CN103318162A - 集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，由集成式制动主缸和高压油源组成；集成式制动主缸由制动踏板、压力传感器、踏板感觉模拟器及切断电磁阀、制动助力活塞、制动主缸活塞及回位弹簧组成，高压油源的高压油出口与集成式制动主缸连接，为制动过程提供稳定持续的制动能量。本发明结构紧凑、实现简单，集成度高，改善了车辆制动踏板感觉，正常制动情况下具备主动液压助力功能，在失效情况下具备被动液压助力功能，有效地保证了车辆制动安全，不仅可用于传统车辆线控制动系统，还可广泛的适用于纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车电液复合制动系统。

Description

集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成

技术领域

本发明涉及汽车制动系统，尤其是涉及一种集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成。

背景技术

汽车的制动系统在工作过程中，制动踏板位移反应了司机制动操纵意图，为此，传动汽车电动化改装或电动汽车研发过程中，均需安装制动踏板位移传感器。制动踏板力和制动踏板行程构成的踏板力-行程踏板特性，是评价制动系统制动感觉的重要指标。

纯电动、混合动力和燃料电池电动汽车等电动汽车突出的优点之一是能够实现再生制动能量回收，即在制动时将汽车行驶的部分动能通过传动系统传递给电机，电机以发电方式工作，为电池充电，实现制动能量的再生利用。引入回馈制动后，如何保证车辆制动效能、保持原有制动感觉是电液复合制动系统解决的首要问题。

国外大多由汽车生产厂商和制动安全零部件供应商在其现有制动系统基础进行改造和升级，并成功用于新能源汽车，如Honda开发了具备制动踏板感觉模拟和主缸压力调节功能的集成式制动主缸，其中，制动踏板感觉模拟器由柱形橡胶和弹簧构成，压力调节功能由高压源、调节阀和4个电磁阀等组成，已应用于混合动力车Civic Hybrid；Nissan设计了具有电动助力功能的制动主缸，助力机构由电机及减速机构、滚珠丝杠和轴承，通过控制电机的旋转方向和速度实现主缸压力的控制，同时基于该制动主缸设计了摩擦力制动系统，并设计了与电机回馈制动协调控制流程。

上述系统在传统制动系统结构基础上进行修改，以满足电液复合制动系统要求，并已经应用于新能源汽车。但上述方案中，均利用传统的制动踏板位移传感器来识别司机操作意图，不便于传统制动系统改装，且有的改进后结构较为复杂，对制造工艺要求极高；有的系统要求控制逻辑复杂，实现成本较高；有的仍然保留真空助力器，但需要额外增加真空泵。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成踏板位移测量的，具备主、被动助力的，并可用于电液复合制动的踏板解耦式集成式制动主缸总成。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，由集成式制动主缸和高压油源组成，

所述的集成式制动主缸包括制动踏板、压力传感器、缸体、制动主缸推杆、助力活塞、常关型开关电磁阀、弹簧止回阀、踏板感觉模拟器、主缸活塞、主缸回位弹簧及储油室；

所述的高压油源包括电动泵、高压蓄能器、单向阀、液压传感器和常开型开关电磁阀。

所述的制动主缸推杆上安装所述的制动踏板，制动主缸推杆初始位置处的缸体上开设与储油室连接的第一通孔。

所述的制动主缸推杆与助力活塞在缸体内组成被动助力腔，该被动助力腔通过缸体上开设的第二通孔经所述的常关型开关电磁阀与踏板感觉模拟器连接。

所述的弹簧止回阀前端与踏板感觉模拟器入口连接，后端与缸体上的第二通孔连接。

所述的第二通孔与常关型开关电磁阀、弹簧止回阀间安装有压力传感器。

所述的助力活塞和主缸第一活塞在缸体内组成主动助力腔，该主动助力腔处的缸体上开设第三通孔。

所述的主缸活塞设有两个，分别位于缸体的中部及端部，两个主缸活塞在缸体内组成主缸后腔，该主缸后腔通过缸体上开设的第四通孔与储油室连接，并通过缸体上开设的第五通孔与液压控制单元相连；

设置在缸体中部的主缸活塞与缸体的侧壁组成主缸前腔，该主缸前腔通过缸体上开设的第六通孔与储油室连通，通过缸体上开设的第七通孔与液压调节单元连接。

所述的回位弹簧设有两个，分别连接两主缸活塞及主缸活塞与缸体侧壁。

所述的液压传感器、高压蓄能器、常开型开关电磁阀的入口与气缸上开设的第三通孔连接，常开型开关电磁阀的出口连接储油室，所述的电动泵入口通过单向阀与储油室相连，电动泵的出口通过单向阀与高压蓄能器相连。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)集成式制动主缸总成集成了制动踏板位移测量功能，集成度高，便于传统车辆进行电动化改装成本和难度，并保证了制动系统踏板位移测量的一致性；

2)踏板感觉模拟器可与集成式制动主缸非同轴布置，有效降低轴向长度，结构紧凑、安装灵活；

3)较传统真空助力系统和电机机构助力的复合制动系统相比，集成式制动主缸总成集成了踏板感觉模拟、主被动液压助力功能，结构简单，控制精确，便于实现，成本较低；

4)保证了制动踏板感觉一致性，车辆电液复合制动系统处于何种工作状态，都能够提供良好的制动踏板感觉，制动踏板感觉可根据目标车辆类型通过改变制动踏板感觉模拟器而灵活更改；

5)制动过程中，高压油源能够持续的提供主动液压助力，提高了制动响应速度，有利于精确控制轮缸压力和提高制动效能，在失效状态下具备被动液压助力，能够实现紧急制动；

6)沿用传统制动系统的主缸、储油室等零部件，生产工艺简单、成本较低；

7)扩展性和适用性好，复合制动控制单元经扩展后可具备ESP、自适应巡航等功能，不仅可用于传统车辆线控制动系统，还可广泛应用电纯动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车电液复合制动系统。

附图说明

图1为本的结构示意图；

图2为踏板感觉模拟器的结构示意图。

图1中：101为储油室；102为单向阀；104为单向阀；103为电动泵；105为高压蓄能器；106为液压传感器；107为常开型开关电磁阀；108为常关型开关电磁阀；109为踏板感觉模拟器；110为弹簧止回阀；111为压力传感器；201为制动踏板；202为制动踏板安装轴；203为第一通孔；204为第二通孔；205为第三通孔；206为第四通孔；207为第六通孔；208为第七通孔；209为主缸前腔；210为第二回位弹簧；211为主缸第二活塞；212为第五通孔；213为第一回位弹簧；214为主缸后腔；215为主缸第一活塞；216为主动助力腔；217为助力活塞；218为被动助力腔；219为制动主缸推杆；220为缸体。

图2中：1091为壳体；1092为制动液入口；1093为液压腔；1094为密封圈；1095为活塞；1096为第一弹簧；1097为排气孔；1098为第二弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成的结构如图1所示，结合图1，对本发明的工作状态及其控制模式的工作过程进行详细描述。

一、初始准备状态

在车辆制动系统未上电时，集成式制动主缸总成处于初始状态，此时，未踩下安装于制动踏板安装轴202的制动踏板201，电动泵103未工作，常开型开关电磁阀107打开，高压蓄能器105未建立高压，助力活塞217、主缸第一活塞215和主缸第二活塞211分别第一回位弹簧213和第二回位弹簧210作用下处于缸体220各自运动行程的最右边，即初始位置；被动助力腔218充满常压制动液，制动踏板推杆219处于被动助力腔218最右边，与缸体220的侧壁接触，踏板感觉模拟器109处于初始状态，常关型开关电磁阀108关闭，被动助力腔218与踏板感觉模拟器109连接断开；主动助力腔216通过打开的常开型开关电磁阀107与储油室101相通；制动主缸前腔209、制动主缸后腔214分别通过第六通孔207和第四通孔206与储油室101相通，制动主缸前腔209、制动主缸后腔214分别通过第七通孔208和第五通孔212与液压控制单元相通；整个液压制动子系统各处压力均为零。

制动系统上电后，系统进入准备状态，此阶段持续时间较短，常开型开关电磁阀107关闭，电动泵103经单向阀102后从储油室101抽取制动液并经单向阀104后泵入高压蓄能器105、主动助力腔216，制动主缸第一活塞215和主缸第二活塞211在主动助力腔216作用下左移，分别封闭第四通孔206和第六通孔207，主缸后腔214和主缸前腔209与储油室101断开，并建立起高压；制动控制单元通过采集液压传感器106信号，通过控制电动泵103维持压力的稳定，为之后的制动动作提供主动助力；常关型开关电磁阀108打开，连接踏板感觉模拟器109和被动助力腔218。

二、正常工作状态

图2为踏板感觉模拟器的结构示意图。踏板感觉模拟器109有充气式、弹簧压入式等方案，本发明以包含有两个弹簧的踏板感觉模拟器为实施例，对踏板感觉模拟器作用进行描述。结合图1和图2，对其正常工作状态进行详细阐述。

正常工作时，当驾驶员踩下制动踏板201时，常关型开关电磁阀108已经打开，制动主缸推杆219在制动踏板201作用下左移，被动助力腔218内制动液在制动主缸推杆219作用下通过常关型开关电磁阀108经制动液入口1092进入踏板感觉模拟器109的液压腔1093，排气孔1097与大气相通，活塞1095在液压腔1093制动液作用下左移，依次压缩第二弹簧1098和第一弹簧1096，第二弹簧1098和第一弹簧1096提供反作用力，通过制动液作用于制动主缸推杆219，提供良好的制动踏板感觉；由于主动助力腔216内已经建立起高压，制动主缸推杆219左移时，助力活塞217不会左移，储油室101中的制动液从第一通孔203流入制动主缸推杆219右侧和缸体220间的空隙。电液复合制动系统正常工作工程中，电动泵103和高压蓄能器105持续地为四个制动轮缸的压力调节提供高压制动液。

活塞1095上安装有密封圈1094，与壳体1091对液压腔1093进行密封，避免制动液泄露。

制动控制单元通过采集压力传感器111信息，可以得到司机制动操作意图和制动需求，制动踏板反馈力由制动踏板感觉模拟器109提供，而制动轮缸压力通过液压控制单元进行调节，即制动踏板操作与制动管路压力实现了解耦，不论车辆电液复合制动系统处于何种工作状态，都能够提供良好的制动踏板感觉。更改制动踏板感觉模拟器109的设计，可为不同目标车型提供不同的制动踏板感觉。下面对制动操作意图识别进行详细阐述：

第一弹簧1096和第二弹簧1098的刚度和初始自由长度、活塞1095直径、被动助力腔218直径、活塞1095和壳体1091的摩擦系数、制动踏板推杆219和缸体220的摩擦系数等参数选择影响制动踏板行程s和踏板力F的F-s特性。踩下制动踏板201时，通过液压传感器111测出被动助力腔218内压力p和压力变化率Δp，根据被动助力腔218截面积A，经修正后得到当前的踏板力F，并根据F-s特性得到当前的制动踏板行程s和制动踏板行程变化率Δs，进而得到当前司机制动需求。

与制动踏板位移传感器相比，压力传感器111体积小、价格低廉，不存在机械磨损问题，可靠性高，便于安装，可集成于集成式制动主缸。在传统车辆电动化改装或电动汽车制动系统安装过程中，极大简化了安装程序，降低了对安装空间需求，提高了制动位移测量信号输出的一致性，为制动系统可靠运行和制动能量的高效回收奠定了基础。

电液复合制动系统处于正常工作状态时，制动控制单元根据车辆状态和道路工况确定制动控制模式，在保证制动安全下，实现制动能量的高效回收。同时，可与ABS、ASR或ESP等车辆稳定性控制系统进行结合。

三、失效状态

若电气系统失效(如突然掉电)或高压源不能建立高压(如高压蓄能器泄露)时，系统进入失效状态。电动泵103停止工作，常开型开关电磁阀107打开，高压蓄能器105不能提供高压，主动助力腔216通过打开的常开型开关电磁阀107与储油室101相通，不能够再提供主动助力；常关型开关电磁阀108关闭，被动助力腔218与踏板感觉模拟器109连接断开，助力活塞217、主缸第一活塞215和主缸第二活塞211分别在第一回位弹簧213和第二回位弹簧210作用下回到初始位置，制动主缸前腔209、制动主缸后腔214分别通过第六通孔207和第四通孔206与储油室101相通。

当驾驶员有制动需求时，通过深踩制动踏板201，常关型开关电磁阀108关闭，被动助力腔218内原来流入制动踏板感觉模拟器109的制动液，在制动主缸推杆219下推动直接作用于助力活塞217，并作用于主缸第一活塞215，在制动主缸前腔209和制动主缸后腔214同时建立起高压，制动主缸前腔209和制动主缸后腔214内制动液流向四个制动轮缸，保证四个制动轮缸的制动压力，实现了失效状态下的紧急制动。当助力活塞217左移后，制动踏板力在被动助力腔218液压助力作用下实现了放大，即在失效状态下能够实现制动踏板的被动助力。

当在正常制动过程中，踩下制动踏板201并被动助力腔218内制动液经常关型开关电磁阀108压入制动踏板感觉模拟器109，若此时电液复合制动系统进入失效状态，常关型开关电磁阀108关闭，抬起制动踏板201时，制动踏板感觉模拟器109内制动液经过弹簧止回阀110流回被动助力腔218，此后，可以深踩制动踏板201进行紧急制动。

任何在本发明的基础上简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，该集成式制动主缸总成由集成式制动主缸和高压油源组成，

所述的集成式制动主缸包括制动踏板、压力传感器、缸体、制动主缸推杆、助力活塞、常关型开关电磁阀、弹簧止回阀、踏板感觉模拟器、主缸活塞、主缸回位弹簧及储油室；

所述的高压油源包括电动泵、高压蓄能器、单向阀、液压传感器和常开型开关电磁阀。

2.根据权利要求1所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的制动主缸推杆上安装所述的制动踏板，制动主缸推杆初始位置处的缸体上开设与储油室连接的第一通孔。

3.根据权利要求1所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的制动主缸推杆与助力活塞在缸体内组成被动助力腔，该被动助力腔通过缸体上开设的第二通孔经所述的常关型开关电磁阀与踏板感觉模拟器连接。

4.根据权利要求3所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的弹簧止回阀前端与踏板感觉模拟器入口连接，后端与缸体上的第二通孔连接。

5.根据权利要求3所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的第二通孔与常关型开关电磁阀、弹簧止回阀间安装有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的助力活塞和主缸第一活塞在缸体内组成主动助力腔，该主动助力腔处的缸体上开设第三通孔。

7.根据权利要求1所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的主缸活塞设有两个，分别位于缸体的中部及端部，两个主缸活塞在缸体内组成主缸后腔，该主缸后腔通过缸体上开设的第四通孔与储油室连接，并通过缸体上开设的第五通孔与液压控制单元相连；

设置在缸体中部的主缸活塞与缸体的侧壁组成主缸前腔，该主缸前腔通过缸体上开设的第六通孔与储油室连通，通过缸体上开设的第七通孔与液压调节单元连接。

8.根据权利要求1所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的回位弹簧设有两个，分别连接两主缸活塞及主缸活塞与缸体侧壁。

9.根据权利要求1所述的集成踏板位移测量的踏板解耦式集成式制动主缸总成，其特征在于，所述的液压传感器、高压蓄能器、常开型开关电磁阀的入口与气缸上开设的第三通孔连接，常开型开关电磁阀的出口连接储油室，所述的电动泵入口通过单向阀与储油室相连，电动泵的出口通过单向阀与高压蓄能器相连。

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