CN110725880A - 具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆制动控制系统或其部件技术领域，具体涉及一种具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统。包括制动踏板、人力缸、制动控制器以及电源，还包括至少三个与制动控制器电连接的电动缸，电动缸分别通过制动管路与人力缸的排液孔相联接，电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路；制动控制器通过信号线分别与踏板行程传感器和压力传感器连接。电动缸包括壳体、与壳体连接的电机、缸体、传动机构以及滑动设置于壳体内部的活塞部。本发明具有结构紧凑、制动响应快、可实现驻车功能、失效防护能力可靠、制造成本低等优点，使汽车在制动时运动平稳性好，可靠性高。

Description

具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统

技术领域

本发明涉及车辆制动控制系统技术领域，具体涉及一种具有多种工作模式且能在短时间内实现制动并具备驻车功能的分布式制动系统。

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。随着无人物流配送车的发展，不再需要制动操纵装置、适用于ADS的自主制动系统已经提上议事日程。

为了提高制动的可靠性和行车安全性，汽车制动系统一般采用相互独立的多回路结构，以保证一个或多个回路发生故障而失效时其他正常回路仍能继续起制动作用。因此，专为ADS开发的自主制动系统不仅应考虑尽可能沿用传统的车轮制动器，还应考虑采用多回路冗余结构。

另一方面，电动汽车同样受到各国的广泛关注。2018年全球有多个国家相继发布了禁售燃油车的时间表，例如荷兰和挪威将在2025年禁售燃油车，印度也将在2030年禁止销售燃油车，而英国和法国也会在2040年全面禁售。中国也将在2035年全面停止销售燃油汽车。比较有可能取代燃油汽车的是电动汽车和燃料电池汽车等新能源汽车。为了增加新能源汽车的续航里程，制动能量回收被普遍采用。然而，现有制动系统并不满足制动能量回收的需要，即无法解决制动踏板感觉和制动能量回收之间的矛盾。其原因在于，现有制动系统是完全不解耦的。

此外，现有的各类机动车辆大多配置了行车制动系统与驻车制动系统两套系统，即现有的电动缸装置只能现实行车制动，而无驻车制动功能，车辆要实现驻车功能需在已有制动电动缸的基础上增加其他驻车机构，使得其结构和相应的控制较为复杂、成本较高。而对于行车制动和驻车制动，还要求一定的实际应用的可靠性。

因此，现有制动系统已不再适应智能汽车和新能源汽车的制动需要，须提出新型制动系统以满足其要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有自主制动、助力制动、线控制动、失效防护制动和人力备份制动等多种工作模式的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，以满足智能汽车的自主制动需要，同时支持新能源汽车的制动能量回收，即在不影响制动踏板感觉前提下实现制动能量回收最大化。

为了实现上述目的，本发明提供具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，包括制动踏板、人力缸、制动控制器以及电源，其特征在于，还包括至少三个与所述制动控制器电连接的电动缸，所述电动缸分别通过制动管路与所述人力缸的排液孔相联接，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；所述制动控制器通过信号线分别与踏板行程传感器和压力传感器连接，用来测量所述制动踏板的行程和所述人力缸的压力；

所述电动缸包括：壳体、与所述壳体连接的电机、缸体、传动机构及滑动设置于所述缸体内部的活塞部；

所述传动机构包括：

第一螺杆副，其设置于所述壳体内部；所述第一螺杆副包括与所述电机联接的第一螺杆以及与所述第一螺杆啮合并仅可沿轴向平动设置的第一螺母；

第二螺杆副，其包括套接于所述第一螺母外周的第二螺杆，以及与所述第二螺杆啮合并仅可沿轴向平动设置的第二螺母；所述第一螺母与所述第二螺母上插接有转动限制元件；且所述第一螺杆副的导程比第二螺杆副的导程小，所述第一螺母沿轴向平动的速度大于所述第二螺母沿轴向平动的速度；

行星齿轮机构，其包括与所述第一螺杆连接的太阳轮以及与所述第二螺杆连接的行星架。

进一步地，所述转动限制元件为转动限制元件；所述第二螺母上开设有通孔，所述第一螺母上开设有槽，所述转动限制元件沿所述壳体的径向依次穿过所述壳体与所述通孔，直至与所述第一螺母上的槽滑动配合。所述转动限制元件限制所述第一螺母与所述第二螺母的转动，将转动转化为平动。

进一步地，所述太阳轮套接于所述第一螺杆外周，所述行星齿轮机构还包括与所述太阳轮啮合的行星轮，所述行星架套接于所述行星轮中心轴上；所述行星齿轮机构还包括套接于所述行星轮外周并与其啮合的内齿圈；所述行星架通过轴承套接于所述第一螺杆外周。所述行星轮的数量至少为1个。所述轴承包括设置于其外周的套筒以及分别设置于其两端面的左轴用挡圈及右轴用挡圈。

进一步地，所述行星轮的轴心位置处穿接有圆柱销，所述圆柱销依次穿接于所述行星轮、所述行星架以及所述第二螺杆。通过所述圆柱销带动所述第二螺杆转动。

进一步地，所述活塞部包括滑动设置于所述缸体内的活塞，所述活塞包括前活塞及与所述前活塞相贴合的后活塞；所述前活塞远离所述电机的端面及所述缸体的内侧壁之间设置有弹性复位件。进一步地，所述前活塞远离所述电机的端面中心位置设置有凸起，所述弹性复位件的一端套接于该凸起上。所述后活塞与所述第一螺杆副及所述第二螺杆副抵靠配合。

进一步地，所述缸体的上方内壁上沿径向开设有供液孔，所述缸体的下方内壁上沿径向开设有排液孔；所述前活塞外周设置有皮碗，所述皮碗与所述供液孔配合；所述供液孔与所述人力缸连通。所述壳体与所述缸体衔接处设置有密封圈。所述皮碗设置于所述前活塞靠近弹性复位件的一端，且所述后活塞外周远离该皮碗方向的一端设置有密封皮碗。

进一步地，所述前活塞远离所述电机的端面与所述缸体形成第一腔体，所述后活塞与所述前活塞相贴处的外周面向内凹陷，使所述活塞与所述缸体的内壁之间形成第二腔体。通过所述活塞上设置的皮碗与密封皮碗，使得所述壳体与所述缸体相对密封。所述弹性复位件设置于该第一腔体内，所述第二腔体位于所述皮碗与所述密封皮碗之间。

初始位置时，所述第一螺母与所述活塞之间存在小于所述槽的长度的预设间隙，所述第二螺母抵顶于所述后活塞端面，所述圆柱销压靠于所述槽与所述通孔的左端内侧壁；所述皮碗轴向轴向位于所述排液孔和所述供液孔之间，所述第一腔体与所述排液孔相连通。

自锁位置时，所述第一螺母抵顶于所述后活塞的端面，所述第二螺母与所述后活塞未接触；所述第一腔体与所述排液孔连通。

所述第一螺杆为单头螺杆，有自锁功能；所述第二螺杆为多头螺杆，无自锁功能。

进一步地，所述电机与所述内齿圈及所述壳体依次通过螺栓连接。

由此，电机输出转矩通过联轴器带动第一螺杆从而带动第一螺母，并带动行星齿轮机构转动从而带动第二螺杆与第二螺母，通过转动限制元件将两个螺母的转动转化为平动；行车制动状态时第二螺母推动后活塞于前活塞输出制动压力实现制动，自锁状态时，第一螺杆副的导程比第二螺杆副小，但通过行星齿轮机构的减速作用使得第一螺杆的转速比第二螺杆高，使得第一螺母的平动速度快于第二螺母，因此第一螺母推动后活塞于前活塞实现制动，且电机断电时因第一螺杆副的自锁作用。

进一步地，所述人力缸包括：

储液罐、与所述储液罐连通的人力缸缸体、滑动设置于所述人力缸缸体内的活塞组件以及用于驱动所述活塞组件滑动的齿条，所述齿条与所述制动踏板通过推动杆连接，所述齿条与所述活塞组件之间有一空行程；所述人力缸还包括与所述人力缸缸体连接的端盖，所述端盖内还设置有与所述齿条啮合的齿轮，所述齿轮绕自身轴线的转动经所述踏板行程传感器输出转角信号。

进一步地，所述活塞组件包括沿其滑动方向设置的第一前活塞与第二前活塞、与所述第一前活塞连接且与所述齿条配合的第一后活塞以及用于连接所述第二前活塞与第一后活塞的第二后活塞，所述第一前活塞、第一后活塞以及所述人力缸缸体的内壁之间形成有第一腔体，所述第一前活塞、第二后活塞以及所述人力缸缸体的内壁之间形成有第二腔体，所述第二后活塞、第二前活塞以及所述人力缸缸体的内壁之间形成有第三腔体，所述第二前活塞与所述人力缸缸体的内壁之间形成有第四腔体。

进一步地，所述人力缸缸体上开设有：连通所述储液罐与所述第一腔体的第一供液孔、连通所述储液罐与所述第二腔体的第一补偿孔、连通所述储液罐与所述第三腔体第二供液孔、连通所述储液罐与所述第四腔体的第二补偿孔、连通所述第二腔体的第一排液孔以及连通所述第四腔体的第二排液孔。

进一步地，所述第一前活塞上设置有第一前皮碗，所述第二前活塞上设置有第二前皮碗，所述第一前活塞与第二后活塞之间设置有第一弹性件，所述第二前活塞与所述人力缸缸体的内壁之间设置有第二弹性件，所述第一后活塞与所述第二后活塞滑动连接，所述第一弹性件处于预压状态下时，所述第一前皮碗位于所述第一供液孔与第一补偿孔之间，所述第二弹性件处于预压状态下时，所述第二前皮碗处于所述第二供液孔与第二补偿孔之间；所述第一弹性件的弹性系数大于所述第二弹性件的弹性系数。

进一步地，所述齿条与所述人力缸缸体的内壁之间设置有弹性件，所述第一后活塞朝向所述齿条的一侧开设有插孔，所述齿条上具有与所述插孔相插接配合的抵顶部；所述弹性件处于预压状态下时，所述抵顶部的端面与所述插孔的底面之间存在所述空行程；所述插孔为圆柱孔，所述圆柱孔的底面为内凹的球面状，所述抵顶部为圆柱，所述端面为凸出的球面状。

进一步地，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，所述第一电动缸与第一制动器通过制动管路连通形成第一制动回路，所述第二电动缸与第二制动器通过制动管路连通形成第二制动回路，所述第三电动缸与第三制动器通过制动管路连通形成第三制动回路，所述第四电动缸与第四制动器通过制动管路连通形成第四制动回路。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

1.本发明从控制器接收信号到驱动伺服电机旋转(伺服电机的动态响应快)，由电机经传动装置直接驱动电动缸的活塞，建压时间短、制动响应快，具有高动态制动压力调节特性；

2.本发明可实现理想的前、后制动器制动力分配；

3.本发明因采用四个相互独立且互为冗余的电液自主制动回路，故制动系统的可靠性高、失效防护能力强；

4.本发明的人力缸小行程线控使得制动系统在不影响驾驶员制动踏板感觉前提下支持制动能量回收最大化的需求；

5.本发明提供失效人力备份制动，进一步提高了制动系统的可靠性和行车安全性；

6.本发明利用单头螺杆副的自锁作用实现驻车制动，适用于无人物流配送车或普通驾驶车辆的驻车制动要求，其结构简单、成本低、布置方便；

7.本发明传动装置采用行星齿轮结构，增大了传动比，进而增大了螺母行程，产生的制动压力也更大。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的结构示意图二；

图3为本发明中的人力缸及其操纵装置结构示意图；

图4为本发明中的电动缸的结构示意图；

图5为本发明中的双腔电动缸的缸体部分的结构示意图。

图中各部件标号为：1-制动踏板；2-支承销；3-踏板行程传感器；4-人力缸；5-压力传感器；6-电源；7-制动控制器；8a-第一电动缸；8b-第二电动缸；8c-第三电动缸；8d-第四电动缸；9-第一制动器；10-第二制动器；11-第三制动器；12-第四制动器；

401-推动杆；402-螺母；403-齿条；404-端盖；405-齿轮；406-弹性件；407-限位销；408-第一缸体；409-第一后活塞；410-第一后皮碗；411-密封圈；412-第一前皮碗；413-第一前活塞；414-前螺栓；415-第一弹性件；416-第二后活塞；417-第二后皮碗；418-第二前活塞；419-第二前皮碗；420-后螺栓；421-第二弹性件；422-第二缸体；423-储液罐；B-插孔；C-抵顶部；S-空行程；A1-第一腔体；A2-第三腔体；D1-第二腔体；D2-第四腔体；B1-第一供液孔；B2-第二供液孔；C1-第一补偿孔；C2-第二补偿孔；E1-第一出液孔；E2-第二出液孔；

101-电机，102-联轴器，103-太阳轮，104-行星轮，105-内齿圈，106-圆柱销，107-行星架，108-第二螺杆，109-第二螺母，110-转动限制元件，112-右轴用挡圈，113-套筒，114-轴承，115-左轴用挡圈，116-第一螺杆，117-第一螺母，118-壳体，119-密封圈，120-后活塞，121-皮碗，122-弹性复位件，123-缸体，124-前活塞，A-第二腔体，F-供液孔，D-第一腔体，E-排液孔；

212-第一活塞，213-第一皮碗，214-连接件，216-第一弹性件，217-电动缸缸体，218-第二皮碗，219-第二活塞，220-第二弹性件，221-限位销，222-限位孔，214a-横杆，214b-隔板，A21-第五腔体，B21-第一供液孔，B22-第二供液孔，D21-第六腔体，D22-第七腔体，E21-第一排液孔，E22-第二排液孔。

图1与图2中，虚线表示信号线和电源线；粗实线表示制动管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，主要包括制动踏板1、人力缸4、制动控制器7以及电源6，还包括至少三个与所述制动控制器2电连接的电动缸，所述电动缸分别通过制动管路与所述人力缸4的排液孔416相联接，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。所述制动控制器7通过信号线分别与踏板行程传感器3和压力传感器5连接，用来测量所述制动踏板1的行程和所述人力缸4的压力；所述制动踏板1通过所述支承销2与所述人力缸4联接；所述制动控制器7通过电源线与所述电源6以及所述电动缸的电机101连接。

人力缸4与电动缸的连接方式有多种。参照图1，作为其中一种方式，人力缸4其中一回路与汽车的第一车轮制动器9和第四车轮制动器12所联接的电动缸连接，人力缸4的另一回路与汽车的第二车轮制动器10和第三车轮制动器11所联接的电动缸连接，即X型回路。参照图2，作为第二种方式，人力缸4其中一回路与汽车的两个前轮制动器所联接的电动缸连接，人力缸4的另一回路与汽车的两个后轮制动器所联接的电动缸连接，即形成H型回路。这两种形式的回路均可达到本发明的目的。

如图1与图3所示，于本实施例中，所述第一电动缸8a与第一制动器9通过制动管路连通形成第一制动回路，所述第二电动缸8b与第二制动器10通过制动管路连通形成第二制动回路，所述第三电动缸8c与第三制动器11通过制动管路连通形成第三制动回路，所述第四电动缸8d与第四制动器12通过制动管路连通形成第四制动回路；所述第一电动缸8a、第二电动缸8b、第三电动缸8c、第四电动缸8d分别通过制动管路与所述人力缸4的排液孔416相联接，分别通过信号线与所述制动控制器2连接。

于本实施例中，第一电动缸8a、第二电动缸8b、第三电动缸8c、第四电动缸8d采用如图4所示的相同结构，包括壳体118及与其连接的电机101、与壳体118固定连接的缸体123，还包括：设置于壳体118内部并与电机101联接的第一螺杆116、与第一螺杆116转动配合的第一螺母117、与第一螺杆116转动配合的行星齿轮机构、与行星齿轮机构连接的第二螺杆108及第二螺母109，以及设置于壳体118内部的活塞部；第一螺杆116与第一螺母117套接于传动组件的内部。电机101通过螺栓与壳体118固接。第一螺杆116通过联轴器102与电机101的输出轴联接；第一螺杆116轴向套接于第一螺母117的内部。

行星齿轮机构包括固接于第一螺杆116外周的太阳轮103、与太阳轮103啮合的行星轮104、套接于行星轮104中心轴上的行星架107以及套接于行星轮104外周并与其啮合的内齿圈105。于本实施例中行星轮104的数量为3个，于其他实施例中行星轮104的数量可超过3个。行星轮104中心轴位置处穿接有圆柱销106，行星架107套接于圆柱销106穿出行星轮104部分的外周上；于本实施例中，行星架107通过一对轴承114套接于第一螺杆116外周，于其他实施例中轴承114的数量可为一个或其它适合的数量。轴承114包括设置于其外周的套筒113以及分别设置于其两端面的左轴用挡圈115及右轴用挡圈112。

第二螺杆108与圆柱销106穿出行星轮104的部分连接，第二螺母109套接于第二螺杆108外周并与其啮合；第二螺母109沿径向插接有转动限制元件110，转动限制元件110穿过壳体118及第二螺母109表面开设的通孔，且与第一螺母117表面开设的槽滑动配合。通过圆柱销106带动第二螺杆108；转动限制元件110限制第一螺母117与第二螺母109的转动，将转动转化为平动。于本实施例中转动限制元件为导向销。

活塞部包括滑动设置于缸体123内的活塞，该活塞包括前活塞124与后活塞120，前活塞124外周靠近弹性复位件122的一端设置有皮碗121，以及后活塞120外周远离该皮碗121方向的一端设置的密封皮碗，前活塞124远离电机101的端面及缸体123的内侧壁之间设置有弹性复位件122。进一步地，前活塞124远离电机101的端面中心位置设置有凸起，弹性复位件122的一端套接于该凸起上。于本实施例中弹性复位件122为弹簧，于其他实施例中弹性复位件可以是弹片等弹性件或其它具有复位功能的元件。进一步地，第二螺母109的伸出端与后活塞120靠近电机101的端面抵接。即可通过此处抵接实现第二螺母109与后活塞120之间的往复工作状态。

缸体123的上方内壁上沿径向开设有与皮碗121配合的供液孔F，缸体123的下方内壁上沿径向开设有排液孔E。壳体118与缸体123衔接处设置有密封圈119，紧固后密封圈119被压紧在接合面处起密封作用。供液孔F与人力缸4相连通。

前活塞124左端面与缸体123形成通过排液孔E连通相应车轮制动器的第一腔体D，后活塞120与前活塞124相贴处的外周面向内凹陷，使活塞与缸体123的内壁之间形成第二腔体A。通过前活塞124上设置的皮碗121，使得壳体118与缸体123相对密封。弹性复位件122设置于该第一腔体D内。

如图3所示，人力缸4包括储液罐423、与储液罐423连通的人力缸缸体、滑动设置于人力缸缸体内的活塞组件以及用于驱动活塞组件滑动的齿条403，齿条403与制动踏板1通过推动杆401连接，推动杆401与制动踏板1通过支承销2连接。在本实施例中，推动杆401与齿条403通过螺母402连接。齿条403与活塞组件之间有一空行程S。

人力缸4还包括与人力缸缸体连接的端盖404，端盖404内还设置有与齿条403啮合的齿轮405，齿轮405绕自身轴线的转动经踏板行程传感器3输出转角信号。在本实施例中，人力缸包括第一缸体408与第二缸体422，其为固定连接且相连通，并在连接处设置密封圈411。

具体的，活塞组件包括沿其滑动方向设置的第一前活塞413与第二前活塞418、与第一前活塞413连接且与齿条403配合的第一后活塞409以及用于连接第二前活塞418与第一后活塞409的第二后活塞416。第一前活塞413与第一后活塞409通过前螺栓414固定连接，第一前活塞413与第一后活塞409同步运动。第二前活塞418与第二后活塞416通过后螺栓420固定连接，第二前活塞418与第二后活塞416同步运动。第一后活塞409与第二后活塞416应当为滑动连接，在本实施例中，通过在第一后活塞409上设置伸出的杆件，在第二后活塞416上开设供杆件滑动配合孔来实现。

第一前活塞413、第一后活塞409以及第一缸体408的内壁之间形成有第一腔体A1，第一前活塞413、第二后活塞416以及第二缸体422的内壁之间形成有第二腔体D1，第二后活塞416、第二前活塞418以及第二缸体422的内壁之间形成有第三腔体A2，第二前活塞418与第二缸体422的内壁之间形成有第四腔体D2；

人力缸缸体上开设有：连通储液罐423与第一腔体A1的第一供液孔B1、连通储液罐423与第二腔体D1的第一补偿孔C1、连通储液罐423与第三腔体A2第二供液孔B2、连通储液罐423与第四腔体D2的第二补偿孔C2、连通第二腔体D1的第一排液孔E1以及连通第四腔体D2的第二排液孔E2；

第一前活塞413上设置有第一前皮碗412，第二前活塞418上设置有第二前皮碗419，第一前活塞413与第二后活塞416之间设置有第一弹性件415，第二前活塞418与人力缸缸体的内壁之间设置有第二弹性件421，第一后活塞409与第二后活塞416滑动连接，第一弹性件415处于预压状态下时，第一前皮碗412位于第一供液孔B1与第一补偿孔C1之间，第二弹性件421处于预压状态下时，第二前皮碗419处于第二供液孔B2与第二补偿孔C2之间。同时，人力缸缸体上还设置有限位销407，当第一弹性件415与第二弹性件421处于预压状态下时，第一后活塞409抵靠与限位销407上。第一后活塞409与第二后活塞416上分别设置有第一后皮碗411与第二后皮碗417。

作为较好的实施例，第一弹性件415的弹性系数大于第二弹性件421的弹性系数。齿条403与人力缸缸体的内壁之间设置有弹性件406，在本实施例中，弹性件406为锥形弹簧。第一后活塞409朝向齿条403的一侧开设有插孔B，齿条403上具有与插孔B相插接配合的抵顶部C；弹性件406处于预压状态下时，抵顶部C的端面与插孔B的底面之间存在空行程S。具体设计为，插孔B为圆柱孔，圆柱孔的底面为内凹的球面状，抵顶部C为圆柱，端面为凸出的球面状。抵顶部C的球面移动至与内凹的球面相接触之间的这段距离变为空行程S。

于本实施例中，所述制动控制器7还通过信号线与图1中所示其它电控系统(例如防抱死制动系统或智能驾驶汽车控制系统)连接。

于本实施例中，所述制动控制器7根据所述踏板行程传感器3测得的位移或者其它电控系统的制动请求，控制所述电机101工作以便向相应的制动器输出制动压力。驾驶员制动需求通常通过所述踏板行程传感器3来反映。

本发明的工作状态分为行车制动工况与自锁制动工况，其工作原理分别为：

行车制动工况：

如图4所示，汽车内部的控制器接收制动信号驱动电机101旋转，通过联轴器102、太阳轮103、行星轮104带动行星架107转动，进而通过圆柱销106带动第二螺杆108转动，转动限制元件110限制第二螺母109转动，并将第二螺杆109的转动转换成第二螺母109的平动，从而推动后活塞120于前活塞124向左移动，挤压第一腔体D的制动液，从排液孔E输出制动压力。

制动需要解除时，驱动电机101断电，制动压力及弹性复位件122的回位力推动前活塞124与后活塞120、大螺母109一起向右平动，第二螺杆副是多头螺杆副无法自锁，直至第二螺母109回归至初始位置。

自锁工况：

控制器接收自锁信号驱动电机101旋转，通过联轴器102带动第一螺杆116快速转动，转动限制元件110限制第一螺母117转动，将第一螺杆116的转动转换成第一螺母117的平动。第一螺杆副比第二螺杆副的导程小，但第一螺杆116的转速高，综合则第一螺母117平移速度比第二螺母109快；至第二螺母109推动后活塞120与前活塞124产生最大压力时，第一螺母117克服初始间隙△X与第二螺母109左端面平齐。电机101继续转动，第一螺母117会推动后活塞120于前活塞124向左移动一段小距离，第二螺母109左端面与活塞120脱离接触，此时电机101断电，制动压力通过前活塞124与后活塞120作用在第一螺母117上，且第一螺杆为单头螺杆，由于单头螺杆的自锁作用，会维持活塞位置不变，保持电动缸输出压力，实现驻车。

于本实施例中，本发明的具有高动态特性制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，在行车制动工况下主要包括以下几种工作模式，线控制动、助力制动、自主制动、失效防护制动和失效人力备份制动等。下面对制动系统的各个工作模式工作过程进行说明。

1、线控制动模式下的制动控制方法和工作过程

如图3所示，制动踏板1的行程较小时，系统工作于线控制动模式。踩下制动踏板1时，空行程S(参见图3)逐渐减小。空行程S未完全消除时，踏板力不会传到活塞组件，即制动踏板1与人力缸4以及各车轮制动器处于解耦状态。

如图4所示，在小踏板行程的线控制动模式下，第一制动器9、第二制动器10、第三制动器11、第四制动器12所需的制动力通常由第一电动缸8a、第二电动缸8b、第三电动缸8c、第四电动缸8d分别提供。具体工作过程为：制动控制器7接收到踏板行程传感器3的信号后计算所需的制动力及电机101的目标电流，并向电机101发送指令使它们转动并输出转矩，经联轴器102带动第一螺杆副，并通过行星齿轮机构带动第二螺杆副，使第二螺母109向左平移；最终第二螺母109推动后活塞120与前活塞124一起沿轴向移动使得第一腔体D体积减小，则输出压力经排液孔E和制动管路至各制动器入口；若松开制动踏板，则此过程中踏板行程传感器3测得的踏板行程减小，制动控制器7据此减小电机101的目标电流，电机101的转矩以及作用于第二螺母109和前活塞124与后活塞120上的推力皆随之减小，由于此时前活塞124位于第一腔体D一侧的端面受力更大，前活塞124与后活塞120连同第二螺母109一起沿轴向右移，第一腔体D体积增大从而制动器压力下降，第二螺杆108、联轴器102以及电机101被迫反转；若制动踏板1完全松开，则制动解除，此时踏板行程传感器3测得的踏板行程为零，制动控制器7据此令电机101停止工作，第二螺母109在弹性复位件122作用下连同前活塞124与后活塞120反向移动回到初始位置，制动器的制动解除。

2、助力制动模式下的制动控制方法和工作过程

如图1或图2所示，当制动踏板行程增大到使空行程S消除并进一步加大制动踏板行程，踏板力可直接传到人力缸4的活塞组件上并使人力缸4有压力输出，该压力经制动管路最终作用于车轮制动器；助力制动的开始阶段，制动控制器驱动电动缸工作，并最终推动活塞；此时，作用于活塞上的力既包括经人力缸和制动管路传递的踏板力，又包括电机力，在踏板力和电机转矩的共同作用下活塞沿轴向移动，产生的压力经制动管路输出至相应制动器，从而实现助力制动；助力制动模式下若松开制动踏板1，踏板力减小，且踏板行程传感器3测得的踏板行程减小，制动控制器7据此减小电动缸的目标电流，因此车轮制动器压力随之下降；若助力制动模式下制动踏板1松开得足够多而导致空行程>0，则系统由助力制动模式切换为线控制动模式。

3、自主制动模式下的制动控制方法和工作过程

如图1或图2所示，制动控制器7接收到来自其它电控系统的制动请求时，系统工作于自主制动模式。如图4所示，自主制动模式下的具体工作过程为：制动控制器7根据接收到的来自其它电控系统的制动请求计算出电机101的目标转矩，然后分别向各电机101发出转矩命令，控制各电动缸工作，从而对制动器实施自主制动；线控制动模式下的控制依据是踏板行程的大小，而自主制动模式下的控制依据是来自其它电控系统的制动请求，除此之外两种模式下的工作过程是相同的。

4、失效防护制动模式下的制动控制方法和工作过程

当一个制动回路出现故障时，系统工作于失效防护制动模式。

如图1或图2所示，制动控制器7检测到系统出现一个制动回路失效时，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；此时，制动控制器7根据踏板行程传感器信号或来自其它电控系统的制动请求首先计算目标制动力，然后将其分配给未失效制动回路的各制动器，再控制未失效制动回路的电动缸输出转矩，从而实现失效防护制动。在确定失效防护制动模式下各制动器的目标制动力时，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等模式相同。

5、失效人力备份制动模式下的工作过程

如图4所示，若制动系统因任何故障导致其电控制动功能完全丧失，即四个制动回路都无法依靠电机101工作产生有效制动作用，则可以实施人力备份制动。失效人力备份制动模式下，若驾驶员踩下制动踏板1，踏板力经由支承销2、推动杆401和齿条403推动人力缸4的活塞组件，人力缸4建立起的制动压力经制动管路传至第二腔体A，此时后活塞120因与第二螺母109抵接而无法向第二螺母109方向移动，则制动压力推动前活塞124向弹性复位件122方向移动将制动压力从排液孔E排出，经制动管路传递至相应车轮制动器中，从而施加人力备份制动。

实施例二

实施例一中的电动缸还可以设置为本实施例中的双腔电动缸；双腔电动缸的缸体217部分如图5所示，其它部分与实施例一一致。

如图5所示，本实施例中的电动缸为双腔电动缸。电动缸缸体217内滑动设置有活塞部，该活塞部包括沿其滑动方向设置的第一活塞212与第二活塞219以及用于连接第一活塞212与第二活塞219的连接件214，第一活塞212、电动缸缸体217的内壁及连接件214之间形成第五腔体A21，第二活塞219与电动缸缸体217的内壁形成第七腔体D22。

具体的，电动缸缸体217内设置有第一弹性件216和第二弹性件220，第一弹性件216设置在连接件214与第一活塞212之间，第二弹性件220设置在电动缸缸体217与第二活塞219之间，第一活塞212与连接件214滑动连接；第一活塞212与电动缸缸体217的内壁形成第三腔体A21，连接件214包括用于隔离第六腔体D21与第七腔体D22的隔板214b以及沿隔板214b的两侧向外延伸且连接至第一活塞212与第二活塞219的横杆214a。

隔板214b的规格应当与电动缸缸体217的规格适配，即不能有油液通过，在本实施例中，在隔板214b上也增设有皮碗。横杆214a贯穿隔板214b且其一端与第二活塞219螺纹连接接，另一端与第一活塞212滑动连接。

采用上述结构后的工作原理为：在电机101的作用下，第一活塞212会受到一个向左的力，由于第一弹性件216与第二弹性件220的存在，使得对第一弹性件216与第二弹性件220的压力始终处于平衡状态。即当第一弹性件216与第二弹性件220在力的作用下可以使得活塞部同时向左运动时，第一弹性件216会再次压缩，反作用力也会增大，此时，第二弹性件220也会随着压缩。

在本实施例中，第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数。由于第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数，那么在初始阶段，第一活塞212与第二活塞119均会在力的作用下一起向左运动，并且压缩第二弹性件220，而第一弹性件216不会因力作用而进一步压缩；在第二弹性件220的压缩过程中，其弹力会渐渐变大，直至大于第一弹性件216形变所需的力，此时第一弹性件216便会进行压缩，继续持续上述工作，使得第一弹性件216与第二弹性件220一直处于平衡状态，实现对第六腔体D21腔与第七腔体D22的压力建立。

在本实施例中，第一活塞212上设置有限位销221，横杆214a上开设有与限位销221配合的限位孔222，限位销221与限位孔222均是沿水平方向设置，即沿活塞部的滑动方向设置。第一活塞212通过限位销221和限位孔222与横杆214a滑动连接。当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，限位销221会在第一活塞213的带动下沿限位孔222向左运动，而第二活塞219不动；当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，整个活塞部同时向左运动。第一活塞212上设置有第一皮碗213，第二活塞219上设置有第二皮碗118。

电动缸缸体217上开设有：连通人力缸4与第五腔体A21的第一供液孔B21，连通第六腔体D21的第一排液孔E21，连通人力缸4的第二供液孔B22，连通第七腔体D22的第二排液孔E22。

第一弹性件216处于预压状态时，第一皮碗213轴向位于第一排液孔E21和第一供液孔B21之间，第二弹性件220处于预压状态下时，第二皮碗218轴向位于第二排液孔E22和第二供液孔B22之间。

这里的预压状态是指，在弹性件不受到外力的作用时，根据其所在位置处于的一种初始状态。

本实施例的工作原理是，在电机的作用下，如图5所示，第一活塞212会受到一个向左的力，由于第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数，那么在初始阶段，第一活塞213与第二活塞219均会在力的作用下一起向左运动，并且压缩第二弹性件220，而第一弹性件216不会受到力的作用；在第二弹性件220的压缩过程中，其弹力会渐渐变大，直至大于第一弹性件216形变所需的力，此时第一弹性件216便会进行压缩，继续持续上述工作，使得第一弹性件216与第二弹性件220一直处于平衡状态。第六腔体D21与第七腔体D22内建立高压，通过第一排液孔E21与第二排液孔E22将油液排出对汽车进行制动。

于本实施例中，第一活塞212与实施例一中的第二螺母109及第一螺母117相抵靠配合，即第一活塞212可在第二螺母及第一螺母的推动下轴向移动。

本实施例中，第一排液孔E21及第二排液孔E22于电动缸缸体217外部与同一制动管路连通，如图1与图2所示该制动管路分别对应的车轮制动器连通。

于本实施例中的行车制动工况、驻车制动工况、自主制动、失效防护制动及失效人力备份制动中，需要输出或加大制动压力时，最终均通过连杆推动第一活塞212与第二活塞219，第六腔体D21与第七腔体D22内建立高压，通过第一排液孔E21与第二排液孔E22将油液排出实现制动压力的输出或增大；且其中助力制动和失效人力备份制动鼓模式下，踏板力通过人力缸4、制动管路、第一供液孔B21及第二供液孔B22最终作用于第一活塞212与第二活塞219，第六腔体D21与第七腔体D22内建立高压，通过第一排液孔E21与第二排液孔E22将油液排出，实现助力制动或失效人力备份制动。

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)

1.一种具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，包括制动踏板(1)、人力缸(4)、制动控制器(7)以及电源(6)，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，所述电动缸分别通过制动管路与所述人力缸(4)的排液孔(416)相联接，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；

所述制动控制器(7)通过信号线分别与踏板行程传感器(3)和压力传感器(5)连接，用来测量所述制动踏板(1)的行程和所述人力缸(4)的压力。

所述电动缸包括壳体(118)、与所述壳体(118)连接的电机(101)、缸体(123)、传动机构以及滑动设置于所述壳体(118)内部的活塞部，所述传动机构包括：

第一螺杆副，其设置于所述壳体(118)内部；所述第一螺杆副包括与所述电机(101)联接的第一螺杆(116)以及与所述第一螺杆(116)啮合并仅可沿轴向平动设置的第一螺母(117)；

第二螺杆副，其包括套接于所述第一螺母(117)外周的第二螺杆(108)，以及与所述第二螺杆(108)啮合并仅可沿轴向平动设置的第二螺母(109)；

行星齿轮机构，其设置用于所述第一螺杆(116)以及所述第二螺杆(108)的传动；

所述传动机构具有初始位置和自锁位置，在初始位置时，所述第二螺母(109)与所述活塞部相抵顶，所述第一螺母(117)与所述活塞部相分离；在自锁位置时，所述第一螺母(117)与所述活塞部相抵顶，所述第二螺母(109)与所述活塞部相分离。

2.根据权利要求1所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述第一螺母(117)沿轴向平动的速度大于所述第二螺母(109)沿轴向平动的速度。

3.根据权利要求1所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述活塞部包括滑动设置于所述缸体(123)内的活塞，所述活塞包括前活塞(124)及与所述前活塞(124)相贴合的后活塞(120)，所述前活塞(124)与所述后活塞(120)滑动设置于所述缸体(123)内，所述缸体(123)的内侧壁与所述前活塞(124)之间设置有弹性复位件(122)；所述缸体(123)开设有供液孔(F)及排液孔(E)；所述前活塞(124)外周设置有皮碗(121)，在所述弹性复位件(122)处于预压状态时，所述皮碗(121)轴向位于所述排液孔(E)和供液孔(F)之间；所述前活塞(124)远离所述电机(101)的端面与所述缸体(123)形成第一腔体(D)，所述排液孔(E)与所述第一腔体(D)连通；所述后活塞(120)与所述前活塞(124)相贴处的外周面向内凹陷，使所述活塞与所述缸体(123)的内壁之间形成第二腔体(A)，所述供液孔(F)与所述第二腔体(A)连通。

4.根据权利要求1所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述行星齿轮机构包括太阳轮(103)、行星轮(104)、内齿圈(105)和套接于所述第一螺杆(116)外周的行星架(107)，所述内齿圈(105)固接在所述壳体(118)上；所述主动件为固定套接于所述第一螺杆(116)外周的所述太阳轮(103)，所述从动件为与所述第二螺杆(108)固接并同步转动设置的所述行星架(107)。

5.根据权利要求4所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述行星轮(104)的轴心位置处穿接有圆柱销(106)，所述行星轮(104)、所述行星架(107)以及所述第二螺杆(108)通过所述圆柱销(106)固定连接在一起。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述螺杆自锁式电动缸装置还包括转动限制元件(110)，所述第二螺母(109)上沿轴向开设有通孔，所述第一螺母上(117)上沿轴向开设有槽，所述转动限制元件(110)固定在所述壳体(118)上并沿径向活动穿过所述通孔后与所述第一螺母(117)上的槽滑动配合。

7.根据权利要求1所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述人力缸(4)包括：

储液罐(423)、与所述储液罐(423)连通的人力缸缸体、滑动设置于所述人力缸缸体内的活塞组件以及用于驱动所述活塞组件滑动的齿条(403)，所述齿条(403)与所述制动踏板(1)通过推动杆(401)连接，所述齿条(403)与所述活塞组件之间有一空行程(S)；所述人力缸(4)还包括与所述人力缸缸体连接的端盖(404)，所述端盖(404)内还设置有与所述齿条(403)啮合的齿轮(405)，所述齿轮(405)绕自身轴线的转动经所述踏板行程传感器(3)输出转角信号。

8.根据权利要求7所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述活塞组件包括沿其滑动方向设置的第一前活塞(413)与第二前活塞(418)、与所述第一前活塞(413)连接且与所述齿条(403)配合的第一后活塞(409)以及用于连接所述第二前活塞(418)与第一后活塞(409)的第二后活塞(416)，所述第一前活塞(413)、第一后活塞(409)以及所述人力缸缸体的内壁之间形成有第一腔体(A1)，所述第一前活塞(413)、第二后活塞(416)以及所述人力缸缸体的内壁之间形成有第二腔体(D1)，所述第二后活塞(416)、第二前活塞(418)以及所述人力缸缸体的内壁之间形成有第三腔体(A2)，所述第二前活塞(418)与所述人力缸缸体的内壁之间形成有第四腔体(D2)；

所述人力缸缸体上开设有：连通所述储液罐(423)与所述第一腔体(A1)的第一供液孔(B 1)、连通所述储液罐(423)与所述第二腔体(D 1)的第一补偿孔(C 1)、连通所述储液罐(423)与所述第三腔体(A2)第二供液孔(B2)、连通所述储液罐(423)与所述第四腔体(D2)的第二补偿孔(C2)、连通所述第二腔体(D1)的第一排液孔(E1)以及连通所述第四腔体(D2)的第二排液孔(E2)；

所述第一前活塞(413)上设置有第一前皮碗(412)，所述第二前活塞(418)上设置有第二前皮碗(419)，所述第一前活塞(413)与第二后活塞(416)之间设置有第一弹性件(415)，所述第二前活塞(418)与所述人力缸缸体的内壁之间设置有第二弹性件(421)，所述第一后活塞(409)与所述第二后活塞(416)滑动连接，所述第一弹性件(415)处于预压状态下时，所述第一前皮碗(412)位于所述第一供液孔(B 1)与第一补偿孔(C1)之间，所述第二弹性件(421)处于预压状态下时，所述第二前皮碗(419)处于所述第二供液孔(B2)与第二补偿孔(C2)之间；所述第一弹性件(415)的弹性系数大于所述第二弹性件(421)的弹性系数。

9.根据权利要求7所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述齿条(403)与所述人力缸缸体的内壁之间设置有弹性件(406)，所述第一后活塞(409)朝向所述齿条(403)的一侧开设有插孔(B)，所述齿条(403)上具有与所述插孔(B)相插接配合的抵顶部(C)；所述弹性件(406)处于预压状态下时，所述抵顶部(C)的端面与所述插孔(B)的底面之间存在所述空行程(S)；所述插孔(B)为圆柱孔，所述圆柱孔的底面为内凹的球面状，所述抵顶部(C)为圆柱，所述端面为凸出的球面状。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的具有高动态制动压力调节特性并带驻车功能的制动系统，其特征在于，所述电动缸为四个，包括第一电动缸(8a)、第二电动缸(8b)、第三电动缸(8c)以及第四电动缸(8d)，所述第一电动缸(8a)与第一制动器(9)通过制动管路连通形成第一制动回路，所述第二电动缸(8b)与第二制动器(10)通过制动管路连通形成第二制动回路，所述第三电动缸(8c)与第三制动器(11)通过制动管路连通形成第三制动回路，所述第四电动缸(8d)与第四制动器(12)通过制动管路连通形成第四制动回路。

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