CN114684093B - 一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，包括：三出口储液罐，用于存储加压介质；制动踏板，用于操作刹车动作；双腔串联式踏板主缸，其活塞与所述制动踏板操作柄固定连接并用于提供初始刹车压力，且双腔串联式踏板主缸的连接端与三出口储液罐的连接端通过管道相连通。本发明通过双绕组空心轴电机总成的内部具备第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组，且电子控制单元ECU上也包括辅控制器ECU和主控制器ECU，在第一双绕组空心轴电机绕组失效时第二双绕组空心轴电机绕组将及时介入，辅控制器ECU失效时电机控制部分主控制器ECU也将及时介入，能够保证全部制动功能的有效性，从而避免事故的发生。

Description

一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统

技术领域

本发明涉及电子制动系统领域，具体为一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统。

背景技术

为顺应汽车电动化、智能化的发展，汽车的制动系统正趋向于集成化的设计趋势。对传统燃油车而言汽车制动系统普遍采用“真空助力器+ESC(电子稳定性控制系统)”方案，对新能源汽车而言常采用“booster(电控制动助力器)+ESC”方案，上述方案可统称为分布式制动系统，即TWOBOX。而最新的制动系统构型是将“booster(电控制动助力器)+ESC”集成设计为一个整体机构，该机构能够实现同样的功能并且具备成本和重量优势，该构型被称为“集成式线控制动系统”——ONEBOX。集成式线控制动系统是近年来新能源汽车和自动驾驶环境下汽车底盘系统的迫切需求，是近年来线控制动系统的发展热点，现有的汽车集成式线控制动系统主要由电磁阀、压力传感器、制动主缸、踏板感觉模拟器，电机以及电机主缸等部分组成。在驾驶员踩下制动踏板后，电子控制器ECU发出指令，电机在电机主缸建压，通过控制不同的电磁阀打开或关闭，实现车辆轮缸的建压制动，集成式线控制动系统通过电子控制系统ECU控制制动主缸以及电机主缸出油口电磁阀的通断实现了驾驶员踏板与轮缸压力间的解耦，能够满足高级驾驶辅助功能及自动驾驶对制动系统响应时间和控制精度的要求，同时能够实现深度能量回收功能。

但是现有技术在实际使用时，当电机发生故障时基础制动功能就会失效、当控制器、电机、电磁阀等失效时驾驶员难以通过机械结构进行紧急制动，即现有方案不具备多重冗余制动功能，车辆在电子部件失效时极易发生事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括：

三出口储液罐，用于存储加压介质；

制动踏板，用于操作刹车动作；

双腔串联式踏板主缸，其活塞与所述制动踏板操作柄固定连接并用于提供初始刹车压力，且双腔串联式踏板主缸的连接端与三出口储液罐的连接端通过管道相连通；

电机主缸，其连接端与三出口储液罐的连接端通过管道相连通，所述电机主缸的内壁活动连接有电机主缸活塞；

双绕组空心轴电机总成，用于驱动电机主缸活塞在电机主缸的内壁左右移动并挤压和抽取电机主缸内部的加压介质进行建压，所述双绕组空心轴电机总成包括双绕组空心轴电机定子、第一双绕组空心轴电机绕组、第二双绕组空心轴电机绕组、旋转连接件、滚珠丝杠和活塞密封圈，所述电机主缸活塞的尾部设有螺纹孔，且螺纹孔的内壁与滚珠丝杠的表面螺纹连接，所述滚珠丝杠的一端与旋转连接件内壁的一端固定连接，所述第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组均分别固定连接在旋转连接件的表面，所述双绕组空心轴电机定子转动连接在第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组的表面，所述旋转连接件的一端固定设置有电机角度传感器，所述活塞密封圈固定连接在电机主缸活塞表面的中部，且活塞密封圈的表面与电机主缸的内壁紧密贴合，所述旋转连接件的内壁为中空结构；

用于检测双腔串联式踏板主缸连接端压力的第一压力传感器；

用于检测制动踏板位移的踏板位移传感器；

用于检测双绕组空心轴电机总成中第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组电流的电机电流传感器；

以及用于控制整体装置的辅控制器ECU和主控制器ECU；

脚感模拟器，其与所述双腔串联式踏板主缸相连并用来提供响应于所述制动踏板操作时的反作用力，以产生制动的踏板感，所述脚感模拟器的进油口与双腔串联式踏板主缸的连接端通过管道相连通；

用于检测电机主缸内部压力的第二压力传感器；

轮缸组，所述轮缸组包括RR、FL、RL和FR，且轮缸组的连接端分别与三出口储液罐、双腔串联式踏板主缸和电机主缸的连接端通过管道相连通。

优选的，所述三出口储液罐与双腔串联式踏板主缸连接管道的中部设有诊断阀，所述脚感模拟器与双腔串联式踏板主缸连接管道的中部设有脚感模拟器阀。

优选的，所述双腔串联式踏板主缸连接端与RR连接端之间管道的中部分别设有第一踏板主缸解耦阀和第一增压阀，所述双腔串联式踏板主缸连接端与FR连接端之间管道的中部分别设有第二踏板主缸解耦阀和第四增压阀，所述电机主缸连接端与FL连接端之间管道的中部分别设有第一电机主缸解耦阀和第二增压阀，所述电机主缸连接端与RL连接端之间管道的中部分别设有第二电机主缸解耦阀和第三增压阀。

优选的，所述第一增压阀的连接端与第二增压阀的连接端通过管道相连通，所述第三增压阀的连接端与第四增压阀的连接端通过管道相连通。

优选的，所述三出口储液罐连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一减压阀，所述三出口储液罐连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二减压阀，所述三出口储液罐连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三减压阀，所述三出口储液罐连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四减压阀。

优选的，所述第一减压阀、第二减压阀、第三减压阀和第四减压阀的连接端均通过管道相连通。

优选的，以上所述阀门均为电磁阀，所述辅控制器ECU和主控制器ECU均分别通过导线与上述电子设备电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过双绕组空心轴电机总成的本身就具备电子冗余功能，即双绕组空心轴电机总成的内部具备第一双绕组空心轴电机绕组和第二双绕组空心轴电机绕组，且集成式线控制动系统电子控制单元ECU上也包括辅控制器ECU和主控制器ECU，在第一双绕组空心轴电机绕组失效时第二双绕组空心轴电机绕组将及时介入，辅控制器ECU失效时电机控制部分主控制器ECU也将及时介入，能够保证全部制动功能的有效性，最极端的，当电子元器件全部失效时，本技术方案会通过驾驶员制动踏板输入将双腔串联式踏板主缸内的制动液泵入轮缸，实现机械层面的冗余制动，从而避免事故的发生。

附图说明

图1为本发明一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统整体结构示意图；

图2为本发明一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统双绕组空心轴电机总成结构正剖图；

图3为本发明一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统常规制动油路流通图；

图4为本发明一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统主动制动油路流通图；

图5为本发明一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统冗余制动油路流通图；

图6为本发明一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统常规制动轮缸减压油路流通图；

图7为本发明一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统ESC工况制动轮缸减压油路流通图。

图中：1、三出口储液罐；2、第一压力传感器；3、双腔串联式踏板主缸；4、电机角度传感器；5、踏板位移传感器；6、双绕组空心轴电机总成；61、双绕组空心轴电机定子；62、第一双绕组空心轴电机绕组；63、第二双绕组空心轴电机绕组；64、旋转连接件；65、滚珠丝杠；66、活塞密封圈；7、电机主缸活塞；8、制动踏板；9、电机电流传感器；10、辅控制器ECU；11、主控制器ECU；12、脚感模拟器；13、第二压力传感器；14、电机主缸；15、诊断阀；16、脚感模拟器阀；17、第一踏板主缸解耦阀；18、第一电机主缸解耦阀；19、第二电机主缸解耦阀；20、第二踏板主缸解耦阀；21、第一增压阀；22、第二增压阀；23、第三增压阀；24、第四增压阀；25、第一减压阀；26、第二减压阀；27、第三减压阀；28、第四减压阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：包括：

三出口储液罐1，用于存储加压介质；

制动踏板8，用于操作刹车动作；

双腔串联式踏板主缸3，其活塞与制动踏板8操作柄固定连接并用于提供初始刹车压力，且双腔串联式踏板主缸3的连接端与三出口储液罐1的连接端通过管道相连通；

电机主缸14，其连接端与三出口储液罐1的连接端通过管道相连通，电机主缸14的内壁活动连接有电机主缸活塞7；

双绕组空心轴电机总成6，用于驱动电机主缸活塞7在电机主缸14的内壁左右移动并挤压和抽取电机主缸14内部的加压介质进行建压，双绕组空心轴电机总成6包括双绕组空心轴电机定子61、第一双绕组空心轴电机绕组62、第二双绕组空心轴电机绕组63、旋转连接件64、滚珠丝杠65和活塞密封圈66；

用于检测双腔串联式踏板主缸3连接端压力的第一压力传感器2；

用于检测制动踏板8位移的踏板位移传感器5；

用于检测双绕组空心轴电机总成6中第一双绕组空心轴电机绕组62和第二双绕组空心轴电机绕组63电流的电机电流传感器9；

以及用于控制整体装置的辅控制器ECU10和主控制器ECU11；

脚感模拟器12，其与双腔串联式踏板主缸3相连并用来提供响应于制动踏板8操作时的反作用力，以产生制动的踏板感，脚感模拟器12的进油口与双腔串联式踏板主缸3的连接端通过管道相连通；

用于检测电机主缸14内部压力的第二压力传感器13；

轮缸组，轮缸组包括RR、FL、RL和FR，且轮缸组的连接端分别与三出口储液罐1、双腔串联式踏板主缸3和电机主缸14的连接端通过管道相连通。

电机主缸活塞7的尾部设有螺纹孔，且螺纹孔的内壁与滚珠丝杠65的表面螺纹连接，滚珠丝杠65的一端与旋转连接件64内壁的一端固定连接，第一双绕组空心轴电机绕组62和第二双绕组空心轴电机绕组63均分别固定连接在旋转连接件64的表面，双绕组空心轴电机定子61转动连接在第一双绕组空心轴电机绕组62和第二双绕组空心轴电机绕组63的表面，旋转连接件64的一端固定设置有电机角度传感器4，活塞密封圈66固定连接在电机主缸活塞7表面的中部，且活塞密封圈66的表面与电机主缸14的内壁紧密贴合，旋转连接件64的内壁为中空结构。

三出口储液罐1与双腔串联式踏板主缸3连接管道的中部设有诊断阀15，脚感模拟器12与双腔串联式踏板主缸3连接管道的中部设有脚感模拟器阀16。

双腔串联式踏板主缸3连接端与RR连接端之间管道的中部分别设有第一踏板主缸解耦阀17和第一增压阀21，双腔串联式踏板主缸3连接端与FR连接端之间管道的中部分别设有第二踏板主缸解耦阀20和第四增压阀24，电机主缸14连接端与FL连接端之间管道的中部分别设有第一电机主缸解耦阀18和第二增压阀22，电机主缸14连接端与RL连接端之间管道的中部分别设有第二电机主缸解耦阀19和第三增压阀23。

第一增压阀21的连接端与第二增压阀22的连接端通过管道相连通，第三增压阀23的连接端与第四增压阀24的连接端通过管道相连通。

三出口储液罐1连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一减压阀25，三出口储液罐1连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二减压阀26，三出口储液罐1连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三减压阀27，三出口储液罐1连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四减压阀28。

第一减压阀25、第二减压阀26、第三减压阀27和第四减压阀28的连接端均通过管道相连通。

以上阀门均为电磁阀，辅控制器ECU10和主控制器ECU11均分别通过导线与上述电子设备电性连接。

工作原理：在使用时，该发明通过双绕组空心轴电机总成6实现制动功能，其中双绕组空心轴电机总成6的本身就具备电子冗余功能，即双绕组空心轴电机总成6的内部具备两个绕组：第一双绕组空心轴电机绕组62和第二双绕组空心轴电机绕组63，且集成式线控制动系统电子控制单元ECU上也设计有两套独立的电机控制部分：辅控制器ECU10和主控制器ECU11，在第一双绕组空心轴电机绕组62失效时第二双绕组空心轴电机绕组63将及时介入，辅控制器ECU10失效时电机控制部分主控制器ECU11也将及时介入，能够保证全部制动功能的有效性，最极端的，当电子元器件全部失效时，本技术方案会通过驾驶员制动踏板8输入将双腔串联式踏板主缸3内的制动液泵入轮缸，实现机械层面的冗余制动，传统空心轴电机的绕组失效时会丧失制动功能，仅能依靠驾驶员进行机械制动，但本技术方案中的第一双绕组空心轴电机绕组62与第二双绕组空心轴电机绕组63相配合，在一套绕组失效时，另一套绕组可取代其进行正常工作，能够保证与失效前完全一致的制动能力和电控功能，该优点在高级别自动驾驶环境下尤为重要，能够满足功能安全ASIL D级的要求，该技术方案中电机主缸活塞7具备单向建压能力，电机正转并使得旋转连接件64配合滚珠丝杠65带动电机主缸活塞7单向运动为轮缸提供制动压力；电机反转并使得旋转连接件64配合滚珠丝杠65带动电机主缸活塞7反向运动时可从三出口储液罐1中抽取制动液到电机主缸14腔内，实现补液功能；

基于该液技术方案的工作模式

常规制动：驾驶员踩下制动踏板8，踏板位移传感器5采集到位移信号输送到辅控制器ECU10处，辅控制器ECU10向各电磁阀发出指令信号，第一踏板主缸解耦阀17和第二踏板主缸解耦阀20关闭，脚感模拟器阀16开启，第一电机主缸解耦阀18、第二电机主缸解耦阀19开启，第一增压阀21、第二增压阀22、第三增压阀23和第四增压阀24开启，第一减压阀25、第二减压阀26、第三减压阀27和第四减压阀28关闭，双绕组空心轴电机总成6旋转，带动旋转连接件64和滚珠丝杠65旋转，进而使得滚珠丝杠65配合电机主缸活塞7尾部的螺纹孔推动电机主缸活塞7在电机主缸14内建压，并将高压制动液泵入到四个制动轮缸内，驾驶员踩下制动踏板8的同时脚感模拟器阀16打开，双腔串联式踏板主缸3内的制动液流入脚感模拟器12，为驾驶员提供制动过程中的脚感；

主动制动：此时驾驶员踏板输入信号为0，辅控制器ECU10接收自动驾驶系统的控制指令，直接向各电磁阀发出指令，第一踏板主缸解耦阀17和第二踏板主缸解耦阀20断开，第一电机主缸解耦阀18和第二电机主缸解耦阀19开启，第一增压阀21、第二增压阀22、第三增压阀23和第四增压阀24开启，第一减压阀25、第二减压阀26、第三减压阀27和第四减压阀28关闭，双绕组空心轴电机总成6推动电机主缸活塞7在电机主缸14内建压，将高压制动液泵入到四个制动轮缸；

冗余制动：即系统整体供电或电子元器件发生故障仅能通过纯机械手段实现冗余制动，当驾驶员通过踩踏制动踏板8时，在电机主缸14内建立高压制动液，第一踏板主缸解耦阀17和第二踏板主缸解耦阀20常开，并通过常开的第一增压阀21、第二增压阀22、第三增压阀23和第四增压阀24流入到制动轮缸，从而产生一定的制动效果，该过程可实现电子全部失效后的机械制动功能，保障车辆的紧急制动安全；

常规制动轮缸减压：双绕组空心轴电机总成6反转使得电机主缸活塞7回退，第一增压阀21、第二增压阀22、第三增压阀23和第四增压阀24开启，第一减压阀25、第二减压阀26、第三减压阀27和第四减压阀28关闭，轮缸内的制动液通过第一增压阀21、第二增压阀22、第三增压阀23和第四增压阀24反向被抽回电机主缸内；

ESC工况制动轮缸减压：第一增压阀21、第二增压阀22、第三增压阀23和第四增压阀24关闭，第一减压阀25、第二减压阀26、第三减压阀27和第四减压阀28按需开启，需要减压的轮缸内的制动液通过其对应的减压阀流回三出口储液罐1内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，其特征在于：包括：

三出口储液罐(1)，用于存储加压介质；

制动踏板(8)，用于操作刹车动作；

双腔串联式踏板主缸(3)，其活塞与所述制动踏板(8)操作柄固定连接并用于提供初始刹车压力，且双腔串联式踏板主缸(3)的连接端与三出口储液罐(1)的连接端通过管道相连通；

电机主缸(14)，其连接端与三出口储液罐(1)的连接端通过管道相连通，所述电机主缸(14)的内壁活动连接有电机主缸活塞(7)；

双绕组空心轴电机总成(6)，用于驱动电机主缸活塞(7)在电机主缸(14)的内壁左右移动并挤压和抽取电机主缸(14)内部的加压介质进行建压，所述双绕组空心轴电机总成(6)包括双绕组空心轴电机定子(61)、第一双绕组空心轴电机绕组(62)、第二双绕组空心轴电机绕组(63)、旋转连接件(64)、滚珠丝杠(65)和活塞密封圈(66)，所述电机主缸活塞(7)的尾部设有螺纹孔，且螺纹孔的内壁与滚珠丝杠(65)的表面螺纹连接，所述滚珠丝杠(65)的一端与旋转连接件(64)内壁的一端固定连接，所述第一双绕组空心轴电机绕组(62)和第二双绕组空心轴电机绕组(63)均分别固定连接在旋转连接件(64)的表面，所述双绕组空心轴电机定子(61)转动连接在第一双绕组空心轴电机绕组(62)和第二双绕组空心轴电机绕组(63)的表面，所述旋转连接件(64)的一端固定设置有电机角度传感器(4)，所述活塞密封圈(66)固定连接在电机主缸活塞(7)表面的中部，且活塞密封圈(66)的表面与电机主缸(14)的内壁紧密贴合，所述旋转连接件(64)的内壁为中空结构；

用于检测双腔串联式踏板主缸(3)连接端压力的第一压力传感器(2)；

用于检测制动踏板(8)位移的踏板位移传感器(5)；

用于检测双绕组空心轴电机总成(6)中第一双绕组空心轴电机绕组(62)和第二双绕组空心轴电机绕组(63)电流的电机电流传感器(9)；

以及用于控制整体装置的辅控制器ECU(10)和主控制器ECU(11)；

脚感模拟器(12)，其与所述双腔串联式踏板主缸(3)相连并用来提供响应于所述制动踏板(8)操作时的反作用力，以产生制动的踏板感，所述脚感模拟器(12)的进油口与双腔串联式踏板主缸(3)的连接端通过管道相连通；

用于检测电机主缸(14)内部压力的第二压力传感器(13)；

轮缸组，所述轮缸组包括RR、FL、RL和FR，且轮缸组的连接端分别与三出口储液罐(1)、双腔串联式踏板主缸(3)和电机主缸(14)的连接端通过管道相连通。

2.根据权利要求1所述的一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，其特征在于：所述三出口储液罐(1)与双腔串联式踏板主缸(3)连接管道的中部设有诊断阀(15)，所述脚感模拟器(12)与双腔串联式踏板主缸(3)连接管道的中部设有脚感模拟器阀(16)。

3.根据权利要求2所述的一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，其特征在于：所述双腔串联式踏板主缸(3)连接端与RR连接端之间管道的中部分别设有第一踏板主缸解耦阀(17)和第一增压阀(21)，所述双腔串联式踏板主缸(3)连接端与FR连接端之间管道的中部分别设有第二踏板主缸解耦阀(20)和第四增压阀(24)，所述电机主缸(14)连接端与FL连接端之间管道的中部分别设有第一电机主缸解耦阀(18)和第二增压阀(22)，所述电机主缸(14)连接端与RL连接端之间管道的中部分别设有第二电机主缸解耦阀(19)和第三增压阀(23)。

4.根据权利要求3所述的一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，其特征在于：所述第一增压阀(21)的连接端与第二增压阀(22)的连接端通过管道相连通，所述第三增压阀(23)的连接端与第四增压阀(24)的连接端通过管道相连通。

5.根据权利要求4所述的一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，其特征在于：所述三出口储液罐(1)连接端与RR连接端之间管道的中部设有第一减压阀(25)，所述三出口储液罐(1)连接端与FL连接端之间管道的中部设有第二减压阀(26)，所述三出口储液罐(1)连接端与RL连接端之间管道的中部设有第三减压阀(27)，所述三出口储液罐(1)连接端与FR连接端之间管道的中部设有第四减压阀(28)。

6.根据权利要求5所述的一种面向高级别自动驾驶的线控冗余制动系统，其特征在于：所述第一减压阀(25)、第二减压阀(26)、第三减压阀(27)和第四减压阀(28)的连接端均通过管道相连通。

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