CN113597387A - 主缸及具有该主缸的电子制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种主缸及具有该主缸的电子制动系统。根据本发明的一个方面，可以提供一种主缸，所述主缸包括：缸体，在内部沿着长度方向形成有多阶形态的孔；第一主室和第二主室，顺序地串联设置在孔中；第一主活塞，被设置为与制动踏板的操作相关地移动并且可对第一主室加压；第二主活塞，被设置为可通过第一主活塞的位移或第一主室的液压进行位移并且可对第二主室加压；以及踏板模拟器，设置在第一主活塞和第二主活塞之间，以向制动踏板提供反作用力，其中第一主活塞的截面面积相对大于第二主活塞的截面面积。

Description

主缸及具有该主缸的电子制动系统
技术领域
本发明涉及一种主缸及具有该主缸的电子制动系统，更具体地，涉及一种利用对应于制动踏板的位移的电信号产生制动力的主缸及具有该主缸的电子制动系统。
背景技术
通常，在车辆中必须安装有用于执行制动的制动系统，并且为了驾驶员和乘客的安全已经提出各种类型的制动系统。
传统的制动系统主要使用当驾驶员踩下制动踏板时利用机械连接的助力器向轮缸供应制动所需的液压的方法。然而，随着市场对通过精确地响应于车辆的操作环境实现各种制动功能的需求增加，近年来，正在广泛使用包括液压供应装置的电子制动系统及操作方法，该液压供应装置被配置为当驾驶员踩下制动踏板时，以电信号的形式接收来自感测制动踏板的位移的踏板位移传感器的驾驶员的制动意图，并且向轮缸供应制动所需的液压。
在如上所述的电子制动系统及操作方法中，在正常操作模式中以电信号的形式产生并提供驾驶员对制动踏板的操作，并基于此对液压供应装置进行电操作和电控制以形成制动所需的液压并将液压传递到轮缸。
如上所述，虽然这种电子制动系统及操作方法被电操作和电控制，可以实现复杂多样的制动作用，但是当电气部件出现技术问题时，可能无法稳定地形成制动所需的液压，因此危及乘客的安全。因此，电子制动系统及操作方法在某个部件发生故障或失控时进入异常操作模式，此时，需要将驾驶员对制动踏板的操作直接联动到轮缸的机制。即，在电子制动系统及操作方法的异常操作模式中，当驾驶员对制动踏板施加踩踏力时，应立即形成制动所需的液压并直接传递到轮缸。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本实施例旨在提供一种可以减少部件数量、实现产品的小型化和轻量化并且即使在备用模式中也能够稳定地提供制动压力的主缸及具有该主缸的电子制动系统。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，可以提供一种主缸，包括：缸体，在内部沿着长度方向形成有多阶形态的孔；第一主室和第二主室，顺序地串联设置在所述孔中；第一主活塞，被设置为与制动踏板的操作相关地移动并且可对所述第一主室加压；第二主活塞，被设置为可通过所述第一主活塞的位移或第一主室的液压进行位移并且可对所述第二主室加压；以及踏板模拟器，设置在所述第一主活塞和所述第二主活塞之间，以向所述制动踏板提供反作用力，所述第一主活塞的截面面积被设置为相对大于所述第二主活塞的截面面积。
可以提供一种主缸，其中，所述第二主活塞的截面面积被设置为所述第一主活塞的截面面积的50％以上且80％以下。
可以提供一种主缸，其中，所述孔的所述第二主室侧的内径被设置为所述第一主室侧的内径的70％以上且90％以下。
可以提供一种主缸，其中，所述踏板模拟器包括橡胶部件，所述橡胶部件设置在所述第一主室内的所述第一主活塞和所述第二主活塞之间。
可以提供一种主缸，其进一步包括：模拟器弹簧，其一端部由所述缸体支撑，另一端部由所述第一主活塞支撑。
可以提供一种电子制动系统，其包括：主缸，包括：缸体，在内部形成有多阶形态的孔；第一主室和第二主室，顺序地串联设置在所述孔中；第一主活塞，被设置为与制动踏板的操作相关地移动并且可对所述第一主室加压；第二主活塞，被设置为可通过所述第一主活塞的位移或第一主室的液压进行位移并且可对所述第二主室加压；以及踏板模拟器，设置在所述第一主活塞和所述第二主活塞之间，以向所述制动踏板提供反作用力；液压控制单元，包括：第一液压回路，接收液压并控制分别传递到两个轮缸的液压；以及第二液压回路，控制传递到另外两个轮缸的液压；第一备用流路，连接所述第一主室和所述第一液压回路；以及第二备用流路，连接所述第二主室和所述第二液压回路，所述第一主活塞的截面面积被设置为相对大于所述第二主活塞的截面面积。
可以提供一种电子制动系统，其中，所述第二主活塞的截面面积被设置为所述第一主活塞的截面面积的50％以上且80％以下。
可以提供一种电子制动系统，其中，所述孔的所述第二主室侧的内径被设置为所述第一主室侧的内径的70％以上且90％以下。
可以提供一种电子制动系统，其中，所述踏板模拟器包括橡胶部件，所述橡胶部件设置在所述第一主室内的所述第一主活塞和所述第二主活塞之间。
可以提供一种电子制动系统，其中，所述主缸进一步包括：模拟器弹簧，其一端部由所述缸体支撑，另一端部由所述第一主活塞支撑。
可以提供一种电子制动系统，其进一步包括：液压供应装置，根据对应于所述制动踏板的位移而输出的电信号产生液压并提供给所述液压控制单元。
可以提供一种电子制动系统，进一步包括：储液槽，储存加压介质；以及模拟流路，连接所述储液槽和所述第一主室并且设置有控制加压介质的流动的模拟器阀。
可以提供一种电子制动系统，进一步包括：第一储液槽流路，连接所述储液槽和所述第一主室；以及第二储液槽流路，连接所述储液槽和所述第二主室。
(三)有益效果
在根据本发明的实施例的主缸及具有该主缸的电子制动系统中，可以在主缸内内置踏板模拟器以实现产品的小型化和轻量化，并且可以在电子制动系统的备用模式中稳定地供应液压。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的实施例的电子制动系统。
图2是示出根据本发明的实施例的主缸的剖视图。
图3是示出图1的C-C’截面的截面图。
图4是示出根据本发明的实施例的执行电子制动系统的制动的状态的操作状态图。
图5是根据本发明的实施例的电子制动系统在备用模式中的操作状态图。
最佳实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。以下介绍的实施例是为了向本发明所属技术领域的普通技术人员充分传达本发明的思想而作为示例提供的。本发明不限于以下说明的实施例，并且可以以其他形式具体化。为了清楚地说明本发明，在附图中省略与说明无关的部分，并且在附图中，为了方便起见，可以放大表示组件的宽度、长度、厚度等。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的组件。
图1示意性地示出根据本发明的实施例的电子制动系统，图2是示出根据本发明的实施例的主缸的剖视图，图3是示出图1的C-C’截面的截面图。
参照图1至图3，根据本发明的实施例的电子制动系统包括：储液槽10，储存加压介质；主缸100，通过制动踏板20的踩踏力对容纳在内侧的加压介质进行加压并排出；轮缸30，通过接收加压介质的液压来执行各车轮RR、RL、FR和RL的制动；液压供应装置40，通过感测制动踏板20的位移的踏板位移传感器21以电信号的形式接收驾驶员的制动意图，并且通过机械操作产生加压介质的液压；液压控制单元50，控制传递到轮缸30的液压；以及电子控制单元(ECU)，基于液压信息和踏板位移信息控制液压供应装置40和各种阀。
在主缸100的内部内置有踏板模拟器110，因此当驾驶员对制动踏板20施加踩踏力以进行制动操作时，向驾驶员提供该踩踏力的反作用力以提供稳定的踏板感觉，同时加压和排出容纳在内侧的加压介质。
主缸100包括：缸体101，内侧形成有腔室；第一主活塞130和第二主活塞120，在缸体101内部隔开设置成一列；以及踏板模拟器110，设置在第一主活塞130和第二主活塞120之间。
缸体101的内部形成有多阶形态的孔，形成在缸体101内的孔包括：第一主室102，加压介质被第一主活塞130压缩；以及第二主室103，加压介质被第二主活塞120压缩。
第一主室102形成为具有比第二主室103相对更大的直径，并且在第一主室102中内置有踏板模拟器110。
踏板模拟器110被设置为介于第一主活塞130和第二主活塞120之间的状态，以通过在压缩时产生的弹性恢复力为驾驶员提供踏板感觉。
踏板模拟器110包括：橡胶部件111，设置在第一主活塞130和第二主活塞120之间；以及模拟器弹簧112，其两端分别由第一主活塞130和缸体101支撑。
模拟器弹簧112在与橡胶部件111一起向驾驶员提供踏板感觉的同时，当解除制动等操作时使第一主活塞130返回到原始位置。其中，踏板模拟器110可以仅由橡胶部件111构成而无需模拟器弹簧112。
在第一主室102中，加压介质可以通过第一备用端口104流入和排出，并且在第二主室103中，加压介质可以通过第二备用端口105流入和排出。
第一备用端口104和第二备用端口105与备用流路60、61连接，所述备用流路用于在液压供给装置40不能正常操作时将从主缸100排出的液压直接供应到液压控制单元50。
主弹簧115设置在第二主室103中，当第二主活塞120因制动等操作发生位移时，主弹簧115被压缩以存储弹性力，然后当解除制动等操作时，通过存储的弹性力将第二主活塞120返回到原始位置。
加压介质可以通过形成在缸体101的第一液压端口106和第二液压端口107流入第一主室102和第二主室103并且从第一主室102和第二主室103排出。
第一液压端口106连接到第一储液槽流路11以允许加压介质在第一主室102和储液槽10之间流动，第二液压端口107连接到第二储液槽流路12以允许加压介质在第二主室103和储液槽10之间流动。
当制动踏板处于未操作的静止状态时，第一主室102和第二主室103与储液槽10连通。
在静止状态下第一主室102通过形成在第一主活塞130中的孔131与储液槽10连通，并且当第一主活塞130向前移动时，由于第一主活塞130和安装在第一液压端口106的前后侧的密封部件132、133，第一主室102和第一液压端口106不连通。
在静止状态下第二主室103通过形成在第二主活塞120中的孔121与储液槽10连通，并且当第二主活塞120向前移动时，由于第二主活塞120和安装在第二液压端口107的前后侧的密封部件122、123，第二主室103和第二液压端口107不连通。
在第一主室102中，加压介质可以通过形成在缸体101的第三液压端口108流入和排出。
第三液压端口108与从第一储液槽流路11分支的模拟流路15连接，可以使得加压介质从储液槽10流入第一主室102，或者相反地，可以使得加压介质从第一主室102排出到储液槽10。
在模拟流路15中，模拟器止回阀13和模拟器阀14并列设置，模拟器止回阀13仅允许加压介质从储液槽10流向第一主室102，模拟器阀14控制通过模拟流路15传递的加压介质的双向流动。模拟器阀14可以被设置为常闭型电磁阀，该常闭型电磁阀被配置为当在常闭状态下从电子控制单元接收电信号时进行操作以打开阀。
在本实施例的主缸100中，为了解决在当电子制动系统无法正常操作时操作的备用模式(Fallback mode)中由于设置在第一主室102中的踏板模拟器110的反作用力而导致从第一主室102向第一备用流路60提供的液压降低的问题，第一主活塞130的截面面积A形成为相对大于第二主活塞120的截面面积B。而且，第一主活塞130的直径a可以形成为相对大于第二主活塞120的直径b。
此时，由于第一主活塞130的截面和第二主活塞120的截面形成为圆，因此截面面积A和截面面积B可以分别满足A＝π*(a/2)^2和B＝π*(b/2)^2。在备用模式中，由于根据在第一主室102内部内置踏板模拟器110的配置踏板模拟器110被压缩而产生的反作用力，与通过第二备用流路61从第二主室103提供给第二液压回路52的液压相比，通过第一备用流路60从第一主室102提供给第一液压回路51的液压相对减小。
因此，在本实施例中，通过改变第一主活塞130的直径和第二主活塞120的直径来减小两个主活塞120、130的相对位移x、y，从而减小踏板模拟器110的橡胶部件111的压缩量以减小踏板模拟器110的反作用力。
例如，假设第二主活塞120的截面面积B为第一主活塞130的截面面积A的一半，从第一主室102和第二主室103分别通过第一备用流路60和第二备用流路61供应的加压介质的供应液量Q1、Q2如数学式1所示。
[数学式1]
Q1＝x*A-y*B＝x*A-y*A/2
Q2＝y*B＝y*A/2
其中，x是第一主活塞130的位移，y是第二主活塞120的位移。
因此，在数学式1中，当供应到第一液压回路51和第二液压回路52的供应液量设定为相同(Q1＝Q2)时，第一主活塞130的位移x和第二主活塞120的位移y变得相同。
数学式2是示出第一主室102和第二主室103中的力平衡的关系的数式。
[数学式2]
Psec*B＝Ppri*B+k*(x-y)
其中，Psec是第二主室的压力，Ppri是第一主室的压力，k是踏板模拟器的弹性系数。
当将数学式1中计算出的x＝y代入数学式2时，第一主室102的压力Ppri和第二主室103的压力Psec相同，因此当第二主活塞120的截面面积B为第一主活塞130的截面面积A的一半时，踏板模拟器110不被压缩，使得第一主室102和第二主室102的压力变得相同。
换句话说，如图3所示，第一主室102的内部截面面积形成为第二主活塞120的截面面积B减去第一主活塞130的截面面积A所得的面积B-A，并且第二主室103的内部截面面积为第二主活塞120的截面面积B。此时，当第一主室102的内部截面面积B-A与第二主室103的内部截面面积B相同时，即满足A＝0.5B时，从第一主室102和第二主室103分别通过第一备用流路60和第二备用流路61供应的加压介质的供应液量Q1、Q2相同，第一主活塞130和第二主活塞120的位移相等(x＝y)，并且第一主室102和第二主室103的压力变得相等。
因此，根据第一主活塞130的截面面积A形成为相对大于第二主活塞120的横面面积B，在备用模式中，设置在第一主活塞130和第二主活塞120之间的踏板模拟器110的压缩量减小，因此随着踏板模拟器110的反作用力减小，可以减小从第一主室102和第二主室103提供的液压差以减小在备用模式中供应到第一液压回路51和第二液压回路52的液压差。
在这种第一主室102中内置踏板模拟器110的结构中，第二主活塞120的截面面积B可以被设置为第一主活塞130的截面面积A的约50％以上且80％以下。
第二主活塞120的直径b可以被设置为第一主活塞130的直径a的70％以上且90％以下。
在缸体101中在长度方向上以多阶形态设置的孔形成为第一主室102侧的内径大于第二主室103侧的内径。具体地，第二主室103侧的内径可以被设置为第一主室102侧的内径的70％以上且90％以下。另外，第二主室103侧的内部截面面积可以被设置为第一主室102侧的内部截面面积的50％以上且80％以下。
液压供应装置40可以被设置为各种方式和结构的装置。例如，通过马达的驱动力移动的活塞可以推动腔室内的加压介质以将液压传递到液压控制单元50。或者，液压供应装置40可以被设置为通过马达驱动的泵或高压蓄能器。
具体地，当驾驶员对制动踏板20施加踩踏力时，随着制动踏板20的位移变化，从踏板位移传感器21传输电信号，马达根据该信号进行操作。并且，在马达和活塞之间可以设置有将马达的旋转运动转换为直线运动的动力转换部。动力转换部可以包括蜗杆、蜗轮和/或齿条和小齿轮等。
液压控制单元50可以包括：第一液压回路51，接收液压并控制分别传递到两个轮缸的液压；以及第二液压回路52，控制传递到另外两个轮缸的液压。例如，第一液压回路51可以控制左侧前轮FL和右侧后轮RR，第二液压回路52可以控制右侧前轮FR和左侧后轮RL，但不限于此，并且连接到第一液压回路51和第二液压回路52的车轮的位置可以以不同形式构造。
液压控制单元50可以包括：入口阀，设置在每个轮缸30的前端以控制液压；以及出口阀，在入口阀和轮缸30之间分支并与储液槽10连接。另外，液压供应装置40与第一液压回路51的入口阀前端可以通过第一液压流路70连接，并且液压供应装置40和第二液压回路52的入口阀前端可以通过第二液压流路71连接，由液压供应装置40产生和提供的制动流体的液压可以分别通过第一液压流路70和第二液压流路71供应到第一液压回路51侧和第二液压回路52侧。
备用流路60、61是在备用模式中使用的流路，当电子制动系统由于液压供应装置40的故障等而不能正常操作时，可以将从主缸100排出的加压介质的液压直接供应到液压控制单元50以实现轮缸30的制动。
该备用流路60、61包括：第一备用流路60，连接第一主室102和第一液压回路51；以及第二备用流路61，连接第二主室103和第二液压回路52。
在第二备用流路61中可以安装有控制加压介质的流动的截止阀(未示出)。截止阀(未示出)可以被配置为常开型(Normal Open type)电磁阀，该常开型电磁阀被配置为当在常开状态下从电子控制单元接收关闭信号时进行操作以关闭阀。
与第二备用流路61一样，截止阀(未示出)可以安装在第一备用流路60中。或者，为了减少阀的数量并简化装置的结构，第一备用流路60和出口阀(未示出)可以连接，使得设置在第一液压回路51中的出口阀(未示出)执行截止阀的功能，而不在第一备用流路60中安装单独的截止阀(未示出)。
附图标记PS1为测量主缸20的液压的备用流路压力传感器，PS2为感测液压回路的液压的液压流路压力传感器。
图4是示出根据本发明的实施例的电子制动系统执行制动的状态的操作状态图。
参照图4对主缸100的踏板模拟操作进行说明，在正常操作中，在驾驶员操作制动踏板20的同时，截止阀(未示出)、设置在第一液压回路51中的截止阀(未示出)或出口阀(未示出)关闭，并且模拟流路15的模拟器阀14打开。
随着制动踏板20的操作进行，第一主活塞130向前移动，但是由于设置在第二备用流路61中的截止阀(未示出)的关闭操作第二主室103被密闭，因此第二主活塞120不会发生位移。因此，第一主活塞130的位移会使橡胶部件111压缩，并且橡胶部件111的压缩产生的弹性恢复力可以作为踏板感觉提供给驾驶员。此时，容纳在第一主室102中的加压介质通过模拟流路15传递到储液槽10。
并且，随着制动踏板20的位移变化，液压供应装置40基于踏板位移传感器21感测的信号进行操作，并且液压供应装置40产生的液压经过液压控制单元50传递到轮缸30以产生制动力。
此后，当驾驶员解除制动踏板20的踩踏力时，模拟器弹簧112和橡胶部件111通过弹性力膨胀，使得第一主活塞130返回到原始位置，在第一主室102中填充有通过安装在模拟流路15中的模拟器阀14和模拟器止回阀13供应的加压介质。
图5是根据本发明的实施例的电子制动系统在备用模式中的操作状态图。
另一方面，当电子制动系统操作异常时，即如图5所示，当驾驶员在备用模式的操作状态下对制动踏板20施加踩踏力时，与制动踏板20连接的第一主活塞130向前移动。
当第一主活塞130向前移动时，第二主活塞120通过橡胶部件111向前移动。
由于在非操作状态下设置在第一备用流路60和第二备用流61中的截止阀(未示出)保持打开状态，根据第一主活塞130的向前移动，容纳在第一主室102中的压力介质沿着第一备用流路60传递到第一液压回路51侧，并且根据第二主活塞120的向前移动，容纳在第二主室103中的加压介质沿着第二备用流路61传递到第二液压回路52侧，从而实现轮缸30的制动。
此时，由于踏板模拟器110内置在第一主室102内，因此通过第一主活塞130的向前移动被加压的容纳在第一主室102中的加压介质可以以液压小于通过踏板模拟器110的反作用力在第二主室103中被加压的加压介质的液压的状态提供到第一备用流路60，但是根据第一主活塞130和第二主活塞120具有不同直径的配置，两个活塞120、130之间的相对位移减小，从而使踏板模拟器110的压缩量减小，因此由两个主室102、103提供的压力差减小。因此，从第一主室102和第二主室103分别提供给第一备用流路60和第二备用流路61的液压保持平衡，从而实现稳定的制动。
以上示出并描述了特定实施例。然而，本发明不限于上述实施例，并且本发明所属技术领域的普通技术人员能够在不脱离权利要求书中记载的发明的技术思想的要旨的情况下做出各种改变。

Claims (13)

1.一种主缸，包括：
缸体，在内部沿着长度方向形成有多阶形态的孔；
第一主室和第二主室，顺序地串联设置在所述孔中；
第一主活塞，被设置为与制动踏板的操作相关地移动并且对所述第一主室加压；
第二主活塞，被设置为通过所述第一主活塞的位移或第一主室的液压进行位移并且对所述第二主室加压；以及
踏板模拟器，设置在所述第一主活塞和所述第二主活塞之间，以向所述制动踏板提供反作用力，
所述第一主活塞的截面面积被设置为相对大于所述第二主活塞的截面面积。
2.根据权利要求1所述的主缸，其中，
所述第二主活塞的截面面积被设置为所述第一主活塞的截面面积的50％以上且80％以下。
3.根据权利要求1所述的主缸，其中，
所述孔的所述第二主室侧的内径被设置为所述第一主室侧的内径的70％以上且90％以下。
4.根据权利要求1所述的主缸，其中，
所述踏板模拟器包括橡胶部件，所述橡胶部件设置在所述第一主室内的所述第一主活塞和所述第二主活塞之间。
5.根据权利要求4所述的主缸，进一步包括：
模拟器弹簧，其一端部由所述缸体支撑，另一端部由所述第一主活塞支撑。
6.一种电子制动系统，包括：
主缸，包括：缸体，在内部形成有多阶形态的孔；第一主室和第二主室，顺序地串联设置在所述孔中；第一主活塞，被设置为与制动踏板的操作相关地移动并且对所述第一主室加压；第二主活塞，被设置为通过所述第一主活塞的位移或第一主室的液压进行位移并且对所述第二主室加压；以及踏板模拟器，设置在所述第一主活塞和所述第二主活塞之间，以向所述制动踏板提供反作用力；
液压控制单元，包括：第一液压回路，接收液压并控制分别传递到两个轮缸的液压；以及第二液压回路，控制传递到另外两个轮缸的液压；
第一备用流路，连接所述第一主室和所述第一液压回路；以及
第二备用流路，连接所述第二主室和所述第二液压回路，
所述第一主活塞的截面面积被设置为相对大于所述第二主活塞的截面面积。
7.根据权利要求6所述的电子制动系统，其中，
所述第二主活塞的截面面积被设置为所述第一主活塞的截面面积的50％以上且80％以下。
8.根据权利要求6所述的电子制动系统，其中，
所述孔的所述第二主室侧的内径被设置为所述第一主室侧的内径的70％以上且90％以下。
9.根据权利要求6所述的电子制动系统，其中，
所述踏板模拟器包括橡胶部件，所述橡胶部件设置在所述第一主室内的所述第一主活塞和所述第二主活塞之间。
10.根据权利要求9所述的电子制动系统，其中，
所述主缸进一步包括：
模拟器弹簧，其一端部由所述缸体支撑，另一端部由所述第一主活塞支撑。
11.根据权利要求6所述的电子制动系统，进一步包括：
液压供应装置，根据对应于所述制动踏板的位移而输出的电信号产生液压并提供给所述液压控制单元。
12.根据权利要求6所述的电子制动系统，进一步包括：
储液槽，储存加压介质；以及
模拟流路，连接所述储液槽和所述第一主室并且设置有控制加压介质的流动的模拟器阀。
13.根据权利要求12所述的电子制动系统，进一步包括：
第一储液槽流路，连接所述储液槽和所述第一主室；以及
第二储液槽流路，连接所述储液槽和所述第二主室。
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