CN106114483B - 基于液压和电子机械相结合的制动方法及制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液压和电子机械相结合的制动方法及制动系统，该方法为：将液压制动控制单元与电子机械制动控制单元串联，所述液压制动控制单元和电子机械制动控制单元均能直接驱动制动执行单元。该系统包括液压控制组件、电子控制组件及制动执行组件，所述液压控制组件与电子控制组件串联，所述电子控制组件在常规制动时对制动执行组件进行控制；所述液压控制组件包括主油缸和液压控制回路，所述主油缸的驱动杆通过电子控制组件与制动执行组件相连。本发明具有系统安全性更好、制动效果更好等优点。

Description

基于液压和电子机械相结合的制动方法及制动系统

技术领域

本发明主要涉及到车辆的制动设备领域，特指一种基于液压和电子机械相结合的制动方法及制动系统。

背景技术

目前，在车辆的制动系统中主要存在空气制动、液压制动以及电子机械制动等多种方式。

在采用空气制动方式的制动系统中，制动力的传递路径为：空气压缩机产生压缩空气，各种气动控制阀按照EBCU的控制指令对压缩空气进行调节（主要是调压调速），经过调节后的压缩空气进入基础制动单元内推动制动闸瓦压紧车轮产生制动力。

在液压制动方式的制动系统中，制动力的传递路径为：液压泵提供高压油，各种液压伺服控制阀按照EBCU的控制指令对液压油进行调节（主要是调压调速），经过调节后的高压油进入基础制动单元内推动制动闸瓦压紧车轮产生制动力。

在电子机械制动系统中，其制动的传递路径为：伺服电机输出可精确控制的扭矩，经过减速机构和运动转换机构后推动闸瓦压紧车轮产生制动力。这种系统的动态响应特性非常好，可以实现多级故障自诊断，维护简单。

上述各种传统转动系统均存在相应的不足。因为空气制动系统中存在很多空气控制阀，这些空气控制阀均存在一定的滞后性，因此空气制动的动态响应较差。同时，空气制动的体积较大，系统管路较多，维护不方便。液压制动系统的压力动态调节需要依靠高精度的伺服阀，因此系统对油液的污染比较敏感，系统故障时不便于迅速诊断。电子机械制动系统实现紧急制动时的安全性不高，一旦电机故障，将直接导致制动丧失，因此不能实现故障导向安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种系统安全性更好、制动效果更好的基于液压和电子机械相结合的制动方法及制动系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于液压和电子机械相结合的制动方法，将液压制动控制单元与电子机械制动控制单元串联，所述液压制动控制单元和电子机械制动控制单元均能直接驱动制动执行单元。

作为本发明方法的进一步改进：由电子机械制动控制单元进行防滑操作。

作为本发明方法的进一步改进：在常用制动过程中，所述电子机械制动控制单元直接驱动并控制制动执行单元；在紧急制动、保持制动或停放制动过程中，所述液压制动控制单元驱动并控制制动执行单元。

本发明进一步提供一种基于液压和电子机械的制动系统，包括液压控制组件、电子控制组件及制动执行组件，所述液压控制组件与电子控制组件串联，所述电子控制组件在常规制动时对制动执行组件进行控制；所述液压控制组件包括主油缸和液压控制回路，所述主油缸的驱动杆通过电子控制组件与制动执行组件相连；。

作为本发明系统的进一步改进：在所述主油缸处设置一个压力传感器，所测得的液压力用于电子机械制动单元的输出制动力反馈控制。

作为本发明系统的进一步改进：所述制动执行组件包括制动夹钳，用来与制动盘配合完成制动作业；所述电子控制组件包括伺服电机、电机制动器以及将伺服电机的旋转运动转换成平移运动以操纵制动夹钳压向和远离制动盘的螺旋副。

作为本发明系统的进一步改进：所述螺旋副包括滚珠螺母和丝杆，所述滚珠螺母通过螺纹连接于丝杆上；所述电机制动器用来控制电机输出轴；所述伺服电机的输出端用来驱动滚珠螺母转动完成沿着丝杆的运动，使滚珠螺母与制动夹钳配合完成制动和缓解作业。

作为本发明系统的进一步改进：所述伺服电机可以驱动滚珠螺母绕丝杆旋转的同时，所述伺服电机和滚珠螺母可以一起沿丝杆平移运动。

作为本发明系统的进一步改进：所述电子控制组件中还包括了主弹簧组，所述主弹簧组用来对螺旋副的旋转部施加弹簧力，在伺服电机不输出力时，所述主弹簧组被动压缩提供螺旋副直线方向对应弹性形变大小的力的输出。

作为本发明系统的进一步改进：所述丝杆与主油缸的驱动杆采用一体式设计。

作为本发明系统的进一步改进：所述滚珠丝杆副整体运动的行程上设置有停放限位器，打开停放限位器后用来限制主油缸的驱动杆后退；所述停放限位器还能够保持主弹簧组处于压缩状态，以提供停放制动力。

作为本发明系统的进一步改进：所述滚珠丝杆副与制动执行组件之间设置有间隙调整器，用来补偿制动过程中闸瓦的磨损量以保证闸瓦与制动盘的间隙保持不变。

作为本发明系统的进一步改进：所述液压控制回路包括通过液压管路相连的驱动单元、保持阀、蓄能器、紧急阀和电子载荷阀，所述驱动单元包括定量泵、单向阀和主溢流阀；所述蓄能器中储存的高压液压油在紧急情况下可用于实现紧急制动；当进行紧急制动时，所述蓄能器中的液压油通过紧急回路进入主油缸推动驱动杆前进，实现紧急制动；所述紧急回路中液压油的压力经电子载荷阀调定为与当前载荷相适应的压力。

作为本发明系统的进一步改进：设置一个电机制动器用来控制电机输出轴，可以在任意位置锁定电机输出轴，使得滚珠螺母不能绕丝杆旋转。

作为本发明系统的进一步改进：还包括复位弹簧组，所述复位弹簧组用来在制动系统进行缓解状态过程时，将串联的液压控制组件、电子控制组件推回到原来的位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的基于液压和电子机械相结合的制动方法及制动系统，结合了电机转矩、转速易于控制变化响应快以及液压系统出力大，结构紧凑重量轻的优点。将电子机械制动装置布置在前，主要负责实施常用制动，利用伺服电机的高动态响应特性来提高系统的防滑效率，缩短制动距离。而在后部布置一定液压回路提供紧急制动备份，当需要紧急制动，液压回路中储存的高压油直接推动闸瓦压紧车轮实现制动，大大提高系统的安全性。同时，液压回路中去掉高精度的伺服控制阀，提高了系统抗油液污染能力。使得整个系统易于维护，出现故障可以快速自诊断。

2、本发明的基于液压和电子机械相结合的制动方法及制动系统，通过控制电机的转矩来直接控制制动力的变化，因此系统对制动力变化的响应速度可以达到ms级别。本发明采用液压系统实现紧急制动，电子机械部分发生任何故障时，紧急制动均可以实施，系统的安全性高。制动力的检测可以转化为主油缸内液压力的检测，采用非常成熟的压力传感器即可，并且可以将传感器布置在离制动盘较远的地方，避开了高温和强振动区域。

附图说明

图1是本发明在具体应用实例中处于缓解状态时的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中处于常用制动状态时的结构原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中处于保持制动状态时的结构原理示意图。

图4是本发明在具体应用实例中处于停放制动状态时的结构原理示意图。

图例说明：

1、主溢流阀；2、定量泵；3、单向阀；4、保持阀；5、蓄能器；6、紧急阀；7、紧急限压阀；8、电子载荷阀；9、防滑限时阀；10、压力传感器；11、缓解阀；12、主油缸；13、主弹簧组；14、复位弹簧组；15、滚珠螺母；16、制动夹钳；17、间隙调整器；18、丝杆；19、电机制动器；20、伺服电机；21、减速器；22、停放限位器；23、手动缓解阀；24、缓解溢流阀；25、保持限压阀。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种基于液压和电子机械相结合的制动方法，是将液压制动控制单元与电子机械制动控制单元串联，所述液压制动控制单元和电子机械制动控制单元均能直接驱动制动执行单元。由电子机械制动控制单元进行防滑操作。在常用制动过程中，所述电子机械制动控制单元直接驱动并控制制动执行单元；在紧急制动、保持制动或停放制动过程中，所述液压制动控制单元驱动并控制制动执行单元。

进一步，如图1所示，本发明提供了一种基于液压和电子机械的制动系统，包括液压控制组件、电子控制组件及制动执行组件，液压控制组件包括主油缸12和液压控制回路，主油缸12的驱动杆通过电子控制组件与制动执行组件相连。制动执行组件包括制动夹钳16，用来与制动盘配合完成制动作业。电子控制组件包括滚珠丝杆副、伺服电机20及电机制动器19，滚珠丝杆副包括滚珠螺母15和丝杆18，滚珠螺母15通过螺纹连接于丝杆18上；电机制动器19用来控制电机输出轴的转动，当电机制动器19松开电机轴时，滚珠螺母15可以在伺服电机20的驱动下自由旋转。即，伺服电机20的输出端通过减速器21驱动滚珠螺母15转动，以沿着丝杆18运动，使滚珠螺母15与制动夹钳16配合，推动制动夹钳16靠近制动盘，完成制动作业。

在常用制动过程中，利用电子控制组件来驱动制动执行组件完成制动，具有高效防滑功能；在保持制动时，液压控制组件和电子控制组件可以协调动作，使得保持制动期间，伺服电机20处于断电卸载状态，减少伺服电机20工作时间，减少发热，延长使用寿命。也就是说，在其他制动过程中（例如紧急制动、保持制动状态、停放制动状态、电子控制组件故障等等），主油缸12在液压控制回路的作用下，通过驱动杆来驱动滚珠丝杆副整体运动，从而推动制动执行组件，形成配合完成制动。

由上可知，本发明中液压控制组件和电子控制组件是串联布置，两者相互配合实施制动；当任意一个功能单元失效时，另一个功能单元均可以单独实施制动。电子控制组件能够对液压控制组件实施监测，当液压控制组件故障时，电子控制组件可单独实施制动，且具有防滑功能；当电子控制组件发生故障时，液压控制组件也可以单独实施制动，而没有防滑功能。

本实施例中，在电子控制组件中还包括了主弹簧组13和复位弹簧组14，主弹簧组13用来对滚珠螺母15施加弹簧力，在制动系统处于缓解位时，主弹簧组13处于最大压缩状态；复位弹簧组14用来对整个滚珠丝杆副施加弹簧力，用来在制动系统进行缓解状态过程时，将滚珠丝杆副推回到原来的位置。

本实施例中，丝杆18与主油缸12的驱动杆采用一体式设计。

本实施例中，在滚珠丝杆副整体运动的行程上设置有停放限位器22，打开停放限位器22后可以限制主油缸12的驱动杆后退。当实施停放制动时，该停放限位器22还能够保持主弹簧组13处于压缩状态，以提供停放制动力。

本实施例中，在滚珠丝杆副与制动执行组件之间设置有间隙调整器17，用来补偿制动过程中闸瓦的磨损量，保证闸瓦与制动盘的间隙保持不变。

本实施例中，液压控制回路包括通过液压管路相连的驱动单元、保持阀4、蓄能器5、紧急阀6和电子载荷阀8，驱动单元包括定量泵2、单向阀3和主溢流阀1。蓄能器5中储存的高压液压油在紧急情况下可用于实现紧急制动。当进行紧急制动时，蓄能器5中的液压油通过紧急回路进入主油缸12推动驱动杆前进，实现紧急制动；紧急回路中液压油的压力经电子载荷阀8调定为与当前载荷相适应的压力。如果电子控制组件无故障，则可以通过伺服电机20调节输出制动力来实现紧急制动情况下的防滑功能。在处于保持制动状态时，蓄能器5中的压力油经保持回路进入主油缸12内，提供保持制动压力；保持回路中的液压油的压力经电子载荷阀8调定为与当前载荷相适应的压力。

进一步，在液压控制回路中还包括紧急限压阀7、防滑限时阀9、压力传感器10、缓解阀11、手动缓解阀23。缓解阀11能够在保持制动后缓解过程中，主油缸12内的压力保持一恒定值不变。手动缓解阀23用于实现手动缓解，当系统其它部分故障而不能缓解时，可以通过电控或者手动方式操作手动缓解阀23，使之处于导通位，主油缸12内的压力油排回油缸，复位弹簧组14推动滚珠丝杆副整体后退，实现缓解。

非紧急情况时，紧急阀6得电处于截止状态，紧急回路被截断。出现紧急情况时，紧急阀6断电处于导通状态，油液经过紧急阀后进入紧急限压阀7，紧急限压阀7的出口压力由电子载荷阀8设定。经电子载荷阀8调节后的压力油经过防滑限时阀9进入主油缸12内，提供紧急制动压力。当紧急制动过程中需要防滑时，使防滑限时阀9得电，紧急回路被截断，没有油液经紧急回路进入主油缸12，丝杆18的位置保持不变，此时便可以通过伺服电机20进行防滑控制。为了保证安全，当防滑持续时间超过限定值后，防滑限时阀9自动断电导通。经电子载荷阀8调节后的压力油又可以经过防滑限时阀9进入主油缸12内，再次提供紧急制动压力。

当需要由常用制动转为保持制动时，保持阀4得电导通，压力油经保持阀4进入保持限压阀25，保持限压阀25的出口压力由电子载荷阀8设定。经电子载荷阀8调节后的压力油进入主油缸12内，推动丝杆18前进。同时，伺服电机20反转驱动滚珠螺母15反转后退。主弹簧组13被压缩，主油缸12内的压力油提供保持制动压力。

当实施保持制动需要缓解时，保持阀4失电处于截止状态，保持回路被截断。同时，保持阀11得电导通。伺服电机20正转，将丝杆18向后推，主油缸12内的油液经缓解阀11进入缓解溢流阀24后流回油箱。缓解溢流阀24的入口压力由电子载荷阀8设定，在此过程中，主油缸12内液压油压力保持不变。丝杆18回退到位后，缓解阀11失电截止，伺服电机20反转压缩主弹簧组13，复位弹簧组14将滚珠丝杆副整体向后推，实现缓解。同时，间隙调整器17工作，补偿本次制动期间闸瓦的磨损，保持闸瓦间隙不变。

电子载荷阀8根据控制装置传过来的车辆载荷电信号，产生与该载荷相对应的控制-压力，该压力用于控制紧急限压阀7和保持限压阀25的出口压力以及缓解溢流阀24的入口压力。

紧急阀6用于控制紧急回路的截止和导通，紧急阀6的入口并联接蓄能器5而出口接紧急限压阀7的入口。紧急限压阀7用于控制紧急回路的压力，紧急制动时，其出口的压力即为主油缸12内的压力，该出口压力由电子载荷阀8根据车辆的载荷大小实时设定。紧急限压阀7的后部设置防滑限时阀9，当紧急制动过程中需要防滑时，防滑限时阀9可以截断紧急回路不超过4s，在此期间内可以通过伺服电机20实施防滑动作。压力传感器10用于监测主油缸12内的压力。

保持阀4用于控制保持回路的截止和导通，保持阀4的入口与紧急阀6的入口并联接蓄能器5，其出口接保持限压阀25的入口。保持限压阀25用于控制保持回路的压力，保持制动时，其出口的压力即为主油缸12内的压力，该出口压力由电子载荷阀8根据车辆的载荷大小实时设定。

缓解阀11用于控制缓解回路的截止和导通，缓解阀11的入口接主油缸12而出口接缓解溢流阀24的入口。缓解溢流阀24的出口接油箱，缓解溢流阀24的入口压力由电子载荷阀8根据车辆的载荷大小实时设定。当丝杆18后退使主油缸12内的油液排出时，缓解阀11与缓解溢流阀24配合工作保持主油缸12内的压力不变。

参见图1，本发明的基于液压和电子机械的制动系统处于缓解状态，此时紧急阀6得电导通，其余电磁阀均失电处于截止位。主弹簧组13处于最大压缩状态，电机制动器19将电机轴抱死，滚珠螺母15因无法旋转而不能移动。

参见图2，为制动后系统的状态示意图。常用制动时，保持阀4、紧急阀6、缓解阀11、手动缓解阀23均处于截止位，电机制动器19松开电机轴，滚珠螺母15可以自由旋转，主弹簧组13一面将丝杆18向后推，一面将滚珠螺母15向前推。由于丝杆18的另一端存在密闭的油液，其刚度比主弹簧组13的刚度大很大，因此丝杆18的位置基本不变化。而由于复位弹簧组14的复位力比主弹簧组13的复位力小很多，滚珠螺母15将一边旋转一边快速向前移动，推动制动夹钳16靠近制动盘，快速消除制动夹钳16与制动盘之间的间隙。同时，伺服电机20开始工作，输出正向扭矩驱动滚珠螺母15继续推动制动夹钳16压紧制动盘产生所需的制动力，并根据控制指令调整输出扭矩的大小来调整制动力。

缓解时，伺服电机20反向工作带动滚珠螺母15后退并压缩主弹簧组13，同时复位弹簧组14将滚珠丝杆副整体向后推，滚珠螺母15和丝杆18回退到原来的位置（即缓解位）。同时间隙调整器17工作补偿本次制动过程中闸瓦的磨损量，保证闸瓦与制动盘的间隙保持不变。

当需要从常用制动状态进入保持制动状态时，保持阀4得电导通，保持限压阀25将油压调整至保持制动时所需的压力后进入主油缸12，同时伺服电机20缓慢卸载至完全松弛状态。主油缸12的驱动杆（与丝杆18一体）在液压作用下前出压缩主弹簧组13并使闸瓦压紧制动盘，保持制动力完全由主油缸12内的液压油提供，其状态参见图3所示。

当需要进行停放制动时，先进行保持制动过程，当系统进入如图3所示的状态后，将停放限位器22放下，限制驱动杆后退，主弹簧组13将一直处于被压缩状态，因此主弹簧组13提供停放制动力，其系统状态参见图4所示。缓解时，如果系统正常则可以通过电控方式将停放限位器22退出，之后的缓解过程与保持制动后的缓解过程一致。如果系统故障时，则可以通过手动方式将手动缓解阀23打开，将主油缸12中的液压油排回油箱，之后采用手动方式将停放限位器22手动退出，系统将在主弹簧组13和复位弹簧组14的作用下自动缓解。

当电磁阀6失电导通时将实施紧急制动，蓄能器5中压力油经过紧急限压阀7时被调节至与当时载荷相对应的压力，之后进入主油缸12推动驱动杆前进。主弹簧组13被压缩，弹簧力将液压力传递到制动夹钳16，使得制动夹钳16压紧制动盘产生制动力。如果此时伺服电机20的功能一切正常，则可以防滑限时阀9得电后进行防滑控制，但是防滑限时阀9的连续得电时间不得超过4s。如果是因伺服电机20失效导致的紧急制动则没有防滑功能。缓解时，如果系统功能正常，则其缓解过程与保持制动后的缓解过程一致。如果系统故障时，缓解过程与停放制动后的缓解过程一致。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种基于液压和电子机械相结合的制动方法，其特征在于，将液压制动控制单元与电子机械制动控制单元串联，所述液压制动控制单元和电子机械制动控制单元均能直接驱动制动执行单元；在常用制动过程中，所述电子机械制动控制单元直接驱动并控制制动执行单元；在紧急制动、保持制动或停放制动过程中，所述液压制动控制单元驱动并控制制动执行单元。

2.根据权利要求1所述的基于液压和电子机械相结合的制动方法，其特征在于，由电子机械制动控制单元进行防滑操作。

3.一种基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，包括液压控制组件、电子控制组件及制动执行组件，所述液压控制组件与电子控制组件串联，所述电子控制组件在常规制动时对制动执行组件进行控制，在紧急制动、保持制动或停放制动过程中，所述液压控制组件对所述制动执行组件进行控制；所述液压控制组件包括主油缸（12）和液压控制回路，所述主油缸（12）的驱动杆通过电子控制组件与制动执行组件相连。

4.根据权利要求3所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，在所述主油缸（12）处设置一个压力传感器（10），所测得的液压力用于电子机械制动单元的输出制动力反馈控制。

5.根据权利要求4所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述制动执行组件包括制动夹钳（16），用来与制动盘配合完成制动作业；所述电子控制组件包括伺服电机（20）及将伺服电机（20）的旋转运动转换成平移运动以操纵制动夹钳（16）压向和远离制动盘的螺旋副。

6.根据权利要求5所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述螺旋副包括滚珠螺母（15）和丝杆（18），所述滚珠螺母（15）通过螺纹连接于丝杆（18）上；所述伺服电机（20）的输出端用来驱动滚珠螺母（15）转动完成沿着丝杆（18）的运动，使滚珠螺母（15）与制动夹钳（16）配合完成制动和缓解作业。

7.根据权利要求6所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述伺服电机（20）驱动滚珠螺母（15）绕丝杆（18）旋转的同时，所述伺服电机（20）和滚珠螺母（15）一起沿丝杆（18）平移运动。

8.根据权利要求3～7中任意一项所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述电子控制组件中还包括了主弹簧组（13），所述主弹簧组（13）用来对螺旋副的旋转部施加弹簧力，在伺服电机（20）不输出力时，所述主弹簧组（13）被动压缩提供螺旋副直线方向对应弹性形变大小的力的输出。

9.根据权利要求3～7中任意一项所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述丝杆（18）与主油缸（12）的驱动杆采用一体式设计。

10.根据权利要求6～7中任意一项所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述螺旋副运动的行程上设置有停放限位器（22），打开停放限位器（22）后用来限制主油缸（12）的驱动杆后退；所述停放限位器（22）还能够保持主弹簧组（13）处于压缩状态，以提供停放制动力。

11.根据权利要求3～7中任意一项所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述串联的液压控制组件、电子控制组件与制动执行组件之间设置有间隙调整器（17），用来补偿制动过程中闸瓦的磨损量以保证闸瓦与制动盘的间隙保持不变。

12.根据权利要求3～7中任意一项所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，所述液压控制回路包括通过液压管路相连的驱动单元、保持阀（4）、蓄能器（5）、紧急阀（6）、紧急限压阀（7）和电子载荷阀（8），所述驱动单元包括定量泵（2）、单向阀（3）和主溢流阀（1）；所述蓄能器（5）中储存的高压液压油在紧急情况下可用于实现紧急制动；当进行紧急制动时，所述蓄能器（5）中的液压油通过紧急回路进入主油缸（12）推动驱动杆前进，实现紧急制动；所述紧急回路中液压油的压力经电子载荷阀（8）调定为与当前载荷相适应的压力。

13.根据权利要求6～7中任意一项所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，设置一个电机制动器（19）用来控制电机输出轴，在任意位置锁定电机输出轴，使得螺旋副受直线方向的外力作用时其旋转部不自由旋转。

14.根据权利要求3～7中任意一项所述的基于液压和电子机械的制动系统，其特征在于，还包括复位弹簧组（14），所述复位弹簧组（14）用来在制动系统进行缓解状态过程时，将串联的液压控制组件、电子控制组件推回到原来的位置。