CN103754203A - 一种带机械式失效保护的电子液压制动系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的带机械式失效保护的电子液压制动系统，包括：制动踏板；踏板位移传感器；踏板模拟器压力传感器；踏板模拟器；踏板模拟器电磁阀；机械失效保护装置，在正常工作模式下，插销锁与插销锁套分离；在失效模式下，插销锁与插销锁套锁在一起。电控直线运动模块，实现制动压力的精确控制；制动主缸，其经过ABS/ESC模块后与车辆车轮制动器液压耦合；ABS/ESC模块，既可以被动调节车轮制动器的压力，也可以主动对各个车轮的制动器压力调节。该系统具有快速响应、精确控制制动液压力、较好模拟驾驶员的制动踏板感觉，最大化的回收制动能量等特点，设置了失效保护模式，失效情况下，制动踏板和主缸之间是机械连接，系统具有很高的安全性和可靠性。

Description

一种带机械式失效保护的电子液压制动系统

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及汽车制动技术，尤其是一种带机械式失效保护的电子液压制动系统。

背景技术

由于石油资源是非再生资源，而且储存量有限，以及燃油车尾气排放对环境危害极大，所以发展节能环保的电动汽车成为各大汽车厂一个重要方向。在城市工况中，汽车会频繁的制动，这就会消耗汽车的很大一部分能量。本文提出的带机械式失效保护电子液压制动系统就是用来回收电动汽车制动时的能量，汽车减速制动时，可利用电机拖滞进行制动。由于制动时电机的拖滞，将电源反接，产生反向电动势，使电动机转变为发电机，进行发电，将汽车的动能转换成为电能储存进蓄电池中，即再生制动或者是制动能量回收。这些储存的电能可以大量地增加汽车的续驶里程，改变电动汽车续驶里程短，电池尺寸大的缺点。在电池技术还不够完善的今天，能够极大的弥补电池技术欠缺所带来的问题。

复合制动系统主要分为油门踏板式和制动踏板式，制动踏板式又分为全解耦复合制动系统和未解耦复合制动系统。

油门踏板复合制动系统是通过油门踏板作为驱动电机制动介入信号源，该系统对原有制动系统改动较小，控制方便，但是其不符合驾驶员的传统制动踏板感觉，并且可回收的能量也少。

未解耦型复合制动系统一般是在原有的制动助力零件上加载一定的空行程，在此段空行程里由驱动电机提供再生制动力，克服这段空行程后液压制动介入，与再生制动一起提供总的制动力，这种复合制动系统保留了踏板和液压系统的机械连接，可靠性和安全性高，但是其可回收的制动能量少，与传统的制动踏板感觉有偏差。

全解耦复合制动系统属于电子液压制动系统，Bosch公司的HAS hev系统和TRW公司的SCB系统都属于全解耦式，其失效保护按液压管路泄漏程度分为液压失效保护和机械失效保护，如果是管路小泄漏的话，将会是液压失效保护，如果是管路泄漏比较严重的话，将会是机械失效保护，同时它的主缸改动很大，一般是通过安装高压蓄能器配合电机与泵对液压系统的制动输入力进行主动控制，但高压蓄能器技术还不成熟，可靠性和安全性还存在隐患，另外其增加了多个电磁阀也提高了控制的难度和失效的风险。

本发明的带机械式失效保护的电子液压制动系统中用电机和机械结构代替高压蓄能器、泵、液压管路和电磁阀，也能实现液压力的主动控制和调节，通过控制线路传递信号，用电机驱动机械结构来推动主缸，不存在高压蓄能器安全隐患、电磁阀失效等问题，其结构简单，无需对主缸进行改动，降低了成本，同时用机械失效保护装置对系统进行失效保护。该机构用机械连接，它的可靠性和安全性更高。本发明的带机械式失效保护的电子液压制动系统通过ECU控制电机驱动主缸推杆，易于实现ABS、TCS、ESC、ACC等功能。这种形式的复合制动系统前景光明，是未来制动系统重要的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带机械式失效保护的电子液压制动系统，用来回收制动能量、提高系统响应时间、精确的控制液压制动力，给予驾驶员制动力反馈，实现系统液压力和踏板力的主动控制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种带机械式失效保护的电子液压制动系统，包括：制动踏板；用于获取驾驶员踩下制动踏板位移信号的踏板位移传感器；用于踏板力主动控制和失效判段的踏板模拟器压力传感器；踏板模拟器，用来模拟踏板制动感觉；机械失效保护装置，在正常工作模式下，踩下制动踏板，电磁线圈通电，机械失效保护装置的动铁在磁力的作用下吸上来，压缩弹簧，插销锁与插销锁套分离；在失效模式下，系统断电，插销锁在弹簧力的作用下，向下运动，插销锁与插销锁套锁在一起。此时，次级主缸活塞杆，插销锁，插销锁套，直线运动机构推杆都固结在一起，继而推动主缸推杆。机械失效保护装置里面的插销锁和插销锁套，在正常工作模式下，次级主缸活塞杆推动插销锁向前运动，相当于模拟一个空行程。在失效模式下，系统断电，插销在弹簧力作用下与插销锁套锁止，次级主缸活塞杆推动整个失效保护装置向前运动；电控直线运动模块，其通过电机驱动蜗轮蜗杆齿轮齿条机构与主缸推杆刚性连接，通过位移信号来控制电机，从而实现制动压力的精确控制；制动主缸，其经过ABS/ESC模块后与车辆车轮制动器液压耦合；ABS/ESC模块，既可以被动调节主缸输送到车轮制动器的压力，也可以主动对各个车轮的制动器压力调节；电控单元ECU，根据踏板位移信号计算出此次制动需要多大的总的制动力，然后根据电机，电池状态计算出车辆能够产生多大的再生制动力，然后减去再生制动力后就是该系统需要产生的制动力，系统产生的制动力由电机来控制。

优选地，所述电控直线运动模块包括电控单元ECU、电机和直线运动机构，所述电机接受电控单元ECU发出的调节力矩信号控制直线运动机构。

优选地，所述的机械失效保护装置，在正常工作模式下，踩下制动踏板，电磁线圈通电，机械失效保护装置的动铁在磁力的作用下吸上来，压缩弹簧，插销锁与插销锁套分离；在失效模式下，系统断电，插销在弹簧力的作用下，向下运动，插销，插销锁，插销锁套锁在一起。此时，次级主缸活塞推杆的作用力直接传递到蜗杆或齿条或丝杆中间的推杆。

优选地，所述的插销锁和插销锁套，在正常工作模式下，踩下制动踏板，插销的电磁线圈被通电，动铁在磁场力的作用下被吸上来，其中动铁与插销固连在一起，插销锁与插销锁套解耦，次级主缸活塞杆推动插销锁向前运动，相当于模拟一个空行程，这段空行程的位移根据电机能够产生最大的再生制动力可以计算出来。在失效模式下，系统断电，插销在弹簧力作用下与插销锁套锁止，次级主缸活塞杆推动整个失效保护装置向前运动。

优选地，所述电控直线运动模块包括旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，传动机构包括蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构、丝杠-螺母机构或滚珠丝杠机构。

优选地，电控直线运动模块的传动机构中的直线运动机构包括所述的蜗杆，齿条，丝杆中间有一根推杆，一端和插销锁套刚性连接，另外一端和主缸推杆间隙连接，失效模式下，传递踏板力到主缸推杆上。

与现有复合制动技术相比，本发明带机械式失效保护的电子液压制动系统具有如下优点：

1.采用电机控制直线运动机构，响应速度快，对液压制动力精确控制，很好的配合电机再生制动力，较好的完成驾驶员制动意图。

2.机械失效保护装置设计了空行程，可以充分发挥电机再生制动力，同时由于电控直线运动机构的电机可控，从而可以根据电机再生制动力，电池状态，适时的调节液压制动力，从而最大化地回收制动能量。

3.通过踏板模拟器出口液压调节，可以对驾驶员的踏板力进行主动控制。

4.制动踏板和制动主缸之间保持机械连接，降低了系统失效的风险，即使电机失效，在机械失效保护装置的作用下，踏板力可以传递到主缸推杆，仍然可以产生一定的液压制动力，从而确保系统具有很高的安全性，可靠性。

附图说明

图1为本发明的一个的带机械式失效保护的电子液压制动系统实施例的示意图。

附图中的标号表示：

1—踏板；2—踏板位移传感器；3—次级主缸；4—次级主缸回油孔；5—次级主缸出油孔；6—压力传感器；7—踏板模拟器；8—踏板模拟器进油口；9—踏板模拟器出油孔；10—电磁阀；11—机械式失效保护装置；12—电机；13—电机定子；14—电机转子；15—丝杆螺母；16—滚珠；17—丝杆；18—直线运动机构推杆；19—主缸；20—主缸推杆；21—主缸第一活塞；22—主缸第二活塞；23—主缸第一工作腔；24—主缸第二工作腔；25—储液罐；26—ABS/ESC模块；27—电控单元ECU；28—控制线路;29—驱动电机。

图2为本发明实施例的一个机械失效保护装置的结构示意图。

附图中标号表示：

31—次级主缸活塞杆；32—插销锁；33—插销锁套；18—直线运动机构推杆；35—插销底座（铝合金）；36—插销壳体（铝合金）；37—动铁；38—弹簧；39—定铁；40—插销（非铁磁材料）；41—电磁线圈；42—电磁线圈外壳(铝合金)；43—插销锁套导向槽。

具体实施方式

如图1所示该带机械失效保护控制的电子液压制动系统主要包括制动踏板1、次级主缸3、踏板模拟器7、机械失效保护装置11、电机12、电机定子13、电机转子14、丝杆螺母15、滚珠16、丝杆17、直线运动机构推杆18、主缸19、踏板位移传感器2、液压力传感器6，电磁阀10。

如图2所示，该机械失效保护装置11主要包括插销锁32、插销锁套33、插销底座（铝合金）35、插销壳体（铝合金）36、动铁37、弹簧38、定铁39、插销（非铁磁材料）40、电磁线圈41、电磁线圈外壳(铝合金)42、插销锁套导向槽43。

在该实施例中，电控直线运动模块包括电控单元27、电机12、电机定子13、电机转子14、丝杆螺母15、滚珠16、丝杆17。电机12通过控制线路28与电控单元27相连，根据电控单元27传递的电机力矩信号控制直线运动模块。

图1中表示的是电控直线运动模块的一种优选实施例。

本发明的带机械式失效保护的电子液压制动系统具体工作过程如下：驾驶员踩下制动踏板1，机械失效保护装置11上电，动铁37在电磁力作用下克服弹簧力38，插销40与动铁37之间通过螺纹等方式连接在一起，一起向上运动，插销锁32和插销锁套33解耦分离。电磁阀10上电，踏板位移传感器2获得踏板位移，接受到驾驶员的制动意图，将采集到的信号通过控制线路28传递到电控单元27中，电控单元27根据电机工作特性以及电池工作状态计算出驱动电机再生制动力的大小，通过总的制动力需求减去驱动电机29再生制动力，得到此次制动中所需的液压制动力大小Fh，然后电控单元通过控制线路控制电机12驱动螺母15，螺母15带动丝杆17，丝杆17推动直线运动机构推杆18，从而推动与主缸推杆相连的第一活塞21，在第一活塞21挡住第一补偿孔时第一工作腔开始建压，继而通过弹簧，顶杆推动第二活塞22直线运动，当第二活塞22挡住第二补偿孔时第二工作腔开始建压，制动液经过液压管路流向ABS/ESC模块26，继而流向各轮缸产生制动力。

根据本发明的一个优选的实施例，上述传动机构也可以是滚珠丝杆、齿轮齿条机构或蜗轮和蜗杆。

优选地，本发明包含故障诊断系统，当某个制动部件失效发生故障时，可以将故障信息传递给电控单元27。

优选地，本发明也包含故障报警系统，当故障诊断系统诊断出电机驱动液压制动系统出现故障时，报警装置启动，第一时间给驾驶员提供报警。

按照国家法规要求制动系统必须考虑到失效情况的发生以及某些制动部件发生故障时，系统仍然可以进行一定强度的制动。本发明带机械式失效保护的电子液压制动系统也包含了失效保护方案。

制动开始或制动进行中若电机12无法提供力矩或直线运动机构损坏以致无法传递运动，故障诊断系统诊断出故障信息，传递给电控单元27，电控单元27立刻令整个系统断电，电磁阀10断电后，处于常开状态，次级主缸3的液压阻力通过踏板模拟器7迅速得到释放，机械失效保护装置11断电后，插销40在弹簧力38的作用下将插销锁套33和插销锁32锁止。此时再踩下踏板，踏板推动直线传动机构推杆18，直线传动机构推杆18推动与主缸推杆相连的第一活塞21，在第一活塞21挡住第一补偿孔时第一工作腔开始建压，继而通过弹簧，顶杆推动第二活塞22直线运动，当第二活塞22挡住第二补偿孔时第二工作腔开始建压，制动液经过液压管路流向ABS/ESC模块26，继而流向各轮缸产生制动力。

目前一些电动车上还是装备真空助力器，用电机来驱动真空泵对真空助力器抽真空。在一些紧急制动，或者连续制动工况下，真空泵抽真空响应时间长，使得制动效能大大降低。本发明采用电机推动主缸具有响应快速，液压制动力调节精确，很好地实现了在紧急制动工况或者连续制动工况下制动效能的稳定性，同时根据电机特性和电池状态适时调节液压制动力。

本发明的带机械失效保护模式的电子液压制动系统也可应用在新能源汽车上，以驱动电机制动能量回收最大化为目标，通过电控单元对电机输出转矩进行调节，让再生制动和液压制动一起形成总的制动力。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：包括：

制动踏板；

用于获取驾驶员踩下制动踏板位移的踏板位移传感器；

用于踏板力主动控制和失效判段的踏板模拟器压力传感器；

用于踏板力主动控制的线控电磁阀；

踏板模拟器，用来模拟踏板制动感觉；

机械失效保护装置，在正常工作模式下，踩下制动踏板，电磁线圈通电，机械失效保护装置的动铁在磁力的作用下吸上来，压缩弹簧，插销锁与插销锁套分离；在失效模式下，系统断电，插销锁在弹簧力的作用下，向下运动，插销锁与插销锁套锁在一起；此时，次级主缸活塞杆，插销锁，插销锁套，直线运动机构推杆都固结在一起，继而推动主缸推杆；机械失效保护装置里面的插销锁和插销锁套，在正常工作模式下，次级主缸活塞杆推动插销向前运动，相当于模拟一个空行程；在失效模式下，系统断电，插销在弹簧力作用下与插销锁套锁止，次级主缸活塞杆推动整个失效保护装置向前运动；

电控直线运动模块，其通过电机驱动丝杆螺母，从而带动丝杆向前运动，丝杆推动主缸推杆，通过位移信号来控制电机，从而实现制动压力的精确控制；

制动主缸，其经过ABS/ESC模块与车辆车轮制动器液压耦合；

ABS/ESC模块，即车辆的防抱死制动系统/电子稳定性控制系统模块，它可以被动和主动调节各轮缸的液压制动力；

电控单元ECU，根据踏板位移信号计算出此次制动需要多大的总的制动力，然后根据电机，电池状态计算出车辆能够产生多大的再生制动力，然后减去再生制动力后就是该系统需要产生的制动力，它由电机来控制。

2.根据权利要求1所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：

所述电控直线运动模块包括电控单元ECU、电机和直线运动机构，所述电机接收电控单元ECU发出的调节力矩信号控制直线运动机构，次级主缸，踏板模拟器，机械失效保护装置。

3.根据权利要求2所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：

所述踏板位移传感器将集成安装于制动踏板上，液压力传感器布置在次级主缸和踏板模拟器之间的制动管路，踏板位移传感器、液压力传感器，电控直线运动模块的电机与电控单元ECU通过控制线路连接以传递信号。

4.根据权利要求3所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：

所述电控直线运动模块包括旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，传动机构包括蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构、丝杠-螺母或滚珠丝杠；根据踏板位移信号对电机力矩进行控制，能够实现制动压力的精确控制。

5.根据权利要求4所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：

所述电控直线运动模块的传动机构中的直线运动机构包括所述的蜗杆，齿条，丝杆中间有一根推杆，一端和插销锁套刚性连接，另外一端和主缸推杆间隙连接，正常工作模式下，推杆、插销锁套、主缸推杆随直线运动机构一起，对主缸建压；失效模式下，机械失效保护装置断电，插销锁与插销锁套锁在一起，踏板的作用力直接传递到主缸推杆，实现机械失效保护作用。

6.根据权利要求2或5所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：通过机械失效保护装置来完成机械失效模式备份作用，插销锁套上方有一个插销；正常工作下，踩下制动踏板，机械失效保护装置上电，插销锁与插销锁套锁分离，次级主缸活塞杆推动插销锁向前运动一个空行程；失效模式下，系统断电，插销在弹簧力作用下回位，插销锁被插销锁止，与插销锁套锁在一起；踏板的作用力经过机械失效保护装置推动所述直线运动机构中的推杆。

7.根据权利要求6所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：系统正常工作情况下，踩下制动踏板，所述插销的电磁线圈被通电，动铁在磁场力的作用下被吸上来，其中动铁与插销固连在一起；插销锁与插销锁套解耦；系统失效的情况下，系统会断电，插销在弹簧力的作用下直接与机械失效保护装置的插销锁锁止在一起；插销锁套与插销锁锁止在一起，推动推杆，推杆推主缸推杆完成机械失效保护。

8.根据权利要求2所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：通过次级主缸、踏板模拟器、踏板模拟器压力传感器、电磁阀模拟制动踏板感觉，通过调节电磁阀的流量对踏板力进行主动控制。

9.根据权利要求1所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：主缸的第一工作腔和第二工作腔分别通过液压管路与ABS/ESC模块相连；连杆与第一活塞相连，推动第一活塞，第一工作腔建压后推动第二活塞产生期望的直线运动，制动液经过液压管路流向ABS/ESC模块，继而可以调节各轮缸产生的制动力。

10.根据权利要求1所述的带机械式失效保护的电子液压制动系统，其特征在于：所述系统具有故障诊断系统，当电控直线驱动模块自诊断系统诊断失效，系统将会报警，提示驾驶员，同时系统会断电，进入机械失效保护模式，踏板模拟器电磁阀处于常开状态，电子插销处于锁止状态；当电控直线驱动模块没有失效而是液压管路失效，系统正常工作，管路漏液由报警器提醒驾驶员。

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