CN103754208B - 一种双电机驱动的电子液压制动系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于车辆的双电机驱动电子液压制动系统，包括：制动踏板；踏板位移传感器；制动主缸；第一电控直线运动模块，与第二电控直线运动模块协同来调节主缸的液压制动力大小，该模块的电机能够主动控制踏板力来模拟制动踏板感觉；第二电控直线运动模块，根据踏板位移传感器的信号调节主缸的液压制动力大小；ABS/ESP模块，制动主缸通过第一、第二液压管路连接到所述防抱死系制动系统/电子稳定性控制系统模块，调节各轮缸的液压制动力。该系统响应快、控制精确、正确反映驾驶员的制动意图、实现了液压力主动控制，保证了制动踏板感觉，并能最大化的回收制动能量，制动踏板与主缸之间的机械连接保证了系统的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及汽车制动技术，尤其是一种双电机驱动的电子液压制动系统。
背景技术
由于石油的枯竭及环境的破坏等问题，节能、环保等优势使电动车成为汽车工业未来发展的主要方向。为了提高能源利用率、节约资源、保护环境，各国的汽车工业都在大力研发电动汽车，由于电机、电池技术等的限制，电动汽车续驶里程短、成本高这两个问题阻碍了电动汽车的普及与商业化。
复合制动通常是由一套电机制动系统与一套液压制动系统组成的。由于电动汽车上装有大功率驱动电机，所以在汽车减速制动时，可利用电机拖滞进行制动。同时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HAShev系统和TRW公司的SCB系统都属于全解耦式，其制动踏板与液压系统完全没有机械连接，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，其回收的制动能量多，制动响应快，能够准确识别驾驶员的制动意图和模拟踏板感觉，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。
在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，制动踏板与主缸间没有液压管路，不存在液压管路泄露、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，且机械连接的可靠性和安全性相比于全解耦式更高，通过ECU直接控制，易于实现ABS、TCS、ESP、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双电机驱动的电子液压制动系统，目的是回收更多的制动能量、提高系统响应时间、准确识别驾驶员的制动意图，实现液压力和踏板力的主动控制，制动踏板和主缸间采用机械连接，保证了安全性和可靠性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双电机驱动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的踏板位移传感器；制动主缸，其经过ABS/ESP模块与车辆轮边制动器液压耦合；第一电控直线运动模块，其通过运动调节机构与连杆铰接，从而与制动主缸相连，与第二电控直线运动模块协同来调节主缸的液压制动力大小，该模块的电机能够主动控制踏板力，以此模拟制动踏板感觉；第二电控直线运动模块，其通过连杆与制动主缸相连，并且根据踏板位移传感器的信号来调节主缸的液压制动力大小；ABS/ESP模块，所述制动主缸通过第一、第二液压管路连接到所述防抱死制动系统/电子稳定性控制系统模块，调节各轮缸的液压制动力；电控单元ECU，接收踏板位移传感器和液压力传感器测得的信号，计算出此次制动中液压制动力的大小以及第一、第二电控直线运动模块各自调节力的大小。
优选地，所述第一电控直线运动模块包括第一电机和第一直线运动机构，所述第一电机接受电控单元ECU发出的调节力矩信号控制第一直线运动机构。
优选地，所述第二电控直线运动模块包括第二电机和第二直线运动机构，所述第二电机接受电控单元ECU发出的调节力矩信号控制第二直线运动机构。
所述第一、第二电控直线运动模块可共用一个电控单元ECU。
优选地，踏板位移传感器、液压力传感器以及第一、第二电控直线运动模块中的电机分别通过控制线路与电控单元ECU相连接以传递信号。
优选地，所述第一电控直线运动模块包括第一旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的第一传动机构，第一传动机构包括第一蜗轮蜗杆机构、第一齿轮齿条机构、第一丝杠-螺母机构或滚珠丝杠机构。
优选地，所述第二电控直线运动模块包括第二旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的第二传动机构，第二传动机构包括第二蜗轮蜗杆机构、第二齿轮齿条机构、第二滚珠丝杠、锁止机构。
与现有复合制动技术相比，本发明双电机驱动的电子液压制动系统具有如下优点：
1.采用双电机协动控制直线运动机构，响应速度非常快，对液压制动力实时控制，主动调节，可以正确反映驾驶员的制动意图。
2.根据电动车驱动电动机变化的再生制动力来调节液压制动力的大小，以提供总的制动力，从而最大化地回收制动能量。
3.通过第一电控直线运动模块的电机控制制动踏板力，保证了驾驶员的制动踏板感觉。
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，同时驾驶员的踏板力也是液压制动力的一部分。在第一电控直线运动模块或第二电控直线运动模块失效时，制动踏板依然可以通过机械连接和未失效的电控直线运动模块一起提供所需的液压制动力；当两个电控直线运动模块同时失效时，驾驶员猛踩制动踏板，系统也能提供一定的制动力，保证了车辆制动系统的可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明的一个示例性实施例的双电机驱动电子液压制动系统的示意图。
附图中的标号表示：
1—电机；2—电机的定子；3—电机的转子；4—第一电控直线运动模块；5—滚珠丝杠的螺杆；6—滚珠丝杠的螺母；7—连杆；8—电机的转子；9—电机；10—第二电控直线运动模块；11—电机的定子；12—滚珠丝杠的螺杆；13—滚珠丝杠的螺母；14—踏板位移传感器；15—制动踏板；16—锁止机构；17、18、19、20—控制线路；21—液压力传感器；22—主缸第一活塞；23—储液罐；24—主缸第二活塞；25—制动主缸；26—主缸第一工作腔；27—主缸第二工作腔；28、29—液压管路；30—ABS/ESP模块；31—电控单元；32、33—直线运动机构（图中所示均为滚珠丝杠）
具体实施方式
如图1所示，该双电机驱动电子液压制动系统主要包括制动踏板15、第一电控直线运动模块4、第二电控直线运动模块10、制动主缸25、踏板位移传感器14、液压力传感器21。
第一电控直线运动模块4和第二电控直线运动模块10共用电控单元31。
在该实施例中，第一电控直线运动模块4包括第一电机1、第一直线运动机构32。第一电机1通过控制线路19与电控单元31相连，根据电控单元31传递的电机力矩信号控制第一直线运动机构32。
第二电控直线运动模块10包括第二电机9、第二直线运动机构33，图1中表示的是第一、第二电控直线运动模块的一种优选，第一电机1和第二电机9是旋转电机、第一、第二直线运动机构32、33采用滚珠丝杠机构，锁止机构16的功能为在第二电控直线运动模块失效时锁止直线运动机构33，使其不能运动。制动主缸25包括第一活塞22、第一工作腔26、第二活塞24、第二工作腔27，第一工作腔26和第二工作腔27被第二活塞24分隔开，并且都有连接储液罐的补偿孔。第一工作腔26和第二工作腔27分别通过液压管路28和液压管路29与ABS/ESP模块30相连。ABS/ESP模块再通过液压管路连接到四个轮边制动器上。在直线运动机构32与连杆7之间设置有运动调节机构(图中未画出)，其作用为保证直线运动机构带动踏板推杆做直线运动，连杆7与第一活塞22相连，推动第一活塞22，继而推动第二活塞24产生期望的液压制动力。
本发明的双电机驱动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15，位移传感器14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17传递到电控单元31中，电控单元31得到此次制动中驱动电机制动力的大小，通过总的制动力需求减去驱动电机制动力，得到此次制动中所需的液压制动力大小Fh，第二电控直线运动模块10所需的调节力F2（F2=Fh·L1/L，L=L1+L2），然后通过控制线路18驱动第二电机9，推动与连杆7相连的第一活塞22直线运动，在第一活塞22挡住第一补偿孔时第一工作腔开始建压，继而通过弹簧推动第二活塞24直线运动，当第二活塞24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28和液压管路29流向ABS/ESP模块30，继而流向各轮缸产生制动力。液压传感器21测得液压管路28的压力值，将信号传递给电控单元31，电控单元31计算出实际提供的液压制动力大小，得出对应的踏板位移，通过踏板力和踏板位移特性关系，得出对应的实际踏板力Fp，故第一电控直线运动模块4所需的调节力F（F=F2·L2/L1-Fp），电控单元31通过控制线路19驱动第一电机1，此时第一电机1给驾驶员一个模拟踏板力FP。
根据本发明的一个优选的实施例，在第一直线运动机构32与连杆7之间设置有运动调节机构，保证第一直线运动机构32做直线运动。
根据本发明的一个优选的实施例，第一电控直线运动模块4包括第一旋转电机1和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，传动机构包括滚珠丝杠机构，滚珠丝杠的螺母固连在旋转电机1的转子上，通过电机旋转运动驱动螺母转动，螺母通过滚珠传力给螺杆，从而带动螺杆做直线运动。
根据本发明的一个优选的实施例，上述传动机构也可以是蜗轮蜗杆、齿轮齿条机构或丝杠-螺母机构。
根据本发明的一个优选的实施例，第二电控直线运动模块10包括第二旋转电机9和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，包括滚珠丝杠机构、自锁机构16，螺母固连在第二旋转电机9的转子上，通过电机旋转运动驱动螺母转动，螺母通过滚珠传力带动螺杆做直线运动。
根据本发明一个优选的实施例，所述传动机构也可以是蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构。
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31。
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双电机驱动电机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，也必须能够让驾驶员踩踏板的力传输到制动系统中，进行一定强度的制动。本发明双电机驱动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第一电机1无法提供力矩或第一直线运动机构32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31，电控单元31第二电控直线运动模块10中的第二电机9力矩调节（所需液压力Fh由踏板位移确定，第二电控直线运动模块调节力F2=Fh·L1/L），驱动第二直线运动机构33，F2与驾驶员提供的踏板力一起通过连杆7驱动第一活塞22做期望的直线运动。
制动开始或制动进行中若第二电机9无法提供力矩或者第二直线运动机构33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31，电控单元31对第一电控直线运动模块4中第一电机1进行力矩调节（所需液压力Fh由踏板位移确定，第一电控直线运动模块调节力F=Fh·L2/L-Fp），此时锁止机构起作用，第二电控直线运动模块的直线运动机构被固定，处于锁止状态，第一电机1驱动第一直线运动机构32运动，继而通过连杆7带动活塞做期望的直线运动。
制动开始或制动进行中若第一、第二电控直线运动模块同时失效，第二电控直线运动模块处于锁止状态，此时驾驶员猛踩制动踏板，通过连杆直接推动主缸，此时虽然没有了助力，不能提供足够的制动力，所能提供的液压制动力为Fh=Fp·L/L2，在紧急制动时，这一定程度的制动力仍然对驾驶员的安全有较大的帮助。
装备真空助力器的传统汽车的制动系统存在一些问题，真空助力器在超过助力范围时无法提供助力导致在紧急制动时会有一段没有助力的踏板行程，由于车内布置空间的限制，真空助力器的尺寸有限，难以实现更好的制动性能。本发明的双电机驱动电子液压制动系统应用在传统汽车上时，可以充分发挥双电机调速范围广、控制精度高、动态性好、响应时间快等优势，弥补这个缺陷。
本发明的双电机驱动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，通过电控单元对双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 (9)
1.一种双电机驱动电子液压制动系统，其特征在于：其包括：
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；
制动主缸，其经过ABS/ESP模块与轮缸液压耦合；
第一电控直线运动模块，其通过运动调节机构与连杆铰接，从而与制动主缸相连，与第二电控直线运动模块协同来调节主缸的液压制动力大小，该模块的电机能够主动控制踏板力来模拟制动踏板感觉；
第二电控直线运动模块，其通过连杆与制动主缸相连，并且根据踏板位移传感器的信号调节主缸的液压制动力大小；
锁止机构，与第二电控直线运动模块相连，该模块失效时进入锁止状态，使其不能运动；
ABS/ESP模块，所述制动主缸通过液压管路连接到所述ABS/ESP模块，调节各轮缸的液压制动力；
电控单元ECU，接收踏板位移传感器和液压力传感器测得的信号，计算出此次制动中液压制动力的大小以及第一、第二电控直线运动模块各自的调节力大小。
2.根据权利要求1所述的双电机驱动电子液压制动系统，其特征在于：
所述第一、第二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。
3.根据权利要求2所述的双电机驱动电子液压制动系统，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主缸的制动管路上，踏板位移传感器，液压力传感器，第一、第二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所述的双电机驱动电子液压制动系统，其特征在于：
所述第一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；该模块能够主动控制驾驶员的制动踏板力，保证了踏板感觉。
5.根据权利要求4所述的双电机驱动电子液压制动系统，其特征在于：
所述第二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，传动机构包括带有蜗轮蜗杆机构加齿轮齿条机构的第一种方式和滚珠丝杠加锁止机构的第二种方式。
6.根据权利要求5所述的双电机驱动电子液压制动系统，其特征在于：
所述第一电控直线运动模块，其通过运动调节机构与连杆铰接，第二电控直线运动模块与连杆铰接，连杆与制动主缸的第一活塞相连接，通过第一电控直线运动模块与第二电控直线运动模块的协同工作对主缸的液压制动力进行动态调节，驱动主缸活塞产生期望的直线运动。
7.根据权利要求6所述的双电机驱动电子液压制动系统，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/ESP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/ESP模块，继而可以调节各轮缸产生的制动力。
8.根据权利要求7所述的双电机驱动电子液压制动系统，其特征在于：
所述双电机驱动电子液压制动系统包含故障诊断系统，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ECU；
所述双电机驱动电子液压制动系统提供故障报警系统，当故障诊断系统诊断出双电机驱动电子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。
9.根据权利要求8所述的双电机驱动电子液压制动系统，其特征在于：
当第一或第二电控直线运动模块失效时，电控单元ECU可以通过失效模式下的控制算法对另一电控直线运动模块的电机进行力矩调节，保证一定的液压制动力；当第一、第二电控直线运动模块同时失效时，系统进入人力机械制动状态，液压力全部由驾驶员的踏板力提供。
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