CN111619534A - 分布式汽车制动系统、制动方法及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种分布式汽车制动系统、制动方法及汽车。属于汽车制动技术领域，所述分布式汽车制动系统包括：前轮液压线控制动子系统、控制单元与后轮机械线控制动子系统；前轮液压线控制动子系统包括：第一前轮驱动单元、第二前轮驱动单元与制动单元，制动单元分别与第一前轮驱动单元以及第二前轮驱动单元连接，控制单元与制动单元连接；后轮机械线控制动子系统包括两组电机、减速机构与制动器，一组中的电机与减速机构连接，减速机构与制动器连接，制动器用于与汽车的一个后车轮连接；控制单元用于根据汽车的行车状况控制汽车的前轮和后轮进行制动。本申请实施例提供的制动系统，提高了汽车制动的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及汽车制动技术领域，特别涉及一种分布式汽车制动系统、制动方法及汽车。
背景技术
在汽车制动领域，汽车制动包括液压线控制动系统和机械线控制动系统。机械线控制动系统(Electronic mechanical Brake System，简称EMB)以电能为能量来源，通过电机驱动制动垫块，由电线传递能量，数据线传递信号。液压线控制动系统(ElectronicHydraulic Brake System，简称EHB)是从传统的液压制动系统发展来的，但与传统制动方式有很大的不同，EHB以电子元件替代了原有的部分机械元件，是机电一体化系统，它将电子系统和液压系统相结合。
相关技术提供的制动系统包括液压源部分、转向部分、制动部分与电控部分；液压源部分包括液压泵、第一单向阀、第二单向阀与第八常闭电磁阀；转向部分包括第一常闭电磁阀与第一高速开关阀；制动部分包括第二高速开关阀与第七常闭电磁阀；液压源部分通过第八常闭电磁阀、第一单向阀、第一常闭电磁阀与第一高速开关阀和转向部分管路连接；液压源部分通过液压泵、第二单向阀、第二高速开关阀与第七常闭电磁阀和制动部分管路连接；电控部分和液压源部分、转向部分与制动部分电线连接。
发明人发现相关技术至少存在以下问题：
相关技术提供的制动系统在系统断电失效时制动可靠性和稳定性差。
发明内容
本发明实施例提供了一种分布式汽车制动系统、制动方法及汽车，可解决相关技术提供的制动系统不利于集成控制，且在系统断电失效时制动可靠性和稳定性差的技术问题。具体技术方案如下：
一方面，提供了一种分布式汽车制动系统，所述分布式汽车制动系统包括：前轮液压线控制动子系统、控制单元与后轮机械线控制动子系统；
所述前轮液压线控制动子系统包括：第一前轮驱动单元、第二前轮驱动单元与制动单元，所述制动单元分别与所述第一前轮驱动单元以及所述第二前轮驱动单元连接，所述控制单元与所述制动单元连接；
所述后轮机械线控制动子系统包括两个两组电机、减速机构与制动器，其中，一组中的电机与减速机构连接，所述减速机构与制动器连接，所述制动器用于与汽车的一个后车轮连接，另一组中的电机与减速机构连接，所述减速机构与制动器连接，所述制动器用于与汽车的另一个后车轮连接，所述控制单元还与所述两个电机连接；
所述控制单元用于根据所述汽车的行车状况控制所述两个电机以及所述制动单元进而控制汽车的前轮和后轮进行制动。
在一种可选地实施方式中，所述制动单元包括：制动踏板、踏板推杆、储油杯、制动主缸、踏板模拟器、第一电磁阀、第二电磁阀、踏板传感器、轮缸、高压蓄能器机构、第一管路、第二管路与公共管路；
所述制动踏板连接在所述踏板推杆的一端，所述踏板推杆的另一端伸入所述制动主缸内，所述踏板传感器设置在所述踏板推杆上，所述储油杯的出油口与所述制动主缸的进油口连接，所述储油杯的进油口通过所述第一管路与所述公共管路连接，所述制动主缸的出油口通过所述第二管路与所述公共管路连接，所述公共管路与所述轮缸连接，所述第二管路上设置有所述第一电磁阀，所述第二电磁阀位于所述制动主缸与所述第一电磁阀之间，所述踏板模拟器与所述第二电磁阀连接；
所述高压蓄能器机构一端与所述储油杯连接，另一端与所述公共管路连接；
所述轮缸分别与所述第一前轮驱动单元、所述第二前轮驱动单元连接。
在一种可选地实施方式中，高压蓄能器机构包括：泵电机、液压泵与高压蓄能器；
所述泵电机与所述液压泵连接，所述液压泵一端与所述储油杯连接，另一端与所述高压蓄能器连接，所述高压蓄能器与所述公共管路连接。
在一种可选地实施方式中，所述制动单元还包括：第三电磁阀和第四电磁阀，所述第三电磁阀一端通过所述第一管路与所述储油杯连接，另一端与所述公共管路连接；
所述第四电磁阀一端与所述高压蓄能器连接，另一端与所述公共管路连接。
在一种可选地实施方式中，所述制动单元还包括：高压蓄能器压力传感器与轮缸压力传感器；
所述高压蓄能器压力传感器与所述高压蓄能器连接，所述轮缸压力传感器与所述轮缸连接。
在一种可选地实施方式中，所述轮缸包括左前轮轮缸和右前轮轮缸，所述左前轮轮缸与所述第一前轮驱动单元连接，所述右前轮轮缸与所述第二前轮驱动单元连接。
在一种可选地实施方式中，所述制动机构还包括：第五电磁阀与第六电磁阀；
所述第五电磁阀一端与所述左前轮轮缸连接，另一端与所述公共管路连接，所述第六电磁阀一端与所述右前轮轮缸连接，另一端与所述公共管路连接。
在一种可选地实施方式中，所述第一前轮驱动单元包括：左前轮制动器和左前轮电动机；所述左前轮制动器一端与所述左前轮电动机连接，另一端与所述制动单元连接，所述左前轮电动机用于与左前轮连接；
所述第二前轮驱动单元包括：右前轮制动器和右前轮电动机；所述右前轮制动器一端与所述右前轮电动机连接，另一端与所述制动单元连接，所述右前轮电动机用于与右前轮连接。
另一方面，提供了一种分布式汽车制动方法，所述方法通过上述任一所述的系统进行制动，所述方法包括：
获取汽车的行车状况；
根据所述行车状况确定对所述汽车的制动模式；
根据所述制动模式对所述汽车进行制动。
还一方面，提供了一种汽车，所述汽车包括上述任一所述的分布式汽车制动系统。
本发明的上述技术方案至少具有以下技术效果：
本申请实施例提供的制动系统，基于前轮采用了液压线控制动的方式，后轮采用了机械线控制动，即前轮和后轮分别采用不同的制动方式，制动时，线控液压的制动力只需要作用于前轮，能够满足前轮最大的制动需要，并且能够快速准确的调节前轮的制动；后轮采用机械线控的方式进行制动，当汽车控制系统在断电前轮无法实现制动时，可以通过机械线控的方式对后轮进行制动，提高了汽车制动的可靠性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的分布式汽车制动系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的前轮液压线控制动子系统示意图；
图3是本发明实施例提供的前轮液压线控制动子系统示意图；
图4是本发明实施例提供的分布式汽车制动系统结构示意图；
图5是本发明实施例提供的分布式汽车制动方法流程示意图。
附图标记：
001-第一管路，002-第二管路，003-公共管路，1-前轮液压线控制动子系统，101-第一电磁阀，102-第二电磁阀，103-第三电磁阀，104-第四电磁阀，105-第五电磁阀，106-第六电磁阀，11-第一前轮驱动单元，12-第二前轮驱动单元，120-右前轮制动器，121-右前轮电动机，110-左前轮制动器，111-左前轮电动机，13-制动单元，130-制动踏板，131-踏板推杆，132-储油杯，133-制动主缸，134-踏板模拟器，135-踏板传感器，136-轮缸，1361-左前轮轮缸，1362-右前轮轮缸，137-高压蓄能器机构，138-高压蓄能器压力传感器，2-控制单元，3-后轮机械线控制动子系统，31-电机，32-减速机构，33-制动器，70-泵电机，71-液压泵，72-高压蓄能器。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
相比传统制动系统，线控制动有更强大的功能，如主动制动、踏板解耦、各车轮制动力独立调节、更快速的制动响应以及提高能量回收效率等。线控制动系统包括液压线控制动系统和机械线控制动系统。液压线控制动系统有成熟的产品，但是管路复杂，零部件繁多，因液压线控制动系统故障导致车辆召回事件频发。液压线控制动系统的高压源可分为两类，一种是“液压泵91+高压蓄能器72”高压源，一种是“电机31+制动主缸133”高压源。前者系统结构复杂，可靠性差。后者电机31+传动机构响应速度慢，液压力控制复杂。鉴于此，本申请实施例提供了一种制动系统及制动方法以解决上述问题。
一种分布式汽车制动系统，如图1所示，该分布式汽车制动系统包括：前轮液压线控制动子系统1、控制单元2与后轮机械线控制动子系统3；
前轮线控液压制动子系统1包括：第一前轮驱动单元11、第二前轮驱动单元12与制动单元13，制动单元13分别与第一前轮驱动单元11以及第二前轮驱动单元12连接，控制单元2与制动单元13连接；
后轮机械线控制动子系统3包括两组电机31、减速机构32与制动器33，其中，一组中的电机31与减速机构32连接，减速机构32与制动器33连接，制动器33用于与汽车的一个后车轮连接，另一组电机31与减速机构32连接，减速机构32与制动器33连接，制动器33用于与汽车的另一个后车轮连接，控制单元2还与电机31连接；
控制单元2用于根据汽车的行车状况控制两个电机31以及制动单元13进而控制汽车的前轮和后轮进行制动。
本发明实施例的上述技术方案至少具有以下技术效果：
本申请实施例提供的制动系统，基于前轮采用了液压线控制动的方式，后轮采用了机械线控制动，即前轮和后轮分别采用不同的制动方式，制动时，线控液压的制动力只需要作用于前轮，能够满足前轮最大的制动需要，并且能够快速准确的调节前轮的制动；后轮采用机械线控的方式进行制动，当汽车控制系统在断电时效前轮无法实现制动时，可以通过机械线控的方式对后轮进行制动，提高了汽车制动的可靠性和稳定性。
以下将通过可选地实施例进一步描述本申请提供的分布式汽车制动系统。
需要说明的是，本申请实施例提供的后轮机械线控制动子系统3还包括：运动转换机构。减速机构32包括带电磁离合器，制动器33包括制动块和制动盘，电机31的转子和带电磁离合器输入轴连接，带电磁离合器的输出轴和运动转换机构输入轴连接，运动转换机构将转动转换为直线运动，将力矩转换为推力，通过输出推杆连接制动器33中的制动块，通过制动块与制动盘接触，制动盘与后轮摩擦，实现汽车后轮的制动。
在一种可选地实施方式中，如图2所示，制动单元13包括：制动踏板130、踏板推杆131、储油杯132、制动主缸133、踏板模拟器134、第一电磁阀101、第二电磁阀102、踏板传感器135、轮缸136、高压蓄能器机构137、第一管路001、第二管路002与公共管路003；
制动踏板130连接在踏板推杆131的一端，踏板推杆131的另一端伸入制动主缸133内，踏板传感器135设置在踏板推杆131上，储油杯132的出油口与制动主缸133的进油口连接，储油杯132的进油口通过第一管路001与公共管路003连接，公共管路003与轮缸136连接，制动主缸133的出油口通过第二管路002与公共管路003连接，公共管路003与轮缸136连接，第二管路002上设置有第一电磁阀101，第二电磁阀102位于制动主缸133与第一电磁阀101之间，踏板模拟器134与第二电磁阀102连接；
高压蓄能器机构137一端与储油杯132连接，另一端与公共管路003连接。
轮缸136分别与第一前轮驱动单元11、第二前轮驱动单元12连接。
需要说明的是，制动主缸133也称液压制动总泵，是行车制动系统的动力源。制动力来自驾驶员施加在制动踏板130上的踏板力和发动机进气管的真空度真空助力，其中真空度是制动主缸133的主要动力源。制动主缸133的主要作用是将驾驶员施加在制动踏板130上的机械力和真空助力器的力转变成制动油压，并将具有一定压力的制动液经过制动管路送到各个车轮的轮缸136，再由车轮制动器33转变为车轮制动力。
轮缸136的作用是将从制动主缸133输入的液压能转变为机械能，以使制动器33进入工作状态。
制动踏板130作用在踏板推杆131右端，踏板推杆131左端作用制动主缸133内的活塞。储油杯132制动液通过制动主缸133腔体上的进油口进入制动主缸133，踏板推杆131和制动主缸133活塞之间有一段距离为L1，制动主缸133活塞初始位置到进液孔封闭位置之间的距离为L2。L1+L2即为制动空行程。制动踏板130和车体之间可以通过铰链联接，制动踏板130和车体之间还可以通过设置预紧弹簧提供预紧力，可提供空行程踏板反作用力。制动主缸133通过第二电磁阀102连接踏板模拟器134。
需要说明的是，制动空行程包括物理空行程和主观感觉上的空行程，物理空行程是指在车载测试中，我们认为是由于制动系统作用，产生了大于车辆滑行减速度0.2-0.3m/s时所对应的踏板行程，或制动管路压力有明显上升时所对应的踏板行程。主管感觉上的踏板行程是指驾驶员能感觉到减速度时的制动踏板130行程。
作为一种示例，当需要对汽车进行制动时，通过脚踩踏板，第二电磁阀102开启，第一电磁阀101关闭，驾驶员踩踏制动踏板130，制动踏板130推动制动主缸133的活塞，制动液通过第二电磁阀102作用在踏板传感器135上，踏板传感器135为驾驶员提供良好一致的踏板感觉。制动液通过高压蓄能器机构137以及第一管路001进入左前轮轮缸1361和右前轮轮缸1362，通过左前轮轮缸1361对左前轮产生压力，通过右前轮轮缸1362对右前轮产生压力，进行制动。当左前轮轮缸1361与右前轮轮缸1362内的压力达到需要的液压制动力时，关闭第一电磁阀101与第二电磁阀102，使左前轮轮缸1361与右前轮轮缸1362内没有制动液流入或流出。
需要说明的是，踏板传感器135采集制动踏板130位移，并将采集的信息发送给控制单元2，控制单元2根据采集的信息判断是不是误踩，并对汽车的控制做出相应的调整。
在一种可选地实施方式中，如图3所示，高压蓄能器机构137包括：泵电机70、液压泵91与高压蓄能器72；
泵电机70与液压泵91连接，液压泵91一端与储油杯132连接，另一端与高压蓄能器72连接，高压蓄能器72与公共管路003连接。
储油杯132和液压泵91进液口相连，为液压泵91提供制动液。泵油电机31机械连接液压泵91，带转液压泵91泵油。液压泵91出口管路连接高压蓄能器72，保持高压蓄能器72在高压工作区。
作为一种示例，当需要对汽车进行制动时，通过脚踩踏板，第二电磁阀102开启，第一电磁阀101关闭，驾驶员踩踏制动踏板130，制动踏板130推动制动主缸133的活塞，制动液通过第二电磁阀102作用在踏板传感器135上，踏板传感器135为驾驶员提供良好一致的踏板感觉。通过泵电机70带动液压泵91将制动液输送至入左前轮轮缸1361和右前轮轮缸1362，通过左前轮轮缸1361对左前轮产生压力，通过右前轮轮缸1362对右前轮产生压力，进行制动。当左前轮轮缸1361与右前轮轮缸1362内的压力达到需要的液压制动力时，关闭第一电磁阀101与第二电磁阀102，使左前轮轮缸1361与右前轮轮缸1362内没有制动液流入或流出。
在一种可选地实施方式中，如图3所示，制动单元13还包括：第三电磁阀103和第四电磁阀104，第三电磁阀103一端通过第一管路001与储油杯132连接，另一端与公共管路003连接；
第四电磁阀104一端与高压蓄能器72连接，另一端与公共管路003连接。
通过设置第三电磁阀103与第四电磁阀104，当控制单元2根据汽车的行车状况对汽车进行制动时，可以通过关闭或者打开第三电磁阀103或第四电磁阀104进而达到对前轮的制动。
作为一种示例，当汽车处于抱死状态时，在防抱死制动过程中，对于后轮，通过电机31驱动减速机构32，通过减速机构32作用与制动器33，通过制动器33中的制动块与制动盘接触，制动盘与后轮摩擦，实现汽车后轮的制动，进而达到对后轮的制动，使后轮的滑移率保持在20％左右。对于前轮，第二电磁阀102开启，第一电磁阀101关闭，驾驶员踩踏制动踏板130，推动制动主缸133运动活塞，制动液通过第二电磁阀102作用在踏板模拟器134上，踏板传感器135为驾驶员提供良好一致的踏板感觉。第六电磁阀106和第七电磁阀打开，第四电磁阀104开启，高压蓄能器72中的高压制动液通过第四电磁阀104进入前轮轮缸136制动。当制动压力增加到车轮滑移率较高时，第三电磁阀103开启减压，制动液通过第三电磁阀103流回储油杯132。通过开启第四电磁阀104增压和开启第三电磁阀103减压预调车轮滑移率在20％附近。当滑移率发生轻微的变动时，可以关闭第三电磁阀103和第四电磁阀104加压，通过控制左前轮电动机111和右前轮电动机121，调节前轮制动滑移率保持在20％左右。
在一种可选地实施方式中，高压蓄能器机构137还包括：单向阀，单向阀设置在液压泵91与高压蓄能器72之间。
需要说明的是，通过在液压泵91与高压蓄能器72之间设置单向阀避免制动液反向流入液压泵91，出现烧泵情况。
在一种可选地实施方式中，如图3所示，制动单元13还包括：高压蓄能器压力传感器138、轮缸压力传感器；
高压蓄能器压力传感器138与高压蓄能器72连接，轮缸压力传感器与轮缸136连接。
通过设置高压蓄能传感器可以即时感受高压蓄能器72的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出给控制单元2，通过控制单元2控制高压蓄能器72的工作状态。
通过设置轮缸压力传感器与轮缸136连接，可以即时的感知轮缸136的制动压力和受到的制动压力等信息，并将该信息传递给控制单元2，通过控制单元2可以控制轮缸136的工作状态。
需要说明的是，本申请实施例提供的控制单元2用于采集踏板传感器135传递的制动踏板130信号以及轮速传感器、车速传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器和横向加速度传感器的信号等，进而控制电机31和制动单元13实现制动功能。
在一种可选地实施方式中，如图3所示，轮缸136包括左前轮轮缸1361和右前轮轮缸1362，左前轮轮缸1361与第一前轮驱动单元11连接，右前轮轮缸1362与第二前轮驱动单元12连接。
本申请实施例对左前轮和右前轮单独进行控制，制动时根据需要对每个车轮进行分别制动，可以根据每个车轮的状况对进行精确的制动，提高了制动的精确性。
需要说明的是，本申请实施例提供的轮缸压力传感器包括左前轮压力传感器与右前轮压力传感器。如此，可以即时的感知左前轮轮缸1361和右前轮轮缸1362的压力和受到的制动力等信息，并将该信息传递给控制单元2，通过控制单元2可以控制左前轮轮缸1361和右前轮轮缸1362的工作状态。
在一种可选地实施方式中，如图3所示，制动单元13还包括：第五电磁阀105与第六电磁阀106；
第五电磁阀105一端与左前轮轮缸1361连接，另一端与公共管路003连接，第六电磁阀106一端与右前轮轮缸1362连接，另一端与公共管路003连接。
需要说明的是，本申请实施例通过设置第五电磁阀105与左前轮轮缸1361连接，第六电磁阀106与右前轮轮缸1362连接，可以实现对左前轮和右前轮的单独控制。作为一种示例，当通过汽车的前轮对汽车制动时，可能只要一个前轮转动，此时，可以通过控制第五电磁阀105或者第六电磁阀106的开合，进而控制其中的一个前轮进行转动，提高了制动的准确性。
在一种可选地实施方式中，如图4所示，第一前轮驱动单元11包括：左前轮制动器110和左前轮电动机111；左前轮制动器110一端与左前轮电动机111连接，另一端与制动单元13连接，左前轮电动机111用于与左前轮连接；
第二前轮驱动单元12包括：右前轮制动器120和右前轮电动机121；右前轮制动器120一端与右前轮电动机121连接，另一端与制动单元13连接，右前轮电动机121用于与右前轮连接。
需要说明的是，本申请实施例提供的制动系统，前轮制动一方面可以通过线控液压进行制动，另一方面，还可以通过电动机提供制动力对前轮进行制动。可以理解的是，电动机提供的制动力比较小，因此在需要提供较大的制动力时，就需要通过液压线控制动方式提供制动力，或者当汽车系统断电失效时无法通过电动机进行制动，此时可以通过液压线控制动方式进行制动，保证了制动的稳定性和可靠性。
在一种可选地实施方式中，减速机构32包括：主动轮、从动轮、滚珠丝杠、螺旋螺母以及导向筒，主动轮与电机31的电机31轴连接，主动轮与从动轮啮合，滚珠丝杠的一端与从动轮的中心轴固定连接，另一端深入导向筒内，螺旋螺母套设在滚珠丝杠上，且螺旋螺母与滚珠丝杠可转动连接。
通过电机31转动带动与电机31轴连接的主动轮转动，进而带动与主动轮啮合的从动轮转动，由于滚珠丝杠的一端与从动轮的中心轴固定连接，因此当从动轮转动时可以带动滚珠丝杠转动，且基于螺旋螺母的外壁与导向筒间隙配合，滚珠丝杠转动时可以带动与滚珠丝杠可转动连接的螺旋螺母做直线运动；当螺旋螺母做直线运动时，会推动制动块运动，由于制动盘位于固定制动块与制动块之间，且固定制动块与制动钳体连接，当制动块靠近制动盘的方向时，制动盘运动，进而与车轮相抵产生摩擦，从而使汽车减速或使车轮停止转动，当制动块远离制动盘方向时，制动盘远离车轮，制动盘与车轮之间的摩擦力小时，从而实现对汽车的加速或对车辆的减速和制动。
在一种可选地实施方式中，本申请实施例提供的制动系统还包括故障监测报警装置，故障报警装置监测制动系统各部件状态，出现故障时触发警报。
本申请实施例提供的系统，采用分布式制动系统，即前轮采用液压线控制动，后轮采用机械线控制动。前轮液压线控制动只作用前轮，结构大大简化。踏板力能够满足前轮最大制动力需要，制动主缸133不需要助力设备。
需要说明的是，相关技术中提供的液压线控制动系统中，对前轮制动时，针对每个前轮会设置两个液压管路，一个液压管路用于对轮缸136进行加压，一个管路用于对轮缸136泄压。而本申请通过设置第一管路001、第二管路002以及公共管路003，当需要对轮缸136进行加压时，打开第五电磁阀105和第六电磁阀106以及第四电磁阀104，一方面，制动液经过第一电磁阀101进入轮缸136内，另一方面，通过高压蓄能器72使轮缸136内的压力保持在高压状态。
当停车制动时，打开第三电磁阀103、第五电磁阀105和第六电磁阀106，关闭第四电磁阀104，轮缸136内的制动液通过原路流出，不需要再设置多余的低压管路，即用于制动液流出的管路，将轮缸136的进油管路和出油管路合并，减少了制动液泄漏和管路老化的问题。并且前轮与制动踏板130连接的第一管路001距离轮缸136较近，可以提高踏板制动的效率。
本申请实施例提供的制动系统在制动时左前轮电动机111为左前轮提供一部分制动力，右前轮电动机121为右前轮提供一部分制动力，并且能快速准确的调节各自车轮所需的制动力。前轮液压线控制动系统相对于相关技术减少了电磁阀的使用数量，提高了制动的可靠性，并且将相关技术中的大部分电磁阀通过第三电磁阀103和第四电磁阀104代替，降低了系统的制作成本。
本申请实施例提供的制动系统，可以使汽车在不同的模式下工作，作为一种示例，当汽车在高效能量回收模式下时，通过制动踏板130推动制动主缸133中的制动液经过第一电磁阀101、第五电磁阀105以及第六电磁阀106，提高了制动的效率。在高速模式下的制动工况较少，进而使得第三电磁阀103和第四电磁阀104的使用频率较低，高压蓄能器72的提供高压的频率也较低，降低了系统耗能水平。
需要说明的是，本申请实施例提供的制动系统采用传统液压轮缸136制动，质量小、产品成熟，没有增加设计负担。汽车后轮附近没有电动机和转向执行机构，空间较富裕。制动器33会增加车轮附近占用空间和簧下质量，但是本申请通过将制动器33设置在后轮避免了和左前轮电动机111以及右前轮电动机121一起导致车身前方的重量过重。
需要说明的是，簧下质量是指在地面车辆的悬吊系统中，是指悬吊的质量，车轮或车轨(如适用)，和其他直接连接于其上的零件，不包含其他由悬吊支撑的零件。簧下重量包含众多零件，如轮轴、轮轴承、轮毂(羊角)、轮胎和传动轴的部分重量，减震桶和悬吊连杆。
本申请实施例提供的制动系统，前轮采用液压线控制动满足安全法规，后轮采用机械线控制动不需要传统防抱死系统Antilock Brake System简称ABS/车身电子稳定系统Electronic Stability Program，简称ESP的调压硬件，能独立实现后轮制动力调节。
本申请实施例提供的制动系统，前轮制动力通过左前轮电动机111和右前轮电动机121调节，后轮制动力通过机械线控制动中的制动器33和制动电机31调节，制动噪声小，制动平稳，左前轮电动机111和右前轮电动机121可以控制车前轮滑移率在更窄的区间内变动，紧急制动情况下的制动距离更短。
本申请实施例提供的制动系统，液压线控制动子系统的制动踏板130连接杆有较大空行程。制动强度较低时，通过左前轮电动机111和右前轮电动机121制动，后轮通过制动器33制动，能最大化能量回收效率。在高速制动时，随着车速的降低，后轮机械线控制动力配合前轮驱动制动力减小，左前轮电动机111和右前轮电动机121沿着恒功率外特性曲线随着转速减低增大制动力矩，进一步提高能量回收效率。
本申请实施例提供的制动系统，在一般制动工况下踏板力直接作用左前轮轮缸1361和右前轮轮缸1362，为驾驶员提供真实的路感。
另一方面，本申请实施例提供了一种分布式汽车制动方法，该方法通过上述任一的系统进行制动，如图5所示，该方法包括：
步骤501、获取汽车的行车状况。
需要说明的是，汽车的行车状况可以包括汽车的车速、电机31转速、电池荷电状态或故障监测报警装置的状态等。控制单元2根据制动踏板130形成和踏板受到的压力获取驾驶员的驾驶意图。
步骤502、根据行车状况确定对汽车的制动模式。
作为一种示例，当汽车的车速缓慢减小时，说明汽车处于减速状态，此时的制动模式可以为能量回收制动模式。或者当控制单元2接收到故障监测报警装置的报警，汽车可能处于失效状态，此时的制动模式可以为失效制动模式。当汽车处于滑行状态时，此时的制动模式可以为防抱死制动模式。或者汽车在高速运动下刹车时的制动模式可以为高速制动模式。
步骤503、根据制动模式对汽车进行制动。
本申请实施例对汽车在不同模式下制动时的情况进行详细描述。
防抱死制动过程：当汽车处于防抱死制动时，汽车后轮通过电机31驱动减速机构32，进而通过后轮机械线控制动子系统3快速后轮之前的制动间隙，控制电机31输出力矩，保持后轮滑移率在20％左右。
前轮通过液压线控制动子系统进行制动。进一步地，第一电磁阀101关闭，第二电磁阀102开启，踩踏制动踏板130，推动制动主缸133活塞运动，制动液通过第二电磁阀102作用在踏板模拟器134上，踏板模拟器134为驾驶员提供良好一致的踏板感觉。第五电磁阀105和第六电磁阀106打开，第四电磁阀104开启，高压蓄能器72中的制动液第四电磁饭进入前轮轮缸136制动。当制动压力增加到车轮滑移率较高时，第三电磁阀103开启，前轮轮缸136中的制动液通过第三电磁阀103流回储油杯132中进行减压。
制动过程中，通过开启第四电磁阀104增压和开启第三电磁阀103减压，调节车轮滑移率在20％附近。
需要说明的是，当调节车轮的滑移率在20％附近后，在下一阶段的制动过程中可以关闭第三电磁阀103和第四电磁阀104，通过控制左前轮电动机111和右前轮电动机121控制制动力，调节前轮制动滑移率保持在20％左右。
高速制动过程：当汽车在高速状态下行驶，例如汽车的车速为每小时120公里时，需要对汽车进行制动，此时对于后轮，电机31的转子和带电磁离合器输入轴连接，带电磁离合器的输出轴和运动转换机构输入轴连接，运动转换机构将转动转换为直线运动，将力矩转换为推力，通过输出推杆联接制动器33中的制动块，通过制动块与制动盘接触，制动盘与车轮产生摩擦实现后轮制动。
对于前轮，第二电磁阀102开启，第一电磁阀101关闭，驾驶员踩踏制动踏板130，推动制动主缸133活塞，制动液通过第二电磁阀102作用在踏板模拟器134上，踏板模拟器134为驾驶员提供良好一致的踏板感觉。第五电磁阀105和第六电磁阀106打开，第四电磁阀104开启，高压蓄能器72中的制动液通过第四电磁阀104进入轮缸136制动。当制动压力增加到需求液压制动力时，关闭第三电磁阀103和第四电磁阀104，使轮缸136内没有制动液流入或流出，实现制动压力保持。当制动压力减少时，根据卸压速度第三电磁阀103开度，制动液从第三电磁阀103流回储油杯132，轮缸136制动液压力减小。
此外，左前轮电动机111和右前轮电动机121可以根据前轮的转速和汽车行驶的需要，提供部分制动力矩。如果前轮所需制动力在左前轮电动机111和右前轮电动机121的调节范围内时，可以过左前轮电动机111和右前轮电动机121调整前轮的制动力，可以不通过液压线控制动调整制动。即对于很小需求的制动力可以通过左前轮电动机111和右前轮电动机121进行调整，而不需要通过线控液压调整制动力。如此，一方面，提高了制动的效率和精确度，另一方面，降低了制动的成本。
能量回收制动过程：汽车在刹车时，可以将部分能量进行回收，在该种模式下，对于后轮制动，电机31的转子和带电磁离合器输入轴联接，带电磁离合器的输出轴和运动转换机构输入轴联接，运动转换机构将转动转换为直线运动，将力矩转换为推力，通过输出推杆联接制动器33中的制动块，通过制动块与制动盘接触，制动盘与车轮产生摩擦实现后轮制动。
对于前轮，可以通过左前轮电动机111和右前轮电动机121为前轮提供部分的制动力，第一电磁阀101、第五电磁阀105和第六电磁阀106开启，第二电磁阀102关闭，第三电磁阀103和第四电磁阀104关闭。增压时制动踏板130推动制动主缸133活塞，制动液通过第一电磁阀101、第五电磁阀105和第六电磁阀106直接作用于轮缸136，并为驾驶员提供真实的制动路感，保压时制动踏板130位置保持不动，减压时制动踏板130行程减小，轮缸136制动液通过第一电磁阀101、第五电磁阀105和第六电磁阀106回流至储油杯132，在制动主缸133内回位弹簧的作用下最终制动力减小到零。
当制动强度比较小，踏板间隙还没有消除空行程，没有制动液进入轮缸136，液压线控制动系统制动力为零。控制单元2根据踏板传感器135采集到的信息，结合汽车行车状况和路况分配前后轮制动力，控制单元2将前轮需求制动力传输给左前轮电动机111和右前轮电动机121进行制动。控制单元2将后轮需求制动力传输给后轮机械线控制动子系统3进行制动。
当前轮液压线控制动子系统1故障状态，且第一电磁阀101、第二电磁阀102、第三电磁阀103、第四电磁阀104、第五电磁阀105以及第六电磁阀106断电失效时，上述所有电磁阀恢复初始状态，即第三电磁阀103和第四电磁阀104关闭，第一电磁阀101、第五电磁阀105以及第六电磁阀106开启，第二电磁阀102关闭。
需要说明的是，当只有前轮液压线控制动子系统1断电时，制动踏板130推动制动主缸133活塞运动，制动液通过第二管路002直接作用在左前轮轮缸1361和右前轮轮缸1362，控制单元2根据紧急制动指令，控制左前轮电动机111和右前轮电动机121以及后轮的制动器33提供制动力进行制动。前轮和后轮的制动力按照I曲线分配，并触发故障监测报警装置。需要说明的是，I曲线是指前后车轮同时抱死时前后车轮制动器33制动力的关系曲线，即理想的前后轮制动器33制动力分配曲线，简称I曲线。
若第一电磁阀101、第二电磁阀102、第三电磁阀103、第四电磁阀104、第五电磁阀105以及第六电磁阀106不能工作，则控制单元2发出紧急制动指令，通过后轮机械线控制动子系统3对后轮进行制动，前轮通过左前轮电动机111和右前轮电动机121提供制动力进行制动。并触发故障监测报警装置报警，对汽车进行检修。需要说明的是，此种情况下前轮和后轮的制动分配按照I曲线进行分配。
若前轮液压线控制动子系统1与机械线控制动子系统均断电失效，即上述第一电磁阀101、第二电磁阀102、第三电磁阀103、第四电磁阀104、第五电磁阀105以及第六电磁阀106不能工作，后轮机械线控制动系统中的电机31也不能工作。此时，可以通过制动踏板130推动制动主缸133活塞运动，制动液通过第二管路002直接作用于轮缸136，提供部分制动力，左前轮电动机111和右前轮电动机121调节驱动力或制动力大小，控制前轮制动滑移率在20％左右，并触发故障监测报警装置。
若前轮液压线控制动子系统1与机械线控制动子系统均断电失效，或控制单元2故障，只能通过制动踏板130推动制动主缸133活塞运动，制动液直接作用于轮缸136制动前轮，并触发故障监测报警装置。
若只有左前轮电动机111和右前轮电动机121断电，控制单元2发出紧急制动指令，通过后轮前轮液压线控制动子系统1与机械线控制动子系统均断电失效，提供后轮制动力，前轮第一电磁阀101、第五电磁阀105、第六电磁阀106开启，第二电磁阀102关闭，第三电磁阀103和第四电磁阀104动作控制轮缸136压力，前轮和后轮的制动力按照I曲线分配，并触发故障监测报警装置。
本申请实施例提供的制动系统可以实现常规制动、防抱死制动、牵引力控制、车身电子稳定性控制、断电失效制动、再生制动调节以及自适应巡航、自动紧急制动和自动泊车辅助工况下的智能辅助驾驶制动。
本发明所述分布式前驱汽车复合制动系统，主要设计参数包括制动系统总参数设计、电子机械制动系统设计和前轴液压子系统设计。
还一方面，本申请实施例提供了一种汽车，该汽车包括上述任一的分布式汽车制动系统。
本申请实施例提供的制动系统中的制动系统参数设计如下所示：
本申请实施例提供的第二前轮驱动单元12包括右前轮电动机121，第一前轮驱动单元11包括左前轮电动机111。右前轮电动机121和左前轮电动机111作为整车动力输出机构，必须满足车辆在任意使用工况下的功率平衡方程：
其中u：行驶速度；ηt：传动系统的机械效率；m：整车质量；g：重力加速度；f：滚动阻力系数；α：坡度；CD：空气阻力系数；A：迎风面积；δ：旋转质量换算系数。
其中，传动系统的机械效率是指汽车在稳定运行时，机械的输出功有用功量与输入功动力功量的百分比；滚动阻力系数是指车轮滚动时的阻力系数，该系数为常数；坡度是指汽车的爬行坡度。
需要说明的是，可以根据最高车速可以为120公里/小时、电机31最高转速初选10000r/min和轮胎动力半径设计传动比。根据车辆高频使用车速区间确定额定转速。当忽略功率平衡方程式中坡度阻力和加速阻力时，可根据要求汽车的最高行驶车速设计电机31额定功率。根据额定功率和额定转速，能确定额定转矩。根据最大爬坡功率比如车辆按20km/h的车速通过30％的坡道确定峰值功率和峰值转矩。
传统制动系统需要满足以下要求：满载和空载车况下，路面附着状况良好，前轮和后轮的最大制动力大于最大需求制动力。本申请前轮采用液压线控制动子系统和电机31复合制动形式，后轮采用机械线控制动形式。结构上仍然遵从传统的设计原则，满足制动法规要求：空载和满载制动要求初速度为80km/h，冷态制动距离不超过61.2km/h，制动减速度不小于5m/s2。空载和满载失效制动要求初速度70km/h，前失效制动距离不大于95.7m，制动减速度不小于2.2m/s2。静态驻坡能力不小于18％。
进行制动系统性能匹配计算时所需参数有整车满载和空载状态下，轴距L、质心距前轴距离a、质心距后轴距离b、质心高度hg、质量m和车轮滚动半径Rd。同时抱死情况下理论前轮制动力Fi和后轮制动力Fr计算公式为：
其中，Z：制动强度，U：地面摩擦系数，通常取0.8。后轮制动器33作用力Frn为：
B：制动效能因数，R：制动盘等效作用半径。
前轮轮缸136压力p为：
Fe：为当前状态包括转速，温度等下电动机提供最大的制动力，D：制动轮缸136直径。
分别计算满载和空载状态下前轮制动轮缸136制动压力，根据最大值设计前轮线控液压子系统轮缸136压力。计算满载和空载状态下后轮制动正压力，根据最大值设计后轮机械线控制动系统最大正压力。
后轮机械线控制动子系统3设计：
机械线控制动子系统设计包括结构设计和参数设计。运动转换机构采用滚珠丝杠，其计算选型过程主要根据具体的使用条件逐一确定精度等级、丝杠外径、导程、螺母型号、轴向间隙、安装支撑方法等。根据制动器33制动力确定载荷，制动块位移确定工作行程，根据电机31额定转速、主动轮和从动轮传动比和整车消除制动间隙的时间要求确定运行速度，制动系统工作次数设计寿命，和制动器33附近工作环境确定使用条件。
根据GB7258-2004规定，达到规定的制动减速度的75％时的制动协调时间不得超过0.35秒。所以制动作用时间最大近似0.35s。机械线控制动子系统的动力作用路径由电机31转子经减速机构32和滚珠丝杠作用到制动块，由于惯性较大，电机31动态特性的限制，消除制动间隙的作用时间比较长，为了满足法规对制动作用时间的限制，要电机31额定转速、滚珠丝杠额定转速和导程提出设计要求。根据制动器33参数、电机31额定转速和消除制动间隙的时间要求确定滚珠丝杠导程Ph：
其中，S:消除制动间隙行程；t：消除制动间隙的时间要求；i1：减速机构32传动比；n：电机31额定转速。
根据制动块作用在制动盘上的最大作用力，选取滚珠丝杠材料、丝杠直径和安装方式，并进行弯曲载荷和轴向载荷进行校核。
根据不同的设计目标可对减速机构32减速比、减速机构32尺寸、电机31的额定转速和额定转矩等进行设计，良好的参数和结构设计不仅能减轻系统质量和体积，还能降低对制动电机31的性能要求，并提高系统的动态特性，保证制动力矩控制精度和准确度。
前轮线控液压子系统中第一管路001和第二管路002压力一般不超过10～12MPa，轮缸136直径在HG2865-1997标准规定的尺寸系列中选取。
制动主缸133的工作容积应为所有轮缸136的总工作容积和第一管路001、第二管路002以及公共管路003的变形容积之和。本申请提供的制动主缸133活塞行程可以减小，轮缸136直径较传统更大。制动主缸133直径应符合QC/T311-1999中规定的尺寸系列。
制动踏板130的踏板力应该满足的要求有：最大踏板力一般为500N，设计时在200N～350N的范围内选取。乘用车最大踏板行程应不大于100～150mm。为了避免空气进入第一管路001、第二管路002和第三管路，在计算制动活塞回位弹簧时，应保证制动踏板130放开后第一管路001、第二管路002和第三管路中仍保持0.05～0.14MPa的残余压力。制动踏板130工作行程Sp为：
Sp＝ip·(S0+δm1+δm2)
其中，δm1：制动主缸133中推杆和活塞间的间隙，一般取1.5～2mm；δm2：制动主缸133活塞空行程；ip：踏板杠杆比。
以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分布式汽车制动系统，其特征在于，所述分布式汽车制动系统包括：前轮液压线控制动子系统(1)、控制单元(2)与后轮机械线控制动子系统(3)；
所述前轮线控液压制动子系统(1)包括：第一前轮驱动单元(11)、第二前轮驱动单元(12)与制动单元(13)，所述制动单元(13)分别与所述第一前轮驱动单元(11)以及所述第二前轮驱动单元(12)连接，所述控制单元(2)与所述制动单元(13)连接；
所述后轮机械线控制动子系统(3)包括两组电机(31)、减速机构(32)与制动器(33)，其中，一组中的电机(31)与减速机构(32)连接，所述减速机构(32)与制动器(33)连接，所述制动器(33)用于与汽车的一个后车轮连接，另一组电机(31)与减速机构(32)连接，所述减速机构(32)与制动器(33)连接，所述制动器(33)用于与汽车的另一个后车轮连接，所述控制单元(2)还与所述电机(31)连接；
所述控制单元(2)用于根据所述汽车的行车状况控制所述两个电机(31)以及所述制动单元(13)进而控制汽车的前轮和后轮进行制动。
2.根据权利要求1所述的分布式汽车制动系统，其特征在于，所述制动单元(13)包括：制动踏板(130)、踏板推杆(131)、储油杯(132)、制动主缸(133)、踏板模拟器(134)、第一电磁阀(101)、第二电磁阀(102)、踏板传感器(135)、轮缸(136)、高压蓄能器机构(137)、第一管路(001)、第二管路(002)与公共管路(003)；
所述制动踏板(130)连接在所述踏板推杆(131)的一端，所述踏板推杆(131)的另一端伸入所述制动主缸(133)内，所述踏板传感器(135)设置在所述踏板推杆(131)上，所述储油杯(132)的出油口与所述制动主缸(133)的进油口连接，所述储油杯(132)的进油口通过所述第一管路(001)与所述公共管路(003)连接，所述制动主缸(133)的出油口通过所述第二管路(002)与所述公共管路(003)连接，所述公共管路(003)与所述轮缸(136)连接，所述第二管路(002)上设置有所述第一电磁阀(101)，所述第二电磁阀(102)位于所述制动主缸(133)与所述第一电磁阀(101)之间，所述踏板模拟器(134)与所述第二电磁阀(102)连接；
所述高压蓄能器机构(137)一端与所述储油杯(132)连接，另一端与所述公共管路(003)连接；
所述轮缸(136)分别与所述第一前轮驱动单元(11)、所述第二前轮驱动单元(12)连接。
3.根据权利要求2所述的分布式汽车制动系统，其特征在于，高压蓄能器机构(137)包括：泵电机(70)、液压泵(71)与高压蓄能器(72)；
所述泵电机(70)与所述液压泵(71)连接，所述液压泵(71)一端与所述储油杯(132)连接，另一端与所述高压蓄能器(72)连接，所述高压蓄能器(72)与所述公共管路(003)连接。
4.根据权利要求3所述的分布式汽车制动系统，其特征在于，所述制动单元(13)还包括：第三电磁阀(103)和第四电磁阀(104)，所述第三电磁阀(103)一端通过所述第一管路(001)与所述储油杯(132)连接，另一端与所述公共管路(003)连接；
所述第四电磁阀(104)一端与所述高压蓄能器(72)连接，另一端与所述公共管路(003)连接。
5.根据权利要求2所述的分布式汽车制动系统，其特征在于，所述制动单元(13)还包括：高压蓄能器压力传感器(138)与轮缸压力传感器；
所述高压蓄能器压力传感器(138)与所述高压蓄能器(72)连接，所述轮缸压力传感器与所述轮缸(136)连接。
6.根据权利要求2-5任一所述的分布式汽车制动系统，其特征在于，所述轮缸(136)包括左前轮轮缸(1361)和右前轮轮缸(1362)，所述左前轮轮缸(1361)与所述第一前轮驱动单元(11)连接，所述右前轮轮缸(1362)与所述第二前轮驱动单元(12)连接。
7.根据权利要求6所述的分布式汽车制动系统，其特征在于，所述制动单元(2)还包括：第五电磁阀(105)与第六电磁阀(106)；
所述第五电磁阀(105)一端与所述左前轮轮缸(1361)连接，另一端与所述公共管路(003)连接，所述第六电磁阀(106)一端与所述右前轮轮缸(1362)连接，另一端与所述公共管路(003)连接。
8.根据权利要求1-5任一所述的分布式汽车制动系统，其特征在于，所述第一前轮驱动单元(11)包括：左前轮制动器(110)和左前轮电动机(111)；所述左前轮制动器(110)一端与所述左前轮电动机(111)连接，另一端与所述制动单元(13)连接，所述左前轮电动机(111)用于与左前轮连接；
所述第二前轮驱动单元(12)包括：右前轮制动器(120)和右前轮电动机(121)；所述右前轮制动器(120)一端与所述右前轮电动机(121)连接，另一端与所述制动单元(13)连接，所述右前轮电动机(121)用于与右前轮连接。
9.一种分布式汽车制动方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1-8任一所述的系统进行制动，所述方法包括：
获取汽车的行车状况；
根据所述行车状况确定对所述汽车的制动模式；
根据所述制动模式对所述汽车进行制动。
10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求1-8任一所述的分布式汽车制动系统。
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