CN107031597A - 一种集成式电子液压制动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成式电子液压制动系统，包括：壳体；主缸(15)，主缸(15)与壳体连接；电机(16)，电机(16)的输出端通过主缸接头(12)与主缸(15)的活塞连接；踏板推杆(2)，与制动踏板连接；主缸推杆(5)，一端与踏板推杆(2)连接、随踏板推杆(2)沿壳体轴向滑动，另一端与主缸接头(12)相对设置并预留间隙，形成解耦结构；踏板感觉模拟装置，设置在壳体外部，与踏板推杆(2)连接；位移传感器，设置在壳体内。与现有技术相比，本发明与传统真空助力制动器接口通用，无需外加传感器，能够实现助力制动、主动制动、再生制动、辅助制动等功能，具有高度集成、结构简单可靠、成本低廉、通用性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车制动结构，尤其是涉及一种集成式电子液压制动系统及方法。
背景技术
为解决汽车保有量增长带来的严峻问题，车辆电动化、智能化是目前汽车工业寻求突破的重要方向。在城市工况中，汽车的制动比较频繁，因此而消耗的能量占汽车消耗总能量的很大一部分，电动汽车和传统汽车一个重要的区别就是制动系统中引入再生制动，再生制动回收的能量可以增大汽车的续航里程，弥补目前电池技术的不足，达到节能环保的目的；此外，电动汽车的动力源由电机完全或部分取代，这就造成在传统汽车制动系统中的真空助力器无法继续使用，必须添加额外的真空泵装置；为了降低交通事故的发生概率，减轻驾驶员工作负荷，智能车辆己经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中，汽车智能化发展对线控制动系统提出了需求。
车辆电动化、智能化发展促使了传统的制动系统向着线控方向发展。作为线控制动系统的前期产品，电子液压制动系统(EHB)相比于电子机械制动系统(EMB)技术更加成熟，容错率高(失效后存在后备执行系统)，抗干扰能力强，布置方便。相对应传统制动系统，EHB具有安全、舒适、响应快、易于实现再生制动、制动力可精确控制等优点，并且可通过控制算法实现ABS、ESP、TCS等主动安全控制功能。EHB的发展方向是不断提高其综合性能，轻量小型和低成本，且系统高度集成与模块化。
目前，现有电子液压制动系统存在集成度低，体积大等问题。制动器体积过大，无法布置在紧凑的汽车前舱；多数尚未集成踏板位移传感器，需要在制动踏板上另行安装转角或位移传感器；这些问题限制了电子液压制动系统产品的推广。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成式电子液压制动系统及方法，充分利用车内空间，与传统真空助力制动器接口通用，无需外加传感器，能够实现助力制动、线控制动、再生制动、辅助制动等功能，具有高度集成、结构简单可靠、成本低廉、通用性强等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种集成式电子液压制动系统，包括：
壳体；
主缸，用于提供液压制动力，所述的主缸与壳体连接；
电机，所述的电机的输出端通过主缸接头与主缸的活塞连接；
踏板推杆，与制动踏板连接；
主缸推杆，一端与所述的踏板推杆连接、随踏板推杆沿壳体轴向滑动，另一端与所述的主缸接头相对设置并预留间隙，形成解耦结构；
踏板感觉模拟装置，设置在壳体外部，与踏板推杆连接；
位移传感器，设置在壳体内，检测主缸推杆的位移并发送给电控单元，用于控制电机动作。
所述的踏板感觉模拟装置包括包裹在踏板推杆外周、用于提供反作用力的弹性元件。
所述的踏板推杆上设有弹性元件基座，所述的弹性元件一端与壳体连接或接触，另一端与弹性元件基座连接或接触。
所述的弹性元件为线性弹簧、非线性弹簧、橡胶、聚氨酯中的一种或几种的组合。
所述的位移传感器包括固定在壳体内的传感器壳体、固定在传感器壳体上的传感器感应电路和固定在主缸推杆上的传感器滑块，所述的传感器感应电路感应传感器滑块的位移，将感应信号发送给电控单元，用于控制电机动作。
所述的位移传感器为电阻型、电感型或霍尔型直线位移传感器。
所述的电机通过二级减速机构与主缸接头连接。
所述的二级减速机构包括依次连接的蜗杆、蜗轮、齿轮和齿条，所述的蜗杆与电机输出轴同轴连接，所述的齿条与主缸接头的底部连接。
所述的解耦结构为：所述的主缸推杆与主缸接头之间设有缓冲块，所述的缓冲块与主缸接头中的凹槽固定连接，与主缸推杆相对设置并预留间隙。
一种使用所述的集成式电子液压制动系统进行制动的方法，包括被动制动和主动制动，所述的被动制动包括以下步骤：
S1，制动踏板将压力传递给踏板推杆，踏板推杆带动主缸推杆做直线运动，位移传感器检测到位移，并将信号发送给电控单元；
S2，电控单元对信号进行处理和计算，得到制动踏板的运动参数，从而判断制动方式，若为助力制动，则电控单元控制电机产生相应转矩，并将转矩依次传递到主缸接头和主缸的活塞，使主缸建立液压，产生相应的制动力，若为再生制动，则电机不产生转矩，若为助力制动和再生制动混合，则电控单元控制电机在相应时机产生相应转矩；
所述的主动制动过程包括：电控单元接受整车控制器发送的制动目标指令，控制电机产生相应转矩，并将转矩传递到主缸接头，使主缸建立液压，产生相应的制动力。
所述的方法还包括应急制动，所述的应急制动包括：当助力制动失效时，制动踏板将压力传递给踏板推杆，踏板推杆带动主缸推杆做直线运动，主缸推杆与主缸接头中的缓冲块接触，推动主缸的活塞，使主缸建立液压，产生制动力。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)集成度高：踏板感觉模拟装置设置在壳体外部，充分利用了踏板推杆与壳体之间的空间，使壳体内壁与主缸推杆之间的间隙可供位移传感器使用。
(2)信号传输可靠性高：现有的液压制动系统的位移传感器通常与踏板连接，检测踏板的位移或角度，位移传感器与电控单元之间的信号线裸露，本发明的位移传感器设置在壳体内，检测主缸推杆的位移，信号线可设置在壳体内部，提高信号传输安全性。
(3)踏板感觉模拟装置包括包裹在踏板推杆外周、用于提供反作用力的弹性元件，可模拟传统制动的踏板感觉，易于更换和维护。
(4)采用线性弹簧、非线性弹簧、橡胶、聚氨酯中的一种或几种组合作为踏板感觉模拟装置，踏板感觉特性(踏板力与行程的关系)可以灵活配置，获得良好的踏板感觉，也可以获得与传统制动系统相近的制动踏板感觉。
(5)主缸推杆与主缸接头之间设有缓冲块，缓冲块与主缸接头中的凹槽固定连接，节约空间，可以使主缸推杆与主缸接头接触时的踏板感觉平顺，提高驾驶体验。
(6)通过位移传感器得到制动踏板的位移信息，通过电控单元处理信号得到驾驶员意图，从而产生相应液压制动力，形成助力制动；主缸推杆与主缸接头之间预留间隙，形成解耦结构，二者接触之前可满足再生制动功能需求；踏板推杆可带动主缸推杆直接推动主缸活塞，在助力制动失效时进行应急制动，保证了汽车驾驶安全。
附图说明
图1为本实施例电子液压制动系统结构剖视图；
附图标记：
1为踏板接头；2为踏板推杆；3为弹性元件基座；4为弹性元件；5为主缸推杆；6为推杆导轨；7为传感器外壳；8为传感器滑块；9为传感器感应电路；10为齿条；11为电控单元；12为主缸接头；13为缓冲块；14为制动器壳体；15为主缸；16为电机；17为蜗杆；18为蜗轮；19为齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种集成式电子液压制动系统，包括：电机16及蜗轮蜗杆齿轮齿条二级减速机构，提供主缸15建压动力；踏板感觉模拟装置，由踏板感觉模拟弹性元件4及弹性元件基座3组成，用于模拟传统制动的踏板感觉；踏板位移传感器，由安装在主缸推杆5上的传感器滑块8和布置于齿条10内部的感应装置及传感器外壳7组成，用于采集踏板位移信息；解耦结构，通过在主缸推杆5和主缸接头12之间留有的间隙实现解耦，满足再生制动功能需求；失效备份结构，由踏板推杆2、主缸推杆5、缓冲块15、主缸接头12组成，能够在电子部分失效时提供部分制动压力，主缸推杆5通过壳体内的推杆导轨6限制运动方向；电控单元11(ECU)，布置于制动器壳体内部，用于接受信息、处理并发出电机控制信号。
踏板感觉模拟装置，可以使用直线弹簧，或截锥面弹簧，或双弹簧，布置于制动踏板与制动器壳体之间、踏板推杆2外围，用于模拟传统制动的踏板感觉，其中，采用截锥面弹簧或双弹簧的踏板感觉模拟器具有分段的特性曲线，能够更好地模拟踏板感觉。
踏板位移传感器，包括但不限定于电阻型、霍尔型的直线位移传感器，布置于齿条10内部，其滑块部分与主缸推杆5相固连，感应电路安装于传感器外壳7内，用于采集踏板位移信息。
解耦结构，由主缸推杆5和主缸接头12之间留有的间隙实现，满足再生制动功能需求，同时两者之间添加了缓冲块13，保证良好的踏板感觉。
本系统的工作模式可以分为四种，即常规助力制动、再生制动参与下的制动、主动制动以及助力失效模式。
常规助力制动时，驾驶员脚踩踏板，作用力通过踏板接头1，踏板推杆2传递到主缸推杆5，使其作直线位移，同时带动固定在主缸推杆5上的传感器滑块8与传感器感应电路9之间产生相对位移，传感器位移信号发送至壳体内的电控单元11中，得到踏板位移、速度、加速度等信息，经过计算处理，电控单元11控制电机16产生相应转矩，电机转矩经过蜗杆14、蜗轮18以及与之相联结的齿轮19，减速增扭，传递到齿条10，推动主缸接头12外圈，主缸接头12与主缸的活塞固连，使制动主缸建立相应液压力，产生合适的制动力，完成常规的助力制动过程。此过程中，主缸推杆5与主缸接头12不发生接触，制动过程中的踏板感觉由压缩弹性元件4产生。
当配合再生制动工作时，驾驶员脚踩踏板，作用力通过踏板接头1、踏板推杆2传递到主缸推杆5，使其作直线位移，同时固定在主缸推杆5上的传感器滑块8与传感器感应电路9之间产生相对位移，测得踏板推杆2位移大小，传感器位移信号发送至制动器壳内的电控单元11中，计算得出踏板位移、速度、加速度等信息，据此判断驾驶员意图，进一步决定助力制动是否工作。当仅需再生制动参与时，在主缸推杆5与主缸接头12中的缓冲块13接触之前的一定时间内，车辆的制动力由驱动电机产生，助力电机16不工作，且主缸推杆5未与主缸接头12接触，主缸15内不建立任何制动液压力，此种情况下，车辆可以高效的回收制动能量。当需要助力制动与再生制动共同工作时，助力制动可根据踏板位移传感器信息和再生制动力大小调整介入时机与助力大小，满足较大的制动力需求，保证良好的踏板感觉。
主动制动时，整车控制器发送给电子液压制动器电控单元11制动目标指令，电控单元11控制电机16产生相应转矩，电机转矩经过蜗杆14、蜗轮18以及与之联结的齿轮19，减速增扭，传递到齿条10，推动主缸接头12外圈，主缸接头12于主缸的活塞固连，使主缸建压到指定压力，完成主动制动过程。主动制动过程中，制动踏板不会发生位移。
助力失效时，驾驶员脚踩踏板，作用力通过踏板接头1，踏板推杆2传递到主缸推杆5，使其作直线位移，由于电机助力部分已失效，主缸推杆5直接与主缸接头12中的缓冲块13相接触，推动主缸建压，保证了电机助力失效时车辆仍能够进行制动。缓冲块13可以使主缸推杆5与主缸接头12接触时的踏板感觉平顺。
本发明提出了一种高度集成的电子液压制动器结构方案，位移传感器位于齿条10内部，弹性元件4包裹在踏板推杆2外部，充分利用空间，且与传统真空助力制动器接口通用，无需外加传感器，能够实现助力制动、主动制动、再生制动、辅助制动等功能，具有高度集成、结构简单可靠、成本低廉、通用性强等优点。
Claims (10)
1.一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，包括：
壳体；
主缸(15)，用于提供液压制动力，所述的主缸(15)与壳体连接；
电机(16)，所述的电机(16)的输出端通过主缸接头(12)与主缸(15)的活塞连接；
踏板推杆(2)，与制动踏板连接；
主缸推杆(5)，一端与所述的踏板推杆(2)连接、随踏板推杆(2)沿壳体轴向滑动，另一端与所述的主缸接头(12)相对设置并预留间隙，形成解耦结构；
踏板感觉模拟装置，设置在壳体外部，与踏板推杆(2)连接；
位移传感器，设置在壳体内，检测主缸推杆(5)的位移并发送给电控单元(11)，用于控制电机(16)动作。
2.根据权利要求1所述的一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，所述的踏板感觉模拟装置包括包裹在踏板推杆(2)外周、用于提供反作用力的弹性元件(4)。
3.根据权利要求2所述的一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，所述的踏板推杆(2)上设有弹性元件基座(3)，所述的弹性元件(4)一端与壳体连接或接触，另一端与弹性元件基座(3)连接或接触。
4.根据权利要求2所述的一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，所述的弹性元件(4)为线性弹簧、非线性弹簧、橡胶、聚氨酯中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，所述的位移传感器包括固定在传感器外壳(7)上的传感器感应电路(9)和固定在主缸推杆(5)上的传感器滑块(8)，所述的传感器感应电路(9)感应传感器滑块(8)的位移，将感应信号发送给电控单元，用于控制电机(16)动作。
6.根据权利要求1所述的一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，所述的位移传感器为电阻型、电感型或霍尔型直线位移传感器。
7.根据权利要求1所述的一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，所述的电机(16)通过二级减速机构与主缸接头(12)连接。
8.根据权利要求1所述的一种集成式电子液压制动系统，其特征在于，所述的解耦结构为：所述的主缸推杆(5)与主缸接头(12)之间设有缓冲块(13)，所述的缓冲块(13)与主缸接头(12)中的凹槽固定连接，与主缸推杆(5)相对设置并预留间隙。
9.一种使用如权利要求1～8任一所述的集成式电子液压制动系统进行制动的方法，其特征在于，包括被动制动和主动制动，所述的被动制动包括以下步骤：
S1，制动踏板将压力传递给踏板推杆(2)，踏板推杆(2)带动主缸推杆(6)做直线运动，位移传感器检测到位移，并将信号发送给电控单元(11)；
S2，电控单元对信号进行处理和计算，得到制动踏板的运动参数，从而判断制动方式，若为助力制动，则电控单元控制电机(16)产生相应转矩，并将转矩依次传递到主缸接头(12)和主缸(15)的活塞，使主缸(15)建立液压，产生相应的制动力，若为再生制动，则电机(16)不产生转矩，若为助力制动和再生制动混合，则电控单元控制电机(16)在相应时机产生相应转矩；
所述的主动制动过程包括：电控单元接受整车控制器发送的制动目标指令，控制电机(16)产生相应转矩，并将转矩传递到主缸接头(12)，使主缸(16)建立液压，产生相应的制动力。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括应急制动，所述的应急制动包括：当助力制动失效时，制动踏板将压力传递给踏板推杆(2)，踏板推杆(2)带动主缸推杆(6)做直线运动，主缸推杆(6)与主缸接头(12)接触，推动主缸(16)的活塞，使主缸(16)建立液压，产生制动力。
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