CN112918451B - 一种电机控制液压制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机控制液压制动系统，该系统改变传统制动系统依靠脚踩踏板加真空助力器助力的液压制动系统结构，主要是由：信息接收转换模块、功能选择模块、制动执行模块三大模块组成。信息接收转换模块是由ehBCU控制器和无刷直流电机的电机控制器组成；功能选择模块包括：动力源电机失效备份模块、制动能量回收模块、冗余液压控制模块；制动执行机构是包括：动力源、传动结构、液压结构组成。本发明的电机控制液压制动系统，制动响应性能有极大地提高，满足了电动车对线控底盘的智能需求，并且在系统损坏的情况下提供备选方案，提高了系统的安全性。

Description

一种电机控制液压制动系统
技术领域
本发明属于电动汽车制动技术领域，涉及一种电机控制液压制动系统。
背景技术
随着汽车电动化，智能化的蓬勃发展，线控制动技术是线控底盘技术的一大重要研究方向，涉及到车辆安全性能，驾驶感觉等车辆关键问题。线控制动系统占用空间小，传统制动系统中真空助力器占用空间面积大，电车中也没有发动机来给真空助力器提供真空度。线控制动技术建压时间快，动态响应特征好，制动压力可以做到精确控制，智能车可将线控制动系统作为辅助驾驶的重要底层执行器。因此，线控制动系统是当前市场急需的产品，是推动汽车电动化，智能化的必然选择，也是中国研发国产汽车的核心技术。
现有的线控制动系统传动机构复杂，零件数量较多，复杂程度较高，制造维修成本高；或者系统安全性差，在系统失效情况下，没有备选方案应急；或者功能简单，没能实现踏板与主缸之间的解耦，造成无法实现制动能量回收功能，增加了制动系统的能量损耗。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，给出一种电机控制液压制动系统，以期能在精简机械结构的同时，做到对多种功能的集成，从而在保证安全性的前提下满足电动汽车的智能化需求。
本发明为达到上述发明目的，采用以下技术方案：
本发明一种电机控制液压制动系统的特点包括：信息接收转换模块、功能选择模块、制动执行模块；
所述制动执行机构是包括：动力源、传动结构、液压结构组成；
所述动力源为无刷直流电机与踏板推力；
所述传动机构是由相互啮合的一级主齿轮与一级从动齿轮、相互啮合的二级主齿轮与二级从动齿轮、以及与二级从动齿轮内圈啮合的丝杠构成；
所述液压结构是由主缸、轮缸以及连接主缸与轮缸的制动管路组成；所述主缸的制动管路经过外部的ABS防抱死控制器后与轮缸的制动管路相连通；
所述一级主齿轮是套装在无刷直流电机伸出轴外部；
所述一级从动齿轮与二级主齿轮串联在中间轴上；
所述二级从动齿轮的一端面通过沉头螺钉与法兰管连接，另一端面通过半圆头螺钉与缓冲橡胶圈连接；
所述丝杠内部装有与其间隙配合的丝杠套筒，所述丝杠套筒中又套有丝杠内部推杆，所述丝杠内部推杆的一端与丝杠套筒通过插销连接，所述丝杠内部推杆的另一端与带有球头的踏板推杆连接；所述丝杠套筒的一端与踏板锥形弹簧接触在一起，另一端与活塞顶杆帽通过插销固联，所述活塞顶杆帽与活塞顶杆通过球头连接；
所述信息接收转换模块是由ehBCU控制器和无刷直流电机的电机控制器组成；
所述ehBCU控制器用于接收车载雷达对前方障碍物的距离信息、所述电机控制器反馈的电机状态、制动踏板传感器传递的踏板位移和踏板力信息、以及液压传感器传递的轮缸压力；并通过障碍物的距离，踏板位移以及踏板力信息计算制动系统需要的总制动力；所述电机状态与液压传感器的轮缸压力用于判断制动系统是否处于正常状态；ehBCU控制器将所需的总制动力经过功能选择模块进行处理后得到最终的制动力，从而以最终的制动力对电机控制器发送控制命令；
所述电机控制器对无刷直流电机执行所述ehBCU控制器的控制命令，并实时传输电机状态给ehBCU控制器；
所述功能选择模块包括：动力源电机失效备份模块、制动能量回收模块、冗余液压控制模块；
所述动力源电机失效备份模块在无刷直流电机接收到控制命令，并通过电机控制器反馈的电机状态时，判断电机状态是否处于损坏状态，若是，则所述动力源电机失效备份模块取消对电机控制器发送的控制指令，并通过脚踩踏板推动主缸活塞顶杆实现制动；
所述制动能量回收模块通过预留丝杠内部推杆与活塞顶杆帽之间预留的间隙实现能量回收功能；在驾驶员踩下踏板时，所述踏板推杆压缩踏板锥弹簧，继而顶着丝杠推杆前进；并在消除丝杠内部推杆与活塞顶杆帽之间的间隙的过程中，电动车的驱动电机反转以实现制动能量回收，而无刷直流电机不旋转；同时，ehBCU控制器根据所述预留的间隙转化成再生制动力，并将总制动力减去所述再生制动力得到最终的制动力；当消除间隙之后，无刷直流电机开始旋转；
所述冗余液压控制模块在外部的ABS模块损坏之后，直接通过无刷直流电机推动活塞顶杆对轮缸压力进行调节，防止车轮抱死；ehBCU控制器以保证滑移率为目的，对最终的制动力进行计算。
本发明所述的电机控制液压制动系统的特点也在于：所述法兰管与轴承的内圈通过过盈配合固定，所述轴承的外圈与电机控制液压制动系统的外壳连接。
所述丝杠中间为镂空结构，其一端外圈与导向支架为过盈配合，所述导向支架在主缸锥弹簧的作用下抵于缓冲垫圈上。
所述活塞顶杆帽在活塞顶杆的作用下抵于导向支架上，所述活塞顶杆帽通过插销与丝杠套筒连接成一个整体结构，以沿着丝杠内壁一起滑动。
所述丝杠套筒设有一个滑槽，所述插销沿着所述丝杠套筒的滑槽滑动，并在达到滑槽末端后，再带动所述丝杠套筒沿着丝杠的内壁滑动。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1.本发明的整车布置架构很好得利用了整车空间与电压资源，无需专门为制动系统提供制动电机电源，与传统整车布置没有较大差异，可以直接在传统车架上进行安装，不需要重新设计整车车架，减少了研发费用。
2.本发明的信息传递方式精简汽车线束的布置，减少了电子电器结构，将多种信号通过can通讯进行传递，方便诊断接口接入，有利于制动系统的调试。
3.本发明的丝杠内部推杆与活塞顶杆帽之间的间隙是为了将制动踏板进行解耦以实现制动能量回收功能，且可通过调节间隙大小实现制动能量回收的强弱程度，结构简单，降低了成本。
4.本发明的主缸活塞锥弹簧的目的是在主缸活塞锥弹簧在压缩的时候，导向支架不会对其产生干涉，进而可以减少导向杆之间的距离，使得制动器空间更加紧凑。
5.本发明的冗余液压控制功能可以在ABS损坏的情况下，通过控制无刷直流电机实进行暂时防抱死性能，并且本发明在制动系统动力源损坏的情况下也可以通过脚踩踏板进行紧急制动，多重保证下提高了制动系统的安全性。
附图说明
图1为本发明整体结构的示意图；
图2为本发明主要部分的剖视图；
图3为本发明系统在整车的布置图；
图中标号：1、主缸活塞；2、无刷直流电机；3、一级主动齿轮；4、一级从动齿轮；5、二级主动齿轮；6、中间轴；7、二级从动齿轮；8、沉头螺钉；9、轴承；10、法兰管；11、丝杠；12、推杆锥弹簧；13、推杆锥弹簧固定螺帽；14、踏板连接头；15、踏板推杆；16、丝杠套筒；17、插销；18、丝杠推杆；19、圆筒顶杆帽插销；20、圆头螺钉；21、缓冲橡胶垫圈；22、活塞顶杆帽；23、导向支架；24、活塞顶杆；25、主缸锥弹簧。
具体实施方式
本实施例中，介绍一种电机控制液压制动系统，包括：信息接收转换模块、功能选择模块、制动执行模块；
参考图1，图2制动执行机构是包括：动力源、传动结构、液压结构组成；
动力源为无刷直流电机2与踏板推力两部分合力组成；
传动机构是由相互啮合的一级主齿轮3与一级从动齿轮4、相互啮合的二级主齿轮5与二级从动齿轮7、以及与二级从动齿轮7内圈啮合的丝杠11构成；
液压部分主要是主缸、轮缸以及之间的液压管路。主缸的制动管路经过外部的ABS防抱死控制器后与轮缸的制动管路相连通。
一级主齿轮3是套装在无刷直流电机2伸出轴外部；一级主齿轮3与一级从动齿轮4相互啮合；一级从动齿轮4与二级主齿轮5串联在中间轴6上；中间轴6一端过盈固连在制动壳体一侧内孔，另一端与另一制动壳体凹槽配合；二级从动齿轮7的一端面通过沉头螺钉8与法兰管10连接，另一端面通过半圆头螺钉19与缓冲橡胶圈20连接；二级主齿轮3与二级从动齿轮4相互啮合，二级从动齿轮7内齿与丝杠8外圈相互啮合；二级从动齿轮7与法兰管10是通过螺钉8固定在一起，法兰管10与轴承9的内圈通过过盈配合固定，轴承9的外圈与电机控制液压制动系统的外壳连接，并且用卡簧进行轴向定位，防止轴承发生轴向移动；二级从动齿轮7一端与缓冲橡胶垫圈21通过圆头螺钉21固定在一起；丝杠11一端与导向支架23过盈配合，导向支架23在主缸锥弹簧25的作用下抵于缓冲垫圈21上，导向支架23沿着导向杆承受着主缸锥弹簧25的回弹力进行直线运动；丝杠11中间为镂空结构，丝杠11内部装有与其间隙配合的丝杠套筒16，丝杠套筒16中又套有丝杠内部推杆18，丝杠内部推杆18的一端与丝杠套筒16通过插销17连接，丝杠内部推杆18的另一端与带有球头的踏板推杆15连接；丝杠套筒16设有一个滑槽，插销17沿着丝杠套筒16的滑槽滑动，并在达到滑槽末端后，再带动丝杠套筒16沿着丝杠11的内壁滑动；丝杠套筒16的一端与踏板锥形弹簧12接触在一起，另一端与活塞顶杆帽22通过插销固联，活塞顶杆帽22与活塞顶杆24通过球头连接；活塞顶杆帽22在活塞顶杆24的作用下抵于导向支架23上，活塞顶杆帽22通过插销19与丝杠套筒16连接成一个整体结构，以沿着丝杠11内壁一起滑动。丝杠套筒16设有一个滑槽，插销17沿着丝杠套筒16的滑槽滑动，并在达到滑槽末端后，再带动丝杠套筒16沿着丝杠11的内壁滑动。踏板锥弹簧12的一端抵住踏板锥弹簧固定螺帽13，另一端卡在丝杆套筒16的端面。
如图3所示，电机控制液压制动系统的供电电源是由电池包经过DCDC转换成直流24V电压实现的。其液压系统的液压传感器，踏板的踏板位移传感器，电机控制器，雷达对外界信号的感知与ehBCU都是通过can通讯连接起来的，电机控制器接收ehBCU的电机控制命令，输出三相电给电子液压制动系统中的无刷直流电机。
信息接收转换模块是由ehBCU控制器和无刷直流电机的电机控制器组成；
ehBCU控制器用于接收车载雷达对前方障碍物的距离信息、电机控制器反馈的电机状态、制动踏板传感器传递的踏板位移和踏板力信息、以及液压传感器传递的轮缸压力；并通过障碍物的距离，踏板位移以及踏板力信息计算制动系统需要的总制动力；电机状态与液压传感器的轮缸压力用于判断制动系统是否处于正常状态；ehBCU控制器将所需的总制动力经过功能选择模块进行处理后得到最终的制动力，从而以最终的制动力对电机控制器发送控制命令；
电机控制器对无刷直流电机执行ehBCU控制器的控制命令，并实时传输电机状态给ehBCU控制器；
功能选择模块包括：动力源电机失效备份模块、制动能量回收模块、冗余液压控制模块；
本发明的工作原理说明如下：
当驾驶员踩下踏板时，踏板推杆15会压缩推杆锥弹簧12，推杆锥弹簧12一端抵住丝杠套筒16，推杆锥弹簧12不会往前进，踏板推杆15前进的过程中会推动丝杠推杆18上的插销17沿着丝杠套筒16的滑槽滑动，并在达到滑槽末端后，同时也会消除丝杠套筒16与活塞顶杆帽22之间的间隙，再带动丝杠套筒16沿着丝杠11的内壁滑动，同时无刷直流电机执行ehBCU发送的指令进行旋转，二级从动齿轮7旋转带动丝杠11沿着轴向前进，与丝杠11过盈配合的导向支架23压缩锥弹簧25推动活塞顶杆24前进建立压力；
当外界雷达传递障碍物的距离信息，ehBCU会对距离信息进行判断。当距离较小时，ehBCU才会将距离信息换算成相应的制动力信息，对电机控制器发送指令驱动无刷直流电机旋转建立压力；
当功能选择模块选择了动力源电机失效备份模块时，无刷直流电机接收到旋转命令时，MCU反馈的电机状态处于损坏下，系统进入动力源电机失效备份模块，此时制动系统可以通过脚踩踏板推动主缸活塞顶杆24实现制动。ehBCU将取消对电机控制器发送控制指令；
当功能选择模块选择了动力源电机失效备份模块时，无刷直流电机接收到控制命令，并通过电机控制器反馈的电机状态，判断电机状态是否处于损坏状态，若是，则动力源电机失效备份模块取消对电机控制器发送的控制指令，并通过脚踩踏板推动主缸活塞顶杆24实现制动；
当功能选择模块选择了制动能量回收模块时，通过预留丝杠内部推杆18与活塞顶杆帽22之间预留的间隙实现能量回收功能；在驾驶员踩下踏板时，踏板推杆15压缩踏板锥弹簧12，继而顶着丝杠推杆18前进；并在消除丝杠内部推杆18与活塞顶杆帽22之间的间隙的过程中，电动车的驱动电机反转以实现制动能量回收，而无刷直流电机不旋转；同时，ehBCU控制器根据预留的间隙转化成再生制动力，并将总制动力减去再生制动力得到最终的制动力；当消除间隙之后，无刷直流电机开始旋转；
冗余液压控制模块在外部的ABS模块损坏之后，直接通过无刷直流电机推动活塞顶杆24对轮缸压力进行调节，防止车轮抱死；ehBCU控制器以保证滑移率为目的，按照式(1)计算最终的制动力Tb：
Tb＝r·μ(λmax)·Fz/KEr+Jt·μ(λmax)·(1-λmax)·Fz/r·KEr-Jt·(ε1·sgn(s)+ε2·s)·v/r·KEr (1)
式(1)中：r为后轮半径；μ(λmax)为摩擦系数，是通过经典的Burckhardt经验轮胎模型得到的；Fz为地面对车轮的垂向反作用力；KEr为后轮的制动效能系数，它是根据具体制动器型号确定的；Jt为车轮转动惯量；λmax为后轮较小轮速车轮的滑移率；ε1，ε2为经验系数，是通过调试试验得到的；s为实际滑移率与理想滑移率误差，s＝λmax-λref；λref为根据汽车行驶状态计算出的最佳滑移率；v为实际车速。

Claims (4)

1.一种电机控制液压制动系统，其特征包括：信息接收转换模块、功能选择模块、制动执行模块；
所述制动执行机构是包括：动力源、传动结构、液压结构组成；
所述动力源为无刷直流电机(2)与踏板推力；
所述传动机构是由相互啮合的一级主齿轮(3)与一级从动齿轮(4)、相互啮合的二级主齿轮(5)与二级从动齿轮(7)、以及与二级从动齿轮(7)内圈啮合的丝杠(11)构成；
所述液压结构是由主缸、轮缸以及连接主缸与轮缸的制动管路组成；所述主缸的制动管路经过外部的ABS防抱死控制器后与轮缸的制动管路相连通；
所述一级主齿轮(3)是套装在无刷直流电机(2)伸出轴外部；
所述一级从动齿轮(4)与二级主齿轮(5)串联在中间轴(6)上；
所述二级从动齿轮(7)的一端面通过沉头螺钉(8)与法兰管(10)连接，另一端面通过半圆头螺钉(19)与缓冲橡胶圈(20)连接；
所述丝杠(11)内部装有与其间隙配合的丝杠套筒(16)，所述丝杠套筒(16)中又套有丝杠内部推杆(18)，所述丝杠内部推杆(18)的一端与丝杠套筒(16)通过插销(17)连接，所述丝杠内部推杆(18)的另一端与带有球头的踏板推杆(15)连接；所述丝杠套筒(16)的一端与踏板锥形弹簧(12)接触在一起，另一端与活塞顶杆帽(22)通过插销固联，所述活塞顶杆帽(22)与活塞顶杆(24)通过球头连接；所述丝杠套筒(16)设有一个滑槽，所述插销(17)沿着所述丝杠套筒(16)的滑槽滑动，并在达到滑槽末端后，再带动所述丝杠套筒(16)沿着丝杠(11)的内壁滑动；
所述信息接收转换模块是由ehBCU控制器和无刷直流电机的电机控制器组成；
所述ehBCU控制器用于接收车载雷达对前方障碍物的距离信息、所述电机控制器反馈的电机状态、制动踏板传感器传递的踏板位移和踏板力信息、以及液压传感器传递的轮缸压力；
并通过障碍物的距离，踏板位移以及踏板力信息计算制动系统需要的总制动力；所述电机状态与液压传感器的轮缸压力用于判断制动系统是否处于正常状态；ehBCU控制器将所需的总制动力经过功能选择模块进行处理后得到最终的制动力，从而以最终的制动力对电机控制器发送控制命令；
所述电机控制器对无刷直流电机执行所述ehBCU控制器的控制命令，并实时传输电机状态给ehBCU控制器；
所述功能选择模块包括：动力源电机失效备份模块、制动能量回收模块、冗余液压控制模块；
所述动力源电机失效备份模块在无刷直流电机接收到控制命令，并通过电机控制器反馈的电机状态时，判断电机状态是否处于损坏状态，若是，则所述动力源电机失效备份模块取消对电机控制器发送的控制指令，并通过脚踩踏板推动主缸活塞顶杆(24)实现制动；
所述制动能量回收模块通过预留丝杠内部推杆(18)与活塞顶杆帽(22)之间预留的间隙实现能量回收功能；在驾驶员踩下踏板时，所述踏板推杆(15)压缩踏板锥弹簧(12)，继而顶着丝杠推杆(18)前进；并在消除丝杠内部推杆(18)与活塞顶杆帽(22)之间的间隙的过程中，电动车的驱动电机反转以实现制动能量回收，而无刷直流电机不旋转；同时，ehBCU控制器根据所述预留的间隙转化成再生制动力，并将总制动力减去所述再生制动力得到最终的制动力；当消除间隙之后，无刷直流电机开始旋转；
所述冗余液压控制模块在外部的ABS模块损坏之后，直接通过无刷直流电机推动活塞顶杆(24)对轮缸压力进行调节，防止车轮抱死；ehBCU控制器以保证滑移率为目的，对最终的制动力进行计算。
2.根据权利要求1所述的电机控制液压制动系统，其特征在于：所述法兰管(10)与轴承(9)的内圈通过过盈配合固定，所述轴承(9)的外圈与电机控制液压制动系统的外壳连接。
3.根据权利要求1所述的电机控制液压制动系统，其特征在于：所述丝杠(11)中间为镂空结构，其一端外圈与导向支架(23)为过盈配合，所述导向支架(23)在主缸锥弹簧(25)的作用下抵于缓冲垫圈(21)上。
4.根据权利要求1所述的电机控制液压制动系统，其特征在于：所述活塞顶杆帽(22)在活塞顶杆(24)的作用下抵于导向支架(23)上，所述活塞顶杆帽(22)通过插销(19)与丝杠套筒(16)连接成一个整体结构，以沿着丝杠(11)内壁一起滑动。
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