CN104401308B - 一种基于压电陶瓷传感器的epb提高可靠性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于压电陶瓷传感器的EPB提高可靠性的方法，具体包括步骤1：驾驶员启动电子驻车制动按钮，控制器自检，系统进行初始化设置；步骤2：压电陶瓷传感器输出的电压经控制器处理，得到在初始电压值的基础上增加的电压值u1，将所述增加的电压值u1与参考电压值uref1进行比较，当所述增加的电压值u1小于参考电压值uref1时，对过程进行控制；步骤3：当所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1时，对过程进行控制；本发明不会显著增加电子驻车制动器的成本，由于本方案采用的压电陶瓷较易获得，价格便宜，但却大大提高了电子驻车制动器使用的可靠性，所述压电陶瓷传感器易于装配，轴向尺寸小，反应灵敏。

Description

一种基于压电陶瓷传感器的EPB提高可靠性的方法
技术领域
本发明属于车辆动力学控制技术领域，涉及一种基于压电陶瓷传感器的EPB提高可靠性的方法。
背景技术
通常，驻车制动器用于在车辆停稳后稳定车辆，避免车辆在斜坡路面停车时由于溜车造成事故。
驻车制动器主要由制动杆、拉线、制动机构以及回位弹簧组成，长期使用会造成回位弹簧的变形以及拉线的伸长，而且经常性的拉杆操作会使驾驶者感到不适，为了利于车辆组装及简化驻车制动系统，开发出了整合卡钳式的电子驻车制动器(EPB，ElectricalParking Brake)。在目前电子驻车制动系统中，大多采用整合卡钳式电子驻车制动器，所述制动系统功能多，结构紧凑，安装方便，已变成了发展的趋势。
现有类型整合卡钳式的电子驻车制动器包括电机、行星减速机构、丝杠传动机构、制动钳等，所述制动器是电子驻车制动系统的重要组成部分，其制动性能的高低直接影响车辆的安全性。在这种驻车制动器的系统在响应制动信号时，如果在电源电压不稳定导致驻车制动失效时无法第一时间获知,从而造成安全隐患。现有类型的制动器中的滑动丝杠均为一体式结构，外部充满油液，无法安装传感器。
现有技术中，例如，公布号为CN 103863294 A，发明名称为“用于操纵具有电机驱动的驻车制动机构的驻车制动器的方法”的专利中，涉及须查明电机电参量并在预定时间之后自动接通电动机以便再夹紧，实现此功能的控制器大大增添了电子驻车制动器的成本，并且在解除制动时电机亦会有电参量的变化，而此时若控制器工作，则会在解除制动后的预定时间之后自动接通电动机以夹紧制动盘，给车辆的安全造成很大的威胁，同时，当电源电压不稳定时，无法获取准确的电参量，此时系统可能会产生误判，从而造成安全隐患。
另外，现有技术对电子驻车制动器进行了一些改进，例如:
(1)中国专利申请号为201210367421.9，名称为“一种用于机动车电子驻车制动系统的电子驻车促动器”中，将传动齿轮与下壳体中的定位装置之间装设耐磨零件，减少轴向磨损；
(2)中国专利申请号为201210499079.8，名称为“一种车辆用电子驻车制动系统的制动卡钳总成”中，用减摩片代替原驻车制动卡钳中的推力滚针轴承；
(3)中国专利申请号为201320891719.X，名称为“一种车辆制动系统电子驻车执行器”中，将壳体设置为双层隔音结构，且设有减震单元；
(4)中国专利申请号为201320891676.5，名称为“用于车辆制动系统的电子驻车执行机构”中，提出设置一体式结构的传动机构定位板；
(5)中国专利申请号为201220423233.9，名称为“一种电子驻车制动器的作用器”中，将行星齿轮减速装置换为斜盘式齿轮传动，以简化结构。
但上述这些装置或方法均不能从根本上解决现有技术中存在的经驻车制动后驾驶者不了解制动效果的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够帮助驾驶员在驻车制动后获悉解制动效果的方法。
本发明的技术方案是提供一种基于压电陶瓷传感器的EPB提高可靠性的方法，该方法包括：
步骤1：驾驶员启动电子驻车制动按钮，控制器自检，系统进行初始化设置；
当驾驶员需要进行驻车制动时，会启动驻车制动按钮，电机接通电源，同时与压电陶瓷传感器相连的控制器进行自我检查，如果检查结果合格，则进行初始化设置，设定此时的时间t＝0，如果检查结果不合格，则进行报警，使报警灯闪烁；
步骤2：压电陶瓷传感器输出的电压经控制器处理，得到在初始电压值的基础上增加的电压值u1，将所述增加的电压值u1与参考电压值uref1进行比较，当所述增加的电压值u1小于参考电压值uref1时，对过程进行控制；
当所述增加的电压值u1小于参考电压值uref1时，在设定时间tref1内可以多次进行再加紧过程，直至重新得到的所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1，
若当多次再夹紧过程所用的时间达到或超过设定时间tref1时，将判断为制动器制动力未达到理想制动效果，制动失效，以指示灯闪烁的形式告诉驾驶员进行报警；
步骤3：当所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1时，对过程进行控制；
该步骤中，当所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1时，将所述增加的电压值u1与设定的最大制动力对应的电压值umax进行比较，如果所述增加的电压值u1小于设定的最大制动力对应的电压值umax，则系统将保持制动压力；
如果结果与此相反，则将电机反转以减小制动力，当电机在规定时间tref2内反转时，实时地将所述增加的电压值u1与参考电压值uref1进行比较，重复前述情况，如果达到或超过规定时间tref2时，电机仍然反转，则判断为电机失效，以指示灯闪烁的形式报警以提醒驾驶员采取相应措施。
进一步地，初始状态下，由于预紧力的作用，压电陶瓷传感器会输出一个初始电压，控制器获得初始电压值，当摩擦片夹紧制动盘后，压电陶瓷传感器将力变化转化为电压变化，经控制器处理，消除初始电压的影响，会在控制器中得到一个在初始电压值的基础上增加的电压值u1，其大小与制动力的大小相对应；坡度传感器获得坡度信息并转化为参考电压值uref1，将所述增加的电压值u1通过PID进行调节，并与参考电压值uref1进行比较；
本发明还提供了一种压电陶瓷传感器的电子驻车制动器，其特征在于：通过滑动丝杠组合件的旋转，使得水平移动的螺母在平动过程中对活塞施加压力，压力通过摩擦片施加在制动盘上，所述滑动丝杠组合件由滑动丝杠底部、滑动丝杠头部和圆柱销组成，所述圆柱销对称的插入滑动丝杠头部的孔中，密封圈套在滑动丝杠头部的环形槽内；滑动丝杠头部嵌入滑动丝杠底部的内凹槽内，所述滑动丝杠底部为圆柱销的端部留有两个对称的通孔，其直径大于圆柱销的外径，以便圆柱销的轴向移动；
所述压电陶瓷传感器由滑动丝杠头部固定在滑动丝杠底部的内凹槽中，压电陶瓷传感器置于滑动丝杠组合件的内部空间，其导线通过通道引出。
进一步地，电子驻车制动器驱动机构由电机、上壳体、下壳体、电机轴端齿轮构成，所述电机轴端齿轮通过传动齿轮与大传动件相连。
本发明的有益效果：
采用本发明所提供的技术方案，能够有效解决电子驻车制动器失效而驾驶者却不知道的情况。现有驻车制动器中，原标定所对应的力和力矩都比实际制动时的力和力矩大，而采用本技术方案，加入压电陶瓷传感器20后，可以测得压力信号，以进行反馈控制，实际制动过程中不会达到最大的力和力矩，提高了电机2的寿命。再配合坡道传感器，便可施加不同的EPB力矩。所述滑动丝杠组合件由两部分构成，并通过改变各自端部的结构由圆柱销21巧妙连接，既能使压电陶瓷传感器产生轴向位移，又能有效防止进油。所述压电陶瓷传感器20获取的信号作为一种冗余信号，与电机2反馈不一致，当电机2磨损后，仍能保证控制品质。
此外，采用本发明所提供的技术方法，并不会显著增加电子驻车制动器的成本，由于本方案采用的压电陶瓷较易获得，价格便宜，但却大大提高了电子驻车制动器使用的可靠性，所述压电陶瓷传感器易于装配，轴向尺寸小，反应灵敏。
附图说明
下面结合附图，对本发明作进一步的说明：
图1a是电子驻车制动器抽象剖视示意图；
图1b是图1a中具有压电陶瓷传感器部分的局部放大图；
图2是所述驻车制动器的传动机构中滑动丝杠组合件的二维示意图；
图3是所述驻车制动器的传动机构中滑动丝杠组合件的三维示意图；
图4是所述压电陶瓷传感器的连线通过驻车制动器传动机构与减速机构后引出的三维示意图。
图5是根据本发明的一种实施方案，用于操控驻车制动器的不同方法步骤的流程图。
图6为u1的PID控制流程图。
其中，1.下壳体，2.电机，3.支撑架，4.电机轴端齿轮，5.上壳体，6.传动齿轮，7.传动轴，8.控制器，9.大传动件，10.行星齿轮减速机构，11.垫片，12.滑动丝杠底部，13.滑动丝杠头部，14.螺母，15.活塞，16.制动盘，17.摩擦片，18.卡钳，19.活塞密封圈，20.压电陶瓷传感器，21.圆柱销，22.密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明中，改变现有技术的卡钳式电子驻车制动器中的丝杠传动机构，在其中添加一压电陶瓷传感器20，并且保证压电陶瓷传感器20具有能实现压电转化所需的轴向位移，同时保证其以及导线不与腔里的油液接触，实现机械能和电能之间的转化，将压力转换为电信号，并将坡度传感器获得的坡度信息经过控制器8转换为电压量，将此作为电压参考值，与压电陶瓷传感器20获取的电信号进行比较，来判断驻车时的制动效果，如果出现制动异常则进行报警，令驾驶员第一时间了解车辆制动情况，并采取措施，从而达到提高电子驻车制动器可靠性的目的。例如，若压电陶瓷传感器20采集到的信号异常，则控制单元在自检合格的前提下会启动报警功能，以指示灯闪烁的形式通知驾驶员采取措施。
本发明提供一种提高电子驻车制动器可靠性的方法，此方法建立在改进现有电子驻车制动器结构组成的基础之上，改进后电子驻车制动器的驱动机构与大传动件9之间通过传动齿轮6连接，传动机构包括滑动丝杠底部12、滑动丝杠头部13、螺母14、活塞15、摩擦片17、圆柱销21，所述摩擦片17布置在制动盘16两侧，所述滑动丝杠组合件与螺母14相配合，所述滑动丝杠组合件端部设有起端面轴承作用的垫片11。电机2提供动力带动电机轴端的齿轮4转动，经传动齿轮6将动力传动至行星齿轮减速机构10，减速增矩后带动滑动丝杠组合件旋转，同时与滑动丝杠组合件配合的螺母14将滑动丝杠组合件的转动变为平动，推动活塞15，从而使摩擦片17压紧制动盘16以实现驻车制动。
所述压电陶瓷传感器20属于无机非金属材料，是一种能够将机械能和电能相互转化的功能陶瓷材料，压电陶瓷传感器20为圆柱状，如图1所示，导线经过图1中滑动丝杠底部12和行星齿轮端盖中的圆柱形通道，并由下壳体引出。
所述驱动机构由电机2、上壳体5、下壳体1、电机轴端齿轮4构成，所述电机轴端齿轮4通过传动齿轮6与大传动件9相连。
所述行星齿轮减速机构10是由太阳轮、行星轮、齿圈、输出轴构成的两级行星齿轮减速机构，由传动齿轮6带动，并输出为行星架的转动。
所述压电陶瓷20在受到压力产生轴向微小变形时，连接滑动丝杠底部12和滑动丝杠头部13的圆柱销21可以在键形滑槽内产生微小位移。
图1所示，本发明所述的具有压电陶瓷传感器的卡钳式电子驻车制动器，包括电机2，放置电机2的下壳体1，支撑电机2的支撑架3，起减速增矩作用的行星齿轮减速机构10，可以通过滑动丝杠组合件的旋转，在其上进行水平移动的螺母14，螺母14平动过程中对活塞15施加压力，压力通过摩擦片17施加在制动盘16上，达到驻车要求。
图2是所述驻车制动器的传动机构中滑动丝杠组合件的二维图。所述滑动丝杠组合件由滑动丝杠底部12、滑动丝杠头部13和圆柱销21组成。所述圆柱销21对称的插入滑动丝杠头部13的孔中，孔的内径与圆柱销21的外径相同，所述密封圈22套在滑动丝杠头部13的环形槽内。滑动丝杠头部13嵌入滑动丝杠底部12的内凹槽内，所述滑动丝杠底部12为圆柱销21的端部留有两个对称的通孔，其尺寸比圆柱销21的外径大，以便圆柱销21的轴向移动。所述压电陶瓷传感器20由滑动丝杠头部13固定在滑动丝杠底部12的内凹槽中。其中，压电陶瓷传感器20置于滑动丝杠组合件的内部空间，其导线由图1中的局部放大图的通道引出。
本发明还提供了一种基于压电陶瓷传感器的EPB提高可靠性的方法，该方法包括：
步骤1：驾驶员启动电子驻车制动按钮，控制器8自检，系统进行初始化设置。
当驾驶员需要进行驻车制动时，会启动驻车制动按钮，所述电机2接通电源，同时与压电陶瓷传感器20相连的控制器8进行自我检查，如果检查结果合格，则进行初始化设置，设定此时的时间t＝0，如果检查结果不合格，则进行报警，使报警灯闪烁。
步骤2：压电陶瓷传感器输出的电压经控制器8处理，得到在初始电压值的基础上增加的电压值u1，将所述增加的电压值u1与参考电压值uref1进行比较，当所述增加的电压值u1小于参考电压值uref1时，对过程进行控制。
该步骤中，初始状态下，由于预紧力的作用，压电陶瓷传感器20会输出一个初始电压，控制器8获得初始电压值，当摩擦片17夹紧制动盘16后，压电陶瓷传感器20将力变化转化为电压变化，经控制器8处理，消除初始电压的影响，会在控制器8中得到一个在初始电压值的基础上增加的电压值u1，坡度传感器获得坡度信息并转化为参考电压值uref1，将所述增加的电压值u1通过PID进行调节，增加其稳定性，并与参考电压值uref1进行比较。当所述增加的电压值u1小于参考电压值uref1时，在设定时间tref1内可以多次进行再加紧过程，直到所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1，若当多次再夹紧过程所用的时间达到或超过设定时间tref1时，将判断为制动器制动力未达到理想制动效果，制动失效，以指示灯闪烁的形式告诉驾驶员进行报警。
该实施例中，汽车在坡度值为6°的斜坡上实施驻车制动，坡度传感器获得坡度信息并转化为的参考电压值uref1为4V，当得到的在初始电压值的基础上增加的电压值u1小于4V时，在设定时间tref1为2秒内，多次进行再夹紧过程，直到所述增加的电压值u1大于或等于4V，若当多次再夹紧过程所用的时间达到或超过2秒时，将判断为制动器制动力未达到理想制动效果，制动失效，以指示灯闪烁的形式告诉驾驶员进行报警。
步骤3：当所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1时，对过程进行控制。
当所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1时，也可能出现制动力过大而影响零件使用寿命的现象，为了防止出现这种情况，将所述增加的电压值u1与设定的最大制动力对应的电压值umax进行比较，如果所述增加的电压值u1小于设定的最大制动力对应的电压值umax，则系统将保持制动压力，如果结果与此相反，则将电机2反转以减小制动力，当电机2在规定时间tref2内反转时，实时地将所述增加的电压值u1与参考电压值uref1进行比较，重复前述情况，如果达到或超过规定时间tref2时，电机2仍然反转，则判断为电机2失效，以指示灯闪烁的形式报警以提醒驾驶员采取相应措施。
该实施例中，参考电压值uref1小于或等于所述增加的电压值u1时，设定的最大制动力对应的电压值umax为5V，当所述增加的电压值u1小于5V时，系统将保持制动压力，当所述增加的电压值u1大于或等于5V时，将电机2反转以减小制动力，当电机2在规定时间tref2为1秒内反转时，实时地将所述增加的电压值u1与5V进行比较，重复前述过程，当达到或超过1秒时，电机2仍然反转，则判断为电机2失效，以指示灯闪烁的形式报警以提醒驾驶员采取相应措施。
上述实施方式是用来解释说明本发明的，而不是对本发明的唯一限定，在本发明技术构思的基础上进行的相关的变形方案均在本发明的保护范围之内，对本发明作的任何使用修改和改变，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于压电陶瓷传感器的EPB提高可靠性的方法，该方法包括：
步骤1：驾驶员驾驶员启动电子驻车制动按钮，控制器(8)自检，系统进行初始化设置；
当驾驶员需要进行驻车制动时，会启动驻车制动按钮，电机(2)接通电源，同时与压电陶瓷传感器(20)相连的控制器(8)进行自我检查，如果检查结果合格，则进行初始化设置，设定此时的时间t＝0，如果检查结果不合格，则进行报警，使报警灯闪烁；
其特征在于：该方法还包括：
步骤2：压电陶瓷传感器输出的电压经控制器(8)处理，得到在初始电压值的基础上增加的电压值u1，将所述增加的电压值u1与参考电压值uref1进行比较，当所述增加的电压值u1小于参考电压值uref1时，对过程进行控制；
当所述增加的电压值u1小于参考电压值uref1时，在设定时间tref1内可以多次进行再夹紧过程，直至重新得到的所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1，
若当多次再夹紧过程所用的时间达到或超过设定时间tref1时，将判断为制动器制动力未达到理想制动效果，制动失效，以指示灯闪烁的形式告诉驾驶员进行报警；
步骤3：当所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1时，对过程进行控制；
该步骤中，当所述增加的电压值u1大于或等于参考电压值uref1时，将所述增加的电压值u1与设定的最大制动力对应的电压值umax进行比较，如果所述增加的电压值u1小于设定的最大制动力对应的电压值umax，则系统将保持制动压力；
如果结果与此相反，则将电机(2)反转以减小制动力，当电机(2)在规定时间tref2内反转时，实时地将所述增加的电压值u1与参考电压值uref1进行比较，重复前述情况，如果达到或超过规定时间tref2时，电机(2)仍然反转，则判断为电机(2)失效，以指示灯闪烁的形式报警以提醒驾驶员采取相应措施。
2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷传感器的EPB提高可靠性的方法，其特征在于：在步骤2中，初始状态下，由于预紧力的作用，压电陶瓷传感器(20)会输出一个初始电压，控制器(8)获得初始电压值，当摩擦片(17)夹紧制动盘(16)后，压电陶瓷传感器(20)将力变化转化为电压变化，经控制器(8)处理，消除初始电压的影响，会在控制器(8)中得到一个在初始电压值的基础上增加的电压值u1，其大小与制动力的大小相对应；坡度传感器获得坡度信息并转化为参考电压值uref1，将所述增加的电压值u1通过PID进行调节，并与参考电压值uref1进行比较。
3.利用权利要求1所述方法的具有压电陶瓷传感器的电子驻车制动器，其特征在于：通过滑动丝杠组合件的旋转，使得水平移动的螺母(14)在平动过程中对活塞(15)施加压力，压力通过摩擦片(17)施加在制动盘(16)上，所述滑动丝杠组合件由滑动丝杠底部(12)、滑动丝杠头部(13)和圆柱销(21)组成，所述圆柱销(21)对称的插入滑动丝杠头部(13)的孔中，密封圈(22)套在滑动丝杠头部(13)的环形槽内；滑动丝杠头部(13)嵌入滑动丝杠底部(12)的内凹槽内，所述滑动丝杠底部(12)为圆柱销(21)的端部留有两个对称的通孔，其直径大于圆柱销(21)的外径，以便圆柱销(21)的轴向移动；
所述压电陶瓷传感器(20)由滑动丝杠头部(13)固定在滑动丝杠底部(12)的内凹槽中，压电陶瓷传感器(20)置于滑动丝杠组合件的内部空间，其导线通过通道引出。
4.利用权利要求3所述的具有压电陶瓷传感器的电子驻车制动器，其特征在于：电子驻车制动器驱动机构由电机(2)、上壳体(5)、下壳体(1)、电机轴端齿轮(4)构成，所述电机轴端齿轮(4)通过传动齿轮(6)与大传动件(9)相连。
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