CN111169449B - 一种具有冗余功能的线控制动装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有冗余功能的线控制动装置及控制方法，包括制动盘、卡钳、取力齿轮、齿轮轴、丝杆轴、电磁离合器、螺母组件、回位电机、电机支架、支架、制动油缸、右摩擦片、左摩擦片、第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀、车速传感器、控制器、档位传感器；本发明能够充分利用车辆动能作为动力源，取消现有技术采用的驱动电机，有效降低成本；采用齿轮取力机构来驱动执行结构产生制动力，通过电磁离合器来控制制动器制动力大小；通过与常规液压制动系统的耦合，实现冗余功能；具有集成度高、响应速度快、成本低的优点；在车辆发生制动抱死时，将液压制动的开关控制模式改为制动力连续可调模式，具有更高的控制精度。

Description

一种具有冗余功能的线控制动装置及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车制动器领域，尤其涉及一种具有冗余功能的线控制动装置及控制方法。

背景技术

线控制动技术是近年来出现的一种新型的制动技术，在制动器和制动踏板之间不依靠机械或液力连接，采用电线取代部分或全部制动管路，通过控制器操纵电控元件来控制制动力大小，实现汽车稳定可靠的制动控制。目前线控制动系统主要包括电子液压式制动系统(EHB)和电子机械式制动系统(EMB)两种。线控制动系统有利于整车制动性能的优化，能够方便的与ABS、ASR、ESP等其它电子控制系统整合在一起，因此具有广阔的发展空间。尤其作为无人驾驶车辆的制动系统，更是为业内人士所看好。

电子机械式制动系统(EMB)通过电机驱动机械机构实现制动过程，大大简化了制动系统的结构，使制动器更加易于布置、装配和检修。现有的电子机械式制动系统多采用制动电机和减速机构或者增力机构作为动力源，导致整体结构尺寸较大。由于在制动过程中，制动电机一直处于堵转状态，对制动电机的性能要求较高。因此，目前大部分电子机械式制动系统存在结构比较复杂，安装尺寸较大等问题。并且存在一旦电子元件失效，车辆将完全失去制动能力，因而目前EMB并没有得到广泛的装车应用，仅仅在概念车上。

电子液压式制动系统(EHB)由传统的液压制动系统改造而来，制动过程更加迅速，稳定，提高了汽车的制动安全性和舒适性，但由于保留了液压部件，不具备完全线控制动系统的全部优点，通常被看作是电子机械式制动系统(EMB)的一种先期的产品。由于保留了原有的液压管路，即使EHB系统制动失效，车辆依然保有一定的制动能力，因而已经开始大范围装车应用。

现有的电子液压式制动系统(EHB)，虽然使用了电子制动踏板，但其制动压力是由电机带动的柱塞泵提供，使用了高压蓄能器储存压力，且备用制动系统中使用了较多的隔离电磁阀，使得整个系统零部件较多，费用较高。另外，现有制动系统中，主缸与压力调节单元并没有集成设计，模块化程度不高，增加了制动管路长度，使得制动压力响应较慢。由于制动管路会在高压刹车油的作用下发生弹性变形，引起制动管路中制动油液压力波动，导致车辆制动精确控制受到较大影响。

从车辆制动效能来看，更希望车辆在高速状态具有较短的制动响应时间，缩短制动距离，提高行车安全性；而且车辆制动系统具有冗余功能为最佳，保证制动系统的可靠性。

综上所述，提升线控制动系统需要解决以下几个关键问题：（1）快速建立制动压力，缩短制动响应时间，实现“快速建压”；（2）具有冗余功能，保证制动系统的可靠性。

发明内容

本发明针对目前现有线控制动系统存在的不足，提供一种具有冗余功能的线控制动装置及控制方法，能够充分利用车辆动能，采用取力机构驱动执行器产生制动力，具有集成度高、响应速度快、成本低的优点。

本发明是通过如下技术措施实现的：

一种具有冗余功能的线控制动装置，包括制动盘、卡钳、取力齿轮、齿轮轴、丝杆轴、电磁离合器、螺母组件、回位电机、电机支架、支架、制动油缸、右摩擦片、左摩擦片、制动活塞、储油箱、制动总泵、制动活塞推杆组件、制动踏板、角度传感器、第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀、车速传感器、控制器、档位传感器；

所述的制动盘固定安装在车轴上，所述的左摩擦片、右摩擦片分别布置在制动盘的左右两侧；所述的左摩擦片、右摩擦片分别安装在卡钳中适配的卡槽中，右摩擦片可以沿着卡钳上的卡槽左右移动；卡钳固定安装在车架上；所述的取力齿轮与制动盘上的周边齿齿轮啮合；所述的取力齿轮与齿轮轴键啮合；齿轮轴通过轴承安装在卡钳上的吊耳上；所述的电磁离合器的两端分别与齿轮轴、丝杆轴键连接；所述的丝杆轴与螺母组件螺纹连接；所述的丝杆轴的另一端与回位电机的输出端键连接；所述的回位电机固定安装在电机支架上，电机支架固定安装在制动油缸上；所述的电磁离合器通过螺纹固定安装在支架上，支架固定安装在制动油缸上；

所述的螺母组件上的推杆穿过制动油缸的槽口，螺母组件上的推杆穿过制动活塞的槽口，螺母组件上的推杆与制动活塞上的槽口左端面接触；制动活塞安装在制动油缸中，制动活塞的外侧加工有环形槽口，此环形槽口中安装有密封圈，密封圈除了具有密封作用外，还有利用弹性变形力使制动活塞回位的作用；制动活塞的左端与右摩擦片面接触；制动活塞的右端与制动油缸的右端内侧构成封闭油腔；所述的制动油缸固定安装在卡钳上；

所述的制动踏板的上端与车体铰接，铰接处安装有角度传感器；制动踏板侧面与制动活塞推杆组件铰接，制动活塞推杆组件的活塞端安装在制动总泵中，活塞向左移动使刹车油产生高压；所述的储油箱和制动总泵油路连接，所述的第一两位两通电磁阀的一端与制动总泵的输出端口管路连接，第一两位两通电磁阀的另一端与制动油缸上的油管接头管路连接；所述的第二两位两通电磁阀的一端与储油箱管路连接，第二两位两通电磁阀的另一端与制动总泵的输出端口管路连接；

所述的第一两位两通电磁阀处于常开状态、第二两位两通电磁阀处于常闭状态；

所述的电磁离合器、回位电机、角度传感器、第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀、车速传感器、档位传感器均与控制器电连接。

本发明所涉及的一种具有冗余功能的线控制动装置的控制方法所采用的技术方案为：

车辆行驶过程中，角度传感器、车速传感器、档位传感器将信号实时传递给控制器；控制器根据采集的档位传感器判断车辆的前进方向：

（1）如果车辆是向前运动，发生制动时，驾驶员踩下制动踏板，控制器根据控制策略控制第一两位两通电磁阀切换到常闭状态、第二两位两通电磁阀切换到常开状态，此时制动总泵中的刹车油通过第二两位两通电磁阀流到储油箱中，此时液压制动系统并不起作用；控制器根据控制策略控制电磁离合器进行驱动力矩传递并控制传递力的大小，动力由取力齿轮经齿轮轴、电磁离合器传递给丝杆轴，丝杆轴旋转并带动螺母组件向左移动，螺母组件上的推杆推动制动活塞向左移动，进而使制动活塞压紧右摩擦片产生制动力；如果控制器根据控制策略判断制动力过大时，控制电磁离合器减小传递的扭矩；制动结束时，控制器控制第一两位两通电磁阀切换到常开状态、第二两位两通电磁阀切换到常闭状态，同时控制器控制回位电机旋转使螺母组件回位，螺母组件上的推杆与制动活塞脱离接触；制动活塞通过其上的密封圈的弹性力进行回位，保证左摩擦片、右摩擦片和制动盘之间的制动间隙；

如果机械制动系统发生制动失效，制动总泵中的刹车油经第一两位两通电磁阀、油管接头进入到制动油缸，推动制动活塞向左移动，进而使制动活塞压紧右摩擦片产生制动力；

（2）如果车辆是向后运动，发生制动时，此时机械制动系统不起作用，驾驶员踩下制动踏板，制动总泵中的刹车油经第一两位两通电磁阀、油管接头进入到制动油缸，推动制动活塞向左移动，进而使制动活塞压紧右摩擦片产生制动力；制动结束后，各部件复位。

本发明的有益效果是：

一种具有冗余功能的线控制动装置及控制方法，能够充分利用车辆动能作为动力源，取消现有技术采用的驱动电机，有效降低成本；采用齿轮取力机构来驱动执行结构产生制动力，通过电磁离合器来控制制动器制动力大小；通过与常规液压制动系统的耦合，实现冗余功能；具有集成度高、响应速度快、成本低的优点；在车辆发生制动抱死时，将液压制动的开关控制模式改为制动力连续可调模式，具有更高的控制精度。

本发明采用以上技术方案后，相对于现有技术，具有以下有益效果：

1.充分利用车辆动能作为动力源，取消现有技术中的驱动电机，有效降低成本；采用齿轮取力机构来驱动制动机构来产生制动力，制动响应时间与车速紧密相关，车速越高，制动器起作用时间越短，有效提高响应速度；

2.通过与常规液压制动系统的耦合，实现制动系统的冗余功能，保证制动系统的可靠性；

3.采用线控制动模式，便于和ABS、EBD等进行系统集成，在车辆发生制动抱死时，将液压制动的开关控制模式改为制动力连续可调模式，具有更高的控制精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明结构示意图。

图3为本发明主视图。

图4为本发明部分结构示意图。

图5为本发明制动活塞结构示意图。

图6为本发明螺母组件结构示意图。

图7为本发明液压控制原理示意图。

图8为本发明的控制原理示意图。

图中，1-制动盘，2-卡钳，3-取力齿轮，4-齿轮轴，5-丝杆轴，6-电磁离合器，7-螺母组件，8-回位电机，9-电机支架，10-支架，11-制动油缸，12-右摩擦片，13-左摩擦片，14-制动活塞，15-储油箱，16-制动总泵，17-制动活塞推杆组件，18-制动踏板，19-角度传感器，20-第一两位两通电磁阀，21-第二两位两通电磁阀，22-车速传感器，23-控制器，24-档位传感器，1101-油管接头。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合附图，对本方案进行阐述。

一种具有冗余功能的线控制动装置，包括制动盘1、卡钳2、取力齿轮3、齿轮轴4、丝杆轴5、电磁离合器6、螺母组件7、回位电机8、电机支架9、支架10、制动油缸11、右摩擦片12、左摩擦片13、制动活塞14、储油箱15、制动总泵16、制动活塞推杆组件17、制动踏板18、角度传感器19、第一两位两通电磁阀20、第二两位两通电磁阀21、车速传感器22、控制器23、档位传感器24；

如图1、图2、图3所示，所述的制动盘1固定安装在车轴上，所述的左摩擦片13、右摩擦片12分别布置在制动盘1的左右两侧；所述的左摩擦片13、右摩擦片12分别安装在卡钳2中适配的卡槽中，右摩擦片12可以沿着卡钳2上的卡槽左右移动；卡钳2固定安装在车架上；所述的取力齿轮3与制动盘1上的周边齿齿轮啮合；所述的取力齿轮3与齿轮轴4键啮合；齿轮轴4通过轴承安装在卡钳2上的吊耳上；所述的电磁离合器6的两端分别与齿轮轴4、丝杆轴5键连接；所述的丝杆轴5与螺母组件7螺纹连接；所述的丝杆轴5的另一端与回位电机8的输出端键连接；所述的回位电机8固定安装在电机支架9上，电机支架9固定安装在制动油缸11上；所述的电磁离合器6通过螺纹固定安装在支架10上，支架10固定安装在制动油缸11上；

如图1、图4、图6所示，所述的螺母组件7上的推杆穿过制动油缸11上的槽口，螺母组件7上的推杆穿过制动活塞14的槽口，螺母组件7上的推杆与制动活塞14上的槽口左端面接触；制动活塞14安装在制动油缸11中，如图5所示，制动活塞14的外侧加工有环形槽口，此环形槽口中安装有密封圈，密封圈除了具有密封作用外，还有利用弹性变形力使制动活塞14回位的作用；制动活塞14的左端与右摩擦片12面接触；制动活塞14的右端与制动油缸11的右端内侧构成封闭油腔；所述的制动油缸11固定安装在卡钳2上；

如图7所示，所述的制动踏板18的上端与车体铰接，铰接处安装有角度传感器19；制动踏板18侧面与制动活塞推杆组件17铰接，制动活塞推杆组件17的活塞端安装在制动总泵16中，活塞向左移动使刹车油产生高压；所述的储油箱15和制动总泵16油路连接，所述的第一两位两通电磁阀20的一端与制动总泵16的输出端口管路连接，第一两位两通电磁阀20的另一端与制动油缸11上的油管接头1101管路连接；所述的第二两位两通电磁阀21的一端与储油箱15管路连接，第二两位两通电磁阀21的另一端与制动总泵16的输出端口管路连接；

所述的第一两位两通电磁阀20处于常开状态、第二两位两通电磁阀21处于常闭状态；

如图8所示，所述的电磁离合器6、回位电机8、角度传感器19、第一两位两通电磁阀20、第二两位两通电磁阀21、车速传感器22、档位传感器24均与控制器23电连接。

下面结合附图来具体描述本发明所述的一种具有冗余功能的线控制动装置的控制方法。

车辆行驶过程中，角度传感器19、车速传感器22、档位传感器24将信号实时传递给控制器23；控制器23根据采集的档位传感器24判断车辆的前进方向：

（1）如果车辆是向前运动，发生制动时，驾驶员踩下制动踏板18，控制器23根据控制策略控制第一两位两通电磁阀20切换到常闭状态、第二两位两通电磁阀21切换到常开状态，此时制动总泵16中的刹车油通过第二两位两通电磁阀21流到储油箱15中，此时液压制动系统并不起作用；控制器23根据控制策略控制电磁离合器6进行驱动力矩传递并控制传递力的大小，动力由取力齿轮3经齿轮轴4、电磁离合器6传递给丝杆轴5，丝杆轴5旋转并带动螺母组件7向左移动，螺母组件7上的推杆推动制动活塞14向左移动，进而使制动活塞14压紧右摩擦片12产生制动力；如果控制器23根据控制策略判断制动力过大时，控制电磁离合器6减小传递的扭矩；制动结束时，控制器23控制第一两位两通电磁阀20切换到常开状态、第二两位两通电磁阀21切换到常闭状态，同时控制器23控制回位电机8旋转使螺母组件7回位，螺母组件7上的推杆与制动活塞14脱离接触；制动活塞14通过其上的密封圈的弹性力进行回位，保证左摩擦片13、右摩擦片12和制动盘1之间的制动间隙；

如果机械制动系统发生制动失效，制动总泵16中的刹车油经第一两位两通电磁阀20、油管接头1101进入到制动油缸11，推动制动活塞14向左移动，进而使制动活塞14压紧右摩擦片12产生制动力；

（2）如果车辆是向后运动，发生制动时，此时机械制动系统不起作用，驾驶员踩下制动踏板18，制动总泵16中的刹车油经第一两位两通电磁阀20、油管接头1101进入到制动油缸11，推动制动活塞14向左移动，进而使制动活塞14压紧右摩擦片12产生制动力；制动结束后，各部件复位。

尽管上面接合附图对本发明的优选实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有冗余功能的线控制动装置，包括制动盘（1）、卡钳（2）、取力齿轮（3）、齿轮轴（4）、丝杆轴（5）、电磁离合器（6）、螺母组件（7）、回位电机（8）、电机支架（9）、支架（10）、制动油缸（11）、右摩擦片（12）、左摩擦片（13）、制动活塞（14）、储油箱（15）、制动总泵（16）、制动活塞推杆组件（17）、制动踏板（18）、角度传感器（19）、第一两位两通电磁阀（20）、第二两位两通电磁阀（21）、车速传感器（22）、控制器（23）、档位传感器（24）；

其特征在于：所述的制动盘（1）固定安装在车轴上，所述的左摩擦片（13）、右摩擦片（12）分别布置在制动盘（1）的左右两侧；所述的左摩擦片（13）、右摩擦片（12）分别安装在卡钳（2）中适配的卡槽中，右摩擦片（12）可以沿着卡钳（2）上的卡槽左右移动；卡钳（2）固定安装在车架上；所述的取力齿轮（3）与制动盘（1）上的周边齿齿轮啮合；所述的取力齿轮（3）与齿轮轴（4）键啮合；齿轮轴（4）通过轴承安装在卡钳（2）上的吊耳上；所述的电磁离合器（6）的两端分别与齿轮轴（4）、丝杆轴（5）键连接；所述的丝杆轴（5）与螺母组件（7）螺纹连接；所述的丝杆轴（5）的另一端与回位电机（8）的输出端键连接；所述的回位电机（8）固定安装在电机支架（9）上，电机支架（9）固定安装在制动油缸（11）上；所述的电磁离合器（6）通过螺纹固定安装在支架（10）上，支架（10）固定安装在制动油缸（11）上；

所述的螺母组件（7）上的推杆穿过制动油缸（11）上的槽口，螺母组件（7）上的推杆穿过制动活塞（14）的槽口，螺母组件（7）上的推杆与制动活塞（14）上的槽口左端面接触；制动活塞（14）安装在制动油缸（11）中，制动活塞（14）的外侧加工有环形槽口，此环形槽口中安装有密封圈，密封圈除了具有密封作用外，还有利用弹性变形力使制动活塞（14）回位的作用；制动活塞（14）的左端与右摩擦片（12）面接触；制动活塞（14）的右端与制动油缸（11）的右端内侧构成封闭油腔；所述的制动油缸（11）固定安装在卡钳（2）上；

所述的制动踏板（18）的上端与车体铰接，铰接处安装有角度传感器（19）；制动踏板（18）侧面与制动活塞推杆组件（17）铰接，制动活塞推杆组件（17）的活塞端安装在制动总泵（16）中，制动活塞（14）向左移动使刹车油产生高压；所述的储油箱（15）和制动总泵（16）油路连接，所述的第一两位两通电磁阀（20）的一端与制动总泵（16）的输出端口管路连接，第一两位两通电磁阀（20）的另一端与制动油缸（11）上的油管接头（1101）管路连接；所述的第二两位两通电磁阀（21）的一端与储油箱（15）管路连接，第二两位两通电磁阀（21）的另一端与制动总泵（16）的输出端口管路连接；

所述的第一两位两通电磁阀（20）处于常开状态、第二两位两通电磁阀（21）处于常闭状态；

所述的电磁离合器（6）、回位电机（8）、角度传感器（19）、第一两位两通电磁阀（20）、第二两位两通电磁阀（21）、车速传感器（22）、档位传感器（24）均与控制器（23）电连接。

2.一种用于如权利要求1所述的一种具有冗余功能的线控制动装置的控制方法，其特征在于：

车辆行驶过程中，角度传感器（19）、车速传感器（22）、档位传感器（24）将信号实时传递给控制器（23）；控制器（23）通过采集档位传感器（24）的信号来判断车辆的前进方向：

（1）如果车辆是向前运动，发生制动时，驾驶员踩下制动踏板（18），控制器（23）根据控制策略控制第一两位两通电磁阀（20）切换到常闭状态、第二两位两通电磁阀（21）切换到常开状态，此时制动总泵（16）中的刹车油通过第二两位两通电磁阀（21）流到储油箱（15）中，此时液压制动系统并不起作用；控制器（23）根据控制策略控制电磁离合器（6）进行驱动力矩传递并控制传递力的大小，动力由取力齿轮（3）经齿轮轴（4）、电磁离合器（6）传递给丝杆轴（5），丝杆轴（5）旋转并带动螺母组件（7）向左移动，螺母组件（7）上的推杆推动制动活塞（14）向左移动，进而使制动活塞（14）压紧右摩擦片（12）产生制动力；如果控制器（23）根据控制策略判断制动力过大时，控制电磁离合器（6）减小传递的扭矩；制动结束时，控制器（23）控制第一两位两通电磁阀（20）切换到常开状态、第二两位两通电磁阀（21）切换到常闭状态，同时控制器（23）控制回位电机（8）旋转使螺母组件（7）回位，螺母组件（7）上的推杆与制动活塞（14）脱离接触；制动活塞（14）通过其上的密封圈的弹性变形力进行回位，保证左摩擦片（13）、右摩擦片（12）和制动盘（1）之间的制动间隙；

如果机械制动系统发生制动失效，制动总泵（16）中的刹车油经第一两位两通电磁阀（20）、油管接头（1101）进入到制动油缸（11），推动制动活塞（14）向左移动，进而使制动活塞（14）压紧右摩擦片（12）产生制动力；

（2）如果车辆是向后运动，发生制动时，此时机械制动系统不起作用，驾驶员踩下制动踏板（18），制动总泵（16）中的刹车油经第一两位两通电磁阀（20）、油管接头（1101）进入到制动油缸（11），推动制动活塞（14）向左移动，进而使制动活塞（14）压紧右摩擦片（12）产生制动力；制动结束后，各部件复位。

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