CN106740761B - 一种带失效保护的完全解耦型制动系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带失效保护的完全解耦型制动系统及控制方法；包括液压罐、主缸、液压调节装和轮缸；液压罐的两出口分别管路连通主缸的两供油孔，所述主缸的两排液孔分别通过液压调节装置连通轮缸；带失效保护的完全解耦型制动系统，还包括制动踏板、制动推杆、传动机构和外置动力源；外置动力源用于给传动机构提供转动力矩；制动踏板的一侧设有用来判断总制动力需求的踏板位移传感器。本系统在实现制动踏板与制动主缸的运动解耦的基础上设置应急失效保护机构，在具有较好控制灵活性的同时，有效的保证车辆制动的安全性和可靠性。

Description

一种带失效保护的完全解耦型制动系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车解耦制动装置，尤其涉及一种带失效保护的完全解耦型制动系统及控制方法。
背景技术
传统的真空助力制动和电动助力制动系统将踏板力和动力源的助力作为输入力共同推动制动主缸，并没有实现制动的解耦。这种助力系统将踏板力耦合到制动主缸中，大大增加了机械结构的复杂程度。并且这种系统对助力的控制策略也更加严格。当驾驶员误踩制动踏板时，踏板力也会传递到主缸中，出现明显的制动效果，而驾驶员此时并没有制动意图。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、制动效果稳定的带失效保护的完全解耦型制动系统及控制方法；具有安全可靠、噪音小以及节能等优点。
本发明通过下述技术方案实现：
一种带失效保护的完全解耦型制动系统，包括液压罐9、主缸5、液压调节装置8和轮缸7；所述液压罐9的两出口分别管路连通主缸5的两供油孔56、57，所述主缸5的两排液孔64、65分别通过液压调节装置8连通轮缸7；
所述带失效保护的完全解耦型制动系统，还包括制动踏板1、制动推杆2、传动机构3和外置动力源4；
所述外置动力源4用于给传动机构3提供转动力矩；
所述制动踏板1活动连接制动推杆2，所述制动推杆2靠近传动机构3这端设有挡板23，制动推杆2穿过挡板23；所述制动推杆2的上套设有与挡板23相抵的复位弹簧22，当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可轴向往复运动；
所述制动踏板1的一侧设有用来判断总制动力需求的踏板位移传感器11。
所述外置动力源4包括控制器42、液压腔44和常闭电磁阀45；所述液压腔44内部安装有液压泵43，通过其蜗杆41将液压泵43的扭矩输出给涡轮38，使涡轮38转动；
所述涡轮38和与其同轴安装的第一小齿轮39共同转动，有相同的转角；所述第三中齿轮35和与其同轴安装的第三小齿轮34共同转动，有相同的转角；所述第二大齿轮33和与其同轴安装的第二小齿轮32共同转动，有相同的转角。
所述传动机构3包括涡轮38和与其同轴安装的第一小齿轮39、第二大齿轮33和与其同轴安装的第二小齿轮32、第三中齿轮35和与其同轴安装的第三小齿轮34、第二齿条31；在第一小齿轮39与之间设置有第三小齿轮34，所述第一齿条36的上齿啮合第一小齿轮39，下齿啮合第三小齿轮34；所述第一齿条36的右端连接主缸5的主缸推杆37；所述第二齿条31的上齿啮合第二小齿轮32，在第二齿条31的左端设置有用于检测第二齿条31轴向位移的位移传感器311，以使正常工作时制动推杆2和传动机构3之间不会发生接触，从而实现制动解耦。
所述液压腔44通过常闭电磁阀45与液压罐9相连；所述控制器42分别电讯连接位移传感器311、踏板位移传感器11、液压泵43和常闭电磁阀45；控制器42根据踏板位移传感器11的位移量，进而驱动液压泵43压缩液压腔44，并通过蜗杆41将扭矩输出给涡轮38，使涡轮38转动。
所述主缸5还包括主缸外壳51、设置在主缸外壳51内的第一供液腔52、第一制动腔54、第一活塞60、第二供液腔53、第二制动腔55、第二活塞61。
所述制动推杆2的左端套设有用于为其提供导向作用的导向套21。
本发明带失效保护的完全解耦型制动系统的解耦方法如下：
正常工作时，踩下制动踏板1，制动推杆2压缩复位弹簧22，复位弹簧22对制动推杆2的反作用力用来模拟制动踏板感；
控制器42根据踏板位移传感器11得出外置动力源4应输出的功率要求，并驱动液压泵43压缩液压腔44，通过蜗杆41输出动力，再经过涡轮38、第一小齿轮39和第一齿条36的上齿啮合减速增矩后，将动力转化为第一齿条36轴向运动力，第一齿条36推动主缸推杆37；
主缸推杆37依次推动第一活塞60和第二活塞61，进而压缩主缸5第一供液腔52和第二供液腔53从而建立主缸压力；液压罐9内的高压油通过排液孔64、65经过液压调节装置8流入轮缸7进行制动；由于制动推杆2和第二齿条31之间有间隙，第一齿条36通过第三中齿轮35、第三小齿轮34、第二大齿轮33和第二小齿轮32带动第二齿条31一起移动，导致制动踏板1的力不会传递到第二齿条31上，从而实现制动踏板1和主缸5之间的完全解耦。
当外置动力源4因失效而无法产生扭矩驱动蜗杆41、涡轮38和第一齿条36运动时，驾驶员踩下制动踏板1，当制动推杆2克服与第二齿条31之间的间隙后，第二齿条31将制动推杆2的力经过第二小齿轮32、第二大齿轮33、第三中齿轮35和第三小齿轮34传递给第一齿条36，推动第一齿条36前进，通过主缸推杆37建立主缸压力。
正常情况下，本发明制动踏板力并不会传递到主缸中，外置动力源的输出力作为唯一动力推动主缸。它形成制动压力的速度比常规系统快三倍。通过制动解耦，可以实现在主动制动，再配合相关位移传感器下，可以实现自动刹车，自动泊车等附加功能。通过调整外置动力源的输出动力，可以在各种车型上都能达到较好的制动踏板感。解耦制动系统作为新一代的制动系统，将有着传统制动系统的优点，同时克服了许多传统制动系统的缺点，具有更高的效率和更快的响应速度，能够实现主动刹车等附加功能，同时也具有更高的可靠性和安全性。
综上所述，本发明至少具备如下优点：在正常情况下，制动踏板和主缸之间不接触，故而没有力的传递，实现解耦。
本发明采用外置动力源，响应迅速，通过调节外置动力源输出力，可以在不同车型上达到较好的制动踏板感。
本发明通过制动踏板和主缸之间的解耦，在紧急情况下可以实现主动刹车，也可以配合倒车雷达等传感器实现自动泊车等功能。
本发明增加了外置动力源的失效保护机构。在外置动力源失效的情况下，仍可通过传动机构将制动踏板的力传递到主缸中。
本发明结构简单，不需要改变现有的主缸结构。
本发明技术手段简便易行，具备噪音小、制动效果稳定、节能、响应迅速、安全高效等优点。
附图说明
图1为本发明带失效保护的完全解耦型制动系统原理示意图。
图2为本发明带失效保护的完全解耦型制动系统结构示意图。
图3为本发明控制过程中解耦时踏板位移传感器11和位移传感器311的坐标图。
图4为本发明控制过程中外置动力源失效时踏板位移传感器11和位移传感器311坐标图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至4所示。本发明公开了一种带失效保护的完全解耦型制动系统，包括液压罐9、主缸5、液压调节装置8和轮缸7；所述液压罐9的两出口分别管路连通主缸5的两供油孔56、57，所述主缸5的两排液孔64、65分别通过液压调节装置8连通轮缸7；
所述带失效保护的完全解耦型制动系统，还包括制动踏板1、制动推杆2、传动机构3和外置动力源4；
所述外置动力源4用于给传动机构3提供转动力矩；
所述制动踏板1活动连接制动推杆2，所述制动推杆2靠近传动机构3这端设有挡板23，制动推杆2穿过挡板23；所述制动推杆2的上套设有与挡板23相抵的复位弹簧22，当往复踩踏制动踏板1时，制动推杆2可轴向往复运动；复位弹簧22对制动踏板1的反作用力用来模拟制动踏板感。
所述制动踏板1的一侧设有用来判断总制动力需求的踏板位移传感器11。
所述外置动力源4包括控制器42、液压腔44和常闭电磁阀45；所述液压腔44内部安装有液压泵43，通过其蜗杆41(非自锁型)将液压泵43的扭矩输出给涡轮38，使涡轮38转动；
所述涡轮38和与其同轴安装的第一小齿轮39共同转动，有相同的转角；所述第三中齿轮35和与其同轴安装的第三小齿轮34共同转动，有相同的转角；所述第二大齿轮33和与其同轴安装的第二小齿轮32共同转动，有相同的转角。
所述传动机构3包括涡轮38和与其同轴安装的第一小齿轮39、第二大齿轮33和与其同轴安装的第二小齿轮32、第三中齿轮35和与其同轴安装的第三小齿轮34、第二齿条31；在第一小齿轮39与之间设置有第三小齿轮34，所述第一齿条36的上齿啮合第一小齿轮39，下齿啮合第三小齿轮34；所述第一齿条36的右端连接主缸5的主缸推杆37；所述第二齿条31的上齿啮合第二小齿轮32，在第二齿条31的左端设置有用于检测第二齿条31轴向位移的位移传感器311，以使(外置动力源4)正常工作时制动推杆2和传动机构3之间不会发生接触，从而实现制动解耦。
所述液压腔44通过常闭电磁阀45与液压罐9相连；所述控制器42分别电讯连接位移传感器311、踏板位移传感器11、液压泵43和常闭电磁阀45；控制器42根据踏板位移传感器11的位移量，进而驱动液压泵43压缩液压腔44，并通过蜗杆41将扭矩输出给涡轮38，使涡轮38转动。
所述主缸5还包括主缸外壳51、设置在主缸外壳51内的第一供液腔52、第一制动腔54、第一活塞60、第二供液腔53、第二制动腔55、第二活塞61。
所述制动推杆2的左端套设有用于为其提供导向作用的导向套21。
本发明工作原理如下：根据踏板位移传感器11和位移传感器311对外置动力源4施加控制；1)正常工作时，当驾驶员踩下制动踏板时，控制器42控制外置动力源4的输出力大小使得位移传感器311的数值始终大于踏板位移传感器11数值，即制动推杆2和传动机构3保持一定的间隙，制动踏板力不会传递到主缸5中，实现制动解耦；增大外置动力源4的输出力，使得位移传感器311曲线斜率大于踏板位移传感器11曲线斜率时，较小的踏板力便能够得到较大的主缸5压力，实现制动的舒适性；减小外置动力源4的输出力，使得位移传感器311曲线斜率小于踏板位移传感器11曲线斜率时，需要较大的踏板力便能够得到相同的主缸压力，实现“硬”的制动踏板感；2)当外置动力源4因故障失效时，驾驶员踩下制动踏板时，制动推杆往传动机构3方向移动，而传动机构3不动；当第二齿条31克服与传动机构3之间的间隙时，制动推杆2推动传动机构3一起移动，建立主缸压力。
本发明带失效保护的完全解耦型制动系统的解耦方法如下：
正常工作时，踩下制动踏板1，制动推杆2压缩复位弹簧22，复位弹簧22对制动推杆2的反作用力用来模拟制动踏板感；
控制器42根据踏板位移传感器11得出外置动力源4应输出的功率要求，并驱动液压泵43压缩液压腔44，通过蜗杆41输出动力，再经过涡轮38、第一小齿轮39和第一齿条36的上齿啮合减速增矩后，将动力转化为第一齿条36轴向运动力，第一齿条36推动主缸推杆37；
主缸推杆37依次推动第一活塞60和第二活塞61，进而压缩主缸5第一供液腔52和第二供液腔53从而建立主缸压力；液压罐9内的高压油通过排液孔64、65经过液压调节装置8流入轮缸7进行制动；由于制动推杆2和第二齿条31之间有间隙，第一齿条36通过第三中齿轮35、第三小齿轮34、第二大齿轮33和第二小齿轮32带动第二齿条31一起移动，导致制动踏板1的力不会传递到第二齿条31上，从而实现制动踏板1和主缸5之间的完全解耦。
另外，按照相关规定的要求，制动系统必须考虑到失效情况的发生以及某些部件发生故障时，也必须能够让驾驶员踩制动踏板的力传输到制动系统中，进行制动。
因此本发明增加了失效保护方案，即，当外置动力源4因失效而无法产生扭矩驱动蜗杆41、涡轮38和第一齿条36运动时，驾驶员踩下制动踏板1，当制动推杆2克服与第二齿条31之间的间隙后，第二齿条31将制动推杆2的力经过第二小齿轮32、第二大齿轮33、第三中齿轮35和第三小齿轮34传递给第一齿条36，推动第一齿条36前进，通过主缸推杆37建立主缸压力。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带失效保护的完全解耦型制动系统，包括液压罐（9）、主缸（5）、液压调节装置（8）和轮缸（7）；所述液压罐（9）的两出口分别管路连通主缸（5）的两供油孔（56、57），所述主缸（5）的两排液孔（64、65）分别通过液压调节装置（8）连通轮缸（7）；其特征在于：
所述带失效保护的完全解耦型制动系统，还包括制动踏板（1）、制动推杆（2）、传动机构（3）和外置动力源（4）；
所述外置动力源（4）用于给传动机构（3）提供转动力矩；
所述制动踏板（1）活动连接制动推杆（2），所述制动推杆（2）靠近传动机构（3）这端设有挡板（23），制动推杆（2）穿过挡板（23）；所述制动推杆（2）上套设有与挡板（23）相抵的复位弹簧（22），当往复踩踏制动踏板（1）时，制动推杆（2）可轴向往复运动；
所述制动踏板（1）的一侧设有用来判断总制动力需求的踏板位移传感器（11）；
所述外置动力源（4）包括控制器（42）、液压腔（44）和常闭电磁阀（45）；所述液压腔（44）内部安装有液压泵（43），通过其蜗杆（41）将液压泵（43）的扭矩输出给涡轮（38），使涡轮（38）转动；
所述传动机构（3）包括涡轮（38）和与其同轴安装的第一小齿轮（39）、第二大齿轮（33）和与其同轴安装的第二小齿轮（32）、第三中齿轮（35）和与其同轴安装的第三小齿轮（34）、第二齿条（31）；在第一小齿轮（39）与第三小齿轮（34）之间设置有第一齿条（36），所述第一齿条（36）的上齿啮合第一小齿轮（39），下齿啮合第三小齿轮（34）；所述第一齿条（36）的右端连接主缸（5）的主缸推杆（37）；所述第二齿条（31）的上齿啮合第二小齿轮（32），在第二齿条（31）的左端设置有用于检测第二齿条（31）轴向位移的位移传感器（311），以使正常工作时制动推杆（2）和传动机构（3）之间不会发生接触，从而实现制动解耦；
所述液压腔（44）通过常闭电磁阀（45）与液压罐（9）相连；所述控制器（42）分别电讯连接位移传感器（311）、踏板位移传感器（11）、液压泵（43）和常闭电磁阀（45）；控制器（42）根据踏板位移传感器（11）的位移量，进而驱动液压泵（43）压缩液压腔（44），并通过蜗杆（41）将扭矩输出给涡轮（38），使涡轮（38）转动；
所述涡轮（38）和与其同轴安装的第一小齿轮（39）共同转动，有相同的转角；
所述第三中齿轮（35）和与其同轴安装的第三小齿轮（34）共同转动，有相同的转角；
所述第二大齿轮（33）和与其同轴安装的第二小齿轮（32）共同转动，有相同的转角。
2.根据权利要求1所述带失效保护的完全解耦型制动系统，其特征在于：所述主缸（5）还包括主缸外壳（51）、设置在主缸外壳（51）内的第一供液腔（52）、第一制动腔（54）、第一活塞（60）、第二供液腔（53）、第二制动腔（55）、第二活塞（61）。
3.根据权利要求2所述带失效保护的完全解耦型制动系统，其特征在于：
所述制动推杆（2）的左端套设有用于为其提供导向作用的导向套（21）。
4.权利要求2或者3所述带失效保护的完全解耦型制动系统的解耦方法，其特征在于包括如下步骤：
正常工作时，踩下制动踏板（1），制动推杆（2）压缩复位弹簧（22），复位弹簧（22）对制动推杆（2）的反作用力用来模拟制动踏板感；
控制器（42）根据踏板位移传感器（11）得出外置动力源（4）应输出的功率要求，并驱动液压泵（43）压缩液压腔（44），通过蜗杆（41）输出动力，再经过涡轮（38）、第一小齿轮（39）和第一齿条（36）的上齿啮合减速增矩后，将动力转化为第一齿条（36）轴向运动力，第一齿条（36）推动主缸推杆（37）；
主缸推杆（37）依次推动第一活塞（60）和第二活塞（61），进而压缩主缸（5）第一供液腔（52）和第二供液腔（53）从而建立主缸压力；液压罐（9）内的高压油通过排液孔（64、65）经过液压调节装置（8）流入轮缸（7）进行制动；由于制动推杆（2）和第二齿条（31）之间有间隙，第一齿条（36）通过第三中齿轮（35）、第三小齿轮（34）、第二大齿轮（33）和第二小齿轮（32）带动第二齿条（31）一起移动，导致制动踏板（1）的力不会传递到第二齿条（31）上，从而实现制动踏板（1）和主缸（5）之间的完全解耦。
5.根据权利要求4所述带失效保护的完全解耦型制动系统的解耦方法，其特征在于：
当外置动力源（4）因失效而无法产生扭矩驱动蜗杆（41）、涡轮（38）和第一齿条（36）运动时，驾驶员踩下制动踏板（1），当制动推杆（2）克服与第二齿条（31）之间的间隙后，第二齿条（31）将制动推杆（2）的力经过第二小齿轮（32）、第二大齿轮（33）、第三中齿轮（35）和第三小齿轮（34）传递给第一齿条（36），推动第一齿条（36）前进，通过主缸推杆（37）建立主缸压力。
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