CN103950444B - 一种减少主缸出液口的电子液压制动系统 - Google Patents

Abstract

一种减少主缸出液口的电子液压制动系统，包括：制动踏板以及连接在踏板上的踏板位移传感器；次级主缸，其上设有两个通孔，前端通孔直接与储液罐相通，后端通孔接两个通路，一路与踏板感觉模拟器相通，另一路通过解耦电磁阀与主缸前腔接通；同时，次级主缸活塞左端直接与制动踏板相连，右端与电控直线运动模块的中心推杆相对，并设有间隙；电控直线运动模块，整个模块中空部分有推杆，其通过电机驱动传动机构，带动推杆运动，从而推动主缸活塞；推杆右端与主缸第一活塞相对，设有间隙；本发明具有快速响应、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，包含双重失效保护模式，具有很高的安全性和可靠性。

Description

一种减少主缸出液口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。

现行的电子液压制动系统，例如Bosch公司的HAS hev系统和TRW公司的SCB系统，一般都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。

在电子机械式液压制动系统中用电机和减速机构代替高压蓄能器、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，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、ESC、ACC等功能。这种形式的制动系统前景光明，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电机驱动的电子液压制动系统，用以回收制动能量、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：

一种减少主缸出液口的电子液压制动系统，包括：

制动踏板以及连接在踏板上的踏板位移传感器；

次级主缸，其上设有两个通孔，前端通孔直接与储液罐相通，后端通孔接两个通路，一路与踏板感觉模拟器相通，另一路通过解耦电磁阀与主缸前腔接通；同时，次级主缸活塞左端直接与制动踏板相连，右端与电控直线运动模块的中心推杆相对，并设有间隙；

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，整个模块中空部分有推杆，其通过电机驱动传动机构，带动推杆运动，从而推动主缸活塞；推杆右端与主缸第一活塞相对，也设有间隙；

制动主缸，主缸前腔有一个通孔，通孔一路与次级主缸接通，另一路接入ABS/ESC模块，后腔有两个通孔，上端通孔与储液罐相通，下端通孔直接接入ABS/ESC模块；

ABS/ESC模块，进口接主缸前后腔，出口接四个车轮制动器；

踏板模拟器，其左端与次级主缸相通，并在管路上接入踏板模拟器压力传感器；右端通过补偿电磁阀，与储液罐接通；

电控单元ECU，其根据各个信号计算出此次制动需要的制动力，从而控制电机制动。

进一步，所述的制动主缸只有三个制动液通孔，在传统主缸的基础上取消主缸前腔与储液罐的补偿孔，主缸前腔只有一个通孔，连接两个液压通路，一个支路通过解耦阀与次级主缸连通，另一个支路直接与与ABS/ESC模块相连；主缸后腔有两个制动液通孔，一个为制动液补偿孔，直接与储液罐接通实现补液，另一个直接与ABS/ESC模块相连，同前腔液压管路一起实现轮缸液压力调节。

通过解耦阀来完成液压备份作用，通过推杆来完成机械备份作用。

正常工作模式下，系统上电，解耦阀关闭，次级主缸活塞向前运动一个空行程，而制动力由电机提供；液压备份模式下，系统断电，解耦阀打开，次级主缸中的制动液进入主缸前腔MC1，产生压力，推动主缸活塞；机械备份模式下，次级主缸活塞克服空行程后与推杆接触，推动推杆，进一步推动主缸活塞进行制动。

所述传动机构包括滚珠丝杠机构、蜗轮蜗杆机构或齿轮齿条机构；其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主动控制。

所述电控直线运动模块的推杆左端与次级主缸的活塞右端有一定的间隙，以实现制动能量回收，推杆右端与主缸活塞推杆接触；机械备份模式时，克服推杆与次级主缸活塞之间的间隙，刚性接触，直接推动主缸活塞制动。

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，一种电机驱动的电子液压制动系统，其主要包括：

制动踏板，以及连接在踏板上的踏板位移传感器，用于获取驾驶员踩下制动踏板位移信号；

次级主缸，正常制动时用于踏板感觉模拟，失效备份时直接用于制动。次级主缸有两个通孔，前端通孔直接与储液罐相通用于补液，后端通孔接两个通路，一路与踏板感觉模拟器相通，以模拟踏板感觉，另一路通过解耦电磁阀与主缸前腔接通。同时，次级主缸活塞左端直接与制动踏板相连，右端与电控直线运动模块的中心推杆相对，并有一定的间隙；

电控直线运动模块，整个模块中空部分有中心推杆，其通过电机驱动滚珠丝杠或者蜗轮蜗杆齿轮齿条机构，带动中心推杆运动，从而推动主缸活塞。而电机则由位移信号来控制，从而实现制动压力的主动控制。推杆左端与次级主缸活塞相对，右端与主缸第一活塞相对，也存在一定间隙；

制动主缸，主缸分为两个腔，前腔有一个通孔，通孔接两个支路，一路与次级主缸接通，另一路接入ABS/ESC模块，后腔有两个通孔，上端通孔与储液罐相通，实现补液，下端通孔直接接入ABS/ESC模块；

ABS/ESC模块，进口接主缸前后腔，出口接四个车轮制动器。它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；

踏板模拟器，主要用于主动控制踏板力，负责为驾驶员提供合理的制动踏板感觉。其左端与次级主缸相通，并在管路上接入踏板模拟器压力传感器，用于踏板力主动控制和失效判段；右端通过补偿电磁阀，与储液罐接通，以实现补液；

电控单元ECU，ECU不仅要接收各个传感器的信号，判断制动情况，计算出此次制动需要的制动力，还要控制各个电磁阀的开闭，给驱动电机的一个力矩信号，通过ABS/ESC模块的调节，合理分配各轮缸的制动力。

该电机驱动的电子液压制动系统包括机械备份模式和液压备份模式。

优选地，制动踏板与次级主缸推杆一端相连，次级主缸推杆另一端与齿条中心的推杆正对，中间留有间隙，克服间隙后两者接触，可传递制动力，通过与推杆接触的主缸活塞推动主缸。

优选地，次级主缸液压管路有两个制动液通孔。前部通孔直接与储液罐相连以实现补液，后部通孔连出的液压管路分为两个支路，一个支路通过解耦阀与主缸前腔连接，该解耦阀为常开阀，正常工作时关闭以保证次级主缸与主缸前腔的断开，保证正常建压制动；打开时制动液可进入主缸前腔，实现液压备份，同时也能实现主缸前腔的补液。另一支路与踏板模拟器进液口相连。

优选地，主缸一共有2个液压腔：前腔与后腔，但是只有3个制动液通孔，相比传统主缸取消主缸前腔与储液罐之间的补偿孔。主缸前腔液压管路有两个支路，一路通过解耦阀与次级主缸相连；另一支路直接与ABS/ESC模块相连。主缸后腔有2个制动液通孔，一个为制动液补偿孔，直接与储液罐接通实现补液，另一个直接与ABS/ESC模块相连，同前腔液压管路一起实现轮缸液压力调节。

优选地，所述的解耦阀，在正常工作模式下关闭，参与踏板感觉模拟，并且保证主缸前腔的正常建压；在液压备份模式下，系统断电，解耦阀打开，实现制动。次级主缸推杆克服空行程后推动推杆向前运动，从而推动主缸推杆，实现机械备份保护。

优选地，所述电控直线运动模块包括电控单元ECU、旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的传动机构。所述电机为外包型旋转电机，接受电控单元ECU发出的调节力矩信号控制传动机构。

优选地，电控直线运动模块的传动机构为滚珠丝杠机构。所述的滚珠丝杠机构，其丝杠是空心的，中间有一根推杆穿过，推杆左端与次级主缸的活塞右端有一定的间隙，该间隙为了实现只有电机制动时踏板与液压制动解耦，推杆右端与主缸活塞推杆接触。当处于机械备份模式时，克服推杆与次级主缸活塞之间的间隙，刚性接触，直接推动主缸活塞制动。

该电机驱动的电子液压制动系统通过解耦阀来完成液压备份作用，通过推杆来完成机械备份作用。正常工作下，系统上电，解耦阀关闭，次级主缸活塞向前运动一个空行程，这段空行程的位移根据电机能够产生最大的制动力计算出来；液压备份模式下，系统断电，解耦阀打开，次级主缸中的制动液进入主缸前腔MC1，直接产生制动压力，同时推动主缸第二活塞在主缸后腔MC2中也产生制动压力；机械备份模式下，次级主缸活塞克服空行程后与推杆接触，推动推杆，进一步推动主缸活塞进行制动。

优选地，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。而踏板模拟器出口管路通过补偿阀与储液罐相连，对踏板力进行主动控制。

与现有制动技术相比，本发明电机驱动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，很好的配合电机制动，较好的完成驾驶员制动意图。

2.由于电机可精确控制，从而可以根据电机计算制动力，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，可以模拟制动踏板感觉，同时对驾驶员的踏板力进行主动控制。

4.相对其他液压制动系统，整个系统对传统的制动系统改动较小，主缸结构基本不变，使用电磁阀、传感器也少，成本较低。

5.次级主缸与主缸前腔之间有管路连接，电机失效时进入液压备份模式，系统稳定，安全性好，制动感觉好。

6.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，液控管路漏油，在推杆作用下，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为本发明的一个实施例的电机驱动的电子液压制动系统的简图。

图2为图1所示实施例中采用的滚珠丝杠传动机构示意图。

附图中的标号表示：

1—踏板；2—踏板位移传感器；3—踏板推杆；4—次级主缸；5—次级主缸活塞；6—滚珠丝杠副丝杠；7—滚珠丝杠副螺母；8—电机；9—电机轴承；10—推杆；11—主缸第一活塞；12—主缸橡胶圈；13—储液罐；14—主缸前腔；15—主缸第二活塞；16—主缸后腔；17—主缸；18—ABS/ESC；19—解耦阀；20—补偿阀；21—踏板模拟器；22—踏板模拟器活塞；23—液压力传感器；24—电控单元ECU。

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，该电机驱动的电子液压制动系统主要包括制动踏板1、次级主缸4、踏板模拟器21、解耦阀19、补偿阀20、电机8、滚珠丝杠副（6、7）、主缸17、踏板位移传感器2、液压力传感器23。

其中，踏板位移传感器直接连接在制动踏板上，而踏板右端右端直接与次级主缸活塞连接。次级主缸有两个通孔，前端通孔与储液罐相通，后端通孔接两个通路，一路与踏板感觉模拟器相通，另一路通过解耦阀与主缸前腔接通。同时，次级主缸活塞右端与电控直线运动模块的中心推杆相对，并有一定的间隙；电控直线运动模块，整个模块中空部分有中心推杆，其通过电机驱动滚珠丝杠或者蜗轮蜗杆齿轮齿条机构，带动中心推杆运动，而推杆右端与主缸第一活塞相对，也存在一定间隙；制动主缸前腔有一个通孔，通孔一路与次级主缸接通，另一路接入ABS/ESC模块，后腔有两个通孔，上端通孔与储液罐相通，下端通孔也接入ABS/ESC模块；而ABS/ESC模块，进口接主缸前后腔，出口直接连四个车轮制动器，产生制动；而踏板模拟器，位于次级主缸下方，其左端与次级主缸相通，并在管路上接入压力传感器；右端通过补偿电磁阀，与储液罐接通。

在该实施例中，电控直线运动模块包括电控单元ECU24、电机8、传动机构（滚珠丝杠副6,7）。电机8通过控制线路与电控单元ECU24相连，根据电控单元传递的电机力矩信号控制直线运动机构。图1中表示的是电控直线运动模块的一种优选，电机8是旋转电机，传动机构是滚珠丝杠机构。主缸17包括前腔14、第一活塞11、后腔16、第二活塞15，前腔14通过制动液流通孔连出两个液压支路，一路通过解耦阀19与次级主缸4相连，一路直接与ABS/ESC模块19相连；后腔16通过第二活塞16与前腔14分隔开，上部有连接储液罐的补偿孔，下部有制动液流通孔通过液压管路与ABS/ESC模块19相连。ABS/ESC模块再通过液压管路连接到四个车轮制动器上。

本发明的电机驱动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，解耦阀19、补偿阀20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，将采集到的信号传递到电控单元27中，电控单元计算得到此次制动中所需的液压制动力大小，然后电控单元通过控制线路控制电机8驱动滚珠丝杠副，滚珠丝杠副丝杠带动推杆移动，进而推动与主缸推杆相连的第一活塞11，由于解耦阀19上电打开，断开主缸前腔与次级主缸的液压通路，主缸前腔开始建压，继而通过弹簧，顶杆推动第二活塞15直线运动，当第二活塞挡住其制动液补偿孔时主缸后腔开始建压，制动液经过液压管路流向ABS/ESC模块19，继而流向各轮缸产生制动力。

根据本发明的一个优选的实例，电控直线运动模块包括外包型旋转电机8、滚珠丝杠副传动机构，滚珠丝杠副螺母7固连在旋转电机8的转子上，通过电机旋转运动驱动滚珠丝杠螺母转动，从而带动滚珠丝杠副丝杠平动，将旋转运动变为直线运动，推动推杆运动。根据本发明的一个优选的实施例，上述的直线运动模块也可是是电机和蜗轮蜗杆齿轮齿条机构构成。

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。

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。本发明电机驱动的电子液压制动系统中也包含了失效保护方案。

制动开始或制动进行中电机8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，电控单元立刻令整个系统断电，解耦阀19断电后，次级主缸与主缸前腔接通，补液阀20断电后，踏板模拟器与储液罐之间的管路关闭。此时再踩下踏板，次级主缸4中的制动液进入主缸前腔14，主缸前腔14建压进行制动。

如果此时，驾驶员继续踩下制动踏板，直至次级主缸活塞5与推杆10机械接触，这时系统无须判断，直接转换为机械备份模式。次级主缸活塞5与推杆10接触，推动主缸第一活塞11制动。前腔产生制动压力之后，继而推动第二活塞15直线运动，当第二活塞挡住其制动液补偿孔时主缸后腔开始建压，制动液经过液压管路流向ABS/ESC模块18，继而流向各轮缸产生制动力。

目前一些电动车上还是装备的真空助力器，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，很好的克服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。

本发明的电机驱动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，形成制动力。

本发明提出的电机驱动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。

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 (11)

1.一种减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：包括：

制动踏板以及连接在踏板上的踏板位移传感器；

次级主缸，其上设有两个通孔，前端通孔直接与储液罐相通，后端通孔接两个通路，一路与踏板感觉模拟器相通，另一路通过解耦电磁阀与主缸前腔接通；同时，次级主缸活塞左端直接与制动踏板相连，右端与电控直线运动模块的推杆相对，并设有间隙；

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，整个模块中空部分有推杆，其通过电机驱动传动机构，带动推杆运动，从而推动主缸活塞；推杆右端与主缸活塞相对；

制动主缸，主缸前腔有一个通孔，通孔一路与次级主缸接通，另一路接入ABS/ESC模块，主缸后腔有两个通孔，上端通孔与储液罐相通，下端通孔直接接入ABS/ESC模块；

ABS/ESC模块，进口接主缸前后腔，出口接四个车轮制动器；

踏板感觉模拟器，其左端与次级主缸相通，并在管路上接入踏板感觉模拟器压力传感器；右端通过补偿电磁阀，与储液罐接通；

电控单元ECU，其根据各个信号计算出此次制动需要的制动力，从而控制电机制动。

2.根据权利要求1所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：

所述的制动主缸只有三个制动液通孔，主缸前腔只有一个通孔，连接两个液压支路，一个支路通过解耦电磁阀与次级主缸连通，另一个支路直接与ABS/ESC模块相连；主缸后腔有两个制动液通孔，一个为制动液补偿孔，直接与储液罐接通实现补液，另一个直接与ABS/ESC模块相连，同主缸前腔液压管路一起实现轮缸液压力调节。

3.根据权利要求1或2所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：

通过解耦电磁阀来完成液压备份作用，通过推杆来完成机械备份作用。

4.根据权利要求3所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：

正常工作模式下，系统上电，解耦电磁阀关闭，次级主缸活塞向前运动一个空行程，而制动力由电机提供；液压备份模式下，系统断电，解耦电磁阀打开，次级主缸中的制动液进入主缸前腔，产生压力，推动主缸活塞；机械备份模式下，次级主缸活塞克服空行程后与推杆接触，推动推杆，进一步推动主缸活塞进行制动。

5.根据权利要求1所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：

所述传动机构包括滚珠丝杠机构、蜗轮蜗杆机构或齿轮齿条机构；其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主动控制。

6.根据权利要求1所述的减少主缸出液口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推杆左端与次级主缸的活塞右端有一定的间隙，以实现制动能量回收，推杆右端与主缸活塞推杆接触；机械备份模式时，克服推杆与次级主缸活塞之间的间隙，刚性接触，直接推动主缸活塞制动。

7.根据权利要求1所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，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ECU。

8.根据权利要求7所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，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控直线运动模块出现故障时，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1、2、5、6、7及8中任一所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：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。

10.根据权利要求3所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：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。

11.根据权利要求4所述的减少主缸出液口的电子液压制动系统，其特征在于：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。