CN108407788B - 带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统 - Google Patents

带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统。包括制动踏板、制动主缸、油杯、踏板模拟器和液压调节单元，制动踏板与制动主缸的活塞杆连接，制动主缸包含前后两腔，制动主缸的两腔分别与油杯相通，制动主缸的两腔分别经过第一电磁阀和第二电磁阀后与踏板模拟器的输出端相连，制动主缸两腔分别经过第三电磁阀和第四电磁阀后与液压调节单元相连，液压调节单元与油杯相连，液压调节单元的输出端连接到制动轮缸。本发明不仅能模拟与传统车辆相同的制动踏板感觉，还能在特定工况下给驾驶员指定的踏板感回馈，同时最大限度回收制动能量，延长了电驱动车辆续驶里程。

Description

带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统
技术领域
本发明涉及车辆的制动能量回收系统，特别是混合动力车辆，或纯电动车辆的一种带有踏板感回馈的制动能量回收系统。
背景技术
新能源车辆已经成为汽车工业可持续发展的重要方向，随着新能源车辆的蓬勃发展，续航里程已经成为制约新能源汽车发展的重要因素，故制动能量回收系统的应用和普及将成为不可阻挡的趋势。
常规能量回收系统为了保证驾驶员的踏板感，一般都采用了全解耦的设计。驾驶员的制动意图一般是通过主缸压力传感器、踏板力传感器等加以判定。但是由于全解耦结构，不同路面的踏板感完全一致，特定路况下的踏板感差异无法体现。以冰雪路面为例，低附工况下，较低的制动压力便会触发ABS，但是制动系统依然会按照驾驶员输入的高压力信号输入进行调节，导致系统液压模块负载过大，管路压力调节相对粗暴，对零部件寿命有一定影响。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统，不仅可快速响应，精确的控制制动压力，高效的回收制动能量，还可以在特定工况下给驾驶员指定的踏板回馈，提醒驾驶员制动工况，诱导驾驶员采用正确的制动动作，以修正管路压力，减少压力调节负载，达到保护调压零部件的目的。
为实现上述目的，本发明解决方案如下：
本发明包括制动踏板、制动主缸、油杯、踏板模拟器和液压调节单元，制动踏板与制动主缸的活塞杆连接，制动主缸包含前后两腔，制动主缸的两腔分别与油杯相通，制动主缸的两腔分别经过第一电磁阀和第二电磁阀后与踏板模拟器的输出端相连，制动主缸两腔分别经过第三电磁阀和第四电磁阀后与液压调节单元相连，液压调节单元与油杯相连，液压调节单元的输出端连接到制动轮缸。
所述的踏板模拟器包括电机、外壳体以及安装在外壳体中的丝杆、螺母、模拟器活塞I、模拟器活塞II和踏板模拟器弹簧，模拟器活塞I置于外壳体内的中部将外壳体内部分为两个内腔，其中一侧的第一内腔中装有丝杆、螺母，另一侧的第二内腔中装有模拟器活塞II和踏板模拟器弹簧，并充有油液；电机的输出轴伸入到外壳体中并与丝杆同轴连接，丝杆上套装有螺母，螺母经连杆结构与模拟器活塞I固定连接，模拟器活塞II开有中心通孔，踏板模拟器弹簧连接在模拟器活塞II和外壳体的内端面之间。踏板模拟器弹簧所连接的外壳体端面中间开口作为踏板模拟器的输出端。
电机工作经丝杠螺母副带动模拟器活塞I在外壳体中沿轴向水平往复移动，使得外壳体第二内腔的容积发生改变，进而改变第二内腔的油压，经第一电磁阀和第二电磁阀打开连通传递到制动主缸的两腔内，使得制动主缸的两腔油压改变而往复改变制动踏板的反馈力，实现施加在制动踏板上脚感的模拟。
同时模拟器活塞II在自身两端不同截面积而产生的压差推力和踏板模拟器弹簧的作用下在第二内腔内移动并达到压力平衡，从而实现液体压力变化的脉动调整。
在特定工况下，电机工作经丝杠螺母副带动模拟器活塞I在外壳体中沿轴向水平移动，使得外壳体第二内腔的容积增大或减少，进而改变第二内腔的油压，经第一电磁阀或第二电磁阀连通传递到制动主缸的两腔内，使得制动主缸无杆腔的油压改变而使活塞杆推动或回缩，使得给制动踏板加载可调节的回馈力。
所述的液压调节单元包括高压蓄能器、电机增压泵模块、第一调压阀、第二调压阀、线性控制阀和出液阀，高压蓄能器与电机增压泵模块连接，电机增压泵模块连接到油杯，高压蓄能器分别连接第一调压阀、第二调压阀的输入端连接，第三电磁阀连接到第一调压阀的输出端，和第四电磁阀连接到第二调压阀的输出端；第一调压阀的输出端分别经线性控制阀连接到其中两个制动轮缸，第二调压阀的输出端分别经线性控制阀连接到另外两个制动轮缸，四个制动轮缸经各自的出液阀连接到油杯。
由高压蓄能器提供压力源，高压蓄能器的输出分为两路高压制动液的建压回路，两路建压回路分别由第一调压阀、第二调压阀控制的压力输出和锁止；第一调压阀输出第一建压回路后，分别经各自的线性控制阀连通到两个制动轮缸；第二调压阀输出第二建压回路后，分别经各自的线性控制阀连通到另外两个制动轮缸；高压蓄能器设有压力传感器，高压蓄能器压力由压力传感器监控，在压力传感器检测到的压力低于门限值时，由电机增压泵模块向高压蓄能器补充压力至门限值以上；四个独立轮缸制动压力经由各自的出液阀、出液阀、出液阀和出液阀释放至油杯。
本发明中，驾驶员制动力经踏板、主缸产生的制动液压经过两组高速开关电磁阀控制，可通过液压调节单元作用于制动轮缸，或作用于踏板模拟器。私服电机通过传动机构与踏板模拟器相连，不仅可实现踏板感可调，而且在特定制动工况下，可给与制动踏板特定回馈。
本发明具有的增益效果是：
与常规解耦能量回收系统相比，本发明增设了踏板模拟器，通过踏板模拟器增设与驾驶员脚踏制动踏板的交互功能。在特殊工况下，通过电机驱动滚珠丝杆传动装置，推动活塞，改变蓄能器腔压力，从而给驾驶员出不同的踏板感反馈，以改善制动效果，并可以向驾驶员提示危险。
本发明除了能模拟与传统车辆相同的制动踏板感觉，还能在特定工况下给驾驶员指定的踏板感回馈，同时最大限度回收制动能量，延长了电驱动车辆续驶里程。
并且，本发明在电控器件失效时，所有电磁阀断电，本系统可保留液压制动功能，具有更高的安全性，可靠性。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图2是本发明的液压原理图。
图3是本发明的踏板模拟器部分示意图。
图中：101、制动主缸，102、踏板模拟器，103、液压调节单元，104.油杯，105、第一电磁阀，106、第二电磁阀，107、第三电磁阀，108、第四电磁阀；201、高压蓄能器，202、电机增压泵模块，203、第一调压阀，204、第二调压阀，205、线性控制阀，206、线性控制阀，207、线性控制阀，208、线性控制阀，209、出液阀，210、出液阀，211、出液阀，212、出液阀；301、电机，302、丝杆，303、螺母，304、模拟器活塞I，305、模拟器活塞II，306、踏板模拟器弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
如图1所示，本发明具体实施包括制动踏板、制动主缸101、油杯104、踏板模拟器102和液压调节单元103，制动踏板与制动主缸101的活塞杆连接，制动主缸101包含前后两腔，制动主缸101的两腔分别与油杯104相通，制动主缸101的两腔分别经过第一电磁阀105和第二电磁阀106后与踏板模拟器102的输出端相连，制动主缸101两腔分别经过第三电磁阀107和第四电磁阀108后与液压调节单元103相连，液压调节单元103与油杯104相连，液压调节单元103的输出端连接到制动轮缸。
第一电磁阀105和第二电磁阀106均为常闭阀，在监测到驾驶员制动意图时，第一电磁阀105和第二电磁阀106会打开。
第三电磁阀107和第四电磁阀108均为常开阀，在监测到驾驶员制动意图时，第三电磁阀107和第四电磁阀108会关闭。
如图3所示，踏板模拟器102包括电机301、外壳体以及安装在外壳体中的丝杆302、螺母303、模拟器活塞I304、模拟器活塞II305和踏板模拟器弹簧306，模拟器活塞I304置于外壳体内的中部将外壳体内部分为两个内腔，其中一侧的第一内腔中装有丝杆302、螺母303，另一侧的第二内腔中装有模拟器活塞II305和踏板模拟器弹簧306，并充有油液；电机301的输出轴伸入到外壳体的内腔中并与丝杆302同轴连接，丝杆302上套装有螺母303，螺母303经连杆结构与模拟器活塞I304固定连接，模拟器活塞II305开有中心通孔，踏板模拟器弹簧306连接在模拟器活塞II305和外壳体的内端面之间。模拟器活塞I304和模拟器活塞II305均与外壳体内壁之间通过密封圈密封连接。
具体实施中，外壳体的第二内腔为台阶阶梯内孔结构，内端直径大，外端直径小，模拟器活塞II305为阶梯结构，模拟器活塞II305的大小端分别密封连接并装于外壳体的第二内腔的台阶阶梯内孔结构的内端和外端内。
如图3所示，电机301工作经丝杠螺母副带动模拟器活塞I304在外壳体中沿轴向水平往复移动，使得外壳体第二内腔的容积发生改变，进而改变第二内腔的油压，经第一电磁阀105和第二电磁阀106打开连通传递到制动主缸101的两腔内，使得制动主缸101的两腔油压改变而往复改变制动踏板的反馈力，实现施加在制动踏板上脚感的模拟。例如，通过电机301正反转，带动模拟器活塞I304的往复运动，最终实现制动踏板反馈力的往复改变，实现模拟ABS的震颤顶踏板感以提示驾驶中车轮有抱死风险。
同时模拟器活塞II305在踏板模拟器弹簧306和两端不同截面积而产生的压差推力的作用下在第二内腔内移动并达到压力平衡，从而实现液体压力变化的脉动调整
在常规工况下，电机301带有报闸装置以控制丝杆和螺母副装置的锁止，模拟器活塞I304被螺母303通过连杆锁止，模拟器活塞II305在压力作用下克服弹簧力，改变第二内腔的油压，传递到制动主缸101和制动踏板后实现完成对施加在制动踏板上脚感的模拟。
在特定工况下，如制动力不足时，电机301工作经丝杠螺母副带动模拟器活塞I304在外壳体中沿轴向水平移动，使得外壳体第二内腔的容积增大，进而减少第二内腔的油压，经第一电磁阀105或第二电磁阀106连通传递到制动主缸101的两腔内，使得制动主缸101的两腔压力减少从而给制动踏板加载收缩的回馈移动动作，引导驾驶者深踩制动踏板进行紧急制动。
如图2所示，液压调节单元103包括高压蓄能器201、电机增压泵模块202、第一调压阀203、第二调压阀204、线性控制阀205、206和出液阀209、210、211、212，高压蓄能器201与电机增压泵模块202连接，电机增压泵模块202连接到油杯104，高压蓄能器201分别连接第一调压阀203、第二调压阀204的输入端连接，第三电磁阀107连接到第一调压阀203的输出端，和第四电磁阀108连接到第二调压阀204的输出端；第一调压阀203的输出端分别经线性控制阀205、206连接到其中两个制动轮缸，第二调压阀204的输出端分别经线性控制阀207、208连接到另外两个制动轮缸，四个制动轮缸经各自的出液阀209、210、211、212连接到油杯104。
液压调节单元103中，由高压蓄能器201提供压力源，高压蓄能器201的输出分为两路高压制动液的建压回路，两路建压回路分别由第一调压阀203、第二调压阀204控制的压力输出和锁止；第一调压阀203输出第一建压回路后，分别经各自的线性控制阀205、206连通到两个制动轮缸，而建立制动压力，通过线性控制阀独立控制回路中制动轮缸的制动压力；第二调压阀204输出第二建压回路后，分别经各自的线性控制阀207、208连通到另外两个制动轮缸，而建立制动压力，通过线性控制阀独立控制回路中制动轮缸的制动压力；高压蓄能器201设有压力传感器，高压蓄能器201压力由压力传感器监控，在压力传感器检测到的压力低于门限值时，由电机增压泵模块202向高压蓄能器201补充压力至门限值以上；四个独立轮缸制动压力经由各自的出液阀209、出液阀210、出液阀211和出液阀212释放至油杯104。
图1和图2中的FL、FR、RL、RR分别代表了左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的制动轮缸。
具体实施中，液压调节单元和高压蓄能器中始终有较高压力保持，同时第一调压阀203、第二调压阀204、线性控制阀205、线性控制阀206、线性控制阀207、线性控制阀208均采用线性控制，使得系统能够对轮缸压力进行快速而精确得控制，有效提高能量回收效率。
具体实施中，电机301为带报闸装置的伺服电机，故丝杆螺母副锁止位置可调，针对不同车辆的踏板感差异，可调性能优越，匹配通用性极佳。
在本实例实施中，制动踏板上装有踏板行程传感器或踏板力传感器以监控驾驶员制动意图，驾驶员制动意图由踏板位移传感器或踏板力传感器监控，通过踏板位移传感器或踏板力传感器可精准判定驾驶员制动意图。制动踏板所连接的制动主缸101分别与踏板模拟器102和液压调节单元103相连，其间通断由两组四只电磁阀控制，在驾驶员有制动意图时，踏板感较好的模拟和切换。
下面举出两种典型工况的踏板感回馈：
在低附路面：轮缸抱死压力一般较低，驾驶员如按照常规制动方式制动，传感器检测到制动意图和制动压力需求远高于实际需要，驾驶员如无提示，又发现实际制动减速度低于预期，会继续深踩踏板，以提高制动力，谋求更大制动减速度；在此种工况下，驾驶员需求压力和实际需求压力偏差过大导致压力调节负载增大，压力调节精度降低。此时可通过电机推动踏板模拟器活塞，给驾驶员模拟ABS顶脚的震动踏板感，以提醒驾驶员车辆处于ABS工况下，无需继续增加制动压力或适当减少制动压力，以达到良好的制动效果。
在制动减速度不足时：车辆智能化已经逐渐走向成熟，其中AEB技术已经大量应用于实车，但是在有些工况下，AEB主动制动时驾驶员并未意识到制动力不足，依然存在安全隐患。例如，驾驶员已经踩下制动踏板，但实际制动减速度不足以避免碰撞，此时，通过电机控制活塞位置，适当降低踏板模拟器内压力，诱导驾驶员深踩制动踏板，提高制动力需求，增加制动减速度，避免碰撞产生，同时给于驾驶员一定的危险提示。
当本发明中所有电控器件失效时，所有电磁阀断电，制动踏板推动主缸前后两腔建立的压力经过电磁阀107和电磁阀108进入液压调节模块后作用于各个轮缸，仍然能使得系统的常规液压制动功能完好。
在全解耦状态下，系统的电控单元的制动压力是根据踏板位移传感器采到的踏板位移信号，以主缸参数性能为参照计算出。实际匹配中，以制动主缸、踏板模拟器中压力和轮缸压力保持一致为基准，根据车辆对踏板感的需求来调节具体的压板感。通过高压蓄能器201、第一调压阀203、第二调压阀204、线性控制阀205、线性控制阀206、线性控制阀207、线性控制阀208对各个轮缸压力进行精确控制，始终根据整车电机当前可提供的最大制动回馈力矩为基准，配合整车制动需求，经各轮缸通路上对应的线性控制阀对轮缸的制动压力进行精确的调节，在满足制动力矩需求的情况下，使电机回馈力矩始终保持最大，以达到最大效率的制动能量回收。
上述的对实施实例的描述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，均属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统，其特征在于：包括制动踏板、制动主缸(101)、油杯(104)、踏板模拟器(102)和液压调节单元(103)，制动踏板与制动主缸(101)的活塞杆连接，制动主缸(101)包含前后两腔，制动主缸(101)的两腔分别与油杯(104)相通，制动主缸的一腔经过第一电磁阀(105)后与踏板模拟器(102)相连、制动主缸的另一腔经过第二电磁阀(106 )后与踏板模拟器(102)相连，制动主缸(101)一腔经过第三电磁阀(107)后与液压调节单元(103)相连，制动主缸(101)另一腔经过第四电磁阀(108)后与液压调节单元(103)相连，液压调节单元(103)与油杯(104)相连，液压调节单元(103)的输出端连接到制动轮缸；
所述的踏板模拟器(102)包括电机(301)、外壳体以及安装在外壳体中的丝杆(302)、螺母(303)、模拟器活塞I(304)、模拟器活塞II(305)和踏板模拟器弹簧(306)，模拟器活塞I(304)置于外壳体内的中部将外壳体内部分为两个内腔，其中一侧的第一内腔中装有丝杆(302)、螺母(303)，另一侧的第二内腔中装有模拟器活塞II(305)和踏板模拟器弹簧(306)，并充有油液；电机(301)的输出轴伸入到外壳体中并与丝杆(302)同轴连接，丝杆(302)上套装有螺母(303)，螺母(303)经连杆结构与模拟器活塞I(304)固定连接，模拟器活塞II(305)开有中心通孔，踏板模拟器弹簧(306)连接在模拟器活塞II(305)和外壳体的内端面之间。
2.根据权利要求1所述的一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统，其特征在于：电机(301)工作经丝杠螺母副带动模拟器活塞I(304)在外壳体中沿轴向水平往复移动，使得外壳体第二内腔的容积发生改变，进而改变第二内腔的油压，经第一电磁阀(105)和第二电磁阀(106)打开连通传递到制动主缸(101)的两腔内，使得制动主缸(101)的两腔油压改变而往复改变制动踏板的反馈力，实现施加在制动踏板上脚感的模拟。
3.根据权利要求1所述的一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统，其特征在于：模拟器活塞II(305)在自身两端不同截面积而产生的压差推力和踏板模拟器弹簧(306)的作用下在第二内腔内移动并达到压力平衡，从而实现液体压力变化的脉动调整。
4.根据权利要求1所述的一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统，其特征在于：在低附路面或在制动减速度不足时，电机(301)工作经丝杠螺母副带动模拟器活塞I(304)在外壳体中沿轴向水平移动，使得外壳体第二内腔的容积增大或减少，进而改变第二内腔的油压，经第一电磁阀(105)和第二电磁阀(106)连通传递到制动主缸(101)的两腔内，使得制动主缸(101)两腔内的油压改变而使活塞杆推动或回缩，使得给制动踏板加载可调节的回馈力。
5.根据权利要求1所述的一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统，其特征在于：所述的液压调节单元(103)包括高压蓄能器(201)、电机增压泵模块(202)、第一调压阀(203)、第二调压阀(204)、线性控制阀和出液阀(209、210、211、212)，高压蓄能器(201)与电机增压泵模块(202)连接，电机增压泵模块(202)连接到油杯(104)，高压蓄能器(201)分别连接第一调压阀(203)、第二调压阀(204)的输入端，第三电磁阀(107)连接到第一调压阀(203)的输出端，第四电磁阀(108)连接到第二调压阀(204)的输出端；第一调压阀(203)的输出端分别经线性控制阀连接到其中两个制动轮缸，第二调压阀(204)的输出端分别经线性控制阀连接到另外两个制动轮缸，四个制动轮缸经各自的出液阀连接到油杯(104)。
6.根据权利要求5所述的一种带踏板感回馈的汽车制动能量回收系统，其特征在于：由高压蓄能器(201)提供压力源，高压蓄能器(201)的输出分为两路高压制动液的建压回路，两路建压回路分别由第一调压阀(203)、第二调压阀(204)控制压力输出和锁止；第一调压阀(203)输出第一建压回路后，分别经各自的线性控制阀连通到两个制动轮缸；第二调压阀(204)输出第二建压回路后，分别经各自的线性控制阀连通到另外两个制动轮缸；高压蓄能器(201)设有压力传感器，高压蓄能器(201)压力由压力传感器监控，在压力传感器检测到的压力低于门限值时，由电机增压泵模块(202)向高压蓄能器(201)补充压力至门限值以上；四个独立轮缸制动压力经由各自的出液阀、出液阀、出液阀和出液阀释放至油杯(104)。
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