CN114537352A - 一种集成冷却的高可靠线控制动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成冷却的高可靠线控制动系统及方法，本发明将制动过程分为两种模式，即电机制动模式与冗余制动模式，电机制动模式时，电机没有发生故障，电机通过滚珠丝杆推动摩擦片挤压制动盘实现制动。冗余制动模式时，电机发生故障，连接块保持位置不动，油压推动活塞进而推动摩擦片挤压制动盘实现制动。本发明实现了高可靠性，冷却方案实现了高稳定性。

Description

一种集成冷却的高可靠线控制动系统及方法

技术领域：

本发明涉及一种集成冷却的高可靠线控制动系统及方法。

背景技术：

制动系统是汽车的重要组成部分之一，这直接影响了汽车的行驶安全性能。制动系统主要包括有行车制动器、驻车制动器和辅助制动器，其中一般使用盘式或鼓式制动方式，制动时通过摩擦的物理特性将汽车的势能、动能转化为热能，从而实现制动的目的。

盘式制动器由于制动性能稳定，散热性好等优点，被广泛适用于各种类型的车辆，尤其是中小型车辆。当前随着汽车电子的不断发展，线控制动系统不断发展，线控制动系统主要分为EHB(Electro Hydraulic Braking，电子液压制动系统)和EMB系统两类，EHB系统是电子与液压系统相结合所形成的多用途，多形式制动系统，电子系统提供柔性控制，液压系统作为备用系统提供动力。而EMB系统可以看作EHB系统的改进产品，主要由车轮制动模块、中央电子控制单元以及电子踏板模块组成，与传统液压制动系统相比，具有因执行器与制动踏板之间无液压和机械连接，大大减小制动器的作用时间，结构简单，质量更轻，安装更加方便，布局更加灵活，且在ABS模式下踏板无回弹振动，无噪声等等优点。

汽车在制动过程中，会遇到多种多样的复杂工况，如城市道路，山区道路，下长坡的道路等，这时候需要制动器频繁制动或者持续制动的情况，这会导致汽车制动器产生大量热量，盘式制动器主要采用风冷的方式进行散热，这无法将短时间内聚集的热量散发掉，制动器温度会大幅度上升，摩擦因数下降快，进而使刹车盘磨损程度严重，更有可能出现制动效能部分甚至全部损失的危险热衰退现象。热衰退现象目前仍是困扰汽车制动安全的瓶颈问题之一。

针对于制动器散热方向，目前一些公开的专利方案中，车辆采用制动器外加水箱给过热制动器淋水的冷却方式，但是这种冷却方式不但浪费水源，而且在冬天的时候容易造成路面结冰，影响其他车辆通行。针对于线控制动方案，一些车辆考虑线控制动方式，主要采用一个电机外加一套机械结构的方式，现有技术已公开的一种电子机械线控制动器，该系统中电机通过驱动螺杆螺母传动机构，通过螺杆螺母传动机构带动连接杆的运动，驱动活塞和制动钳体沿相反的方向移动，从制动盘两侧以相同的力将摩擦片压紧，虽然这种机构实现了精准控制，但没有考虑制动器过热问题。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种集成冷却的高可靠线控制动系统及方法。

本发明所采用的技术方案有：

一种集成冷却的高可靠线控制动系统，包括制动器壳体、摩擦片、第一回位弹簧、第二回位弹簧、活塞、管道闭合开关、电机、滚珠丝杠、连接块、导热铜片、制动盘、油泵和储油箱，所述电机固定于制动器壳体内，且电机的电机轴通过滚珠丝杠与连接块固定连接，在连接块上设有活塞腔，活塞与第二回位弹簧均设于活塞腔内，第二回位弹簧的一端与活塞固定连接，另一端与活塞腔的腔底壁固定连接，导热铜片固定连接在连接块的外端面上，摩擦片滑动连接在制动器壳体，活塞穿过导热铜片并驱动摩擦片滑动，第一回位弹簧的一端与导热铜片固定连接，另一端与摩擦片固定连接；制动盘设于摩擦片的一侧，在连接块上设有冗余制动油道和冷却油道，冗余制动油道与活塞腔相连通，管道闭合开关设于连接块内用于开闭冗余制动油道；冗余制动油道和冷却油道的进油口通过一根管路与油泵相连，油泵通过管路与储油箱相连，冷却油道的出油口通过一根管路与储油箱相连。

进一步地，所述连接块上设有安装孔道，安装孔道与冗余制动油道相连通，所述管道闭合开关固定于安装孔道内。

进一步地，所述管道闭合开关包括线圈绕组、铁块和复位弹簧，所述复位弹簧的一端抵触于线圈绕组上，另一端抵触于铁块上，并使铁块伸于冗余制动油道内将冗余制动油道堵住，线圈绕组通电后，铁块被吸住并脱离冗余制动油道，使得冗余制动油道打开。

进一步地，所述油泵的进液端通过管路与储油箱相连，油泵中出液端的管路上连接有比例阀。

进一步地，在储油箱与冷却油道出油口之间连接的管路上设有散热器。

本发明还公开了一种集成冷却的高可靠线控制动方法，

步骤1)：BCU采集制动踏板处的位移传感器信号，若检测到踏板开度λ＝0，说明无制动退出；若检测到踏板开度λ>0，则进入步骤2)；

步骤2)：BCU控制打开油泵，根据踏板开度以及踏板开度变化率，BCU控制比例阀打开相应开度；

步骤3)：BCU采集电机电流信号，检测是否有电机故障，若未发生故障进入步骤4)，若发生故障则进入步骤10)；

步骤4)：进入电机制动模式，线圈绕组不通电，冗余制动油道关闭；BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机输出转矩Tm；滚珠丝杠向挤压制动盘的方向移动实现制动，同时冷却油道实现冷却的功能；

步骤5)：BCU采集车速信号、轮速信号并计算车轮滑移率S，当S<S_l时，进入步骤6)；

当S_l<S<S_h时，进入步骤7)，当S>S_h时，进入步骤8)；

所述S_l为车轮最佳滑移率区间的下限值；S_h为车轮最佳滑移率区间的上限值；

步骤6)：BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机增加制动力矩；

步骤7)：BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机保持制动力矩；

步骤8)：BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机减小制动力矩；

步骤9)：重新返回步骤1)；

步骤10)：进入冗余制动模式，BCU控制线圈绕组通电，冗余制动油道被打开，BCU发出指令控制比例阀开度，油液进入冗余制动管道，推动活塞移动，活塞推动摩擦片挤压制动盘实现制动；

步骤11)：BCU采集车速信号、轮速信号并计算车轮滑移率S，当S<S_l时，进入步骤12)；当S_l<S<S_h时，进入步骤13)；当S>S_h时，进入步骤14)；

步骤12)：BCU发出指令控制比例阀增大，增加制动力矩；

步骤13)：BCU发出指令控制比例阀不变，保持制动力矩；

步骤14)：BCU发出指令控制比例阀减小，减小制动力矩；

步骤15)：重新返回步骤1)。

本发明具有如下有益效果：

本发明将制动过程分为两种模式，即电机制动模式与冗余制动模式，电机制动模式时，电机没有发生故障，电机通过滚珠丝杆(连接块)推动摩擦片挤压制动盘实现制动。冗余制动模式时，电机发生故障，连接块保持位置不动，油压推动活塞进而推动摩擦片挤压制动盘实现制动。本发明实现了高可靠性，冷却方案实现了高稳定性。

附图说明：

图1为本发明控制动系统示意图。

图2为本发明控制动系统的控制流程图。

图3为电机制动模式油液流动图。

图4为冗余制动模式油液流动图。

图5为管道闭合开关结构图。

图6为冷却油道在连接块上的布置图。

图中：

1、制动器壳体；2、摩擦片；3、摩擦片回位弹簧；4、活塞；5、冗余制动油道；6、管道闭合开关；7、冷却油道；9、电机；10、滚珠丝杠；13、连接块；14、导热铜片；15、制动盘；17、油泵；18、储油箱；19、比例阀；20、散热器。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1至图6，本发明一种集成冷却的高可靠线控制动系统，包括制动器壳体1、摩擦片2、第一回位弹簧3、第二回位弹簧、活塞4、管道闭合开关6、电机9、滚珠丝杠10、连接块13、导热铜片14、制动盘15、油泵17和储油箱18。

电机9固定于制动器壳体1内，且电机9的电机轴通过滚珠丝杠10与连接块13固定连接，电机9驱动连接块13在制动器壳体1内平移。在连接块13上设有活塞腔40，活塞4与第二回位弹簧均设于活塞腔内，第二回位弹簧的一端与活塞4固定连接，另一端与活塞腔的腔底壁固定连接，导热铜片14固定连接在连接块13的外端面上，摩擦片2滑动连接在制动器壳体1，活塞4穿过导热铜片14并驱动摩擦片2滑动，第一回位弹簧3的一端与导热铜片14固定连接，另一端与摩擦片2固定连接。

制动盘15设于摩擦片2的一侧，在连接块13上设有冗余制动油道5和冷却油道7，冗余制动油道5与活塞腔相连通，管道闭合开关6设于连接块13内用于开闭冗余制动油道5。冗余制动油道5和冷却油道7的进油口通过一根管路与油泵17相连，油泵17通过管路与储油箱18相连，冷却油道7的出油口通过一根管路与储油箱18相连。

本发明还包括制动控制单元BCU，电机控制器MCU和蓄电池；BCU接收制动踏板信号(制动踏板开度λ)，车速信号v，轮速传感器发出的车轮转速信号w以及电机反馈的电流信号与工作状态信息，进行控制前的信息采集，通过计算得到制动信号，电机转矩输出信号。BCU控制指令发送给MCU，MCU控制电机输出相应的输出转矩，同时将电机当前状态反馈给BCU。

为便于管道闭合开关的安装，在连接块13上设有安装孔道，安装孔道与冗余制动油道5相连通，所述管道闭合开关6固定于安装孔道内。管道闭合开关6包括线圈绕组61、铁块62和复位弹簧63，复位弹簧63的一端抵触于线圈绕组61上，另一端抵触于铁块62上，并使铁块62伸于冗余制动油道5内将冗余制动油道5堵住，线圈绕组61通电后，铁块62被吸住并脱离冗余制动油道5，使得冗余制动油道5打开。

在油泵17的进液端通过管路与储油箱18相连，油泵17中出液端的管路上连接有比例阀19。

为保证散热效果，在储油箱18与冷却油道7出油口之间连接的管路上设有散热器20。

本发明制动系统的具体控制过程如下：

步骤1)，BCU采集制动踏板处的位移传感器信号，若检测到踏板开度λ＝0，说明无制动退出；若检测到踏板开度λ>0，则进入步骤2)。

步骤2)，BCU控制打开油泵，根据踏板开度以及踏板开度变化率，BCU控制比例阀打开相应开度。

步骤3)，BCU采集电机电流信号，检测是否有电机故障，若未发生故障进入步骤4)，若发生故障则进入步骤10)。

步骤4)，进入电机制动模式，线圈不通电，冗余制动油道关闭。BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机输出转矩Tm。滚珠丝杠(连接块)向挤压制动盘方向移动实现制动；同时冷却油道回路打开，实现制动器冷却的功能。

步骤5)，BCU采集车速信号、轮速信号并计算车轮滑移率S，当S<S_l(S_l为车轮最佳滑移率区间的下限值)时，进入步骤6)，当S_l<S<S_h(S_h为车轮最佳滑移率区间的上限值)时，进入步骤7)，当S>S_h时，进入步骤8)。

滑移率S的计算，BCU采集当前车速信号、轮边转速信号以及电机电流信号，并计算当前车轮滑移率

步骤6)，BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机增加制动力矩。

步骤7)，BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机保持制动力矩。

步骤8)，BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机减小制动力矩。

步骤9)，重新返回步骤1)。

步骤10)，进入冗余制动模式，BCU控制线圈通电，冗余制动油道打开。BCU发出指令控制比例阀开度，油液进入冗余制动管道，推动活塞移动，活塞推动摩擦片挤压制动盘实现制动。

步骤11)，BCU采集车速信号、轮速信号并计算车轮滑移率S，当S<S_l(S_l为车轮最佳滑移率区间的下限值)时，进入步骤12)，当S_l<S<S_h(S_h为车轮最佳滑移率区间的上限值)时，进入步骤13)，当S>S_h时，进入步骤14)。

步骤12)，BCU发出指令控制比例阀增大，增加制动力矩。

步骤13)，BCU发出指令控制比例阀不变，保持制动力矩。

步骤14)，BCU发出指令控制比例阀减小，减小制动力矩。

步骤15)，重新返回步骤1)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种集成冷却的高可靠线控制动系统，其特征在于：包括制动器壳体(1)、摩擦片(2)、第一回位弹簧(3)、第二回位弹簧、活塞(4)、管道闭合开关(6)、电机(9)、滚珠丝杠(10)、连接块(13)、导热铜片(14)、制动盘(15)、油泵(17)和储油箱(18)，所述电机(9)固定于制动器壳体(1)内，且电机(9)的电机轴通过滚珠丝杠(10)与连接块(13)固定连接，在连接块(13)上设有活塞腔(40)，活塞(4)与第二回位弹簧均设于活塞腔内，第二回位弹簧的一端与活塞(4)固定连接，另一端与活塞腔的腔底壁固定连接，导热铜片(14)固定连接在连接块(13)的外端面上，摩擦片(2)滑动连接在制动器壳体(1)，活塞(4)穿过导热铜片(14)并驱动摩擦片(2)滑动，第一回位弹簧(3)的一端与导热铜片(14)固定连接，另一端与摩擦片(2)固定连接；制动盘(15)设于摩擦片(2)的一侧，在连接块(13)上设有冗余制动油道(5)和冷却油道(7)，冗余制动油道(5)与活塞腔相连通，管道闭合开关(6)设于连接块(13)内用于开闭冗余制动油道(5)；冗余制动油道(5)和冷却油道(7)的进油口通过一根管路与油泵(17)相连，油泵(17)通过管路与储油箱(18)相连，冷却油道(7)的出油口通过一根管路与储油箱(18)相连。

2.如权利要求1所述的集成冷却的高可靠线控制动系统，其特征在于：所述连接块(13)上设有安装孔道，安装孔道与冗余制动油道(5)相连通，所述管道闭合开关(6)固定于安装孔道内。

3.如权利要求2所述的集成冷却的高可靠线控制动系统，其特征在于：所述管道闭合开关(6)包括线圈绕组(61)、铁块(62)和复位弹簧(63)，所述复位弹簧(63)的一端抵触于线圈绕组(61)上，另一端抵触于铁块(62)上，并使铁块(62)伸于冗余制动油道(5)内将冗余制动油道(5)堵住，线圈绕组(61)通电后，铁块(62)被吸住并脱离冗余制动油道(5)，使得冗余制动油道(5)打开。

4.如权利要求1所述的集成冷却的高可靠线控制动系统，其特征在于：所述油泵(17)的进液端通过管路与储油箱(18)相连，油泵(17)中出液端的管路上连接有比例阀(19)。

5.如权利要求1所述的集成冷却的高可靠线控制动系统，其特征在于：在储油箱(18)与冷却油道(7)出油口之间连接的管路上设有散热器(20)。

6.一种集成冷却的高可靠线控制动方法，其特征在于：

步骤1)：BCU采集制动踏板处的位移传感器信号，若检测到踏板开度λ＝0，说明无制动退出；若检测到踏板开度λ>0，则进入步骤2)；

步骤2)：BCU控制打开油泵(17)，根据踏板开度以及踏板开度变化率，BCU控制比例阀(19)打开相应开度；

步骤3)：BCU采集电机电流信号，检测是否有电机故障，若未发生故障进入步骤4)，若发生故障则进入步骤10)；

步骤4)：进入电机制动模式，线圈绕组不通电，冗余制动油道关闭；BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机输出转矩Tm；滚珠丝杠(10)向挤压制动盘(15)的方向移动实现制动，同时冷却油道(7)实现冷却的功能；

步骤5)：BCU采集车速信号、轮速信号并计算车轮滑移率S，当S<S_l时，进入步骤6)；

当S_l<S<S_h时，进入步骤7)，当S>S_h时，进入步骤8)；

所述S_l为车轮最佳滑移率区间的下限值；S_h为车轮最佳滑移率区间的上限值；

步骤6)：BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机增加制动力矩；

步骤7)：BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机保持制动力矩；

步骤8)：BCU发出指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU控制电机减小制动力矩；

步骤9)：重新返回步骤1)；

步骤10)：进入冗余制动模式，BCU控制线圈绕组(61)通电，冗余制动油道(5)被打开，BCU发出指令控制比例阀开度，油液进入冗余制动管道，推动活塞移动，活塞推动摩擦片(2)挤压制动盘(15)实现制动；

步骤11)：BCU采集车速信号、轮速信号并计算车轮滑移率S，当S<S_l时，进入步骤12)；当S_l<S<S_h时，进入步骤13)；当S>S_h时，进入步骤14)；

步骤12)：BCU发出指令控制比例阀增大，增加制动力矩；

步骤13)：BCU发出指令控制比例阀不变，保持制动力矩；

步骤14)：BCU发出指令控制比例阀减小，减小制动力矩；

步骤15)：重新返回步骤1)。

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