CN111907499A - 一种电液制动系统及其制动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电液制动系统，涉及汽车制动系统领域，包括主壳体，主壳体内设有液压单元制动主缸，制动主缸的活塞杆外端连接输出顶杆，输出顶杆另一端设有输入杆，输入杆仅沿自身长度方向滑移连接于主壳体内，输入杆另一端设有用于传递制动踏板力的推杆；主壳体内还设有用于将推杆往远离制动主缸方向复位的复位件、用于感应推杆位移的位移传感器；输入杆与输出顶杆包括间隔状态和抵接状态，间隔状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电来制动；抵接状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电作为主要制动力，输出顶杆推动制动主缸活塞杆产生的液压制动为补偿制动力。达到了提高电制动的占比，提高能量回收率的效果。

Description

一种电液制动系统及其制动方法
技术领域
本发明涉及汽车制动系统领域，特别涉及一种电液制动系统及其制动方法。
背景技术
机动车辆制动系统通常依靠发动机进气系统为制动助力器提供真空源，从而为制动主缸进行加压助力，为制动操纵人员提高制动响应速度，缩短车辆制动距离，提高车辆的安全性。但是这种机械式助力器在没有真空度或者真空度不足的情况下不能为制动系统提供足够的制动助力。
为了解决上述助力不足的问题，目前多数厂家提出了电动助力制动方案，即通过电机助力替代真空助力，该系统一般包括动力单元、传动单元、控制器和制动主缸，其中控制器是用来控制动力单元（一般为无刷电机或有刷电机）按照驾驶员的制动力需求进行快速响应或停止。
目前很多厂家设计方案为，制动踏板和制动轮缸是非解耦的，在一个减速过程中，只要踩下制动踏板，制动轮缸就会有液压产生制动，无法实现制动能量回收，即使控制策略上可以通过将电制动叠加在机械液压制动上完成制动，但是能量回收率较低，这样的结构限制了产品的推广使用，尤其在电动车辆上的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电液制动系统，制动踏板和液压机构解耦，在踩下制动踏板后，以电机作为主要扭矩提供源，电机能力＜制动需求时，液压制动作为制动力矩不足的补偿，从而提高电制动的占比，进而增加能量回收率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种电液制动系统，包括主壳体，所述主壳体内设有液压单元制动主缸，制动主缸的活塞杆外端连接输出顶杆，输出顶杆另一端设有输入杆，输入杆仅沿自身长度方向滑移连接于主壳体内，输入杆另一端设有用于传递制动踏板力的推杆；
所述主壳体内还设有用于将推杆往远离制动主缸方向复位的复位件、用于感应推杆位移的位移传感器；输入杆与输出顶杆包括间隔状态和抵接状态，间隔状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电来制动；抵接状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电作为主要制动力，输出顶杆推动制动主缸活塞杆产生的液压制动为补偿制动力。
更进一步地，所述位移传感器包括磁性元件以及霍尔传感器（8），霍尔传感器（8）用于感应磁性元件的相对位移。
更进一步地，所述磁性元件包括沿推杆移动方向分布的若干块横向磁块以及竖向磁块，所有横向磁块的两个磁块皆位于同一直线上且N极指向相同，相邻横向磁块间设有一竖向磁块，竖向磁块两端磁块连线方向与横向磁块的连线方向垂直，且相邻竖向磁块的N极指向相反。
更进一步地，所述输入杆外周设有螺纹，且其外套设有与螺纹相适配的螺套，所述螺套仅转动连接于主壳体内；所述主壳体内还设有用于驱动螺套转动的动力单元。
更进一步地，所述动力单元包括助力电机，所述助力电机输出端同轴设有小齿轮，主壳体内转动连接有惰轮和输出齿轮，所述惰轮为两级双联斜齿轮，其一级与小齿轮相外啮合，另一级与输出齿轮相外啮合，输出齿轮套设于螺套外并驱动螺套转动。
更进一步地，所述螺套外设有外花键，输出齿轮内周设为与外花键相配合的内花键。
更进一步地，所述输入杆与推杆通过球铰接的方式连接。
更进一步地，所述输入杆包括可拆卸连接于其靠近输出顶杆一端的调整垫块，所述调整垫块与输出顶杆之间设有留有一段间隙。
本发明的目的还在于提供一种电液制动方法，其能提高电制动的占比，进而增加能量回收率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种制动方法，在车辆有制动需求时，进行制动能量回收，包括如下步骤：
S1：制动踏板被踩下后，踏板力通过推杆带动输入杆向前推动，输入杆先向前靠近输出顶杆；
S2：同时，通过行程传感器感应当前推杆位移和推杆位移的速度，推测驾驶员的制动需求，并计算需求的制动力，通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电来制动；
S3：输入杆消除与输出顶杆之间的间隙至抵接状态后，表示驱动电机能力＜制动需求，此时踏板力以及动力单元驱动输出顶杆继续向前，从而推动制动主缸的活塞杆产生液压制动力，制动需求由车辆的驱动电机扭矩反拖发电作为主要制动力来源，而液压制动力作为制动力不足的补偿。
更进一步地，线控制动时，由助力电机制动来产生对制动主缸活塞杆的全部推力，产生液压制动；
助力电机或者电控系统失效时，进行安全备份制动，由制动踏板力直接推动制动主缸，来承担对制动主缸活塞杆的全部推力，产生液压制动。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过制动踏板和液压机构解耦，在踩下制动踏板后，控制器通过行程传感器对当前踏板角度和角速度推测驾驶员的制动需求，并计算需求的制动力，然后由电机作为主要扭矩提供源，当制动减速度需求大，电机制动力不足时（电机能力＜制动需求），液压制动作为制动力矩不足的补偿。从而提高电制动的占比，进而增加能量回收。
2. 通过磁体N极和S极通过特性的顺序进行排列，保证磁性元件在较小的结构尺寸下具有较大的磁场线单调区域，该磁块的特定排列方式可以保证在磁性元件有效工作区域内的任何位置，磁场线的方向都是唯一的，位移传感器内部设计有霍尔芯片，通过感知磁体不同位置磁场线的方向从而得知踏板推杆的前进和后退的位移大小，也可通过计算磁感线角度变化的快慢推算出踏板推杆的位移速度，并且按照这种序列排布可以将位移传感器的测量行程做的更大，这种电磁感应式位移传感器移动部件和感应部件是非接触的，较接触式滑片电阻式位移传感器精度更高，寿命更长，抗电磁干扰效果更好。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中位移传感器的安装示意图；
图3是本发明中位移传感器部分的磁场变化原理图；
图4是本发明中螺杆部分的连接结构示意图；
图5是本发明中的系统制动力传递流程图。
图中，1、踏板连接件；2、推杆；3、挡圈；4、推杆弹簧；5、推杆弹簧座；6、弹簧座；7、磁性元件；8、霍尔传感器；9、复位弹簧；10、螺杆；11、螺套；12、输出齿轮；13、惰轮；14、小齿轮；15、助力电机；17、制动主缸；19、输出顶杆；20、基座；21、缓冲块；23、输入杆；25、主壳体；26、副壳体；50、导向杆；51、支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
一种电液制动系统，如图1所示，包括主壳体25，主壳体25内固定有液压单元制动主缸17，制动主缸17的活塞杆外端同轴固定连接输出顶杆19，输出顶杆19另一端同轴设有输入杆23，输入杆23仅沿自身长度方向滑移连接于主壳体25内，输入杆23另一端球铰接有用于传递制动踏板力的推杆2。球形铰接的连接方式优于仅设置一根杆，因为踏板的运动轨迹是一条弧线，球形铰接可以吸收因装配的不同心度和踏板的摆动角度带来的运动卡滞。
如图1和图2所示，推杆2外固定有挡圈3，挡圈3靠近制动主缸17一侧抵接或固定有弹簧座6，弹簧座6套设于推杆2外；主壳体25包括固定于其远离制动主缸17一端的副壳体26，副壳体26套设于弹簧座6外，副壳体26外端还连接有挡设于弹簧座6移动方向上的限位弯折。副壳体26内还设有用于将弹簧座6往远离制动主缸17方向推动复位的复位件、用于感应推杆2位移的位移传感器。
如图1所示，复位件可以是螺旋圆柱弹簧也可以是截锥螺旋弹簧，或者是弹性橡胶，也可以是弹簧和橡胶的组合；弹簧可以是等节距也可以是变节距。本实施例中，复位件包括复位弹簧9，复位弹簧9套设于推杆2与输入杆23外，其一端抵接于主壳体25内，另一端抵接于弹簧座6内端面，以推动弹簧座6向外，通过挡圈3将推杆2向外推动复位。
如图2所示，位移传感器包括固定于弹簧座6外周面上的磁性元件7以及固定于副壳体26内周面上的霍尔传感器8，霍尔传感器8用于感应磁性元件7的相对位移。利用了霍尔感应的原理，传感器与磁性元件7在发生位移时，传感器内部的芯片将会产生不同的电信号，从而通过计算可以核算出磁性元件7的直线位移，即通过踏板位移传感器的信号输出得到踏板推杆2的位移。
如图3所示，磁性元件7包括沿推杆2移动方向分布的若干块横向磁块以及竖向磁块，所有横向磁块的两个磁块皆位于同一直线上且N极指向相同，相邻横向磁块间设有一竖向磁块，竖向磁块两端磁块连线方向与横向磁块的连线方向垂直，且相邻竖向磁块的N极指向相反。
如图2所示，位移传感器为静止固定部件，副壳体26上设有定位孔，装配后位移传感器与副壳体26轴向位置相对固定，再通过固定螺钉锁紧在副壳体26上。磁性元件7为运动部件，设计有导向凸型结构，弹簧座6外周设计有导向凹型槽，装配时凸凹配合在一起，保证磁性元件7在往复运动时能够始终保持直线运动，能够保证位移型号输出的可靠性，避免磁性元件7左右晃动后产生型号飘移，信号输出较弱甚至无信号输出的情况。
如图3所示，本实施例中，磁性元件7包括沿推杆2移动方向分布的两块横向磁块以及两块竖向磁块，依次为N极指向其余磁块的横向磁块、N极指向霍尔传感器8一侧的竖向磁块、N极与上一横向磁块方向相同的横向磁块、N极指向背离霍尔传感器8一侧的竖向磁块；
该磁块的特定排列方式这样可以保证在磁性元件7有效工作区域内的任何位置，磁场线的方向都是唯一的，通过感知磁体不同位置磁场线的方向从而得知推杆2的前进和后退的位移大小，也可通过计算磁感线角度变化的快慢推算出踏板推杆2的位移速度，并且按照这种序列排布可以将位移传感器的测量行程做的更大，这种电磁感应式位移传感器移动部件和感应部件是非接触的，较接触式滑片电阻式位移传感器精度更高，寿命更长，抗电磁干扰效果更好。
如图1所示，位移传感器和磁性元件7均安装于系统安装面的后端，从安装面后端的部分在实车上是在驾驶舱，前端是在发动机舱，实际在车辆上使用时，传感器和磁性元件7处在驾驶舱，环境温度适宜，远离发动机舱的高温和高湿，电磁干扰和振动较小。由于这种电磁传感器在高温下信号输出很容易产生温度飘移，导致型号输出误差较大，而且磁性元件7在高温下的磁场强度会衰弱，且无法恢复，处在驾驶舱有利于传感器的信号输出精度。
如图1所示，输入杆23包括其外周套设的中空螺杆10，螺杆10外周设置螺纹，螺杆10外套设有与其螺纹相适配的螺套11，螺套11通过键连接等方式固定于输入杆23外，螺套11仅转动连接于主壳体25内。
如图4所示，本实施例中，螺杆10远离制动主缸17一端连接支架51，主壳体25或者车体内固定有两与螺套11相平行的导向杆50，导向杆50贯穿支架51并导向支架51的滑移，以保证输入杆23仅沿自身长度方向滑移连接于主壳体25内，使螺杆10只能沿着导向杆50做轴线移动并产生推力。
如图1所示，主壳体25内还设有用于驱动螺套11转动的动力单元。动力单元包括固定于主壳体25内的助力电机15，助力电机15输出端同轴连接有小齿轮14，主壳体25内转动连接有惰轮13和输出齿轮12；惰轮13通过中心轴固定到主壳体25上，其为两级双联斜齿轮，其一级与小齿轮14相外啮合，另一级与输出齿轮12相外啮合，输出齿轮12套设于螺套11外并驱动螺套11转动；
本实施例中，螺套11外设有外花键，输出齿轮12内周设为与外花键相配合的内花键，从而输出齿轮12的转动带动螺套11进行旋转运动，同时传递扭矩，使螺套11做旋转运动。
如图1所示，输出齿轮12远离制动主缸17一端铆接有轴承，轴承外圈与副壳体26过盈连接，从而被固定到主壳体25上，内圈与输出齿轮12铆接固定，保证输出齿轮12仅在主壳体25内沿周向自由转动而不发生移动。副壳体26通过压铸铝成型或者钣金冲压成型，副壳体26与输出齿轮12轴承通过过盈压装的方式进行装配，能够承受复位弹簧9的预压紧力。
如图1所示，复位弹簧9远离弹簧座6一端抵接于轴承外圈，复位弹簧9可以根据不同的车辆需求进行调整，在不改变其它部件的情况下实现不同踏板力感觉的匹配。在踩下制动踏板时，复位弹簧9被压缩，产生制动反作用力，复位弹簧9的预压缩力和软硬程度直接决定了踏板软硬舒适程度，在加上助力电机的助力大小的控制作用，可以在一些车辆上匹配出运动模式和舒适模式两种制动踏板状态；
本实施例中，助力电机15通过卡扣或者胶水沾接固定有控制器，粘接的胶一般采用耐高低温环氧胶，可以单组份也可以是双组份，形成动力输出和控制系统一体式结构，控制器通过车辆CAN网络接收车辆信号，例如轮速信号，制动请求信号等，通过控制策略的逻辑计算控制助力电机15的转矩输出和换向，助力电机15有转角和转速信号输出，用于控制助力电机15转动的位置、方向和速度控制；
控制策略的逻辑计算如下：当驾驶员踩下制动踏板时，踏板位移传感器产生信号，随着踏板踩下深度的增加，位移传感器输出也随着增大，此时会认为驾驶员有更大的制动减速度请求，就会以更大的电流控制助力电机15，输出较大的转矩，当驾驶员松开踏板时，助力电机15会停止通电或者反向通电来减小制动压力。
如图1所示，推杆2远离输入杆23一端螺纹连接有踏板连接件1，踏板连接件1可以是球形或者U型，具体根据车辆制动踏板的连接结构决定，其为现有技术，在此不做过多赘述。
如图1所示，输入杆23包括可拆卸连接于其靠近输出顶杆19一端的调整垫块，输出顶杆19包括其靠近输入杆23一端的缓冲块21，调整垫块与缓冲块21之间设有留有一段间隙。机械制动时输入杆23需要需要先向前移动消除间隙（空行程），然后可以将制动踏板的力通过输出顶杆19传递到制动主缸17的活塞杆，产生制动液压力。通过更换调整垫的高度来调节空行程的大小，再通过控制策略来协调踏板杆和制动能量回收点和回收占比。
如图1所示，输入杆23与输出顶杆19包括间隔状态和抵接状态，间隔状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电来制动；抵接状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电作为主要制动力，输出顶杆19推动制动主缸17活塞杆产生的液压制动为补偿制动力。
如图5所示，在车辆有制动需求时，进行制动能量回收，其制动包括如下步骤：
S1：制动踏板被踩下后，踏板力通过推杆2带动输入杆23向前推动，踏板制动力不会直接到达制动主缸17，输入杆23先向前靠近输出顶杆19；
S2：同时，因为此时磁性元件7与位移传感器产生了相对的位移，通过行程传感器感应当前推杆2位移和推杆2位移的速度，推测驾驶员的制动需求，并计算需求的制动力，以计算控制电机扭矩输出，通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电来制动；
具体的，位移越大说明驾驶员的需求制动力越大，推杆2的位移速度大，说明驾驶员需要更快的建压速率，电机的控制转速就要加快；速率超过设定阈值，进行紧急制动，助力电机全速运行，提供最大制动辅助；
S3：输入杆23消除与输出顶杆19之间的间隙至抵接状态后，表示驱动电机能力＜制动需求，此时踏板力以及动力单元驱动输出顶杆19继续向前，从而推动制动主缸17的活塞杆产生液压制动力，由车辆的动力电机扭矩反拖发电作为主要制动力来源（即反馈制动），液压制动作为制动力不足的补偿；
其能通过踏板位移传感器和空行程从而提高动力电机制动的占比，产生的电能进行存储，进而增加实现能量回收。
如图5所示，线控制动时，无需踩下制动踏板，由助力电机15制动来产生对制动主缸17活塞杆的全部推力，产生液压制动；
助力电机15或者电控系统失效时，进行安全备份制动，由制动踏板力直接推动制动主缸17，来承担对制动主缸17活塞杆的全部推力，产生液压制动。此时由于助力电机15不通电，螺套11不旋转，螺杆10向前运动的同时，螺套11随之一起向前直线运动，使车辆减速或安全停车。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电液制动系统，其特征在于：包括主壳体（25），所述主壳体（25）内设有液压单元制动主缸（17），制动主缸（17）的活塞杆外端连接输出顶杆（19），输出顶杆（19）另一端设有输入杆（23），输入杆（23）仅沿自身长度方向滑移连接于主壳体（25）内，输入杆（23）另一端设有用于传递制动踏板力的推杆（2）；
所述主壳体（25）内还设有用于将推杆（2）往远离制动主缸（17）方向复位的复位件、用于感应推杆（2）位移的位移传感器；输入杆（23）与输出顶杆（19）包括间隔状态和抵接状态，间隔状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电来制动；抵接状态下，系统通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电作为主要制动力，输出顶杆（19）推动制动主缸（17）活塞杆产生的液压制动为补偿制动力。
2.根据权利要求1所述的一种电液制动系统，其特征在于：所述位移传感器包括磁性元件（7）以及霍尔传感器（8），霍尔传感器（8）用于感应磁性元件（7）的相对位移。
3.根据权利要求2所述的一种电液制动系统，其特征在于：所述磁性元件（7）包括沿推杆（2）移动方向分布的若干块横向磁块以及竖向磁块，所有横向磁块的两个磁块皆位于同一直线上且N极指向相同，相邻横向磁块间设有一竖向磁块，竖向磁块两端磁块连线方向与横向磁块的连线方向垂直，且相邻竖向磁块的N极指向相反。
4.根据权利要求1或3所述的一种电液制动系统，其特征在于：所述输入杆（23）外周设有螺纹，且其外套设有与螺纹相适配的螺套（11），所述螺套（11）仅转动连接于主壳体（25）内；所述主壳体（25）内还设有用于驱动螺套（11）转动的动力单元。
5.根据权利要求4所述的一种电液制动系统，其特征在于：所述动力单元包括助力电机（15），所述助力电机（15）输出端同轴设有小齿轮（14），主壳体（25）内转动连接有惰轮（13）和输出齿轮（12），所述惰轮（13）为两级双联斜齿轮，其一级与小齿轮（14）相外啮合，另一级与输出齿轮（12）相外啮合，输出齿轮（12）套设于螺套（11）外并驱动螺套（11）转动。
6.根据权利要求4所述的一种电液制动系统，其特征在于：所述螺套（11）外设有外花键，输出齿轮（12）内周设为与外花键相配合的内花键。
7.根据权利要求1或3所述的一种电液制动系统，其特征在于：所述输入杆（23）与推杆（2）通过球铰接的方式连接。
8.根据权利要求1所述的一种电液制动系统，其特征在于：所述输入杆（23）包括可拆卸连接于其靠近输出顶杆（19）一端的调整垫块，所述调整垫块与输出顶杆（19）之间设有留有一段间隙。
9.一种权利要求1所述的电液制动系统的制动方法，其特征在于：
在车辆有制动需求时，进行制动能量回收，包括如下步骤：
S1：制动踏板被踩下后，踏板力通过推杆（2）带动输入杆（23）向前推动，输入杆（23）先向前靠近输出顶杆（19）；
S2：同时，通过行程传感器感应当前推杆（2）位移和推杆（2）位移的速度，推测驾驶员的制动需求，并计算需求的制动力，通过车辆的驱动电机扭矩反拖发电来制动；
S3：输入杆（23）消除与输出顶杆（19）之间的间隙至抵接状态后，表示驱动电机能力＜制动需求，此时踏板力以及动力单元驱动输出顶杆（19）继续向前，从而推动制动主缸（17）的活塞杆产生液压制动力，制动需求由车辆的驱动电机扭矩反拖发电作为主要制动力来源，而液压制动力作为制动力不足的补偿。
10.根据权利要求9所述的一种电液制动方法，其特征在于：
线控制动时，由助力电机（15）制动来产生对制动主缸（17）活塞杆的全部推力，产生液压制动；
助力电机（15）或者电控系统失效时，进行安全备份制动，由制动踏板力直接推动制动主缸（17），来承担对制动主缸（17）活塞杆的全部推力，产生液压制动。
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