CN110406518A - 电液耦合线控助力制动系统及方法 - Google Patents

电液耦合线控助力制动系统及方法 Download PDF

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CN110406518A CN201910625424.XA CN201910625424A CN110406518A CN 110406518 A CN110406518 A CN 110406518A CN 201910625424 A CN201910625424 A CN 201910625424A CN 110406518 A CN110406518 A CN 110406518A
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施正堂
孙怡鹏
张赫
张兴龙
杨阳
张绍丹
陈汉涛
陈珍颖
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Abstract

本发明公开了一种电液耦合线控助力制动系统及方法。系统包括集成IBS设计的线控助力系统和电液耦合制动系统，线控助力系统包括踏板执行单元和建压单元，电液耦合制动系统包括ABS防抱死系统、液压制动器、轮毂电机驱动系统和液压制动器；踏板执行单元包括主缸和输入推杆；制动踏板和主缸内执行制动的活塞推杆之间在常态下不直接连接，实现全解耦，制动踏板是通过压力传感器检测数据传递到制动控制系统ECU中对制动进行动作。本发明缩短建压时间，能有效降低噪音，实现制动踏板和主缸推杆的全解耦，有效提高电机再生能量回收效率，降低整车能耗，最大化利用电机电磁制动实现整车制动需求，提高续航里程，提升车辆行的安全性和稳定性。

Description

电液耦合线控助力制动系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及新能源汽车制动系统的一种实现线控助力的电液耦合制动方案和一种采用分布式驱动系统的线控助力方案。
背景技术
随着国内环境污染以及能源危机的影响，越来越多的车企把产品开发重心放到新能源汽车领域。但新能源汽车由于没有发动机，制动的时候缺少真空源，往往需要匹配真空泵和真空助力器。该套系统具有占用体积大、真空泵工作时噪音大、响应时间慢和效率低等缺点。同时目前市面上的纯电动汽车多采用中央驱动的形式，由再生能量回收实现的电磁制动具有制动力小、效率低，以及没有和液压制动系统充分耦合等缺点。
随着新能源汽车的普及越来越广泛，如何集成线控助力系统，以及将驱动电机的电磁制动和传统的ABS防抱死系统耦合，实现高效能量回收和电液耦合制动，成为当前整车厂急需解决的问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种实现线控助力的电液耦合制动方案和一种采用分布式驱动系统的线控助力方案。
本发明采用的技术方案是：
一、一种电液耦合线控助力制动系统：
系统包括集成IBS(“Integrated Braking System”)设计的线控助力系统以及电液耦合制动系统，线控助力系统包括踏板执行单元和建压单元，电液耦合制动系统包括ABS防抱死系统、液压制动器、轮毂电机驱动系统和集成在轮毂电机驱动系统里的液压制动器；踏板执行单元包括制动液油壶、主缸和输入推杆，制动踏板连接到输入推杆的一端，输入推杆附近安装有用于检测输入推杆位移的位移传感器，输入推杆另一端安装在主缸内，并且输入推杆另一端和主缸内的活塞推杆的一端之间具有间隙，主缸内部安装有压力传感器，主缸内的活塞推杆另一端的输出端连接到ABS防抱死系统的ABS输入阀口。
本发明中，制动踏板和主缸内执行制动的活塞推杆之间在正常常态下并不直接连接，实现了制动踏板和主缸建压的全解耦，没有机械硬连接。制动踏板的动作是通过压力传感器检测数据传递到制动控制系统ECU中，对制动进行动作。
建压单元包括制动控制系统ECU、无刷电机和副缸，位移传感器和制动控制系统ECU通过低压线束连接，压力传感器和制动控制系统ECU通过低压线束连接，制动控制系统ECU和无刷电机通过低压线束连接，无刷电机输出端和副缸连接，制动控制系统ECU控制无刷电机工作带动副缸形成所需油压；制动液油壶底部设有制动液油壶出油口，制动液油壶出油口通过制动软管连接到建压单元的副缸的副缸进油口，建压单元的副缸的副缸出油口通过副缸制动硬管连接到踏板执行单元的主缸的主缸进油口，踏板执行单元的主缸的主缸出油口通过ABS制动硬管连接到ABS防抱死系统的ABS输入阀口，ABS输出阀口通过ABS制动硬管连接到液压制动器的制动轮缸输入端。
所述的线控助力系统的踏板执行单元和建压单元安装在整车前机舱内。
所述的制动踏板和踏板执行单元的输入推杆相连，输入推杆和踏板模拟单元连接，由踏板模拟单元对驾驶员所踩的制动踏板进行感知反馈。
所述的液压制动器安装于轮毂电机驱动系统中，和轮毂电机驱动系统内部的电机电磁制动部分共同工作。
轮毂电机驱动系统内部已经具有电机电磁制动部分和电机再生能量回收部分，电机电磁制动部分和电机再生能量回收部分实质均为同一电机线圈转子和定子构成的部分。电机的再生能量回收或电磁制动均为当整车制动时电机作为发电机的基本功能，其实是同一功能的不同角度的阐述。从能量流通的角度看，电流从电机到电池为再生能量回收；从整车制动的角度看，为电机的电磁制动。
所述的位移传感器采用数字式位移传感器，输出PWM波形，直接得到踏板位移的数字量。
本发明实现了制动踏板和主缸建压的全解耦，同时采用分布式驱动系统和ABS防抱死系统实现电液耦合制动，可以用于新能源汽车集成线控助力系统。
二、一种实现线控助力的电液耦合制动方法：
按照以下方法工作，工作过程如下：
1)当驾驶员松开车辆的油门踏板时，车辆进入滑行状态，此时轮毂电机驱动系统的电机再生能量回收部分不工作；
2)当驾驶员踩车辆的制动踏板时，轮毂电机驱动系统的电机再生能量回收部分工作，同时向整车提供电磁制动力：
若轮毂电机驱动系统的电机电磁制动部分提供的电磁制动力能满足整车制动需求，则完全依靠电磁制动实现整车制动，液压制动器不介入工作；
若轮毂电机驱动系统的电机电磁制动部分提供的电磁制动力不能满足整车制动需求，则不能完全依靠电磁制动实现整车制动，液压制动器介入和电磁制动共同工作提供制动力，由制动控制系统ECU运行根据轮毂电机驱动系统发送过来的数据信号控制液压制动器补充额外所需的制动力；
3)当驾驶员踩车辆的制动踏板且车速逐渐减小而小于预设的临界值时，首先电磁制动退出工作，再逐渐减小液压制动器提供的制动力，实现电液耦合制动；
4)当驾驶员踩车辆的制动踏板且车辆紧急制动、车轮发生抱死时，则此时电磁制动器退出工作：
若电磁制动退出工作后车轮不抱死，则通过调节液压制动器的制动压力实现整车制动；
若电磁制动退出工作后车轮依旧抱死，则ABS防抱死系统介入，降低液压制动器的制动液压力，减小车轮制动力，实现防抱死功能。
所述步骤2)中，由制动控制系统ECU运行根据轮毂电机驱动系统发送过来的数据信号控制液压制动器补充额外所需的制动力，具体为：
2.1)在驾驶员浅踩制动踏板的正常建压过程中，通过位移传感器检测输入推杆的位移量；制动控制系统ECU接收输入推杆的位移量生成整车所需的制动力，然后向建压单元发送建压信号，建压单元通过无刷电机带动副缸产生油液压力，油液压力经副缸制动硬管传递到主缸的主缸活塞而形成建立制动压力，并由压力传感器来监测主缸内的制动压力，将信号发送到制动控制系统ECU判断是否达到制动减速要求，并向制动控制系统ECU实时反馈控制建立的制动压力；
2.2)当建压单元失效时，在驾驶员深踩制动踏板后，输入推杆移动位移增大，输入推杆克服与主缸的活塞推杆之间的间隙后和主缸的活塞推杆接触硬连接，推动主缸的活塞推杆建立制动压力，实现制动，进而实现了电液制动的机械备份，此时相当于整车在没有助力情况下的液压制动。
本发明系统实现制动踏板和主缸推杆的全解耦，由建压单元通过电控给主缸建压。同时由制动控制系统ECU来分配电液耦合制动力，最大化利用电机再生能量回收提供的电磁制动力给整车制动，提高系统效率，降低整车能耗。如所需制动力大于电机电磁制动力，则ABS调节每个轮缸的制动液压力，实现电液耦合制动。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用IBS线控助力系统，替代传统的真空泵和真空助力器，采用无刷电机建立系统压力，缩短建压时间；同时有效降低前舱由于真空泵工作产生的噪音。
2、本发明IBS线控制动系统可以实现制动踏板和主缸推杆的全解耦，由踏板模拟器来模拟制动踏板感，实现线控制动功能，为无人驾驶提供技术支持。
3、本发明结合轮毂电机直驱系统，有效提高电机再生能量回收效率，降低整车能耗，提高续航里程。
4、本发明实现电液耦合制动，最大化利用电机电磁制动实现整车制动需求，ABS防抱死系统可以调节轮缸压力，防止车轮抱死，提升车辆行的安全性和稳定性。
附图说明
图1为线控助力和电液耦合制动系统的结构示意图。
图2为线控助力和电液耦合制动系统的连接示意图。
图3为线控助力系统踏板执行单元的结构示意图。
图4为线控助力系统建压单元的结构示意图。
图5为ABS防抱死系统结构示意图。
图中：1、踏板执行单元，2、建压单元，3、ABS防抱死系统，4、制动踏板，5、制动软管，6、副缸制动硬管，7、制动液油壶，8、制动液油壶出油口，9、主缸，10、主缸进油口，11、主缸出油口，12、输入推杆，13、踏板模拟单元，14、制动控制系统ECU，15、无刷电机，16、副缸进油口，17、副缸，18、副缸出油口，19、ABS输入阀口，20、ABS输出阀口，21、ABS制动硬管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，具体实施包括集成IBS“Integrated Braking System”设计的线控助力系统以及集成轮毂电机和ABS防抱死系统的电液耦合制动系统，线控助力系统包括踏板执行单元1和建压单元2，电液耦合制动系统包括ABS防抱死系统3、液压制动器(鼓式或盘式制动器)、轮毂电机驱动系统和集成在轮毂电机驱动系统里的液压制动器；
如图3所示，踏板执行单元1包括制动液油壶7、主缸9和输入推杆12，制动液油壶7置于主缸9顶面，踏板模拟单元13置于主缸9底面，制动踏板4连接到输入推杆12的一端，输入推杆12附近安装有用于检测输入推杆12位移量的位移传感器，输入推杆12另一端安装在主缸9内，并且输入推杆12另一端和主缸9内的活塞推杆的一端之间具有间隙形成第一油腔，主缸9内部安装有压力传感器，主缸9内活塞推杆的输出端的第二油腔连接到ABS防抱死系统3的ABS输入阀口19，主缸9内的活塞推杆为执行制动刹车的驱动动作部件；
如图4所示，建压单元2包括制动控制系统ECU14、无刷电机15和副缸17，位移传感器和制动控制系统ECU14通过低压线束连接，压力传感器和制动控制系统ECU14通过低压线束连接，制动控制系统ECU14和无刷电机15通过低压线束连接，无刷电机15输出端和副缸17连接，制动控制系统ECU14控制无刷电机15工作带动副缸17形成所需油压；
如图5所示，ABS防抱死系统3具有两个ABS输入阀口19和四个ABS输出阀口20。
制动液油壶7底部设有制动液油壶出油口8，制动液油壶出油口8通过制动软管5连接到建压单元2的副缸17的副缸进油口16，建压单元2的副缸17的副缸出油口18通过副缸制动硬管6连接到踏板执行单元1的主缸9的主缸进油口10，踏板执行单元1的主缸9的主缸出油口11通过ABS制动硬管21连接到ABS防抱死系统3的ABS输入阀口19，ABS输出阀口20通过ABS制动硬管21连接到车轮的液压制动器的制动轮缸输入端。
ABS防抱死系统3具有通过调节轮缸制动液压力，防止车轮抱死的功能。
线控助力系统的踏板执行单元1和建压单元2安装在整车前机舱内。ABS防抱死系统3安装于制动器分别和踏板执行单元1和建压单元2之间。
制动踏板4和踏板执行单元1的输入推杆12相连，输入推杆12和踏板模拟单元13连接，由踏板模拟单元13对驾驶员所踩的制动踏板4进行感知反馈。踏板模拟单元13具体为安装在踏板上的力反馈机构，对驾驶员所踩的踏板作一个力反馈，辅助进行踩下深度和速度感知。
整个系统按照以下方法工作，工作过程如下：
1)当驾驶员松开车辆的油门踏板时，车辆进入滑行状态，此时轮毂电机驱动系统的电机再生能量回收部分不工作，近似于传统驾驶模式的空挡滑行；
2)当驾驶员踩车辆的制动踏板4时，轮毂电机驱动系统的电机再生能量回收部分工作，同时向整车提供相应的电磁制动力：
若轮毂电机驱动系统的电机电磁制动部分提供的电磁制动力能满足整车制动需求，则完全依靠电磁制动实现整车制动，液压制动器不介入工作；
若轮毂电机驱动系统的电机电磁制动部分提供的电磁制动力不能满足整车制动需求，则不能完全依靠电磁制动实现整车制动，需要液压制动器介入和电磁制动共同工作提供制动力，由制动控制系统ECU14运行根据轮毂电机驱动系统发送过来的数据信号控制液压制动器补充额外所需的制动力，
具体是：通过制动控制系统ECU14根据轮毂电机驱动系统发送过来的数据信号计算出还需补充的制动力生成建压信号，根据建压信号控制液压制动器工作，将建压信号发送给建压单元2，建压单元2通过无刷电机15带动减速机构带动副缸17产生油液压力，油液压力经副缸制动硬管6传递到主缸9的主缸活塞而形成建立制动压力，把制动压力经过ABS常开阀压到每个轮缸内，制动液推动轮缸内的活塞使摩擦片和制动盘接触实现基础液压制动。
步骤2)中，具体为：
2.1)当驾驶员脚踩下制动踏板4后，在驾驶员浅踩制动踏板4的正常建压过程中，通过位移传感器检测输入推杆12的位移量；制动控制系统ECU14接收输入推杆12的位移量生成整车所需的制动力，具体是根据位移传感器检测到制动踏板4的移动深度和速度进行控制，然后向建压单元2发送建压信号，建压单元2通过无刷电机15带动减速机构带动副缸17产生油液压力，油液压力经副缸制动硬管6传递到主缸9的主缸活塞而形成建立制动压力，并由压力传感器来监测主缸9内的制动压力，将信号发送到制动控制系统ECU14判断是否达到制动减速要求，并向制动控制系统ECU14实时反馈控制建立的制动压力。
在驾驶员浅踩制动踏板4的正常建压过程中，输入推杆12和主缸9的活塞推杆之间是解耦的，没有机械硬连接。
踏板模拟单元13模拟制动踏板力，功能上完全取代传统的机械踏板和建压单元2的连接。整车将制动请求直接发送给制动控制系统ECU14，由ECU控制建压单元2建压，实现线控制动。
2.2)当建压单元2失效时，驾驶员会发现浅踩制动踏板4无效，然后会深踩制动踏板4，在驾驶员深踩制动踏板4后，输入推杆12移动位移增大，输入推杆12克服与主缸9的活塞推杆之间的间隙后和主缸9的活塞推杆接触硬连接，推动主缸9的活塞推杆建立制动压力，实现制动，进而实现了电液制动的机械备份，此时相当于整车在没有助力情况下的液压制动。
3)当驾驶员踩车辆的制动踏板4且车速逐渐减小而小于预设的临界值时，首先电磁制动退出工作，再逐渐减小液压制动器提供的制动力，实现电液耦合制动。
4)当驾驶员踩车辆的制动踏板4且车辆紧急制动、车轮发生抱死时，则此时电磁制动退出工作：
若电磁制动退出工作后车轮不抱死，则通过调节液压制动器的制动压力实现整车制动；
若电磁制动退出工作后车轮依旧抱死，则ABS防抱死系统3介入，通过内部减压阀降低液压制动器的制动液压力，减小车轮制动力，实现防抱死功能。
轮毂电机驱动系统具有电机再生能量回收的功能。由轮毂电机实现电磁制动，即再生能量回收功能。
由此，采用本发明系统的新能源汽车，由IBS线控助力系统替换传统的真空泵和真空助力器，实现制动踏板和主缸推杆的全解耦，实现线控制动。
当踩下制动踏板或向制动控制系统发送制动请求后，建压单元通过无刷电机带动减速机构来推动主缸活塞建立系统压力，实现液压制动。
同时将电机控制系统和制动控制系统深入耦合，分为以下三种情况：
当制动发生时，先由驱动轮毂电机的再生能量回收提供电磁制动力，若此时仍不能满足整车制动需求，再由液压制动补充额外所需的制动力。
当达到整车制动要求后，先退出电磁制动，后缓慢减小液压制动器的的液压制动力，实现电液耦合制动。
当紧急制动并发生车轮抱死时，通过ABS防抱死系统内部的减压阀来调节液压制动器的轮缸内部压力(液压制动力)，从而减小车轮制动力，实现防抱死功能。
采用以上方案，可以最大化利用驱动电机的再生能量回收，即利用电磁制动实现整车制动，有效提升整车系统效率，降低能耗。同时采用线控助力系统，可以提升制动系统的响应速度，减少系统建压时间，在车辆制动时提升整车操控的稳定性和安全性。

Claims (7)

1.一种电液耦合线控助力制动系统，其特征在于：包括集成IBS(“Integrated BrakingSystem”)设计的线控助力系统以及电液耦合制动系统，线控助力系统包括踏板执行单元(1)和建压单元(2)，电液耦合制动系统包括ABS防抱死系统(3)、液压制动器、轮毂电机驱动系统和集成在轮毂电机驱动系统里的液压制动器；
踏板执行单元(1)包括制动液油壶(7)、主缸(9)和输入推杆(12)，制动踏板(4)连接到输入推杆(12)的一端，输入推杆(12)附近安装有用于检测输入推杆(12)位移的位移传感器，输入推杆(12)另一端安装在主缸(9)内，并且输入推杆(12)另一端和主缸(9)内的活塞推杆的一端之间具有间隙，主缸(9)内部安装有压力传感器，主缸(9)的输出端连接到ABS防抱死系统(3)的ABS输入阀口(19)；
建压单元(2)包括制动控制系统ECU(14)、无刷电机(15)和副缸(17)，位移传感器和制动控制系统ECU(14)通过线束连接，压力传感器和制动控制系统ECU(14)通过线束连接，制动控制系统ECU(14)和无刷电机(15)通过线束连接，无刷电机(15)输出端和副缸(17)连接，制动控制系统ECU(14)控制无刷电机(15)工作带动副缸(17)形成所需油压；制动液油壶(7)底部设有制动液油壶出油口(8)，制动液油壶出油口(8)通过制动软管(5)连接到建压单元(2)的副缸(17)的副缸进油口(16)，建压单元(2)的副缸(17)的副缸出油口(18)通过副缸制动硬管(6)连接到踏板执行单元(1)的主缸(9)的主缸进油口(10)，踏板执行单元(1)的主缸(9)的主缸出油口(11)通过ABS制动硬管(21)连接到ABS防抱死系统(3)的ABS输入阀口(19)，ABS输出阀口(20)通过ABS制动硬管(21)连接到液压制动器的制动轮缸输入端。
2.根据权利要求1所述的一种电液耦合线控助力制动系统，其特征在于：
所述的线控助力系统的踏板执行单元(1)和建压单元(2)安装在整车前机舱内。
3.根据权利要求1所述的一种电液耦合线控助力制动系统，其特征在于：
所述的制动踏板(4)和踏板执行单元(1)的输入推杆(12)相连，输入推杆(12)和踏板模拟单元(13)连接，由踏板模拟单元(13)对驾驶员所踩的制动踏板(4)进行感知反馈。
4.根据权利要求1所述的一种电液耦合线控助力制动系统，其特征在于：
所述的液压制动器安装于轮毂电机驱动系统中，和轮毂电机驱动系统内部的电机电磁制动部分共同工作。
5.根据权利要求1所述的一种电液耦合线控助力制动系统，其特征在于：
所述的位移传感器采用数字式位移传感器。
6.应用于权利要求1-5任一所述系统的一种实现线控助力的电液耦合制动方法，其特征在于：按照以下方法工作，工作过程如下：
1)当驾驶员松开车辆的油门踏板时，车辆进入滑行状态，此时轮毂电机驱动系统的电机再生能量回收部分不工作；
2)当驾驶员踩车辆的制动踏板(4)时，轮毂电机驱动系统的电机再生能量回收部分工作，同时向整车提供电磁制动力：
若轮毂电机驱动系统的电机电磁制动部分提供的电磁制动力能满足整车制动需求，则完全依靠电磁制动实现整车制动，液压制动器不介入工作；
若轮毂电机驱动系统的电机电磁制动部分提供的电磁制动力不能满足整车制动需求，则不能完全依靠电磁制动实现整车制动，液压制动器介入和电磁制动共同工作提供制动力，由制动控制系统ECU(14)运行根据轮毂电机驱动系统发送过来的数据信号控制液压制动器补充额外所需的制动力；
3)当驾驶员踩车辆的制动踏板(4)且车速逐渐减小而小于预设的临界值时，首先电磁制动退出工作，再逐渐减小液压制动器提供的制动力，实现电液耦合制动；
4)当驾驶员踩车辆的制动踏板(4)且车辆紧急制动、车轮发生抱死时，则此时电磁制动器退出工作：
若电磁制动退出工作后车轮不抱死，则通过调节液压制动器的制动压力实现整车制动；
若电磁制动退出工作后车轮依旧抱死，则ABS防抱死系统(3)介入，降低液压制动器的制动液压力，减小车轮制动力，实现防抱死功能。
7.根据权利要求6所述的一种实现线控助力的电液耦合制动方法，其特征在于：所述步骤2)中，由制动控制系统ECU(14)运行根据轮毂电机驱动系统发送过来的数据信号控制液压制动器补充额外所需的制动力，具体为：
2.1)在驾驶员浅踩制动踏板(4)的正常建压过程中，通过位移传感器检测输入推杆(12)的位移量；制动控制系统ECU(14)接收输入推杆(12)的位移量生成整车所需的制动力，然后向建压单元(2)发送建压信号，建压单元(2)通过无刷电机(15)带动副缸(17)产生油液压力，油液压力经副缸制动硬管(6)传递到主缸(9)的主缸活塞而形成建立制动压力，并由压力传感器来监测主缸(9)内的制动压力，将信号发送到制动控制系统ECU(14)判断是否达到制动减速要求，并向制动控制系统ECU(14)实时反馈控制建立的制动压力；
2.2)当建压单元(2)失效时，在驾驶员深踩制动踏板(4)后，输入推杆(12)移动位移增大，输入推杆(12)克服与主缸(9)的活塞推杆之间的间隙后和主缸(9)的活塞推杆接触硬连接，推动主缸(9)的活塞推杆建立制动压力，实现制动，进而实现了电液制动的机械备份，此时相当于整车在没有助力情况下的液压制动。
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