CN101624049B - 一种汽车电子机械液压制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车电子机械液压制动系统，属于汽车制造技术领域。包括：四个车轮制动执行机构，用于接收电子控制单元的制动信号，并实现对车轮的制动；制动操作机构，用于当驾驶员踩下制动踏板后，踏板感觉模拟器为驾驶员提供踏板感觉，踏板信号传感器采集驾驶员的制动信号；前轮轮速传感器和后轮轮速传感器，用于接收车轮的转速信号；报警灯，用于接收电子控制单元的报警信息，并显示；电子控制单元，用于根据各种接收的信号，计算出对各车轮施加的制动力。本发明的制动系统中，各车轮都有各自独立的车轮制动执行机构，具有更高的可靠性。机械减速比大大降低，具有更高的正、逆效率，控制更加方便；具有很好的扩展性。

Description

一种汽车电子机械液压制动系统

技术领域

本发明涉及一种汽车电子机械液压制动系统，属于汽车制造技术领域。

背景技术

随着汽车技术的发展，线控制动系统逐渐成为汽车制动系统的发展趋势。在线控制动系统中，驾驶员踩制动踏板的动作仅具有提供制动意图信号的作用，制动能量由驾驶员以外的能量源直接提供。线控制动系统的制动效能比传统制动系统的制动效能高，取消了真空助力结构，减小了系统的体积和重量，可以实现主动制动，方便与未来的交通管理系统网络连接。

目前，线控制动系统的技术尚不成熟，还处在不断完善的阶段。目前提出的线控制动的实现方案主要有两种：电子液压制动(EHB)和电子机械制动(EMB)。它们各有优点，但也存在明显的不足。EHB系统依靠高压蓄能器产生制动液压，一旦高压蓄能器失效，如内部氮气泄露，则会严重影响制动系统的制动效能。EHB失效模式的备用制动系统不仅增加了系统的复杂程度，而且由于是人力液压制动系统，其制动效能比较低。EMB系统没有制动液，是纯粹的电子机械制动系统。EMB一般采取的实现方案是依靠轮边电机带动一套行星齿轮减速增扭机构、一套运动转化机构、一套杠杆增力机构直接将制动块压到制动盘上产生制动力。由于这三套减速增扭机构的存在，EMB系统的机械减速比很大，这将降低系统的正、逆效率，从而要求电机具有更大的功率，增加了系统的重量，对电源也提出了更高的要求。另外，大的机械减速比还会使系统的正、逆效率有较大的差距(逆效率小于正效率)，从而加剧机械系统输入输出的迟滞效应，降低了系统的线性度，加大了控制的难度。此外，由于不再使用液压制动，传统的制动器不能在EMB中继续使用，必须开发新的制动器。

发明内容

本发明的目的是提出一种汽车电子机械液压制动系统，基于现有线控制动系统的不足，对EHB和EMB的系统取长补短，综合两者之间的优势，既能够保证制动系统的可靠性，又能够达到制动的功率要求。

本发明提出的汽车电子机械液压制动系统，包括：

四个车轮制动执行机构，用于接收电子控制单元的制动信号，并实现对车轮的制动，车轮制动执行机构通过供电线路与电子控制单元相连；四个车轮制动执行机构安装在车辆车身的底板上；

制动操作机构，由制动踏板、踏板感觉模拟器和踏板信号传感器组成，用于当驾驶员踩下所述制动踏板之后，踏板感觉模拟器为驾驶员提供与传统真空助力制动系统相似的踏板感觉，踏板信号传感器采集驾驶员踩下所述制动踏板产生的制动信号，通过电子线路将该制动信号传递给电子控制单元，制动操作机构安装在车辆驾驶员右脚下侧；

前轮轮速传感器和后轮轮速传感器，用于接收车轮的转速信号，并将转速信号发送至电子控制单元，前轮轮速传感器安装在转向节上，后轮轮速传感器安装在后轴的轴头上；

报警灯，用于接收电子控制单元的报警信息，并显示，报警灯安装于驾驶仪表板上；

电子控制单元，用于接收踏板信号传感器采集的驾驶员踏板信号以及前轮轮速传感器和后轮轮速传感器采集的轮速信号，并根据踏板信号判断驾驶员的制动意图，根据轮速信号计算车轮的滑动率，计算出对各车轮施加的制动力，并控制各个车轮制动执行机构的电机电压，进而控制电机输出扭矩；当系统出现故障时，电子控制单元发出报警信息，使报警灯显示，电子控制单元安装在车辆发动机舱内。

上述制动系统中，所述的车轮制动执行机构由电机、大螺母、推杆座、丝杠、推杆、活塞、活塞缸、活塞缸与制动器之间的液压连接管路和制动器组成，所述的电机通过供电线路与所述的电子控制单元相连；所述的丝杠与电机的输出轴相对固定，丝杠、推杆座和活塞缸同轴安装，活塞缸固定在车辆车身的底板上，通过液压连接管路与制动器连接；所述的丝杠伸入推杆座中，所述的大螺母与丝杠相互啮合，大螺母与推杆座相对固定；推杆座通过所述的推杆与所述的活塞相互联动，活塞置于活塞缸中。

本发明提出的汽车电子机械液压制动系统，其优点是：每个车轮都有各自独立的车轮制动执行机构，即使某个车轮制动执行机构失效，其余的车轮制动执行机构仍能够不受影响地实施制动，因此与采用高压蓄能器的EHB系统相比，具有更高的可靠性。已有的EMB系统采用纯粹的机械减速增扭机构放大电机的输出扭矩提供制动力，本发明的车轮制动执行机构则采用机械减速增扭机构和液压系统一同放大电机的输出扭矩，其中机械减速增扭机构只包括起运动转化作用的滚动螺旋机构，因此与EMB系统相比机械减速比大大降低，具有更高的正、逆效率，对电机功率的要求比EMB系统低，现有的车载电源仍然可以在本发明中使用，系统的线性度比EMB系统好，控制更加方便，而且现有制动器仍然可以在本发明中使用。另外，本发明的制动系统具有很好的扩展性，可以通过增加系统的传感器和控制策略，实现ESP控制。还可以进一步扩展系统的功能，通过和智能交通系统(TMS)一体化，可以实现底盘车身控制，从而达到主动制动的功能。因此本发明具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明制动系统的结构示意图。

图2是制动系统中制动执行机构的结构示意图。

图1和图2中，1是制动踏板，2是踏板感觉模拟器，3是踏板信号传感器，4是车轮制动执行机构，5是轮速传感器，6是报警灯，7是电机，8是大螺母，9是推杆座，10是丝杠，11是推杆，12是活塞，13是活塞缸，14是活塞缸与制动器之间的液压连接管路，15是制动器(盘式制动器或鼓式制动器)，16是活塞密封圈，17是螺栓，18是螺母。

具体实施方式

本发明提出的汽车电子机械液压制动系统，其结构如图1所示，包括：

四个车轮制动执行机构4，用于接收电子控制单元的制动信号，并实现对车轮的制动，车轮制动执行机构通过供电线路与电子控制单元相连；四个车轮制动执行机构安装在车身底板上；

制动操作机构，由制动踏板1、踏板感觉模拟器2和踏板信号传感器3组成，用于当驾驶员踩下所述制动踏板1之后，踏板感觉模拟器2为驾驶员提供与传统真空助力制动系统相似的踏板感觉，踏板信号传感器3采集驾驶员踩下所述制动踏板产生的制动信号，通过电子线路将该制动信号传递给电子控制单元，制动操作机构安装在车辆驾驶员右脚下侧；

前轮轮速传感器和后轮轮速传感器5，用于接收车轮的转速信号，并将转速信号发送至电子控制单元，前轮轮速传感器安装在车辆转向节上，后轮轮速传感器安装在车辆后轴的轴头上；

报警灯6，用于接收电子控制单元的报警信息，并显示，报警灯6安装于车辆驾驶仪表板上；

电子控制单元，用于接收踏板信号传感器采集的驾驶员踏板信号以及前轮轮速传感器和后轮轮速传感器采集的轮速信号，并根据踏板信号判断驾驶员的制动意图，根据轮速信号计算车轮的滑动率，计算出对各车轮施加的制动力，并控制各个车轮制动执行机构的电机电压，进而控制电机的输出扭矩；当系统出现故障时，电子控制单元发出报警信息，使报警灯显示；电子控制单元安装在车辆发动机舱内。

本发明制动系统中，车轮制动执行机构的结构如图2所示，由电机7、大螺母8、推杆座9、丝杠10、推杆11、活塞12、活塞缸13、活塞缸与制动器之间的液压连接管路14和制动器15组成。电机7通过供电线路与所述的电子控制单元相连。丝杠10与电机7的输出轴相对固定，丝杠10、推杆座9和活塞缸13同轴安装，活塞缸13固定在车辆的车身底板上，通过液压连接管路14与制动器15连接。丝杠10伸入推杆座9中。大螺母8与丝杠10相互啮合，大螺母8与推杆座9相对固定。推杆座9通过推杆11与活塞12相互联动，活塞12置于活塞缸13中，活塞12上安装有密封圈16。

本发明制动系统中的踏板信号传感器，可以是踏板行程传感器，也可以是踏板力传感器，或者两者并用。电子控制单元，可以采用Infineon公司的XC164十六位单片机，单片机的电源是车载蓄电池组。

制动执行机构，包括电机、将电机输出的旋转运动转化为直线运动的机构、推杆活塞机构、活塞缸、活塞缸与制动器之间的液压连接管路和制动器，制动器可以采用已有常规的盘式制动器或鼓式制动器。制动执行机构中的将电机输出的旋转运动转化为直线运动的机构在原理上是一个滚动螺旋机构，螺杆即丝杠10是旋转部分，与所述电机的输出轴固定后由电机的输出轴带动旋转；大螺母8是直线运动部分，其与推杆活塞机构的推杆座9通过螺栓或者其他方式连接，本发明的一个实施例中采用螺栓17和螺母18固定。大螺母8推动推杆活塞机构的活塞12在活塞缸13中往复运动。

电子线路包括供电线路和控制信号线路。报警灯在制动系统出现错误的时候会显示报警信息。

以下介绍本发明制动系统的工作过程：

驾驶员踩下制动踏板1后，踏板感觉模拟器2为驾驶员提供与传统真空助力制动系统相似的踏板感觉，踏板信号传感器3采集制动信号并传递给电子控制单元。电子控制单元接收轮速传感器采集的轮速信号，依据ABS控制策略，计算出每个车轮应该施加的制动力大小以及与之对应的每个车轮制动执行机构的电机应该施加电压的大小。通过控制向电机施加的电压的PWM波占空比的大小，实现控制向电机施加电压的大小，从而控制电机的输出扭矩大小。滚动螺旋机构将电机输出的旋转运动转化为直线运动，并起到了减速增扭的作用，使电机的输出扭矩转化为作用在推杆活塞机构上的推力。该推力由制动执行机构中的液压系统(包括活塞缸13、活塞缸与制动器之间的液压连接管路14、制动器15)进一步的放大，并作用在制动器上，由制动器中的制动块作用在制动盘(或制动鼓)上。通过控制电机上施加的电压的大小，达到控制制动器中制动块对制动盘(或制动鼓)压紧力大小的目的，从而控制制动力的大小，实现ABS控制过程。当系统出现故障时，电子控制单元发出报警信息，使报警灯显示。

最后应该说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照具体的实施方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种汽车电子机械液压制动系统，其特征在于该制动系统包括：

四个车轮制动执行机构，用于接收电子控制单元的制动信号，并实现对车轮的制动，车轮制动执行机构通过供电线路与电子控制单元相连；四个车轮制动执行机构安装在车辆车身的底板上，所述的车轮制动执行机构由电机、大螺母、推杆座、丝杠、推杆、活塞、活塞缸和制动器组成，所述的电机通过供电线路与所述的电子控制单元相连；所述的丝杠与电机的输出轴相对固定，丝杠、推杆座和活塞缸同轴安装，所述的活塞缸固定在车辆车身的底板上，通过液压连接管路与制动器连接；所述的丝杠伸入推杆座中，所述的大螺母与丝杠相互啮合，大螺母与推杆座相对固定；推杆座通过所述的推杆与所述的活塞相互联动，活塞置于活塞缸中；

制动操作机构，由制动踏板、踏板感觉模拟器和踏板信号传感器组成，用于当驾驶员踩下所述制动踏板之后，踏板感觉模拟器为驾驶员提供与传统真空助力制动系统相似的踏板感觉，踏板信号传感器采集驾驶员踩下所述制动踏板产生的制动信号，通过电子线路将该制动信号传递给电子控制单元，制动操作机构安装在车辆驾驶员右脚下侧；

前轮轮速传感器和后轮轮速传感器，用于接收车轮的转速信号，并将转速信号发送至电子控制单元，前轮轮速传感器安装在转向节上，后轮轮速传感器安装在后轴的轴头上；

报警灯，用于接收电子控制单元的报警信息，并显示，报警灯安装于车辆驾驶仪表板上；

电子控制单元，用于接收踏板信号传感器采集的驾驶员踏板信号以及前轮轮速传感器和后轮轮速传感器采集的轮速信号，并根据踏板信号判断驾驶员的制动意图，根据轮速信号计算车轮的滑动率，计算出对各车轮施加的制动力，并控制各个车轮制动执行机构的电机电压，进而控制电机输出扭矩；当系统出现故障时，电子控制单元发出报警信息，使报警灯显示，电子控制单元安装在车辆发动机舱内。

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