件数，使结构更加紧凑。
[0020] 4.本发明所述的电机壳体做结构处理，使主缸前段可以伸入到后端盖的中空部，有效减小电动助力制动系统的轴向尺寸。
[0021] 5.本发明所述的弹性反应盘放置于助力推杆的盲孔中，包裹性好，防止因径向力过大导致反应盘过度
变形造成的安全隐患。
[0022] 6.本发明所述的集成式电动助力制动系统在现有制动系统的
基础上做了较小改动，方便实车安装，可移植性好，并且易于外接设备进行测试实验。
附图说明
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：
[0024] 图1为本发明所述的一种集成式电动助力制动系统的结构示意图；
[0025] 图2为本发明所述的一种集成式电动助力制动系统中动力耦合部分的结构示意图；
[0026] 图3为本发明所述的一种集成式电动助力制动系统中的太阳轮的等轴测视图；
[0027] 图4为本发明所述的一种集成式电动助力制动系统中的助力推杆的等轴测视图；
[0028] 图5为本发明所述的一种集成式电动助力制动系统中的踏板行程传感器与踏板推杆连接件和踏板推杆的装配关系示意图；
[0029] 图6本发明所述的一种电动助力制动系统所中的压力传感器与三通管接头的连接示意图。
[0030] 图中：1.踏板推杆连接件，2.第一回位弹簧，3.前端盖，4.行星齿轮壳体，5.圆锥滚子轴承，6.行星齿轮轴，7.行星轮，8.中端盖，9.电机壳体，10.角接触球轴承，11.后端盖，12.踏板推杆，13.空心丝杠，14.球形滚珠，15.螺母，16.太阳轮，17.齿圈，18.电机转子，19.电机定子，20.弹性反应盘，21.助力推杆，22.回位块，23.主缸23，24.活塞推杆，25.第二回位弹簧，26.储液罐，27.一号二位二通电磁阀，28.二号二位二通电磁阀，29.液压控制单元，
30.盘式制动器，31.踏板行程传感器主体，32.压力传感器，33.滑动磁铁，34.三通管接头。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图对本发明作出描述：
[0032] 参阅图1，本发明所述的一种集成式电动助力制动系统，包括一个电机壳体9、一个行星齿轮壳体4和一个中端盖8。以驾驶员制动力输入的方向为前方。行星齿轮壳体4的后端面、中端盖8、电机壳体9的前端面都均匀地分布有四个相同规格的螺纹孔，行星齿轮壳体4的后端面、中端盖8、电机壳体9的前端面通过
螺栓螺母连接。行星齿轮壳体4前端由一个前端盖3盖合，两者通过螺钉连接。
[0033] 参阅图1，电机壳体9内设置有电机，电机包括电机定子19和电机转子18，一个中空的阶梯轴状的后端盖11的前段为小轴颈段，后端盖11的后段为大轴颈段，后端盖11的小轴颈段伸入电机壳体9内部，电机壳体9后端由后端盖11的大轴颈段盖合。所述的电机定子19在其外圆柱面上沿回转轴线方向开有均匀分布的条形槽，电机壳体9内在与电机定子19对应的位置设置有条形销，电机定子19的条形槽和电机壳体9内条形销过盈配合，使电机定子19固定在电机壳体9内。
[0034] 参阅图1，电机定子19内设置有一个带有轴孔的电机转子18，电机转子18的轴孔套装在后端盖11小轴颈段的外圆柱面上，后端盖11的大轴颈段的前端面上有垂直于该端面的环状的轴承固定环，中端盖8的后端面上有垂直于该端面的环状的轴承固定环，电机转子18通过一个角接触球轴承10支承在后端盖11上的轴承固定环内，电机转子18通过另一个相同规格的角接触球轴承10支承在中端盖8上的轴承固定环内。
[0035] 参阅图1，行星齿轮壳体4内部有一套行星齿轮组，行星齿轮组包括一个固定在行星齿轮壳体4内的齿圈17、一个与齿圈17同心且位于齿圈17的圆周内部的太阳轮16和四个均匀设置在齿圈17和太阳轮16之间的行星轮7，每个行星轮7同时与齿圈17和太阳轮16啮合，四个行星轮7既可以绕自身轴线各自自转，又可以绕太阳轮16的回转轴线公转。
[0036] 参阅图1和图3，所述的太阳轮16为中空的阶梯状结构，太阳轮16前段为小轴颈段，后段为大轴颈段，前段和后段之间留有退刀槽，太阳轮16的小轴颈段开有轮齿，大轴颈段以太阳轮16的回转轴线为中心线均匀的开有四个螺纹孔，电机转子18的前端面与太阳轮16上的四个螺纹孔对应的位置也开有四个螺纹孔，太阳轮16的大轴颈段通过螺钉与电机转子18的前端面固定连接。
[0037] 参阅图1，一个螺母15为中空的阶梯状回转件，螺母15的前段为小轴颈段，螺母15的后段为大轴颈段，螺母15的内圆柱面加工有弧形螺旋槽，每个行星轮7通过一个行星轮轴6与螺母15的大轴颈段装配，螺母15的小轴颈段通过两个圆锥滚子轴承5支承在行星齿轮壳体4内部，一个空心丝杠13为中空的圆柱形回转件，空心丝杠13的外圆柱面上也加工有弧形螺旋槽，空心丝杠13外圆柱面上的弧形螺旋槽与螺母15内圆柱面上的弧形螺旋槽相配合，形成一条螺旋通道，该螺旋通道中置有多个球形滚珠14，空心丝杠13、螺母15和球形滚珠14组成滚珠丝机构。螺母15绕其自身轴线自转时，推动滚珠14在螺旋通道中滚动，推动空心丝杠13沿其轴向进行移动。
[0038] 参阅图1和图2，一个圆柱形的踏板推杆12的后端穿过空心丝杠13的中空部，空心丝杠13后端面上沿轴向开有凹槽。所述的助力推杆21为一阶梯状圆柱形回转体，助力推杆21的前段为大轴颈段，该大轴颈段以助力推杆21的回转轴线为中心线开有一圆柱形盲孔，盲孔内置有圆柱形的弹性反应盘20，弹性反应盘20的高度大于助力推杆12的盲孔的深度，助力推杆21的后段为小轴颈段，该小轴颈段以助力推杆21的回转轴线为中心线开有一个螺纹孔，活塞推杆24上开有外螺纹，助力推杆21的小轴颈段与活塞推杆24螺纹连接，助力推杆
21的大轴颈段间隙配合安装在空心丝杠13后端面上的凹槽内。
[0039] 参阅图5，踏板推杆12前端面上有一个向前伸出的踏板推杆连接轴，踏板推杆连接轴上开有外螺纹，踏板推杆连接件1后端开有内螺纹，踏板推杆12通过踏板推杆连接轴与踏板推杆连接件1螺纹连接，用于传递制动力。
[0040] 参阅图5，一个踏板行程传感器包括一个踏板行程传感器主体31和一个与踏板行程传感器主体31滑动配合的滑动磁铁33，踏板行程传感器主体31与车架固定连接，滑动磁铁33固定于踏板推杆连接件1的后端面与踏板推杆12前端面之间，并且可以拧动踏板推杆连接件1将滑动磁铁33夹紧。滑动磁铁33可以随踏板推杆12沿其轴向移动而踏板行程传感器主体31保持不动，即可测出两者相对位移量，即踏板推杆12的位移量。所述的踏板行程传感器选用MTS-RP系列的行程传感器，
外壳为
铝成型外壳，强度高，满足实车使用环境。
分辨率为2μm，测量行程为25-4975mm，满足实车使用要求。
[0041] 参阅图1和图2，踏板推杆12前端的外圆柱面上有圆环状的凸起，圆锥形的第一回位弹簧2设置在该圆环状的凸起和前端盖3的前端面之间。助力推杆21中部套装有一个回位块22，所述的回位块22为一中空的圆柱形阶梯状回转件，回位块22的前段为大轴颈段，后段为小轴颈段，回位块22套装在助力推杆21的小轴颈段，回位块22的大轴颈段的前端面与助力推杆21的大轴颈段的后端面接触。
[0042] 参阅图1，一个主缸23固定在后端盖11上，主缸23的活塞推杆24伸入后端盖11前段的中空部，活塞推杆24与助力推杆21后端为固定的螺纹连接，主缸23的前端面与回位块22的小轴径段后端面之间设置有一个圆锥形的第二回位弹簧25。
[0043] 参阅图1和图6，主缸23的两个进液口与一个储液罐26连接。主缸23的一个出液口通过液压管路与一个一号二位二通电磁阀27的进液口连接，主缸23的另一个出液口通过另一条液压管路与一个三通管接头34的进液口连接。三通管接头34的一个出液口通过液压管路与一个压力传感器32的进液口连接，所述的压力传感器32选用KELLER-21Y系列的压力传感器，量程为0-30MPa，线性精度为±0.25％FS。三通管接头34的另一个出液口通过另一条液压管路与一个二号二位二通电磁阀28的进液口连接。一号二位二通电磁阀27的出液口通过液压管路与一个液压控制单元29的一个进液口连接，二号二位二通电磁阀28的出液口通过另一条液压管路与液压控制单元29的另一个进液口连接。两个二位二通电磁阀型号为LD8705H常开型电磁阀，最高工作压力为250bar，工作
电压为24VDC。液压控制单元29的四个出液口分别通过液压管路与安装在车辆四个车轮上的四个盘式制动器30的进液口连接。
[0044] 参阅图1，踏板行程传感器31和压力传感器32的信号输出端分别通过数据线与车辆中的电子控制单元的信号输入端连接，电机、一号二位二通电磁阀27、二号二位二通电磁阀28和液压控制单元29各自的信号接收端分别通过数据线与电子控制单元的输出端连接。
[0045] 本发明所述的一种集成式电动助力制动系统的工作原理：
[0046] 1.电动助力功能：
[0047] 电动助力功能是本发明所述的一种集成式电动助力制动系统的最基本的一项功能。如图1所示，当驾驶员踩下制动踏板时，踏板推杆连接件1平动，推动踏板推杆12向右移动，此时踏板行程传感器监测出踏板推杆12的位移量，将位移量信号发送给ECU，ECU将位移量信号进行处理，根据助力特性曲线得出中空电机此时需要的助力值，将控制命令发送给电机，电机根据指令运转，电机的转子带动太阳轮16、行星齿轮7、行星齿轮轴6、螺母15、空心丝杠13运动。空心丝杠13与踏板推杆12一起向右平动，推动弹性反应盘20、助力推杆21、回位块22、活塞推杆24向右运动，从而在主缸23内建立制动液压力。主缸23中的制动液经过制动管路和两个二位二通电磁阀流入液压控制单元29，再经过制动管路流入盘式制动器30中，建立制动压力。
[0048] 由于本发明所述的一种集成式电动助力制动系统的传动机构是行星齿轮机构与滚珠丝杠机构的结合，因此系统可以获得较大的减速比，从而降低了对电机的性能要求；在系统进行持续制动时，由于电机可以输出稳定的转速和转矩，因此可以获得良好的制动感觉；此外，当
防抱死制动系统(ABS)启动时，本发明所述的电动助力制动系统不仅可以通过调节液压控制单元29实现对液压力的调节，还可以通过调节电机的输出转速与转矩进行调节，从而优化ABS的响应时间和动态表现。
[0049] 2.再生制动功能
[0050] 对于装有再生制动装置的车辆，当车辆只需要再生制动装置产生的再生制动力来完成制动时，本发明所述的一种集成式电动助力制动系统的ECU发出相应的控制指令使一号二位二通电磁阀27、二号二位二通电磁阀28关闭，此时主缸23中的制动液不会作用于盘式制动器30，即常规的制动模式不参与制动工作。
[0051] 由于制动踏板与主缸23之间通过踏板推杆连接件1、踏板推杆12，弹性反应盘20、助力推杆21、活塞推杆24连接，因此主缸23中的制动压力可以经过上述零部件反作用于制动踏板，形成制动感觉的反馈，不需要专
门设置踏板感觉
模拟器来模拟制动感觉。此外，本发明所述的一种集成式电动助力制动系统还能通过调节电机的动作来进行踏板感觉的调节。
[0052] 当车辆需要较大的制动减速度时，如果系统判断得出再生制动力和摩擦制动共同工作来满足车辆对制动力的要求时，ECU发出控制指令使一号2位2通电磁阀27、二号2位2通电磁阀28开启，在制动器轮缸内产生制动液压力。此时主缸23中的制动液仍然会作用于盘式制动器30，产生摩擦制动力。同时，再生制动装置作用产生再生制动力，两者共同构成汽车制动力。
[0053] 3.失效备份功能
[0054] 当本发明所述的一种集成式电动助力制动系统中的电机或者某个传动件由于故障而失效时，驾驶员踩下制动踏板，仍然可以通过踏板推杆连接件1、踏板推杆12，弹性反应盘20、助力推杆21、活塞推杆24作用到主缸23，从而在主缸23内建立制动液压力，满足汽车对于制动力的最低要求。
[0055] 此外，当二位二通电磁阀失效时，仍可以处于断电开启状态，车辆仍可以实现制动液压力的建立。
[0056] 4.主动制动功能
[0057] 对于安装有测速传感器、测距传感器装置的车辆，当测速传感器、测距传感器测量得知车辆与前方障碍物距离过短，必须采取制动措施防止发生碰撞或其他危险行为时，ECU可以向电机发送相应的控制指令，使电机转子18开始运转，通过太阳轮16、行星轮7、螺母15、空心丝杠13、弹性反应盘20、助力推杆21、活塞推杆24的运动在主缸23内建立制动液压力，同时，电子控制单元可以通过读取压力传感器32传来的制动压力信号，对液压控制单元
29进行调节，对各个盘式制动器30中轮缸的液压力分别调节。实现主动制动功能。
