CN111547026B - 新能源车用应急制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源车用应急制动系统，包括VCU、仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构，踏板开关位于驾驶室内制动踏板处，仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构与VCU信号连接，真空执行机构包括真空罐；真空罐的上壳体与下壳体之间的间距可变，使真空罐内的空间可增减；上壳体或下壳体上安装有控制气流的第一电磁阀，第一电磁阀的下游侧连接真空助力器。有益效果是：采用了可变体积的真空罐，通过体积变化来形成真空，利用车辆现有的装置即可在真空泵失效的情况下依然能提供紧急刹车的真空助力，以帮助车辆安全减速停车。

Description

新能源车用应急制动系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体是一种新能源车用应急制动系统。

背景技术

电动真空泵为汽车真空助力系统的一部分，真空助力系统包含：电动真空泵、真空罐、真空助力器、真空管路等零件，其中电动真空泵负责抽取真空；真空罐负责存储电动真空泵抽取的真空，并采集真空度信号，并控制真空的走向；真空助力器负责为驾驶员提供助力，以使得驾驶员可以以较小的踏板力提供足够的制动强度，而这个过程是消耗真空的。中国专利文献CN103935347A于2014年7月23日公开了“一种多功能汽车制动系统”，它包括制动主缸、真空助力泵、制动踏板、制动器、液压泵、泄压阀和保压阀，所述制动踏板通过真空助力泵驱动制动主缸，所述制动主缸通过制动管与汽车前后轮的制动器连接，所述保压阀安装在制动管上，所述液压泵的吸油口通过油管与制动主缸上的储液罐连接，出油口接制动主缸与保压阀之间的制动管，所述泄压阀的一端接制动主缸与保压阀之间的制动管，另一端通过油管与制动主缸上的储液罐连接。本发明集行车制动系统、驻车制动系统和应急制动系统于一体，不仅降低了制动系统的制造成本，而且由于采用了前后轮同时制动，还增大了车辆的驻车制动力，从而保证了车辆和行人的安全。该现有技术中需要使用到大真空罐，在其中贮存大量的负压力，以保证在真空泵失效的情况下，依然能提供2、3次刹车助力，使车辆得以安全减速、停靠。然而，新能源车辆在轻量化设计和、布置空间的紧凑性上的要求更加严苛，很难继续采用大体积的真空罐。同时，电动真空泵的控制策略是否合理，关乎着整车的制动强度，对整车的安全有着重要的影响。而电动真空泵工作消耗的是整车上的电能，尤其对于纯电动汽车，电动真空泵控制策略是否合理，对整车的续航里程也会产生影响。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种新能源车用应急制动系统，采用了可变体积的真空罐，通过体积变化来形成真空，利用车辆现有的装置即可在真空泵失效的情况下依然能提供紧急刹车的真空助力，以帮助车辆安全减速停车。

为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：一种新能源车用应急制动系统，包括VCU、仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构，所述真空度传感器集成于真空助力器处，所述踏板开关位于驾驶室内制动踏板处，仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构与VCU信号连接，所述真空执行机构包括真空罐；所述真空罐包括刚性材质的密封对合的上壳体和下壳体；上壳体与下壳体之间的间距可变，使真空罐内的空间可增减；上壳体或下壳体上安装有控制气流的第一电磁阀，第一电磁阀的下游侧连接真空助力器。

本方案设计的新能源车用应急制动系统，包括VCU、仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构。VCU 的英文全称为Vehicle controlunit，中文名称为整车控制器。VCU作为中央控制单元，是新能源车整个控制系统的核心。VCU采集电机及电池状态、加速踏板信号、制动踏板信号及其它执行器传感器控制器信号，根据驾驶员的驾驶意图综合分析并做出相应判定后，监控下层的各部件控制器的动作，它负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、整车发动机及动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等，从而保证整车在较好的动力性、较高经济性及可靠性状态下正常稳定的工作。作为新能源车用应急制动系统，必然需要VCU的核心控制功能参与其中。仪表报警装置，可以集成在现有仪表盘上，也可以单独设计一个特别的警示仪表，可以将机、电、光、声等各种提示信号组合在一起使用，目的是在VCU侦查到异常状态时对驾驶人员发出警告，具体结构可以由本领域技术人员按需设计。真空助力器为现有技术。真空度传感器集成于真空助力器处，可通过信号连接源源不断的向VCU传递真空度信号。踏板开关可沿用传统的新能源车的结构。本方案的真空执行机构包括一个体积可变的真空罐。该真空罐包括对合的上壳体和下壳体，两者均为刚性材质，对合后保证罐内外的密封。上壳体与下壳体之间的间距可变，因此罐内的空间可变。在密封状态下，上壳体与下壳体之间的间距变大，根据克拉伯龙方程，罐内的真空度就会提高。在上壳体或下壳体上安装一个电磁阀，通过该电磁阀将真空导通至下游侧的真空助力器，即可向真空助力器提供真空，即使在真空泵失效的紧急情况下，依然能帮助驾驶人员有助力的减速停车，避免事故发生。

作为优选，所述上壳体和下壳体之间以伸缩杆结构连接。伸缩杆连接方式简单可靠，尤其是该方式的伸缩方向是在直线方向上，因此紧急情况下伸展速度快，形成真空的时间短，可满足紧急制动的需求。

作为优选，所述伸缩杆的伸缩级为三级。伸缩杆的伸缩级越多，则伸缩长度变化越大，但是同时伸缩杆结构的强度会随之降低，即可靠性降低。综合平衡真空度的要要和可靠性的要求，本方案选择伸缩杆的伸缩级为三级。

作为优选，所述上壳体和下壳体之间以弹性件连接。实现上壳体和下壳体之间间距改变的方案很多，本方案提供的是采用弹性件的方式。弹性件可以设置在罐体内侧也可以设置在罐体外侧，通过预先压缩或拉伸弹性件使其变形，将必要的力存储在弹性件中。当受VCU控制释放弹力时，弹性件即可复位，带动上壳体与下壳体之间的间距快速变大，从而使真空罐内快速形成足够的真空度。

作为优选，所述弹性件为安装在真空罐内的弹簧；弹簧的两端分别抵接上壳体和下壳体。弹簧简单可靠，安装方便，更重要的是弹簧的体积小重量轻，比较适合使用在空间下载的汽车上。同样的，为了节约空间，将弹簧安装在真空罐内，两端分别抵接上壳体和下壳体。

作为优选，还包括锁定结构；所述锁定结构将上壳体和下壳体锁定在间距压缩状态，并在VCU控制下可快速解除锁定状态。应急制动系统在常态下必须始终处于备用状态，而一旦需要可以很快进入工作状态，因此需要一个可靠的锁定结构，将上壳体和下壳体锁定在间距压缩状态，随时准备放开压缩状态复位，使真空罐内部体积增大以提供真空。此类锁定结构很多，例如使用焊锡丝绑缚，必要时以VCU驱动高热元器件快速将焊锡丝熔断；或者是以常规纤维绑缚，必要时可以由VCU驱动锋利的刀刃将其快速切断；等等。具体结构可以由本领域技术人员按照需要自行选择。

作为优选，所述锁定结构包括安装在下壳体内的第二电磁阀；第二电磁阀驱动锁舌沿下壳体的侧壁厚度方向伸缩动作；对应的，上壳体的内侧壁内凹的设有锁舌插孔，锁舌的外侧端与锁舌插孔构成适配插接关系。具体在本方案中，选择了电磁阀驱动锁舌插接在锁舌插孔内的方案来实现。电磁阀受VCU控制，速度上有保证。锁舌和锁舌插孔的配合是可重复的，因此该结构在使用后还能重新复位，恢复至出厂的初始状态，减少了驾驶人员的损失。

作为优选，本方案提供了该应急制动系统的动作过程。在车辆正常驾驶的时候，该应急制动系统处于备而不用的状态。只有当真空度传感器检测到真空度信号消失或异常偏低时，本应急制动系统才会被激活。这些动作过程可以作为程序编辑在VCU内。

作为优选，车速设定值选择为40公里/小时。经过发明人实测，车速超过40公里/小时后，在缺乏助力的前提下，驾驶人员将很难在安全距离内减速停车。使用该限值，可以保证在非必要状态下应急制动系统中的真空罐弹性伸展动作不会轻易被激活，一定程度上可以减少系统误判带来的损失。

综上所述，本发明的有益效果是：采用了可变体积的真空罐，通过体积变化来形成真空，利用车辆现有的装置即可在真空泵失效的情况下依然能提供紧急刹车的真空助力，以帮助车辆安全减速停车。

附图说明

图1是本发明的真空罐处于压缩状态的结构示意图。

图2是图1的A部放大图。

图3是本发明的真空罐处于伸展状态的结构示意图

其中：1上壳体，2下壳体，3第一电磁阀，4弹簧，5第二电磁阀，6锁舌，7锁舌插孔，8伸缩杆安装架，9伸缩杆。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

本实施例为一种新能源车用应急制动系统，可应用在以电能为主要驱动力的新能源汽车上。本新能源车用应急制动系统包括VCU、仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构。真空度传感器集成于真空助力器处，踏板开关位于驾驶室内制动踏板处，仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构与VCU信号连接。

真空执行机构系统包括真空罐。如图1、图2所示，本例的真空罐包括上下对合的上壳体1和下壳体2，两者均以钢制，具有足够的强度以抵抗巨大的真空压力。上壳体的内侧壁上固定有伸缩杆安装架8，伸缩杆安装架上固定安装有伸缩杆9，伸缩杆的下端与下壳体的侧壁上端面固定连接。本例的伸缩杆的伸缩级为三级，使下壳体与上壳体在保持密封的前提下间距增加、整个真空罐内的体积变大。在下壳体的左侧壁，安装有第二电磁阀5，第二电磁阀可推动锁舌6左右运动。对应的，在上壳体的左侧壁下方，设计有一个内凹的锁舌插孔7。当锁舌向左运动至尽头时，锁舌的左端可以适配的插入锁舌插孔，将上壳体与下壳体固定连接；当锁舌向右运动、锁舌左端从锁舌插孔离开时，上壳体与下壳体可以做相对伸缩运动。在真空罐内，安装有弹簧4，弹簧的两端分别抵接上壳体和下壳体。下壳体的右下侧安装有控制气流的第一电磁阀3，第一电磁阀的下游侧连接真空助力器。

本新能源车用应急制动系统的运作方式如下：

（一）、真空度传感器随时检测真空助力器内的真空状态，并将真空状态信号随时传递至VCU；

（二）、同时，车速传感器随时向VCU发出车速信号；

（三）、当VCU检测到真空助力器内的真空度信号消失或异常偏低时，VCU通过仪表报警装置发出警告信号；

（四）、与此同时，VCU分析当前车速是否超过设定值；

（五）、如果当前车速未超过设定值，则VCU持续通过仪表报警装置发出警告信号；如果当前车速超过设定值，则VCU信号指示第二电磁阀动作，驱动锁舌由锁舌插孔内抽出；随后弹簧弹力复位，将上壳体和下壳体之间的间距推大，导致真空罐内真空度升高；

（六）、驾驶员踩踏制动踏板的动作触动踏板开关，踏板开关通过VCU传递信号至第一电磁阀，使第一电磁阀同步开启，将真空罐内的真空状态传递至真空助力器，以帮助驾驶员带助力停车。

本例选定的车速设定值为40公里/小时。

以上运作方式以程序的方式存储在VCU内。本领域技术人员也可以根据实际需要对程序进行合理的优化和增删。

Claims (4)

1.一种新能源车用应急制动系统，包括VCU、仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构，所述真空度传感器集成于真空助力器处，所述踏板开关位于驾驶室内制动踏板处，仪表报警装置、真空助力器、真空度传感器、踏板开关、车速传感器和真空执行机构与VCU信号连接，其特征是，所述真空执行机构包括真空罐；所述真空罐包括刚性材质的密封对合的上壳体（1）和下壳体（2）；上壳体与下壳体之间的间距可变，使真空罐内的空间可增减；上壳体或下壳体上安装有控制气流的第一电磁阀（3），第一电磁阀的下游侧连接真空助力器；还包括锁定结构；所述锁定结构将上壳体和下壳体锁定在间距压缩状态，并在VCU控制下可快速解除锁定状态；所述锁定结构包括安装在下壳体内的第二电磁阀（5）；第二电磁阀驱动锁舌（6）沿下壳体的侧壁厚度方向伸缩动作；对应的，上壳体的内侧壁内凹的设有锁舌插孔（7），锁舌的外侧端与锁舌插孔构成适配插接关系；所述新能源车用应急制动系统的运作方式如下：

（一）、真空度传感器随时检测真空助力器内的真空状态，并将真空状态信号随时传递至VCU；

（二）、同时，车速传感器随时向VCU发出车速信号；

（三）、当VCU检测到真空助力器内的真空度信号消失或异常偏低时，VCU通过仪表报警装置发出警告信号；

（四）、与此同时，VCU分析当前车速是否超过设定值；

（五）、如果当前车速未超过设定值，则VCU持续通过仪表报警装置发出警告信号；如果当前车速超过设定值，则VCU信号指示第二电磁阀动作，驱动锁舌由锁舌插孔内抽出；随后弹簧弹力复位，将上壳体和下壳体之间的间距推大，导致真空罐内真空度升高；

（六）、驾驶员踩踏制动踏板的动作触动踏板开关，踏板开关通过VCU传递信号至第一电磁阀，使第一电磁阀同步开启，将真空罐内的真空状态传递至真空助力器，以帮助驾驶员带助力停车；

所述上壳体和下壳体之间以弹性件连接；所述弹性件为安装在真空罐内的弹簧（4）；弹簧的两端分别抵接上壳体和下壳体。

2.根据权利要求1所述的一种新能源车用应急制动系统，其特征是，所述上壳体和下壳体之间以伸缩杆结构连接。

3.根据权利要求2所述的一种新能源车用应急制动系统，其特征是，所述伸缩杆的伸缩级为三级。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种新能源车用应急制动系统，其特征是，车速设定值选择为40公里/小时。

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