CN101423055B - 一种混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车能量再生制动系统的电子制动操纵系统。其目的是解决以利于驾驶员能按传统制动操纵方式制动，再生制动控制系统采集驾驶员的制动信号以及再生制动策略的实施问题。本发明由踏板力输入、踏板力模拟、真空助力以及制动主缸装置组成，所述真空助力装置包括隔膜(3)、由隔膜(3)分隔的真空助力器前腔(2)和真空助力器后腔(4)以及真空助力器壳体(5)；踏板力输入装置和制动主缸装置固定在真空助力器的壳体(5)上，制动主缸活塞(1)与真空助力装置的隔膜(3)连接在一起，制动主缸装置带有与制动主缸(31)相连通的储液杯(32)，踏板力模拟装置通过液压管路和气压管路连接在踏板力输入装置和真空助力装置之间。

Description

一种混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统

技术领域

本发明涉及一种汽车能量再生制动系统的电子制动操纵系统领域。可应用于电动汽车、混合动力汽车等清洁汽车的电子制动操纵系统领域。本发明中的应用对象是具有液压制动系统的车辆。

背景技术

混合动力汽车是指在同一辆汽车中同时采用了电动机和发动机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的一种新型汽车。混合动力汽车具有诸多显著的优点。它既继承了石油燃料发动机高比能量和高比功率的长处，弥补了纯电动汽车续驶里程短的不足，又发扬了纯电动汽车作为“绿色汽车”节能和低排放的优点，显著改善了整车的燃油经济性能和排放性能，达到了两种车辆优点的统一。混合动力汽车整车控制系统可以根据汽车的不同行驶工况，控制发电机或电动机的工作象限，保证储能装置中的能量始终维持在一定的水平，无需停车充电或频繁更换电池。同时，通过对电机的精确控制，混合动力汽车可以回收制动能量，以电能的形式重新存储在储能装置中，实现了能源的再生。这极大提高了车辆的能量利用率。

电子制动操纵系统是混合动力汽车再生制动系统中的关键部件之一。它具有传统真空助力器和制动主缸的功能特性，同时它通过在踏板力输入装置中的执行器活塞杆和真空助力装置中的隔膜及与之相连的制动主缸活塞之间设置空行程和加装踏板力模拟装置可以很容易的实现在小强度制动时，让驾驶员能够轻松的踩下制动踏板，以及通过在真空助力器中集成位移传感器，让再生制动控制系统能够及时采集驾驶员的制动需求信号，通过一定的控制算法然后发出指令让电机产生再生制动力矩，而不需要机械制动力矩。

目前国内在混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统这方面的研究很少，起步也较晚。专利文献的检索也表明这一点，相关的专利文献有：南京理工大学提出的名称为“车轮独立驱动制动与回收制动能量的电控液驱车辆”的专利申请，其申请号为01134128.9，公开号为CN1363479A，申请日为2001.10.31；株式会社爱德克斯提出的名称为“用于车辆的制动装置”的专利申请，其申请号为200710090669.4，公开号为CN101049825A，申请日为2007.10.10；现代自动车株式会社提出的名称为“四轮驱动自动车的再生制动控制方法和装置”的专利申请，其申请号为200410091232.9，公开号为CN1618649A，申请日为2004.11.17；南京理工大学的“车轮独立驱动制动与回收制动能量的电控液驱车辆”主要是涉及一种车轮独立驱动制动与回收制动能量的电控液驱车辆。发动机、液压蓄能器等均安装在车架上，每一车轮上均设置双向变量液压马达，发动机与液压泵连接，液压泵和各液压马达分别通过液压管路与液压蓄能器连接，电控单元接受车轮角速度、油门踏板位置、制动踏板位置、发动机转速、液压蓄能器压力等传感器信号，并控制发动机的运转以及通过高速电磁开关阀控制液压马达。株式会社爱德克斯的“用于车辆的制动装置”主要包括液压制动装置、再生制动装置和制动力替换装置，用液压制动装置产生基础液压以在各车轮处产生基础液压制动力，通过产生受控液压而在车轮处产生受控液压制动力；用再生制动装置在任意车轮处产生再生制动力，用制动力替换装置在制动时用受控液压制动力逐渐替换再生制动力，以实现制动力替换控制的目的，从而通过以处于预定范围内的变化率减少再生制动力以及通过响应与该再生制动力的减少而增加受控液压制动力来确保总制动力。现代自动车株式会社的“四轮驱动自动车的再生制动控制方法和装置”公开了一种四轮驱动电动车的再生制动方法，该电动车配备有前后电动机及带有离合器的手动变速器，当该四轮驱动电动车进行制动操作时，根据离合器是否啮合来对前后轮的再生制动进行不同的控制。其它的专利文献主要研究重点是在控制算法上，还没有查到有关混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统的专利文献，目前混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统在国内还属空白，无人问津。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统，以利于驾驶员能够按照传统的制动操纵方式制动，再生制动控制系统采集驾驶员的制动信号以及再生制动策略的实施。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案，结合附图说明如下：

一种混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统，由踏板力输入装置、踏板力模拟装置、真空助力装置以及制动主缸装置组成，所述的真空助力装置包括隔膜3、由隔膜3分隔的真空助力器前腔2和真空助力器后腔4以及真空助力器壳体5；踏板力输入装置和制动主缸装置固定在真空助力器的壳体5上，制动主缸装置中的制动主缸活塞1与真空助力装置的隔膜3连接在一起，制动主缸装置带有与制动主缸31相连通的储液杯32，踏板力模拟装置通过液压管路和气压管路连接在踏板力输入装置和真空助力装置之间。

所述的踏板力输入装置通过液压管路24分别与踏板力模拟器右端腔室14和制动主缸装置中的储液杯32相连，制动主缸装置中的制动主缸31通过液压管路24与踏板力模拟装置中的环形腔室12相连，真空助力装置中的真空助力器后腔4和真空助力器前腔2分别通过气压管路28与踏板力模拟器的2个出气口27、13相连，真空助力器前腔2还通过气压管路28与真空源相连。

所述的踏板力输入装置包括执行器活塞10、固定在执行器活塞10上的执行器活塞杆7、与执行器活塞10铰接的制动踏板11、套装在执行器活塞杆7上的执行器活塞回位弹簧8和执行器壳体9。

所述的踏板力模拟装置包括模拟器壳体26、模拟器活塞杆22、固定在模拟器活塞杆22上的模拟器活塞16、滑动套筒20以及阀座18，模拟器活塞杆22左端顶靠在踏板行程/力弹簧23右端，模拟器活塞杆22右端依靠固定在其上的挡板19压靠在阀座18上，阀座18在平衡弹簧17的作用下压靠在挡板19和滑动套筒20上，模拟器壳体26上设有与大气相通的进气口15、2个出气口27、13、踏板力模拟器右端腔室14以及环形腔室12。

所述的制动主缸装置包括固定在真空助力器壳体5上的制动主缸31、固定在制动主缸31上并与制动主缸31相连通的储液杯32、位于制动主缸31内的制动主缸活塞1和与制动主缸活塞1左测相连的制动主缸活塞回位弹簧30。

踏板力输入装置中的执行器活塞杆7左端与真空助力器隔膜(3)断开，并且它们之间设置了一个空行程6。

本发明的有益效果：

1.本混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统能够提供类似传统制动系统的踏板行程/输出力特性。

通过电子制动操纵系统的踏板力输入装置、踏板力模拟装置、真空助力装置以及带储液杯(32)的制动主缸装置的联合作用，特别是利用踏板力模拟装置中的踏板行程/力弹簧和踏板行程/制动压力弹簧的作用可以提供与传统真空助力器制动主缸装置类似的踏板行程/力特性以及踏板行程/制动压力特性。

2.本混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统可以解决在小强度制动时，在再生制动系统发出指令只需要电机参与工作，而不需要机械制动系统工作，同时驾驶员必须通过制动踏板信号传给再生制动控制系统时，给传统操纵机构带来的问题。

汽车再生制动系统的电子制动操纵系统通过在踏板力输入装置的执行器活塞杆和真空助力装置的隔膜之间设置空行程，并且在踏板力输入装置和真空助力装置之间加装踏板力模拟装置可以把制动踏板作用于输入装置的力通过踏板力模拟装置传递给真空助力装置，这样既解决了再生制动系统的策略给传统操纵机构带来的问题，同时也让电子制动操纵系统达到了传统操纵机构系统所具有的特性。

3.本混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统可以允许制动液在制动主缸和制动轮缸以及液压调节单元之间流动，且不影响踏板感觉，保持踏板感觉一致性。

汽车再生制动系统的电子制动操纵系统通过在踏板力输入装置的执行器活塞杆和真空助力装置的隔膜之间设置空行程，并且在踏板力输入装置和真空助力装置之间加装踏板力模拟装置可以使由于制动液暂时的压力变化，踏板力模拟器装置通过踏板行程/力弹簧和踏板行程弹簧/制动压力以及制动压力之间形成力平衡来承担其变化，而不影响踏板感觉。

4.本混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统可以在真空助力器失效时，依然提供制动压力。

附图说明

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明：

图1是混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统的结构原理示意图；

图2是混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统制动增压时的结构原理示意图；

图3是混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统制动保压时的结构原理示意图；

图4是混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统制动减压时的结构原理示意图；

图5是混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统的真空助力器失效时制动操纵系统工作时的结构原理示意图。

图中：1.制动主缸活塞，2.真空助力器前腔，3.隔膜，4.真空助力器后腔，5.真空助力器壳体，6.空行程，7.执行器活塞杆，8.执行器活塞回位弹簧，9.执行器壳体，10.执行器活塞，11.制动踏板，12.环形腔室，13.踏板力模拟器出气口，14.踏板力模拟器右端腔室，15.进气口，16.模拟器活塞，17.平衡弹簧，18.阀座，19.挡板，20.滑动套筒，21.踏板行程/制动压力弹簧，22.模拟器活塞杆，23.踏板行程/力弹簧，24.液压管路，25.液压调节单元，26.模拟器壳体，27.踏板力模拟器另一出气口，28.气压管路，29.真空源，30.制动主缸活塞回位弹簧，31.制动主缸，32.储液杯。

具体实施方式

参阅图1，混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统是由踏板力输入装置、踏板力模拟装置、真空助力装置和带储液杯32的制动主缸装置四部分组成。

踏板力输入装置主要是由制动踏板11、执行器活塞10、执行器活塞回位弹簧8、执行器活塞杆7、执行器壳体9组成。制动踏板11的一端与执行器活塞10铰接相连，另一端固定在汽车驾驶室上；执行器活塞10的一端与制动踏板11铰接相连，另一端与执行器活塞回位弹簧8连接；执行器活塞杆7固定在执行器活塞10上；执行器活塞回位弹簧8套在执行器活塞杆7上且两端并不固定。

踏板力模拟装置主要是由模拟器活塞16、挡板19、模拟器活塞杆22、踏板行程/力弹簧23、阀座18、踏板行程/制动压力弹簧21、滑动套筒20、平衡弹簧17、模拟器壳体26、环形腔室12、踏板力模拟器右端腔室14、进气口15、踏板力模拟器出气口13、踏板力模拟器另一出气口27组成。模拟器活塞杆22左端顶靠在踏板行程/力弹簧23右端，右端依靠固定在其上的挡板19压靠在阀座18上；模拟器活塞16固定在模拟器活塞杆22上；挡板19固定在模拟器活塞杆22上；滑动套筒20位于模拟器壳体26内并且依靠踏板行程/制动压力弹簧21的作用压靠在阀座18左侧的；阀座在平衡弹簧17的作用下压靠在固定于模拟器活塞杆22上的挡板19和滑动套筒20，并与挡板19之间形成通气口，与滑动套筒20之间形成通气口；踏板行程/制动压力弹簧21的一端顶靠在模拟器壳体26上，另一端顶靠在滑动套筒20上，其用于反映踏板行程与制动压力之间的关系；踏板行程/力弹簧组23的一端顶靠在模拟器壳体26上，另一端顶靠在模拟器活塞杆22上，其用于反映踏板行程与踏板输入力之间关系；在模拟器壳体26上具有与踏板力输入装置相连的踏板力模拟器右端腔室14，与制动主缸31相连的环形腔室12，与大气相通的进气口15，与真空助力器前腔2相连的踏板力模拟器出气口13，与后腔4相连的踏板力模拟器另一出气口27。

真空助力装置主要是由真空助力器前腔2、真空助力器后腔4、隔膜3、真空助力器壳体5组成。真空助力器前腔2通过气压管路28与真空源29相连；隔膜3把真空助力器前腔2和真空助力器后腔4隔开，并且与制动主缸活塞1固定连接在一起；真空助力器壳体5左端与制动主缸31固定，右端与踏板力输入装置的执行器壳体9固定连接。

带储液杯32的制动主缸装置主要是由储液杯32、制动主缸活塞1、制动主缸活塞回位弹簧30、制动主缸31组成。制动主缸31固定在真空助力器壳体5上，储液杯32固定在制动主缸31上并与制动主缸31相连；制动主缸活塞1位于制动主缸31内，右端与真空助力器隔膜3固定相连，左端与制动主缸活塞回位弹簧30相连。

踏板力输入装置通过执行器壳体9与真空助力装置的真空助力器壳体5固定连接，且带储液杯的制动主缸装置通过制动主缸31与真空助力装置的真空助力器壳体5固定连接。踏板力输入装置通过液压管路24与踏板力模拟器右端腔室14相连，踏板力输入装置通过液压管路24与带储液杯32的制动主缸装置中的储液杯32相连，制动主缸31通过液压管路24与踏板力模拟装置中的环形腔室12相连，真空助力装置中的真空助力器后腔4通过气压管路28与踏板力模拟器另一出气口27相连，真空助力器前腔2通过气压管路28与真空源和踏板力模拟器出气口13相连，此时混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统的踏板力输入装置、踏板力模拟装置、真空助力装置和带储液杯32的制动主缸装置四大部分整体组合在一起。

混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统的工作模式主要是制动增压模式、制动保压模式、制动减压模式、在制动踏板行程一定时，制动液从轮缸流向主缸模式、在制动踏板行程一定时，制动液从主缸流向轮缸模式、真空助力器失效时，电子制动操纵系统的失效工作模式，下面分别说明这些工作模式。

参阅图2、图3、图4，说明混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统的制动增压、保压、减压模式。当驾驶员踩下制动踏板11时，执行器壳体9内的执行器活塞10克服执行器活塞回位弹簧8的作用力把制动液通过液压管路24压入踏板力模拟器右端腔室14，于是模拟器活塞16与模拟器活塞杆22在制动液的推动下克服踏板位移/力弹簧23和平衡弹簧17(平衡弹簧产生的作用力极小)的作用一起向左移动，此时固定在模拟器活塞杆22上的挡板19离开阀座18形成一个开口，于是大气通过入口15和挡板19与阀座18形成的开口，以及踏板力模拟器另一出气口27、气压管路28进入真空助力器后腔4。因此真空助力器后腔4的压力上升，真空助力器的前腔2和后腔4形成压力差，推动隔膜3以及与之相连的主缸活塞1向左移动。由于体积的变化制动主缸31中的制动液压力上升，于是制动压力分两部分，一部份通过液压管路24和液压调节单元25进入轮缸；另一部份通过液压管路24进入踏板力模拟装置的环形腔室12中。此时，制动轮缸中的制动压力不断上升，系统处于增压阶段(参阅图1)；由于环形腔室12中的制动压力不断上升，使之产生的作用力和平衡弹簧17的作用力平衡弹簧产生的作用力极小能够克服踏板位移/制动压力弹簧21的作用推动滑动套筒20向左移动，此时阀座18在平衡弹簧的作用下向左移动压靠在滑动套筒20上，则使得阀座18与挡板19之间形成的进气开口越来越小直到关闭。若此时制动踏板的行程不再变化，则由于阀座18与挡板19之间形成的进气开口关闭使得真空助力器后腔4的压力不再上升，真空助力器前腔2与后腔4的压力差也不再增加则使得隔膜3与制动主缸活塞1不再向左移动，因此，制动主缸31中的压力保持一定，即系统处于保压阶段(参阅图2)；当驾驶员解除制动时，制动踏板11松开，执行器活塞10在执行器活塞回位弹簧8的作用下向右移动，于是踏板力模拟器装置右端腔室14的压力下降，此时，模拟器活塞杆22在踏板位移/力弹簧23的作用下向右移动，因此，挡板19与压靠在其上面的阀座18一起向右移动，使得阀座18与滑动套筒20之间形成一个开口，于是，真空助力器后腔4的空气经过气压管路28、踏板力模拟器出气口27、阀座18与滑动套筒20之间形成的开口、踏板力模拟器出气口13、气压管路28进入真空助力器的前腔2，由于真空助力器前腔2和后腔4的压力差变小，使得隔膜3和与之相连的制动主缸活塞1在制动压力和制动主缸活塞回位弹簧30的作用下向右移动，于是引起制动主缸31中的制动压力下降，最终引起与制动主缸31相连的环形腔室12中的制动压力下降。由于环形腔室12中的制动压力下降使得它对滑动套筒20的作用力减小，因此，在踏板位移/制动压力弹簧21的作用下滑动套筒20向右移动，使得它与阀座18之间形成的开口越来越小直到关闭。只有当真空助力器前腔2与后腔4的压力差为零时，制动主缸活塞1不再移动，其中的制动压力恢复为零，此时，踏板位移/制动压力弹簧21把滑动套筒20以及阀座18推移到最右端，执行器活塞回位弹簧8把执行器活塞10推到最右端。此时，整个系统恢复到未制动时的初始位置，解除制动完毕。

参阅图3、结合图2和图4，在制动踏板11行程保持一定时，即系统处于保压状态时，整个系统的处于图3所示状态。若制动轮缸的制动液在电动液压泵的作用下使得制动液从制动轮缸流向制动主缸31时，使得制动主缸31的制动液压力暂时上升，从而引起与制动主缸31相连的环形腔室12中的制动压力上升，由于环形腔室12中的制动压力不断上升，使之产生的作用力能够克服踏板位移/制动压力弹簧21的作用推动滑动套筒20向左移动，而此时由于模拟器活塞杆22两端的受力不变，其位置也不发生变化，因此，滑动套筒20与阀座18之间形成一个开口，使得真空助力器后腔4中的空气通过气压管路28、踏板力模拟器另一出气口27、滑动套筒20与阀座18之间形成一个开口、踏板力模拟器出气口13、气压管路28进入真空助力器前腔2，使得真空助力器后腔4与真空助力器前腔2的压力差变小，于是引起隔膜3以及与之固定在一起的制动主缸31向右移动，由于制动主缸31容积的变大使得其中的制动压力下降，从而引起与制动主缸31相连的环形腔室12中的制动压力下降，由于环形腔室12中的制动压力不断下降，使之产生的作用力不能够克服踏板位移/制动压力弹簧21的作用，使得滑动套筒20向右移动，而此时由于模拟器活塞杆22两端的受力不变，其位置也不发生变化，因此，滑动套筒20与阀座18之间形成一个开口逐渐变小直到关闭，此时系统处于一个平衡状态。

若制动轮缸的压力不足，需要增加制动压力时，制动主缸31中的制动液流向制动轮缸时，由于制动主缸31压力的下降，引起与制动主缸31相连的环形腔室12中的制动压力下降。由于环形腔室12中的制动压力下降使得它对滑动套筒20的作用力减小，因此，在踏板位移/制动压力弹簧21的作用下滑动套筒20和压靠在其上的阀座18向右移动，使得挡板19与阀座18之间形成的一个开口，于是大气通过入口15、挡板19与阀座18形成的开口、踏板力模拟器另一出气口27、气压管路28进入真空助力器后腔4，因此真空助力器后腔4的压力上升，真空助力器的前腔2和后腔4形成压力差，推动隔膜3以及与之相连的主缸活塞1向左移动。由于体积的变化制动主缸31中的制动液压力上升，于是引起与制动主缸31相连的环形腔室12中的制动压力上升，由于环形腔室12中的制动压力不断上升，使之产生的作用力能够克服踏板位移/制动压力弹簧21的作用推动滑动套筒20向左移动，从而使得阀座18与挡板19之间形成的开口逐渐变小直到关闭。此时系统处于一个平衡状态。

参阅图5、结合图2，真空助力器失效时，当驾驶员踩下制动踏板11，随着制动踏板行程11的增加，使得模拟器活塞右端腔室14的制动液压力不断上升，从而推动模拟器活塞杆22向左移动，模拟器活塞杆22与阀座18分离，大气通过模拟器活塞杆22与阀座18形成的进气口进入真空助力器的后腔4，但由于真空助力器实效，因此，真空助力器并不能形成助力作用从而在制动主缸中形成压力。但是，随着制动踏板11行程进一步增加，空行程6逐渐减少直到消失，此时，踏板力通过执行器活塞杆7直接作用在制动主缸活塞1上，从而形成制动主缸31压力。

Claims (2)

1.一种混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统，由踏板力输入装置、踏板力模拟装置、真空助力装置以及制动主缸装置组成，所述的真空助力装置包括隔膜(3)、由隔膜(3)分隔的真空助力器前腔(2)和真空助力器后腔(4)以及真空助力器壳体(5)；踏板力输入装置和制动主缸装置固定在真空助力器的壳体(5)上，制动主缸装置中的制动主缸活塞(1)与真空助力装置的隔膜(3)连接在一起，制动主缸装置带有与制动主缸(31)相连通的储液杯(32)，其特征在于踏板力模拟装置通过液压管路和气压管路连接在踏板力输入装置和真空助力装置之间，所述的踏板力模拟装置包括模拟器壳体(26)、模拟器活塞杆(22)、固定在模拟器活塞杆(22)上的模拟器活塞(16)、滑动套筒(20)以及阀座(18)，模拟器活塞杆(22)左端顶靠在踏板行程/力弹簧(23)右端，模拟器活塞杆(22)右端依靠固定在其上的挡板(19)压靠在阀座(18)上，阀座(18)在平衡弹簧(17)的作用下压靠在挡板(19)和滑动套筒(20)上，模拟器壳体(26)上设有与大气相通的进气口(15)、2个出气口(27、13)、踏板力模拟器右端腔室(14)以及环形腔室(12)。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力轿车再生制动系统的电子制动操纵系统，所述的制动主缸装置中的制动主缸(31)通过液压管路(24)与踏板力模拟装置中的环形腔室(12)相连，真空助力装置中的真空助力器后腔(4)和真空助力器前腔(2)分别通过气压管路(28)与踏板力模拟器的2个出气口(27、13)相连，真空助力器前腔(2)还通过气压管路(28)与真空源相连，其特征在于所述的踏板力输入装置通过液压管路(24)分别与踏板力模拟器右端腔室(14)和制动主缸装置中的储液杯(32)相连，所述的踏板力输入装置包括执行器活塞(10)、固定在执行器活塞(10)上的执行器活塞杆(7)、与执行器活塞(10)铰接的制动踏板(11)、套装在执行器活塞杆(7)上的执行器活塞回位弹簧(8)和执行器壳体(9)。

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