CN102862484A - 一种电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统涉及液压制动技术。其制动踏板(3)与真空助力器(5)输入推杆相连，制动主缸(9)与真空助力器(5)输出推杆相连，真空助力器(5)前腔用真空源接头(6)与电动真空泵相连，制动主缸(9)前腔与制动回路A相连，制动主缸(9)后腔与制动回路B相连，制动主缸(9)与储油杯(7)相连，制动主缸(9)前腔与制动回路A共接主缸压力传感器A(8)、后腔与制动回路B共接主缸压力传感器B(40)，所述制动回路A、制动回路B由ABS系统液压回路加入踏板模拟器A(12)、踏板模拟器B(1)、踏板模拟器隔离阀A(11)、踏板模拟器隔离阀B(2)、再生制动开关阀A(10)、再生制动开关阀B(4)组成。其目的是使驾驶员按传统方式进行制动操纵，保持良好的制动踏板感觉，为最大程度的回馈制动能量提供硬件平台，并提供失效保护模式。

Description

一种电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车液压制动系统。可应用于纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池等清洁汽车的再生制动能量回馈用液压制动系统领域。本发明中的应用对象是具有X型或前后型制动管路布置形式的液压制动系统的车辆。

背景技术

再生制动能量回馈是指汽车在制动和滑行过程，把原来由传统摩擦制动系统或发动机反拖以热能形式消耗的动能或势能，变成利用电机制动把部分动能或势能转化成电能并储存起来的过程。作为电动汽车关键控制技术之一，再生制动能量回馈能够有效提高整车能量利用效率、延长电动汽车续驶里程、减少传统摩擦系统磨损、降低大气污染。目前对于液压再生制动能量回馈系统，急需解决再生制动能量回馈的充分性、制动踏板感觉的舒适性、制动强度的一致性、电液复合制动过程的协调性以及失效保护等技术问题。

针对上述关键技术，可以通过控制算法提高再生制动能量回馈的效率、改善踏板感觉舒适性、制动强度一致性、电液复合制动的协调性，但如果再生制动能量回馈基于高效的硬件执行平台，则可以大大简化控制算法的复杂程度，同时能够进一步优化上述性能。

若再生制动能量回馈基于并联混合制动硬件平台，由于受到制动安全性法规约束和液压系统参与制动，则电机再生制动能力不能充分利用；若再生制动能量回馈基于采取空行程混合制动硬件平台，则驾驶员的驾驶习惯和踏板感觉会产生一定的变化。若再生制动能量回馈基于制动主缸和制动轮缸完全耦合的混合制动硬件平台，则制动轮缸在压力变化过程中会影响制动主缸的压力变化继而影响驾驶员制动感觉的舒适性。若再生制动能量回馈虽然基于混合串联制动硬件平台，但如果其压力调节装置不能对轮缸压力进行精细调节，则在电液混合制动过程中，很难保证制动强度的一致性和电液复合制动的协调性。

专利检索可知，清华大学申请了公告号CN 101837773 A，名称为基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统的发明专利。公布了一种基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，在制动主缸中的一个出油管路上设置一主缸压力传感器，在压力调节器中的一个前轮轮缸处设置一轮缸压力传感器，主缸压力传感器、轮缸压力传感器信号均反馈给制动控制器，驱动电机由整车控制器控制，制动控制器和整车控制器进行can通讯。压力调节前控制左前轮-右后轮、右前轮-左后轮两路制动油路。运用驱动电机回馈制动力矩进行制动能量回馈，运用VDC/VSC/ESP压力调节器实现轮缸压力增加、保持、减小，保证行驶安全性，可以实现回馈制动与ABS、ASR、ESP集成控制。

德国博世公司申请了公告号CN 101754894 A，名称为具有电子压力调节功能的液压制动系统的发明专利。公布了一种用于车辆的具有电子压力调节功能的液压制动系统。这种制动系统除了包括用于操作制动系统的主制动缸之外，还包括多个车轮制动器以及用于根据车辆的危急行驶状态来调节车轮制动器上的制动压力的液压组件。为此，所述液压组件配备有带有可制动的电磁阀的增压器以及电子控制装置。此外，在液压组件上形成输送压力介质的通道以及液压接口。具有用于车轮制动器的四个接口的常规液压组件中，在这些接口中的至少一个接口上连接液压附加负载，其中，给该附加负载加载液压可以与车轮制动器的操作相独立地进行。所述附加液压负载可以是摩擦离合器，该摩擦离合器将车辆与挂车连接且其压紧力能够根据存在的液压进行改变。

德国大陆公司申请了公告号CN 1946600 A，名称为用于操作机动车制动装置的制动操纵单元的方法的发明专利。公布了一种用于操作“线控制动”型机动车制动装置的制动操纵单元的方法，该制动操纵单元包括：根据驾驶员愿望即可借助于制动踏板又可借助于电子控制单元操纵的制动助力器，其中设置有用于在“线控制动”操作方式中使制动踏板与制动助力器之间的力传递连接分离的装置；连接在制动助力器后面的主制动缸；用于检测驾驶员减速愿望的装置；与制动踏板共同作用的踏板行程模拟器，通过该踏板行程模拟器可在“线控制动”操作方式中与制动助力器的操纵无关地模拟作用在制动踏板上的复位力，该踏板行程模拟器可在“线控制动”操作方式中在制动踏板与制动助力器之间的力传递连接分离的情况下接通，并在“线控制动”操作方式之外的情况下断开。为了在再生制动过程中使与制动踏板联接的活塞杆的端部和制动助力器的控制阀的控制活塞之间在结构上确定的轴向间隙“a”最小化，提出在其中不希望进行制动助力器控制的制动踏板的预定的操纵行程被走过期间，就在制动踏板与制动助力器之间的力传递连接出现之前实施与软件相关的技术措施，这些措施防止制动踏板与制动助力器之间的力传递连接。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，其目的是使驾驶员按传统方式进行制动操纵，保持良好的制动踏板感觉，为制动过程中回馈制动能量提供硬件平台，并提供失效保护模式的一种电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统。

本发明采用以下技术方案，包括制动踏板、真空助力器、主缸压力传感器、制动主缸、制动回路A、制动回路B、偏心电机，前述的制动踏板与真空助力器输入推杆相连，制动主缸与真空助力器输出推杆相连，真空助力器前腔用真空源接头与电动真空泵相连，制动主缸前腔与制动回路A相连，制动主缸后腔与制动回路B相连，制动主缸与储油杯相连，制动主缸前腔与制动回路A共接主缸压力传感器A、后腔与制动回路B共接主缸压力传感器B，其制动回路A中制动主缸前腔与右后轮增压阀d端相连，右后轮增压阀c端与右后轮制动器相连，右后轮增压阀与单向阀C并联，同时制动主缸前腔与踏板模拟器切断阀A a端及再生制动开关阀A d端相连，踏板模拟器切断阀A b端与踏板模拟器A相连，再生制动开关阀A c端与左前轮增压阀d端相连，左前轮增压阀c端与左前轮制动器相连，单向阀D与左前轮增压阀并联连接，右后轮减压阀b端和左前轮减压阀b端分别与右后轮制动器、左前轮制动器连接，右后轮减压阀a端和左前轮减压阀a端与低压蓄能器A连接，并通过单向阀B连接到液压泵A的输入口a，液压泵A的输出口b通过单向阀A与高压缓冲室A的一端连接，高压缓冲室A的另一端分别于再生制动开关阀A c端和左前轮增压阀d端连接；制动回路B中制动主缸后腔与左后轮增压阀d端相连，左后轮增压阀c端与左后轮制动器相连，左后轮增压阀与单向阀F并联，同时制动主缸后腔与踏板模拟器切断阀B a端及再生制动开关阀B d端相连，踏板模拟器切断阀B b端与踏板模拟器B相连，再生制动开关阀B的c端与右前轮增压阀d端相连，右前轮增压阀c端与右前轮制动器相连，单向阀E与右前轮增压阀并联，左后轮减压阀b端和右前轮减压阀b端分别与左后轮制动器、右前轮制动器连接，左后轮减压阀a端和右前轮减压阀a端与低压蓄能器B连接，并通过单向阀H连接到液压泵B的输入口a，液压泵B的输出口b通过单向阀G与高压缓冲室B的一端连接，高压缓冲室B的另一端分别于再生制动开关阀B c端和右前轮增压阀d端连接。

本发明，在ABS液压系统制动回路A中制动主缸前腔和左前轮增压阀、右后轮增压阀形成的总回路之间串入了再生制动开关阀A，在制动主缸前腔和再生制动开关阀A之间加装了踏板模拟器A，并且在踏板模拟器A与制动主缸前腔和再生制动开关阀A之间串入了踏板模拟器隔离阀A；在制动回路B中制动主缸后腔和右前轮增压阀、左后轮增压阀形成的总回路之间串入了再生制动开关阀B，在制动主缸后腔和再生制动开关阀B之间加装了踏板模拟器B，并且在踏板模拟器B与制动主缸后腔和再生制动开关阀B之间串入了踏板模拟器隔离阀B。

分别把制动回路A中的左前轮增压阀、左前轮减压阀、右后轮增压阀、右后轮减压阀，制动回路B中的右前轮增压阀、右前轮减压阀、左后轮增压阀、左后轮减压阀使用线性阀。通过在上述制动回路A、制动回路B中加装踏板模拟器A和踏板模拟器B及相应的阀体组件，使整个液压制动系统形成一个串联混合制动硬件平台，使制动主缸和制动轮缸可以解耦，保持制动强度一致性，同时提供失效保护模式。

本发明的有益效果：

1. 能够模拟传统制动系统的制动特性，并保持良好的制动踏板感觉。在再生制动能量回馈过程中，由于制动主缸和制动轮缸部分解耦，因此利用踏板模拟器来提供制动踏板感觉。

2. 能够扩大电机的再生制动能力。在再生制动能量回馈过程中，通过关闭再生制动开关阀A、再生制动开关阀B,打开踏板模拟器隔离阀A、踏板模拟器隔离阀B，能够优先保证电机再生制动能量回馈为主，液压摩擦制动为辅，从而增加电机的再生制动回馈的工作区域。

3. 能够在再生制动系统不工作或失效时提供充足的四轮液压制动力矩。在行车制动过程中，若再生制动系统因为保护作用不允许充电，或者再生制动系统因为故障原因不能充电时，本发明所提供的液压制动系统通过阀体组件有效保证提供充足的四轮液压制动力矩。

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是本发明结构原理示意图；

图2是本发明在电机制动能量回馈力矩能够满足总制动力矩需求时，前轴为纯电制动模式时的结构原理示意图；

图3是本发明在电机制动力矩不能够满足总制动力矩需求时，前轴为纯电制动模式，后轴为液压摩擦制动模式时的结构原理示意图；

图4是本发明在电机制动力矩不能够满足总制动力矩需求时，前轴为电液混合制动模式，后轴为液压摩擦制动模式时的结构原理示意图；

图5是本发明前轴开始为电液混合制动模式，随着电机制动力矩的增加，前轴液压制动力矩逐渐减少，电机制动力矩逐渐增加时的结构原理示意图；

图6是本发明再生制动能量回馈系统失效或再生制动能量回馈系统不工作时的结构示意图。

图中：1.踏板模拟器B，2.踏板模拟器隔离阀B，3.制动踏板，4.再生制动开关阀B，5.真空助力器，6.真空源接头，7.储油杯，8.主缸压力传感器A，9.制动主缸，10.再生制动开关阀A，11.踏板模拟器隔离阀A，12.踏板模拟器A，13.高压缓冲室A，14.单向阀A，15.液压泵A，16.单向阀B，17.低压蓄能器A，18.单向阀C，19.右后轮增压阀，20.右后轮制动器，21.右后轮减压阀，22.左前轮减压阀,23.左前轮制动器，24.左前轮增压阀，25.单向阀D，26.单向阀E，27.右前轮增压阀，28.右前轮制动器，29.右前轮减压阀，30.左后轮减压阀，31.左后轮制动器，32.左后轮增压阀，33.单向阀F，34.低压蓄能器B，35.单向阀G，36.液压泵B，37.偏心电机，38.单向阀H，39.高压缓冲室B，40. 主缸压力传感器B。

具体实施方式

结合附图进一步说明本发明。

如图1，包括制动踏板3、真空助力器5、制动主缸9、制动回路A、制动回路B、偏心电机37。前述的制动踏板3与真空助力器5输入推杆相连，制动主缸9与真空助力器5输出推杆相连，真空助力器5前腔用真空源接头6与电动真空泵相连，制动主缸9前腔与制动回路A相连，制动主缸9后腔与制动回路B相连，制动主缸9与储油杯7相连，制动主缸9前腔与制动回路A共接主缸压力传感器A8，后腔与制动回路B共接主缸压力传感器B40，所述的制动回路A中制动主缸9前腔与右后轮增压阀19d端相连，右后轮增压阀19c端与右后轮制动器20相连，右后轮增压阀19与单向阀C18并联，同时制动主缸9前腔与踏板模拟器切断阀A11a端及再生制动开关阀A10d端相连，踏板模拟器切断阀A11b端与踏板模拟器A12相连，再生制动开关阀A10c端与左前轮增压阀24d端相连，左前轮增压阀24c端与左前轮制动器23相连，单向阀D25与左前轮增压阀24并联，右后轮减压阀21b端和左前轮减压阀22b端分别与右后轮制动器20、左前轮制动器23连接，右后轮减压阀21a端和左前轮减压阀22a端与低压蓄能器A17连接，并通过单向阀B16连接到液压泵A15输入口a，液压泵A15输出口b通过单向阀A14与高压缓冲室A13的一端连接，高压缓冲室A13的另一端分别与再生制动开关阀A10c端和左前轮增压阀24d端连接；制动回路B中制动主缸9后腔与左后轮增压阀32d端相连，左后轮增压阀32c端与左后轮制动器31相连，左后轮增压阀32与单向阀F33并联，同时制动主缸9后腔与踏板模拟器切断阀B2a端及再生制动开关阀B4d端相连，踏板模拟器切断阀B2b端与踏板模拟器B1相连，再生制动开关阀B4c端与右前轮增压阀27d端相连，右前轮增压阀27c端与右前轮制动器28相连，单向阀E26与右前轮增压阀27并联，左后轮减压阀30b端和右前轮减压阀29b端分别与左后轮制动器31、右前轮制动器28连接，左后轮减压阀30a端和右前轮减压阀29a端与低压蓄能器B34连接，并通过单向阀H35连接到液压泵B36输入口a，液压泵B36输出口b通过单向阀G38与高压缓冲室B39的一端连接，高压缓冲室B39的另一端分别与再生制动开关阀B4c端和右前轮增压阀27d端连接。

在制动回路A中制动主缸9前腔和左前轮增压阀24、右后轮增压阀19之间串入了再生制动开关阀A10，在制动主缸9前腔和再生制动开关阀A10之间加装了踏板模拟器A12，在踏板模拟器A12与制动主缸9前腔和再生制动开关阀A10之间串入了踏板模拟器隔离阀A11；在制动回路B中制动主缸9后腔和右前轮增压阀27、左后轮增压阀32之间串入了再生制动开关阀B4，在制动主缸9后腔和再生制动开关阀B4之间加装了踏板模拟器B1，在踏板模拟器B1与制动主缸9后腔和再生制动开关阀B4之间串入了踏板模拟器隔离阀B2。

左前轮增压阀24、左前轮减压阀22、右后轮增压阀19、右后轮减压阀21，右前轮增压阀27、右前轮减压阀29、左后轮增压阀32、左后轮减压阀30分别使用线性阀。

图1以前轮驱动和X型布置形式的为例，电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统的工作模式主要是常规制动模式、前轴为纯电制动模式、前轴为电液混合制动模式、再生制动能量回馈系统失效制动模式，下面分别说明这些工作模式。

参阅图2，制动过程中，再生制动开关阀A 10和再生制动开关阀B 4关闭，踏板模拟器隔离阀A 11和踏板模拟器隔离阀B 2开启，制动主缸9的制动液通过踏板模拟器隔离阀A 11和踏板模拟器隔离阀B 2进入踏板模拟器A12和踏板模拟器B1，再生制动控制器得出所需的总制动力矩，电机控制器得出最大再生制动能量回馈力矩，电池管理系统得出最大允许的充电功率，最后再生制动控制器得出电机的实际再生制动能量回馈力矩，并由电机实施再生制动。

参阅图3，制动过程中，若驾驶员增加制动踏板3的开度，则再生控制器综合得出电机最大再生制动能量回馈力矩不能满足驾驶员的制动需求，则再生控制器根据制动力分配原则得出电机实际再生制动能量回馈力矩和摩擦制动力矩，并由电机和液压制动器分别实施再生制动和摩擦制动。此时，踏板模拟器隔离阀A 12和踏板模拟器隔离阀B 1，再生制动开关阀A 10和再生制动开关阀B 4，左后轮增压阀19、右后轮增压阀32处于不工作状态，左前轮增压阀24、右前轮增压阀27保持关闭，从而使得制动液从制动主缸9通过左后轮增压阀19、右后轮增压阀32流向左后轮制动器20、右后轮制动器31，当达到期望的制动压力后，左后轮增压阀19、右后轮增压阀32保持关闭。

参阅图4，制动过程中，若驾驶员进一步增加制动踏板3的开度，则再生控制器根据制动力分配原则得出电机实际再生制动能量回馈力矩和摩擦制动力矩，并由电机和液压制动器分别实施再生制动和摩擦制动。此时，踏板模拟器隔离阀A 12和踏板模拟器隔离阀B 1，再生制动开关阀A 10和再生制动开关阀B 4，左后轮增压阀19、右后轮增压阀32、左前轮增压阀24、右前轮增压阀27处于不工作状态，从而使得制动液从制动主缸9通过左后轮增压阀19、右后轮增压阀32、左前轮增压阀24、右前轮增压阀27、分别流向左后轮制动器20、右后轮制动器31、左前轮制动器23、右前轮制动器28，当达到期望的制动压力后，左后轮增压阀19、右后轮增压阀32、左前轮增压阀24、右前轮增压阀27保持关闭。

参阅图5，制动过程中，若驾驶员保持制动踏板3不变，随着车速的降低，电机最大制动能量回馈力矩逐渐变大，为了尽可能的发挥电机再生制动能力，同时保证制动强度不变，需减少液压摩擦制动力矩，增加电机再生制动能量回馈力矩，则左前轮减压阀22、右前轮减压阀29开启，使制动液从左前轮制动器23和右前轮制动器28通过左前轮减压阀22、右前轮减压阀29流入低压蓄能器17和低压蓄能器34，并最后通过偏心电机37和液压泵15和液压泵36的作用把制动液送入制动主缸9，当达到期望的制动压力后，左前轮减压阀22、右前轮减压阀29处于不工作状态。

参阅图6，在再生制动能量回馈系统故障失效不能正常工作或者由于电机、电池状态使得再生制动能量回馈系统不能进行再生制动能量回馈制动时，则整个系统处于常规工作状态。此时，再生制动开关阀A 10、再生制动开关阀B 4、踏板模拟器隔离阀A 11、踏板模拟器隔离阀B 2处于不工作状态，同时左后轮增压阀19、右后轮增压阀32、左前轮增压阀24、右前轮增压阀27、左前轮减压阀22、右前轮减压阀29、左后轮减压阀21、右后轮减压阀30处于不工作状态。

Claims (3)

1.一种电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统，包括制动踏板(3)、真空助力器(5)、制动主缸(9)、制动回路A、制动回路B、偏心电机（37），前述的制动踏板（3）与真空助力器（5）输入推杆相连，制动主缸（9）与真空助力器（5）输出推杆相连，真空助力器（5）前腔用真空源接头（6）与电动真空泵相连，制动主缸（9）前腔与制动回路A相连，制动主缸（9）后腔与制动回路B相连，制动主缸（9）与储油杯（7）相连，制动主缸（9）前腔与制动回路A共接主缸压力传感器A（8），后腔与制动回路B共接主缸压力传感器B（40），其特征在于：所述的制动回路A中制动主缸(9)前腔与右后轮增压阀(19)d端相连，右后轮增压阀(19)c端与右后轮制动器(20)相连，右后轮增压阀(19)与单向阀C(18)并联，同时制动主缸(9)前腔与踏板模拟器切断阀A(11)a端及再生制动开关阀A(10)d端相连，踏板模拟器切断阀A(11)b端与踏板模拟器A(12)相连，再生制动开关阀A(10)c端与左前轮增压阀(24)d端相连，左前轮增压阀(24)c端与左前轮制动器(23)相连，单向阀D(25)与左前轮增压阀(24)并联，右后轮减压阀(21)b端和左前轮减压阀(22)b端分别与右后轮制动器(20)、左前轮制动器(23)连接，右后轮减压阀(21)a端和左前轮减压阀(22)a端与低压蓄能器A(17)连接，并通过单向阀B(16)连接到液压泵A(15)输入口a，液压泵A(15)输出口b通过单向阀A(14)与高压缓冲室A(13)的一端连接，高压缓冲室A(13)的另一端分别与再生制动开关阀A(10)c端和左前轮增压阀(24)d端连接；制动回路B中制动主缸(9)后腔与左后轮增压阀(32)d端相连，左后轮增压阀(32)c端与左后轮制动器(31)相连，左后轮增压阀(32)与单向阀F(33)并联，同时制动主缸(9)后腔与踏板模拟器切断阀B(2)a端及再生制动开关阀B(4)d端相连，踏板模拟器切断阀B(2)b端与踏板模拟器B(1)相连，再生制动开关阀B(4)c端与右前轮增压阀(27)d端相连，右前轮增压阀(27)c端与右前轮制动器(28)相连，单向阀E(26)与右前轮增压阀(27)并联，左后轮减压阀(30)b端和右前轮减压阀(29)b端分别与左后轮制动器(31)、右前轮制动器(28)连接，左后轮减压阀(30)a端和右前轮减压阀(29)a端与低压蓄能器B(34)连接，并通过单向阀H(35)连接到液压泵B(36)输入口a，液压泵B(36)输出口b通过单向阀G(38)与高压缓冲室B(39)的一端连接，高压缓冲室B(39)的另一端分别与再生制动开关阀B(4)c端和右前轮增压阀(27)d端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统，其特征在于：在制动回路A中制动主缸(9)前腔和左前轮增压阀(24)、右后轮增压阀(19)之间串入了再生制动开关阀A(10），在制动主缸(9)前腔和再生制动开关阀A(10)之间加装了踏板模拟器A(12)，在踏板模拟器A(12)与制动主缸(9)前腔和再生制动开关阀A(10)之间串入了踏板模拟器隔离阀A(11)；在制动回路B中制动主缸(9)后腔和右前轮增压阀(27)、左后轮增压阀(32)之间串入了再生制动开关阀B(4)，在制动主缸(9)后腔和再生制动开关阀B(4)之间加装了踏板模拟器B(1)，在踏板模拟器B(1)与制动主缸(9)后腔和再生制动开关阀B(4)之间串入了踏板模拟器隔离阀B(2)。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车再生制动能量回馈用液压制动系统，其特征在于：左前轮增压阀(24)、左前轮减压阀(22)、右后轮增压阀(19)、右后轮减压阀(21)，右前轮增压阀(27)、右前轮减压阀(29)、左后轮增压阀(32)、左后轮减压阀(30)分别使用线性阀。

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