CN103754206A - 一种机械电子液压制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆的机械电子液压制动系统，包括：制动踏板；用于获取制动踏板踩下时的速率和位移的传感器；制动主缸，其经由轮缸液压力控制阀与四个轮缸相连；电控直线驱动模块，其与所述制动主缸直接连接并根据来自所述传感器的信号驱动制动主缸的活塞进行直线运动；踏板力模拟模块，其利用电机和相应的传动机构提供驾驶员以制动感觉。包括串行连接的两个直线电机，其中一个电机的轴与制动踏板连接，而另一电机的轴则与前一电机的壳体相连，同时，这一电机轴直接推动主缸建压，而其壳体则与车身固联；本发明的制动系统的集成度和功能显著增强，可以保证踏板感觉，同时使用机械连接保证系统可靠性。

Description

一种机械电子液压制动系统

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及汽车制动技术，尤其是机械电子液压制动系统。

背景技术

电子液压制动系统，是指一种制动踏板和液压制动力相断开的制动系统，其通常由有关的能量提供系统提供制动所需的能量。由于发动机效率的不断提升，其所能提供的真空度就越来越有限。因此，很多车辆采取附加真空泵的方案来增加真空度。然而，这该方案只是一个零时的解决方案。由于电子液压制动系统具有响应快，功能强的特点，正越来越受到关注。

日本丰田公司于1997年推出了具有电子制动功能的混合动力轿车Prius。该款电动车的电液复合制动系统的压力调节机构是通过减压阀及高压蓄能器等电子器件来实现的，而且在系统中加入了行程模拟器来保证驾驶员的制动感觉，同时配有ABS防抱死装置，在制动回路中采用了双制动回路，有安全备份制动系统，但该系统比较复杂，且成本比较高。这款轿车制动的惯性能量能够通过再生制动系统得到回收，回收的能量约能提供汽车5%～23%的驱动力，从而能够提高轿车10%左右的燃油经济性。然而由于高压蓄能器的泄漏及安全性等问题，使其在2010年左右进行了多次召回。

博世公司在1998年就申请了基于ESP硬件的混合动力汽车电液复合电子制动系统的相关专利，主要的工作原理是利用ESP液压调节单元对再生制动系统进行压力协调控制。2009年博世推出了他的RBS复合制动系统，2012年推出了ESP hev和HAS hev(CRBS)。此外，博世公司还与丰田、福特等公司合作，为其相关的混合动力产品配备具有电子稳定性功能的再生制动系统。大陆公司也在这方面推出了自己的产品MK25E5，并成功装备到了Golf混合动力版上。

美国天合（TRW）公司在2007年研制出针对混合动力电动汽车的车辆稳定性控制系统ESC-R。该系统同时具备ESP功能和再生制动功能。ESC-R是基于ESP液压单元的集成液压封闭系统，在TRW标准型号ESP的基础上，结合了常规制动系统中的助力器、主泵和真空泵等，并可以根据功能需求增加行程模拟器。该系统在不影响传统制动系统的驾驶员制动感觉的前提下，可以根据驾驶者的需要，将电机制动系统和电子液压制动系统完美集成。ESC-R系统还形成了一个很好的集成化平台，能够和其它技术整合。

此外，日立，TRW以及本田等公司还进行了对于新型制动电机配合减速器的方案的研究，但该技术距离具体市场化还有一定的距离。各公司暂时还都没有具体产品上市。

通过对电子制动系统国内外研究现状的调查发现，如今，绝大多数的电子制动系统普遍采用基于ESP的高压蓄能器配合增加泵的方案。而与此同时，由于液压系统其本身的相关劣势，各公司也都在积极探索全新的电子制动系统。

增加泵和高压蓄能器方案的主要优势在于其充分利用了现有的ESC和ABS系统，通过增加有限的零件，如踏板模拟器，就能实现电子液压制动系统。这类电子液压制动系统普遍被称为电子液压制动系统。该系统能够很好地继承原有系统的优势和可靠性，同时很好地利用了现有的生产线和技术，节约了成本。然而，这一系统必须增大原有的增压泵并将原有的低压蓄能器扩大为高压蓄能器。这类的高压蓄能器在正常工作时通常为大于140bar的高压。因此具有一定的危险性和泄露的风险。此外EHB方案还涉及到很多液压元件，如增压泵，电磁阀，高压蓄能器和很多相应的管路。这些液压元件对于车辆的装配和维修都会带来很大的麻烦。

为了解决EHB这一问题，开发了一种双电机机械电子液压制动系统。该系统有别于EHB系统，通过双电机保证踏板感觉，同时使用机械连接保证系统可靠性。此外，双电机系统有效地避免了高压蓄能器和液压的使用，在安全性，维护性和装配性能方面也有相当的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械电子液压制动系统，以便克服上述所说电子液压制动系统的缺点。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：一种用于车辆的机械电子液压制动系统，包括：制动踏板；用于获取制动踏板踩下时的速率和位移的传感器；制动主缸，其经由轮缸液压力控制阀与四个轮缸相连；电控直线驱动模块，其与所述制动主缸直接连接并根据来自所述传感器的信号驱动制动主缸的活塞进行直线运动；踏板力模拟模块，其利用电机和相应的传动机构提供驾驶员以制动感觉。其中包括两个电机，其组成结构为，两个电机串行连接，两个电机皆为直线电机，即能将电机原有的旋转运动转化为平动。两电机之中的一个电机的轴与制动踏板连接，而另一电机的轴则与前一电机的壳体相连，同时，这一电机轴直接推动主缸建压，而其壳体则与车身固联。当系统正常工作的时候，由于上述结构特征，靠近踏板侧的电机能够任意控制踏板与主缸之间的位移与推力，从而实现踏板力模拟；而另一电机则负责协调控制主缸的推力，产生相应的制动液压力。

当系统失效时，制动踏板能够在驾驶员的操纵下通过推杆后通过制动推杆直接推动制动主缸完成人力液压制动。

采用的是根据驾驶员制动意图进行控制的线控制动系统。

制动推杆通过固联的方式与电控直线驱动模块互相连接，或通过非固联互相连接。

通过采用双电机模式保证制动感觉的同时，在正常制动时利用制动踏板力的踏板力模拟系统。

优选地，所述机机械电子液压制动系统还包括轮缸压力分配系统，其包含若干电磁阀通过制动管路与制动主缸连接。通过控制逻辑控制各个电磁阀及电机的工作状态对轮缸液压力进行控制。

优选地，所述电磁阀为切换电磁阀（通过PWM控制）或线性电磁阀（位置反馈控制）。

优选地，制动踏板通过铰链连接到踏板力模拟直线运动机构的丝杠上。

优选地，所述踏板力模拟直线运动机构包括丝杠螺母及滚珠丝杠等能够将电机的转动变为直线运动的机构。

优选地，踏板力模拟电机通过焊接或螺接等方式固结与电控直线驱动模块。

优选地，制动推杆和第一制动活塞通过焊接或螺接等方式固结或通过接触的方式连接。

优选地，第一制动活塞，第二制动活塞，第一腔回位弹簧，第二腔回位弹簧，制动主缸采用现有基础制动系统元件。

优选地，第一制动回路上配有液压力传感器，用以将第一制动管路中的液压力采集。以便对其进行跟踪控制。

优选地，所述电控直线驱动模块中的传动机构包括蜗轮-蜗杆机构、丝杠-螺母机构或齿轮-齿条机构。

优选地，本系统的踏板力模拟电机与制动主缸同轴。

由于采用了上述方案，本发明具有以下有益效果：采用踏板力模拟电机给驾驶员反馈制动感觉，同时通过制动电机产生相应的液压制动力。系统正常工作时充分利用人力。当系统失效时，制动踏板则会自动与主缸推杆相连，完成应急制动，保证车辆安全。本发明的制动系统的集成度和功能显著增强，同时在系统失效时保证行车安全。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的新型双电机机械电子液压制动系统的示意图。

1制动踏板；2踏板力模拟电机定子；3踏板力模拟电机转子；4通向储液罐；5第一制动活塞；6第一液压腔；7第一腔回位弹簧；8第二制动活塞；9第二腔回位弹簧；10第二液压腔；11制动主缸；12轮缸压力分配系统；13右后轮缸；14电机电源线；15左前轮缸；16电机控制器；17左后轮缸；18信号线；19右前轮缸；20制动推杆；21制动电机定子；22制动系统控制器；23推力轴承；24推杆；25位移传感器；26制动电机转子；27踏板力模拟直线运动机构；28推力轴承；29液压力传感器；30电控直线运动模块；31踏板力模拟模块；32直线运动机构。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

图1示出了根据本发明的一个实施例的新型双电机机械电子液压制动系统的示意图。

如图1所示，该机械电子液压制动系统主要包括：电控直线运动模块30、制动主缸11、踏板力模拟电机2以及制动踏板1。为制动踏板1配备有位移传感器25，该位移传感器为两个，互为检验，该位移传感器25可以确定制动踏板1在被踩踏时的速率和位移。

在该实施例中，电控直线运动模块30包括制动电机定子21，直线运动机构32，制动电机转子26。制动电机定子21从制动系统控制器22获得液压制动命令后驱动制动电机转子26，之后驱动直线运动机构32。制动主缸11的缸内通常具有两个活塞：第一制动活塞5和第二制动活塞8。第一制动活塞5和第二制动活塞8将液压缸分成彼此液压隔离的两个液压腔：第一液压腔6和第二液压腔10。第一液压腔6和第二液压腔10分别通过两个液压管路连接到轮缸压力分配系统12，从而驱动轮缸产生液压制动力。

电控直线运动模块30与制动主缸11的第一活塞5没有固结，而是接触。因此电控直线运动模块30能够按照液压力需求驱动第一制动活塞5和第二制动活塞8直线运动产生所期望的液压力。

正常工作时，当驾驶员踩下制动踏板1时，位移传感器25获取制动踏板1踩下时的速率和位移，将信号通过信号线18传输给制动系统控制器22，电控单元解析信号并计算出驾驶员所期望的制动力所对应的主缸推力F_M。

为了使本发明的制动踏板1与传统的制动踏板在踩踏时具有一致的踩踏感觉，同时在正常工作时能够使驾驶员的制动踏板力并非像其他电子液压制动的系统踏板模拟器一样被吸收，系统采用了固联于电控直线运动模块30之上的踏板力模拟电机2及踏板力模拟直线运动机构27，使驾驶员的制动踏板力得以被利用。当驾驶员踩下制动踏板1时，电控单元除了解析信号并计算出驾驶员所期望的制动力所对应的主缸推力F_M，并将它转化为驱动电控直线运动模块30所需的电流和工作时间外，还计算了制动踏板1踩下时的速率和位移所对应的制动踏板力需求F_P。并通过将它通过信号线18传输给电机控制器16之后通过电机电源线14控制踏板力模拟电机2所需的电流和工作时间，使驾驶员获得相应的制动感觉。之后由下式计算得电控直线运动模块30所需推力F_motor。

F_motor=F_M-F_P

随后将F_motor它转化为驱动电控直线运动模块30所需的电流和工作时间，该电控直线运动模块30被供电后推动制动推杆20，进而推动第一制动活塞5和第二制动活塞8直线运动，然后经由轮缸压力分配系统12传递至四个制动轮缸。

根据本发明的一个优选的实施例，第一液压管路上设有压力传感器29。这些压力传感器能够感测相应的液压管路内的压力，并分别通过信号线将感测到的信号传递到电控单元。电控单元基于这些压力信号根据预定的算法规则进行相应的控制。显然，压力传感器29也可设置在第二液压管路。根据一个实施例，第一和第二液压管路上也可均设置有压力传感器。

根据本发明的一个优选的实施例，驱动电控直线运动模块30包括制动电机定子21，制动电机转子26，直线运动机构32，该直线运动机构32能够将电机转子26的旋转运动转换为推动第一制动活塞5和第二制动活塞8的直线运动。

根据本发明的另一个优选的实施例，驱动电控直线运动模块30也可以是直线电机，该直线电机直接作用于第一制动活塞5和第二制动活塞8。

根据本发明的一个优选实施例，所述电控直线运动模块30及其包括的传动机构可包括电机及滚珠丝杠减速机构。工作时，电机驱动丝杠，从而推动第一和第二活塞运动。

根据本发明的另一个实施例，所述传动机构可采用齿轮-齿条机构，齿条直接连接到助力主缸。

在某些情况下，所述直线运动机构32也可以采用丝杠螺母机构，丝杠（螺纹杆）直接连接到助力主缸。

在某些情况下，所述传动机构也可以采用蜗轮蜗杆，直接连接到助力主缸。

甚至在某些情况下，电控直线运动模块30本身也可以是电控液压直线驱动单元，例如可以采用液压泵作为驱动源。换言之，电控直线运动模块30只要是能够电控即可。

根据本发明的一个优选实施例，所述踏板力模拟直线运动机构包括丝杠螺母及滚珠丝杠等能够将电机的转动变为直线运动的机构。

如上所述，当电控单元断电、失效时，本发明的新型双电机机械电子液压制动系统能够自动地从制动电机制动状态切换到人力液压制动状态，以防止车辆制动完全失效。然而，在实际工作中，除电控单元有可能产生故障以外，直线运动机构（特别是直线运动机构中的电机）、甚至助力主缸也可能产生故障，此时也会影响新型双电机机械电子液压制动系统的电力制动部分的工作。为此，可以提供监测诊断系统，该监测诊断系统可以将监测诊断出的故障报告给电控单元，然后电控单元控制系统的制动电机和踏板力模拟电机关闭，以将新型双电机机械电子液压制动系统切换到人力液压制动状态。

系统失效进入人力液压制动时，驾驶员踩踏制动踏板1推动制动推杆20，进而推动制动主缸进行人力液压制动。此时，电控直线运动模块30不影响人力液压制动。

优选地，可以设置警报装置，以在监测诊断出新型双电机机械电子液压制动系统出现故障时发出警报。

当本发明应用于传统车辆时，可实现踏板力性能任意可调，对于一些大型的SUV和皮卡车，由于传统真空助力器尺寸的限制无法再突破帮助实现较好的制动性能和踏板感觉，本发明可完全解决这个问题；当本发明应用于新能源车辆时，电控单元可实时分配传统制动所需制动力矩和电机制动所需电机力矩，实现最大化制动能量的回收。

本发明的结构简单易行，应用模块均可借鉴成熟设计，不仅可以应用于传统乘用汽车，而且可以应用于各类新能源车辆的制动系统。颠覆了传统真空助力液力制动系统的设计概念，系统集成度和功能显著增强。

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，本发明不限于上述的实施例，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)

1.一种机械电子液压制动系统，其特征在于：包括：

制动踏板，用于将驾驶员的制动意图输入系统；

制动踏板位移的传感器，用于获取制动踏板踩下时驾驶员所踩踏的行程，从而判断其驾驶意图，进而驱动相应的电机产生相应的制动力和踏板感觉；

制动主缸，用于接收制动电机及其减速器所产生的推力，从而建立相关的液压制动力；

电控直线驱动模块，其与所述制动主缸直接接触并适于根据来自所述传感器的信号驱动助力主缸的活塞进行直线运动；

踏板力模拟模块，由踏板力模拟电机及踏板力模拟直线运动机构所构成，用于根据相关的信号产生驾驶员所期望的制动感觉。

2.如权利要求1所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：包括串行连接的两个直线电机，其中一个电机的轴与制动踏板连接，而另一电机的轴则与前一电机的壳体相连，同时，这一电机轴直接推动主缸建压，而其壳体则与车身固联；系统正常工作的时候，靠近踏板侧的电机能够任意控制踏板与主缸之间的位移与推力，从而实现踏板力模拟；而另一电机则负责协调控制主缸的推力，产生相应的制动液压力。

3.如权利要求2所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：系统失效时，制动踏板在驾驶员的操纵下通过推杆（24）后通过制动推杆（20）直接推动制动主缸完成人力液压制动。

4.如权利要求3所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：采用的是根据驾驶员制动意图进行控制的线控制动系统。

5.如权利要求4所述的机机械电子液压制动系统，其特征在于：制动推杆（20）通过固联的方式与电控直线驱动模块互相连接，或通过非固联互相连接。

6.如权利要求1至5任一所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：

所述直线运动机构包括旋转电机和适于将旋转电机的旋转运动转换为直线运动的传动机构；或所述直线运动机构包括适于驱动助力主缸的活塞直线运动的直线电机；或所述直线运动机构包括适于驱动助力主缸的活塞直线运动的电控液压单元。

7.如权利要求6所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：所述机机械电子液压制动系统还包括轮缸压力分配系统，其包含若干电磁阀通过制动管路与制动主缸连接，通过控制逻辑控制各个电磁阀及电机的工作状态对轮缸液压力进行控制。

8.如权利要求7所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：所述电磁阀为通过PWM控制的切换电磁阀或位置反馈控制的线性电磁阀。

9.如权利要求1所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：制动踏板通过铰链连接到踏板力模拟直线运动机构的丝杠上；或所述踏板力模拟直线运动机构包括丝杠螺母及滚珠丝杠等能够将电机的转动变为直线运动的机构；或踏板力模拟电机通过焊接或螺接等方式固结与电控直线驱动模块；或制动推杆和第一制动活塞通过焊接或螺接等方式固结或通过接触的方式连接；或第一制动活塞，第二制动活塞，第一腔回位弹簧，第二腔回位弹簧，制动主缸采用基础制动系统元件；或第一制动回路上配有液压力传感器，用以将第一制动管路中的液压力采集以便对其进行跟踪控制；或所述电控直线驱动模块中的传动机构包括蜗轮-蜗杆机构、丝杠-螺母机构或齿轮-齿条机构。

10.如权利要求1至9中任一所述的机械电子液压制动系统，其特征在于：踏板力模拟电机与制动主缸同轴。