CN111824106A - 具有完备失效运行能力的线控制动系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有完备失效运行能力的线控制动系统及车辆，该制动系统包括第一电机系统、第二电机系统、第一离合装置、第二离合装置和传动机构；第一电机系统通过第一离合装置实现与传动机构的隔离和结合；第二电极系统通过第二离合装置实现与传动机构的隔离和结合；其中，通过切断或输出第一电机系统和第二电机系统的动力，使得第一电机系统与第二电机系统共用传动机构实现线控制动。本发明能够在线控制动系统中的电机失效时，快速切换动力系统，保持制动系统的制动能力。

Description

具有完备失效运行能力的线控制动系统及车辆

技术领域

本发明是关于一种具有完备失效运行能力的线控制动系统及车辆，涉及汽车制动技术领域。

背景技术

线控制动系统(brake-by-wire system)是新能源汽车实现制动能量回收，智能化汽车实现汽车主动刹车的基础和前提，对于无人驾驶等智能化的汽车功能和汽车安全至关重要。根据美国汽车工程师学会(SAE)对于无人驾驶级别的规定，L4级为高度无人驾驶，L5级为全工况无人驾驶，这两个级别的自动驾驶在任何情况下都不需要驾驶员的接管，是无人驾驶的终极目标。但是由于自动驾驶的高度复杂性，汽车不可避免出现各种故障，尤其是线控制动系统工作强度的增加使得其发生故障的可能性升高。

现有线控制动系统，均具有失效保护(fail-safe)功能。比如德国博世的iBooster+ESP方案，可以实现在iBooster故障时，由ESP自主短暂工作，使车辆在安全区域迅速停车，但是ESP并不能单独作为线控制动系统长时间高频次工作，否则会导致电磁线圈烧毁断路等严重事故。德国大陆的MK C1方案中，在系统失效时，通过主缸与轮缸之间保留的液压管路，同样实现fail-safe级别的失效保护，此时驾驶员必须接管汽车，同时在制动时需要使用比正常驾驶更大的力量去踩下制动踏板，才能使汽车具有安全的减速效果。

但是在L4和L5级的自动驾驶环境下，没有驾驶员接管车辆，因此传统具有失效保护(fail-safe)级别的线控制动系统已经不再适用于L4和L5级的自动驾驶。在这样的背景下，具有失效运行(fail-operational)能力的线控制动系统成为了制动系统的主要研究方向。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在线控制动系统中的电机失效时，快速切换动力系统，保持制动系统的制动能力的具有完备失效运行能力的线控制动系统及车辆。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种具有完备失效运行能力的线控制动系统，该制动系统包括第一电机系统、第二电机系统、第一离合装置、第二离合装置和传动机构；所述第一电机系统通过所述第一离合装置实现与所述传动机构的隔离和结合；所述第二电极系统通过所述第二离合装置实现与所述传动机构的隔离和结合；其中，通过切断或输出所述第一电机系统和第二电机系统的动力，使得所述第一电机系统与第二电机系统共用所述传动机构实现线控制动。

进一步地，该线控制动系统还包括制动主缸、油壶、第一弹簧、第二弹簧、一级活塞和二级活塞，所述制动主缸连接所述油壶，所述油壶内设置有液压油，所述制动主缸内依次通过第一弹簧、一级活塞、第二弹簧和二级活塞连接所述传动机构的输出端。

进一步地，所述第一离合装置和第二离合装置均采用电磁离合器、摩擦片式离合器或湿式离合器。

进一步地，所述第一离合装置和第二离合装置采用的形式为干湿摩擦式、液力变矩器式或电磁离合式。

进一步地，所述传动机构采用多级减速齿轮式、滚珠丝杠式、蜗轮蜗杆式或齿轮齿条式。

第二方面，本发明还提供一种车辆，该车辆安装有本发明第一方面所述的线控制动系统。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：

1、本发明能够在线控制动系统中的电机失效时，快速切换动力系统，保持制动系统的制动能力，尤其对于电机卡死、衰退等故障，具有良好的补偿能力。

2、装载本发明的线控制动系统的无人驾驶或自动驾驶车辆，在线控制动发生故障时，不需要驾驶员对车辆进行接管，其自身即可以提供汽车充足的制动力和制动效果，保证驾乘人员的人身和财产安全。

附图说明

图1为本发明实施例1的具有完备的失效运行能力的线控制动系统原理图；

图2为本发明的线控制动系统在待试车辆的安装配置图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

实施例1

本实施例提出的具有完备失效运行(fail-operational)能力的线控制动系统，基本思路是：针对需要电机进行主动建压型的线控制动系统，其电机为整个系统中较为薄弱的环节，在其空间位置附近备份另一套完整的电机系统，二者可以共用原有线控制动系统的传动机构。当系统无故障发生时，第一电机系统与传动机构结合，备份的第二电机系统通过离合装置与传动机构断开连接，保持待命状态。当系统内发生故障时，离合装置迅速实现切换，断开第一电机系统，并将备份电机接入传动机构。备份电机系统与第一电机系统的控制方法相同，传动结构相同，因此在系统层面上，线控制动系统的响应和制动能力等性能均没有发生变化，即实现了完备的失效运行(fail-operational)。

基于上述思路，如图1所示，本实施例提供的具有完备失效运行能力的线控制动系统，包括第一电机系统1、第二电机系统2、第一离合装置3、第二离合装置4和传动机构5；

第一电机系统1通过第一离合装置3实现与传动机构5的隔离和结合；

第二电极系统2通过第二离合装置4实现与传动机构5的隔离和结合；

其中，通过可替换地切断或输出两个电机系统动力，使得第一电机系统1与第二电机系统2共用一套传动机构5实现线控制动。

优选地，该线控制系统与传统制动系统类似，还包括制动主缸61、油壶62、弹簧63、一级活塞64、弹簧65和二级活塞66，制动主缸61连接油壶62，油壶62内设置有液压油，制动主缸61内通过弹簧63、一级活塞64、弹簧65和二级活塞66连接传动机构5的输出端。

优选地，第一离合装置3和第二离合装置4均可以采用电磁离合器、摩擦片式离合器、湿式离合器及其他离合装置，在此不做限定；第一离合装置3和第二离合装置4可以采用多种形式，包括干湿摩擦式、液力变矩器式、电磁离合式等，在此不做限定。

优选地，传动机构5可以采用多种形式，包括多级减速齿轮式，滚珠丝杠式，蜗轮蜗杆式，齿轮齿条式等，在此不做限定。

实施例2

本实施例还提供一种车辆，该车辆安装有实施例1的线控制动系统。

实施例3

下面详细说明实施例1的具有完备失效运行能力的线控制动系统应用在待试车辆的制动过程，具体为：

S1、如图2所示，将实施例1的线控制动系统安装在待试车辆上，待试车辆包括制动主缸601、油壶602、一级活塞603、二级活塞604、踏板模拟器605、压力传感器606、607、常闭电磁阀608，常开电磁阀609、610，制动踏板611、制动轮缸612、踏板推杆613，压力调节模块614(ABS或ESC)等现有器件。其中，第一离合装置3由主动部分31和从动部分32构成，第二离合装置4由主动部分41和从动部分42组成，两个从动部分32及42均与传动机构5相连。

S2、当线控制动系统正常工作时，常开电磁阀609及610上电关闭，常闭电磁阀608上电打开，当驾驶员进行制动操作时，此时驾驶员踩下制动踏板611，踏板力由踏板推杆613传入制动主缸601连接的二级活塞604，并通过弹簧传递给一级活塞603，油路打开，液压油信号通过压力传感器606进行采集，同时液压油通过常闭电磁阀608给踏板模拟器605以反馈力。

假设此时，第一电机系统1通过第一离合装置3接合，驱动传动机构5，推动二级活塞66和一级活塞64实施制动，压力传感器607用于对制动主缸61内的制动压力进行监测，此时第二电机系统2处于待命状态。第一电极系统1收到信号，调整转动速度，同时配合第一离合装置3与传动机构5，将动力通过传动机构5传递到输出端，由于油壶62的存在，与之相连的制动主缸61中是有液压油的，动力由输出端推动制动主缸61中的二级活塞66，并且通过弹簧65推动一级活塞64，液压油通过油路进入到压力调节模块614进行制动力的分配，同时，由于压力传感器607存在，液压油的压力信息被采集并进行反馈。

S3、当第一电极系统1发生故障时，第一离合装置3将第一电机系统1与传动机构5隔离，同时接合第二离合装置4，将第二电机系统2接入传动机构5，恢复线控制动系统的动力进行制动。

当驾驶员不进行干预时，可以由无人驾驶系统直接操控本发明的线控制动系统，此时控制信号由无人驾驶系统设定。

S4、当线控制动系统出现控制无法正常工作时，常开电磁阀609及610打开，此时的制动操作与传统制动操作过程相同，制动主缸601中的液压油通过常开电磁阀609及610传递到压力调节模块614进行制动力分配。

当第一电极系统1发生故障后，通过警示灯或显示信息等方式向驾驶员发出及时检修提示。

综上所述，由于本实施例的线控制动系统具有两套独立的电机系统及其对应的离合装置，因此对于电机卡死、衰退、完全失效等类型故障均可以容错运行，并且完全不影响系统性能。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有完备失效运行能力的线控制动系统，其特征在于，该线控制动系统包括第一电机系统、第二电机系统、第一离合装置、第二离合装置和传动机构；

所述第一电机系统通过所述第一离合装置实现与所述传动机构的隔离和结合；

所述第二电极系统通过所述第二离合装置实现与所述传动机构的隔离和结合；

其中，通过切断或输出所述第一电机系统和第二电机系统的动力，使得所述第一电机系统与第二电机系统共用所述传动机构实现线控制动。

2.根据权利要求1所述的线控制动系统，其特征在于，该线控制动系统还包括制动主缸、油壶、第一弹簧、第二弹簧、一级活塞和二级活塞，所述制动主缸连接所述油壶，所述油壶内设置有液压油，所述制动主缸内依次通过第一弹簧、一级活塞、第二弹簧和二级活塞连接所述传动机构的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的线控制动系统，其特征在于，所述第一离合装置和第二离合装置均采用电磁离合器、摩擦片式离合器或湿式离合器。

4.根据权利要求1或2所述的线控制动系统，其特征在于，所述第一离合装置和第二离合装置采用的形式为干湿摩擦式、液力变矩器式或电磁离合式。

5.根据权利要求1或2所述的线控制动系统，其特征在于，所述传动机构采用多级减速齿轮式、滚珠丝杠式、蜗轮蜗杆式或齿轮齿条式。

6.一种车辆，其特征在于，该车辆安装有如权利要求1～5任一项所述的线控制动系统。

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