CN106379302B - 一种车辆液压主动制动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种车辆液压主动制动系统，制动踏板经真空助力器驱动液压制动主缸的主缸推杆和活塞运动，所述液压制动主缸通过管路连接储油罐；所述液压制动主缸的第一输出油管液压泵第一自锁电磁阀的端口A，所述第一自锁电磁阀的端口B经第一双路输入油管连接ABS/ESP；所述液压制动主缸的第二输出油管液压泵第二自锁电磁阀的端口A，所述第二自锁电磁阀的端口B经第二双路输入油管连接ABS/ESP。本发明制动系统取消高压储能器，只采用两个自锁电磁阀，既简单，成本低，同时还能够实现长时间掉电保压，以及失效模式或者人工制动时的模式掉电自动切换，保证了人工制动和失效模式制动的有效性和可靠性。

Description

一种车辆液压主动制动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆制动技术领域，具体涉及一种液压主动制动实现装置及方法。

背景技术

随着车辆驾驶辅助和智能驾驶技术的发展，传统车辆制动已无法满足制动需求，目前主流的方案就是基于液压制动系统，通过改进实现主动制动。

专利CN 103318158 A提出了一种汽车集成式电子液压制动系统，在原来制动系统的基础上在ABS/ESP双输入管路上并联了液压主动增压系统，增压了液压泵和高压储能器，在管路上各增加了一个增加和减压阀，该系统保留了原车真空助力器和ABS/ESP制动系统，同时也保留了双路独立的安全设计。减压阀和主缸连接，当主动制动失效后，自动通过常开减压阀将主缸和ABS/ESP输入回路自动接通，实现失效模式制动。

专利CN 104149765 A也提出了一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统，该方案将主缸输出的一路和减压常开回流阀连通，保证了主动制动失效情况下，主动制动的有效性，不过制动时间延长。主缸另外一路和踏板感觉模拟器连接，针对取消原车真空助力器后，仍然可以模拟踏板力感觉。

上述两个现有技术存在共同的问题就是：1)均采用了高压储能器，虽然可以缩短建压时间，但是存在油液泄露的风险；2)为了满足失效模式制动，减压阀均采用常开阀，制动过程中如果要实现保压，需要给常开减压阀通电使其处于关闭状态，电磁阀长时间通电容易发热烧坏，无法实现长时间保压，无法满足下长坡，坡道驻车以及普通驻车的制动需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种工作稳定可能，能够保障长坡道驻车行车安全的电子液压制动系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车辆液压主动制动系统，制动踏板经真空助力器驱动液压制动主缸的主缸推杆和活塞运动，所述液压制动主缸通过管路连接储油罐；

所述液压制动主缸的第一输出油管液压泵第一自锁电磁阀的端口A，所述第一自锁电磁阀的端口B经第一双路输入油管连接ABS/ESP；

所述液压制动主缸的第二输出油管液压泵第二自锁电磁阀的端口A，所述第二自锁电磁阀的端口B经第二双路输入油管连接ABS/ESP。

系统设有增压装置控制单元，所述增压装置控制单元接收所述制动踏板内位置传感器的位置信号，以及安装在所述液压泵出油口管路上的液压压力传感器的液压信号，所述增压装置控制单元输出控制信号至第一自锁电磁阀、第二自锁电磁阀以及驱动液压泵的泵电机

所述主动增压控制器接收车辆上安装的前方目标检测感知单元的探测信号。

所述主动增压控制器根据液压压力传感器采集值，输出PWM信号控制液压泵电机转速和输出扭矩、输出PWM信号控制第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀开启时间，构成液压压力传感器采集值与设定的目标压力值的压力闭环控制。

所述自锁电磁阀包括电磁阀外壳、自锁机构复位弹簧、电磁阀阀芯、电磁阀线圈、阀口A和阀口B，所述电磁阀外壳一端的两侧设有阀口A和阀口B，所述电磁阀外壳另一端设有自锁机构复位弹簧，所述自锁机构复位弹簧上设有控制阀口A和阀口B的通断的电磁阀阀芯，所述电磁阀阀芯由电磁阀线圈驱动其在电磁阀外壳内位移。

所述电磁阀阀芯一侧设有阀芯限位空槽，所述电磁阀外壳外壁设有自锁机构外壳，所述自锁机构外壳内设有自锁机构磁销，所述自锁机构磁销由自锁机构线圈驱动伸入阀芯限位空槽或缩回锁机构外壳内，当所述自锁机构磁销伸入阀芯限位空槽时，所述电磁阀阀芯位置处于使阀口A和阀口B导通的位置。

基于所述车辆液压主动制动系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统上电，故障自检，如果有故障，则故障报警，否则执行步骤2；

步骤2、实时接收位移传感器2信号，若接收的信号判断为人工干预了制动，则进入人工干预制动模式执行步骤3,否则执行步骤4；

步骤3、人工制动，控制泵电机的PWM占空比设为0，第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀完全掉电开启，并返回步骤2；

步骤4、实时采集整车CAN模块发送的制动请求，如果有主动制动需求并设置了目标管路压力P，则执行步骤5，进入主动制动模式，否则执行步骤3；

步骤5、打开第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀、开启液压泵电机，根据P值设置液压泵电机的初始PWM占空比，并实时检测液压压力传感器的反馈值，根据目标管路压力值P和液压压力传感器的反馈值P'进行比较判断决定执行动作，假设S为设定的比较门限阈值，则当P-P'＞S时；执行步骤6；当|P-P'|＜S时，执行步骤7，否则执行步骤8；

步骤6、控制第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀的PWM占空比大于0、泵电机的PWM占空比增加，然后执行步骤2；

步骤7、控制第一自锁电磁阀和第二的自锁电磁阀PWM占空比等于0、控制泵电机的PWM占空比设为0，然后执行步骤2；

步骤8、控制第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀的PWM占空比大于0、控制泵电机的PWM占空比设为0，然后执行步骤2。

本发明的优点在于：

本系统为串联式增压方式实现主动增压，相比较并联式增压方式，减少了两路电磁阀，结构简单，成本低，便于制动改装；

本系统采用了自锁电磁阀，该电磁阀内置有电控自锁机构，可以在掉电模式下保持关闭和开启两种工作模式，故可以实现长时间保压，克服目前液压系统保压时间较短的问题；

本系统去掉了高压储能器，通过压力传感器进行制动管路实时压力反馈，避免了高压储能器油液泄露的风险。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为车辆液压主动制动系统结构示意图；

图2为图1为中自锁电磁阀结构示意图；

图3为车辆液压主动制动系统原理框图；

图4为车辆液压主动制动系统管路压力控制示意图；

图5为车辆液压主动制动系统控制流程图；

上述图中的标记均为：

1、制动踏板；2、位移传感器；3、真空助力器；4、主缸推杆；5、液压制动主缸；6、储油罐；7、活塞；8、第一输出油管；9、第二输出油管；10、主动增压装置；11、第一双路输入油管；12、第二双路输入油管；13、ABS/ESP；14、主动增压控制器；15、整车CAN通信电路；

101、液压泵；102、泵电机；103、液压压力传感器；104、第一自锁电磁阀；105、第二自锁电磁阀；

1001、自锁机构线圈；1002、自锁机构外壳；1003、自锁机构复位弹簧；1004、自锁机构磁销；1005、电磁阀线圈；1006、电磁阀外壳；1007、电磁阀复位弹簧；1008、电磁阀阀芯；1009、阀芯限位空槽。

具体实施方式

本发明制动系统取消高压储能器，只采用两个自锁电磁阀，既简单，成本低，同时还能够实现长时间掉电保压，以及失效模式或者人工制动时的模式掉电自动切换，保证了人工制动和失效模式制动的有效性和可靠性。

即在原车ABS/ESP13与制动主缸之间两路输入管路上串联主动增压装置10和自锁电磁阀，通过控制液压泵101电机进行给管路增压，通过关闭自锁电磁阀进行保压，当液压泵101电机关闭，自锁电磁阀开启时，主缸和ABS/ESP13双输入回路直通，此时人工制动有效。自锁电磁阀通过内置的电控自锁机构可以在掉电的情况下保持开启和关闭两种状态。故可以实现掉电状态下的长时间保压。

该方案可以实现人工制动和主动制动模式间的自由切换。控制单元只需实时捕获电子制动踏板1传感器的输入信号，判断驾驶员是否进行了人工制动干预，从而判断是否需要进行制动模式切换。

具体来说，车辆液压主动制动系统如图1所示，包括电子机械制动踏板1，位移传感器2、真空助力器3，主缸推杆4，液压制动主缸5，储油罐6，活塞7、第一输出油管8、第二输出油管9、第一双路输入油管11、第二第一双路输入油管11、ABS/ESP13、主动增压控制器14以及管路上串联的主动增压装置10。

其中主动增压装置10包括液压泵101、泵电机102、液压压力传感器103、第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105。

参阅图2，第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105结构相同，均包括自锁机构线圈1001、自锁机构外壳1002、自锁机构复位弹簧1003、自锁机构磁销1004、电磁阀线圈1005、电磁阀外壳1006、电磁阀复位弹簧1007、电磁阀阀芯1008、阀芯限位空槽1009以及输入和输出端口A、B组成。

制动踏板1内置有位移传感器2，主动增压控制器14可以通过位移传感器2的输出信号判断驾驶员是否进行了人工制动干预，从而判断是否需要进行制动模式切换。

真空助力器3用于在人工制动模式下，产生助力并通过推杆作用于主缸的活塞7，油压通过主缸的第一输出油管8和第二输出油管9分别接主动增压装置10的液压泵101双路输入，液压泵101的双路输出分别接第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105的输入端，第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105的输出端接ABS/ESP13的第一双路输入油管11和第二双路输入油管12。

主动增压装置10用于实现主动增压，开启第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105后，启动泵电机102，主缸中油液被液压泵101抽到管路，随着电机的持续运转，管路油液压力不断增加，车辆制动减速。当需要保压时，第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105关闭，控制PWM的占空比设置为0，管路压力达到稳态。当需要减压时，第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105开启，可以通过设置控制自锁电磁阀的PWM占空比控制阀门的开启时间，时间减压压力的精确控制。

如图3所示系统的电控单元位移传感器2采集电路，液压压力传感器103的采集电路，整车CAN通信电路15，第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105的控制电路、液压泵101电机的控制电路，泵电机102电源开关继电器控制电路以及前方目标检测感知单元。

当主动增压控制器14通过整车CAN通信模块接收到上层控制单元发送的主动制动控制指令以及制动压力P后，主动增压控制器14控制两个自锁电磁阀处于开启状态，同时控制液压泵101的泵电机102进行增压，油液经过ABS/ESP13的两路输入管路，使管路产生压力，并通过液压压力传感器103实时反馈当前管路液压压力P'，根据P'与P的差值通过PID控制算法实时调整控制泵电机102的PWM占空比。如果需要持续增压则重复执行上面的动作，直到管路液压压力达到设定值。如果需要保压，则将两个自锁电磁阀工作在掉电关闭状态，可以实现长时间保压，同时将泵电机102的PWM占空比设置为0；当需要减压时，则将两个自锁电磁阀工作在掉电开启状态，可以实现长时间开启减压，同时将泵电机102的PWM占空比设置为0，两个自锁电磁阀通过PWM进行控制，通过调整PWM的占空比控制开启时间，当管路压力大于设定的压力值时，需要持续减压，进入下一个循环。根据P'与P的差值通过PID控制算法实时调整控制泵电机102的PWM占空比。

当车辆制动结束后，第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105工作在掉电开启状态，此时主缸的第一输出油管8和第二输出油管9分别和第一双路输入油管11和第二双路输入油管12接通，实现管路制动压力的完全释放，并保证制动主缸和第一双路输入油管11和第二双路输入油管12的常通，实现人工制动或者主动制动失效的情况下，人工制动的有效性。

主动增压控制器14通过控制自锁电磁阀内置的自锁机构线圈1001实现自锁机构的控制，如图2所示，当给自锁机构线圈1001通电时，自锁机构磁销1004在磁力的吸引下置位，掉电时，通过自锁机构复位弹簧1003复位。电磁阀阀芯1008上开了阀芯限位空槽1009用于自锁机构磁销1004将电磁阀阀芯1008进行限位，实现掉电状态保持。给自锁机构线圈1001通电，自锁机构磁销1004在磁力的作用下提起，自锁机构解锁，电磁阀阀芯1008可以正常在电磁阀外壳1006内运动。当给自锁机构线圈1001掉电后，自锁机构磁销1004在自锁机构复位弹簧1003的作用下下落，当电磁阀阀芯1008处于置位时，自锁机构磁销1004落入阀芯限位空槽1009内，电磁阀线圈1005掉电后，电磁阀阀芯1008也无法复位，保证了掉电状态下阀门的开启。

当给自锁机构线圈1001通电，自锁机构磁销1004在磁力的作用下提起，自锁机构解锁，此时电磁阀阀芯1008在弹簧的作用下复位，处于掉电常闭状态，然后给自锁机构线圈1001掉电即可实现电磁阀在掉电情况下保持关闭。

参阅图4，管路压力通过控制液压泵101电机的转速和输出扭矩进行液压力的控制。液压泵101电机采用PWM控制方式，通过控制PWM(用PWM1表示)的占空比控制其转速和输出扭矩，进而控制管路液压压力，根据液压压力传感器103实时反馈值P'和设定的目标压力P的差值进行压力闭环控制。

另外两个自锁电磁阀也采用PWM控制方式，通过控制PWM(用PWM2表示)的占空比控制其开启时间，也通过管路压力传感器实时反馈值P'和设定的目标压力P的差值进行压力闭环控制。

如图5所示，基于车辆液压主动制动系统的控制方法如下：

步骤1、系统上电，故障自检，如果有故障，则故障报警，否则执行步骤2；

步骤2、踏板位移传感器2输出信号实时检测，如果根据踏板位移信号判断人工干预了制动，则进入人工干预制动模式执行步骤C,否则执行步骤4；

步骤3、人工制动，控制泵电机102的PWM占空比设为0，第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105完全掉电开启，然后执行步骤2；

步骤4、实时采集整车CAN模块发送的制动请求，如果有主动制动需求并设置了目标管路压力P，则执行步骤E，进入主动制动模式，否则执行步骤3；

步骤5、打开第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105、开启液压泵101电机，根据P值设置液压泵101电机的初始PWM占空比，并实时检测液压压力传感器103的反馈值。根据目标管路压力值P和液压压力传感器103的反馈值P'进行比较判断决定执行动作，假设S为设定的比较门限阈值，则当P-P'＞S时，执行步骤6，当|P-P'|＜S时，执行步骤7，否则执行步骤8；

步骤6、控制第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105的PWM占空比大于0、泵电机102的PWM占空比增加，然后执行步骤2；

步骤7、控制第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105的PWM占空比等于0、控制泵电机102的PWM占空比设为0，然后执行步骤2；

步骤8、控制第一自锁电磁阀104和第二自锁电磁阀105的PWM占空比大于0、控制泵电机102的PWM占空比设为0，然后执行步骤2。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车辆液压主动制动系统，制动踏板经真空助力器驱动液压制动主缸的主缸推杆和活塞运动，所述液压制动主缸通过管路连接储油罐，其特征在于：

所述液压制动主缸的第一输出油管经液压泵连接第一自锁电磁阀的端口A，所述第一自锁电磁阀的端口B经第一双路输入油管连接ABS/ESP；

所述液压制动主缸的第二输出油管经液压泵连接第二自锁电磁阀的端口A，所述第二自锁电磁阀的端口B经第二双路输入油管连接ABS/ESP；

所述自锁电磁阀包括电磁阀外壳、自锁机构复位弹簧、电磁阀阀芯、电磁阀线圈、阀口A和阀口B，所述电磁阀外壳一端的两侧设有阀口A和阀口B，所述电磁阀外壳另一端设有自锁机构复位弹簧，所述自锁机构复位弹簧上设有控制阀口A和阀口B的通断的电磁阀阀芯，所述电磁阀阀芯由电磁阀线圈驱动其在电磁阀外壳内位移；

所述电磁阀阀芯一侧设有阀芯限位空槽，所述电磁阀外壳外壁设有自锁机构外壳，所述自锁机构外壳内设有自锁机构磁销，所述自锁机构磁销由自锁机构线圈驱动伸入阀芯限位空槽或缩回锁机构外壳内，当所述自锁机构磁销伸入阀芯限位空槽时，所述电磁阀阀芯位置处于使阀口A和阀口B导通的位置；

主动增压控制器通过整车CAN通信模块接收到上层控制单元发送的主动制动控制指令以及制动压力,所述主动增压控制器控制两个自锁电磁阀，两个自锁电磁阀采用PWM控制方式，通过控制PWM的占空比控制开启时间。

2.根据权利要求1所述的车辆液压主动制动系统，其特征在于：系统设有增压装置控制单元，所述增压装置控制单元接收所述制动踏板内位置传感器的位置信号，以及安装在所述液压泵出油口管路上的液压压力传感器的液压信号，所述增压装置控制单元输出控制信号至第一自锁电磁阀、第二自锁电磁阀以及驱动液压泵的泵电机。

3.根据权利要求2所述的车辆液压主动制动系统，其特征在于：所述主动增压控制器接收车辆上安装的前方目标检测感知单元的探测信号。

4.根据权利要求3所述的车辆液压主动制动系统，其特征在于：所述主动增压控制器根据液压压力传感器采集值，输出PWM信号控制液压泵电机转速和输出扭矩、输出PWM信号控制第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀开启时间，构成液压压力传感器采集值与设定的目标压力值的压力闭环控制。

5.基于权利要求1-4中任一项所述车辆液压主动制动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、系统上电，故障自检，如果有故障，则故障报警，否则执行步骤2；

步骤2、实时接收位移传感器2信号，若接收的信号判断为人工干预了制动，则进入人工干预制动模式执行步骤3,否则执行步骤4；

步骤3、人工制动，控制泵电机的PWM占空比设为0，第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀完全掉电开启，并返回步骤2；

步骤4、实时采集整车CAN模块发送的制动请求，如果有主动制动需求并设置了目标管路压力P，则执行步骤5，进入主动制动模式，否则执行步骤3；

步骤5、打开第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀、开启液压泵电机，根据P值设置液压泵电机的初始PWM占空比，并实时检测液压压力传感器的反馈值，根据目标管路压力值P和液压压力传感器的反馈值P'进行比较判断决定执行动作，假设S为设定的比较门限阈值，则当P-P'>S时；执行步骤6；当|P-P'|<S时，执行步骤7，否则执行步骤8；

步骤6、控制第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀的PWM占空比大于0、泵电机的PWM占空比增加，然后执行步骤2；

步骤7、控制第一自锁电磁阀和第二的自锁电磁阀PWM占空比等于0、控制泵电机的PWM占空比设为0，然后执行步骤2；

步骤8、控制第一自锁电磁阀和第二自锁电磁阀的PWM占空比大于0、控制泵电机的PWM占空比设为0，然后执行步骤2。

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