CN112727950B - 一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统 - Google Patents

一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统，包括常规车辆的制动踏板、制动泵，还包括数据采集单元、控制器和线控制动器；所述的线控制动器包括制动盘、左摩擦片、右摩擦片、卡钳、缸体、电磁线圈总成、固定架、电机、活塞、密封圈、磁致伸缩棒、螺母、丝杆；制动踏板传感器单元、轮速传感器、测距传感器、电机、电磁线圈均与控制器电连接；本发明采用磁致伸缩致动器作为电子机械式制动系统的动力源，即使电子机械式制动系统失效，依然可以依靠常规液压制动系统对车辆进行制动，具有较高的可靠性、响应频率和控制精度，同时还具备制动间隙自动调整功能，能够有效缩短制动距离，提高车辆行驶安全性。

Description

一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统
技术领域
本发明涉及汽车制动器领域，尤其涉及一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统。
背景技术
制动器是车辆安全的重要部件，其性能的好坏直接影响到行车安全性。目前车辆主要采用液压制动系统，存在制动管路长、阀类原件多、制动液易污染环境、ABS工作时易产生制动管路压力波动等问题。
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，依然没有解决液压管路长而导致的制动响应慢的技术问题。同时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。
目前电子机械式制动系统(EMB)的技术方案是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。为了保证足够的制动力矩，目前采用的主要技术方案是电机加减速机构，但是减速机构会导致制动响应慢，增加车辆制动距离。同时，EMB还存在由于电路、电子产品故障导致的制动失效问题，给行车带来安全隐患。
随着新能源车辆和智能车辆的推广，电子机械式制动系统必然会得到广泛应用，如何解决EMB安装空间、制动电机长期处于堵转状态而导致的电机性能指标和价格高的问题，减速机构导致制动响应慢的问题，以及EMB的可靠性问题，都是亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明针对目前现有线控制动系统存在的不足，提供一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统，即使电子机械式制动系统失效，依然可以依靠常规液压制动系统对车辆进行制动，具有较高的可靠性、响应频率和控制精度，能够有效缩短制动距离，提高车辆行驶安全性。
本发明是通过如下技术措施实现的：
一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统，包括常规车辆的制动踏板、制动泵，还包括数据采集单元、控制器和线控制动器；
所述的线控制动器采用模块化设计，所述的线控制动器包括制动盘、左摩擦片、右摩擦片、卡钳、缸体、电磁线圈总成、固定架、电机、活塞、密封圈、磁致伸缩棒、螺母、丝杆；
所述的制动盘与车轴螺栓连接，左摩擦片、右摩擦片分别安装在制动盘的左、右两侧，左摩擦片、右摩擦片分别通过其上的背钢片安装在卡钳上的适配槽中，以进行转动限位；所述的卡钳固定安装在车体上；所述的缸体的一端固定安装在卡钳上，缸体的另一端与电磁线圈总成中电磁支架的一端固连，电磁支架的另一端安装有固定架，电机固定安装在固定架上；
所述的活塞套装在缸体和卡钳的内孔中，密封圈安装在缸体和活塞的环形槽口中，用来对制动液密封和活塞复位；活塞的左端与右摩擦片上的背钢片面接触，活塞的右端与磁致伸缩棒的左端面接触，磁致伸缩棒的右端与螺母面接触，螺母与丝杆螺纹连接；所述的丝杆穿过固定架的孔与电机的输出端键连接，丝杆上的凸肩与固定架上的限位挡圈面接触，以实现对丝杆的轴向限位和支撑；
所述的电磁线圈总成包括电磁支架、电磁线圈；所述的电磁线圈固定套装在电磁支架上，电磁支架的内孔壁上开有与螺母上的支耳尺寸适配的导向孔，用以对螺母进行导向支撑和限制其转动自由度；所述的电磁支架、电磁线圈、磁致伸缩棒构成磁致伸缩致动器；
所述的缸体内孔壁上开有环形槽口，用于安装密封圈；缸体上还留有进油口，所述进油口与车辆制动管路连接，用于常规制动时制动液流入活塞的右端油腔中；
所述的活塞的外壁上开有环形槽口，用于安装密封圈；活塞的右端留有液压腔和油路槽口，油路槽口与缸体上的进油口相通，用于常规制动时制动液推动活塞左移产生制动力；
所述的数据采集单元包括制动踏板传感器单元、轮速传感器、测距传感器；所述的制动踏板传感器单元、轮速传感器、测距传感器、电机、电磁线圈均与控制器电连接；所述的制动踏板传感器单元包括制动踏板力传感器和制动压力传感器；所述的测距传感器安装在右摩擦片上，用于测量右摩擦片与制动盘之间的制动间隙；控制器通过采集测距传感器的信号判断制动间隙，如果制动间隙大于预设值，控制器控制电机转动，电机带动丝杆转动，丝杆推动螺母直线移动，进而依次推动磁致伸缩棒、活塞、右摩擦片左移，进而调整制动间隙；
车辆制动系统正常工作时，驾驶员踩下制动踏板，制动液由制动泵经制动管路、缸体上的进油口流入到活塞的右端油腔中，进而推动活塞左移，快速消除制动间隙和建立初始相对较小的制动压力；同时，控制器通过采集制动踏板传感器单元的信号，判断制动的紧急情况和驾驶员意图，根据控制策略控制电磁线圈中的电流，进而调整磁场的强弱，通过磁场的改变来控制磁致伸缩棒的伸长长度变化量，磁致伸缩棒伸长时会推动活塞左移，活塞推动右摩擦片左移，在卡钳的作用下左摩擦片、右摩擦片同时夹紧制动盘产生制动力；控制器通过实时采集轮速传感器的信号，判断车轮是否处于抱死状态，如果车轮处于抱死状态，控制器依据控制策略减少电磁线圈中的电流，进而减少磁致伸缩棒的伸长量来减少制动器制动力，避免车轮发生抱死；
如果车轮制动时，电子元件发生故障而失效，此时，驾驶员踩下制动踏板，制动液依然由制动泵经制动管路、缸体上的进油口流入到活塞的右端油腔中，进而推动活塞左移，消除制动间隙和建立制动压力，依然能够保证车轮有制动力，实现冗余控制，提高行车安全性。
进一步地，所述的测距传感器为红外测距传感器。
本发明的有益效果是：
一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统，采用磁致伸缩致动器作为电子机械式制动系统的动力源，即使电子机械式制动系统失效，依然可以依靠常规液压制动系统对车辆进行制动，具有较高的可靠性、响应频率和控制精度，同时还具备制动间隙自动调整功能，能够有效缩短制动距离，提高车辆行驶安全性。
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.采用磁致伸缩致动器作为动力源，取消了现有技术中的驱动电机和减速机构，不仅有效提高制动响应速度，而且缩小安装空间。
2.常规液压制动在车轮发生抱死时采用增压、保压、减压的“开、关”调节模式，本发明具有连续可调的优点，具有更高的控制精度。
3.将常规液压制动系统作为冗余备份，提高制动器的可靠性。
4.采用线控制动模式，便于和ABS、EBD等进行系统集成，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为本发明的主视图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的部分结构示意图。
图4为本发明的部分结构示意图。
图5为本发明的部分结构示意图。
图6为本发明的活塞结构示意图。
图7为本发明的螺母结构示意图。
图8为本发明的电磁线圈总成结构示意图。
图9为本发明的缸体结构示意图。
图10为本发明的固定架结构示意图。
图11为本发明的丝杆结构示意图。
图12为本发明的控制系统原理图。
图中，1-制动盘，2-左摩擦片，3-右摩擦片，4-卡钳，5-缸体，6-电磁线圈总成，601-电磁支架，602-电磁线圈，7-固定架，8-电机，9-活塞，10-密封圈，11-磁致伸缩棒，12-螺母，13-丝杆，14-制动踏板传感器单元，15-轮速传感器，16-控制器，17-测距传感器。
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。
一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统，包括常规车辆的制动踏板、制动泵，还包括数据采集单元、控制器16和线控制动器；
所述的线控制动器采用模块化设计，如图1、图2、图3所示，所述的线控制动器包括制动盘1、左摩擦片2、右摩擦片3、卡钳4、缸体5、电磁线圈总成6、固定架7、电机8、活塞9、密封圈10、磁致伸缩棒11、螺母12、丝杆13；
所述的制动盘1与车轴螺栓连接，左摩擦片2、右摩擦片3分别安装在制动盘1的左、右两侧，左摩擦片2、右摩擦片3分别通过其上的背钢片安装在卡钳4上的适配槽中，以进行转动限位；所述的卡钳4固定安装在车体上；所述的缸体5的一端固定安装在卡钳4上，缸体5的另一端与电磁线圈总成6中电磁支架601的一端固连，电磁支架601的另一端安装有固定架7，电机8固定安装在固定架7上；
如图5所示，所述的活塞9套装在缸体5和卡钳4的内孔中，密封圈10安装在缸体5和活塞9的环形槽口中，用来对制动液密封和活塞9复位；活塞9的左端与右摩擦片3上的背钢片面接触，活塞9的右端与磁致伸缩棒11的左端面接触，磁致伸缩棒11的右端与螺母12面接触，螺母12与丝杆13螺纹连接；所述的丝杆13穿过固定架7的孔与电机8的输出端键连接，丝杆13上的凸肩与固定架7上的限位挡圈面接触，以实现对丝杆13的轴向限位和支撑；
如图8所示，所述的电磁线圈总成6包括电磁支架601、电磁线圈602；所述的电磁线圈602固定套装在电磁支架601上，电磁支架601的内孔壁上开有与螺母12上的支耳尺寸适配的导向孔，用以对螺母12进行导向支撑和限制其转动自由度；所述的电磁支架601、电磁线圈602、磁致伸缩棒11构成磁致伸缩致动器；
如图9所示，所述的缸体5内孔壁上开有环形槽口，用于安装密封圈10；缸体5上还留有进油口，所述进油口与车辆制动管路连接，用于常规制动时制动液流入活塞9的右端油腔中；
如图6所示，所述的活塞9的外壁上开有环形槽口，用于安装密封圈10；活塞9的右端留有液压腔和油路槽口，油路槽口与缸体5上的进油口相通，用于常规制动时制动液推动活塞9左移产生制动力；
所述的数据采集单元包括制动踏板传感器单元14、轮速传感器15、测距传感器17；所述的制动踏板传感器单元14、轮速传感器15、测距传感器17、电机8、电磁线圈602均与控制器16电连接；所述的制动踏板传感器单元14包括制动踏板力传感器和制动压力传感器；所述的测距传感器17安装在右摩擦片3上，用于测量右摩擦片3与制动盘1之间的制动间隙；控制器16通过采集测距传感器17的信号判断制动间隙，如果制动间隙大于预设值，控制器16控制电机8转动，电机8带动丝杆13转动，丝杆13推动螺母12直线移动，进而依次推动磁致伸缩棒11、活塞9、右摩擦片3左移，进而调整制动间隙；
车辆制动系统正常工作时，驾驶员踩下制动踏板，制动液由制动泵经制动管路、缸体5上的进油口流入到活塞9的右端油腔中，进而推动活塞9左移，快速消除制动间隙和建立初始相对较小的制动压力；同时，控制器16通过采集制动踏板传感器单元14的信号，判断制动的紧急情况和驾驶员意图，根据控制策略控制电磁线圈602中的电流，进而调整磁场的强弱，通过磁场的改变来控制磁致伸缩棒11的伸长长度变化量，磁致伸缩棒11伸长时会推动活塞9左移，活塞9推动右摩擦片3左移，在卡钳4的作用下左摩擦片2、右摩擦片3同时夹紧制动盘1产生制动力；控制器16通过实时采集轮速传感器15的信号，判断车轮是否处于抱死状态，如果车轮处于抱死状态，控制器16依据控制策略减少电磁线圈602中的电流，进而减少磁致伸缩棒11的伸长量来减少制动器制动力，避免车轮发生抱死；
如果车轮制动时，电子元件发生故障而失效，此时，驾驶员踩下制动踏板，制动液依然由制动泵经制动管路、缸体5上的进油口流入到活塞9的右端油腔中，进而推动活塞9左移，消除制动间隙和建立制动压力，依然能够保证车轮有制动力，实现冗余控制，提高行车安全性。
所述的测距传感器（17）为红外测距传感器。
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)

1.一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统，包括常规车辆的制动踏板、制动泵，其特征在于：还包括数据采集单元、控制器（16）和线控制动器；
所述的线控制动器采用模块化设计，所述的线控制动器包括制动盘（1）、左摩擦片（2）、右摩擦片（3）、卡钳（4）、缸体（5）、电磁线圈总成（6）、固定架（7）、电机（8）、活塞（9）、密封圈（10）、磁致伸缩棒（11）、螺母（12）、丝杆（13）；
所述的制动盘（1）与车轴螺栓连接，左摩擦片（2）、右摩擦片（3）分别安装在制动盘（1）的左、右两侧，左摩擦片（2）、右摩擦片（3）分别通过其上的背钢片安装在卡钳（4）上的适配槽中，以进行转动限位；所述的卡钳（4）固定安装在车体上；所述的缸体（5）的一端固定安装在卡钳（4）上，缸体（5）的另一端与电磁线圈总成（6）中电磁支架（601）的一端固连，电磁支架（601）的另一端安装有固定架（7），电机（8）固定安装在固定架（7）上；
所述的活塞（9）套装在缸体（5）和卡钳（4）的内孔中，密封圈（10）安装在缸体（5）和活塞（9）的环形槽口中，用来对制动液密封和活塞（9）复位；活塞（9）的左端与右摩擦片（3）上的背钢片面接触，活塞（9）的右端与磁致伸缩棒（11）的左端面接触，磁致伸缩棒（11）的右端与螺母（12）面接触，螺母（12）与丝杆（13）螺纹连接；所述的丝杆（13）穿过固定架（7）的孔与电机（8）的输出端键连接，丝杆（13）上的凸肩与固定架（7）上的限位挡圈面接触，以实现对丝杆（13）的轴向限位和支撑；
所述的电磁线圈总成（6）包括电磁支架（601）、电磁线圈（602）；所述的电磁线圈（602）固定套装在电磁支架（601）上，电磁支架（601）的内孔壁上开有与螺母（12）上的支耳尺寸适配的导向孔，用以对螺母（12）进行导向支撑和限制其转动自由度；所述的电磁支架（601）、电磁线圈（602）、磁致伸缩棒（11）构成磁致伸缩致动器；
所述的缸体（5）内孔壁上开有环形槽口，用于安装密封圈（10）；缸体（5）上还留有进油口，所述进油口与车辆制动管路连接，用于常规制动时制动液流入活塞（9）的右端油腔中；
所述的活塞（9）的外壁上开有环形槽口，用于安装密封圈（10）；活塞（9）的右端留有液压腔和油路槽口，油路槽口与缸体（5）上的进油口相通，用于常规制动时制动液推动活塞（9）左移产生制动力；
所述的数据采集单元包括制动踏板传感器单元（14）、轮速传感器（15）、测距传感器（17）；所述的制动踏板传感器单元（14）、轮速传感器（15）、测距传感器（17）、电机（8）、电磁线圈（602）均与控制器（16）电连接；所述的制动踏板传感器单元（14）包括制动踏板力传感器和制动压力传感器；所述的测距传感器（17）安装在右摩擦片（3）上，用于测量右摩擦片（3）与制动盘（1）之间的制动间隙；控制器（16）通过采集测距传感器（17）的信号判断制动间隙，如果制动间隙大于预设值，控制器（16）控制电机（8）转动，电机（8）带动丝杆（13）转动，丝杆（13）推动螺母（12）直线移动，进而依次推动磁致伸缩棒（11）、活塞（9）、右摩擦片（3）左移，进而调整制动间隙；
车辆制动系统正常工作时，驾驶员踩下制动踏板，制动液由制动泵经制动管路、缸体（5）上的进油口流入到活塞（9）的右端油腔中，进而推动活塞（9）左移，快速消除制动间隙和建立初始相对较小的制动压力；同时，控制器（16）通过采集制动踏板传感器单元（14）的信号，判断制动的紧急情况和驾驶员意图，根据控制策略控制电磁线圈（602）中的电流，进而调整磁场的强弱，通过磁场的改变来控制磁致伸缩棒（11）的伸长长度变化量，磁致伸缩棒（11）伸长时会推动活塞（9）左移，活塞（9）推动右摩擦片（3）左移，在卡钳（4）的作用下左摩擦片（2）、右摩擦片（3）同时夹紧制动盘（1）产生制动力；控制器（16）通过实时采集轮速传感器（15）的信号，判断车轮是否处于抱死状态，如果车轮处于抱死状态，控制器（16）依据控制策略减少电磁线圈（602）中的电流，进而减少磁致伸缩棒（11）的伸长量来减少制动器制动力，避免车轮发生抱死；
如果车轮制动时，电子元件发生故障而失效，此时，驾驶员踩下制动踏板，制动液依然由制动泵经制动管路、缸体（5）上的进油口流入到活塞（9）的右端油腔中，进而推动活塞（9）左移，消除制动间隙和建立制动压力，依然能够保证车轮有制动力，实现冗余控制，提高行车安全性。
2.如权利要求1所述的一种带有冗余功能的电液复合线控制动系统，其特征在于：测距传感器（17）为红外测距传感器。
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