CN101058311A - 一种汽车用助力制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车制动助力系统，包括制动踏板、制动总泵，还具有助力电机，该助力电机在制动时推动制动总泵推杆，提供制动助力；优选地，所述助力电机的旋转轴与螺母固定联结，该螺母与丝杠配合，所述丝杠直接推动制动总泵推杆。优选地，所述丝杠与制动总泵推杆以球形铰链活动连接。优选地，所述制动踏板的脚踏安装有压力传感器，用于检测是否存在制动力，根据检测结果控制供制动助力的提供。该助力制动系统不受汽车发动机工作状况的影响，特别适用于混合动力汽车等需要取消发动机怠速工况的场合。

Description

一种汽车用助力制动装置

技术领域

本发明涉及汽车技术，具体地说涉及汽车助力制动总泵。

背景技术

随着石油资源的不断减少，节油环保的混合动力汽车的开发成为汽车行业的热点。混合动力汽车属于电动汽车，采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。混合动力系统的最大特点是油、电发动机的互补工作模式。在起步或低速行驶时，车子仅依靠电力驱动，此时汽油发动机关闭，车辆的燃油消耗量是零；当车辆行驶速度升高(一般达40km/h以上)或者需要紧急加速时，汽油发动机和电机同时启动并开始输出动力；在车辆制动时，混合动力系统能将动能转化为电能，并储存在蓄电池中以备下次低速行驶时使用。

由于混合动力汽车采用两套动力系统，因此具有与普通汽车不同的工作特点。其中之一就是取消发动机怠速工况。所谓发动机怠速工况，是指发动机不向外传输动力，仅维持自身及附件(水泵、发电机、机油泵等)以稳定而较低转速运转的工作状况。这种工况通常发生在交通拥堵或车辆空挡滑行时，此时的发动机还要消耗一定的燃油，排放的尾气中有害成分比例也比车辆正常行驶时要大。混合动力车在这种情况下，为了节油及减少排放，通常会强制发动机熄火，称之为取消发动机怠速工况。由于取消发动机怠速工况，给混合动力汽车的助力制动带来了问题。

目前轿车上使用的助力制动总泵绝大部分为真空助力式，其助力作用的大小取决于发动机进气支管内真空度的高低，在发动机熄火时，由于无法获得真空度，将使制动缺少助力，使制动踏板变得很沉重，造成制动困难。

图1示出现有技术中的制动助力系统的原理。

请参看图1，现有技术的助力制动系统包括制动踏板11、真空助力器12、制动总泵14、真空气管13、真空阀15。所述制动踏板11具有脚踏111、固定转轴112、以及与真空助力器12的推杆121连结的加力端113。所述真空助力器12的真空侧连接所述真空气管13，所述真空气管13通过真空阀15连接发动机进气岐管16。发动机进气岐管16在发动机点火后处于相对真空状态，由于一般情况下，真空阀15处于关断状态，所以，发动机进气岐管16的真空状态不会达到所述真空助力器12。当脚踏111受到向下的力后，制动踏板11围绕固定转轴112旋转，其加力端113加力到所述真空助力器12的推杆121上。同时，制动踏板11的动作还可以控制真空阀15打开。所述发动机进气岐管16的真空状态达到所述真空助力器12的真空侧，所述真空助力器12中的金属膜片在推杆121受到的推力，以及真空助力器12的真空侧处于真空状态而产生的气压助力下，推动制动总泵14的推杆(图未示)，制动总泵14获得制动推力。

从上述现有技术的制动助力系统可以看出，现有技术下，制动助力的来源是真空助力器12真空侧获得的真空状态。该真空状态依赖于发动机的工作，如果发动机不工作，则该制动系统无法获得制动助力。由于而混合动力汽车为了节油经常使发动机熄火，处于所述的取消发动机怠速工况的状态，此时将无法提供制动助力，对行车安全产生影响。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种汽车制动助力系统，该制动助力系统不论发动机是否工作都能向制动总泵提供助力。此外，该助力制动系统还具有结构简单，效率高，成本低的优势，能够更为有效可靠的提供刹车助力。

本发明提供的汽车制动助力系统，包括制动踏板、制动总泵，具有助力电机，该助力电机在制动时推动制动总泵推杆，提供制动助力。

优选地，所述助力电机的旋转轴与螺母固定联结，该螺母与丝杠配合，所述丝杠直接推动制动总泵推杆。

优选地，所述丝杠与制动总泵推杆以球形铰链活动连接。

优选地，所述制动踏板的脚踏安装有压力传感器，用于检测是否存在制动力，根据检测结果控制供制动助力的提供。

优选地，所述根据检测结果控制制动助力的提供包括：所述压力传感器检测结果表明制动力大于等于设定的限定值时，电机正向转动，提供制动助力；所述压力传感器检测结果表明制动力小于设定的限定值时，助力电动机停止转动或不转动；当所述传感器检测结果表明制动力等于零，则助力电机反转回到原始位置。

优选地，该汽车制动助力系统具有助力电机控制器，其接收所述压力传感器的检测值，根据检测值进行所述制动力与限定值的关系的判断，以及进行所述对助力电机工作的控制。

优选地，所述助力电机控制器的核心控制器件为单片机。

优选地，所述压力传感器通过运算放大器连接所述单片机的第一模数转换口；所述单片机的第二模数转换口连接表示所述限定值的电压；该单片机通过读取上述模数转换口的输入后，进行所述制动力与限定值之间关系的判断；所述单片机的第一输出端、第二输出端分别连接第一大功率晶体管、第二大功率晶体管的控制端；所述第一大功率晶体管连接于正电源与所述助力电机第一电源端之间；所述第二大功率晶体管连接在负电源和所述助力电机的第一电源端之间；所述助力电机的第二电源端连接电源地；该单片机通过从第一输出端、第二输出端输出高低电平控制电机正反转。

优选地，所述大功率晶体管为金属氧化物半导体场效应管；所述第一大功率晶体管的漏极连接+12V电压，源极连接所述助力电机的第一电源端；所述第二大功率晶体管的漏极连接所述助力电机的第一电源端，源极连接-12V电压。

优选地，该助力制动系统具有报警电路；包括由所述单片机输出端控制的报警灯和报警喇叭；以及相应的检测电路，所述检测电路用于检测该助力制动系统的工作情况，并将检测结果提供给单片机供其判断该汽车助力制动系统的工作状况；若该助力制动系统的工作状况不正常时，则通过报警电路报警。

本发明提供的助力制动系统于现有技术相比，具有如下优点：

1、该助力制动系统不受汽车发动机工作状况的影响。

现有技术下，制动助力的来源是真空助力器获得的真空状态，而该真空状态必须在发动机工作时，从发动机的进气岐管获得，因此，现有技术下，发动机不工作时将使制动助力丧失。对于取消怠速工况的混合动力汽车而言，发动机会频繁停止工作，将使制动助力频繁丧失。本发明中，制动助力来自独立的助力电机，该助力电机的工作不受发动机工作状况的影响，不会出现丧失制动助力的情况。

2、该助力制动系统的机械结构简单，维修方便。

由于现有技术的制动助力需要借助真空助力器，还需要控制真空助力器与发动机之间的阀门，机械结构复杂，控制难度高，并且真空助力器等部件容易出现故障。本发明采用电机直接推动制动总泵推杆，直接实现助力，其机械机械简单直接。因此，本发明提供的制动助力装置机械故障率低，维修方便。

3、本发明的优选实施方式可以对制动助力实现更加灵活的控制。

由于本发明采用电器元件实现制动助力，使该制动助力系统能够拥有更为灵活的控制方式。本发明的优选实施方式中，选择压力传感器作为检测元件进行制动力的检测，使用单片机作为核心控制元件控制电机，为该制动助力系统提供方便灵活的控制方式，例如，该助力制动系统可以根据要求方便的调解助力的大小。通过设定一用于决定在制动踏板承受多大的制动力时开始提供制动助力的限定值，可以方便的控制在多大的制动力的情况下开始提供制动助力，满足不同的需求。现有技术则无法对何时提供制动助力进行控制。在上述优选实时方式下，还可以设置多种检测方式以及设置报警装置，实现对制动助力系统工作状态的检测以及自动报警。

附图说明

图1是现有技术的制动助力系统的原理；

图2是本发明第一实施例的结构原理图；

图3是本发明第一实施例的电器部分原理图；

图4是本发明本发明第一实施例的工作流程图。

具体实施方式

请参看图2，为本发明第一实施例的结构原理图。

图2示出，该汽车制动助力系统包括制动踏板21、助力电机22、制动总泵24、压力传感器25及助力电机控制器28。

所述制动踏板21一端为接收操纵力的脚踏211，另一端为固定转轴212；制动踏板21还具有出力端213，该出力端213与制动总泵推杆23相铰接，当制动踏板21的脚踏212被加力时，其出力端213能够绕所述固定转轴212转动，并加力在制动总泵推杆23上。

所述助力电机22的旋转轴与螺母26固定连接，同时，螺母26还与丝杠27以螺旋副相配合。因此，当助力电机22旋转时，螺母26也跟随其旋转，所述丝杠27由于与固定的螺母26以螺旋副相配合，所以在螺母26旋转的情况下，丝杠27产生前后运动，具体运动的方向由助力电机22的正、反转方向决定。丝杠27与制动总泵24的推杆23以球形铰链连接，丝杠27的运动将推动推杆23产生相应的运动，使助力电机22的旋转运动对制动总泵24的运动产生助力效果。丝杠27与制动总泵24的推杆23之间以球形铰链连接的目的，是由于在制动工作期间，丝杠27与所述制动总泵24的推杆23不能够保持在一条直线上，球形铰链可以使两者的连接在空间上有一定的自由度。

所述压力传感器25安装在制动踏板21的脚踏211上，该压力传感器25的输出与助力电机控制器28电连接。该压力传感器25的检测值用于供所述助力电机控制器28判断何时启动助力电机，进行制动助力。

在本助力制动系统中，具有以助力电机控制器28、助力电机22、压力传感器25为主构成的电路部分。本实施例电路部分的原理图如图3所示。所述助力电机控制器28接收压力传感器25的检测值，并根据该检测值判断制动力与预先设定值的关系，进而根据判断结果对助力电机22的动作进行控制，实现制动助力。为实现上述电器控制过程，本实施例的助力电机控制器28以单片机31为核心控制器件，此外还具有检测信号输入、输出控制电路和临界值电压产生电路等外围电路，这些电路与该单片机31共同构成助力电机控制器28，实现所述检测和控制；此外，本实施例还具有若干辅助电路，包括用于检测制动助力系统的工作状况的检测电路以及在工作状态异常时进行报警的报警电路。以下对该助力制动系统的电器部分进行说明。

如图3所示，所述压力传感器25的检测值通过由运算放大器34及其外围电路组成的放大电路输出到单片机31的模数转换口A/D1。

为了获得用于进行比对的临界值，单片机31的另一个模数转换口A/D2外接临界值产生电路35输出的临界值电压。所述临界值产生电路35是由加有+5V电压的电阻和电位器组成的串联电路，电阻和电位器的中间节点获得的电位提供给所述模数转换口A/D2，该电位就是所述临界值电压。调整所述电位器，可以获得不同的所述临界值用于该助力制动系统的控制。所述单片机控制器可以将A/D1口输入的检测值和A/D2口输入的临界值转换为数字值后进行比较，根据比较结果进行助力制动控制。

所述单片机31的输出端子D02、D03分别用于输出助力电机22的正、反转控制信号。上述信号分别输出到大功率晶体管32和大功率晶体管33的控制端，用于控制上述晶体管的导通、截至。在本实施例中，所述大功率晶体管采用金属氧化物半导体场效应管(MOSEFT)。其中，大功率晶体管32的漏极连接+12V电压，源极连接所述助力电机的电源端A；大功率晶体管33的源极连接-12V电压，漏极连接所述助力电机22的电源端A；为了保护所述大功率晶体管，上述大功率晶体管的漏极、源极之间反向并联有保护二极管。所述助力电机22的另一电源端接地。当D02输出高电平时，将使所述大功率晶体管32导通，所述助力电机22获得+12V电压，实现正向转动。当D03输出高电平时，将使所述大功率晶体管33导通，使所述助力电机22获得-12V电压，实现反向转动。因此，该单片机31能够根据需要控制助力电机22的正转、反转。

此外，本实施例中还具有报警电路，该报警电路作为该助力制动系统的辅助电路，用于在助力制动系统出现故障时及时进行报警，包括视觉报警和听觉报警。

如图3所示，所述单片机31的输出端D01连接继电器35的线圈J1，该继电器35的触点K1与报警灯38串联在+12V与电源地之间。当该输出端D01输出高电平时，所述继电器35的线圈J1得电，使触点吸合，报警灯得电而发光报警。所述单片机31的输出端D04通过运算放大器36组成的运算放大电路连接报警喇叭37。当输出端D04输出高电平时，报警喇叭37将得电而发出报警声音。

为了获得该制动助力系统的工作状况，可以使用多种检测元件对该助力制动系统进行检测，检测结果可以输出到单片机31的输入端。例如，可以检测所述助力电机22的运动情况，并将检测结果输入到单片机31的输入端。使单片机22对助力电机22的工作状况进行判断。如果助力电机22在应当旋转式没有旋转，则报警。由于对该制动助力系统的检测方式有多种可以选择的方案，本实施例中没有提供具体的检测方法，本领域的技术人员可以根据需求方便的设置不同的检测点和具体检测方式，例如，所述A/D2口获得的临界值电压异常时，也可以进行报警。

结合上述制动助力系统的组成部分的介绍，以下说明本制动助力系统的工作过程。

请参看图4，该图为本发明第一实施例的工作流程图。

制动开始时(步骤41)，制动踏板21的压力传感器25检测加在踏板111上的压力，并将该检测值传送到所述助力电机控制器28。所述助力电机控制器28读取该检测值(步骤S42)。若该检测值为零，则控制助力电机22反转直至回到起始位置停止，此时，制动总泵24与制动踏板21在踏板回位弹簧及液压管路中液压油压力差的共同作用下回到原始位置，制动系统不动作(步骤S45)；若所述检测值大于零，则助力电机控制器28将该检测值与设定的限定值比较(步骤S43)；若大于限定值，则助力电机22正向转动，推动制动总泵24的推杆23，提供制动助力(步骤S44)；若否，则电机不转动或者停止转动(在先前已经转动的情况下)(步骤S46)。当制动开始后，助力电机控制器28会不断地读取踏板压力，并进行上述步骤S42、步骤S43的判断，并根据判断结果，控制助力电机22进行上述操作。由于临界值可以调整，因此，可以根据使用者的不同需求设置不同的临界值，从而产生不同的助力效果。例如体弱者可以将临界值设定为较小值，此时制动助力在较小的制动力时就开始提供，制动助力作用将较强。

由于该制动助力机构的助力强度大小只受助力电机控制器28的控制而与汽车发动机是否工作、转速高低无关，因此不会发生助力忽大忽小的现象。

以上实施例是本发明提供的最优实施例，但并不意味着不能采取其他方式实现本发明提出的基本思想。对于本发明而言，其基本思想在于：直接将电动机的动力用于为制动总泵推杆提供助力。而现有技术是采用发动机进气岐管的真空状态，通过真空助力器向制动总泵提供助力。与现有技术相比，本发明提供的技术方案能够更为简洁的实现制动助力，特别适合于混合动力汽车等由于取消怠速工况而经常无法提供真空度的汽车。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种汽车制动助力系统，包括制动踏板、制动总泵，其特征在于，具有助力电机，该助力电机在制动时推动制动总泵推杆，提供制动助力。

2、根据权利要求1所述的汽车制动助力系统，其特征在于，所述助力电机的旋转轴与螺母固定联结，该螺母与丝杠配合，所述丝杠直接推动制动总泵推杆。

3、根据权利要求2所述的汽车制动助力系统，其特征在于，所述丝杠与制动总泵推杆以球形铰链活动连接。

4、根据权利要求1所述的汽车制动助力系统，其特征在于，所述制动踏板的脚踏安装有压力传感器，用于检测是否存在制动力，根据检测结果控制供制动助力的提供。

5、根据权利要求4所述的汽车制动助力系统，其特征在于，所述根据检测结果控制制动助力的提供包括：所述压力传感器检测结果表明制动力大于等于设定的限定值时，电机正向转动，提供制动助力；所述压力传感器检测结果表明制动力小于设定的限定值时，助力电动机停止转动或不转动；当所述传感器检测结果表明制动力等于零，则助力电机反转回到原始位置。

6、根据权利要求5所述的汽车制动助力系统，其特征在于，具有助力电机控制器，其接收所述压力传感器的检测值，根据检测值进行所述制动力与限定值的关系的判断，以及进行所述对助力电机工作的控制。

7、根据权利要求6所述的汽车制动助力系统，其特征在于，所述助力电机控制器的核心控制器件为单片机。

8、根据权利要求7所述的汽车助力制动系统，其特征在于，所述压力传感器通过运算放大器连接所述单片机的第一模数转换口；所述单片机的第二模数转换口连接表示所述限定值的电压；该单片机通过读取上述模数转换口的输入后，进行所述制动力与限定值之间关系的判断；所述单片机的第一输出端、第二输出端分别连接第一大功率晶体管、第二大功率晶体管的控制端；所述第一大功率晶体管连接于正电源与所述助力电机第一电源端之间；所述第二大功率晶体管连接在负电源和所述助力电机的第一电源端之间；所述助力电机的第二电源端连接电源地；该单片机通过从第一输出端、第二输出端输出高低电平控制电机正反转。

9、根据权利要求8所述的汽车助力制动系统，其特征在于，所述大功率晶体管为金属氧化物半导体场效应管；所述第一大功率晶体管的漏极连接+12V电压，源极连接所述助力电机的第一电源端；所述第二大功率晶体管的漏极连接所述助力电机的第一电源端，源极连接-12V电压。

10、根据权利要求8所述的汽车助力制动系统，其特征在于，该助力制动系统具有报警电路；包括由所述单片机输出端控制的报警灯和报警喇叭；以及相应的检测电路，所述检测电路用于检测该助力制动系统的工作情况，并将检测结果提供给单片机供其判断该汽车助力制动系统的工作状况；若该助力制动系统的工作状况不正常时，则通过报警电路报警。

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