CN113002509A - 一种多功能双电机冗余制动系统及控制方法 - Google Patents

一种多功能双电机冗余制动系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种多功能双电机冗余制动系统及控制方法，该制动系统主要包括：制动踏板总成，主、辅电液伺服制动总成，储液罐，并联主缸，制动主缸，液压调节单元以及制动器组。主电液伺服制动总成两侧分别和制动踏板、并联主缸相连。辅电液伺服总成与制动主缸相连，其中机械总成带自锁机构，可以实现断电锁止。制动主缸的出油口通过两个回路分别和并联制动主缸的两个进油口相连，并联主缸的两个出油口分别通过两个回路与压力调节单元的左右两个进油口相连。本发明可以实现带制动保持的线控制动、外部请求制动、制动能量回收辅助和人力备份制动等多种工作模式，且具有多种冗余制动模式，能够满足较高吨位车辆的制动需求，提高车辆安全性。

Description

一种多功能双电机冗余制动系统及控制方法
技术领域
本发明属于汽车制动技术领域，具体地涉及液压制动系统中的伺服制动系统。
背景技术
按照制动能量的传输方式划分，汽车制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。其中液压制动系统的制动能量传输方式是液压，即制动时通过压缩制动系统内的制动液使液压上升，液压传到轮边制动器上后会最终推动摩擦片贴紧至制动盘或制动鼓，产生阻碍车轮转动的制动力矩，最终由地面反作用于车轮一个与行驶方向相反的地面制动力，使车辆制动。
与气压制动系统相比，液压制动系统具有以下优点：①液体的传输压力和速度高于气体，所以液压系统的传能装置的尺寸更小，布置更方便；②传动滞后时间短，一般仅是气压传能装置的1/2；③具有较高的传动效率和高的传动比；④结构简单，系统不需要润滑；⑤不消耗发动机的动力。
但是受限于整车前机舱的布置空间及助力器的选型，液压制动系统一般用在中低吨位车上。当前较高设计吨位的车辆上，多采用气压等方式制动。
现有技术方案中，在某个吨位阶梯范围内(如6吨及以下)采用大尺寸的单膜片真空助力器和双膜片真空助力器来实现液压制动助力，有的也会采用匹配有大扭矩控制电机的电液伺服制动总成来实现。而当车辆的吨位更高时，当前的真空助力系统及电液制动系统均无法满足液压制动系统的制动性能。现有技术多采用气压制动方案解决。
现有技术主要存在以下缺点：
1.真空助力制动系统的缺点
真空助力器部分。设计吨位较大的车辆若采用真空助力器方案，通常需要很大尺寸(径向)的真空助力器，整车布置比较困难；而且受真空源能力及助力器助力比等的限制，无法实现足够大的制动助力，或者实现足够的制动助力时，无法实现相应理想的踏板力和踏板行程，使得踏板感比较差。
制动主缸部分。设计吨位较大的车辆，若采用液压制动方案，则需要匹配有相应规格的制动器。通常情况下，车辆吨位越高则制动器轮缸或分泵的尺寸就越大(以提供更大的制动力矩)，这就直接导致了需液量的增大。
在制动踏板杠杆比尺寸(或踏板行程)不变的情况下，必然要求制动主缸缸径变大(制动主缸缸径增大后，在踩下一定踏板行程时，制动主缸可以压缩更多体积的制动液来满足需液量要求)，根据“液压力×横截面积＝作用力”这一关系可以了解，当横截面积增大后(即制动主缸缸径增大)，在实现同样的制动系统压力下，作用力会变大，也就是说制动踏板力需要相应地增加，这样会变得不容易满足法规要求。
或者，在不改变制动主缸缸径的前提下，需要增加踏板行程来满足相应的需液量，这样就导致踏板行程变大，也更不容易满足法规要求。
2.电液伺服制动系统的缺点
电液伺服制动器部分。相对于真空助力器，电液伺服制动器通常径向尺寸相对于真空助力器短，所以在布置空间上问题不大；又由于电液伺服制动器可以调节踏板感，所以也不会有真空助力器踏板感糟糕的问题。但是受限于电机扭矩及传动机构强度，其输出的最大伺服力有限，即在一定的制动主缸缸径条件下，产生的最大制动系统压力一定，且制动主缸缸径越大，在同样的最大伺服力限制下，可输出的最大制动压力会变小。
制动主缸部分。和真空助力器方案类似，高吨位车辆通常有较高的需液量，如果制动主缸缸径偏大，虽然踏板行程会减小，但是正常制动建压时电机最终输出的伺服力要求会变高、应急制动时的踏板力也更不容易满足要求；如果制动主缸缸径设计较小，在制动建压时就需要较大的活塞行程，这虽然在解耦式电液伺服制动器上可能不存在问题，但是在应急制动时，很有可能在法规要求的踏板力及踏板行程要求下无法满足相应的减速度要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中真空助力器总成方案和单电液伺服制动器方案无法或难以满足较高设计吨位车辆伺服制动能力的问题，提出一种多功能双电机冗余制动系统及其控制方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多功能双电机冗余制动系统，包括主电液伺服制动总成、辅电液伺服制动总成、制动踏板总成、储液罐、制动主缸、压力调节单元和制动器组；其中：
所述主电液伺服制动总成的一侧通过踏板连接机构与所述制动踏板总成连接，另一侧与并联主缸固定连接；所述主电液伺服制动总成还包括与所述踏板连接机构的推杆传动的齿轮传动副、与所述齿轮传动副传动配合的踏板感模拟电机、主控制器、可前后运动地设置在所述齿轮传动副前侧的主控制电机传动副、用于驱动所述主控制电机传动副的主控制电机、用于检测踏板行程的踏板行程传感器；所述踏板感模拟电机、主控制电机分别与所述主控制器电连接；所述主控制电机传动副与所述并联主缸中的活塞顶杆连接，用于驱动所述并联主缸中的活塞；
所述辅电液伺服制动总成包括带自锁机构的机械总成、主缸活塞行程传感器、辅控制电机、辅控制器、电流传感器；其中，所述机械总成和所述制动主缸相连，并且所述机械总成与所述辅控制电机传动配合以驱动所述制动主缸中的活塞；所述主缸活塞行程传感器、电流传感器分别用于检测所述制动主缸的活塞行程、辅控制电机的电流大小，所述辅控制器用于接收所述主缸活塞行程传感器、电流传感器的传感器信号，并作为控制依据；所述辅控制器与所述主控制器存在通讯连接；所述辅控制电机与所述辅控制器电性连接；
所述储液罐分别与所述制动主缸和所述并联主缸相连；所述制动主缸的两个出油口分别通过第一回路、第二回路与所述并联主缸的两个进油口相连，所述并联主缸的两个出油口分别通过第三回路、第四回路与所述压力调节单元的两个进油口相连，所述压力调节单元通过管路连接至所述制动器组。
进一步地，所述并联主缸内并列设置有两个活塞缸，每个所述活塞缸中分别设置有一个并联主缸活塞，所述并联主缸活塞将所述活塞缸分隔成前腔和后腔，所述并联主缸的两个进油口分别与两个活塞缸的后腔连通，所述并联主缸的两个出油口分别与两个活塞缸的前腔连通；所述并联主缸活塞上还开设有连通所述前腔和后腔的中心孔，所述并联主缸中活动设有一对用于分别推动两个活塞缸中的所述并联主缸活塞的并联主缸活塞顶杆，所述并联主缸活塞顶杆的头部设有用以抵顶并密封所述中心孔的密封件，所述主控制电机传动副与一对所述并联主缸活塞顶杆连接以同时带动一对所述并联主缸活塞顶杆前后移动，所述活塞缸中还设有用以令所述并联主缸活塞复位的弹性件。
进一步地，所述密封件为密封销，其固定在所述并联主缸活塞顶杆的前端。在一个具体实施例中，该密封销为锥形销，其密封面为锥形面，与活塞的中心孔开口相配合密封。密封销通过圆柱销固定在并联主缸活塞顶杆的前端。
进一步地，所述弹性件为复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述活塞缸的前腔中。复位弹簧的作用在于当活塞顶杆的推力消除时，推动活塞向后移动复位。
进一步地，所述并联主缸中还设有令所述并联主缸活塞顶杆回位的回位弹簧。
在本发明中，由于辅电液伺服制动总成采用了带自锁机构的机械总成，所以使制动系统可以实现制动保持功能。机械总成中的自锁机构用于实现建压后压力保持，当电机正转推动活塞压缩制动液建压后，自锁机构能够避免活塞在液压的作用下倒退，只有当电机反转时才能够带动活塞回位，从而泄压。带自锁机构的机械总成可以采用现有设计，譬如其中的自锁机构采用蜗轮蜗杆传动机构，推动活塞的顶杆通过蜗轮蜗杆传动机构与主控制电机传动副传动。由于带自锁机构的机械总成是本领域技术人员所悉知的，故不再赘述。
更进一步地，所述主控制电机传动副包括与所述主控制电机的输出轴传动的推杆，所述踏板连接机构的推杆前端与所述主控制电机传动副的推杆后端之间设有一段间隙。该间隙的作用是提供制动踏板总成踩下时的空行程，用于车辆的制动能量回收。
更进一步地，所述制动主缸的其中一个出油口通过第一回路与所述并联主缸的第一进油口相连，另一个出油口通过第二回路与所述并联主缸的第二进油口相连；所述并联主缸的第一出油口通过第三回路与所述压力调节单元的其中一个进油口相连，并通过所述压力调节单元的出油口与所述制动器组中的第一制动器组相连；所述并联主缸的第二出油口通过第四回路与所述压力调节单元的另外一个进油口相连，并通过所述压力调节单元的出油口与所述制动器组中的第二制动器组相连。
进一步地，所述制动器组包括左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器和右后轮制动器。在一个优选实施例中，所述第一制动器组由所述左前轮制动器、右前轮制动器组成；所述第二制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成。此时，四个制动器采用的是H型布置方式，在H型布置上可以实现更理想的压力分配，从而降低压力调节单元的工作频次，延长其寿命。在另一实施例中，所述第一制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成；所述第二制动器组由所述左前轮制动器、右前轮制动器组成。
在其他实施例中，四个制动器也可以采用其他的布置方式，譬如X型布置方式：第一制动器组由左前轮制动器和右后轮制动器组成，第二制动器组由右前轮制动器和左后轮制动器组成；或者第一制动器组由右前轮制动器和左后轮制动器组成，第二制动器组由左前轮制动器和右后轮制动器组成。
进一步地，所述双电机冗余制动系统还包括储液罐，用于向所述主制动主缸和所述辅制动主缸提供制动液。在一具体实施例中，所述储液罐连接在所述主制动主缸上，并通过管路与所述辅制动主缸相连。
本发明的多功能双电机冗余制动系统，其中的电液伺服制动总成的功能实现过程如下：
对于主电液伺服制动总成而言，当驾驶员踩下制动踏板一段行程后，电液伺服制动总成的踏板行程传感器将制动意图传递到主控制器，经过主控制器的计算，输出给主控制电机控制目标，电机被驱动后推动并列主缸的两个活塞前移对制动系统建压。主控制电机的转角信息和主控制器上的电流传感器可分别用于位移和电流的闭环控制。主控制器同时也在控制踏板感模拟电机的动作，来提供制动踏板总成的力反馈。
对于辅电液伺服制动总成而言，当辅控制器接收到外部请求制动命令后，会按照计算结果输出给控制电机控制目标，电机被驱动后推动活塞前移对制动系统建压。因为其机械总成中带自锁机构，所以在断电时机械总成上的顶杆会保持位移不变，即管路中仍然会保持有压力，直到控制器控制电机回位后，机械总成上的顶杆才能回位，制动压力才能解除。活塞行程传感器和电流传感器205分别用于位移和电流的闭环控制。
本发明同时还提供了所述的多功能双电机冗余制动系统的控制方法，所述控制方法主要包括线控制动模式、带制动保持的线控制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收富足模式和人力备份制动模式。各工作模式的实现过程具体如下：
线控制动模式：在此模式下，当驾驶员踩下制动踏板一段行程后，主电液伺服制动总成的主控制器根据制动踏板行程信号直接控制踏板感模拟电机动作，给所述踏板连接机构提供作用力，此作用力传递到制动踏板上，提供踏板力模拟；主控制器同时也控制主控制电机动作，推动并联主缸的活塞，压缩并联主缸内的制动液，在第三回路和第四回路中产生压力，传递到制动器组；同时，辅控制器驱动辅控制电机动作，推动制动主缸的活塞，压缩制动主缸的活塞，在第一回路和第二回路中产生压力，并传递给并联主缸，此时由主电液伺服制动总成和辅电液伺服制动总成共同实现线控制动；当关闭制动保持功能时，松开制动踏板后，主控制电机和辅控制电机均反转，使活塞行程复位，此时制动系统无压力；
在踏板行程超过一个预设踏板行程限值时，所述踏板连接机构与所述主控制电机传动副的推杆之间的间隙消除，此时由驾驶员直接踩制动踏板的作用力、主控制电机经主控制电机传动副推动并联主缸的活塞的力、辅电液伺服制动总成通过驱动制动主缸建压后直接进入并联主缸推动活塞的力共同作用使并联主缸产生压力，使制动系统实现线控制动。
带制动保持的线控制动模式：当开启制动保持功能时，驾驶员制动后松开踏板时，车辆仍然保持停驻的状态，直到下一次驱动车辆动作时解除制动保持功能；驾驶员完成制动后松开制动踏板，辅控制电机断电自锁，此时由制动主缸产生的制动压力被保持，车辆会短暂停驻；直到驾驶员驱动车辆或解除制动保持功能时，辅控制电机反转，第一回路和第二回路中保持的制动压力被释放。
外部请求制动模式：在此模式下，当车辆的其它电控系统发来制动请求时，主控制器同时也控制主控制电机动作，对并联主缸建压；同时，辅控制器驱动辅控制电机动作对制动主缸建压，主电液伺服制动总成和辅电液伺服制动总成共同实现制动。
制动能量回收模式：在满足制动能量回收的前提下，在制动踏板被踩下的行程小于预设行程之前，所述主电液伺服制动总成的踏板感模拟电机仅提供制动踏板力的反馈，不参与制动建压，辅电液伺服制动总成的辅控制电机也不参与制动过程，此时主控制器向整车发送能量回收的力矩请求，整车驱动电机响应能量回收的力矩请求，并对整车施加一个具有制动效果的反向力矩，实现整车制动；当制动踏板被踩下后的行程大于预设行程时，摩擦制动开始介入，和能量回收过程的反向力矩一同提供整车减速度，然后逐渐完全接管车辆制动。
人力备份制动模式：当控制电机失效或控制器供电故障时，所述主控制电机和辅控制电机均无法支持制动建压，踏板感模拟电机也退出工作，驾驶员直接踩下制动踏板，推动制动踏板连接机构前移，消除所述踏板连接机构与所述主控制电机传动副的推杆之间的间隙，然后直接推动并联主缸的活塞，压缩并联主缸内的制动液，在第三回路和第四回路中产生压力，传递到制动器组，实现人力备份制动。
除了上述工作模式之外，当电液伺服制动总成自身或者其传感器故障时，本申请描述的双电机冗余制动系统可以实现多种冗余制动模式，最大限度保证制动安全。冗余制动模式包括传感器失效应对的冗余制动安全策略和电机失效应对的冗余制动安全策略，具体控制方法包括：
(1)传感器失效应对的冗余制动模式。
驾驶员踩下制动踏板或者车辆的其它电控系统发来制动请求时：
对于主电液伺服制动总成：
当主电液伺服制动总成的制动踏板行程传感器发生故障时，主电液伺服制动总成的主控制电机通过“定pwm控制”，实现制动系统建压；
当主电液伺服制动总成的踏板行程传感器正常工作，若主控制电机正常工作，则主控制电机通过“闭环”控制，实现制动系统建压；同时，若主缸活塞行程传感器、电流传感器均正常工作，则辅控制电机通过“双闭环”控制，实现制动系统建压；若主缸活塞行程传感器正常工作、电流传感器故障，则辅控制电机通过“单位置环”控制，实现制动系统建压；若主缸活塞行程传感器故障、电流传感器正常工作，则辅控制电机通过“单电流环”控制，实现制动系统建压；若主缸活塞行程传感器、电流传感器均故障，则辅控制电机通过“pwm”控制，实现制动系统建压。
其中，“定pwm控制”指的是当踏板行程传感器故障时，当驾驶员踩下制动踏板(即触发制动开关)后，主、辅电液伺服制动总成和均按照固定的pwm输出控制各自的控制电机和，实现制动系统建压，整车制动；“pwm控制”指的是“制动踏板行程～电机pwm”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动系统会对应建立相应大小的压力；“单电流环”指的是“制动踏板行程～电机控制电流”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动系统会对应建立相应大小的压力；“单位置环”指的是“制动踏板行程～制动主缸活塞顶杆位移”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动系统会对应建立相应大小的压力；“双闭环”指的是结合了单位置环和单电流环的一种闭环控制策略。
(2)电机失效应对的冗余制动模式。
在冗余制动模式下，驾驶员踩下制动踏板或者车辆的其它电控系统发来制动请求时，当主电液伺服制动总成的主控制电机和辅电液伺服制动总成的辅控制电机均正常工作时，则两电机共同实施制动；当主电液伺服制动总成1的主控制电机发生故障、辅电液伺服制动总成的辅控制电机正常工作时，仅由辅电液伺服制动总成的辅控制电机实施制动；当主电液伺服制动总成的主控制电机正常工作、辅电液伺服制动总成的辅控制电机发生故障时，仅由主电液伺服制动总成的主控制电机实施制动；当主电液伺服制动总成的主控制电机和辅电液伺服制动总成的辅控制电机均故障时，则实施人力备份制动。
由于采用上述技术方案，本发明提供的一种多功能双电机冗余制动系统与现有技术相比，具有以下优点：
1)本发明通过采用两个电液伺服制动总成控制，可以满足更高吨位车辆的制动需求；
2)相对于单电液伺服制动总成方案，本发明具有更多冗余制动策略，使车辆行驶更安全；
3)相对于单电液伺服制动总成方案，本发明可以在降低对电机能力要求的情形下，满足车辆的制动需求；
4)相对于真空助力器，本发明可以在保证制动踏板感的前提下，实现更高效率的制动能量回收，可以实现外部请求制动(便于进行功能扩展)，且受外界气压等因素影响极小；
5)本发明在制动系统为H型布置方式的车上可以实现更理想的压力分配，从而降低压力调节单元的工作频次，延长其寿命；
6)针对制动时载荷转移明显的制动系统为H型布置方式的载货车辆，本发明可以优化其制动压力分配，降低制动器的损耗；
7)本发明可以在不增加能耗或电机负担的前提下实现制动保持功能；
8)本发明可以不依靠复杂的弹簧组合来实现理想的踏板感，仅通过电机模拟就可以实现。
附图说明
图1是本申请一种实施例的多功能双电机冗余制动系统的结构示意图。
图2是本申请一种实施例的主电液伺服制动总成的结构示意图。
图3是本申请一种实施例中的并联主缸的剖面结构示意图。
图4是本申请一种实施例中的辅电液伺服制动总成的结构示意图。
图5是本申请一种实施例的传感器失效应对的冗余制动安全策略控制流程图。
图6是本申请一种实施例的电机失效应对的冗余制动安全策略控制流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所做的等效变化与修饰前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
请参照图1至图4，本实施例提供一种多功能双电机冗余制动系统，主要包括主电液伺服制动总成1、辅电液伺服制动总成2、制动踏板总成3、储液罐4、制动主缸5、压力调节单元6和制动器组7。其中：主电液伺服制动总成1与辅电液伺服制动总成2之间通过CAN总线通讯连接，主电液伺服制动总成1的两端分别与制动踏板总成3和并联主缸108相连，辅电液伺服制动总成2与制动主缸5相连。
本实施例中，储液罐4用于向制动主缸5和并联主缸108提供制动液。储液罐4优选地连接在主电液伺服制动总成1上，并通过低压管路9与制动主缸5相连。
如图2和3所示，主电液伺服制动总成1的右侧通过踏板连接机构101与制动踏板总成3连接，左侧与并联主缸108固定连接。本实施例中的制动踏板总成3自带回位弹簧(图中未示)。主电液伺服制动总成1还包括与踏板连接机构101的推杆传动的齿轮传动副102、与齿轮传动副102传动配合的踏板感模拟电机103、主控制器104、可前后运动地设置在齿轮传动副102前侧的主控制电机传动副107、用于驱动主控制电机传动副107的主控制电机105、用于检测踏板行程的踏板行程传感器106。齿轮传动副102可以是多级齿轮结构，用于将踏板感模拟电机103的输出扭矩转换为踏板连接机构101的推杆的反向推力，从而向踏板反馈力感。踏板感模拟电机103、主控制电机105分别与主控制器104电连接。主控制电机传动副107与并联主缸108中的活塞顶杆连接，用于驱动并联主缸108中的活塞。主控制电机传动副107可以是多级齿轮结构，或者是蜗轮蜗杆机构，用于将主控制电机105的输出扭矩转换为带动并联主缸108的活塞顶杆的推力。主控制电机传动副107包括与主控制电机105的输出轴传动的推杆，踏板连接机构101的推杆前端与主控制电机传动副107的推杆后端之间设有一段间隙。该间隙的作用是提供制动踏板踩下时的空行程，用于车辆的制动能量回收。当制动踏板踩下的行程超过该空行程时，可以实现人力备份制动。本实施例中，在主控制电机传动副107的推杆的后端还设有弹性件，用以减小大力踩下制动踏板总成3时制动踏板连接机构101的推杆对主控制电机传动副107的冲击。
并联主缸108内并列设置有两个活塞缸，每个活塞缸中分别设置有一个并联主缸活塞1082，并联主缸活塞1082将活塞缸分隔成前腔和后腔，并联主缸108的两个进油口分别与两个活塞缸的后腔连通，并联主缸108的两个出油口分别与两个活塞缸的前腔连通。并联主缸活塞1082上还开设有连通所述前腔和后腔的中心孔，并联主缸108中活动设有一对用于分别推动两个活塞缸中的并联主缸活塞1082的并联主缸活塞顶杆1081，并联主缸活塞顶杆1081的头部设有用以抵顶并密封所述中心孔的密封件，主控制电机传动副107与一对所述并联主缸活塞顶杆1081连接以同时带动一对并联主缸活塞顶杆1081前后移动。
如图3所示，其示出了并联主缸108的两个并联主缸活塞1082、一对并联主缸活塞顶杆1081的具体结构。主控制电机传动副107与一对所述并联主缸活塞顶杆1081的传动连接方式可以是通过现有技术的一个滑块或者中间连接块连接，这对于本领域技术人员来说是容易实施的，而且也并不是本申请的关键技术点，因此不再赘述。活塞缸中还设有用以令并联主缸活塞1082复位的弹性件，所述弹性件优选为复位弹簧，复位弹簧设置在所述活塞缸的前腔中。复位弹簧的作用在于当活塞顶杆的推力消除时，推动活塞向后移动复位。另外，所述并联主缸108中还设有令所述并联主缸活塞顶杆回位的回位弹簧。该回位弹簧优选地套设在并联主缸活塞顶杆1081，两端分别与并联主缸活塞顶杆1081的后端部及缸体相抵，用于使并联主缸活塞顶杆1081向后复位，令并联主缸活塞顶杆1081前端的密封件脱离活塞的中心孔，使活塞顶杆推力更快消除，并联主缸活塞1082能快速复位。
其中，在本实施例中，固定安装在并联主缸活塞顶杆1081前端的所述密封件为密封销，该密封销优选为锥形销，其密封面为锥形面，与活塞的中心孔开口相配合密封。密封销通过圆柱销固定在并联主缸活塞顶杆的前端。
如图4所示，辅电液伺服制动总成2包括带自锁机构的机械总成201、主缸活塞行程传感器202、辅控制电机203、辅控制器204、电流传感器205。其中，机械总成201和制动主缸5相连，并且机械总成201与辅控制电机203传动配合以驱动制动主缸5中的活塞。主缸活塞行程传感器202、电流传感器205分别用于检测制动主缸5的活塞行程、辅控制电机203的电流大小，辅控制器204用于接收主缸活塞行程传感器202、电流传感器205的传感器信号，并作为控制依据。辅控制器204与所述主控制器104通过CAN总线通讯连接。辅控制电机203与辅控制器204电连接。
机械总成201中的自锁机构可以使当电机正转推动活塞压缩制动液建压后，避免活塞在液压的作用下倒退，只有当电机反转时才能够带动活塞回位，从而泄压。当制动系统建压实现制动后，自锁机构断电自锁，能够使制动系统保持制动压力，从而实现车辆的制动保持功能。带自锁机构的机械总成可以采用现有设计，譬如其中的自锁机构采用蜗轮蜗杆机构，用于推动活塞的顶杆通过蜗轮蜗杆传动机构与主控制电机传动副传动。另外，该自锁机构还可以采用自锁螺杆结构。由于带自锁机构的机械总成是本领域技术人员所悉知的，故不再赘述。
制动主缸5的两个出油口分别通过回路1、回路2与并联主缸108的进油口b、a相连，并联主缸108的两个出油口d、c分别通过回路3、回路4与所述压力调节单元6的两个进油口相连。压力调节单元6的左侧进油口与回路3连接，并通过管路连接制动器组7的第一制动器组。压力调节单元6的右侧进油口与回路4连接，并通过管路连接制动器组7的第二制动器组。本实施例中，回路1、回路2、回路3、回路4，以及压力调节单元6与制动器之间连接的管路均采用高压管路8。
制动主缸5的前腔出油口通过第一回路(回路1)连接至所述压力调节单元6的左侧进油口，并通过所述压力调节单元6的出油口与所述制动器组7中的第一制动器组相连。制动主缸5的后腔出油口通过第二回路(回路2)连接至所述梭阀7的第一进油口a，制动主缸5的出油口通过第三回路(回路3)连接至所述梭阀7的第二进油口b，所述梭阀7的出油口c通过第四回路(回路4)连接至所述压力调节单元6的右侧进油口，并通过所述压力调节单元6的出油口与所述制动器组7中的第二制动器组相连。本实施例中，回路1、回路2、回路3、回路4中的制动管路均采用的是高压管路11。
在本实施例中，制动器组7包括左前轮制动器LF、右前轮制动器RF、左后轮制动器LR和右后轮制动器RR。制动器组7的四个制动器两两一组，第一制动器组由所述左前轮制动器LF、右前轮制动器RF组成；第二制动器组由左后轮制动器LR和右后轮制动器RR组成。压力调节单元6的出油口分别与LF、RF、LR、RR相连。此时，四个制动器采用的是H型布置方式，在H型布置上可以实现更理想的压力分配，从而降低压力调节单元的工作频次，延长其寿命。
主电液伺服制动总成具备的功能有：线控制动、外部请求制动、制动能量回收辅助、人力备份制动等；辅电液伺服制动总成在上述系统中具有外部请求制动、制动压力保持功能，且具备冗余制动备份功能。
主电液伺服制动总成和辅电液伺服制动总成的功能实现过程如下：
对于主电液伺服制动总成1而言，当驾驶员踩下制动踏板总成3一段行程后，电液伺服制动总成1的踏板行程传感器106将制动意图传递到主控制器104，经过主控制器的计算，输出给控制电机105控制目标，电机被驱动后推动并列主缸108的两个活塞前移对制动系统建压(此时活塞顶杆1081会封住活塞1082的中心孔)。主控制电机105的转角信息和主控制器104上的电流传感器可分别用于位移和电流的闭环控制。主控制器104同时也在控制踏板感模拟电机103的动作，来提供制动踏板的力反馈。
对于辅电液伺服制动总成2而言，当辅控制器204接收到外部请求制动命令后，会按照计算结果输出给控制电机203控制目标，电机被驱动后推动活塞前移对制动系统建压。因为其机械总成201中带自锁机构，所以在断电时机械总成201上的顶杆会保持位移不变，即管路中仍然会保持有压力，直到控制器204控制电机203回位后，机械总成201上的顶杆才能回位，制动压力才能解除。活塞行程传感器202和电流传感器205分别用于位移和电流的闭环控制。
本发明同时还提供了所述的多功能双电机冗余制动系统的控制方法，所述控制方法主要包括线控制动模式、带制动保持的线控制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收辅助模式和人力备份制动模式。各工作模式的实现过程具体如下：
1、线控制动模式
在此模式下，两个电液伺服制动总成均按照制动意图对制动系统建压，使车辆实现制动。具体过程如下：
当驾驶员踩下制动踏板总成3一段行程后，主电液伺服制动总成1的主控制器104接收到制动踏板行程传感器106变化的信号，根据制动目标曲线计算出主、辅电液伺服制动总成合适的电机控制目标(或者两个控制器各自根据踏板行程计算控制目标)，然后驱动各自电机动作。当关闭制动保持功能时，松开制动踏板总成3后，主控制电机105和辅控制电机203均反转，使活塞行程复位，此时制动系统无压力。
在小制动踏板行程范围内制动时，主控制器104直接控制踏板感模拟电机103动作，给踏板连接机构101提供作用力，此作用力传递到制动踏板总成3上，提供踏板力模拟；主控制器104同时也在控制主控制电机105动作，对并联制动主缸108建压(此时踏板连接机构101与主控制电机传动副107的推杆还存在一部分间隙)；辅控制器204通过CAN通讯方式接收到电机控制目标，驱动电机203动作对整个制动系统建压。此条件下，控制电机103仅提供踏板感的踏板力模拟，而控制电机105和203提供伺服制动能源。当控制电机203推动制动主缸5内的活塞前移建压时，制动液通过回路1、回路2分别流进并联制动主缸的b、a进油口，推动活塞1082前移；当控制电机105推动并联制动主缸中的活塞顶杆1081前移时，活塞1082的中心孔被封闭，前后腔的制动液相互隔离，被压缩的制动液分别从d、c出油口，通过回路3和回路4流入压力调节单元6，对制动系统建压。压力释放时，被压缩的制动液沿原路返回。
在踏板行程超过一个预设踏板行程限值(通常对应较大制动踏板行程范围)时，主电液伺服制动总成1的踏板连接机构101与主控制电机传动副107的推杆之间的间隙消除，此时反馈到制动踏板上的力主要由踏板感模拟电机103、并联主缸108的液压反作用力经控制电机传动副107传递到踏板连接装置101的反馈力两者叠加；并联主缸108内产生的压力主要是由主控制电机105经主控制电机传动副107推动活塞1082、驾驶员直接踩踏板的作用力(通过踩踏板作用到踏板连接机构101上的力，与踏板感模拟电机103经齿轮传动副102作用力抵消后的合力，再通过活塞顶杆1081作用在活塞1082上)、辅电液伺服制动总成2通过制动主缸5建压后直接进入并联主缸推动活塞1082这三部分的力组成。建压及压力释放过程中的制动液流向和上述小制动踏板行程描述相同。
2、带制动保持的线控制动模式
当开启制动保持功能时，驾驶员制动后松开踏板时，车辆仍然保持停驻的状态，直到下一次驱动车辆动作时解除制动保持功能。具体过程如下：
两个电液伺服制动总成的制动过程与线控制动过程完全相同。
当开启制动保持功能时，驾驶员完成制动后松开制动踏板总成3，主控制电机105无控制，顶杆1081会在液压力和回位弹簧力的作用下回位；控制电机203不进行控制(断电自锁)，此时由制动主缸5产生的制动压力被保持，车辆会短暂停驻(此功能可以用作自动驻车或者坡道起步辅助)；直到驾驶员驱动车辆或解除制动保持功能时，控制电机203才会反转，回路1和回路2中保持的制动压力被释放。
3、外部请求制动模式
在此模式下，当主控制器104接收到车辆的其它电控系统发来制动请求时，主控制器104响应制动请求并计算出主、辅电液伺服制动总成合适的电机控制目标，直接驱动主控制电机105动作，对并联主缸108建压；同时，辅控制器204通过CAN通讯方式接收到电机控制目标，驱动辅控制电机203动作，主控制电机105和辅控制电机203共同对整个制动系统建压。
4、制动能量回收辅助模式
在满足制动能量回收的前提下，根据制动目标曲线，在制动踏板总成(3)被踩下的行程小于预设行程之前(即在摩擦制动介入前，制动踏板可以踩下的行程范围内)，主电液伺服制动总成1的踏板感模拟电机103仅提供制动踏板力的反馈，不参与制动建压，辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203也不参与制动过程，此时主控制器104向整车发送能量回收的力矩请求，整车驱动电机响应能量回收的力矩请求，并对整车施加一个具有制动效果的反向力矩，实现整车制动；当制动踏板总成3被踩下后的行程大于预设行程时，仅靠整车制动能量回收提供的减速度不足以满足要求，此时摩擦制动开始介入，和能量回收过程的反向力矩一同提供整车减速度，然后逐渐完全接管车辆制动。
5、人力备份制动模式
当控制电机失效或控制器供电故障时，主控制电机105和辅控制电机203均无法支持制动减压，此时踏板感模拟电机103也会退出工作(不妨碍人力备份制动)。驾驶员直接踩下制动踏板总成3，推动制动踏板连接机构101前移，消除踏板连接机构101与主控制电机传动副107的推杆之间的间隙，然后直接推动活塞顶杆1081前移，封闭活塞1082的中心孔，然后压缩并联主缸108内的制动液，在回路3和回路4中产生压力，传递到制动器组，实现人力备份制动。
关于压力建立过程。并联主缸108的出油口d、c分别通过回路3、回路4进入到压力调节单元6的左右两个进油口，然后分别对前后两轴的车轮制动。
关于压力释放过程。当松开制动踏板总成3时，制动液沿原路返回。
6、冗余制动
当电液伺服制动总成自身或者其传感器故障时，本申请描述的双电机冗余制动系统可以实现多种冗余制动模式，最大限度保证制动安全。冗余制动模式包括传感器失效应对的冗余制动安全策略和电机失效应对的冗余制动安全策略，具体控制方法包括：
(1)传感器失效应对的冗余制动模式。
请参阅图5，驾驶员踩下制动踏板或者车辆的其它电控系统发来制动请求时：
对于主电液伺服制动总成：
当主电液伺服制动总成1的制动踏板行程传感器106发生故障时，主电液伺服制动总成1的主控制电机105通过“定pwm控制”，实现制动系统建压；
当主电液伺服制动总成1的踏板行程传感器106正常工作，若主控制电机105正常工作，则主控制电机105通过“闭环”控制，实现制动系统建压；同时，若主缸活塞行程传感器202、电流传感器205均正常工作，则辅控制电机203通过“双闭环”控制，实现制动系统建压；若主缸活塞行程传感器202正常工作、电流传感器205故障，则辅控制电机203通过“单位置环”控制，实现制动系统建压；若主缸活塞行程传感器202故障、电流传感器205正常工作，则辅控制电机203通过“单电流环”控制，实现制动系统建压；若主缸活塞行程传感器202、电流传感器205均故障，则辅控制电机203通过“pwm”控制，实现制动系统建压。
其中，“定pwm控制”指的是当踏板行程传感器故障时，当驾驶员踩下制动踏板(即触发制动开关)后，主、辅电液伺服制动总成1和2均按照固定的pwm输出控制各自的控制电机105和203，实现制动系统建压，整车制动；“pwm控制”指的是“制动踏板行程～电机pwm”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动系统会对应建立相应大小的压力；“单电流环”指的是“制动踏板行程～电机控制电流”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动系统会对应建立相应大小的压力；“单位置环”指的是“制动踏板行程～制动主缸活塞顶杆位移”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动系统会对应建立相应大小的压力；“双闭环”指的是结合了单位置环和单电流环的一种闭环控制策略。
(2)电机失效应对的冗余制动模式。
请参阅图6，在冗余制动模式下，驾驶员踩下制动踏板或者车辆的其它电控系统发来制动请求时，当主电液伺服制动总成的主控制电机105和辅电液伺服制动总成的辅控制电机203均正常工作时，则两电机共同实施制动；当主电液伺服制动总成1的主控制电机105发生故障、辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203正常工作时，仅由辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203实施制动；当主电液伺服制动总成1的主控制电机105正常工作、辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203发生故障时，仅由主电液伺服制动总成的主控制电机105实施制动；当主电液伺服制动总成1的主控制电机105和辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203均故障时，则实施人力备份制动。
另外，因为辅电液伺服制动总成2的机械总成201是带自锁机构的，所以辅控制电机203动作后停止供电时，活塞顶杆就会被自锁维持到某个行程，直到电机动作时活塞顶杆才会前进或后退。如果在制动时突然控制器供电故障，此时辅电液伺服制动总成2可以依靠其自锁装置提供一定制动力，剩余的部分由人力叠加。
实施例二
本实施例中的双电机冗余制动系统的结构与实施例一基本相同，其区别在于：本实施例中的第一制动器组由左后轮制动器LR和右后轮制动器RR组成；第二制动器组由左前轮制动器LF、右前轮制动器RF组成。压力调节单元6的四个出油口分别与LR、RR、LF、RF相连。此时，制动系统为H型布置方式。
实施例三
本实施例中的双电机冗余制动系统的结构与实施例一基本相同，其区别在于：本实施例中的第一制动器组由左前轮制动器LF和右后轮制动器组成RR，第二制动器组由右前轮制动器RF和左后轮制动器LR组成。压力调节单元6的四个出油口分别与LF、RR、RF、LR相连。此时，制动系统为X型布置方式。
实施例四
本实施例中的双电机冗余制动系统的结构与实施例一基本相同，其区别在于：本实施例中的第一制动器组由右前轮制动器RF和左后轮制动器LR组成，第二制动器组由左前轮制动器LF和右后轮制动器组成RR。压力调节单元6的四个出油口分别与RF、LR、LF、RR相连。此时，制动系统为X型布置方式。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本发明所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，包括主电液伺服制动总成(1)、辅电液伺服制动总成(2)、制动踏板总成(3)、储液罐(4)、制动主缸(5)、压力调节单元(6)和制动器组(7)；其中：
所述主电液伺服制动总成(1)的一侧通过踏板连接机构(101)与所述制动踏板总成(3)连接，另一侧与并联主缸(108)固定连接；所述主电液伺服制动总成(1)还包括与所述踏板连接机构(101)传动的齿轮传动副(102)、与所述齿轮传动副(102)传动配合的踏板感模拟电机(103)、主控制器(104)、可前后运动地设置在所述齿轮传动副(102)前侧的主控制电机传动副(107)、用于驱动所述主控制电机传动副(107)的主控制电机(105)、用于检测踏板行程的踏板行程传感器(106)；所述踏板感模拟电机(103)、主控制电机(105)分别与所述主控制器(104)电连接；所述主控制电机传动副(107)与所述并联主缸(108)中的活塞顶杆连接，用于驱动所述并联主缸(108)中的活塞；
所述辅电液伺服制动总成(2)包括带自锁机构的机械总成(201)、主缸活塞行程传感器(202)、辅控制电机(203)、辅控制器(204)、电流传感器(205)；其中，所述机械总成(201)和所述制动主缸(5)相连，并且所述机械总成(201)与所述辅控制电机(203)传动配合以驱动所述制动主缸(5)中的活塞；所述主缸活塞行程传感器(202)、电流传感器(205)分别用于检测所述制动主缸(5)的活塞行程、辅控制电机(203)的电流大小，所述辅控制器(204)用于接收所述主缸活塞行程传感器(202)、电流传感器(205)的传感器信号，并作为控制依据；所述辅控制器(204)与所述主控制器(104)存在通讯连接；所述辅控制电机(203)与所述辅控制器(204)电性连接；
所述储液罐(4)分别与所述制动主缸(5)和所述并联主缸(8)相连；所述制动主缸(5)的两个出油口分别通过第一回路、第二回路与所述并联主缸(108)的两个进油口(a、b)相连，所述并联主缸(108)的两个出油口(c、d)分别通过第三回路、第四回路与所述压力调节单元(6)的两个进油口相连，所述压力调节单元(6)通过管路连接至所述制动器组(7)。
2.根据权利要求1所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述并联主缸(108)内并列设置有两个活塞缸，每个所述活塞缸中分别设置有一个并联主缸活塞(1082)，所述并联主缸活塞(1082)将所述活塞缸分隔成前腔和后腔，所述并联主缸(108)的两个进油口分别与两个活塞缸的后腔连通，所述并联主缸(108)的两个出油口分别与两个活塞缸的前腔连通；所述并联主缸活塞(1082)上还开设有连通所述前腔和后腔的中心孔，所述并联主缸(108)中活动设有一对用于分别推动两个活塞缸中的所述并联主缸活塞(1082)的并联主缸活塞顶杆(1081)，所述并联主缸活塞顶杆(1081)的头部设有用以抵顶并密封所述中心孔的密封件，所述主控制电机传动副(107)与一对所述并联主缸活塞顶杆(1081)连接以同时带动一对所述并联主缸活塞顶杆(1081)前后移动，所述活塞缸中还设有用以令所述并联主缸活塞(1082)复位的弹性件。
3.根据权利要求2所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述密封件为密封销，其固定在所述并联主缸活塞顶杆(1081)的前端。
4.根据权利要求2所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述弹性件为复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述活塞缸的前腔中。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述主控制电机传动副(107)包括与所述主控制电机(105)的输出轴传动的推杆，所述踏板连接机构(101)的推杆前端与所述主控制电机传动副(107)的推杆后端之间设有一段间隙。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述制动主缸(5)的其中一个出油口通过第一回路与所述并联主缸(108)的第一进油口(b)相连，另一个出油口通过第二回路与所述并联主缸(108)的第二进油口(a)相连；所述并联主缸(108)的第一出油口(d)通过第三回路与所述压力调节单元(6)的其中一个进油口相连，并通过所述压力调节单元(6)的出油口与所述制动器组(7)中的第一制动器组相连；所述并联主缸(108)的第二出油口(c)通过第四回路与所述压力调节单元(6)的另外一个进油口相连，并通过所述压力调节单元(6)的出油口与所述制动器组(7)中的第二制动器组相连。
7.根据权利要求6所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述制动器组(7)包括左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器和右后轮制动器；
所述第一制动器组由所述左前轮制动器、右前轮制动器组成；所述第二制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成。
8.根据权利要求6所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述制动器组(7)包括左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器和右后轮制动器；
所述第一制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成；所述第二制动器组由所述左前轮制动器、右前轮制动器组成。
9.根据权利要求1所述的多功能双电机冗余制动系统，其特征在于，所述储液罐(4)连接在所述并联主缸(108)上，并通过管路与所述制动主缸(5)相连。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的多功能双电机冗余制动系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法主要包括线控制动模式、带制动保持的线控制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收辅助模式和人力备份制动模式；其中：
线控制动模式：在此模式下，当驾驶员踩下制动踏板总成(3)一段行程后，主电液伺服制动总成(1)的主控制器(104)根据制动踏板行程信号直接控制踏板感模拟电机(103)动作，给所述踏板连接机构(101)提供作用力，此作用力传递到制动踏板总成(3)上，提供踏板力模拟；主控制器(104)同时也控制主控制电机(105)动作，推动并联主缸(108)的活塞，压缩并联主缸(108)内的制动液，在第三回路和第四回路中产生压力，传递到制动器组；同时，辅控制器(204)驱动辅控制电机(203)动作，推动制动主缸(5)的活塞，压缩制动主缸(5)的活塞，在第一回路和第二回路中产生压力，并传递给并联主缸(108)，此时由主电液伺服制动总成(1)和辅电液伺服制动总成(2)共同实现线控制动；当关闭制动保持功能时，松开制动踏板总成(3)后，主控制电机(105)和辅控制电机(203)均反转，使活塞行程复位，此时制动系统无压力；
在踏板行程超过一个预设踏板行程限值时，所述踏板连接机构(101)与所述主控制电机传动副(107)的推杆之间的间隙消除，此时由驾驶员直接踩制动踏板总成(3)的作用力、主控制电机(105)经主控制电机传动副(107)推动并联主缸(108)的活塞的力、辅电液伺服制动总成(2)通过驱动制动主缸(5)建压后直接进入并联主缸(108)推动活塞的力共同作用使并联主缸(108)产生压力，使制动系统实现线控制动；
带制动保持的线控制动模式：当开启制动保持功能时，驾驶员制动后松开踏板时，车辆仍然保持停驻的状态，直到下一次驱动车辆动作时解除制动保持功能；驾驶员完成制动后松开制动踏板总成(3)，辅控制电机(203)断电自锁，此时由制动主缸(5)产生的制动压力被保持，车辆会短暂停驻；直到驾驶员驱动车辆或解除制动保持功能时，辅控制电机(203)反转，第一回路和第二回路中保持的制动压力被释放。
外部请求制动模式：在此模式下，当车辆的其它电控系统发来制动请求时，主控制器(104)同时也控制主控制电机(105)动作，对并联主缸(108)建压；同时，辅控制器(204)驱动辅控制电机(203)动作对制动主缸(5)建压，主电液伺服制动总成(1)和辅电液伺服制动总成(2)共同实现制动；
制动能量回收模式：在满足制动能量回收的前提下，在制动踏板总成(3)被踩下的行程小于预设行程之前，所述主电液伺服制动总成(1)的踏板感模拟电机(103)仅提供制动踏板力的反馈，不参与制动建压，辅电液伺服制动总成(2)的辅控制电机(203)也不参与制动过程，此时主控制器(104)向整车发送能量回收的力矩请求，整车驱动电机响应能量回收的力矩请求，并对整车施加一个具有制动效果的反向力矩，实现整车制动；当制动踏板总成(3)被踩下后的行程大于预设行程时，摩擦制动开始介入，和能量回收过程的反向力矩一同提供整车减速度，然后逐渐完全接管车辆制动；
人力备份制动模式：当控制电机失效或控制器供电故障时，所述主控制电机(105)和辅控制电机(203)均无法支持制动建压，踏板感模拟电机(103)也退出工作，驾驶员直接踩下制动踏板总成(3)，推动制动踏板连接机构(101)前移，消除所述踏板连接机构(101)与所述主控制电机传动副(107)的推杆之间的间隙，然后直接推动并联主缸(108)的活塞，压缩并联主缸(108)内的制动液，在第三回路和第四回路中产生压力，传递到制动器组，实现人力备份制动。
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