CN109383475A - 一种用于制动系统的供能及压力调节装置、制动系统及自主制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制动系统的供能及压力调节装置、制动系统及自主制动方法。其中，所述装置包括第一阀组单元、第二阀组单元和电动机，所述的第一阀组单元和所述的第二阀组单元通过管路并联连接，且均包括泵、入口阀、出口阀、电控阀、开关阀和安全阀；所述的泵由所述的电动机驱动，所述的泵安装于所述的入口阀和所述的出口阀之间并与所述的电控阀、开关阀和安全阀通过管路并联连接。本发明具有结构紧凑，制动距离短，在自主驾驶模式下车辆制动压力可精确控制、制动灵敏度高、动态响应迅速，制动稳定性和可靠性高、使用寿命长以及整车制动舒适性好等优点，使无人驾驶情况下行车更安全、可靠。

Description

一种用于制动系统的供能及压力调节装置、制动系统及自主 制动方法

技术领域

本发明属于汽车制动系统技术领域，具体涉及一种用于制动系统的供能及压力调节装置、制动系统及自主制动方法。

背景技术

随着智能汽车的兴起，自动驾驶模式越来越多的被提及，高级驾驶辅助系统(ADAS)和自主驾驶汽车都要求制动系统能够实施自主制动，即在驾驶员未操控制动控制装置的情况下对全部或部分车轮实施的制动。目前能够实施自主制动的装置主要包括电子液压制动(EHB)、电子机械制动(EMB)、电子稳定控制(ESC)的液压控制单元以及各类电液伺服制动系统等。

EHB一般采用高压储液罐作为供能装置，其压力由电动液压泵产生，必要时可以实施主动制动。制动时将高压储液罐的制动液导入主缸推动其活塞或直接输送给轮缸，依靠控制装置调节轮缸的制动压力。采用踏板行程模拟器为驾驶员提供制动踏板感觉，且具有人力备份制动的功能。当EHB系统失效时，使用备用的人力液压制动系统。此类制动系统因需要高压储液罐以及额外的备份液压系统，系统结构不是很紧凑。高压储液罐使制动系统能很快建立制动压力，可以缩短制动距离，但在发生碰撞等情况下可能导致高压泄漏威胁乘员安全，存在安全隐患。另外，用于高压储液罐的泵及其驱动电机即使在未制动时也需频繁工作，使用寿命受到影响。

EMB系统则依靠控制装置控制电机带动减速增扭等转换机构，直接将制动块压靠在制动盘上产生制动力。因不需要制动液和液压管路，EMB系统具有制动器初始压力建立时间短、动态响应快等优点，甚至超过了依靠液压泵输出液压力的EHB。德国大陆特维斯公司、西门子公司和美国德尔福公司等全球各主要汽车零部件公司都相继研制出各自的EMB原型样机。此类制动系统需要复杂的机械转换结构才能产生制动力，虽然响应速度快，但失效防护能力难以获得汽车制造商的信赖。采用EMB后无法继续使用传统的制动器，需要重新开发新式的制动器以及使用高性能的电源，制造成本较高。由于这些原因，EMB迄今未在量产汽车上得到应用。

虽然装有驱动防滑控制(ASR)和基于差压制动的ESC汽车能够通过它们的液压控制单元实施主动制动，但其压力建立时间相对较长，而且因其电磁阀不适宜长时间连续工作故难以满足ADAS和自主驾驶汽车的自主制动需要。

可实施自主制动的电液伺服制动系统种类很多，如中国专利号201620996714.7，名称为“一种电液复合伺服制动系统”的实用新型专利，其电机扭矩经过带传动装置放大后再由滚珠丝杆传动装置转换为直线推力，施加于主缸活塞实现自主制动或助力制动，但是电液伺服制动系统一般结构较复杂、成本较高，且助力制动控制算法亦复杂，在人工制动操作时因电液伺服制动系统存在较大摩擦而易导致制动踏板感觉变差；又如中国专利号203753122U，名称为“实现智能驾驶的自动液压制动系统”的实用新型专利，在制动主缸及ESP-HCU系统油管之间增加接受制动控制计算机控制的电磁阀组，该电磁阀组与液压泵及油泵电机连接，在原车辆液压制动系统上进行改装后，可实现车辆切换到无人驾驶的自主驾驶状态，但是由于制动管路长，不利于快速建立制动压力，制动灵敏度低，在自主制动模式下缺少缓慢减压工况，电磁阀组无法实现压力跟随控制，因此制动系统的控制精度不高、制动稳定性差、系统可靠性低，且影响车辆在制动时的乘坐舒适性。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明的一个目的是提出一种用于制动系统的供能及压力调节装置；本发明的另一个目的是提出一种采用供能及压力调节装置的制动系统；本发明的又一目的是提出一种采用供能及压力调节装置的制动系统的自主制动方法，以解决自主驾驶模式下车辆制动灵敏度低、制动压力无法精确控制、制动稳定性和整车制动舒适性差、制动系统可靠性低、使用寿命短以及紧急制动时的制动压力响应慢等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于制动系统的供能及压力调节装置，包括第一阀组单元、第二阀组单元和电动机，所述的第一阀组单元和第二阀组单元通过管路并联连接，且均包括泵、入口阀、出口阀、电控阀、开关阀和安全阀；所述的泵由所述电动机驱动，在每个阀组单元中，所述的泵安装于相应的入口阀和出口阀之间并与相应的电控阀、开关阀和安全阀分别通过管路并联连接。

优选地，所述的泵为柱塞泵，所述的入口阀、出口阀、电控阀和开关阀分别为入口单向阀、出口单向阀、电控单向阀和高速开关阀。

优选地，在所述的第一阀组单元或第二阀组单元的管路上还安装有一压力传感器。

优选地，所述的第一阀组单元的柱塞泵、入口单向阀、出口单向阀、电控单向阀、高速开关阀和安全阀分别为前柱塞泵、前入口单向阀、前出口单向阀、前电控单向阀、前高速开关阀和前安全阀；所述的第二阀组单元的柱塞泵、入口单向阀、出口单向阀、电控单向阀、高速开关阀和安全阀分别为后柱塞泵、后入口单向阀、后出口单向阀、后电控单向阀、后高速开关阀和后安全阀。

优选地，所述的电控单向阀为常开的开关阀，具有通电单向截止和断电快速减压功能，且支持通电长时间工作。

根据本发明的另一方面，提供一种装有供能及压力调节装置的制动系统，包括主缸、储液罐、液压控制单元和轮缸，所述的储液罐、所述的主缸、所述的供能及压力调节装置及所述的液压控制单元通过管路依次连接，所述的液压控制单元与所述的轮缸通过管路分别连接。

优选地，所述的主缸包括前腔和后腔，所述的前腔经管路与所述的第一阀组单元的入口端连接；所述的后腔经管路与所述的第二阀组单元的入口端连接。

优选地，所述的储液罐分别与所述的前腔和所述的后腔相连。

更加优选地，所述的制动系统包括人力制动模式和自主制动模式，所述自主制动模式包括增压、保压、减压和强制解除四种工作状态。

根据本发明的又一方面，提供一种装有供能及压力调节装置的制动系统的自主制动方法，当所述的供能及压力调节装置接收到制动请求时，制动系统进入增压状态，前电控单向阀和后电控单向阀通电截止，电动机通电工作，驱动前柱塞泵将与储液罐连通的主缸前腔内制动液吸入液压控制单元的第一制动回路中，驱动后柱塞泵将与储液罐连通的主缸后腔内制动液吸入液压控制单元的第二制动回路中，建立起制动压力；压力传感器检测供能及压力调节装置的输出压力，利用压力反馈对第一制动回路和第二制动回路进行增压、保压或减压控制，以实现目标制动压力的跟随；若输出压力升高到前安全阀或后安全阀的开启压力，则相应的安全阀打开，将输出压力限定在设定值。

当所述的供能及压力调节装置接收到制动保压请求时，电动机停止工作，前电控单向阀和后电控单向阀通电单向截止，供能及压力调节装置与主缸处于不连通的截止状态，轮缸中的制动压力保持不变，制动系统进入自主制动模式的保压状态。

当所述的供能及压力调节装置接收到制动减压请求时，制动系统进入自主制动模式的减压状态，电动机停止工作，前电控单向阀和后电控单向阀通电截止，前高速开关阀和后高速开关阀工作，在断电关闭状态和通电开启状态之间快速切换，供能及压力调节装置与主缸间歇连通，连通时轮缸中的制动液依次经液压控制单元、供能及压力调节装置和主缸回到储液罐，各轮缸制动压力阶梯下降，其平均下降速率按设定的目标制动压力值确定，由高速开关阀的占空比和压力反馈控制实现。

当所述的供能及压力调节装置在收到驾驶员踩下制动踏板的信号之后，制动系统即强制退出自主制动模式，前电控单向阀和后电控单向阀断电开启、前高速开关阀和后高速开关阀断电关闭、电动机停止工作，自主制动系统由人力制动接管。

由于采用上述技术方案，本发明提供的用于制动系统的供能及压力调节装置、制动系统和自主制动方法与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明的供能及压力调节装置结构紧凑，制动距离短，可快速建立制动压力，动态响应迅速，制动灵敏度高，适于紧急制动；

2.本发明的制动系统在处于自主制动模式时，无论制动的目标压力是增加、保持不变还是减小，都可以通过精确的压力调节实现压力跟随控制，制动压力和制动减速度的控制精度高，满足ADAS系统或无人驾驶系统在自主制动时对动态变化的目标压力跟随控制的要求，制动稳定性好；

3.本发明的制动系统在供能及压力调节装置对轮缸实施自主制动后，利用电控单向阀通电截止功能即可实现在车辆临时停车等工况下的轮缸长时间保压，而保压时的柱塞泵和电动机因无需工作从而使用寿命延长，安全阀确保了制动系统的零部件不会因为制动回路中压力过高而损坏，因此制动系统的可靠性高；

4.本发明的制动系统不仅保留了防抱死制动系统和ESC系统等常规制动系统的全部功能，而且即使自主制动功能失效也不影响常规制动系统的工作；

5.本发明的制动系统可以在不影响驾驶员制动操作的前提下实施自主制动，并具有从结构上所保证的人力制动模式优先的功能。

附图说明

图1为本发明的采用供能及压力调节装置的制动系统实施例的示意图。

图2为本发明中制动压力随高速开关阀通、断电时间变化的关系图。

图中：

1-制动踏板 2-支承销 3-推杆

4-真空助力器 5-储液罐 6-主缸

7-供能及压力调节装置 701-前电控单向阀 702-前安全阀

703-前入口单向阀 704-前柱塞泵 705-前出口单向阀

706-电动机 707-后入口单向阀 708-后柱塞泵

709-后出口单向阀 710-后安全阀 711-后电控单向阀

712-压力传感器 713-前高速开关阀 714-后高速开关阀

8-制动管路 9-液压控制单元 10-右前轮缸

11-左后轮缸 12-左前轮缸 13-右后轮缸

图2中，“阀通电状态”的值为1表示高速开关阀通电，此时高速开关阀开启；“阀通电状态”的值为0则表示高速开关阀断电，对应高速开关阀为关闭。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的用于制动系统的供能及压力调节装置、制动系统及自主制动方法分别作进一步详细说明。

本发明的采用供能及压力调节装置的制动系统实施例如图1所示，包括制动踏板1、支承销2、推杆3、真空助力器4、主缸6、储液罐5、供能及压力调节装置7、液压控制单元9、制动管路8、轮缸。轮缸包括右前轮缸10、左后轮缸11、左前轮缸12和右后轮缸13。主缸6、供能及压力调节装置7、液压控制单元9通过制动管路8依次连接，液压控制单元9与四个轮缸分别连接。

供能及压力调节装置7包括阀体(图中未示出)，阀体上安装有电动机706、前柱塞泵704、前入口单向阀703、前出口单向阀705、前电控单向阀701、前安全阀702、前高速开关阀713、后柱塞泵708、后入口单向阀707、后出口单向阀709、后电控单向阀711、后安全阀710、后高速开关阀714和压力传感器712。电控单向阀为常开的开关阀，具有通电单向截止和断电快速减压功能，且支持通电长时间工作。压力传感器712安装在供能及压力调节装置7与液压控制单元9之间两条制动管路之任一管路。

制动踏板1通过支承销2与推杆3联接；储液罐5分别与主缸6的前腔和后腔相连；主缸6的前腔依次经其壳体上的管接头(图中未示出)、制动管路8、供能及压力调节装置7上的管接头(图中未示出)及其内部通道与前入口单向阀703、前电控单向阀701、前安全阀702和前高速开关阀713连通，前入口单向阀703、前电控单向阀701、前安全阀702和前高速开关阀713通过制动管路8并联连接；主缸6的后腔依次经其壳体上的管接头(图中未示出)、制动管路8、供能及压力调节装置7上的管接头(图中未示出)及其内部通道与后入口单向阀707、后电控单向阀711、后高速开关阀714和后安全阀710连通，后入口单向阀707、后电控单向阀711、后安全阀710和后高速开关阀714通过制动管路8并联连接；前柱塞泵704位于前入口单向阀703和前出口单向阀705之间、后柱塞泵708位于后入口单向阀707和后出口单向阀709之间；当需要自主制动时，前柱塞泵704和后柱塞泵708皆由电动机706驱动工作，将储液罐5中的制动液分别经主缸6前腔和后腔以及制动管路8输送至液压控制单元9。

本发明的一种适用于多驾驶模式的压力可精确调节制动系统包括两种工作模式，即自主制动模式和优先的人力制动模式。下面对各个工作模式工作过程进行说明：

1.人力制动模式

驾驶员踩下制动踏板1后，踏板力经由推杆3传至真空助力器4并经后者放大后推动主缸6的活塞，主缸6的前腔和后腔建立起制动压力。在人力制动模式下，由于串联接入主缸6与液压控制单元9之间的供能及压力调节装置7不参与工作且不妨碍制动液的流动，各电气部件即电动机706、前电控单向阀701和后电控单向阀711皆不通电。主缸6通过前电控单向阀701和后电控单向阀711与液压控制单元9相连通：前安全阀702和前柱塞泵704皆截止而常开的前电控单向阀701导通，主缸6前腔内压力经前电控单向阀701进入液压控制单元9的第一制动回路；后安全阀710和后柱塞泵708皆截止而常开的后电控单向阀711导通，主缸6后腔内压力经后电控单向阀711进入液压控制单元9的第二制动回路。由于前电控单向阀701和后电控单向阀711皆是常开的，所以人力制动模式下主缸6与液压控制单元9总是连通的。人力制动模式下的制动工作过程与常规制动系统无异。

2.自主制动模式

当无人驾驶汽车的运动控制器等向供能及压力调节装置7发出制动请求时，本发明的一种适用于多驾驶模式的压力可精确调节的制动系统进入自主制动工作模式。根据制动工况的不同，自主制动工作模式又包括增压、保压、减压和强制解除4种工作状态。以下具体说明：

自主制动的增压工作过程：当供能及压力调节装置7的控制器(图中未示出)收到制动请求时，前电控单向阀701和后电控单向阀711通电截止，电动机706通电工作，驱动前柱塞泵704将与储液罐5连通的主缸6前腔内制动液吸入液压控制单元9的第一制动回路中；驱动后柱塞泵708将与储液罐5连通的主缸6后腔内制动液吸入液压控制单元9的第二制动回路中，从而建立起制动压力。增压过程中，供能及压力调节装置7的控制器通过压力传感器712检测供能及压力调节装置7的输出压力，利用压力反馈对第一制动回路和第二制动回路进行增压、保压或减压控制，以实现目标制动压力的跟随。若实际输出压力等于或大于目标制动压力时，则令电动机706停止工作，并进入自主制动的保压或减压状态。在增压过程中，任何时候若出现供能及压力调节装置7输出压力升高到前安全阀702或后安全阀710的开启压力，则相应的安全阀打开。如此，供能及压力调节装置7输出压力被限定在设定值，从而对相关部件形成限载保护。

自主制动的保压工作过程：自主制动模式下若供能及压力调节装置7的控制器收到保压请求，前电控单向阀701和后电控单向阀711继续通电截止，电动机706停止工作。由于整个供能及压力调节装置7与主缸6处于不连通的截止状态，此时各轮缸中的制动压力保持不变，即处于保压状态。

自主制动的减压工作过程：自主制动模式下若供能及压力调节装置7的控制器收到减压请求，电动机706停止工作，前电控单向阀701和后电控单向阀711继续通电单向截止，前高速开关阀713和后高速开关阀714工作，在关闭(断电状态)和开启(通电状态)之间快速切换，。整个供能及压力调节装置7与主缸6恢复到间歇连通状态，连通时各轮缸中的制动液依次经液压控制单元9、供能及压力调节装置7和主缸6回到储液罐5，各轮缸制动压力阶梯下降实现，其平均下降速率按设定的目标制动压力值确定，由高速开关阀的占空比和压力反馈控制实现，如图2所示。

自主制动的强制退出工作过程：自主制动模式下若驾驶员踩下制动踏板1，供能及压力调节装置7的控制器在收到信号之后令自主制动强制退出，即前电控单向阀701和后电控单向阀711断电开启、前高速开关阀713和后高速开关阀714断电关闭、电动机706停止工作。自主制动被强制退出后，制动系统由人力制动接管。强制退出过程中，若自主制动因任何原因未及时退出而导致前电控单向阀701或后电控单向阀711仍处于通电截止状态，则只要制动踏板力产生的主缸输出压力高于相应制动回路的轮缸压力，也可使相应的电控单向阀开启。此时轮缸压力的大小将由制动踏板力决定，表明人力制动优先于自主制动。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制动系统的供能及压力调节装置，其特征在于：包括第一阀组单元、第二阀组单元和电动机，

所述的第一阀组单元和第二阀组单元通过管路并联连接，且均包括泵、入口阀、出口阀、电控阀、开关阀和安全阀；

所述的泵由所述电动机驱动，在每个阀组单元中，所述的泵安装于相应的入口阀和出口阀之间并与相应的电控阀、开关阀和安全阀分别通过管路并联连接。

2.根据权利要求1所述的供能及压力调节装置，其特征在于：所述的泵为柱塞泵，所述的入口阀、出口阀、电控阀和开关阀分别为入口单向阀、出口单向阀、电控单向阀和高速开关阀。

3.根据权利要求2所述的供能及压力调节装置，其特征在于：在所述的第一阀组单元或第二阀组单元的管路上还安装有一压力传感器。

4.根据权利要求3所述的供能及压力调节装置，其特征在于：所述的第一阀组单元的柱塞泵、入口单向阀、出口单向阀、电控单向阀、高速开关阀和安全阀分别为前柱塞泵、前入口单向阀、前出口单向阀、前电控单向阀、前高速开关阀和前安全阀；所述的第二阀组单元的柱塞泵、入口单向阀、出口单向阀、电控单向阀、高速开关阀和安全阀分别为后柱塞泵、后入口单向阀、后出口单向阀、后电控单向阀、后高速开关阀和后安全阀。

5.根据权利要求3所述的供能及压力调节装置，其特征在于：所述的电控单向阀为常开的开关阀，具有通电单向截止和断电快速减压功能，且支持通电长时间工作。

6.一种装有权利要求4所述的供能及压力调节装置的制动系统，包括主缸、储液罐、液压控制单元和轮缸，其特征在于：所述的储液罐、所述的主缸、所述的供能及压力调节装置及所述的液压控制单元通过管路依次连接，所述的液压控制单元与所述的轮缸通过管路分别连接。

7.根据权利要求6所述的制动系统，其特征在于：所述的主缸包括前腔和后腔，所述的前腔经管路与所述的第一阀组单元的入口端连接；所述的后腔经管路与所述的第二阀组单元的入口端连接。

8.根据权利要求7所述的制动系统，其特征在于：所述的储液罐分别与所述的前腔和所述的后腔相连。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的制动系统，其特征在于：包括人力制动模式和自主制动模式，所述自主制动模式包括增压、保压、减压和强制解除四种工作状态。

10.一种采用权利要求9所述制动系统的自主制动方法，其特征在于：

当所述的供能及压力调节装置接收到制动请求时，制动系统进入增压状态，前电控单向阀和后电控单向阀通电截止，电动机通电工作，驱动前柱塞泵将与储液罐连通的主缸前腔内制动液吸入液压控制单元的第一制动回路中，驱动后柱塞泵将与储液罐连通的主缸后腔内制动液吸入液压控制单元的第二制动回路中，建立起制动压力；

压力传感器检测供能及压力调节装置的输出压力，利用压力反馈对第一制动回路和第二制动回路进行增压、保压或减压控制，以实现目标制动压力的跟随；

若输出压力升高到前安全阀或后安全阀的开启压力，则相应的安全阀打开，将输出压力限定在设定值；

当所述的供能及压力调节装置接收到制动保压请求时，电动机停止工作，前电控单向阀和后电控单向阀通电单向截止，供能及压力调节装置与主缸处于不连通的截止状态，轮缸中的制动压力保持不变，制动系统进入自主制动模式的保压状态；

当所述的供能及压力调节装置接收到制动减压请求时，制动系统进入自主制动模式的减压状态，电动机停止工作，前电控单向阀和后电控单向阀通电单向截止，前高速开关阀和后高速开关阀工作，在断电关闭状态和通电开启状态之间快速切换，供能及压力调节装置与主缸间歇连通，连通时轮缸中的制动液依次经液压控制单元、供能及压力调节装置和主缸回到储液罐，各轮缸制动压力阶梯下降，其平均下降速率按设定的目标制动压力值确定，由高速开关阀的占空比和压力反馈控制实现；

当所述的供能及压力调节装置在收到驾驶员踩下制动踏板的信号之后，制动系统强制退出自主制动模式，前电控单向阀和后电控单向阀断电开启、前高速开关阀和后高速开关阀断电关闭、电动机停止工作，自主制动系统由人力制动接管。