CN103950443B - 踏板感觉主动控制式电子液压制动系统 - Google Patents
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Abstract
一种踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，包括制动压力发生装置和与其配合作用反馈驾驶员踏板感觉与调整轮缸压力的压力控制装置；所述制动压力发生装置包括制动电机驱动滚珠丝杠将旋转运动转变成直线运动的直线运动机构、双腔制动主缸、用于模拟踏板感觉与失效保护的双腔次级主缸和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；所述压力控制装置包括用来主动控制踏板感觉反馈的次级主缸电磁阀、用来调节轮缸压力大小的轮缸电磁阀、用于控制制动主缸内高压油与其它回路通断的主缸电磁阀和用于获取驾驶员踩下制动踏板压力信号的踏板压力传感器。本发明具有较好模拟驾驶员的制动踏板感觉并且不需要额外增设踏板模拟器等特点，同时具有很高的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及汽车制动技术，尤其是电机驱动的电子液压制动系统。
背景技术
由于石油资源是有限的，是一种不可再生资源能源。随着人们生活水平不断提高，汽车的数量在不断增加，由此也给社会带来了严峻的环境问题和能源问题，所以节能环保的电动汽车是未来汽车发展的趋势。在城市工况中，汽车的制动比较频繁，因此而消耗的能量占汽车消耗总能量的很大一部分。
电子液压制动系统(EHB)是在传统的液压制动器基础上发展而来的。操纵机构是一个电子式制动踏板替代了传统的液压制动踏板，取消了体积庞大的真空助力器。这种集成电子踏板传感器能精确地感知驾驶人控制踏板的轻重缓急，并转换为电信号传递给电子控制单元，高压液压控制单元则会根据不同的驾驶工况自动调节车轮的制动压力。这一系统缩短了反应时间，也避免了液压机械制动系统作用反力引起的震动而导致驾驶者不自觉地减小制动力的危险。
电子液压制动系统与传统的液压制动器相比有一些优点：(1)结构紧凑，改善了制动性能；(2)控制方便可靠，制动噪声显著减小；(3)不需要真空装置，有效减轻了制动踏板的感觉，提供了更好的踏板感觉等。由于电子液压制动系统的这些优点，早在1993年,福特汽车公司就在一款电动汽车上安装了EHB系统,后来通用公司在其一款轿车上也采用了EHB。目前,奔驰公司新推出的SL500同样采用了EHB,是世界上第一辆采用线控制动技术的量产车,它的EHB技术由博世公司提供的,也是电子控制制动系统SBC(Sensotronic Brake Control)的一部分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，可以回收制动能量、提高系统响应时间、精确的控制液压制动力，很好的给驾驶员制动力反馈，实现系统液压力和踏板感觉的主动控制。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，包括制动压力发生装置、调整轮缸压力和与其配合作用反馈驾驶员踏板感觉的压力控制装置；所述制动压力发生装置包括制动电机驱动滚珠丝杠将旋转运动转变成直线运动的直线运动机构、双腔制动主缸、用于模拟踏板感觉与失效保护的双腔次级主缸和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；所述压力控制装置包括用来主动控制踏板感觉反馈的次级主缸电磁阀、用来调节轮缸压力大小的轮缸电磁阀和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；所述压力控制装置液压地与制动压力发生装置相连。
进一步，正常模式下，踩下制动踏板，制动主缸电磁阀和轮缸电磁阀得电，通过次级主缸的电磁阀控制实现踏板感觉模拟，给驾驶员以踏板感觉；当完成踏板感觉模拟后时，次级主缸电磁阀得电，轮缸电磁阀失电，此时制动电机继续运转对轮缸进行建压，如此往复；由于电磁阀和制动电机响应快速，因此在精确控制制动力的同时保证了踏板感觉；失效模式下，系统断电，所有电磁阀均失电，这时直接由次级主缸作用进行应急制动。
所述压力控制装置具有两个制动主缸电磁阀、两个次级主缸电磁阀和四个轮缸电磁阀，利用它们将制动系统切换到至少两个工作模式中的一个工作模式。
所述制动主缸电磁阀采用常闭电磁阀，所述次级主缸电磁阀和轮缸电磁阀采用常开电磁阀。
所述踏板位移传感器集成安装于制动踏板上，液压力传感器布置在制动主缸和制动主缸电磁阀之间的制动管路，踏板位移传感器、液压力传感器、各个电磁阀和制动电机与电控单元ECU通过控制线路连接以传递信号。
还包括故障诊断系统，当某个制动部件失效发生故障时，将故障信息传递给电控单元。
还包括故障报警系统，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。
还包括失效保护装置，当出现失效情况或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。
换言之，一种踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，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；用于踏板感觉主动控制和失效判段的压力传感器；用于踏板感觉主动控制的次级主缸电磁阀；用来控制轮缸内液压力大小的轮缸电磁阀；直线运动模块中的滚珠丝杠的螺母是制动电机的转子，滚珠丝杠的丝杆与主缸推杆刚性连接，通过制动电机驱动滚珠丝杠机构来推动主缸进行建压，通过位移信号来控制制动电机，从而实现制动压力的精确控制；制动主缸，其经过液压管路、主缸电磁阀和轮缸电磁阀与车辆车轮制动器液压耦合，主缸电磁阀位于主缸出油口和轮缸电磁阀之间的管路上，轮缸电磁阀位于主缸电磁阀和轮缸进油口之间的管路上；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，然后经过一系列的算法计算出该系统需要产生的制动力，这部分制动力是通过控制制动电机来控制产生的。
优选地，所述次级主缸和电磁阀配合作用既可以用作踏板模拟器也可以用于压力发生装置。正常工作时，两个次级主缸电磁阀不动作处于打开状态，其余电磁阀均动作，制动电机启动进行建压，此时用作踏板模拟器反馈给驾驶员制动感觉；失效时，所有电磁阀均不动作，此时产生的液压力直接作用到轮缸上。
正常模式下，踩下制动踏板，制动主缸电磁阀和轮缸电磁阀得电，通过次级主缸的电磁阀控制实现踏板感觉模拟，给驾驶员以踏板感觉；当完成踏板感觉模拟后时，次级主缸电磁阀得电，轮缸电磁阀失电，此时制动电机继续运转对轮缸进行建压，如此往复；由于电磁阀和制动电机响应快速，因此在精确控制制动力的同时保证了踏板感觉；失效模式下，系统断电，所有电磁阀均失电，这时直接由次级主缸作用进行应急制动。
优选地，所述的制动主缸电磁阀、轮缸电磁阀和次级主缸电磁阀能够快速响应。在正常工作模式下，踩下制动踏板，制动主缸电磁阀得电，制动主缸内的液压油经由液压管路、主缸电磁阀和轮缸电磁阀流入轮缸；在失效模式下，系统断电，制动主缸电磁阀失电，次级主缸内的液压油经由液压管路、次级主缸电磁阀和轮缸电磁阀流入轮缸。
优选地，所述直线运动机构包括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，其中螺母是制动电机的转子，丝杠移动，丝杠一端与主缸推杆连接，另一端支承。这种结构可以减小尺寸，而且滚珠丝杠效率高，提高制动效能。
本发明提出的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统可以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电能储存在蓄电池中，这个过程称为再生制动或者制动能量回收。利用这些回收的电能对增加汽车的续驶里程有很大帮助，从而克服电池尺寸大的缺点。这项发明能够极大的弥补电池技术欠缺所带来的问题。
与现有复合制动技术相比，本发明踏板感觉主动控制式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.由于驱动直线运动机构的电机可控，可以充分发挥电机再生制动力，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.通过踏板位移传感器、压力传感器和电磁阀作用，可以对驾驶员的踏板感觉进行主动控制。
4.制动踏板和制动轮缸之间直接连接，降低了系统失效的风险，即使电机失效，踏板力作用推动次级主缸推杆，仍然可以产生符合法规的液压制动力，从而确保系统具有很高的安全性，可靠性。
5、该系统通过电磁阀的开闭和制动电机的运转来模拟踏板感觉，不需要额外的踏板模拟器。
6、系统中采用的电机及电磁阀响应速度快，驾驶员的踏板感觉和车轮制动时差很小，几乎在同时发生。
7、该系统的一路液压管路失效时，把该管路上的电磁阀闭合以减少踏板的行程，另一路液压管路仍可以工作。
附图说明
图1为本发明的一个踏板感觉主动控制式电子液压制动系统实施例的简图。
图中的标号表示：
1—踏板；2—次级主缸；3—次级主缸第一活塞；4—次级主缸第一工作腔；5—次级主缸第二活塞；6—次级主缸第二工作腔；7—制动电机；8—直线运动机构；9—丝杠；10—螺母；11—滚珠；12—阻尼器；13—储液灌；14—主缸推杆；15—主缸第一活塞；16—主缸第一工作腔；17—主缸；18—主缸第二工作腔；19—主缸第二活塞；20—主缸电磁阀；21—轮缸电磁阀；22—电控单元ECU；23—次级主缸电磁阀；24—压力传感器；25—位移传感器；26—控制线路；27—制动压力发生装置；28—压力控制装置。
图2为图1所示实施例中采用的直线运动机构的示意图。
图中的标号表示：31—电机；32—丝杠；33—螺母(电机转子)；34—滚珠；35—电机定子。
具体实施方式
以下结合附图所示例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，该踏板感觉主动控制式电子液压制动系统主要包括直线运动机构8、电控单元ECU22、制动压力发生装置27和压力控制装置28。
在该实施例中，制动电机7通过控制线路26与电控单元ECU22相连，根据电控单元22传递给制动电机31的力矩信号驱动螺母33从而带动丝杠32移动。图1中表示的是直线运动机构的一种优选，直线运动机构8是制动电机31转子和滚珠丝杠螺母33的集成，电机转动从而驱动滚珠丝杠运动。次级主缸2包括第一活塞3、第一工作腔4、第二活塞5和第二工作腔6，第一工作腔4和第二工作腔6被第二活塞5分隔开，并且都有连接储液罐的补偿孔。主缸17包括第一活塞15、第一工作腔16、第二活塞19、第二工作腔18，第一工作腔16和第二工作腔18被第二活塞19分隔开，并且都有连接储液罐的补偿孔。第一工作腔16和第二工作腔18分别通过液压管路、主缸电磁阀20和轮缸电磁阀21连接到四个车轮制动器上。
本发明的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统具体工作过程如下：正常工作时，驾驶员踩下制动踏板1，主缸电磁阀20和轮缸电磁阀21均上电，主缸电磁阀20处于打开状态，轮缸电磁阀21处于关闭状态，次级主缸电磁阀23处于打开状态，踏板位移传感器25获得踏板位移信号，压力传感器24获得压力信号，将采集到的信号通过控制线路26传递到电控单元22中，然后发送给车辆控制系统辨识驾驶员的制动意图，得出所需总制动力Tt，电控单元22先发出指令启动制动电机7进行建压给驾驶员一定的踏板感觉，踏板感觉建立完成后，次级主缸电磁阀23上电，处于关闭状态。在建立踏板感觉的同时，电控单元22再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Tr，通过总的制动力需求与驱动电机再生制动力对比有三种情况：
1)Tt>Tr时，此时就需要液压制动力补充以满足制动要求。车辆控制系统VCS反馈信号给电控单元ECU，需要电机提供的制动力矩大小为(Tt-Tr)，电控单元ECU通过控制线路控制制动电机31驱动螺母33，螺母33驱动丝杠32从而推动与主缸推杆14相连的第一活塞15，在第一活塞15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19直线运动，当第二活塞19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、主缸电磁阀20和轮缸电磁阀21流向各轮缸产生制动力，轮缸电磁阀21可以单独调节各个轮缸压力的大小；
2)Tt＝Tr时，此时再生制动力刚好满足制动要求。车辆控制系统VCS反馈信号给电控单元ECU，电控单元ECU接收到信号后会发出指令给制动电机31，制动电机31不需要启动，此时次级主缸电磁阀23处于关闭状态，轮缸电磁阀21和主缸电磁阀20处于打开状态；
3)Tt<Tr时，此时再生制动力大于所需制动力，此时需要根据电池的SOC值等确定能否回收能量。车辆控制系统VCS反馈信号给ECU，ECU接收到信号后会发出指令给制动电机，电机不需要启动，此时次级主缸电磁阀23处于关闭状态，轮缸电磁阀21和主缸电磁阀20处于打开状态。
根据本发明的一个优选的实例，电控直线运动模块包括直线运动机构8和电控单元22，直线运动机构8采用滚珠丝杠机构，滚珠丝杠的螺母33集成在制动电机31的转子上，通过电机旋转运动驱动丝杠运动，丝杠和主缸推杆连接，从而推动主缸推杆运动。
根据本发明的一个优选的实例，上述直线机构也可以采用蜗轮蜗杆或丝杠-螺母机构。
优选地，本发明提供故障诊断系统，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22。
优选地，本发明也提供故障报警系统，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。本发明踏板感觉主动控制式电子液压制动系统也设计了失效保护方案。
制动开始或制动进行中制动电机31无法提供力矩或直线运动机构8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22，电控单元22立刻令整个系统断电，主缸电磁阀20、轮缸电磁阀21和次级主缸电磁阀23断电，电磁阀21和23处于打开状态，电磁阀20处于关闭状态。此时再踩下踏板，踏板推动与次级主缸推杆相连的第一活塞3，在第一活塞3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5直线运动，当第二活塞5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、次级主缸电磁阀23和轮缸电磁阀21，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，用电机驱动真空泵把真空助力器内部抽成真空。在一些紧急制动或连续制动工况下，真空泵抽真空响应时间长，使得制动效能大大降低。本发明采用电机驱动直线运动机构推动主缸具有响应快速，液压制动力调节精确，因此克服了上述在紧急制动或连续制动工况下的缺点，同时根据电机特性和电池状态适时调节液压制动力。
本发明的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统也可应用在新能源汽车上，以驱动电机最大化回收制动能量为目标，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。
本发明的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统中用电机、机械结构和电磁阀代替高压蓄能器、泵、液压管路和踏板模拟器，实现液压力的主动控制和调节的同时保证了踏板感觉，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，同时用电磁阀相互配合作用对系统进行失效保护。本发明的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统通过ECU控制制动电机驱动主缸推杆和轮缸电磁阀的作用，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。
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 (8)
1.一种踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：包括制动压力发生装置和与其配合作用反馈驾驶员踏板感觉与调整轮缸压力的压力控制装置；所述制动压力发生装置包括制动电机驱动滚珠丝杠将旋转运动转变成直线运动的直线运动机构、双腔制动主缸、用于模拟踏板感觉与失效保护的双腔次级主缸和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；所述压力控制装置包括用来主动控制踏板感觉反馈的次级主缸电磁阀、用来调节轮缸压力大小的轮缸电磁阀、用于控制制动主缸内高压油与其它回路通断的主缸电磁阀和用于获取驾驶员踩下制动踏板压力信号的压力传感器；所述压力控制装置液压地与制动压力发生装置相连。
2.根据权利要求1所述的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：
正常模式下，踩下制动踏板，制动主缸电磁阀和轮缸电磁阀得电，通过次级主缸的电磁阀控制实现踏板感觉模拟，给驾驶员以踏板感觉；当完成踏板感觉模拟后时，次级主缸电磁阀得电，轮缸电磁阀失电，此时制动电机继续运转对轮缸进行建压，如此往复；失效模式下，系统断电，所有电磁阀均失电，这时直接由次级主缸作用进行应急制动。
3.根据权利要求1所述的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：
所述压力控制装置具有两个制动主缸电磁阀、两个次级主缸电磁阀和四个轮缸电磁阀，利用它们将制动系统切换到至少两个工作模式中的一个工作模式。
4.根据权利要求3所述的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：
所述制动主缸电磁阀采用常闭电磁阀，所述次级主缸电磁阀和轮缸电磁阀采用常开电磁阀。
5.根据权利要求1所述的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：
所述踏板位移传感器集成安装于制动踏板上，压力传感器布置在制动主缸和制动主缸电磁阀之间的制动管路，踏板位移传感器、压力传感器、各个电磁阀和制动电机与电控单元ECU通过控制线路连接以传递信号。
6.根据权利要求1所述的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：
还包括故障诊断系统，当某个制动部件失效发生故障时，将故障信息传递给电控单元。
7.根据权利要求6所述的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：
还包括故障报警系统，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。
8.根据权利要求1至7中任一所述的踏板感觉主动控制式电子液压制动系统，其特征在于：
还包括失效保护机制，当出现失效情况或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；
制动开始或制动进行中制动电机(31)无法提供力矩或直线运动机构(8)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(22)，电控单元(22)立刻令整个系统断电，主缸电磁阀(20)、轮缸电磁阀(21)和次级主缸电磁阀(23)断电，轮缸电磁阀(21)和次级主缸电磁阀(23)处于打开状态，主缸电磁阀(20)处于关闭状态；此时再踩下踏板，踏板推动与次级主缸推杆相连的第一活塞(3)，在第一活塞(3)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(5)直线运动，当第二活塞(5)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、次级主缸电磁阀(23)和轮缸电磁阀(21)，继而流向各轮缸产生制动力。
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