CN109941252A - 一种分布式自主制动系统及制动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车自主制动技术领域，具体提供了一种分布式自主制动系统，包括电源(1)和制动控制器(2)，还包括至少三个与所述制动控制器(2)电连接的电动缸；所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路。本发明提供的制动方法包括自主制动模式与失效防护制动模式。本发明的有益效果在于：多个制动回路互为冗余，使得其可靠性高、失效防护能力强，并且免人力制动操纵装置、制动响应快。
Description
技术领域
本发明涉及汽车自主制动系统，特别涉及一种双回路自主制动系统及制动方法。
背景技术
汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。传统汽车的液压制动系统都由驾驶人通过踩下制动踏板施加制动压力于各车轮制动器的轮缸，从而实现制动并使车辆减速。高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统要求制动系统能够对车辆实施自主制动，即在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮施加制动。目前可实施自主制动的制动系统大多采用电动助力，并保留了制动踏板等制动操纵装置。而对于无人物流配送车的发展，由于不再需要制动操纵装置，此方式不适用。
并且现有的为ADS开发的自主制动系统缺乏失效防护功能，安全性能较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有失效防护功能、安全性能更高的分布式自主制动系统及制动方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是，包括电源和制动控制器，还包括至少三个与所述制动控制器电连接的电动缸；
每个所述电动缸均包括电动缸缸体、滑动设置于所述电动缸缸体内的活塞、驱动所述活塞滑动的电机、以及与所述电动缸缸体连接的储液罐，所述电机与所述制动控制器电连接；
所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路。
在一些实施例中，所述活塞与所述电动缸缸体之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞与所述电动缸缸体之间设置有复位件；
所述电动缸缸体上开设有：连通所述储液罐与第一腔体的补偿孔、连通所述储液罐与第二腔体的供液孔以及连通所述第一腔体与相应的车轮制动器的排液孔；
所述活塞上设置有皮碗，所述复位件处于预压状态下时，所述皮碗位于所述补偿孔和供液孔之间。
在一些实施例中，所述电动缸内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机驱动的滚丝螺母以及与所述活塞联接的丝杆。
在一些实施例中，所述分布式自主制动系统还包括与所述电动缸缸体连接的壳体，所述滚珠丝杆副设置于所述壳体内；
所述壳体的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆穿过的通孔；所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母的一端通过轴承固定在所述轴肩上；所述壳体靠近所述活塞的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体的开口密封配合并固定连接。
在一些实施例中，所述电动缸缸体上还固定设置有导向销，所述丝杆上开设有与所述导向销配合的导向槽，所述复位件处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞的一端与所述导向销抵接。
在一些实施例中，所述复位件为弹簧，其设置于所述电动缸缸体与所述活塞之间。
在一些实施例中，所述制动控制器还连接至汽车的其他电控系统。
在一些实施例中，所述分布式自主制动系统还包括与所述制动控制器电连接的制动灯开关与故障指示灯。
在一些实施例中，所述电动缸为四个，包括第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸以及第四电动缸，所述第一电动缸与汽车的右后制动器连接，所述第二电动缸与汽车的左后制动器连接，所述第三电动缸与汽车的左前制动器连接，所述第四电动缸与汽车的右前制动器连接。
本发明还提供了一种分布式自主制动系统的制动方法，包括以下制动模式：
自主制动模式：当系统无故障且所述制动控制器检测到车辆的其他的电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器根据自主制动请求的制动减速度的大小计算出每个所述电动缸的电机的目标转矩，并控制所述电机输出转矩，所述电机推动所述活塞，从而在各车轮制动器产生制动力矩，完成自主制动；
失效防护制动模式：当所述制动控制器检测到其中一个或多个制动回路故障但至少一个制动回路未出现故障且其他电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器根据自主制动请求的制动减速度大小计算出未出现故障的制动回路所需的制动力，并换算成所述电机的目标转矩，然后控制所述电机输出转矩，完成失效防护制动。
本发明的优点在于：
1.本发明一种分布式自主制动系统既免去了人力制动装置，结构简单，成本低，布置方便；
2.本发明一种分布式自主制动系统的执行机构靠近车轮制动器，使得建压时间短，制动响应快；
3.本发明一种分布式自主制动系统，所有车轮制动力可以独立控制和调节，车轮的制动力控制灵活，控制压力精度高；
4.本发明一种分布式自主制动系统，四个制动回路相互独立又互为冗余，故制动的可靠性高、失效防护能力强。
附图说明
图1为本发明一种分布式自主制动系统的原理图；
图2为本发明一种分布式自主制动系统中第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸以及第四电动缸的结构示意图；
图中，1—电源；2—制动控制器；3a—第一电动缸；3b—第二电动缸；3c—第三电动缸；3d—第四电动缸；4—右后制动器；5—左后制动器；6—左前制动器；7—右前制动器；8—制动灯开关；9—故障指示灯；301—电机；302—联轴器；303—滚丝螺母；304—轴承；305—挡圈；306—钢球；307—丝杆；308—壳体；309—O型圈；310一导向销；311—密封圈；312—活塞；313—皮碗；314—螺栓；315—储液罐；316—复位件；317—电动缸缸体；A—第二腔体；B—供液孔；C—补偿孔；D—第一腔体；E—排液孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
一种分布式自主制动系统，包括电源1和制动控制器2，还包括至少三个与所述制动控制器2电连接电动缸。
每个所述电动缸均包括电动缸缸体317、滑动设置于所述电动缸缸体317内的活塞312、驱动所述活塞312滑动的电机301、以及与所述电动缸缸体317连接的储液罐315，所述电机301与所述制动控制器3电连接；
所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路。本发明中电动缸的个数与相应的车轮制动器的个数是一一对应，比如三个车轮制动器则有相应的三个电动缸，这种情况为类似于三轮车这种形式；四个车轮制动器则有相应的四个电动缸，或者六轮车对于六个电动缸等。在本实施例中，以四个车轮制动器以及四个电动缸的形式对本发明进行说明。
四个电动缸为：第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d，其分别连接至汽车上的一个车轮制动器，形成相应的第一制动回路、第二制动回路、第三制动回路以及第四制动回路。四个制动回路互相独立且互为冗余，可以实现对相应车轮的合理的制动力分配，并且当一个或多个制动回路出现故障时，其他未出现故障的制动回路依然可以对车轮进行制动。
在本实施例中，所述活塞312与所述电动缸缸体317之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞312与所述电动缸缸体317之间设置有复位件316；
所述电动缸缸体317上开设有：连通所述储液罐315与第一腔体D的补偿孔B、连通所述储液罐315与第二腔体A的供液孔C以及连通所述第一腔体D与相应的车轮制动器的排液孔E；
所述活塞312上设置有皮碗313，所述复位件316处于预压状态下时，所述皮碗313位于所述补偿孔B和供液孔C之间。皮碗313随着活塞112的移动，可以实现对补偿孔C的开启和关闭。这里的预压状态是指，在复位件316不受到力的作用时，根据其所在位置处于的一种初始状态。所述电动缸缸体317上还开设有排液孔E，所述排液孔E通过连接管道连接至汽车上相应的车轮制动器。
所述第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机301驱动的滚丝螺母303、与所述活塞312联接的丝杆307以及钢球306。具体的，电机301与滚丝螺母303通过联轴器302联接。所述双回路电液自主制动系统还包括与所述电动缸缸体317连接的壳体308，电动缸缸体317与壳体308采用螺栓联接，紧固后密封圈311被压紧在接合面处起密封作用。滚珠丝杆副由一对轴承304支承在壳体308内。通过电机301带动滚丝螺母303的转动，使得丝杆307推动活塞312。具体的，所述壳体308的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆307穿过的通孔；通孔上设置有O型圈309。所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母303可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母303的一端通过一对轴承104固定在所述轴肩上；挡圈305用于轴承304轴向定位并限制滚丝螺母303的轴向移动。所述壳体308靠近所述活塞312的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体317的开口密封配合并固定连接。
另外，所述第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d的电动缸缸体317上还固定设置有导向销310，所述丝杆307上开设有与所述导向销310配合的导向槽，所述复位件316处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞312的一端与所述导向销310抵接。这里的预压状态与上文中的预压状态的意思相同。导向销310一端插入丝杆307的导向槽内，使得丝杆307只能沿轴向平动而不能绕轴向转动；通过螺栓314与丝杆307固定联接的活塞312位于电动缸缸体317内，在复位件316预压力作用下丝杆307导向槽靠近活塞312一端压靠在导向销310上，该限位使得皮碗313轴向位于补偿孔C和供液孔B之间。
在本实施例中，所述复位件316为弹簧，其一端与所述电动缸缸体317连接，另一端与所述活塞312连接。
所述制动控制器2还连接至汽车的其他电控系统。其他电控系统为如ADAS或ADS等能发出自主制动请求的电控系统。
所述分布式自主制动系统还包括与所述制动控制器2电连接的制动灯开关8与故障指示灯9。制动灯开关8用于点亮汽车的制动灯，若制动控制器2检测到系统出现的制动回路故障时，通过点亮故障指示灯9发出报警。
在本实施例中，所述第一电动缸3a与汽车的右后制动器4连接，所述第二电动缸3b与汽车的左后制动器5连接，所述第三电动缸3c与汽车的左前制动器6连接，所述第四电动缸3d与汽车的右前制动器7连接。
本发明的工作原理是：在电机301的作用下，活塞312会受到一个向左的力，当皮碗313将补偿孔挡住后，第一腔体D内建立高压，第二腔体A内建立低压，通过排液孔E将油液排出对汽车进行制动。
在本发明中，所述制动控制器2根据接收到的来自其它电控系统的制动请求计算出各车轮的目标制动力，进一步计算出第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d的各自电机301的目标转矩，然后分别向该对应的电机301发出转矩命令，从而对车轮实施自主制动；或者当制动控制器2检测到系统出现一个或多个制动回路失效时，可以通过对未失效制动回路的电机施加比系统正常工作时更大的目标转矩以实施失效防护制动。
下面对自主制动和失效防护制动的具体制动控制方法和工作过程进行说明。
自主制动模式下的制动控制方法和工作过程：
当系统无故障时工作于自主制动模式。
当制动控制器2检测到车辆的电控系统有制动请求时，首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给各车轮；进一步地，制动控制器2根据各车轮制动力计算出四个制动回路的电机301的目标转矩，并控制第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c和第四电动缸3d的电机301输出转矩，驱动滚珠丝杆副推动活塞312运动；当随活塞312一同运动的皮碗313将电动缸补偿孔C完全覆盖住之后第一腔体D建立起压力，该压力经电动缸排液孔E和制动管路传至相应的右后轮缸4、左后轮缸5、左前轮缸6、右前轮缸7，从而在各车轮制动器产生制动力矩，实现自主制动。
当其它电控系统请求终止制动时，制动控制器2令第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c和第四电动缸3d的电机301停止工作，丝杆307停止施加轴向力于活塞312；活塞312和丝杆307在回位弹簧316作用下回到初始位置，滚丝螺母303、联轴器302以及电机301的转子在丝杆307驱动下旋转并且也回到初始位置；各制动器的轮缸经制动管路和排液孔E与第一腔体D连通、第一腔体D与储液罐315经补偿孔C连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。
失效防护制动模式下的制动控制方法和工作过程
当一个或多个制动回路出现故障但至少一个制动回路未出现故障时，系统工作为失效防护制动模式。
若制动控制器2检测到系统出现一个或多个制动回路失效时，通过点亮故障指示灯9发出报警。以一个制动回路失效时的原理为例，当一个制动回路失效的故障模式下，若接收到来自其它电控系统的制动请求，则首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给未失效制动回路的各车轮，然后控制未失效制动回路的电机301输出转矩，从而实现失效防护制动。在确定失效防护制动模式下各车轮的目标制动力时，不应超出相应电机的最大转矩，或根据具体的实施例并参照相关法规要求确定。
失效防护制动模式下的制动解除与自主制动模式相同。
本发明的优点在于：
1.本发明一种分布式自主制动系统既免去了人力制动装置，结构简单，成本低，布置方便；
2.本发明一种分布式自主制动系统的执行机构靠近车轮制动器，使得建压时间短，制动响应快；
3.本发明一种分布式自主制动系统，所有车轮制动力可以独立控制和调节，车轮的制动力控制灵活，控制压力精度高；
4.本发明一种分布式自主制动系统，四个制动回路相互独立又互为冗余，故制动的可靠性高、失效防护能力强。
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)
1.一种分布式自主制动系统，包括电源(1)和制动控制器(2)，其特征在于，还包括至少三个与所述制动控制器(2)电连接的电动缸；
每个所述电动缸均包括电动缸缸体(317)、滑动设置于所述电动缸缸体(317)内的活塞(312)、驱动所述活塞(312)滑动的电机(301)、以及与所述电动缸缸体(317)连接的储液罐(315)，所述电机(301)与所述制动控制器(3)电连接；
所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路。
2.根据权利要求1所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述活塞(312)与所述电动缸缸体(317)之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞(312)与所述电动缸缸体(317)之间设置有复位件(316)；
所述电动缸缸体(317)上开设有：连通所述储液罐(315)与第一腔体的补偿孔、连通所述储液罐(315)与第二腔体的供液孔以及连通所述第一腔体与相应的车轮制动器的排液孔；
所述活塞(312)上设置有皮碗(313)，所述复位件(316)处于预压状态下时，所述皮碗(313)位于所述补偿孔和供液孔之间。
3.根据权利要求2所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述电动缸内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机(301)驱动的滚丝螺母(303)以及与所述活塞(312)联接的丝杆(307)。
4.根据权利要求3所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述分布式自主制动系统还包括与所述电动缸缸体(317)连接的壳体(308)，所述滚珠丝杆副设置于所述壳体(308)内；
所述壳体(308)的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆(307)穿过的通孔；所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母(303)可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母(303)的一端通过轴承(304)固定在所述轴肩上；所述壳体(308)靠近所述活塞(312)的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体(317)的开口密封配合并固定连接。
5.根据权利要求3所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述电动缸缸体(317)上还固定设置有导向销(310)，所述丝杆(307)上开设有与所述导向销(310)配合的导向槽，所述复位件(316)处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞(312)的一端与所述导向销(310)抵接。
6.根据权利要求2所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述复位件(316)为弹簧，其设置于所述电动缸缸体(317)与所述活塞(312)之间。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述制动控制器(2)还连接至汽车的其他电控系统。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述分布式自主制动系统还包括与所述制动控制器(2)电连接的制动灯开关(8)与故障指示灯(9)。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的分布式自主制动系统，其特征在于，所述电动缸为四个，包括第一电动缸(3a)、第二电动缸(3b)、第三电动缸(3c)以及第四电动缸(3d)，所述第一电动缸(3a)与汽车的右后制动器(4)连接，所述第二电动缸(3b)与汽车的左后制动器(5)连接，所述第三电动缸(3c)与汽车的左前制动器(6)连接，所述第四电动缸(3d)与汽车的右前制动器(7)连接。
10.一种采用如权利要求1所述的分布式自主制动系统进行汽车制动的制动方法，其特征在于，包括以下制动模式：
自主制动模式：当系统无故障且所述制动控制器(2)检测到车辆的其他的电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器(2)根据自主制动请求的制动减速度的大小计算出每个所述电动缸的目标转矩，并控制所述电机(301)输出转矩，所述电机(301)推动所述活塞(312)，从而在各车轮制动器产生制动力矩，完成自主制动；
失效防护制动模式：当所述制动控制器(2)检测到其中一个或多个制动回路故障但至少一个制动回路未出现故障且其他电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器(2)根据自主制动请求的制动减速度大小计算出未出现故障的制动回路所需的制动力，并换算成所述电机(301)的目标转矩，然后控制所述电机(301)输出转矩，完成失效防护制动。
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2019
- 2019-04-22 CN CN201910325261.3A patent/CN109941252A/zh active Pending
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