CN104071142B - 一种电动车用线控制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车用线控制动系统，它包括一电机、一行星轮系、一螺纹丝杠副、一主缸、一制动机构、一踏板执行与模拟机构、一蓄能器、一油壶和一控制器。本发明以一电机、一减速增扭机构和一螺纹丝杠副取代了传统真空助力液压制动系统的真空助力器，推动制动主缸中的活塞运动产生制动液压，从而取消了对发动机真空度的依赖；设置有一高压的蓄能器，在电机初始制动时为系统提供驱动压力补偿，很容易便可达到传统汽车制动系统的响应时间，提高了系统的控制精度，再配合行星轮系的减速功能，可有效降低系统对驱动电机的转速及功率要求；高压的蓄能器能够在系统故障整体断电时提供2～3次制动，同时，人提供的踏板力可以同时作用于此时的制动，从而提高了系统的制动安全性。

Description

一种电动车用线控制动系统

技术领域

本发明涉及一种制动系统，特别是关于一种电动车用线控制动系统。

背景技术

随着资源危机的日益严重，混合动力汽车、电动汽车等新能源汽车逐步成为研究热点，与此同时针对混合动力汽车、电动汽车的制动系统也提出了新的要求。为与混合动力汽车、电动汽车本身的回馈制动系统实现良好的配合，在制动安全的基础上使回馈制动系统回收尽量多的制动能量，首先应降低或取消对发动机真空度的依赖，其次能够快速、准确的补偿制动不足，且不影响制动踏板感觉，同时应尽可能的缩小制动系统体积，方便装配。

在清华大学的一份专利公布号为CN103010199A的专利申请中，公开了一种线控制动系统，它以一个电机取代了传统真空助力液压制动系统的真空助力器，推动制动主缸中的活塞运动产生制动液压，从而取消了对发动机真空度的依赖；它使用踏板模拟器，消除与回馈制动协调控制时对制动踏板感觉的影响；它保留现有制动系统的液压控制单元实施液压调节；它集成一个后备液压制动系统，在系统供电失效的情况下可由驾驶员实施一定强度的制动。

但是，由于该系统仅使用电机提供制动力，电机与滚珠丝杠机构直接连接，中间没有其他减速机构，电机在启动时转速不能瞬间达到额定转速，因此系统存在较大的反应滞后问题，如果要达到传统汽车制动系统的响应时间，系统对电机的转速及功率精度要求很高；另外，当系统出现故障，整体断电时，系统的制动力便只能通过人提供的踏板力来制动，制动安全性难以保障。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种电动车用线控制动系统，该制动系统以一电机推动制动主缸中的活塞运动产生制动液压，从而能够取消对发动机真空度的依赖，又采用一踏板模拟器使其不影响制动时的踏板感觉，同时该系统对电机的功率和转速没有太高的要求，并且当系统供电失效时不存在安全制动的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电动车用线控制动系统，其特征在于：它包括一电机、一行星轮系、一螺纹丝杠副、一主缸、一制动机构、一踏板执行与模拟机构、一蓄能器、一油壶和一控制器；所述行星轮系包括一紧固连接在所述电机的前端壳体上的行星架、多个与所述行星架转动连接的行星轮、一与所述电机的输出轴紧固连接且与各所述行星轮啮合的太阳轮和一与各所述行星轮啮合的齿圈；所述螺纹丝杠副包括一丝杠和一通过螺纹连接在所述丝杠上的螺母，所述螺母同轴紧固连接在所述齿圈的前端；所述主缸包括一通过一轴承同轴连接所述齿圈前端的主缸壳体，在所述主缸壳体内间隔设置有第一活塞和第二活塞；所述丝杠的前端伸入所述主缸壳体，所述丝杠与所述第一活塞之间形成了丝杠腔；所述第一活塞与所述第二活塞之间形成了第一活塞腔；所述第二活塞与所述主缸壳体的底部之间形成了第二活塞腔；在所述第一活塞腔和第二活塞腔内分别设置一活塞复位弹簧；所述制动机构包括一左前制动器、一右前制动器、一左后制动器、一右后制动器和一液压控制单元；所述液压控制单元通过两制动管路分别连接所述第一活塞腔和所述第二活塞腔；所述左前制动器、右前制动器、左后制动器和右后制动器分别通过一制动管路连接所述液压控制单元；所述踏板执行与模拟机构包括一紧固连接在所述电机的后端壳体上的推杆腔壳体、一滑动设置在所述推杆腔壳体内的推杆和一踏板模拟器；所述推杆的前端与所述推杆腔壳体的底部之间形成了推杆腔，所述推杆的后端转动连接在电动车的制动踏板上；所述推杆腔通过一制动管路连接所述丝杠腔，在连接所述推杆腔与所述丝杠腔的所述制动管路设置有一隔离阀；所述踏板模拟器包括一模拟器壳体，在所述模拟器壳体内移动设置一模拟器活塞，所述模拟器活塞将所述模拟器壳体内部分隔成两个腔体，其中一所述腔体通过一制动管路连接所述推杆腔，另一所述腔体内设置有一具有复位所述模拟器活塞的作用的弹簧；在所述踏板模拟器与所述推杆腔之间的制动管路上设置有一模拟器阀；所述蓄能器通过一制动管路和一蓄能器阀连接在位于所述隔离阀与所述丝杠腔之间的制动管路上；所述油壶通过一制动管路连接一蓄能电机，所述蓄能电机通过一制动管路连接在位于所述蓄能器阀与所述蓄能器之间的制动管路上；所述油壶通过两制动管路分别连接所述第一活塞腔、所述第二活塞腔；所述控制器分别与所述电机、蓄能电机、模拟器阀、隔离阀和蓄能器阀电连接；在位于所述丝杠腔与所述推杆腔之间的制动管路上设置有一压力传感器；在位于所述蓄能电机所在的制动管路上设置有另一压力传感器，在所述推杆腔壳体上设置有一踏板传感器；所述压力传感器、另一压力传感器和踏板传感器分别电连接所述控制器。

所述液压控制单元采用防抱制动液压控制单元或汽车稳定性控制液压控制单元。

所述模拟器阀采用常闭二位二通电磁阀，所述隔离阀、蓄能器阀采用常闭二位二通电磁阀。

所述行星轮转动设置在紧固连接所述行星架的轮轴上，并且在所述行星轮与所述行星架之间设置有轴承；所述太阳轮与所述行星架通过一轴承连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明以一电机、一减速增扭机构(行星轮系)和一螺纹丝杠副取代了传统真空助力液压制动系统的真空助力器，推动制动主缸中的活塞运动产生制动液压，从而取消了对发动机真空度的依赖。2、本发明设置有一高压的蓄能器，在电机初始制动时为系统提供驱动压力补偿，很容易便可达到传统汽车制动系统的响应时间，提高了系统的控制精度，再配合行星轮系的减速功能，可有效降低系统对驱动电机的转速及功率要求。3、本发明设置高压的蓄能器，在系统故障整体断电时，高压的蓄能器的压力可提供2～3次制动，同时，人提供的踏板力可以同时作用于此时的制动，从而提高了系统的制动安全性。4、本发明设置一踏板模拟器，消除与回馈制动协调控制时对制动踏板感觉的影响。5、本发明保留了现有制动系统的液压控制单元实施液压调节。6、本发明集成了一个后备液压制动系统，在系统供电失效的情况下可由蓄能器和驾驶员实施较大强度的制动。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一电机1、一行星轮系2、一螺纹丝杠副3、一主缸4、一制动机构5、一踏板执行与模拟机构6、一蓄能器7、一油壶8和一控制器9。

行星轮系2包括一紧固连接在电机1的前端壳体上的行星架21、多个与行星架21转动连接的行星轮22、一与电机1的输出轴紧固连接且与各行星轮22啮合的太阳轮23和一与各行星轮22啮合的齿圈24。

螺纹丝杠副3包括一丝杠31和一通过螺纹连接在丝杠31上的螺母32，螺母32同轴紧固连接在齿圈24的前端。

主缸4包括一通过一轴承28同轴连接齿圈24前端的主缸壳体41，在主缸壳体41内间隔设置有第一活塞42和第二活塞43。丝杠31的前端伸入主缸壳体41，它与第一活塞42之间形成了丝杠腔44；第一活塞42与第二活塞43之间形成了第一活塞腔45；第二活塞43与主缸壳体41的底部之间形成了第二活塞腔46。在第一活塞腔45和第二活塞腔46内分别设置一活塞复位弹簧47。以下三项技术采用传统真空助力液压制动系统的已有技术：第一活塞腔45和第二活塞腔46中制动液的注入通过油壶8实现，第一活塞腔45和第二活塞腔46中制动液的密封通过第一活塞腔45和第二活塞腔46上的密封圈实现，第一活塞腔45和第二活塞腔46的限位通过控制销实现，这三项技术在本发明中认为本领域的普通技术人员可以理解，故不再详述。因此，所述密封圈、控制销不在图1中示出，所述油壶8与活塞腔45、46的连接关系在图1中省略。

制动机构5包括一左前制动器51、一右前制动器52、一左后制动器53、一右后制动器54和一液压控制单元55。液压控制单元55通过两制动管路分别连接第一活塞腔45和第二活塞腔46。左前制动器51、右前制动器52、左后制动器53和右后制动器54分别通过一制动管路连接液压控制单元55。

踏板执行与模拟机构6包括一紧固连接在电机1的后端壳体上的推杆腔壳体61、一滑动设置在推杆腔壳体61内的推杆62和一踏板模拟器63。推杆62的前端与推杆腔壳体61的底部之间形成了推杆腔64，推杆62的后端转动连接在电动车的制动踏板10上。推杆腔64通过一制动管路连接丝杠腔44，在该制动管路上设置有一隔离阀65。踏板模拟器63包括一模拟器壳体631，在模拟器壳体631内移动设置一模拟器活塞632，模拟器活塞632将模拟器壳体631内部分隔成两个腔体，其中一腔体通过一制动管路连接推杆腔64，另一腔体内设置有一弹簧633，弹簧起到复位模拟器活塞的作用。在踏板模拟器63与推杆腔64之间的制动管路上设置有一模拟器阀66。

蓄能器7通过一制动管路和一蓄能器阀71连接在位于隔离阀65与丝杠腔44之间的制动管路上。

油壶8通过一制动管路连接一蓄能电机72，蓄能电机72通过一制动管路连接在位于蓄能器阀71与蓄能器7之间的制动管路上。油壶8还通过制动管路分别连接第一活塞腔45、第二活塞腔46(图中未示出)。

控制器9分别与电机1、蓄能电机72、模拟器阀66、隔离阀65和蓄能器阀71电连接。在位于丝杠腔44与推杆腔64之间的制动管路上设置有一压力传感器91；在位于蓄能电机72所在的制动管路上设置另一压力传感器92，在推杆腔壳体61上设置有一踏板传感器93。两压力传感器91、92和踏板传感器93分别电连接控制器9。

上述实施例中，液压控制单元55可选用已有技术中的防抱制动液压控制单元或汽车稳定性控制液压控制单元，优选汽车稳定性控制液压控制单元。

上述实施例中，模拟器阀66采用常闭二位二通电磁阀；隔离阀65、蓄能器阀71采用常闭二位二通电磁阀。

上述实施例中，行星轮22可转动地设置在紧固连接行星架21的轮轴25上，并且在行星轮22与行星架21之间设置有轴承26；太阳轮23与行星架21通过一轴承27连接。

下面结合附图，说明本发明的工作原理和工作过程。

本发明所述系统正常工作时，电机1的作用是代替传统真空助力液压制动系统中的驾驶员和真空助力器，推动主缸4的第一活塞42和第二活塞43，从而产生制动液压。具体而言，当系统正常工作时，制动踏板10被踩下，踏板传感器93针对制动踏板10被踩下的程度产生相应信号，传递给控制器9。控制器9通过采集踏板信号、压力传感器91、92的压力信号以及其他信号，控制模拟器阀66通电打开，于是推杆腔64通过制动管路与踏板模拟器63相连；控制隔离阀65通电关闭，于是推杆腔64与丝杆腔44断开连接。这样，继续踩制动踏板10，推杆62会将推杆腔64中的制动液压入踏板模拟器63中，为驾驶员提供制动踏感。压入踏板模拟器63的制动液推动模拟器活塞632对弹簧633进行压缩，弹簧633的弹力为驾驶员提供踏板力。控制器9采集各类信号，确定电机1目标输出扭矩的大小和蓄能器7所要提供的补偿压力，并控制电机1实际输出扭矩跟随电机1目标输出扭矩，同时控制蓄能电机72及蓄能器阀71为初始电机制动提供补偿压力，以加快制动响应时间、提高制动力。电机1的输出扭矩和转速通过电机的输出轴输出给行星轮系2的太阳轮23，太阳轮23与行星轮22啮合，行星架54与电机1的机体固定，行星轮22与齿圈24啮合，将转矩和转速传递给齿圈24作为输出。齿圈24与螺母32固连，螺母32将齿圈24输出的转矩和转速转化为丝杆31的输出推力和水平速度。通过丝杆31在丝杆腔44中的运动及蓄能器7通过制动管路提供来的补偿液，推动丝杆腔44中的制动液，从而推动主缸4的第一活塞42和第二活塞43，将第一活塞腔45和第二活塞腔46中的制动液分别通过制动管路推入液压控制单元55，再通过与液压控制单元55相连的各个制动管路，推入各制动器51、52、53、54，从而对车辆实施制动。必要时，例如防抱制动情况下，或与回馈制动协调控制情况下，液压控制单元55对制动液压进行调节，然后再通过各制动管路向各制动器51、52、53、54传递液压实施制动。当出现危险的紧急制动时，控制器9打开蓄能器阀71、关闭隔离阀65，使电机1及蓄能器7同时提供高压，以保证制动压力并实现快速响应制动。

本发明的主动增压可以由所动电机1实现，用于实现主动避撞、自适应巡航等控制功能。当液压控制单元55使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，也可以由液压控制单元55实现主动增压，从而实施汽车稳定性控制。

当所述液压控制单元55使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，若本发明所述系统的电机失效，而液压控制单元55可以正常工作，则此时常规制动、防抱制动、稳定性控制等功能的实现，均由液压控制单元55根据已有技术实施。

当本发明所述系统的电机1和液压控制单元55均失效时，模拟器阀66断电关闭，隔离阀65断电打开，于是推杆腔64断开与踏板模拟器63的连接，并通过制动管路与丝杆腔44相连。这样，踩下制动踏板10，推杆62会将推杆腔64中的制动液通过制动管路推入丝杆腔44中，从而推动主缸4的第一活塞42和第二活塞43，将第一活塞腔45和第二活塞腔46中的制动液分别通过制动管路推入液压控制单元55，再通过与液压控制单元55相连的各个制动管路，推入各制动器51、52、53、54，从而实施后备液压制动。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种电动车用线控制动系统，其特征在于：它包括一电机、一行星轮系、一螺纹丝杠副、一主缸、一制动机构、一踏板执行与模拟机构、一蓄能器、一油壶和一控制器；

所述行星轮系包括一紧固连接在所述电机的前端壳体上的行星架、多个与所述行星架转动连接的行星轮、一与所述电机的输出轴紧固连接且与各所述行星轮啮合的太阳轮和一与各所述行星轮啮合的齿圈；

所述螺纹丝杠副包括一丝杠和一通过螺纹连接在所述丝杠上的螺母，所述螺母同轴紧固连接在所述齿圈的前端；

所述主缸包括一通过一轴承同轴连接所述齿圈前端的主缸壳体，在所述主缸壳体内间隔设置有第一活塞和第二活塞；所述丝杠的前端伸入所述主缸壳体，所述丝杠与所述第一活塞之间形成了丝杠腔；所述第一活塞与所述第二活塞之间形成了第一活塞腔；所述第二活塞与所述主缸壳体的底部之间形成了第二活塞腔；在所述第一活塞腔和第二活塞腔内分别设置一活塞复位弹簧；

所述制动机构包括一左前制动器、一右前制动器、一左后制动器、一右后制动器和一液压控制单元；所述液压控制单元通过两制动管路分别连接所述第一活塞腔和所述第二活塞腔；所述左前制动器、右前制动器、左后制动器和右后制动器分别通过一制动管路连接所述液压控制单元；

所述踏板执行与模拟机构包括一紧固连接在所述电机的后端壳体上的推杆腔壳体、一滑动设置在所述推杆腔壳体内的推杆和一踏板模拟器；所述推杆的前端与所述推杆腔壳体的底部之间形成了推杆腔，所述推杆的后端转动连接在电动车的制动踏板上；所述推杆腔通过一制动管路连接所述丝杠腔，在连接所述推杆腔与所述丝杠腔的所述制动管路设置有一隔离阀；所述踏板模拟器包括一模拟器壳体，在所述模拟器壳体内移动设置一模拟器活塞，所述模拟器活塞将所述模拟器壳体内部分隔成两个腔体，其中一所述腔体通过一制动管路连接所述推杆腔，另一所述腔体内设置有一具有复位所述模拟器活塞的作用的弹簧；在所述踏板模拟器与所述推杆腔之间的制动管路上设置有一模拟器阀；

所述蓄能器通过一制动管路和一蓄能器阀连接在位于所述隔离阀与所述丝杠腔之间的制动管路上；

所述油壶通过一制动管路连接一蓄能电机，所述蓄能电机通过一制动管路连接在位于所述蓄能器阀与所述蓄能器之间的制动管路上；所述油壶通过两制动管路分别连接所述第一活塞腔、所述第二活塞腔；

所述控制器分别与所述电机、蓄能电机、模拟器阀、隔离阀和蓄能器阀电连接；在位于所述丝杠腔与所述推杆腔之间的制动管路上设置有一压力传感器；在位于所述蓄能电机所在的制动管路上设置有另一压力传感器，在所述推杆腔壳体上设置有一踏板传感器；所述压力传感器、另一压力传感器和踏板传感器分别电连接所述控制器。

2.如权利要求1所述的一种电动车用线控制动系统，其特征在于：所述液压控制单元采用防抱制动液压控制单元或汽车稳定性控制液压控制单元。

3.如权利要求1或2所述的一种电动车用线控制动系统，其特征在于：所述模拟器阀采用常闭二位二通电磁阀，所述隔离阀、蓄能器阀采用常闭二位二通电磁阀。

4.如权利要求1或2所述的一种电动车用线控制动系统，其特征在于：所述行星轮转动设置在紧固连接所述行星架的轮轴上，并且在所述行星轮与所述行星架之间设置有轴承；所述太阳轮与所述行星架通过一轴承连接。

5.如权利要求3所述的一种电动车用线控制动系统，其特征在于：所述行星轮转动设置在紧固连接所述行星架的轮轴上，并且在所述行星轮与所述行星架之间设置有轴承；所述太阳轮与所述行星架通过一轴承连接。