CN106143163A - 一种具有能量回馈的电动汽车制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有能量回馈的电动汽车制动系统。其踏板力形成模块的踏板力输入端与制动踏板相连，踏板力形成模块制动液输入端与储油室后出液口通过液压管路相连，踏板力形成模块制动液输出端与压力产生模块通过液压管路或阀体液压回路相连；压力产生模块通过液压管路与储油室前出液口通过液压管路相连，压力产生模块通过两个液压管路或阀体液压回路与压力调节模块相连；压力调节模块通过四个液压管路与车轮制动器相连。本发明既可进行ABS液压制动、回馈制动或复合制动，或用于自动辅助制动系统，由于增加了制动能量回馈功能，延长续驶里程；当能量回馈制动部分失效时或当电机产生制动压力部分失效时，液压系统仍然可靠工作。

Description

一种具有能量回馈的电动汽车制动系统
技术领域
本发明涉及一种具有能量回馈的汽车制动系统，尤其是涉及纯电动汽车或混合动力汽车的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统。
背景技术
汽车工业的可持续发展面临能源和环境保护的双重压力，世界各国为此大力发展具有零排放零污染的纯电动汽车和混合动力汽车。然而，电动汽车一次充电的续驶里程远远小于传统的燃油汽车，这一不足严重影响了电动汽车产业化和迅速推广。
在城区运行的汽车制动过程中消耗的能量一般超过汽车总能耗的40%-50%，制动能量回收是汽车的一项重要节能措施。与传统内燃机汽车相比，各种形式电动汽车增加了电池和电机等零部件，在汽车减速时，电机处于发电工作状态，对汽车实施制动，回收制动能量给可再充电能量储存系统（例如蓄电池）或用于车载附件工作，为制动能量回收技术的实施提供了前提。
传统的ABS液压制动系统在不能回收制动能量的燃油汽车上令人满意，但在电动汽车上完全不能或不能充分地回收制动能量，无法进一步提高车辆综合能量利用率。在液压制动的制动性能、及成本低等优势明显的条件下，又要充分利用电动汽车制动能量回收的优点，则液压制动与能量回馈制动两种制动并存成为当前电动汽车制动系统的首选之路。
经相关专利文献检索发现，液压与电机制动两种制动系统并存的系统主要是通过以下方式，一是采用带有伺服机构的液压单元，结构复杂，加工精度高，成本高；另一种是在制动踏板上安装切换开关，制动强度低的前段采用电机再生制动，制动强度高的后段采用液压制动，虽然结构简单，但是存在制动能量回收率低，切换过程制动力矩波动大等问题。
综上所述，开发出低成本高回收率的具有能量回馈的电动汽车制动系统是电动汽车发展的必然选择。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其性能比现有的ABS制动系统更好地满足电动汽车的要求，所提供的技术方案简单可靠易于实施。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明包括：踏板力形成模块、压力产生模块和压力调节生模块；踏板力形成模块的踏板力输入端与制动踏板相连，踏板力形成模块制动液输入端与储油室后出液口通过液压管路相连，踏板力形成模块制动液输出端与压力产生模块通过液压管路或阀体液压回路相连；压力产生模块通过液压管路与储油室前出液口通过液压管路相连，压力产生模块通过两个液压管路或阀体液压回路与压力调节模块相连；压力调节模块通过四个液压管路与车轮制动器相连。
所述踏板力形成模块，包括踏板工作缸、踏板推杆、踏板位置传感器、切换电磁阀、踏板模拟器和踏板工作缸压力传感器；踏板工作缸与踏板推杆相连，踏板工作缸输入端与储油室出液口通过液压管路相连，踏板工作缸输出端与切换电磁阀的第一输入端通过液压管路相连，踏板工作缸输出端与踏板工作缸压力传感器相连；踏板推杆与踏板位置传感器相连；切换电磁阀的第二输入端通过液压管路与储油室相连，切换电磁阀的第一输出端通过液压管路与辅助工作缸相连；切换电磁阀的第二输出端通过液压管路与踏板模拟器相连。
所述压力产生模块，包括电机、电机减速机构、角度传感器、旋转变直线机构、制动主缸推杆、限位块、滑套机构、制动主缸、辅助工作缸推杆和辅助工作缸；电机与电机减速机构输入端相连；电机减速机构输出端与旋转变直线机构输入端相连，电机减速机构输出端与角度传感器相连；旋转变直线机构输出端与制动主缸推杆输入端相连，限位块和制动主缸推杆固连一起，滑套机构套在制动主缸推杆上；辅助工作缸推杆和辅助工作缸相连，辅助工作缸推杆和滑套机构固连一起；制动主缸制动油输入端通过液压管路与储油室输出端相连，制动主缸前输出端通过液压管路分别与左前电磁阀、右前电磁阀、前轮压力传感器相连，制动主缸后输出端通过液压管路分别与左后电磁阀、右后电磁阀、后轮压力传感器相连，制动主缸制动力输入端分别与制动主缸推杆、滑套机构相连。
所述的压力调节模块，包括前轮压力传感器、后轮压力传感器、左前电磁阀、右前电磁阀、左后电磁阀和右后电磁阀；左前电磁阀通过液压管路与左前车轮制动器相连；右前电磁阀通过液压管路与右前车轮制动器相连；左后电磁阀通过液压管路与左后车轮制动器相连；右后电磁阀通过液压管路与右后车轮制动器相连。
所述滑套机构套在制动主缸推杆上，或者制动主缸推杆为中空的，辅助工作缸推杆装在制动主缸推杆中间。
所述制动主缸后输出端或者通过液压管路分别与左前电磁阀、右前电磁阀、前轮压力传感器相连，制动主缸前输出端或者通过液压管路分别与左后电磁阀、右后电磁阀、后轮压力传感器相连。
所述电机减速机构是齿轮减速机构，或者是带传动减速机构；旋转变直线机构是齿轮齿条机构，或者是滚珠丝杆机构。
所述的切换电磁阀既是两位四通电磁阀，或者是输入与输出换向的电磁阀。
本发明具有的有益效果是：
1)具有能量回馈的电动汽车制动系统在其它部件如电控单元的配合下，既可进行ABS液压制动、回馈制动、回馈与ABS液压复合制动，也可以用于自动辅助制动系统，由于增加了制动能量回馈功能，因此延长了电动汽车一次充电的续驶里程，提高了电动汽车的经济性，延长了汽车的制动系统的使用寿命。
2)在保证制动安全的情况下，ABS液压制动、回馈制动、回馈与ABS液压复合制动可以在任何情况下相互转换，从而保证了制动能量回收的最大化。
3)当能量回馈制动部分失效时，液压系统仍然可靠工作；当电机产生制动压力部分失效时，制动踏板力直接介入，液压系统仍然可靠工作。
4)整个液压单元结构简单，易于批量生产。
附图说明
图1是本发明电动汽车能量传输示意图。
图2是本发明具有能量回馈的电动汽车制动系统模块示意图。
图3是本发明具有能量回馈的电动汽车制动系统结构示意图。
图中：101、动力电池，102、驱动电机，103、电动状态，104、发电状态，105、汽车，106、制动力，107、摩擦制动，108、前轮摩擦制动，109、后轮摩擦制动，110、回馈制动；201、踏板力形成模块，202、压力产生模块，203、压力调节模块；301、踏板工作缸，302、踏板推杆，303、踏板位置传感器，304、切换电磁阀，305、踏板模拟器，306、踏板工作缸压力传感器，307、角度传感器，308、旋转变直线机构，309、电机，310、电机减速机构，311、制动主缸推杆，312、限位块，313、滑套机构；314、后轮压力传感器，315、右后电磁阀，316、左后电磁阀，317、右前电磁阀，318、左前电磁阀，319、制动主缸，320、前轮压力传感器，321、辅助工作缸推杆，322、辅助工作缸，323、储油室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是本发明电动汽车能量传输示意图。动力电池101能量通过驱动电机102的电动状态103驱动汽车105行驶，当汽车需要降速或停车时需要制动力106起作用，制动力106是由摩擦制动107、回馈制动110或二者共同产生的，其中，摩擦制动107由前轮摩擦制动108、后轮摩擦制动109以制动摩擦热的形式散发，制动能量不能利用；回馈制动110由汽车带动驱动电机102旋转工作在发电状态104，驱动电机102产生电能储存在动力电池101中。
如图2所示，是本发明具有能量回馈的电动汽车制动系统模块示意图。踏板力形成模块201产生的反作用力是一组弹簧力的合力，其合力的变化规律随着制动踏板的行程增加而逐渐增加，并且符合制动踏板力特性变化规律，同时向电控单元提供制动需求信息；踏板力形成模块202产生制动主缸的推力；压力调节模块203调节车轮制动器制动压力。
本发明包括：踏板力形成模块201、压力产生模块202和压力调节生模块203；踏板力形成模块201的踏板力输入端与制动踏板相连，踏板力形成模块201制动液输入端与储油室后出液口通过液压管路相连，踏板力形成模块201制动液输出端与压力产生模块202通过液压管路或阀体液压回路相连；压力产生模块202通过液压管路与储油室前出液口通过液压管路相连，压力产生模块202通过两个液压管路或阀体液压回路与压力调节模块203相连；压力调节模块203通过四个液压管路与车轮制动器相连。
如图3所示，是本发明具有能量回馈的电动汽车制动系统结构示意图。
所述踏板力形成模块201，包括踏板工作缸301、踏板推杆302、踏板位置传感器303、切换电磁阀304、踏板模拟器305和踏板工作缸压力传感器306；踏板工作缸301与踏板推杆相连302，踏板工作缸301输入端与储油室323出液口通过液压管路相连，踏板工作缸301输出端与切换电磁阀304的第一输入端通过液压管路相连，踏板工作缸301输出端与踏板工作缸压力传感器306相连；踏板推杆302与踏板位置传感器303相连；切换电磁阀304的第二输入端通过液压管路与储油室323相连，切换电磁阀304的第一输出端通过液压管路与辅助工作缸322相连；切换电磁阀304的第二输出端通过液压管路与踏板模拟器305相连。
所述压力产生模块202，包括电机309、电机减速机构310、角度传感器307、旋转变直线机构308、制动主缸推杆311、限位块312、滑套机构313、制动主缸319、辅助工作缸推杆321和辅助工作缸322；电机309与电机减速机构310输入端相连；电机减速机构310输出端与旋转变直线机构308输入端相连，电机减速机构310输出端与角度传感器307相连；旋转变直线机构308输出端与制动主缸推杆311输入端相连，限位块312和制动主缸推杆311固连一起，滑套机构313套在制动主缸推杆311上；辅助工作缸推杆321和辅助工作缸322相连，辅助工作缸推杆321和滑套机构313固连一起；制动主缸319制动油输入端通过液压管路与储油室323输出端相连，制动主缸319前输出端通过液压管路分别与左前电磁阀318、右前电磁阀317、前轮压力传感器320相连，制动主缸319后输出端通过液压管路分别与左后电磁阀316、右后电磁阀315、后轮压力传感器314相连，制动主缸319制动力输入端分别与制动主缸推杆311、滑套机构313相连。
所述压力调节模块203，包括前轮压力传感器320、后轮压力传感器314、左前电磁阀318、右前电磁阀317、左后电磁阀316和右后电磁阀315；左前电磁阀318通过液压管路与左前车轮制动器相连；右前电磁阀317通过液压管路与右前车轮制动器相连；左后电磁阀316通过液压管路与左后车轮制动器相连；右后电磁阀315通过液压管路与右后车轮制动器相连。
所述滑套机构313套在制动主缸推杆311上，或者制动主缸推杆311为中空的，辅助工作缸推杆321装在制动主缸推杆311中间。
所述制动主缸319后输出端或者通过液压管路分别与左前电磁阀318、右前电磁阀317、前轮压力传感器320相连，制动主缸319前输出端或者通过液压管路分别与左后电磁阀316、右后电磁阀315、后轮压力传感器314相连。
所述电机减速机构310是齿轮减速机构，或者是带传动减速机构；旋转变直线机构既是齿轮齿条机构，或者是滚珠丝杆机构。
所述的切换电磁阀304是两位四通电磁阀，或者是其它输入与输出换向的电磁阀。
本发明的工作原理如下：
当汽车制动力由回馈制动110单独提供时，切换电磁阀304在电控单元的控制下处于上电状态，踏板工作缸301经切换电磁阀304的A输入端、切换电磁阀304的B输出端与踏板模拟器305相连，此时踏板力作用于踏板模拟器305；储油室323经切换电磁阀304的B输入端、切换电磁阀304的A输出端与辅助工作缸322相连，辅助工作缸322没有压力；电机309不工作。辅助工作缸推杆321和制动主缸推杆311均不产生推力，制动主缸319不产生制动压力，车轮不产生制动力。与此同时，踏板位置传感器303和踏板工作缸压力传感器306产生制动需求信息，只要回馈制动110满足制动需求，汽车制动力尽可能由回馈制动110单独提供，电机处于发电状态，汽车的动能通过驱动电机102为动力电池充电，汽车处于减速制动状态。
当汽车制动力由摩擦制动107单独提供时，切换电磁阀304在电控单元的控制下处于上电状态，踏板工作缸301经切换电磁阀304的A输入端、切换电磁阀304的B输出端与踏板模拟器305相连，此时踏板力作用于踏板模拟器305；储油室323经切换电磁阀304的B输入端、切换电磁阀304的A输出端与辅助工作缸322相连，辅助工作缸322没有压力。此时，踏板位置传感器303和踏板工作缸压力传感器306产生制动需求信息，电机309根据需求信息经电机减速机构310、旋转变直线机构308、制动主缸推杆311作用于制动主缸319产生制动压力，制动主缸319分别经左前电磁阀318、右前电磁阀317、左后电磁阀316、右后电磁阀315作用于左前车轮制动器、右前车轮制动器、左后车轮制动器、右后车轮制动器，车轮产生制动力，汽车处于减速制动状态。
当汽车制动力由回馈制动110和摩擦制动107共同提供时，切换电磁阀304在电控单元的控制下处于上电状态，踏板工作缸301经切换电磁阀304的A输入端、切换电磁阀304的B输出端与踏板模拟器305相连，此时踏板力作用于踏板模拟器305；储油室323经切换电磁阀304的B输入端、切换电磁阀304的A输出端与辅助工作缸322相连，辅助工作缸322没有压力。此时，踏板位置传感器303和踏板工作缸压力传感器306产生制动需求信息，电控单元将需求信息分解为回馈制动110和摩擦制动107。回馈制动110时电机处于发电状态，汽车的动能通过驱动电机102为动力电池充电，驱动电机102对汽车实施制动。摩擦制动107时电机309根据摩擦制动107需求信息经减速机构310、旋转变直线机构308、制动主缸推杆311作用于制动主缸319产生制动压力，制动主缸319分别经左前电磁阀318、右前电磁阀317、左后电磁阀316、右后电磁阀315作用于左前车轮制动器、右前车轮制动器、左后车轮制动器、右后车轮制动器，车轮产生制动力。回馈制动110和摩擦制动107共同产生制动力，使汽车处于减速制动状态。
当电机309、电机减速机构310、旋转变直线机构308、制动主缸推杆311等制动主缸319推力产生机构失效时，制动主缸推杆311不能产生制动推力，此时切换电磁阀304在电控单元的控制下处于断电状态，踏板工作缸301经切换电磁阀304的A输入端、切换电磁阀304的A输出端作用于辅助工作缸322，辅助工作缸322产生压力，推动辅助工作缸推杆321经滑套机构313作用于制动主缸319，产生制动压力，制动主缸319压力分别经左前电磁阀318、右前电磁阀317、左后电磁阀316、右后电磁阀315作用于左前车轮制动器、右前车轮制动器、左后车轮制动器、右后车轮制动器，车轮产生制动力，使汽车处于减速制动状态。
关于两种制动力的确定，首先驾驶员踏下制动踏板，根据踏板位置传感器303和踏板工作缸压力传感器306产生制动需求信息；其次再根据动力电池101和驱动电机102的状态确定回馈制动110所能提供的汽车制动力；最后回馈制动110不能满足制动需求的部分由摩擦制动107补偿。
当ABS起作用时，以左前轮为例加以说明，增压时左前电磁阀318处于断电状态，液压回路导通，电机309增加作用力，左前轮制动力增加；保压时左前电磁阀318处于上电状态，液压回路中断，左前轮制动力不变；减压时左前电磁阀318处于断电状态，液压回路导通，右前电磁阀317、左后电磁阀316和右后电磁阀315均处于上电状态，液压回路中断，此时制动压力为某一值P0，电机309将作用力减少一定值后，左前电磁阀318处于上电状态，液压回路中断，完成减压，然后电机309将作用力增加，使制动压力恢复到P0，然后右前电磁阀317、左后电磁阀316和右后电磁阀315均处于断电状态，液压回路导通。这样通过左前电磁阀318、右前电磁阀317、左后电磁阀316、右后电磁阀315与电机309增加减少作用力的协调配合，实现对车轮制动力的分时控制。
当其它系统有制动需求时，不需要踏下制动踏板，就可以产生制动力，既可以单独由回馈制动或摩擦制动实施，也可以由两种共同实施。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限制，任何在本发明基础上简单变换后的结构，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，包括：踏板力形成模块(201)、压力产生模块(202)和压力调节模块(203)；其特征在于：踏板力形成模块(201)的踏板力输入端与制动踏板相连，踏板力形成模块(201)制动液输入端与储油室后出液口通过液压管路相连，踏板力形成模块(201)制动液输出端与压力产生模块(202)通过液压管路或阀体液压回路相连；压力产生模块(202)通过液压管路与储油室前出液口通过液压管路相连，压力产生模块(202)通过两个液压管路或阀体液压回路与压力调节模块(203)相连；压力调节模块(203)通过四个液压管路与车轮制动器相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其特征在于：所述踏板力形成模块(201)，包括踏板工作缸(301)、踏板推杆(302)、踏板位置传感器(303)、切换电磁阀(304)、踏板模拟器(305)和踏板工作缸压力传感器(306)；踏板工作缸(301)与踏板推杆相连(302)，踏板工作缸(301)输入端与储油室(323)出液口通过液压管路相连，踏板工作缸(301)输出端与切换电磁阀(304)的第一输入端通过液压管路相连，踏板工作缸(301)输出端与踏板工作缸压力传感器(306)相连；踏板推杆(302)与踏板位置传感器(303)相连；切换电磁阀(304)的第二输入端通过液压管路与储油室(323)相连，切换电磁阀(304)的第一输出端通过液压管路与辅助工作缸(322)相连；切换电磁阀(304)的第二输出端通过液压管路与踏板模拟器(305)相连。
3.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其特征在于：所述压力产生模块(202)，包括电机(309)、电机减速机构(310)、角度传感器(307)、旋转变直线机构(308)、制动主缸推杆(311)、限位块(312)、滑套机构(313)、制动主缸(319)、辅助工作缸推杆(321)和辅助工作缸(322)；电机(309)与电机减速机构(310)输入端相连；电机减速机构(310)输出端与旋转变直线机构(308)输入端相连，电机减速机构(310)输出端与角度传感器(307)相连；旋转变直线机构(308)输出端与制动主缸推杆(311)输入端相连，限位块(312)和制动主缸推杆(311)固连一起，滑套机构(313)套在制动主缸推杆(311)上；辅助工作缸推杆(321)和辅助工作缸(322)相连，辅助工作缸推杆(321)和滑套机构(313)固连一起；制动主缸(319)制动油输入端通过液压管路与储油室(323)输出端相连，制动主缸(319)前输出端通过液压管路分别与左前电磁阀(318)、右前电磁阀(317)、前轮压力传感器(320)相连，制动主缸(319)后输出端通过液压管路分别与左后电磁阀(316)、右后电磁阀(315)、后轮压力传感器(314)相连，制动主缸(319)制动力输入端分别与制动主缸推杆(311)、滑套机构(313)相连。
4.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其特征在于：所述压力调节模块(203)，包括前轮压力传感器(320)、后轮压力传感器(314)、左前电磁阀(318)、右前电磁阀(317)、左后电磁阀(316)和右后电磁阀(315)；左前电磁阀(318)通过液压管路与左前车轮制动器相连；右前电磁阀(317)通过液压管路与右前车轮制动器相连；左后电磁阀(316)通过液压管路与左后车轮制动器相连；右后电磁阀(315)通过液压管路与右后车轮制动器相连。
5.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其特征在于：所述滑套机构(313)套在制动主缸推杆(311)上，或者制动主缸推杆(311)为中空的，辅助工作缸推杆(321)装在制动主缸推杆(311)中间。
6.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其特征在于：所述制动主缸(319)后输出端或者通过液压管路分别与左前电磁阀(318)、右前电磁阀(317)、前轮压力传感器(320)相连，制动主缸(319)前输出端或者通过液压管路分别与左后电磁阀(316)、右后电磁阀(315)、后轮压力传感器(314)相连。
7.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其特征在于：所述电机减速机构(310)是齿轮减速机构，或者是带传动减速机构；旋转变直线机构既是齿轮齿条机构，或者是滚珠丝杆机构。
8.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的电动汽车制动系统，其特征在于：所述的切换电磁阀(304)是两位四通电磁阀，或者是输入与输出换向的电磁阀。
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