CN109435931A - 一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，目的是解决目前的电子液压制动系统集成化程度不够高，结构复杂，无法根据驾驶风格实现助力比连续可调等问题，本发明包括壳体、第一电机、第二电机、助力电机、制动主缸、主动轮、从动轮、传动带、制动踏板推杆、第一传动副、第二传动副、第三传动副、电控单元ECU、液压控制单元HCU和踏板行程传感器，所述的第一电机、第二电机、助力电机、制动主缸、电控单元ECU、液压控制单元HCU分别设在壳体上。本发明实现了制动助力比的连续可调，驾驶员可以根据自己的意愿选取任意大小的助力比，完成驾驶风格的自由任意切换，符合目前智能驾驶技术中驾驶风格个性化化定制的发展趋势。

Description

一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统

技术领域

本发明涉及一种制动系统，特别涉及一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统。

背景技术

近年来，汽车智能化技术和电动化技术的不断进步给汽车制动系统提出了更高的要求，不仅要求制动系统具有基本的制动能力，还要能够配合再生制动回收制动能量用以给蓄电池充电以提高续航里程，能够作为智能驾驶辅助系统的重要底层执行器，能够实现不同驾驶风格的任意切换，即实现制动助力比可调，可以使不同的驾驶员根据自己的喜好改变驾驶风格。为了顺应汽车智能化和电动化的发展趋势，传统的真空助力制动系统应用逐渐减少，电子液压制动系统的研究成为汽车制动系统的重要研究方向。

电子液压制动系统相比于真空助力制动系统，采用电机驱动加机械结构传动的方式，响应速度更快，制动压力控制更加精确，能够实现线控化的主动制动，具备作为各级智能驾驶辅助系统底层执行器的能力，并且可实现一定程度的解耦以回收制动能量。

但是目前的电子液压制动系统存在一些问题，如设置多个电磁阀来保证制动系统在常规制动、主动制动以及失效备份等工作模式下的不同制动液流向，电磁阀的增加给系统控制增加了难度，且电磁阀的一致性将对制动系统的工作性能产生巨大影响；解耦方案普遍分为液压式解耦和机械式解耦，液压式的解耦方案通常需要设置制动主缸以外的其他液压缸以及踏板感觉模拟器和电磁阀等结构，集成化程度不够高，结构复杂，不便于布置，而采用机械结构进行解耦的方案解耦能力较有限，不能最大限度的回收制动能量；目前的电子液压制动系统通常采取均一化设计，选取一个适合大部分驾驶员的固定助力比，不具备匹配不同风格驾驶员的助力比可调功能，驾驶员不能通过自主操纵来任意连续的改变制动助力比，即实现驾驶风格的自由切换，现有的助力比可调的制动系统，驾驶员在选择助力比时只能在预设的几种助力比中选取，无法实现助力比连续可调。

发明内容

本发明为了解决目前的电子液压制动系统集成化程度不够高，结构复杂，无法根据驾驶风格实现助力比连续可调等问题，而提供一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统。

本发明包括壳体、第一电机、第二电机、助力电机、制动主缸、主动轮、从动轮、传动带、制动踏板推杆、第一传动副、第二传动副、第三传动副、电控单元ECU、液压控制单元HCU和踏板行程传感器，所述的第一电机、第二电机、助力电机、制动主缸、电控单元ECU、液压控制单元HCU分别设在壳体上；

主动轮与从动轮平行设在壳体内部，传动带套设在主动轮与从动轮上，将主动轮与从动轮传动连接；主动轮包括主动轮固定端和主动轮移动端，主动轮固定端和主动轮移动端之间滑动连接，能够改变主动轮固定端与主动轮移动端之间的轴向距离；从动轮包括从动轮固定端和从动轮移动端，从动轮固定端和从动轮移动端之间滑动连接，能够改变从动轮固定端与从动轮移动端之间的轴向距离；

主动轮固定端与助力电机的输出轴相连，主动轮移动端通过第一传动副与第一电机连接；从动轮移动端通过第二传动副与第二电机连接，从动轮固定端通过第三传动副与制动主缸的主缸推杆相接；制动踏板推杆设在壳体内，一端与制动主缸的主缸推杆相接，外端与制动踏板相连；

制动主缸出液口通过液压制动管路与液压控制单元HCU的进液口相连；踏板行程传感器设在制动踏板推杆上；电控单元ECU通过控制线路分别与第一电机、第二电机、助力电机、液压控制单元HCU和踏板行程传感器相连。驾驶风格切换旋钮或其他类型的切换装置设在驾驶室内，并通过控制线路与电控单元ECU相连。

第一电机和第二电机为空心电机；第一传动副包括第一滚珠丝杠副螺杆和第一滚珠丝杠副螺母，第一滚珠丝杠副螺杆与主动轮移动端相连，第一滚珠丝杠副螺母套设在第一滚珠丝杠副螺杆上，第一滚珠丝杠副螺母与第一电机的转子固定连接；第二传动副包括第二滚珠丝杠副螺杆和第二滚珠丝杠副螺母，第二滚珠丝杠副螺杆与从动轮移动端相连，第二滚珠丝杠副螺母套设在第二滚珠丝杠副螺杆上，第二滚珠丝杠副螺母与第二电机的转子固定连接；第三传动副包括第三滚珠丝杠副螺杆和第三滚珠丝杠副螺母，第三滚珠丝杠副螺母设在从动轮固定端，第三滚珠丝杠副螺母套设在第三滚珠丝杠副螺杆上。

制动主缸的主缸推杆外端设有橡胶反应盘，第三滚珠丝杠副螺杆与主缸推杆相接的一端设有凹孔，主缸推杆的橡胶反应盘抵接在第三滚珠丝杠副螺杆的凹孔内；主缸推杆上套设有主缸推杆回位弹簧，主缸推杆回位弹簧一端固定在主缸推杆上，另一端固定在制动主缸上。

第二滚珠丝杠副螺杆、从动轮和第三滚珠丝杠副螺杆内部设有贯通的通孔，制动踏板推杆一端位于第二电机外部，另一端穿过第二电机的转子，位于第二滚珠丝杠副螺杆、从动轮和第三滚珠丝杠副螺杆内的通孔中；制动踏板推杆上套设有踏板推杆回位弹簧，踏板推杆回位弹簧一端固定在制动踏板推杆上，另一端固定在第二电机壳上；踏板推杆回位弹簧完全伸展状态下，制动踏板推杆与主缸推杆的橡胶反应盘之间不接触，预留有一段空行程Δ_S。

主动轮固定端设有轴杆，主动轮移动端设有轴孔，主动轮移动端套设在主动轮固定端的轴杆上，主动轮固定端和主动轮移动端通过滑动花键配合，主动轮固定端能够带动主动轮移动端旋转，主动轮移动端能够沿着轴杆进行轴向滑动；从动轮固定端设有轴杆，从动轮移动端设有轴孔，从动轮移动端套设在从动轮固定端的轴杆上，从动轮固定端和从动轮移动端通过滑动花键配合，从动轮固定端能够带动从动轮移动端旋转，从动轮移动端能够沿着轴杆进行轴向滑动。

主动轮移动端和从动轮移动端的末端分别设有环形端盖，环形端盖分别与主动轮移动端和从动轮移动端通过螺栓连接形成环形卡槽，第一滚珠丝杠副螺杆和第二滚珠丝杠副螺杆前端分别设有环形凸起，第一滚珠丝杠副螺杆和第二滚珠丝杠副螺杆通过环形凸起分别卡接在主动轮移动端和从动轮移动端的环形卡槽内。

所述的制动主缸包括两个液压腔，两个液压腔分别通过液压制动管路与液压控制单元HCU的进液口相连，液压制动管路上分别设有常开电磁阀和液压力传感器，常开电磁阀和液压力传感器分别通过控制线路与电控单元ECU相连；所述的液压控制单元HCU的四个出液口分别通过液压制动管路与安装在车辆四个车轮上的盘式制动器轮缸的进液口相连，液压力传感器用于检测液压制动管路上的液压力。

主动轮固定端和从动轮固定端分别通过圆锥滚子轴承支撑在壳体上。

本发明的工作原理：

本发明所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，包括电动助力制动、主动制动以及失效备份三种制动模式：

(1)电动助力制动模式工作原理：

本发明具备常规的电动助力制动功能，可装配在普通内燃机汽车上。当驾驶员踩下制动踏板时，推动制动踏板推杆平动，同时踏板行程传感器检测到驾驶员的踏板行程信息，并将踏板行程信息通过控制线路传递到电控单元ECU，电控单元ECU根据预设的制动助力特性曲线判断此时所需提供的制动助力，进而控制助力电机输出相应的转矩和转速，助力电机的输出轴带动主动轮旋转，然后通过传动带带动从动轮旋转，从动轮固定端的第三滚珠丝杠副螺母与第三滚珠丝杠副螺杆构成的滚珠丝杠副结构将旋转运动转化为第三滚珠丝杠副螺杆的直线运动，第三滚珠丝杠副螺杆推动橡胶反应盘的外圈，驾驶员的制动踏板力通过制动踏板推杆穿过第二滚珠丝杠副螺杆、从动轮和第三滚珠丝杠副螺杆内的通孔推动橡胶反应盘内圈，从而使第三滚珠丝杠副螺杆的推力和驾驶员的踏板力实现耦合，进而共同推动主缸推杆在制动主缸内建立相应的液压制动力；此时电控单元ECU控制常开电磁阀断电打开，制动主缸两工作腔制动液可通过液压控制单元HCU进入各盘式制动器轮缸实现车辆制动。

(2)主动制动模式工作原理：

在驾驶员没有踩下制动踏板时，如果电控单元ECU通过其他车载传感器(如测速传感器、测距传感器等)传递的信息判断此时需主动实施制动力或者其他控制装置(如紧急制动系统、自动驾驶系统等)发出主动制动请求时，电控单元ECU立即控制常开电磁阀断电打开，制动系统即进入主动制动模式。

此时电控单元ECU接收各测速传感器、测距传感器等通过控制线路传递来的信号，分析判断此时车辆所需的主动制动力。同时电控单元ECU通过采集第一电机和第二电机相关传感器传递的电机转子位置等信息，判断此时主动轮和从动轮的传动半径，从而计算出此时带传动的传动比。根据传动带传动比以及车辆所需的主动制动力信息，电控单元ECU控制助力电机产生相应的转矩和转速，通过助力电机的输出轴带动主动轮旋转，由传动带带动从动轮同步转动，从动轮固定端的旋转运动转化为第三滚珠丝杠副螺杆的直线运动作用在橡胶反应盘上，推动主缸推杆在制动主缸的两工作腔内建立液压制动力。由于此时常开电磁阀打开，因此主缸两工作腔中的制动液通过液压控制单元HCU进入各车轮盘式制动器轮缸产生目标主动制动力，完成主动制动过程。

(3)失效备份模式工作原理：

当助力电机出现故障或者整个系统掉电失效时，驾驶员仍能通过踩下制动踏板通过机械连接直接推动制动主缸建立液压制动力完成制动过程。

当电控单元ECU检测到助力电机出现故障时，电控单元ECU立即对常开电磁阀断电，制动主缸的两个工作腔通向液压控制单元HCU的液压制动管路打开；如果整个系统掉电失效，电控单元ECU无法输出控制信号控制常开电磁阀，常开电磁阀将自动掉电打开，制动主缸的两工作腔同样可以与液压控制单元HCU连通。这两种失效情况下，驾驶员踩下制动踏板，制动踏板推杆克服空行程Δ_S后作用在橡胶反应盘上，橡胶反应盘推动主缸推杆在制动主缸内建压，制动主缸将两工作腔中制动液排入各车轮盘式制动器轮缸从而完成失效备份建压过程，提高系统的安全性和可靠性。

驾驶风格主动切换工作原理：

本发明能够按照驾驶员意愿通过驾驶风格切换旋钮或其他类型的切换装置主动操作自由且连续的切换不同的驾驶风格，实现驾驶风格的个性化定制，符合汽车智能化的发展趋势。

通常将驾驶员的驾驶风格分为激进型和保守型，激进型的驾驶员通常希望通过较小的制动踏板力就能使车辆产生很大的制动力迅速制动，而保守型的驾驶员则希望车辆能够以较小的制动力缓慢平稳的实现制动。而在实际驾驶过程中，大部分驾驶员的驾驶风格并不处于保守和激进的极端情况，而是介于两者之间的风格。而通常通过设计控制算法实现驾驶员驾驶风格切换的制动系统，需要事先采集驾驶员的驾驶风格信息，然后根据采集的数据所述的驾驶风格区间自行判断驾驶员的驾驶风格，从而给出预设的某一助力比。但是算法为驾驶员选取的驾驶风格并不一定完全符合驾驶员的预期，并且同一个驾驶员在不同的驾驶状态下所期望得到的驾驶风格也不同，因此，本发明能够按照驾驶员的主观意愿，通过驾驶员的自主操作，主动且任意转换驾驶风格。

设初始时带传动的传动比为i₀＝R1/R2，R1为从动轮传动半径，R2为主动轮传动半径，此时R1较大，R2较小，经过带传动以及第三传动副传动后推动主缸推杆平动速度较慢，在驾驶员踏板行程相同的情况下，推动制动主缸建立的制动压力较小，制动减速度较小，系统处于保守型的驾驶风格。若驾驶员想切换为较为激进的驾驶风格，驾驶员可通过操作驾驶室的驾驶风格切换旋钮或其他类型的操纵装置发出控制信号到电控单元ECU，电控单元ECU根据驾驶员给出的控制量判断驾驶员的目标制动助力比，进而控制第一电机改变主动轮固定端和主动轮移动端之间距离，第二电机改变从动轮固定端和从动轮移动端之间的距离即带传动的传动半径。使带传动的从动轮传动半径减小ΔR1，此时带传动的传动比显然有i_A＜i₀。在这两种情况下，当驾驶员给出相同的踏板行程时，由于电控单元ECU根据预设助力特性曲线控制助力电机给出的输出相同，因此电机输出经过传动带传动后，传动比为i_A时主缸推杆的移动速度更快，在相同的推杆行程下能够在制动主缸建立起更大的制动压力，使驾驶员获得更大的制动助力比，使车辆获得更大的制动减速度，从而使车辆能够更迅速的完成制动，完成从偏保守向偏激进驾驶风格的主动切换。

同理，如果驾驶员想要切换为更加保守的驾驶风格，电控单元ECU根据驾驶员给出的风格切换控制量，使主动轮传动半径减小，从动轮传动半径增大，从而使传动带的传动比增大，因此在驾驶员给出相同踏板行程时，主缸推杆的移动速度变慢，在相同的推杆行程下制动主缸建立的制动压力变小，制动助力比变小，从而使车辆获得比偏激进风格时更小的制动力和制动减速度，使车辆缓慢平稳制动，完成从偏激进向偏保守驾驶风格的主动切换。

本发明传动带采用金属传动带，其传动比连续可调，因此根据驾驶员给出的任意驾驶风格切换控制量，电控单元ECU可通过改变主动轮和从动轮的传动半径来任意改变传动比，进而改变主缸推杆的移动速度进而改变相同推杆行程下的主缸压力以及制动助力比，从而实现了驾驶风格的任意主动无级切换。

踏板解耦与制动能量回收工作原理：

本发明可以应用在具备再生制动功能的电动汽车上。驾驶员踩下制动踏板，踏板行程传感器将驾驶员的踏板行程信息通过控制线路传递到电控单元ECU，电控单元ECU判断本次制动驾驶员的目标制动力以及车辆此时所能产生的再生制动力，控制系统进入不同的工作状态。

目标制动力较小，可全部通过再生制动提供，并且踏板行程未超过空行程Δ_S，即在驾驶员踩下制动踏板的过程中制动踏板推杆实际并未推动制动主缸建压，系统处于完全解耦状态。此时电控单元ECU控制常开电磁阀通电关闭，制动主缸中的制动液不会进入到个各盘式制动器轮缸中产生液压制动力，实现制动踏板与制动减速度的解耦。这种情况下车辆的制动力完全由再生制动提供，能够最大限度的回收制动能量。设驾驶员感受到的踏板反力为F_ped，由踏板推杆回位弹簧引起的弹性反力为F_Spring1，则这种工况下的踏板反力F_ped等于踏板推杆回位弹簧引起的弹性反力为F_Spring1：

F_ped＝F_Spring1

当目标制动力增大，制动踏板推杆克服空行程Δ_S，但是目标制动力仍可全部通过再生制动提供，系统仍处于完全解耦状态。此时电控单元ECU仍控制系统处于完全解耦状态，但是由于空行程Δ_S被克服，制动踏板和制动主缸之间通过制动踏板推杆、橡胶反应盘、主缸推杆保持机械连接，因此液压反力可直接作用于制动踏板。设驾驶员感受到的踏板反力为F_ped，由踏板推杆回位弹簧引起的弹性反力为F_Spring1，由主缸推杆回位弹簧引起的弹性反力为F_Spring2，系统提供的制动助力为F_Sup，则这种工况下的踏板反力F_ped为：

F_ped＝F_hyd+F_Spring1+F_Spring2-F_Sup

此时电控单元ECU可通过控制助力电机调节F_Sup，使驾驶员获得理想的踏板反力。

当目标制动力增大到需要再生制动力和液压制动力共同参与，此时系统进入部分解耦状态。设再生制动力为F_R，目标制动力为F，则本次制动所需的液压制动力F_H＝F-F_R。由于制动力由再生制动和液压制动共同产生，因此相比于无再生制动的车辆，系统的液压制动力F_H即系统的液压反力F_hyd将减小，从而导致驾驶员的踏板反力减小，因此需要对这部分减小的踏板反力进行补偿。设驾驶员感受到的踏板反力为F_ped，由踏板推杆回位弹簧引起的弹性反力为F_Spring1，由主缸推杆回位弹簧引起的弹性反力为F_Spring2，系统提供的制动助力为F_Sup，则踏板反力F_ped＝F_hyd+F_Spring1+F_Spring2-F_Sup，电控单元ECU通过调节系统提供的制动助力F_Sup的大小保证再生制动介入时驾驶员的踏板反力F_ped与无再生制动介入时相同。

本发明的有益效果：

本发明实现了制动助力比的连续可调，驾驶员在驾驶时，可以根据自己的意愿选取任意大小的助力比，完成驾驶风格的自由任意切换，符合目前智能驾驶技术中驾驶风格个性化化定制的发展趋势。

本发明中踏板推杆、第二电机、第二传动副、从动轮、第三传动副及制动主缸同轴设置在壳体内，使系统集成化程度高，将常规制动、主动制动以及失效备份功能集成为一体，将电控单元ECU与液压控制单元HCU连接在壳体上，进一步提高了集成化程度，方便实车安装，可移植性好，也便于外接设备进行试验。

本发明能够装配在具备智能驾驶功能的车辆上，可实现线控化的主动制动，响应速度快，压力控制精确，能够在短时间内建立起足够的制动压力，能够作为智能驾驶辅助系统的底层执行器。

本发明能够装配在电动汽车上，可通过控制助力电机来改变液压制动力从而配合再生制动回收制动能量，提高电动汽车续驶里程。

本发明在再生制动介入时，通过调节电机助力大小使驾驶员获得理想的踏板反力，不需要借助踏板感觉模拟器，使结构得到简化。

本发明采用传动比连续可调的金属带传动，传动比可调范围大，同时系统具有解耦分级功能，能够根据驾驶员的目标制动力切换系统的解耦程度，即是完全解耦还是部分解耦，不仅可以充分利用再生制动回收制动能量，还可以降低对电机性能的要求，节约成本，降低控制电流，提高安全性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明从动轮固定端与制动主缸之间的第三传动副结构示意图。

图3为本发明主动轮与从动轮之间的传动结构示意图。

图4为本发明主动轮结构示意图。

图5为本发明从动轮结构示意图。

图6为本发明主动轮移动端和从动轮移动端与第一滚珠丝杠副螺杆和第二滚珠丝杠副螺杆之间的连接关系示意图。

图7为本发明偏保守驾驶风格向偏激进驾驶风格变换示意图。

图8为本发明偏激进驾驶风格向偏保守驾驶风格变换示意图。

图9为本发明制动主缸压力变化曲线。

1、壳体 2、第一电机 3、第二电机 4、助力电机

5、制动主缸 501、主缸推杆

6、主动轮 601、主动轮固定端 602、主动轮移动端

7、从动轮 701、从动轮固定端 702、从动轮移动端

8、传动带 9、制动踏板推杆 10、电控单元ECU

11、液压控制单元HCU 12、踏板行程传感器

13、第一滚珠丝杠副螺杆 14、第一滚珠丝杠副螺母

15、第二滚珠丝杠副螺杆 16、第二滚珠丝杠副螺母

17、第三滚珠丝杠副螺杆 18、第三滚珠丝杠副螺母

19、橡胶反应盘 20、主缸推杆回位弹簧 21、踏板推杆回位弹簧

22、轴杆 23、轴孔 24、环形端盖 25、环形凸起 26、常开电磁阀27、液压力传感器28、盘式制动器轮缸 29、圆锥滚子轴承。

具体实施方式

请参阅图1至图9所示：

本发明包括壳体1、第一电机2、第二电机3、助力电机4、制动主缸5、主动轮6、从动轮7、传动带8、制动踏板推杆9、第一传动副、第二传动副、第三传动副、电控单元ECU10、液压控制单元HCU11和踏板行程传感器12，所述的第一电机2、第二电机3、助力电机4、制动主缸5、电控单元ECU10、液压控制单元HCU11分别设在壳体1上；

主动轮6与从动轮7平行设在壳体1内部，传动带8套设在主动轮6与从动轮7上，将主动轮6与从动轮7传动连接；主动轮6包括主动轮固定端601和主动轮移动端602，主动轮固定端601和主动轮移动端602之间滑动连接，能够改变主动轮固定端601与主动轮移动端602之间的轴向距离；从动轮7包括从动轮固定端701和从动轮移动端702，从动轮固定端701和从动轮移动端702之间滑动连接，能够改变从动轮固定端701与从动轮移动端702之间的轴向距离；

主动轮固定端601与助力电机4的输出轴相连，主动轮移动端602通过第一传动副与第一电机2连接；从动轮移动端702通过第二传动副与第二电机3连接，从动轮固定端701通过第三传动副与制动主缸5的主缸推杆501相接；制动踏板推杆9设在壳体1内，外端与制动踏板相连；

制动主缸5出液口通过液压制动管路与液压控制单元HCU11的进液口相连；踏板行程传感器12设在制动踏板推杆9上；电控单元ECU10通过控制线路分别与第一电机2、第二电机3、助力电机4、液压控制单元HCU11和踏板行程传感器12相连。驾驶风格切换旋钮或其他类型的切换装置设在驾驶室内，并通过控制线路与电控单元ECU10相连。

第一电机2和第二电机3为空心电机；第一传动副包括第一滚珠丝杠副螺杆13和第一滚珠丝杠副螺母14，第一滚珠丝杠副螺杆13与主动轮移动端602相连，第一滚珠丝杠副螺母14套设在第一滚珠丝杠副螺杆13上，第一滚珠丝杠副螺母14与第一电机2的转子固定连接；第二传动副包括第二滚珠丝杠副螺杆15和第二滚珠丝杠副螺母16，第二滚珠丝杠副螺杆15与从动轮移动端702相连，第二滚珠丝杠副螺母16套设在第二滚珠丝杠副螺杆15上，第二滚珠丝杠副螺母16与第二电机3的转子固定连接；第三传动副包括第三滚珠丝杠副螺杆17和第三滚珠丝杠副螺母18，第三滚珠丝杠副螺母18设在从动轮固定端701后端，第三滚珠丝杠副螺母18套设在第三滚珠丝杠副螺杆17上。

制动主缸5的主缸推杆501外端设有橡胶反应盘19，第三滚珠丝杠副螺杆17与主缸推杆501相接的一端设有凹孔，主缸推杆501的橡胶反应盘19抵接在第三滚珠丝杠副螺杆17的凹孔内；主缸推杆501上套设有主缸推杆回位弹簧20，主缸推杆回位弹簧20固定在主缸推杆501上，另一端固定在制动主缸5上。

第二滚珠丝杠副螺杆15、从动轮7和第三滚珠丝杠副螺杆17内部设有贯通的通孔，制动踏板推杆9一端位于第二电机3的外部，另一端穿过第二电机3的转子，位于第二滚珠丝杠副螺杆15、从动轮7和第三滚珠丝杠副螺杆17内的通孔中；制动踏板推杆9上套设有踏板推杆回位弹簧21，踏板推杆回位弹簧21一端固定在制动踏板推杆9上，另一端固定在第二电机3壳上；踏板推杆回位弹簧21完全伸展状态下，制动踏板推杆9与主缸推杆501之间不接触，预留有一段空行程Δ_S。

主动轮固定端601设有轴杆22，主动轮移动端602设有轴孔23，主动轮移动602端套设在主动轮固定端601的轴杆22上，主动轮固定端601和主动轮移动端602通过滑动花键配合，主动轮固定端601能够带动主动轮移动端602旋转，主动轮移动端602能够沿着轴杆22进行轴向滑动；从动轮固定端701设有轴杆22，从动轮移动端702设有轴孔23，从动轮移动端702套设在从动轮固定端701的轴杆22上，从动轮固定端701和从动轮移动端702通过滑动花键配合，从动轮固定端701能够带动从动轮移动端702旋转，从动轮移动端702能够沿着轴杆22进行轴向滑动。

主动轮移动端602和从动轮移动端702的末端分别设有环形端盖24，环形端盖24分别与主动轮移动端602和从动轮移动端702通过螺栓连接形成环形卡槽，第一滚珠丝杠副螺杆13和第二滚珠丝杠副螺杆15前端分别设有环形凸起25，第一滚珠丝杠副螺杆13和第二滚珠丝杠副螺杆15通过环形凸起25分别卡接在主动轮移动端602和从动轮移动端702的环形卡槽内，当第一滚珠丝杠副螺杆13和第二滚珠丝杠副螺杆15旋转时不会影响主动轮移动端602和从动轮移动端702的旋转，同时可以拉动主动轮移动端602和从动轮移动端702进行轴向运动。

所述的制动主缸5包括两个液压腔，两个液压腔分别通过液压制动管路与液压控制单元HCU11的进液口相连，液压制动管路上分别设有常开电磁阀26和液压力传感器27，常开电磁阀26和液压力传感器27分别通过控制线路与电控单元ECU10相连；所述的液压控制单元HCU11的四个出液口分别通过液压制动管路与安装在车辆四个车轮上的盘式制动器轮缸28的进液口相连。

主动轮固定端601和从动轮固定端701分别通过圆锥滚子轴承29支撑在壳体1上。

本发明的工作原理：

本发明所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，包括电动助力制动、主动制动以及失效备份三种制动模式：

(1)电动助力制动模式工作原理：

本发明具备常规的电动助力制动功能，可装配在普通内燃机汽车上。当驾驶员踩下制动踏板时，推动制动踏板推杆9平动，同时踏板行程传感器12检测到驾驶员的踏板行程信息，并将踏板行程信息通过控制线路传递到电控单元ECU10，电控单元ECU10根据预设的制动助力特性曲线判断此时所需提供的制动助力，进而控制助力电机4输出相应的转矩和转速，助力电机4的输出轴带动主动轮6旋转，然后通过传动带8带动从动轮7旋转，从动轮固定端701的第三滚珠丝杠副螺母18与第三滚珠丝杠副螺杆17构成的滚珠丝杠副结构将旋转运动转化为第三滚珠丝杠副螺杆17的直线运动，第三滚珠丝杠副螺杆17推动橡胶反应盘19的外圈，驾驶员的制动踏板力通过制动踏板推杆9穿过第二滚珠丝杠副螺杆15、从动轮7和第三滚珠丝杠副螺杆17内的通孔推动橡胶反应盘19的内圈，从而使第三滚珠丝杠副螺杆17的推力和驾驶员的踏板力实现耦合，进而共同推动主缸推杆501在制动主缸5内建立相应的液压制动力；此时电控单元ECU10控制常开电磁阀26断电打开，制动主缸5两工作腔制动液可通过液压控制单元HCU11进入各盘式制动器轮缸28实现车辆制动。

(2)主动制动模式工作原理：

在驾驶员没有踩下制动踏板时，如果电控单元ECU10通过其他车载传感器(如测速传感器、测距传感器等)传递的信息判断此时需主动实施制动力或者其他控制装置(如紧急制动系统、自动驾驶系统等)发出主动制动请求时，电控单元ECU10立即控制常开电磁阀26断电打开，制动系统即进入主动制动模式。

此时电控单元ECU10接收各测速传感器、测距传感器等通过控制线路传递来的信号，分析判断此时车辆所需的主动制动力。同时电控单元ECU10通过采集第一电机2和第二电机3相关传感器传递的电机转子位置等信息，判断此时主动轮6和从动轮7的传动半径，从而计算出此时传动带8的传动比。根据传动带8传动比以及车辆所需的主动制动力信息，电控单元ECU10控制助力电机4产生相应的转矩和转速，通过助力电机4的输出轴带动主动轮6旋转，由传动带8带动从动轮7同步转动，从动轮固定端701的旋转运动转化为第三滚珠丝杠副螺杆17的直线运动作用在橡胶反应盘19上，推动主缸推杆501在制动主缸5的两工作腔内建立液压制动力。由于此时常开电磁阀26打开，因此制动主缸5两工作腔中的制动液通过液压控制单元HCU11进入各车轮盘式制动器轮缸28产生目标主动制动力，完成主动制动过程。

(3)失效备份模式工作原理：

当助力电机4出现故障或者整个系统掉电失效时，驾驶员仍能通过踩下制动踏板通过机械连接直接推动制动主缸5建立液压制动力完成制动过程。

当电控单元ECU10检测到助力电机4出现故障时，电控单元ECU10立即对常开电磁阀26断电，制动主缸5的两个工作腔通向液压控制单元HCU11的液压制动管路打开；如果整个系统掉电失效，电控单元ECU10无法输出控制信号控制常开电磁阀26，常开电磁阀26将自动掉电打开，制动主缸5的两工作腔同样可以与液压控制单元HCU11连通。这两种失效情况下，驾驶员踩下制动踏板，制动踏板推杆9克服空行程Δ_S后作用在橡胶反应盘19上，橡胶反应盘19推动主缸推杆501在制动主缸5内建压，制动主缸5将两工作腔中制动液排入各车轮盘式制动器轮缸28从而完成失效备份建压过程，提高系统的安全性和可靠性。

驾驶风格主动切换工作原理：

本发明能够按照驾驶员意愿通过驾驶风格切换旋钮或其他类型的切换装置主动操作自由且连续的切换不同的驾驶风格，实现驾驶风格的个性化定制，符合汽车智能化的发展趋势。

通常将驾驶员的驾驶风格分为激进型和保守型，激进型的驾驶员通常希望通过较小的制动踏板力就能使车辆产生很大的制动力迅速制动，而保守型的驾驶员则希望车辆能够以较小的制动力缓慢平稳的实现制动。而在实际驾驶过程中，大部分驾驶员的驾驶风格并不处于保守和激进的极端情况，而是介于两者之间的风格。而通常通过设计控制算法实现驾驶员驾驶风格切换的制动系统，需要事先采集驾驶员的驾驶风格信息，然后根据采集的数据所述的驾驶风格区间自行判断驾驶员的驾驶风格，从而给出预设的某一助力比。但是算法为驾驶员选取的驾驶风格并不一定完全符合驾驶员的预期，并且同一个驾驶员在不同的驾驶状态下所期望得到的驾驶风格也不同，因此，本发明能够按照驾驶员的主观意愿，通过驾驶员的自主操作，主动且任意转换驾驶风格。

图9给出了不同主缸推杆移动速度下，制动主缸5压力随主缸推杆501位移的变化，从中可以看出，在相同的主缸推杆501位移下，主缸推杆501移动速度越快，制动主缸5压力越大，即产生的液压制动力越大。因此，我们可以认为，为了使车辆以更大的减速度制动，即实现偏激进型的驾驶风格，就要使主缸推杆501的移动速度较快，反之实现偏保守型的驾驶风格就要使主缸推杆501的移动速度较慢。

设初始时带传动的传动比为i₀＝R1/R2，R1为从动轮7传动半径，R2为主动轮6传动半径，此时R1较大，R2较小，经过带传动以及第三传动副传动后推动主缸推杆501平动速度较慢，在驾驶员踏板行程相同的情况下，推动制动主缸5建立的制动压力较小，制动减速度较小，系统处于保守型的驾驶风格。若驾驶员想切换为较为激进的驾驶风格，驾驶员可通过操作驾驶室的驾驶风格切换旋钮或其他类型的操纵装置发出控制信号到电控单元ECU10，电控单元ECU10根据驾驶员给出的控制量判断驾驶员的目标制动助力比，进而控制第一电机2改变主动轮固定端601和主动轮移动端602之间距离，第二电机3改变从动轮固定端701和从动轮移动端702之间的距离即带传动的传动半径。第一电机2转子正转，带动与之固连的第一滚珠丝杠副螺母14正转，从而使第一滚珠丝杠副螺杆13推动主动轮移动端602沿主动轮固定端601的轴杆22向靠近主动轮固定端601的方向移动，进而使主动轮移动端602和主动轮固定端601之间的轴向距离减小，使传动带8向轮外圈滑动，从而使带传动的主动轮6传动半径增大ΔR2；同时，第二电机3转子反转，带动与之固连的第二滚珠丝杠副螺母16反转，从而使第二滚珠丝杠副螺杆15带动从动轮移动端702沿从动轮固定端701的轴杆22向远离从动轮固定端701的方向移动，进而使从动轮移动端702和从动轮固定端701之间的轴向距离增大，使传动带8向轮内圈滑动，从而使带传动的从动轮7传动半径减小ΔR1，此时带传动的传动比显然有i_A＜i₀。在这两种情况下，当驾驶员给出相同的踏板行程时，由于电控单元ECU10根据预设助力特性曲线控制助力电机4给出的输出相同，因此电机输出经过传动带传动后，传动比为i_A时主缸推杆501的移动速度更快，在相同的推杆行程下能够在制动主缸5建立起更大的制动压力，使驾驶员获得更大的制动助力比，使车辆获得更大的制动减速度，从而使车辆能够更迅速的完成制动，完成从偏保守向偏激进驾驶风格的主动切换。

同理，如果驾驶员想要切换为更加保守的驾驶风格，电控单元ECU10根据驾驶员给出的风格切换控制量，控制第一电机2转子反转，第二电机3转子正转，使主动轮6传动半径减小，从动轮7传动半径增大，从而使传动带8的传动比增大，因此在驾驶员给出相同踏板行程时，主缸推杆501的移动速度变慢，在相同的推杆行程下制动主缸5建立的制动压力变小，制动助力比变小，从而使车辆获得比偏激进风格时更小的制动力和制动减速度，使车辆缓慢平稳制动，完成从偏激进向偏保守驾驶风格的主动切换。

本发明传动带8采用金属传动带，其传动比连续可调，因此根据驾驶员给出的任意驾驶风格切换控制量，电控单元ECU10可通过改变主动轮6和从动轮7的传动半径来任意改变传动比，进而改变主缸推杆501的移动速度进而改变相同推杆行程下的主缸压力以及制动助力比，从而实现了驾驶风格的任意主动无级切换。

踏板解耦与制动能量回收工作原理：

本发明可以应用在具备再生制动功能的电动汽车上。驾驶员踩下制动踏板，踏板行程传感器12将驾驶员的踏板行程信息通过控制线路传递到电控单元ECU10，电控单元ECU10判断本次制动驾驶员的目标制动力以及车辆此时所能产生的再生制动力，控制系统进入不同的工作状态。

目标制动力较小，可全部通过再生制动提供，并且踏板行程未超过空行程Δ_S，即在驾驶员踩下制动踏板的过程中制动踏板推杆9实际并未推动制动主缸5建压，系统处于完全解耦状态。此时电控单元ECU10控制常开电磁阀26通电关闭，制动主缸5中的制动液不会进入到个各盘式制动器轮缸28中产生液压制动力，实现制动踏板与制动减速度的解耦。这种情况下车辆的制动力完全由再生制动提供，能够最大限度的回收制动能量。设驾驶员感受到的踏板反力为F_ped，由踏板推杆回位弹簧21引起的弹性反力为F_Spring1，则这种工况下的踏板反力F_ped等于踏板推杆回位弹簧21引起的弹性反力为F_Spring1：

F_ped＝F_Spring1

当目标制动力增大，制动踏板推杆9克服空行程Δ_S，但是目标制动力仍可全部通过再生制动提供，系统仍处于完全解耦状态。此时电控单元ECU10仍控制系统处于完全解耦状态，但是由于空行程Δ_S被克服，制动踏板和制动主缸5之间通过制动踏板推杆9、橡胶反应盘19、主缸推杆501保持机械连接，因此液压反力可直接作用于制动踏板。设驾驶员感受到的踏板反力为F_ped，由踏板推杆回位弹簧21引起的弹性反力为F_Spring1，由主缸推杆回位弹簧20引起的弹性反力为F_Spring2，系统提供的制动助力为F_Sup，则这种工况下的踏板反力F_ped为：

F_ped＝F_hyd+F_Spring1+F_Spring2-F_Sup

此时电控单元ECU10可通过控制助力电机4调节F_Sup，使驾驶员获得理想的踏板反力。

当目标制动力增大到需要再生制动力和液压制动力共同参与，此时系统进入部分解耦状态。设再生制动力为F_R，目标制动力为F，则本次制动所需的液压制动力F_H＝F-F_R。由于制动力由再生制动和液压制动共同产生，因此相比于无再生制动的车辆，系统的液压制动力F_H即系统的液压反力F_hyd将减小，从而导致驾驶员的踏板反力减小，因此需要对这部分减小的踏板反力进行补偿。设驾驶员感受到的踏板反力为F_ped，由踏板推杆回位弹簧21引起的弹性反力为F_Spring1，由主缸推杆回位弹簧20引起的弹性反力为F_Spring2，系统提供的制动助力为F_Sup，则踏板反力F_ped＝F_hyd+F_Spring1+F_Spring2-F_Sup，电控单元ECU10通过调节系统提供的制动助力F_Sup的大小保证再生制动介入时驾驶员的踏板反力F_ped与无再生制动介入时相同。

Claims (8)

1.一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：包括壳体、第一电机、第二电机、助力电机、制动主缸、主动轮、从动轮、传动带、制动踏板推杆、第一传动副、第二传动副、第三传动副、电控单元ECU、液压控制单元HCU和踏板行程传感器，所述的第一电机、第二电机、助力电机、制动主缸、电控单元ECU、液压控制单元HCU分别设在壳体上；

主动轮与从动轮平行设在壳体内部，传动带套设在主动轮与从动轮上，将主动轮与从动轮传动连接；主动轮包括主动轮固定端和主动轮移动端，主动轮固定端和主动轮移动端之间滑动连接；从动轮包括从动轮固定端和从动轮移动端，从动轮固定端和从动轮移动端之间滑动连接；

主动轮固定端与助力电机的输出轴相连，主动轮移动端通过第一传动副与第一电机连接；从动轮移动端通过第二传动副与第二电机连接，从动轮固定端通过第三传动副与制动主缸的主缸推杆相接；制动踏板推杆设在壳体内，一端与制动主缸的主缸推杆相接；

制动主缸出液口通过液压制动管路与液压控制单元HCU的进液口相连；踏板行程传感器设在制动踏板推杆上；电控单元ECU通过控制线路分别与第一电机、第二电机、助力电机、液压控制单元HCU和踏板行程传感器相连。

2.根据权利要求1所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：第一电机和第二电机为空心电机；第一传动副包括第一滚珠丝杠副螺杆和第一滚珠丝杠副螺母，第一滚珠丝杠副螺杆与主动轮移动端相连，第一滚珠丝杠副螺母套设在第一滚珠丝杠副螺杆上，第一滚珠丝杠副螺母与第一电机的转子固定连接；第二传动副包括第二滚珠丝杠副螺杆和第二滚珠丝杠副螺母，第二滚珠丝杠副螺杆与从动轮移动端相连，第二滚珠丝杠副螺母套设在第二滚珠丝杠副螺杆上，第二滚珠丝杠副螺母与第二电机的转子固定连接；第三传动副包括第三滚珠丝杠副螺杆和第三滚珠丝杠副螺母，第三滚珠丝杠副螺母设在从动轮固定端，第三滚珠丝杠副螺母套设在第三滚珠丝杠副螺杆上，第三滚珠丝杠副螺杆与制动主缸的主缸推杆相接。

3.根据权利要求2所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：制动主缸的主缸推杆外端设有橡胶反应盘，第三滚珠丝杠副螺杆与主缸推杆相接的一端设有凹孔，主缸推杆的橡胶反应盘抵接在第三滚珠丝杠副螺杆的凹孔内；主缸推杆上套设有主缸推杆回位弹簧，主缸推杆回位弹簧一端固定在主缸推杆上，另一端固定在制动主缸上。

4.根据权利要求2所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：第二滚珠丝杠副螺杆、从动轮和第三滚珠丝杠副螺杆内部设有贯通的通孔，制动踏板推杆一端位于第二电机外部，另一端穿过第二电机的转子，位于第二滚珠丝杠副螺杆、从动轮和第三滚珠丝杠副螺杆内的通孔中；制动踏板推杆上套设有踏板推杆回位弹簧，踏板推杆回位弹簧一端固定在制动踏板推杆上，另一端固定在第二电机壳上；踏板推杆回位弹簧完全伸展状态下，制动踏板推杆与主缸推杆之间不接触。

5.根据权利要求1所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：主动轮固定端设有轴杆，主动轮移动端设有轴孔，主动轮移动端套设在主动轮固定端的轴杆上，主动轮固定端和主动轮移动端通过滑动花键配合，主动轮固定端能够带动主动轮移动端旋转，主动轮移动端能够沿着轴杆进行轴向滑动；从动轮固定端设有轴杆，从动轮移动端设有轴孔，从动轮移动端套设在从动轮固定端的轴杆上，从动轮固定端和从动轮移动端通过滑动花键配合，从动轮固定端能够带动从动轮移动端旋转，从动轮移动端能够沿着轴杆进行轴向滑动。

6.根据权利要求2所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：主动轮移动端和从动轮移动端的末端分别设有环形端盖，环形端盖分别与主动轮移动端和从动轮移动端通过螺栓连接形成环形卡槽，第一滚珠丝杠副螺杆和第二滚珠丝杠副螺杆前端分别设有环形凸起，第一滚珠丝杠副螺杆和第二滚珠丝杠副螺杆通过环形凸起分别卡接在主动轮移动端和从动轮移动端的环形卡槽内。

7.根据权利要求1所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：所述的制动主缸包括两个液压腔，两个液压腔分别通过液压制动管路与液压控制单元HCU的进液口相连，液压制动管路上分别设有常开电磁阀和液压力传感器，常开电磁阀和液压力传感器分别通过控制线路与电控单元ECU相连；所述的液压控制单元HCU的四个出液口分别通过液压制动管路与安装在车辆四个车轮上的盘式制动器轮缸的进液口相连。

8.根据权利要求1所述的一种主动切换驾驶风格的集成式电子液压制动系统，其特征在于：主动轮固定端和从动轮固定端分别通过圆锥滚子轴承支撑在壳体上。