CN104709263B - 具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，可以实现电动制动助力、主动制动和再生制动等功能，且能通过电子控制单元根据制动踏板位移传感器、主缸压力传感器的采集信号，对电机、液压控制单元和几个电磁阀进行控制，实现各制动模式的选择。当系统工作于线控制动模式，通过踏板位移传感器的信号控制电机推动主缸活塞将制动压力输出至轮缸，此时制动踏板与摩擦制动器完全解耦；电动助力制动模式，踏板力通过人力缸放大后输入主缸后腔，推动主缸第一活塞，同时电子控制单元控制电机输出转矩实施助力于主缸第一活塞，将制动压力输出至轮缸；主动制动时，电子控制单元控制电机输出转矩使主缸输出制动压力至轮缸。
Description
技术领域
本发明属于汽车制动系统技术领域，具体来说，涉及一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统。
背景技术
现代汽车上广泛使用的液压制动系统包括制动踏板，真空助力器，制动主缸，液压管路，制动轮缸，电磁阀等几部分组成。尽管传统制动系统已经成为一项非常成熟的技术，但该系统也存在一些问题：比如真空助力器体积比较大，助力大小不可控，无法切断制动器与人力操作的联系，因此在一定程度上影响了制动能量回收效果。
而单纯的电机助力制动系统，虽然可以实现助力大小可控，但还是无法切断制动器与人力操作的联系，不利于电动车制动能量回收。同时，其不能很好地满足现在底盘控制系统的主动制动要求，例如驱动防滑控制(ASR)、电子稳定控制(ESC)及自适应巡航控制(ACC)等。
线控制动系统通过电子控制单元获取驾驶员制动意图，从而控制电驱动元件来产生制动力，可以实现踏板力和摩擦制动力的完全解耦，有利于电动车制动能量回收。线控制动系统分为EMB系统和EHB系统两类。电子机械式制动系统(EMB)采用电机作为制动执行机构，取消了传统的液压制动管路，具有响应快，结构简单的特点。电子液压制动系统(EHB)是通过蓄能器提供高压加压，高速开关电磁阀控制轮缸压力，保留了液压管路，具有响应快，可靠性高的特点。但EMB由于系统中采用了大量的电子器件，因此在制动失效时的备份过于复杂，成本过高；EHB应用的电磁阀数量过多，液压管路过于繁琐，高压蓄能器本身蓄有高压，在车辆碰撞后，容易放上爆炸，造成二次伤害，有潜在的危险。
采用电机驱动制动主缸活塞的电液制动系统构成了另外一类线控制动系统。公开号为CN103010199A的发明专利“一种汽车线控制动系统”即属于此类。各类线控制动系统虽然具有如上所述的诸多优点，但它们相对于非线控系统而言同时也存在一些不足：需要设置专门的失效备份装置，增加了系统的复杂程度和成本；正常工作条件下踏板力总是依赖模拟器产生，踏板力不可调节；施加于制动踏板的人力没有被直接用来产生制动力，不利于缩短制动器起作用时间。目前还没有发现任何一种同时具备非线控制动系统与线控制动系统的优点制动系统。
发明内容
本发明提出一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，可以实现电动制动助力、主动制动和再生制动等多种功能，且能在各个功能之间自由切换。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，其特征在于，包括制动踏板1、推杆3、人力缸4、踏板模拟器10、轮缸11、液压控制单元12、电子控制单元14、三腔主缸15、主缸储液罐16、人力缸储液罐19、运动转换及传动机构17及电机18；
制动踏板1与推杆3销连接；推杆3与所述人力缸4的人力缸后活塞401连接；所述人力缸4内区分有人力缸前腔407和人力缸后腔406，人力缸后腔406和人力缸前腔407均与储液罐19相连，人力缸后腔406还通过第一常闭电磁阀7与踏板模拟器10相连；所述三腔主缸15内区分有低压腔1505、第一高压腔和第二高压腔，第一高压腔和第二高压腔均与主缸储液罐16相连，低压腔1505通过第二单向阀9与储液罐19相连，低压腔1505还分别通过第一单向阀5和第二常闭电磁阀8与人力缸前腔407相连，并通过常开电磁阀6与人力缸后腔406相连；主缸15的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元12通过制动管路连通；液压控制单元12通过制动管路与四个轮缸11相连接；电机18和液压控制单元12均与车辆上的电子控制单元14相连，电子控制单元14还与安装在制动踏板1上的制动踏板位移传感器2及安装在主缸15上的主缸压力传感器13相连；电机18通过运动转换及传动机构17与三腔主缸15的顶杆连接。
本发明所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，人力缸4还包括工形活塞404、连接人力缸后活塞401和工形活塞404的回位弹簧402，人力缸后活塞401、人力缸活塞回位弹簧402和工形活塞后端403设置所述人力缸后腔406内，工形活塞前端405设置在所述人力缸前腔407内，人力缸后腔406、人力缸前腔407通过补偿孔与所述储液罐19连通。
本发明所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，踏板模拟器10包括踏板模拟器活塞1001、踏板模拟器壳体1002、连接踏板模拟器活塞1001和踏板模拟器壳体1002前壁的踏板模拟器弹簧1003，踏板模拟器活塞1001设置在踏板模拟器壳体1002内，其与踏板模拟器壳体1002的后壁形成一个液压腔，该液压腔通过第一常闭电磁阀7与所述人力缸前腔407相连。
本发明所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，三腔主缸15还包括位于主缸缸体1507内的第一活塞1504与第二活塞1502、连接在第一活塞1504与第二活塞1502间的第一活塞回位弹簧1503、连接在第二活塞1502与主缸缸体1507前壁间的第二活塞回位弹簧1501；其中，第一活塞1504与第二活塞1502间形成第一高压腔，第二活塞1502与主缸缸体1507前壁间形成第二高压腔，第一活塞1504与主缸缸体1507后壁间形成低压腔1505；第一活塞1504顶杆与所述运动转换及传动机构17固定连接；第一活塞1504顶杆与主缸缸体1507后壁间通过密封圈1506密封连接。
本发明所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，运动转换及传动机构17为滚珠丝杠传动机构。
本发明具有以下优点：
1、本发明所述的电液复合制动系统同时具有电动制动助力和线控制动功能，兼有非线控制动系统的高可靠性、制动踏板感觉可设计和线控制动系统的主动制动功能；
2、本发明可在小踏板行程下实现制动踏板力与摩擦制动器完全解耦，满足绝大多数制动工况下的再生制动与电动摩擦制动的混合制动要求，可最大程度地回收制动能量；
3、本发明可在大踏板行程下工作于助力制动模式，人力缸在此工况下具有对推杆力的放大作用，可增加制动力，减少电机需求。
4、本发明不需要另设专门的制动失效备份装置，在失效时可将人力加载到主缸上。
5、本发明由于电机参与调节制动压力，系统压力波动小、调压精度高，并且能够通过电机扭矩主动控制抑制液压控制单元的回液对制动踏板的冲击。
6、本发明可以通过电磁阀切换各个功能状态，可以通过控制电磁阀使得切换过程平滑，不影响驾驶员的脚感。
附图说明
图1为本发明所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统的结构示意图。
图中：
1-制动踏板，2-踏板传感器，3-推杆，4-变推力人力缸，5-第一单向阀，6-常开电磁阀，7-第一常闭阀，8-第二常闭阀，9-第二单向阀，10-踏板模拟器，11-轮缸，12-液压控制单元，13-压力传感器，14-电子控制单元，15-三腔主缸，16-主缸储液罐，17-运动转换及传动机构，18-电机，19-人力缸储液罐，401-人力缸后活塞，402-人力缸活塞回位弹簧，403-工形活塞后端，404-工形活塞，405-工形活塞前端，406-人力缸后腔，407-人力缸前腔，408-人力缸缸体，1001-踏板模拟器活塞，1002-踏板模拟器壳体，1003-踏板模拟器弹簧，1501-第二活塞回位弹簧，1502-第二活塞，1503-第一活塞回位弹簧，1504-第一活塞，1505-低压腔，1506-密封圈，1507-主缸缸体
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明的具体实施方式。
参阅图1，一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，包括制动踏板1、踏板位移传感器2、推杆3、人力缸4、第一单向阀5、第二单向阀9、常开电磁阀6、第一常闭电磁阀7、第二常闭电磁阀8、踏板模拟器10、轮缸11、液压控制单元12、压力传感器13、电子控制单元14、三腔主缸15、主缸储液罐16、人力缸储液罐19、运动转换及传动机构17、电机18。
所述制动踏板1与推杆3销连接；推杆3与所述人力缸4的人力缸后活塞401连接；所述人力缸4内区分有人力缸前腔407和人力缸后腔406，人力缸后腔406和人力缸前腔407均与储液罐19相连，人力缸后腔406还通过第一常闭电磁阀7与踏板模拟器10相连；所述三腔主缸15内区分有低压腔1505、第一高压腔和第二高压腔，第一高压腔和第二高压腔均通过补偿孔与主缸储液罐16相连，低压腔1505通过第二单向阀9与储液罐19相连，低压腔1505还分别通过第一单向阀5和第二常闭电磁阀8与人力缸前腔407相连，并通过常开电磁阀6与人力缸后腔406相连；主缸15的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元12通过制动管路连通；液压控制单元12通过制动管路与四个轮缸11相连接；电机18和液压控制单元12均与车辆上的电子控制单元14相连，电子控制单元14还与安装在制动踏板1上的制动踏板位移传感器2及安装在主缸15上的主缸压力传感器13相连；电机18通过运动转换及传动机构17与三腔主缸15的顶杆连接。
所述人力缸4包括设置在人力缸缸体408内的人力缸后活塞401、工形活塞404、连接人力缸后活塞401和工形活塞404的回位弹簧402、人力缸后腔406、人力缸前腔407，其中，人力缸后活塞401、人力缸活塞回位弹簧402和工形活塞后端403在人力缸后腔406内，工形活塞前端405在人力缸前腔407内。人力缸后活塞401通过推杆3与制动踏板1连接，未踩下制动踏板时人力缸后腔、人力缸前腔407通过补偿孔与储液罐19连通。
所述的踏板模拟器10包括踏板模拟器活塞1001、踏板模拟器壳体1002、连接踏板模拟器活塞和踏板模拟器壳体的踏板模拟器弹簧1003。其中，踏板模拟器活塞1001在踏板模拟器壳体1002内，其与壳体的后壁形成一个液压腔，该液压腔通过第一常闭电磁阀7与人力缸前腔407相连。
所述的三腔主缸15包括主缸缸体1507、第一活塞1504、第二活塞1502、第一活塞回位弹簧1503、第二活塞回位弹簧1501、低压腔1505；其中，第一活塞1504、第二活塞1502位于缸体1507内；第一活塞1504与第二活塞1502间作为第一高压腔，第二活塞1502与主缸缸体1507前壁间作为第二高压腔，第一活塞1504与主缸缸体1507后壁间作为低压腔1505；第一高压腔和第二高压腔均通过补偿孔与主缸储液罐16相连；第一活塞1504与第二活塞1502间设置有第一活塞回位弹簧1503；第二活塞1502与主缸缸体1507前壁间设置有第二活塞回位弹簧1501；第一活塞1504顶杆与主缸缸体1507后壁间通过密封圈1506密封连接。低压腔1505通过第二单向阀9与储液罐19相连，通过常开电磁阀6与人力缸后腔406相连，通过第一单向阀5和第二常闭电磁阀8与人力缸前腔407相连。
所述运动转换及传动机构17是滚珠丝杠传动机构，将电机18的旋转运动转为推动三腔主缸15顶杆的直线运动。其中螺母与电机18连接，丝杠与三腔主缸15顶杆连接。
本发明所述的具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统包括小行程线控制动模式、中等行程助力制动模式、大行程放大助力制动模式和主动制动四种制动模式，同时还具有失效备份功能。制动踏板1通过支承销与推杆3相连；储液罐19除了分别与人力缸4的人力缸后腔406和人力缸前腔407相连外，还通过第二单向阀9与主缸15的低压腔1505相连；人力缸前腔407通过第一单向阀5和第二常闭电磁阀8与低压腔1505相连；人力缸后腔406通过常开电磁阀6与低压腔1505相连，通过第一常闭电磁阀7与踏板模拟器10相连。主缸15的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元12通过制动管路连通；液压控制单元12通过制动管路与四个轮缸11相连接；电机18和液压控制单元12均与车辆上的电子控制单元14相连；同时，电子控制单元14还与制动踏板位移传感器2及主缸压力传感器13相连；制动踏板位移传感器2与主缸压力传感器13分别安装在制动踏板1与主缸15上，用来获取制动踏板的位移信号以及主缸的第一高压腔或第二高压腔的压力信号。由此，通过电子控制单元根据制动踏板位移传感器2、主缸压力传感器13的采集信号，对电机18、液压控制单元12和常开电磁阀6、第一常闭电磁阀7、第二常闭电磁阀8进行控制，实现电液复合制动系统各制动模式的选择。
1、小行程线控制动模式
制动踏板行程较小时，电子控制单元14控制常开电磁阀6、第二常闭电磁阀8关闭，切断人力缸4和主缸15的液压连接，同时控制电磁阀7打开，将人力缸后腔406和踏板模拟器10联通，系统工作于线控制动模式。踏板力经推杆3传至人力缸后活塞401，压缩人力缸后腔406的制动液到踏板模拟器10，此时由于切断了人力缸4和主缸15的液压连接，驾驶员踩踏板的压力不会传递到主缸15。线控模式下的踏板力大小取决于人力缸活塞回位弹簧402以及踏板模拟器弹簧1003的刚度和制动液的阻尼。线控模式下的制动减速度目标值由电子控制单元14根据踏板位移传感器2信号设定，所需要的制动力则由电机18经过运动转换及传动机构17推动主缸第一活塞1504产生的摩擦制动和/或汽车上的再生制动产生。这样可以利用再生制动尽可能多地回收制动能量。
2.中等行程助力制动模式
当制动踏板行程继续变大时，电子控制单元14控制常开电磁阀6打开，第一常闭电磁阀7、第二常闭电磁阀8关闭。将人力缸后腔406和主缸低压腔1505相连，踏板力经推杆3传至人力缸后活塞401，压缩人力缸后腔406的制动液到低压腔1505内从而推动主缸第一活塞1504，使得踏板力直接用于产生制动力。同时，电子控制单元14根据踏板位移传感器2信号和助力特性曲线设定所需制动力，并控制电机18经过运动转换及传动机构17推动主缸第一活塞1504，产生电动助力制动力。
3.大行程放大助力制动模式
当制动踏板行程足够大时，电子控制单元14控制常开电磁阀6、第一常闭电磁阀7关闭，切断人力缸后腔406和主缸低压腔1505的连接，以及人力缸后腔406和踏板模拟器10的连接；同时，控制第二常闭电磁阀8打开，使得人力缸前腔407与主缸低压腔1505相连，此时，踏板力经推杆3传至人力缸后活塞401，压缩人力缸后腔406的制动液从而推动工形活塞404将人力缸前腔407制动液压入主缸低压腔1505推动主缸第一活塞1504产生制动力。由于工形活塞前端405比工形活塞后端403的截面积小，根据帕斯卡原理，人力缸前腔407制动液压力将比人力缸后腔406制动液压力高，从而实现了踏板力的放大。同时，电子控制单元14根据踏板位移传感器2信号和助力特性曲线设定所需制动力，并控制电机18经过运动转换及传动机构17推动主缸第一活塞1504，产生电动助力制动力。这样，驾驶员踩踏板力经过放大作用于主缸并同电机助力一起促动主缸活塞产生制动力。
在持续制动过程中，若电子控制单元14通过车载控制传感器中的ABS传感器检测出任何车轮有抱死趋势时，电子控制单元14的控制下进入ABS状态。与现有液压制动系统ABS不同的是，四个轮缸所受压力不仅可通过液压控制单元12进行调节，且可以通过电子控制单元10调整电机18的转矩输出进行调节；由此，使得电机18的助力特性曲线与识别出的路面附着系数相适应，即在低附着工况下电动助力比较小，在高附着工况下电动助力比较大。与现有液压制动系统ABS另一点不同是，电子控制单元14可根据主缸压力传感器13采集的压力信号，控制电机18输出一个附加转矩抑制液压控制单元14的回液对主缸15的压力冲击，从而实现良好的制动踏板感觉。
电动制动助力模式可用于不具有再生制动系统与主动制动系统的汽车，电子控制单元仅根据制动踏板位移传感器2采集的制动踏板1位移信号，对制动踏板1踩踏状态进行检测，当检测到制动踏板1被踩下时，则电子控制单元10选择电动制动助力模式。
4、主动制动模式
电子控制单元14控制电机18输出转矩使主缸15的第一高压腔与第二高压腔内建立压力，且通过液压控制单元12选择全部车轮或部分车轮实施制动，并在必要时调整各轮缸11制动压力。由于人力缸4与主缸15没有机械连接，因此制动踏板1不会因主动制动而产生不必要的运动。
5、失效备份
当系统中的电源失效时，由于第二常闭电磁阀8关闭，常开电磁阀6为打开，第一常闭电磁阀7关闭，此时，人力缸后腔406通过第一常闭电磁阀7与低压腔1505相连，因此驾驶员踩踏板产生的踏板力可以通过人力缸后腔406加载到主缸15中，从而产生部分制动力；若液压控制单元12发生故障，此时液压控制单元12进行压力调节的功能丧失，但仍然可以发挥电动制动助力、线控制动和主动制动功能。若人力缸4或与人力缸4连通的制动管路发生泄漏，仍然可以通过电机18驱动第一活塞1504运动实施主动制动和线控制动。
Claims (5)
1.一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，其特征在于，包括制动踏板(1)、推杆(3)、人力缸(4)、踏板模拟器(10)、轮缸(11)、液压控制单元(12)、电子控制单元(14)、三腔主缸(15)、主缸储液罐(16)、人力缸储液罐(19)、运动转换及传动机构(17)及电机(18)；
所述制动踏板(1)与推杆(3)销连接；推杆(3)与所述人力缸(4)的人力缸后活塞(401)连接；所述人力缸(4)内区分有人力缸前腔(407)和人力缸后腔(406)，人力缸后腔(406)和人力缸前腔(407)均与人力缸储液罐(19)相连，人力缸后腔(406)还通过第一常闭电磁阀(7)与踏板模拟器(10)相连；所述三腔主缸(15)内区分有低压腔(1505)、第一高压腔和第二高压腔，第一高压腔和第二高压腔均与主缸储液罐(16)相连，低压腔(1505)通过第二单向阀(9)与人力缸储液罐(19)相连，低压腔(1505)还分别通过第一单向阀(5)和第二常闭电磁阀(8)与人力缸前腔(407)相连，并通过常开电磁阀(6)与人力缸后腔(406)相连；三腔主缸(15)的第一高压腔和第二高压腔分别与液压控制单元(12)通过制动管路连通；液压控制单元(12)通过制动管路与四个轮缸(11)相连接；电机(18)和液压控制单元(12)均与车辆上的电子控制单元(14)相连，电子控制单元(14)还与安装在制动踏板(1)上的制动踏板位移传感器(2)及安装在三腔主缸(15)上的主缸压力传感器(13)相连；电机(18)通过运动转换及传动机构(17)与三腔主缸(15)的顶杆连接；
所述人力缸(4)包括工形活塞(404)，工形活塞前端(405)的截面积小于工形活塞后端(403)的截面积；
当制动踏板行程足够大时，所述电子控制单元(14)控制所述常开电磁阀(6)、所述第一常闭电磁阀(7)关闭，切断所述人力缸后腔(406)和所述主缸低压腔(1505)的连接，以及所述人力缸后腔(406)和所述踏板模拟器(10)的连接；同时，控制所述第二常闭电磁阀(8)打开，使所述人力缸前腔(407)与所述主缸低压腔(1505)相连，所述踏板力经推杆(3)传至所述人力缸后活塞(401)，压缩所述人力缸后腔(406)的制动液从而推动所述工形活塞(404)将所述人力缸前腔(407)制动液压入所述主缸低压腔(1505)推动所述主缸第一活塞(1504)产生制动力。
2.按照权利要求1所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，其特征在于，所述人力缸(4)还包括工形活塞(404)、连接人力缸后活塞(401)和工形活塞(404)的人力缸活塞回位弹簧(402)，人力缸后活塞(401)、人力缸活塞回位弹簧(402)和工形活塞后端(403)设置在所述人力缸后腔(406)内，工形活塞前端(405)设置在所述人力缸前腔(407)内，人力缸后腔(406)、人力缸前腔(407)通过补偿孔与所述人力缸储液罐(19)连通。
3.按照权利要求1所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，其特征在于，所述踏板模拟器(10)包括踏板模拟器活塞(1001)、踏板模拟器壳体(1002)、连接踏板模拟器活塞(1001)和踏板模拟器壳体(1002)前壁的踏板模拟器弹簧(1003)，踏板模拟器活塞(1001)设置在踏板模拟器壳体(1002)内，其与踏板模拟器壳体(1002)的后壁形成一个液压腔，该液压腔通过第一常闭电磁阀(7)与所述人力缸后腔(406)相连。
4.按照权利要求1所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，其特征在于，所述三腔主缸(15)还包括位于主缸缸体(1507)内的第一活塞(1504)与第二活塞(1502)、连接在第一活塞(1504)与第二活塞(1502)间的第一活塞回位弹簧(1503)、连接在第二活塞(1502)与主缸缸体(1507)前壁间的第二活塞回位弹簧(1501)；其中，第一活塞(1504)与第二活塞(1502)间形成第一高压腔，第二活塞(1502)与主缸缸体(1507)前壁间形成第二高压腔，第一活塞(1504)与主缸缸体(1507)后壁间形成低压腔(1505)；所述三腔主缸(15)的顶杆与所述运动转换及传动机构(17)固定连接；三腔主缸(15)的顶杆与主缸缸体(1507)后壁间通过密封圈(1506)密封连接。
5.按照权利要求1所述的一种具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统，其特征在于，所述运动转换及传动机构(17)为滚珠丝杠传动机构。
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