CN104787020A - 一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统 - Google Patents

Abstract

一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统，包括：带插销的制动踏板，其插销与滚珠丝杠螺杆的滑槽配合用以实现机械解耦；带滑槽的滚珠丝杠螺杆；踏板位移传感器；制动主缸，其经过ABS/ESP模块后与车辆车轮制动器液压耦合；压力传感器；踏板模拟器；电控直线运动模块，其通过电机驱动运动调整机构带动推杆运动，通过位移信号来控制电机，实现制动压力的控制；ABS/ESP模块，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。该电子液压制动系统能够快速响应、能够精确控制液压压力、能够主动模拟驾驶员的制动踏板感觉，具有结构简单易于维护等特点，同时该系统设计了机械连接的失效保护模式，具有很高的安全性和可靠性。

Description

一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及电子液压制动技术，尤其是制动液压压力可以主动调节，并具有失效保护作用的电子液压制动系统。

背景技术

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。操纵机构用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。当驾驶员踩下制动踏板时，电子控制单元通过踏板行程传感器感知驾驶员的制动意图，并控制电控制动系统的执行机构产生相应的制动力。为使汽车前后轮制动力更好地接近理想制动力分配曲线，那么必须要求其液压制动力可以进行适时可变调节。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。

电子液压制动系统主要由制动踏板、踏板位移传感器（或踏板角度传感器）、电子控制单元（ECU）、液压建压单元和调节机构组成。工作时，踏板位移传感器（踏板角度传感器）用于检测踏板位移量（踏板转角），然后将位移（转角）信号转化成电信号传给ECU，ECU识别驾驶员意图，对建压单元和调节机构进行控制，从而实现对制动力的调控。

1994年Analog公司用Saber仿真模拟的方法开发出一套电控液压制动系统的控制系统；2001年，在法兰克福车展上，Bosch公司展出研发的电子液压制动系统，配备在Benz公司第5代双门跑车SL500上，此后，Bosch和Daimler Chrysler公司开始研究用于商业的EHB系统，并在2002年将其装配在Mercedes E级车上；2002年，福特汽车公司的Focus FCV制动系统采用德国大陆公司开发的EHB系统；2003年，Continental Teves也开始了其EHB计划，试装在大众公司的一些概念车上。与传统液压制动系统相比，电子液压制动系统取消了体积庞大的真空助力器，结构更为紧凑，控制方便，制动噪声减小，改善了制动效能。

一般的电子液压制动系统由高压蓄能器、电机和泵共同作用实现对液压制动系统液压制动力的主动控制，但此项技术尚不成熟，可靠性和安全性存在隐患，同时不能保证踏板感觉或者需要采用踏板模拟器模拟踏板感觉；另外其没有充分利用人力，即驾驶员踩下的踏板力进行制动，造成一定程度上能源的浪费。

用电机和机械结构代替电子液压制动系统中的高压蓄能器和泵，通过控制线路在电子控制单元和执行机构之间传递信号，用运动调整装置将电机的旋转运动转换为直线运动来推动主缸，使之产生期望的运动，从而实现液压力的主动控制和调节。制动踏板与制动主缸间没有液压管路，因此不存在液压管路泄露、高压蓄能器安全隐患等问题，相比之下更加可靠、安全，且无需对制动主缸进行改动，降低了成本。

所以客观上有必要对上述电子液压制动系统进行改进，不但能够准确反馈模拟制动踏板感觉，主动调节液压压力，而且也具有简单有效的失效保护功能。除此之外，还应要求整个制动系统结构简单紧凑、可靠性高、控制容易、性能稳定、成本低、可维护性高等特点。依据本发明的电子液压制动系统便是在此背景下得以产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统，针对现有电子液压制动系统的缺陷，简化当前电子液压制动系统结构，提高制动安全性和制动效能。采用本发明所提供的电子液压制动系统，能够准确反馈制动踏板感觉，制动液压压力可根据需要进行主动调节，并且具有简单有效的失效保护模式，即使在电机失效的情况下，依然能够保证车辆具有一定的制动强度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统，包括：带插销的制动踏板，用于将驾驶员的制动意图输入系统，其插销与螺杆的滑槽配合用以实现机械解耦。带滑槽的推杆，其通过铰接方式和滚珠丝杠的螺杆机械连接。滚珠丝杠螺杆，用于推动主缸活塞。制动踏板位移传感器，用于获取制动踏板踩下时驾驶员所踩踏的行程和速率，从而判断其驾驶意图，进而驱动相应的电机产生相应的制动力和踏板感觉。制动主缸，用于接收制动电机及其减速器所产生的推力，从而建立相关的液压制动力；经过ABS/ESC模块后与车辆车轮制动器液压耦合。电控直线运动模块，其通过电机驱动运动调整机构带动滚珠丝杠的螺杆运动，通过位移信号来控制电机，实现制动压力的控制，其中运动调整机构为一对啮合的齿轮副。踏板模拟器，用于根据相关的信号产生驾驶员所期望的制动感觉，用来模拟踏板制动感觉；机械失效保护装置。电磁阀，用于踏板力主动控制以及制动踏板液压失效备份。ABS/ESP模块，即车辆的防抱死制动系统/电子稳定性控制系统模块，它可以被动和主动调节各轮缸的液压制动力，即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。电控单元ECU，根据踏板位移信号计算出此次制动需要的总制动力，然后根据电机、电池状态计算出车辆能够产生的再生制动力，总制动力减去再生制动力后即所述电子液压制动系统需要产生的制动力，其通过电机来控制。液压力传感器，检测管路中液压力大小，并传递信号给电控单元。

在正常工作模式下，踩下制动踏板，由于插销和滑槽的间隙配合，制动踏板力并不直接作用于滚珠丝杠的螺杆上，与此同时踏板位移传感器测量踏板位移信号，经过ECU处理后判断制动意图，ECU再控制电控直线运动模块，其通过电机驱动滚珠丝杠的螺杆作为推杆与主缸推杆刚性连接，控制电机，从而实现制动压力的精确控制；在失效模式下，系统断电，踩下制动踏板时，经过插销和滑槽配合的这一段空行程之后与滚珠丝杠螺杆刚性接触，继而推动主缸活塞推杆实现制动功能。

优选地，制动踏板感觉模拟器与制动踏板推杆相连，所述踏板感觉模拟器通过液压管路产生反馈力，用于模拟制动踏板感觉。

用于踏板力主动控制的两个电磁阀分别位于踏板模拟器与储液罐之间的管路上以及踏板模拟器与主缸之间的管路上，起到调节阻尼的作用，与踏板模拟器内的弹簧共同完成踏板感觉的模拟。

所述液压力传感器布置在所述电磁阀和所述踏板模拟器之间的液压管路以及制动主缸和ABS/ESP模块之间的液压管路上，测量液体压力，以用于踏板感觉模拟反馈控制。

所述电控直线运动模块包括ECU、旋转电机和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，丝杠的右端面与主缸活塞推杆接触，正常制动时带动主缸活塞推杆制动。或者说，电控直线运动模块的传动机构中的直线运动机构包括所述的滚珠丝杠以及推杆，一端有滑槽和制动踏板的插销相配合，另外一端和主缸推杆间隙连接，失效模式下，踩下制动踏板时，经过插销和滑槽配合的这一段空行程之后与滚珠丝杠螺杆刚性接触，继而推动主缸活塞推杆实现制动功能。

上述的电控直线运动模块，其通过滚珠丝杠的机械机构将电机的旋转运动转化为推杆的直线运动，通过位移信号由电机控制器来控制电机，从而实现制动压力的线性控制，此电控直线运动模块也可称为液压建压调节机构。

在正常工作模式下，踩下制动踏板，由于插销和滑槽的间隙配合，制动踏板力并不直接作用于滚珠丝杠的螺杆上，与此同时踏板位移传感器测量踏板位移信号，经过ECU处理后判断制动意图，ECU再控制电控直线运动模块，其通过电机驱动滚珠丝杠的螺杆作为推杆与主缸推杆刚性连接，控制电机，从而实现制动压力的精确控制。

在失效模式下，系统断电，踩下制动踏板克服插销与推杆滑槽之间的间隙，经过插销和滑槽配合的这一段空行程之后与滚珠丝杠螺杆刚性接触，继而推动主缸活塞推杆实现制动功能。

上述的制动主缸推杆、制动主缸、压力调节器和前后各轮液压制动器可称为电子液压制动系统的执行机构。前后各轮液压制动器既可以是液压盘式制动器，也可以是液压鼓式制动器。

所述的电子液压制动系统包括踏板位移传感器、ABS/ESP模块。其中制动踏板位移传感器既可以是线位移传感器，也可以为角位移传感器。

根据本发明的电子液压制动系统省去了传统液压制动系统中使用的真空助力器，因此结构更为紧凑，并且可通过电机控制器对电机转速和转矩进行控制，可对制动主缸液压压力的主动调节。同时根据本发明所的电子液压制动系统以电机作为液压压力来源，不需单独设计制动踏板感觉模拟器，并具有失效保护功能，可靠性和安全性高。并且根据本发明的电子液压制动系统结构简单紧凑，控制容易，成本较低，维护方便，为一种优异的新型电子液压制动系统。

附图说明

图1 是本发明实施例中的电子液压制动系统结构示意图。

附图中标号说明：

1——制动踏板；       2——踏板模拟器；3——插销；

4——带滑槽的推杆；

5——滚珠丝杠的螺杆； 6——滚珠丝杠的螺母；

7、17——齿轮副；     8——主缸活塞推杆；

9——主缸；           10——储液罐；   11——主缸第二活塞；

12、18——液压力传感器；               13、16、22、23——液压管路；

14——ABS/ESP模块；

15、21——电磁阀；    19——电机；

20——电控单元ECU；   24——踏板位移传感器。

具体实施方式

本发明的一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统具体工作过程如下：正常工作时，电磁阀15和21均处于上电状态，驾驶员踩下制动踏板1，踏板位移传感器24获得踏板位移，接受到驾驶员的制动意图，然后将采集到的信号通过控制线路传递到电控单元ECU20中，电控单元20算出本次制动所需液压制动力大小Fh（Fh =Ph·（A1+A2），其中Ph为主缸制动力合成腔的压强，A1、A2分别为主缸第一活塞和第二活塞的面积）、踏板模拟器反馈给驾驶员的模拟踏板力Fs(Fs = Ps·As，Ps是踏板模拟器内部液体压强大小，As是踏板模拟器内部活塞面积，踏板液压力有两个来源即输入P1和输入P2，其中输入P1来自高压源主缸，输入P2来自储液罐的自然压力，Ps = P1- P2)以及直线运动模块所需调节力Fm，其中Fm = Ph·A1=0.5Fh。ECU通过控制线路调节电机19驱动运动调整装置（此处为齿轮副7、17），传递扭矩和转速到滚珠丝杠螺母6，螺母6带动滚珠丝杠的螺杆5即可产生直线运动模块调节力Fm，依据上述压力关系式Fm = Ph·A1=0.5Fh，产生满足系统要求的制动液压力，此时滚珠丝杠的螺杆5推动主缸活塞推杆8 开始建压，制动液经过液压管路流向ABS/ESC模块14，继而流向各轮缸产生制动力；电控单元ECU20根据液压力传感器12、18采集的信号P1和P2，依据压力关系式Ps = P1- P2调控电磁阀15、21的开闭来调节踏板模拟器中的液压Ps，使其保持在系统要求的范围，完成对驾驶员踏板感觉主动模拟。

根据本发明的一个优选的实施例，上述传动机构可以是滚珠丝杆、齿轮副传动。

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。本发明带机械式失效保护的电子液压制动系统也包含了失效保护方案。

优选地，制动开始或制动进行中若电机19无法提供力矩等故障发生时，故障诊断系统诊断出故障信息，传递给电控单元20，电控单元20立刻令整个系统断电，电磁阀15断电后，处于常闭状态，电磁阀21断电后处于常开状态，踏板模拟器2内部高压液体通过管路22、23直接与常压的储液罐相连而迅速得到释放。此时踩下踏板，经过插销和滑槽配合的这一段空行程之后踏板与滚珠丝杠螺杆刚性接触并推动主缸活塞推杆在主缸建压，继而通过液压管路传递液压力至ABS/ESP模块，实现制动功能。

装备真空助力器的传统汽车的制动系统存在一些问题，真空助力器在超过助力范围时无法提供助力导致在紧急制动时会有一段没有助力的踏板行程，由于车内布置空间的限制，真空助力器的尺寸有限，难以实现更好的制动性能。本发明的电子液压制动系统结构简单紧凑，控制容易，成本较低，维护方便等优势，弥补传统制动方式的缺陷。

本发明的带机械失效保护模式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，让再生制动和液压制动一起形成总的制动力。

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 (7)

1.一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统，其特征在于：包括：

带插销的制动踏板，用于将驾驶员的制动意图输入系统；

带滑槽的推杆，其通过铰接方式和滚珠丝杠的螺杆机械连接；

滚珠丝杠螺杆，用于推动主缸活塞；

制动踏板位移传感器，用于获取制动踏板踩下时驾驶员所踩踏的行程和速率，从而判断其驾驶意图，进而驱动相应的电机产生相应的制动力和踏板感觉；

制动主缸，用于接收制动电机及其减速器所产生的推力，从而建立相关的液压制动力；

电控直线运动模块，其通过电机驱动运动调整机构带动滚珠丝杠的螺杆运动，通过位移信号来控制电机，实现制动压力的控制，其中运动调整机构为一对啮合的齿轮副；

踏板模拟器，用于根据相关的信号产生驾驶员所期望的制动感觉；

电磁阀，用于踏板力主动控制以及制动踏板液压失效备份；

ABS/ESP模块，即车辆的防抱死制动系统/电子稳定性控制系统模块，它可以被动和主动调节各轮缸的液压制动力；

电控单元ECU，根据踏板位移信号计算出此次制动需要的总制动力，然后根据电机、电池状态计算出车辆能够产生的再生制动力，总制动力减去再生制动力后即所述电子液压制动系统需要产生的制动力，其通过电机来控制。

2.液压力传感器，检测管路中液压力大小，并传递信号给电控单元。

3. 如权利要求1所述的电子液压制动系统，其特征在于：

制动踏板感觉模拟器与制动踏板推杆相连，所述踏板感觉模拟器通过液压管路产生反馈力，用于模拟制动踏板感觉。

4. 如权利要求1所述的电子液压制动系统，其特征在于：

用于踏板力主动控制的两个电磁阀分别位于踏板模拟器与储液罐之间的管路上以及踏板模拟器与主缸之间的管路上，起到调节阻尼的作用，与踏板模拟器内的弹簧共同完成踏板感觉的模拟。

5. 如权利要求3所述的电子液压制动系统，其特征在于：

所述液压力传感器布置在所述电磁阀和所述踏板模拟器之间的液压管路以及制动主缸和ABS/ESP模块之间的液压管路上，测量液体压力，以用于踏板感觉模拟反馈控制。

6. 如权利要求4所述的电子液压制动系统，其特征在于：

当系统失效时，驾驶员踩下制动踏板克服插销与推杆滑槽之间的间隙，使踏板与推杆刚性接触，继而推动滚珠丝杠的螺杆，使之推动主缸活塞发挥制动效用。

7. 如权利要求5所述的电子液压制动系统，其特征在于：

所述电控直线运动模块包括ECU、旋转电机和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，丝杠的右端面与主缸活塞推杆接触，正常制动时带动主缸活塞推杆制动。