CN110103914A - 主动式电子气压制动系统 - Google Patents

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姚成华
毛靖
杨林
曹新章
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Abstract

本发明提供一种主动式电子气压制动系统，用于与车辆的制动气室以及制动踏板配合使用，包括：主处理单元；从处理单元，从处理单元与主处理单元电性连接；电源管理单元，电源管理单元分别与主处理单元及从处理单元电性连接；用于控制制动气室工作的气压电磁阀；用于给气压电磁阀供电的第一高边电源，第一高边电源分别与主处理单元与气压电磁阀电性连接；用于给第一高边电源供电的高边总电源；用于依据制动踏板的工作状态形成对应的触发信号的制动单元；用于处理触发信号的第一信号处理单元；用于检测车辆的状态信息的传感器单元，传感器单元与主处理单元电性连接。本发明的主动式电子气压制动系统能够主动制动，响应时间快，安全性高。

Description

主动式电子气压制动系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，尤其是涉及一种主动式电子气压制动系统。
背景技术
近年来，随着车辆智能驾驶技术的快速发展，传统商用汽车标配的传统气压制动系统因其机械制动响应时间慢、舒适性差、制动没有安全备份导致制动安全系数低以及无法实现主动制动等原因，已经无法满足现代商用汽车的发展要求。因此，有必要设计一种新的主动式电子气压制动系统去克服上述问题。
发明内容
鉴于现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种主动式电子气压制动系统，能够主动制动，响应时间快，安全性高。
为了达到上述目的，本发明提出一种主动式电子气压制动系统，用于与车辆的制动气室以及制动踏板配合使用，主动式电子气压制动系统包括：用于控制整个电路工作的主处理单元；用于辅助控制电路工作的从处理单元，所述从处理单元与所述主处理单元电性连接；用于给整个电路提供电能的电源管理单元，所述电源管理单元分别与所述主处理单元及所述从处理单元电性连接；用于控制所述制动气室工作的气压电磁阀；用于给所述气压电磁阀供电的第一高边电源，所述第一高边电源分别与所述主处理单元与所述气压电磁阀电性连接；用于给所述第一高边电源供电的高边总电源，所述高边总电源分别与所述主处理单元、所述从处理单元、所述第一高边电源电性连接；用于依据所述制动踏板的工作状态形成对应的触发信号的制动单元；用于处理所述触发信号的第一信号处理单元，所述第一信号处理单元连接在所述制动单元与所述主处理单元之间；用于检测所述车辆的状态信息的传感器单元，所述传感器单元与所述主处理单元电性连接。
作为可选的方案，所述传感器单元包括：用于感测所述制动气室内的气压的压力并形成压力信号的压力传感器；用于处理所述压力信号的第二信号处理单元，所述第二信号处理单元连接在所述压力传感器与所述主处理单元之间。
作为可选的方案，所述传感器单元还包括：用于感测所述车辆的车轮的转速并形成轮速信号的轮速传感器；用于处理所述轮速信号的第三信号处理单元，所述第三信号处理单元连接在所述轮速传感器与所述主处理单元之间。
作为可选的方案，所述传感器单元还包括：用于感测所述车辆的方向盘转动的角度并形成转角信号的转角传感器；用于感测所述车辆的车身的倾斜角度并形成倾斜信号的惯性传感器；第一CAN总线收发单元，所述第一CAN总线收发单元分别与所述转角传感器、所述惯性传感器及所述主处理单元电性连接。
作为可选的方案，所述第一信号处理单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向信号输入端与地线之间并联连接有第十四电阻、第二稳压二极管以及第四电容，所述第一运算放大器的正向信号输入端还与第十五电阻的第一端电性连接，所述第十五电阻的第二端与所述制动单元电性连接，所述第十五电阻的第二端与第一电源之间连接第十六电阻；所述第一运算放大器的信号输出端与所述第一电源之间连接第十七电阻，所述第一运算放大器的信号输出端与所述第一运算放大器的负向信号输入端电性连接，所述第一运算放大器的信号输出端还与第十八电阻的第一端电性连接，所述第一运算放大器的正向电源输入端与所述第一电源电性连接，所述第一运算放大器的负向电源输入端接地线，所述第十八电阻的第二端与地线之间并联连接有第三电容及第十九电阻，所述第十八电阻的第二端还与主处理单元电性连接。
作为可选的方案，所述主动式电子气压制动系统还包括整车CAN总线收发单元，所述整车CAN总线收发单元与所述主处理单元电性连接。
作为可选的方案，所述车辆具有四个车轮，所述第一高边电源、所述气压电磁阀、所述制动气室、所述压力传感器以及所述轮速传感器均分别设有四个，每一个所述车轮上设置一个所述轮速传感器，每一个所述第一高边电源均与所述高边总电源的电能输出端电性连接，每一个所述第一高边电源给一个所述气压电磁阀供电，每一个所述气压电磁阀控制一个所述制动气室工作，每一个所述制动气室内部设置一个所述压力传感器。
作为可选的方案，所述高边总电源的电能输出端与地线之间还并联连接有第十一电解电容及第十二电容，所述高边总电源的电能输出端还与第五十八电阻的第一端电性连接，所述第五十八电阻的第二端与地线之间并联连接有第五十九电阻及第十三电容，所述第五十八电阻的第二端还与所述从处理单元电性连接。
作为可选的方案，所述第一高边电源的第一接线端与所述气压电磁阀的第一接线端电性连接，所述第一高边电源的第二接线端与所述气压电磁阀的第二接线端电性连接，所述第一高边电源的第三接线端与地线之间连接第一电阻，所述第一高边电源的第三接线端还与第二电阻的第一端电性连接，所述第二电阻的第二端与所述主处理单元电性连接；所述第一高边电源的第四接线端与所述主处理单元之间连接第三电阻，所述第一高边电源的第五接线端与所述主处理单元之间连接第四电阻，所述第一高边电源的第六接线端与地线之间连接第七电阻，所述第一高边电源的第六接线端与第六电阻的第一端电性连接，所述第六电阻的第二端与所述主处理单元电性连接。
与现有技术相比，本发明的主动式电子气压制动系统能够与传统的气压制动系统相结合，制动响应时间快，安全性高。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的主动式电子气压制动系统一实施例的电路原理框图；
图2为本发明的主动式电子气压制动系统中的主处理单元的电路原理图；
图3为本发明的主动式电子气压制动系统中的从处理单元的电路原理图；
图4为本发明的主动式电子气压制动系统中的电源管理单元的电路原理图；
图5为本发明的主动式电子气压制动系统中的第一高边电源及气压电磁阀的电路原理图；
图6为本发明的主动式电子气压制动系统中的高边总电源的电路原理图；
图7为本发明的主动式电子气压制动系统中的制动单元与第一信号处理单元的电路原理图；
图8为本发明的主动式电子气压制动系统中的轮速传感器及第三信号处理单元的电路原理图；
图9为本发明的主动式电子气压制动系统中的压力传感器及第二信号处理单元的电路原理图；
图10为本发明的主动式电子气压制动系统中的转角传感器、惯性传感器、第一CAN总线收发单元及整车CAN总线收发单元的电路原理图；
图11为本发明的主动式电子气压制动系统中的第二高边电源的电路原理框图；
图12为本发明的主动式电子气压制动系统中的第三高边电源的电路原理框图。
图中各标记如下：1、制动单元；2、第一信号处理单元；3、主处理单元；4、从处理单元；5、高边总电源；6、第一高边电源；7、气压电磁阀；8、第一CAN总线收发单元；9、整车CAN总线收发单元；10、惯性传感器；11、转角传感器；12、轮速传感器；13、第三信号处理单元；14、压力传感器；15、第二信号处理单元；16、电源管理单元。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
如图1至图12所示，本发明的主动式电子气压制动系统用于与车辆的制动气室以及制动踏板配合使用，主动式电子气压制动系统包括：用于控制整个电路工作的主处理单元3；用于辅助控制电路工作的从处理单元4，从处理单元4与主处理单元3电性连接；用于给整个电路提供电能的电源管理单元16，电源管理单元16分别与主处理单元3及从处理单元4电性连接；用于控制制动气室工作的气压电磁阀7；用于给气压电磁阀7供电的第一高边电源6，第一高边电源6分别与主处理单元3与气压电磁阀7电性连接；用于给第一高边电源6供电的高边总电源5，高边总电源5分别与主处理单元3、从处理单元4、第一高边电源6电性连接；用于依据制动踏板的工作状态形成对应的触发信号的制动单元1；用于处理触发信号的第一信号处理单元2，第一信号处理单元2连接在制动单元1与主处理单元3之间；用于检测车辆的状态信息的传感器单元，传感器单元与主处理单元3电性连接。
其中，车辆的状态信息包括车辆的制动气室内的气压、车轮的转速、方向盘转动的角度以及车身的倾斜角度等，主处理单元3包括32位单片机芯片，从处理单元4包括16位单片机芯片，但不以此为限。
本发明的传感器单元包括：用于感测制动气室内的气压的压力并形成压力信号的压力传感器14，压力传感器14设置于制动气室内；用于处理压力信号的第二信号处理单元15，第二信号处理单元15连接在压力传感器14与主处理单元3之间；用于感测车辆的车轮的转速并形成轮速信号的轮速传感器12；用于处理轮速信号的第三信号处理单元13，第三信号处理单元13连接在轮速传感器12与主处理单元3之间；用于感测车辆的方向盘转动的角度并形成转角信号的转角传感器11；用于感测车辆的车身的倾斜角度并形成倾斜信号的惯性传感器10；第一CAN总线收发单元8，第一CAN总线收发单元8分别与转角传感器11、惯性传感器10及主处理单元3电性连接；主动式电子气压制动系统还包括整车CAN总线收发单元9，整车CAN总线收发单元9与主处理单元3电性连接。
此外，如图11和图12所示，本发明的主动式电子气压制动系统还包括第二高边电源U20与第三高边电源U14，第二高边电源U20分别与从处理单元4、电源管理单元16、惯性传感器10及转角传感器11电性连接，电源管理单元16给第二高边电源U20供电，从处理单元4控制第二高边电源U20给惯性传感器10及转角传感器11供电。第三高边电源U14分别与从处理单元4、电源管理单元16及轮速传感器12电性连接，电源管理单元16给第三高边电源U14供电，从处理单元4控制第三高边电源U14给轮速传感器12供电。
在本实施例中，第一高边电源6、第二高边电源U20与第三高边电源U14均采用Infineon(英飞凌)公司的BTS系列芯片，高边总电源5采用ST(意法半导体)公司的VND系列芯片，但不以此为限。
使用时，当车辆上电后，车辆给电源管理单元16供电，电源管理单元16产生各电路和芯片所需要的各种电源，例如产生第一电源，第一电源为5V直流电，主处理单元3通电并实时监控电源管理单元16工作，主处理单元3与从处理单元4之间通讯，一旦主处理单元3与从处理单元4的其中一个出现异常，另一个就会知道并采取相应措施，例如关闭高边总电源5(即控制高边总电源5停止工作)或通过第一CAN总线收发单元8发出控制信号以点亮相应的指示灯信号。若上电后主处理单元3与从处理单元4均正常工作，从处理单元4打开高边总电源5(即控制高边总电源5正常工作)，高边总电源5给第一高边电源6供电，压力传感器14、轮速传感器12、转角传感器11及惯性传感器10实时监测车辆的状态信息，并将车辆的状态信息实时传送至主处理单元3，主处理单元3根据车辆的状态信息、第一CAN总线收发单元8及整车CAN总线收发单元9发送来的信息判断车辆是否正常工作，若车辆不正常工作(例如车辆发生故障或发生交通事故)，主处理单元3控制第一高边电源6给气压电磁阀7供电，气压电磁阀7再使制动气室所在的线路通电，制动气室工作使其内部气压增大以实现制动，位于制动气室内的压力传感器14感测制动气室内的气压以根据气压大小控制制动气室是否继续工作，从而精准控制车辆各车轮的制动压力，满足智能驾驶系统的制动和转向需求。
此外，当车辆正常工作时，若使用者根据实际需要(如等红灯、礼让行人等)主动踩踏制动踏板，制动单元1产生制动触发信号，制动触发信号经过第一信号处理单元2处理后传送至主处理单元3，主处理单元3根据制动触发信号控制制动气室工作对车轮进行制动，具体的制动控制过程类似上文所述，在此不再赘述。
本发明的气压主动式电子制动系统可以实现气压防抱死、驱动防滑、电子稳定性控制系统、紧急制动等功能，从而保证车辆制动系统的安全性和可靠性。
在本发明中，如图7所示，第一信号处理单元2包括第一运算放大器U21A，第一运算放大器U21A的正向信号输入端与地线之间并联连接有第十四电阻R14、第二稳压二极管Z2以及第四电容C4，第一运算放大器U21A的正向信号输入端还与第十五电阻R15的第一端电性连接，第十五电阻R15的第二端与制动单元1电性连接，第十五电阻R15的第二端与第一电源之间连接第十六电阻R16；第一运算放大器U21A的信号输出端与第一电源之间连接第十七电阻R17，第一运算放大器U21A的信号输出端与第一运算放大器U21A的负向信号输入端电性连接，第一运算放大器U21A的信号输出端还与第十八电阻R18的第一端电性连接，第一运算放大器U21A的正向电源输入端与第一电源电性连接，第一运算放大器U21A的负向电源输入端接地线，第十八电阻R18的第二端与地线之间并联连接有第三电容C3及第十九电阻R19，第十八电阻R18的第二端还与主处理单元3电性连接。
在本实施例中，车辆具有四个车轮，第一高边电源6、气压电磁阀7、制动气室、压力传感器14以及轮速传感器12均分别设有四个，每一个车轮上设置一个轮速传感器12，每一个第一高边电源6均与高边总电源5的电能输出端电性连接，每一个第一高边电源6给一个气压电磁阀7供电，每一个气压电磁阀7控制一个制动气室工作，每一个制动气室内部设置一个压力传感器14。
如图6所示，本发明的高边总电源5的电能输出端与地线之间还并联连接有第十一电解电容C11及第十二电容C12，高边总电源5的电能输出端还与第五十八电阻R58的第一端电性连接，第五十八电阻R58的第二端与地线之间并联连接有第五十九电阻R59及第十三电容C13，第五十八电阻R58的第二端还与从处理单元4电性连接。
如图5所示，第一高边电源6的第一接线端与气压电磁阀7的第一接线端电性连接，第一高边电源6的第二接线端与气压电磁阀7的第二接线端电性连接，第一高边电源6的第三接线端与地线之间连接第一电阻R1，第一高边电源6的第三接线端还与第二电阻R2的第一端电性连接，第二电阻R2的第二端与主处理单元3电性连接；第一高边电源6的第四接线端与主处理单元3之间连接第三电阻R3，第一高边电源6的第五接线端与主处理单元3之间连接第四电阻R4，第一高边电源6的第六接线端与地线之间连接第七电阻R7，第一高边电源6的第六接线端与第六电阻R6的第一端电性连接，第六电阻R6的第二端与主处理单元3电性连接。
综上所述，本发明采用了在传统气压制动系统的基础上增加了主动式电子气压制动系统，制动时优先采用主动式电子气压制动系统的制动系统，可通过脚踩刹车踏板或通过CAN总线的方式让气压主动式电子制动系统工作，传统的气压制动系统作为气压主动式电子制动系统的备用制动系统，只有在气压主动式电子制动系统失效的情况才会切入到传统的气压制动系统，两套制动系统都可以单独工作，从而保证制动系统的舒适性、响应及时性及安全可靠性。主动式电子制动系统通过传感器实时监测车辆的动态信息，也可接收来自其他车辆控制器(比如无人驾驶系统)的信号或命令，实现主动制动功能，从而满足现代商用车智能驾驶系统的需求。
藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的保护范围内。因此，本发明的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (9)

1.一种主动式电子气压制动系统，用于与车辆的制动气室以及制动踏板配合使用，其特征在于，所述主动式电子气压制动系统包括：
用于控制整个电路工作的主处理单元；
用于辅助控制电路工作的从处理单元，所述从处理单元与所述主处理单元电性连接；
用于给整个电路提供电能的电源管理单元，所述电源管理单元分别与所述主处理单元及所述从处理单元电性连接；
用于控制所述制动气室工作的气压电磁阀；
用于给所述气压电磁阀供电的第一高边电源，所述第一高边电源分别与所述主处理单元与所述气压电磁阀电性连接；
用于给所述第一高边电源供电的高边总电源，所述高边总电源分别与所述主处理单元、所述从处理单元、所述第一高边电源电性连接；
用于依据所述制动踏板的工作状态形成对应的触发信号的制动单元；
用于处理所述触发信号的第一信号处理单元，所述第一信号处理单元连接在所述制动单元与所述主处理单元之间；
用于检测所述车辆的状态信息的传感器单元，所述传感器单元与所述主处理单元电性连接。
2.如权利要求1所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述传感器单元包括：
用于感测所述制动气室内的气压的压力并形成压力信号的压力传感器；
用于处理所述压力信号的第二信号处理单元，所述第二信号处理单元连接在所述压力传感器与所述主处理单元之间。
3.如权利要求2所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述传感器单元还包括：
用于感测所述车辆的车轮的转速并形成轮速信号的轮速传感器；
用于处理所述轮速信号的第三信号处理单元，所述第三信号处理单元连接在所述轮速传感器与所述主处理单元之间。
4.如权利要求3所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述传感器单元还包括：
用于感测所述车辆的方向盘转动的角度并形成转角信号的转角传感器；
用于感测所述车辆的车身的倾斜角度并形成倾斜信号的惯性传感器；
第一CAN总线收发单元，所述第一CAN总线收发单元分别与所述转角传感器、所述惯性传感器及所述主处理单元电性连接。
5.如权利要求2所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述第一信号处理单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向信号输入端与地线之间并联连接有第十四电阻、第二稳压二极管以及第四电容，所述第一运算放大器的正向信号输入端还与第十五电阻的第一端电性连接，所述第十五电阻的第二端与所述制动单元电性连接，所述第十五电阻的第二端与第一电源之间连接第十六电阻；所述第一运算放大器的信号输出端与所述第一电源之间连接第十七电阻，所述第一运算放大器的信号输出端与所述第一运算放大器的负向信号输入端电性连接，所述第一运算放大器的信号输出端还与第十八电阻的第一端电性连接，所述第一运算放大器的正向电源输入端与所述第一电源电性连接，所述第一运算放大器的负向电源输入端接地线，所述第十八电阻的第二端与地线之间并联连接有第三电容及第十九电阻，所述第十八电阻的第二端还与主处理单元电性连接。
6.如权利要求1所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述主动式电子气压制动系统还包括整车CAN总线收发单元，所述整车CAN总线收发单元与所述主处理单元电性连接。
7.如权利要求1所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述车辆具有四个车轮，所述第一高边电源、所述气压电磁阀、所述制动气室、所述压力传感器以及所述轮速传感器均分别设有四个，每一个所述车轮上设置一个所述轮速传感器，每一个所述第一高边电源均与所述高边总电源的电能输出端电性连接，每一个所述第一高边电源给一个所述气压电磁阀供电，每一个所述气压电磁阀控制一个所述制动气室工作，每一个所述制动气室内部设置一个所述压力传感器。
8.如权利要求7所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述高边总电源的电能输出端与地线之间还并联连接有第十一电解电容及第十二电容，所述高边总电源的电能输出端还与第五十八电阻的第一端电性连接，所述第五十八电阻的第二端与地线之间并联连接有第五十九电阻及第十三电容，所述第五十八电阻的第二端还与所述从处理单元电性连接。
9.如权利要求8所述的主动式电子气压制动系统，其特征在于，所述第一高边电源的第一接线端与所述气压电磁阀的第一接线端电性连接，所述第一高边电源的第二接线端与所述气压电磁阀的第二接线端电性连接，所述第一高边电源的第三接线端与地线之间连接第一电阻，所述第一高边电源的第三接线端还与第二电阻的第一端电性连接，所述第二电阻的第二端与所述主处理单元电性连接；所述第一高边电源的第四接线端与所述主处理单元之间连接第三电阻，所述第一高边电源的第五接线端与所述主处理单元之间连接第四电阻，所述第一高边电源的第六接线端与地线之间连接第七电阻，所述第一高边电源的第六接线端与第六电阻的第一端电性连接，所述第六电阻的第二端与所述主处理单元电性连接。
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