CN103213570B - 应用于汽车制动能量回收的制动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于汽车制动能量回收的制动控制装置，旨在克服现有技术结构复杂、成本较高并依赖于外国的问题。其机械部分包括有制动主缸、储液杯、溢流阀、高压蓄能器、电机液压泵、行程模拟器、一号至十一号电磁阀与四个轮缸。制动主缸的前腔和二号电磁阀与一号电磁阀p口连接，一号电磁阀a口与行程模拟器接口C连接，二号电磁阀a口和八号电磁阀与九号电磁阀p口连接，八号电磁阀a口与左前轮轮缸连接，九号电磁阀a口与右前轮轮缸连接；二号电磁阀a口和四号电磁阀a口与六号电磁阀p口连接，六号电磁阀a口与电机液压泵进油口连接，六号电磁阀a口和溢流阀出油口与储液杯进油口连接。制动主缸的后腔与前腔一样和其它电磁阀与轮缸连接。

Description

应用于汽车制动能量回收的制动控制装置

技术领域

本发明涉及一种汽车制动系统领域的制动装置，更确切地说，本发明涉及一种应用于汽车制动能量回收的制动控制装置。

背景技术

新能源汽车由于其良好的经济性能且可缓解石油资源危机，其未来发展潜力已引起人们的高度重视，再生制动功能作为其提高经济性能的一个重要因素现已成为一个研究热点。制动能量回收是指在汽车减速或制动时，通过能量转换装置将汽车的一部分机械能转化为其它形式的能量，并储存在储能装置中，同时产生一部分制动力实现汽车的减速或者制动，当汽车再次起动或加速时，能量转换装置将储存于能量储存装置中的能量再次转换为汽车行驶所需要的动能。

对于制动能量回收系统的研究主要集中在国外，国内对此研究较少。为了使所研发的系统能够尽量快的投入生产，国外公司所研制的制动能量回收系统大都基于现有液压调节单元，通过附加装置来实现制动能量回收功能，如日产自动车株式会社的中国专利公布号为CN102224044A，公布日为2011年10月19日，发明名称为“制动装置和制动装置的控制方法”；罗伯特·博世有限公司的中国专利公布号为CN102501841A，公布日为2012年6月20日，发明名称为“用于液压制动系统的操纵单元及其操作方法”；这些系统虽然能实现制动能量回收的功能，但其都是在现有液压调节单元的基础上增加一些机构，比现有传统制动系统要复杂得多，且成本较高。目前也有公司摒弃了现有的液压调节单元，设计出适用于制动能量回收的全新制动系统，如丰田自动车株式会社的中国专利公布号为CN102470833A，公布日为2012年5月23日，发明名称为“制动控制装置以及制动控制方法”，这种制动系统较以上系统结构紧凑，但使用了较多电磁阀，仍稍显复杂。

现有的适用于制动能量回收的制动装置多在传统ESC阀的基础上增加其它零部件，虽然能够较好地实现制动能量回收功能，但这种制动装置结构复杂，成本较高；且国内并未完全掌握ESC阀的关键技术，在其基础上开发的制动装置依然要依赖于外国，因此有必要开发一种自有知识产权的装置，使其零部件数量较少，结构简单，实现踏板感觉模拟和压力调节，这样不但可以实现制动能量回收系统的功能，还可以保证制动能量回收系统的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在结构复杂、成本较高并依赖于外国的问题，提供了一种应用于汽车制动能量回收的制动控制装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置包括有机械部分，所述的机械部分包括有制动踏板、制动主缸、储液杯、溢流阀、高压蓄能器、电机液压泵、行程模拟器、一号电磁阀、二号电磁阀、三号电磁阀、四号电磁阀、五号电磁阀、六号电磁阀、七号电磁阀、八号电磁阀、九号电磁阀、十号电磁阀、十一号电磁阀、左前轮轮缸、右前轮轮缸、左后轮轮缸与右后轮轮缸。所述的制动主缸的前腔出口M和二号电磁阀与一号电磁阀的p口管路连接，一号电磁阀的a口与行程模拟器的接口C管路连接，二号电磁阀的a口和八号电磁阀与九号电磁阀的p口管路连接，八号电磁阀的a口与左前轮轮缸管路连接，九号电磁阀的a口与右前轮轮缸管路连接。二号电磁阀的a口和四号电磁阀的a口与六号电磁阀的p口管路连接，六号电磁阀的a口与电机液压泵的进油口管路连接，六号电磁阀的a口和溢流阀的出油口与储液杯的进油口管路连接。

制动主缸的后腔出口N与三号电磁阀的p口管路连接，三号电磁阀的a口和十号电磁阀与十一号电磁阀的p口管路连接，十号电磁阀的a口与左后轮轮缸管路连接，十一号电磁阀的a口与右后轮轮缸连接。三号电磁阀的a口和五号电磁阀的a口与七号电磁阀的p口管路连接，七号电磁阀的a口与六号电磁阀的a口管路连接，溢流阀的进油口与高压蓄能器的出油口和电机液压泵的出油口管路连接，高压蓄能器的出油口和四号电磁阀与五号电磁阀的p口管路连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置从结构上保证了在制动过程中可以切断主缸与轮缸之间的液压管路，使得驾驶员踩下制动踏板时，主缸内的制动液不会流入制动轮缸，而是流入踏板模拟器中，利用踏板模拟器中的弹簧和活塞的反力模拟驾驶员制动踏板感觉，而制动轮缸增压时制动油液来自高压蓄能器，减压时制动油液直接回到储液杯，因此制动轮缸内的油液与主缸无关，这保证了液压制动力与电机制动力协调过程中驾驶员的踏板感觉不发生变化。

2.本发明所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置利用高压蓄能器对轮缸进行增压，即轮缸增压时高压蓄能器中的油液进入制动轮缸，由于高压蓄能器中的油液压力和最大油液通过流量较大，可以提高制动系统的最大制动力和增压速率，增强制动效果；轮缸减压时，轮缸中的制动液通过制动管路与阀直接流入储液杯，由于储液杯中的制动液压力始终较小，可以满足轮缸减压时的对最大减压速率的要求，因此可以取消传统制动系统中的电机液压泵，简化了制动装置。

3.本发明所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置采用前后轴液压独立控制，前轴两个制动轮缸中制动液压力的变化与后轴轮缸是相互独立的，互不干扰。而制动能量回收在工作过程中，需要根据不同的制动需求，对前后轴轮缸中的制动液压力进行分别控制，因此本发明中采用的前后液压独立控制可以满足制动能量回收功能的要求。本发明利用了较少的电磁阀即可保证制动能量回收系统对液压制动系统的要求，结构简单。

4.本发明所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置可以安装在混合动力汽车和电动汽车的制动系统中，通过精确的制动压力调节，可以让液压制动与电机制动更好的配合，最大程度的发挥电机再生制动的能力，大幅提升混合动力汽车和电动汽车的经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置结构组成及原理的示意图；

图2是本发明所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置中所采用的行程模拟器结构原理的示意图；

图中：1.制动踏板；2.制动主缸；3.储液杯；4.溢流阀；5.高压蓄能器；6.电机液压泵；7.行程模拟器；8.一号电磁阀；9.二号电磁阀；10.三号电磁阀；11.四号电磁阀；12.五号电磁阀；13.六号电磁阀；14.七号电磁阀；15.八号电磁阀；16.九号电磁阀；17.十号电磁阀；18.十一号电磁阀；19.驱动电机；20.整车控制器；21.制动控制器；22.一号压力传感器；23.二号压力传感器；24.三号压力传感器；25.四号压力传感器；26.五号压力传感器；27.六号压力传感器；28.七号压力传感器；29.八号压力传感器；30.踏板行程模拟器；31.左前轮轮缸；32.右前轮轮缸；33.左后轮轮缸；34.右后轮轮缸，35.液压腔，36.小弹簧，37.大弹簧，38.端盖，39.大弹簧座，40.小弹簧座，41.活塞，42.缸体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的应用于汽车制动能量回收的制动控制装置包括有机械部分与控制部分。所述的机械部分包括有制动踏板1、制动主缸2、储液杯3、溢流阀4、高压蓄能器5、电机液压泵6、行程模拟器7、一号电磁阀8、二号电磁阀9、三号电磁阀10、四号电磁阀11、五号电磁阀12、六号电磁阀13、七号电磁阀14、八号电磁阀15、九号电磁阀16、十号电磁阀17、十一号电磁阀18、左前轮轮缸31，右前轮轮缸32，左后轮轮缸33与右后轮轮缸34。所述的控制部分包括有驱动电机19、整车控制器20、制动控制器21、一号压力传感器22、二号压力传感器23、三号压力传感器24、四号压力传感器25、五号压力传感器26、六号压力传感器27、七号压力传感器28、八号压力传感器29与踏板行程模拟器30。

所述的制动踏板1的一（上）端固定在车身上，制动踏板1的一（上）端的左侧面和制动主缸2中的活塞杆右端面接触连接，储液杯3的进出油口与制动主缸2的进出油口管路连接。制动主缸2的前腔出口M与二号电磁阀9的p口管路连接，同时制动主缸2的前腔出口M与一号电磁阀8的p口管路连接；一号电磁阀8的a口与行程模拟器7的接口C管路连接；二号电磁阀9的a口与八号电磁阀15的p口管路连接，八号电磁阀15的a口与左前轮轮缸31连接，同时二号电磁阀9的a口与九号电磁阀16的p口管路连接，九号电磁阀16的a口与右前轮轮缸32连接；二号电磁阀9的a口与四号电磁阀11的a口管路连接，同时二号电磁阀9的a口与六号电磁阀13的p口管路连接，六号电磁阀13的a口与电机液压泵6的进油口管路连接，六号电磁阀13的a口与溢流阀4的出油口管路连接，六号电磁阀13的a口与储液杯3的进油口管路连接。

制动主缸2的后腔出口N与三号电磁阀10的p口管路连接。三号电磁阀10的a口与十号电磁阀17的p口管路连接，十号电磁阀17的a口与左后轮轮缸33连接，同时三号电磁阀10的a口与十一号电磁阀18的p口管路连接，十一号电磁阀18的a口与右后轮轮缸34连接；三号电磁阀10的a口与五号电磁阀12的a口管路连接，同时三号电磁阀10的a口与七号电磁阀14的p口管路连接，七号电磁阀14的a口与六号电磁阀13的a口管路连接。溢流阀4的进油口，高压蓄能器5的出油口和电机液压泵6的出油口管路连接。高压蓄能器5的出油口与四号电磁阀11的p口管路连接，同时高压蓄能器5的出油口与五号电磁阀12的p口管路连接。

在高压蓄能器5出油口设置一号压力传感器22，在制动主缸后腔出口N与三号电磁阀10之间设置二号压力传感器23，在三号电磁阀10与十号电磁阀17（或十一号阀18）之间设置三号压力传感器24，在二号电磁阀9与八号电磁阀15（或九号电磁阀16）之间设置四号压力传感器25，在八号电磁阀15与轮缸31之间设置五号压力传感器26，在九号电磁阀16与轮缸32之间设置六号压力传感器27，在十号电磁阀17与轮缸33之间设置七号压力传感器28，在十一号电磁阀18与轮缸34之间设置八号压力传感器29。在制动踏板1上设置行程传感器30。

电机液压泵6，一号电磁阀阀8至十一号电磁阀18均由制动控制器21控制，一号压力传感器22至行程传感器30采集到的信号都传递到制动控制器21进行分析计算，制动控制器21与整车控制器20通讯来实现再生制动功能。

参阅图2，所述的行程模拟器7包括有：小弹簧36、大弹簧37、端盖38、大弹簧座39、小弹簧座40、活塞41和缸体42。

活塞41从缸体42的活塞孔的开口端装入，活塞的前（右）端与活塞孔形成半封闭的腔室，即液压腔35，可以存储制动液，液压腔35的油道C通往外界油路。活塞41后（左）端受到弹簧的弹力，使其前端压到缸体42上。活塞41的后（左）端依次是小弹簧36，小弹簧座40，大弹簧座39，大弹簧37和端盖38。小弹簧36处于活塞41和小弹簧座40之间，小弹簧36套在小弹簧座40的凸起上。小弹簧座40另一端与大弹簧座39接触，二者是随动的，可以设计为连体，成为一个零件。大弹簧37处于大弹簧座39和端盖38之间，套在大弹簧座39的凸起上。大小弹簧以串连的形式安装。端盖38受到大弹簧的反向弹力，端盖没有密封的要求，可以通过卡簧把端盖38固定在缸体42上。

驾驶员踩下制动踏板1时，制动主缸2中的制动液通过油道C进入液压腔35中，推动活塞41，对小弹簧36和大弹簧37进行压缩。被压缩的弹簧产生反力，并通过制动液传递到制动踏板1上，使驾驶员感受到的踏板力力与传统制动系统相同。

一种应用于汽车制动能量回收的制动控制装置的工作过程如下：

制动过程中由制动控制器（BCU）21采集一号压力传感器22、二号压力传感器23、三号压力传感器24、四号压力传感器25、五号压力传感器26、六号压力传感器27、七号压力传感器28、八号压力传感器29与踏板行程模拟器30的信号，并通过整车控制器21（HCU）得到驱动电机19能产生的最大制动力Tm0，制动控制器（BCU）21经过计算识别出驾驶员的制动意图，并得到前后轴目标液压制动力T1，T2以及目标电机制动力Tm。前后轴目标液压制动力T1和T2是由制动控制器（BCU）21直接控制电磁阀8-18及电机液压泵6得到，目标电机制动力Tm则是由制动控制器（BCU）21传送给整车控制器（HCU）20，并由整车控制器（HCU）20控制驱动电机（M）19得到。

当前轴需要增压时，制动控制器（BCU）21控制四号电磁阀11打开，六号电磁阀13关闭，使高压蓄能器中的高压油液进入前轮轮缸，当后轴需要增压时，制动控制器（BCU）21控制五号电磁阀12打开，七号电磁阀14关闭，使高压蓄能器中的高压油液进入后轮轮缸；当前轴需要保压时，制动控制器（BCU）21控制四号电磁阀11和六号电磁阀13关闭，前轴压力保持不变，当后轴需要保压时，制动控制器（BCU）21控制五号电磁阀12和七号电磁阀14关闭，后轴压力保持不变；当前轴需要减小制动压力时，制动控制器（BCU）21控制四号电磁阀11关闭，六号电磁阀13打开，前轴轮缸中的制动液通过六号电磁阀13进入储液杯3，当后轴需要减小制动压力时，制动控制器（BCU）21控制五号电磁阀12关闭，七号电磁阀14打开，后轴轮缸中的制动液通过七号电磁阀14进入出液杯3。

八号电磁阀15和九号电磁阀16作为轮缸压力控制阀用来控制前轴两个轮缸压力以不同变化率进行变化，而十号电磁阀17和十一号电磁阀18作为轮缸压力控制阀用来实现后轴两个轮缸压力以不同变化率进行变化。例如，当前轴两轮缸左前轮缸31需要增压而同时右前轮缸32需要减压时，先关闭右前轮轮缸32的九号电磁阀16，打开四号电磁阀11，使左前轮轮缸31增压；待左前轮轮缸31压力变化到目标值后，八号电磁阀15关闭，四号电磁阀11关闭，九号电磁阀16打开，六号电磁阀13打开，使右前轮轮缸32减压。

对于以上所有的制动状态而言，其增压时的油液均来自于高压蓄能器5，而减压时油液直接流回储液杯3，其增压，保压和减压过程都与主缸内的压力无关，因此制动过程中，轮缸压力的变化不会引起驾驶员踏板感觉的不舒适性。

当电气系统失效时，所有电磁阀与电机泵均不动作，高压蓄能器中的高压油无法给轮缸增压，这时驾驶员踩下制动踏板1，主缸中的油液会通过二号电磁阀9和三号电磁10分别到达前轴和后轴轮缸31-34，产生制动力。因此该制动装置在电气系统失效时依然可以实现制动功能，使汽车减速或者停车，满足法规要求。

当高压蓄能器5中的制动液压力低于低压门限值P1时，液压泵6开始工作，将制动液从储液杯3中抽到高压蓄能器5中，使高压蓄能器5中的制动液压力始终保持有效工作压力；当高压蓄能器5中的制动液压力高于高压门限值P2时，高压蓄能器5中的制动液会打开溢流阀4，进入储液杯3中，从而降低高压蓄能器5中的制动液压力，避免压力过高，而损坏高压蓄能器5。

本发明提出的制动能量回收系统方案可以得到与传统车相同的制动踏板感觉，这是因为：

本发明提出的制动系统方案在制动过程中，二号电磁阀9和三号电磁阀10关闭，切断了主缸与轮缸之间的连接，即主缸与轮缸的压力变化是各自独立，互不影响的；而形成模拟器7可以模拟驾驶员的制动踏板感觉，制动时一号电磁阀8打开，主缸2内的制动液经过一号电磁阀8进入行程模拟器7中，行程模拟器施加反力，模拟驾驶员踏板感觉，当松开制动踏板时，制动液从行程模拟器7经过一号电磁阀8流回主缸2中，使驾驶员踏板感觉舒适。

由以上说明可以看出，通过四号电磁阀11-七号电磁阀14的制动液只有一个流动方向，而通过一号电磁阀8-三号电磁阀10和八号电磁阀15-十一号电磁阀18的制动液有两个流动方向，因此图1中的电磁阀中，二号电磁阀9-七号电磁阀14图标上的箭头为单向箭头，而一号电磁阀8和八号电磁阀15-十一号电磁阀18图标上的箭头为双向箭头。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构，连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种应用于汽车制动能量回收的制动控制装置，包括有机械部分与控制部分，所述的机械部分包括有制动主缸(2)、储液杯(3)、溢流阀(4)、高压蓄能器(5)、电机液压泵(6)、行程模拟器(7)、一号电磁阀(8)、二号电磁阀(9)、三号电磁阀(10)、四号电磁阀(11)、五号电磁阀(12)、六号电磁阀(13)、七号电磁阀(14)、八号电磁阀(15)、九号电磁阀(16)、十号电磁阀(17)、十一号电磁阀(18)、左前轮轮缸(31)、右前轮轮缸(32)、左后轮轮缸(33)与右后轮轮缸(34)；其特征在于，所述的行程模拟器(7)包括有小弹簧(36)、大弹簧(37)、端盖(38)、大弹簧座(39)、小弹簧座(40)、活塞(41)和缸体(42)；

活塞(41)装入缸体(42)中，活塞(41)的右端形成液压腔(35)，液压腔(35)通过油道C与外界油路连接，活塞(41)的左侧依次安装有小弹簧(36)、小弹簧座(40)、大弹簧座(39)、大弹簧(37)和端盖(38)；小弹簧(36)套在小弹簧座(40)的凸起上，小弹簧座(40)另一端与大弹簧座(39)连接成一体，端盖(38)通过卡簧固定在缸体(42)的左端，大弹簧(37)套在大弹簧座(39)的凸起上，大弹簧(37)处于大弹簧座(39)和端盖(38)之间；

制动主缸(2)的前腔出口M和二号电磁阀(9)与一号电磁阀(8)的p口管路连接，一号电磁阀(8)的a口与行程模拟器(7)的接口C管路连接，二号电磁阀(9)的a口和八号电磁阀(15)与九号电磁阀(16)的p口管路连接，八号电磁阀(15)的a口与左前轮轮缸(31)管路连接，九号电磁阀(16)的a口与右前轮轮缸(32)管路连接；二号电磁阀(9)的a口和四号电磁阀(11)的a口与六号电磁阀(13)的p口管路连接，六号电磁阀(13)的a口与电机液压泵(6)的进油口管路连接，六号电磁阀(13)的a口和溢流阀(4)的出油口与储液杯(3)的进油口管路连接；

制动主缸(2)的后腔出口N与三号电磁阀(10)的p口管路连接，三号电磁阀(10)的a口和十号电磁阀(17)与十一号电磁阀(18)的p口管路连接，十号电磁阀(17)的a口与左后轮轮缸(33)管路连接，十一号电磁阀(18)的a口与右后轮轮缸(34)连接；三号电磁阀(10)的a口与五号电磁阀(12)的a口与七号电磁阀(14)的p口管路连接，七号电磁阀(14)的a口与六号电磁阀(13)的a口管路连接，溢流阀(4)的进油口、高压蓄能器(5)的出油口和电机液压泵(6)的出油口管路连接，高压蓄能器(5)的出油口与四号电磁阀(11)与五号电磁阀(12)的p口管路连接；

所述的控制部分包括驱动电机(19)、整车控制器(20)、制动控制器(21)、一号压力传感器(22)、二号压力传感器(23)、三号压力传感器(24)、四号压力传感器(25)、五号压力传感器(26)、六号压力传感器(27)、七号压力传感器(28)、八号压力传感器(29)与踏板行程模拟器(30)；

整车控制器(20)与驱动电机(19)采用信号线连接，整车控制器(20)与制动控制器(21)通过信号线连接，电机液压泵(6)、一号电磁阀(8)至十一号电磁阀(18)均与制动控制器(21)通过信号线连接；

一号压力传感器(22)与高压蓄能器(5)出油口管路连接，二号压力传感器(23)和制动主缸后腔出口N与三号电磁阀(10)的P口管路连接，三号压力传感器(24)和三号电磁阀(10)的a口与十号电磁阀(17)的P口管路连接，四号压力传感器(25)与二号电磁阀(9)的a口与八号电磁阀(15)的P口管路连接，五号压力传感器(26)和八号电磁阀(15)的a口管路连接，六号压力传感器(27)和九号电磁阀(16)的a口管路连接，七号压力传感器(28)和十号电磁阀(17)的a口管路连接，八号压力传感器(29)和十一号电磁阀(18)的a口管路连接,行程传感器(30)和制动踏板(1)接触连接。