CN115027436A - 一种汽车线控制动系统及其制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车线控制动系统及其制动方法，属于电动汽车制动技术领域，包括液压制动单元，用于四个轮缸液压管路的油压进行分配，实现四个车轮轮缸的制动；踏板模拟单元，分别与液压制动单元、建压单元、油壶、车辆控制器相连，用于识别驾驶员制动意图，并将信号传送至车辆控制器进行车辆制动。建压单元，分别与液压制动单元、踏板模拟单元、油壶、车辆控制器相连，用于在车辆制动过程中进行制动助力，并将液压力传送至液压制动单元，完成线控制动。本发明既具备传统线控制动系统的压力容易控制，可模拟踏板感觉的功能；又具备自动驾驶的主动制动功能，动态响应快、压力调节精度高；同时还具备系统失效后的人力紧急制动备份方式。

Description

一种汽车线控制动系统及其制动方法

技术领域

本发明属于汽车制动技术领域，具体涉及一种利用电机对电动汽车进行线控制动的系统。

背景技术

为缓解能源匮乏和环境污染等问题，国家开始大力提倡发展以电能作为动力源的电动汽车。电动汽车的主要特点在于：利用动力电池代替传统汽车燃料作为动力源：利用电机代替传统发动机作为驱动源。但是随着汽车电子化、智能化以及电动汽车技术的不断发展和普及，传统的液压制动系统已经无法满足汽车多样化制动的要求，因此，新型的多样化制动系统的开发将面临巨大需求。

目前，市面上电动汽车制动系统开发主要以线控制动为主。线控制动分为主动制动需求、传统制动需求和失效备份制动需求。其中，主动制动是指驾驶员在未踩下制动踏板的情况下，通过电动汽车自身对周边环境的感知、计算和数据处理功能自主利用制动电机实现对全部或部分车轮的制动；传统的制动需求是指汽车在驾驶员踩下制动踏板的人为干预下利用制动电机完成停车制动；失效备份制动是指汽车在制动电机失效的前提下通过驾驶员踩下制动踏板完成停车制动。而传统的液压制动系统需增加真空源才能实施汽车制动，但增加真空源使其制动系统的结构复杂，制作成本较高，难以将传统的液压制动系统应用于智能电动汽车中，并且无法实现主动制动功能。

因此，为了解决上述技术问题，需要研发一种即能够满足电动汽车制动要求、能够协助实现主动减速、自动紧急制动等形式的复杂制动，又能在电动伺服缸失效时通过驾驶员的脚力即能进行人力备份制动，同时制动系统结构紧凑、工作可靠和性价比高的线控制动系统。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的在于提供一种可以对汽车轮缸液压进行精确有效的制动系统，实现电动汽车动力矩与液压制动力矩的协调分配，同时提供良好的踏板感觉，并保证制动系统在电机、传感器等失效情况下利用传统机械结构能适时介入制动系统，确保汽车制动安全。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车线控制动系统及其制动方法，包括液压制动单元、踏板模拟单元、建压单元，其中：

液压制动单元，所述液压制动单元用于对四个轮缸液压管路的油压进行分配并制动；

踏板模拟单元，所述踏板模拟单元分别与液压制动单元、建压单元、油壶、车辆控制器相连，用于识别驾驶员制动意图，并将信号传送至车辆控制器进行车辆制动；

建压单元，所述建压单元分别与液压制动单元、踏板模拟单元、油壶、车辆控制器相连，用于在车辆制动过程中进行制动助力，并将液压力传送至液压制动单元，完成线控制动。

进一步地，所述液压制动单元包括制动轮缸Ⅰ、制动轮缸Ⅱ、制动轮缸Ⅲ、制动轮缸Ⅳ、减压阀Ⅰ、减压阀Ⅱ、减压阀Ⅲ、减压阀Ⅳ、增压阀Ⅰ、增压阀Ⅱ、压力传感器Ⅰ、增压阀Ⅲ、增压阀Ⅳ、电磁阀Ⅰ、制动管道Ⅱ、制动管道Ⅶ、第一支路、第二支路、第三支路、第四支路；

所述制动管道Ⅶ连接第一支路、第二支路、第三支路、第四支路，并串联电磁阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ；

所述第一支路上串联有增压阀Ⅰ、所述第二支路上串联有增压阀Ⅱ、所述第三支路上串联有增压阀Ⅲ、所述第四支路上串联有增压阀Ⅳ，在所述制动轮缸Ⅰ与增压阀Ⅰ之间的第一支路上连接有减压阀Ⅰ，所述减压阀Ⅰ的一端与第一支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接；所述制动轮缸Ⅱ与增压阀Ⅱ之间的第二支路上连接有减压阀Ⅱ，所述减压阀Ⅱ的一端与第二支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接,在所述制动轮缸Ⅲ与增压阀Ⅲ之间的第三支路上连接有减压阀Ⅲ，所述减压阀Ⅲ的一端与第三支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接，在所述制动轮缸Ⅳ与增压阀Ⅳ之间的第四支路上连接有减压阀Ⅳ，所述减压阀Ⅳ的一端与第四支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接。

更进一步地，所述增压阀Ⅰ、增压阀Ⅱ、增压阀Ⅲ、增压阀Ⅳ为常开阀，所述减压阀Ⅰ、减压阀Ⅱ、减压阀Ⅲ、减压阀Ⅳ为常闭阀，每一个制动轮缸均配有一个减压阀和一个增压阀；所述电磁阀Ⅰ为常开阀，当液压制动单元任意一个制动轮缸油路失效后，被压力传感器Ⅰ检测制动管道Ⅶ液压异常，则电磁阀Ⅰ关闭。

进一步地，所述踏板模拟单元包括踏板、位移传感器、串联制动主缸、单向阀Ⅰ、电磁阀Ⅲ、压力传感器Ⅱ、踏板模拟器、制动管道Ⅰ、推杆、制动管道Ⅷ、制动回路；

所述踏板与串联制动主缸之间安装有推杆，且在推杆上安装有位移传感器；

所述串联制动主缸包括A活塞、B活塞、A腔、B腔、制动液；具体的，所述串联制动主缸内腔分为A腔、B腔；其中，A腔和B腔的输出端通过连接一个制动回路使A腔和B腔连通；所述制动管道Ⅷ输入端连接油壶，输出端串联单向阀Ⅰ接通到制动回路；所述制动管道Ⅰ输入端连接制动回路，输出端串联电磁阀Ⅲ到达踏板模拟器；

所述串联制动主缸分别设置有推杆、A活塞、B活塞，同时两个活塞与串联制动主缸构成一个密闭空间，并填充有制动液；当踏板踩下后，推杆推动制动液驱使A活塞、B活塞分别在A腔、B腔内向前移动，实现A腔和B腔的液压分别向制动管道Ⅵ和制动管道Ⅴ同步并同压输出。

更进一步地，所述A活塞和B活塞的总横截面大于推杆横截面。

更进一步地，所述串联制动主缸的A腔和B腔之间的最大行程设置T形限位端。

进一步地，所述建压单元包括电磁阀Ⅱ、压力传感器Ⅱ、电机传感器、电机、单向阀Ⅱ、单向阀Ⅲ、电动缸、电磁阀Ⅳ、活塞、制动管道Ⅲ、制动管道Ⅳ、制动管道Ⅴ、制动管道Ⅵ、电磁阀Ⅴ；

所述电机与车辆控制系统相连；所述电机驱动活塞在电动缸中往复运动；所述电机传感器连接于电机一侧；

所述电动缸内的活塞分为前段和后段，前段活塞横截面的直径与电动缸的内径相匹配，后段活塞横截面的直径小于前段活塞横截面的直径；所述前段活塞将电动缸内部腔体分隔为相互隔离的动态的C腔和D腔，前段活塞前面的电动缸内部腔体为C腔，前段活塞后面的电动缸内部腔体为D腔；

所述单向阀Ⅱ的输入口连接油壶，输出口连接D腔；所述单向阀Ⅲ的输入口连接油壶，输出口连接C腔；所述制动管道Ⅲ的输入口连接D腔，输出口串联电磁阀Ⅴ连接至液压制动单元；所述电磁阀Ⅳ的输入端连接C腔，输出端连接至制动管道Ⅳ；所述制动管道Ⅵ的输入端连接A腔，输出口串联电磁阀Ⅱ连接至液压制动单元；所述制动管道Ⅴ的输入端连接B腔，输出口串联电磁阀Ⅴ连接至液压制动单元；所述压力传感器Ⅱ接入制动管道Ⅴ。

更进一步地，所述电磁阀Ⅳ在活塞前进时打开，C腔的制动液可通过同时进入D腔、制动管道Ⅲ、制动管道Ⅳ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅴ、制动管道Ⅸ和制动管道Ⅷ，进而进入液压制动单元；所述电磁阀Ⅳ在活塞后退建立压力时关闭；而在活塞后退泄压时，电磁阀Ⅳ又打开。

本发明的一种汽车线控制动系统的制动方法，包括以下制动控制方法：

线控制动模式:汽车处于线控制动模式时，控制电磁阀Ⅱ使制动管道Ⅳ和制动管道Ⅷ导通，制动管道Ⅵ断开；控制电磁阀Ⅴ使制动管道Ⅲ和制动管道Ⅸ导通，制动管道Ⅴ断开；控制电磁阀Ⅲ打开，使踏板模拟器可以产生制动模拟感觉；油壶内的液压油通过单向阀Ⅰ分别流入A腔、B腔；当驾驶员通过踩动踏板,推动A腔和B腔内的液压通过电磁阀Ⅲ进入踏板模拟器；位移传感器检测到驾驶员踩下踏板的行程位移，并将采集的踏板位移信号(踏板的踩踏深度)发送至汽车控制系统，控制系统通过对采集的踏板位移信号进行分析后，控制电机运行；当电机驱动活塞前进时，C腔的液压油一部分通过电磁阀Ⅳ、制动管道Ⅳ流入D腔；一部分通过制动管道Ⅲ、制动管道Ⅸ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；另一部分通过电磁阀Ⅳ、制动管道Ⅷ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；当电机驱动活塞后退时，电磁阀Ⅳ关闭，油壶内的液压油通过单向阀Ⅲ流入C腔；D腔内的液压油一部分通过制动管道Ⅲ、制动管道Ⅸ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力，另一部分通过制动管道Ⅳ、电磁阀Ⅱ、制动管道Ⅷ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸，完成线性制动；

自主制动模式:汽车处于自主制动模式时，驾驶员未踩下踏板，汽车控制器根据自动驾驶决策算法输出制动指令以使在驾驶员不干预的情况下让车辆实现主动制动；此时未踩下制动踏板，其踏板模拟单元不工作，每个电磁阀的通断情况与所述的线控制动模式相同；控制电磁阀Ⅱ使制动管道Ⅳ和制动管道Ⅷ导通，制动管道Ⅵ断开；控制减压阀Ⅳ使制动管道Ⅲ和制动管道Ⅸ导通，制动管道Ⅴ断开；汽车控制器向电机发送运行指令，使电机输出相应位移，该位移通过驱动活塞工作建压，使电动缸内的制动液在活塞前进和后退的过程中，经过制动管道Ⅲ、制动管道Ⅸ、制动管道Ⅳ、制动管道Ⅷ、第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸，完成自主制动制动；

人力备份制动模式:当汽车的控制单元、操作机构或传感器发生故障，使制动系统失效，建压单元不再工作，如图1所示，汽车处于人力备份制动模式，此时控制电磁阀Ⅱ使制动管道Ⅵ和制动管道Ⅷ导通，制动管道Ⅳ断开；控制电磁阀Ⅴ使制动管道Ⅴ和制动管道Ⅸ导通，制动管道Ⅲ断开；控制电磁阀Ⅲ关闭，使踏板模拟器不再工作，油壶内的液压油通过单向阀Ⅰ分别流入A腔、B腔；当驾驶员通过踩动踏板,驱动A活塞和B活塞向前运动；当A活塞向前运动时，推动A腔内的液压从输出口进入制动管道Ⅵ，之后经过电磁阀Ⅱ进入制动管道Ⅷ，最终流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；当B活塞向前运动时，推动B腔内的液压从输出口进入制动管道Ⅴ，之后经过电磁阀Ⅴ进入制动管道Ⅸ，最终流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；

当第一支路或第二支路失效导致的两轮机械备份制动时，电磁阀Ⅰ关闭，如图1所示，驾驶员踩下踏板，串联制动主缸建立压力，A腔的制动压力经过制动管道Ⅵ、电磁阀Ⅱ、制动管道Ⅷ进入第三支路和第四支路；

当第三支路或第四支路失效导致的两轮机械备份制动时，电磁阀Ⅰ关闭，如图1所示，驾驶员踩下踏板，串联制动主缸建立压力，B腔的制动压力经过制动管道Ⅴ、电磁阀Ⅴ、制动管道Ⅸ进入第一支路和第二支路。

本发明具有的优点和有益效果为：

1、本发明采用电机驱动活塞在电动缸中往复运动，去除传统电机的传动结构，降低系统复杂度，使动力传动效率更高、动态响应更迅速。

2、本发明采用新型电动缸设计，可是活塞在前进和后退的过程中，同步建压，保证电动缸在建压切换时平稳高效。

3、本发明采用两个二位三通电磁阀，简化了制动主缸、制动器轮缸以及数量较多的电磁阀之间的液压管路，节省生产成本，使线控制动系统的运行更加稳定可靠，对汽车整车设计具有积极意义。

4、本发明具有高动态响应特性，更好满足线控制动模式、自主制动模式、人力备份模式的快速响应要求；在工作正常情况下物理解耦，更好响应外部制动请求和进行能量回收，而不影响制动踏板感；同时，当系统遇到电机、传感器等失效情况后，安全机械备份制动模式可完全满足高等级辅助和自动驾驶的安全冗余要求。

附图说明

图1为本发明的一种汽车线控制动系统及其制动方法的系统结构图。

图中：

100、制动轮缸Ⅰ 101、制动轮缸Ⅱ 102、制动轮缸Ⅲ

103、制动轮缸Ⅳ 104、减压阀Ⅰ 105、减压阀Ⅱ

106、减压阀Ⅲ 107、减压阀Ⅳ 108、增压阀Ⅰ

109、增压阀Ⅱ 110、压力传感器Ⅰ 111、增压阀Ⅲ

112、增压阀Ⅳ 113、电磁阀Ⅰ 114、液压制动单元

200、踏板 201、位移传感器 202、串联制动主缸

2021、A腔 2022、B腔 203、单向阀Ⅰ

204、电磁阀Ⅱ 205、电磁阀Ⅲ 206、压力传感器Ⅱ

207、踏板模拟器 208、制动管道Ⅰ

210、推杆 2101、A活塞 2102、B活塞

211、制动管道 212、制动回路 301、电机传感器

302、电机 303、单向阀Ⅱ 304、单向阀Ⅲ

305、电动缸 3051、C腔 3052、D腔

306、电磁阀Ⅳ 307、活塞 400、油壶

401、制动管道Ⅱ 402、制动管道Ⅲ 403、制动管道Ⅳ

404、制动管道Ⅴ 405、制动管道Ⅵ 406、制动管道Ⅶ

407、电磁阀Ⅴ 408、制动管道Ⅷ 409、制动管道Ⅸ

410、第一支路 411、第二支路 412、第三支路

413、第四支路

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明的一种汽车线控制动系统及其制动方法，包括液压制动单元114、踏板模拟单元(图中未标出)、建压单元(图中未标出)，其中：

液压制动单元114用于对四个轮缸液压管路的油压进行分配，实现对四个车轮轮缸的制动；踏板模拟单元(图中未标出)分别与液压制动单元114、建压单元(图中未标出)、油壶、车辆控制器相连，用于识别驾驶员制动意图，并将信号传送至车辆控制器进行车辆制动。建压单元(图中未标出)分别与液压制动单元114、踏板模拟单元(图中未标出)、油壶、车辆控制器相连，用于在车辆制动过程中进行制动助力，并将液压力传送至液压制动单元114，完成线控制动。

具体的，如图1所示，液压制动单元114包括制动轮缸Ⅰ100、制动轮缸Ⅱ101、制动轮缸Ⅲ102、制动轮缸Ⅳ103、减压阀Ⅰ104、减压阀Ⅱ105、减压阀Ⅲ106、减压阀Ⅳ107、增压阀Ⅰ108、增压阀Ⅱ109、压力传感器Ⅰ110、增压阀Ⅲ111、增压阀Ⅳ112、电磁阀Ⅰ113、制动管道Ⅱ401、制动管道Ⅶ406、第一支路410、第二支路411、第三支路412、第四支路413；其中，制动管道Ⅶ406连接第一支路410、第二支路411、第三支路412、第四支路413，并串联电磁阀Ⅰ113、压力传感器Ⅰ110。电磁阀Ⅰ113为常开阀，当液压制动单元114任意一个制动轮缸油路失效后，被压力传感器Ⅰ110检测制动管道Ⅶ406液压异常，则电磁阀Ⅰ113 关闭，阻止制动液流向失效的制动轮缸，以保证其他制动轮缸有足够液压力，从而完成最终的制动需求。第一支路410上串联有增压阀Ⅰ108，第二支路411上串联有增压阀Ⅱ109、第三支路412上串联有增压阀Ⅲ111、第四支路413上串联有增压阀Ⅳ112，在制动轮缸Ⅰ100 与增压阀Ⅰ108之间的第一支路410上连接有减压阀Ⅰ104，减压阀Ⅰ104的一端与第一支路 410连接，另一端与制动管道Ⅱ401连接；制动轮缸Ⅱ101与增压阀Ⅱ109之间的第二支路411 上连接有减压阀Ⅱ105，减压阀Ⅱ105的一端与第二支路411连接，另一端与制动管道Ⅱ401 连接,在制动轮缸Ⅲ102与增压阀Ⅲ111之间的第三支路412上连接有减压阀Ⅲ106，减压阀Ⅲ 106的一端与第三支路412连接，另一端与制动管道Ⅱ401连接，在制动轮缸Ⅳ103与增压阀Ⅳ112之间的第四支路413上连接有减压阀Ⅳ107，减压阀Ⅳ107的一端与第四支路413连接，另一端与制动管道Ⅱ401连接。增压阀Ⅰ108、增压阀Ⅱ109、增压阀Ⅲ111、增压阀Ⅳ112为常开阀，减压阀Ⅰ104、减压阀Ⅱ105、减压阀Ⅲ106、减压阀Ⅳ107为常闭阀，每一个制动轮缸均配有一个减压阀和一个增压阀，分别用于对轮缸进行加压和减压，从而实现对车轮运转和制动的控制。

具体的，如图1所示，踏板模拟单元包括踏板200、位移传感器201、串联制动主缸202、单向阀Ⅰ203、电磁阀Ⅲ205、压力传感器Ⅱ206、踏板模拟器207、制动管道Ⅰ208、推杆210、制动管道211、制动回路212。踏板200与串联制动主缸202之间安装有推杆210，且在推杆 210上安装有位移传感器201，用于检测踏板200踩踏的位移。踏板模拟器207用于接收串联制动主缸202的制动液，使得对驾驶员产生传统制动的踏板感。电磁阀Ⅲ205为常开阀，控制踏板模拟器207的制动液的进出。

进一步地，串联制动主缸202包括A活塞2101、B活塞2102、A腔2021、B腔2022。具体的，A活塞2101将串联制动主缸分为A腔2021、B腔2022。其中，A腔2021和B腔2022 的输出端通过接通一个制动回路212使A腔2021和B腔2022连通。制动管道211输入端连接油壶400；并串联单向阀Ⅰ203接通到制动回路212；制动管道Ⅰ208输入端连接制动回路 212，输出端串联电磁阀Ⅲ205到达踏板模拟器207。单向阀Ⅰ203用于保证液压只能从油壶 400内进入串联制动主缸202，不能反向流通；电磁阀Ⅲ205用于控制向踏板模拟器207输出的模拟液压，为驾驶员提供制动踏板感；踏板模拟器207用于向所述第一腔输出制动踏板模拟器207的模拟液压。

更进一步地，串联制动主缸202的腔分别设置有推杆210、A活塞2101、B活塞2102，同时两个活塞与串联制动主缸202构成一个密闭空间，并填充有制动液。当踏板200踩下后，推杆210推动制动液驱使A活塞2101、B活塞2102分别在A腔2021、B腔2022内向前移动，实现A腔2021和B腔2022的液压分别向制动管道Ⅵ405和制动管道Ⅴ404同步并同压输出。

更进一步地，A活塞2101和B活塞2102的总横截面大于推杆210横截面。

更进一步地，串联制动主缸202的A腔2021和B腔2022之间的最大行程设置T形限位端，可以有效防止A活塞2101和B活塞2102运动到极限位置而碰撞产生破坏。

具体的，如图1所示，建压单元包括电磁阀Ⅱ204、压力传感器Ⅱ206、电机传感器301、电机302、单向阀Ⅱ303、单向阀Ⅲ304、电动缸305、电磁阀Ⅳ306、电机、活塞307、制动管道Ⅲ402、制动管道Ⅳ403、制动管道Ⅴ404、制动管道Ⅵ405、电磁阀Ⅴ407。其中，电机驱动电动缸305建立前进或后退两个方向的液压制动力，并由电动缸305传递给液压制动单元114，实现对车辆的制动，同时通过电机传感器301采集电机运动信号以确保车辆控制系统对液压制动力的输出控制。

进一步地，如图1所示，电机与车辆控制系统相连。电机302驱动活塞307在电动缸305 中往复运动，实现对各液压油路的加压。电机传感器301连接于电机一侧，用于实时采集电机的位置信号，以供车辆制动控制系统及时有效控制电机驱动电动缸305内活塞307的运动行程，便于系统记录电机的运动状态。

进一步地，如图1所示，电动缸305内的活塞307分为前段和后段，前段活塞横截面的直径与电动缸305的内径相匹配，后段活塞横截面的直径小于前段活塞横截面的直径，前段活塞将电动缸305内部腔体分隔为相互隔离的动态的C腔3051和D腔3052，前段活塞前面的电动缸305内部腔体为C腔3051，前段活塞后面的电动缸305内部腔体为D腔3052。在本实施例中，后段活塞的横截面积为前段活塞横截面积的二分之一，前段活塞与电动缸305内部腔体无缝贴合，实现C腔3051和D腔3052的液压隔离，因此直接形成C腔3051和D腔 3052，无需设置专用腔体，降低了零件制作成本并大大减少了系统装配难度。

更进一步地，电机轴与后段活塞相连，电机通过驱动活塞307的部分或全部在电动缸305 内部腔体内前后移动，当活塞307前进时，C腔3051缩小，D腔3052增大，当活塞307后退时，C腔3051增大，D腔3052缩小。

进一步地，单向阀Ⅱ303的输入口连接油壶400，输出口连接D腔3052；单向阀Ⅲ304的输入口连接油壶400，输出口连接C腔3051。保证液压油只能从油壶400通过单向阀Ⅱ303、单向阀Ⅲ304流向电动缸305，防止发生电动缸305的液压油倒流油壶400，而导致的电动缸305的液压油不足，最终造成制动失效。制动管道Ⅲ402的输入口连接D腔3052，输出口串联电磁阀Ⅴ407连接至液压制动单元114；电磁阀Ⅳ306的输入端连接C腔3051，输出端连接至制动管道Ⅳ403；制动管道Ⅵ405的输入端连接A腔2021，输出口串联电磁阀Ⅱ204连接至液压制动单元114；制动管道Ⅴ404的输入端连接B腔2022，输出口串联电磁阀Ⅴ407连接至液压制动单元114；压力传感器Ⅱ206接入制动管道Ⅴ404，用于检测制动管道Ⅴ404内的油压。

更进一步地，电磁阀Ⅴ407、电磁阀Ⅱ204为二位三通电磁阀，通过控制电磁阀Ⅴ407和电磁阀Ⅱ204的不同油路的通断可把系统切换成主动制动模式和失效备份模式，这种设计可降低系统电磁阀的数量，减少系统控制复杂度，保证系统鲁棒性和稳定性。

在实施例中，如图1所示，电磁阀Ⅳ306在活塞307前进时打开，C腔3051的制动液可通过306同时进入D腔3052、制动管道Ⅲ402、制动管道Ⅳ403、电磁阀Ⅱ204、电磁阀Ⅴ407、制动管道Ⅸ409和制动管道Ⅷ408，进而进入液压制动单元114，实现各轮缸的线控制动；电磁阀Ⅳ306在活塞307后退建立压力时关闭，切断C腔3051和D腔3052的制动液流通，D腔 3052的液压无法进入C腔3051而只能通过制动管道Ⅲ402、制动管道Ⅳ403、电磁阀Ⅱ204、制动管道Ⅸ409、活塞407、制动管道Ⅷ408进入液压制动单元114，实现了在前进和后退过程中均能建立压力；而在活塞307后退泄压时，电磁阀Ⅳ306又打开，确保制动液能够从D 腔3052回流入C腔3051。本设计不仅可以保证系统具备高动态响应特性，使活塞307在前进和后退过程中，维持制动管道Ⅲ402、制动管道Ⅳ403、制动管道Ⅵ405的液压相等，让系统无压力建压且反应无时间延迟，同时，在前进建压和后退建压过程中，活塞307在相同行程内泵送出去的制动液的体积相同。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明的一种采用实施例1的汽车线控制动系统的制动方法，包括以下制动控制：

(1)线控制动模式

如图1所示，汽车处于线控制动模式时，控制电磁阀Ⅱ204使制动管道Ⅳ403和制动管道Ⅷ408导通，制动管道Ⅵ405断开；控制电磁阀Ⅴ407使制动管道Ⅲ402和制动管道Ⅸ409导通，制动管道Ⅴ404断开；控制电磁阀Ⅲ205打开，使踏板模拟器207可以产生制动模拟感觉；油壶400内的液压油通过单向阀Ⅰ203分别流入A腔2021、B腔2022。当驾驶员通过踩动踏板200,推动A腔2021和B腔2022内的液压通过电磁阀Ⅲ205进入踏板模拟器207。位移传感器201检测到驾驶员踩下踏板的行程位移，并将采集的踏板位移信号(踏板的踩踏深度)发送至汽车控制系统，控制系统通过对采集的踏板位移信号进行分析后，控制电机运行。当电机驱动活塞307前进时，C腔3051的液压油一部分通过电磁阀Ⅳ306、制动管道Ⅳ403流入D 腔3052；一部分通过制动管道Ⅲ402、制动管道Ⅸ409流入第一支路410、第二支路411、第三支路412及第四支路413分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；另一部分通过电磁阀Ⅳ306、制动管道Ⅷ408流入第一支路410、第二支路411、第三支路412及第四支路 413分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力。当电机驱动活塞307后退时，电磁阀Ⅳ306关闭，油壶400内的液压油通过单向阀Ⅲ304流入C腔3051；D腔3052内的液压油一部分通过制动管道Ⅲ402、制动管道Ⅸ409流入第一支路410、第二支路411、第三支路412 及第四支路413分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力，另一部分通过制动管道Ⅳ 403、电磁阀Ⅱ204、制动管道Ⅷ408流入第一支路410、第二支路411、第三支路412及第四支路413分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力，最终完成线性制动。

(2)自主制动模式

如图1所示，汽车处于自主制动模式时，驾驶员未踩下踏板，汽车控制器根据自动驾驶决策算法输出制动指令以使在驾驶员不干预的情况下让车辆实现主动制动；此时未踩下制动踏板，其踏板模拟单元不工作，每个电磁阀的通断情况与(1)的线控制动模式相同。控制电磁阀Ⅱ204使制动管道Ⅳ403和制动管道Ⅷ408导通，制动管道Ⅵ405断开；控制减压阀Ⅳ107 使制动管道Ⅲ402和制动管道Ⅸ409导通，制动管道Ⅴ404断开。汽车控制器向电机发送运行指令，使电机输出相应位移，该位移通过驱动活塞307工作建压，使电动缸305内的制动液在活塞307前进和后退的过程中，经过制动管道Ⅲ402、制动管道Ⅸ409、制动管道Ⅳ403、制动管道Ⅷ408、第一支路410、第二支路411、第三支路412及第四支路413分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力，完成自主制动制动。

(3)人力备份制动模式

当汽车的控制单元、操作机构或传感器发生故障，使制动系统失效，建压单元不再工作，如图1所示，汽车处于人力备份制动模式，此时控制电磁阀Ⅱ204使制动管道Ⅵ405和制动管道Ⅷ408导通，制动管道Ⅳ403断开；控制电磁阀Ⅴ407使制动管道Ⅴ404和制动管道Ⅸ409 导通，制动管道Ⅲ402断开；控制电磁阀Ⅲ205关闭，使踏板模拟器207不再工作，油壶400 内的液压油通过单向阀Ⅰ203分别流入A腔2021、B腔2022。当驾驶员通过踩动踏板200,驱动A活塞2101和B活塞2102向前运动。当A活塞2101向前运动时，推动A腔2021内的液压从输出口进入制动管道Ⅵ405，之后经过电磁阀Ⅱ204进入制动管道Ⅷ408，最终流入第一支路410、第二支路411、第三支路412及第四支路413分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力。当B活塞2102向前运动时，推动B腔2022内的液压从输出口进入制动管道Ⅴ 404，之后经过电磁阀Ⅴ407进入制动管道Ⅸ409，最终流入第一支路410、第二支路411、第三支路412及第四支路413分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力。

当第一支路410或第二支路411失效导致的两轮机械备份制动时，如图1所示，驾驶员踩下踏板200，串联制动主缸202建立压力，A腔2021的制动压力经过制动管道Ⅵ405、电磁阀Ⅱ204、制动管道Ⅷ408进入第三支路412和第四支路413，由于电磁阀Ⅰ113在机械备份制动时处于关闭状态，第三支路412和第四支路413的制动液无法进入第一支路410和第二支路411，因此第三支路412和第四支路413的制动液能够独立建立压力，最终在制动轮缸Ⅲ102、制动轮缸Ⅳ103产生减速度。在第一支路410或第二支路411失效机械备份制动时，电磁阀Ⅰ113关闭使得第一支路410、第二支路411和第三支路412、第四支路413完全隔离，不会由于第一支路410或第二支路411的失效影响第三支路412、第四支路413从而导致四个车轮全部丧失制动力。

当第三支路412或第四支路413失效导致的两轮机械备份制动时，如图1所示，驾驶员踩下踏板200，串联制动主缸202建立压力，B腔2022的制动压力经过制动管道Ⅴ404、电磁阀Ⅴ407、制动管道Ⅸ409进入第一支路410和第二支路411，由于电磁阀Ⅰ113在机械备份制动时处于关闭状态，第一支路410和第二支路411的制动液无法进入第三支路412和第四支路413，因此第一支路410和第二支路411的制动液能够独立建立压力，最终在制动轮缸Ⅰ100、制动轮缸Ⅱ101产生减速度。在第三支路412或第四支路413失效机械备份制动时，电磁阀Ⅰ113关闭使得第一支路410、第二支路411和第三支路412、第四支路413完全隔离，不会由于第三支路412或第四支路413的失效影响第一支路410、第二支路411从而导致四个车轮全部丧失制动力。

Claims (9)

1.一种汽车线控制动系统及其制动方法，包括液压制动单元、踏板模拟单元、建压单元，其中：

液压制动单元，所述液压制动单元用于对四个轮缸液压管路的油压进行分配并制动；

踏板模拟单元，所述踏板模拟单元分别与液压制动单元、建压单元、油壶、车辆控制器相连，用于识别驾驶员制动意图，并将信号传送至车辆控制器进行车辆制动；

建压单元，所述建压单元分别与液压制动单元、踏板模拟单元、油壶、车辆控制器相连，用于在车辆制动过程中进行制动助力，并将液压力传送至液压制动单元，完成线控制动。

2.根据权利要求1所述的一种汽车线控制动系统，其特征在于，所述液压制动单元包括制动轮缸Ⅰ、制动轮缸Ⅱ、制动轮缸Ⅲ、制动轮缸Ⅳ、减压阀Ⅰ、减压阀Ⅱ、减压阀Ⅲ、减压阀Ⅳ、增压阀Ⅰ、增压阀Ⅱ、压力传感器Ⅰ、增压阀Ⅲ、增压阀Ⅳ、电磁阀Ⅰ、制动管道Ⅱ、制动管道Ⅶ、第一支路、第二支路、第三支路、第四支路；

所述制动管道Ⅶ连接第一支路、第二支路、第三支路、第四支路，并串联电磁阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ；

所述第一支路上串联有增压阀Ⅰ、所述第二支路上串联有增压阀Ⅱ、所述第三支路上串联有增压阀Ⅲ、所述第四支路上串联有增压阀Ⅳ，在所述制动轮缸Ⅰ与增压阀Ⅰ之间的第一支路上连接有减压阀Ⅰ，所述减压阀Ⅰ的一端与第一支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接；所述制动轮缸Ⅱ与增压阀Ⅱ之间的第二支路上连接有减压阀Ⅱ，所述减压阀Ⅱ的一端与第二支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接,在所述制动轮缸Ⅲ与增压阀Ⅲ之间的第三支路上连接有减压阀Ⅲ，所述减压阀Ⅲ的一端与第三支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接，在所述制动轮缸Ⅳ与增压阀Ⅳ之间的第四支路上连接有减压阀Ⅳ，所述减压阀Ⅳ的一端与第四支路连接，另一端与制动管道Ⅱ连接。

3.根据权利要求2所述的一种汽车线控制动系统，其特征在于，所述增压阀Ⅰ、增压阀Ⅱ、增压阀Ⅲ、增压阀Ⅳ为常开阀，所述减压阀Ⅰ、减压阀Ⅱ、减压阀Ⅲ、减压阀Ⅳ为常闭阀，每一个制动轮缸均配有一个减压阀和一个增压阀；所述电磁阀Ⅰ为常开阀，当液压制动单元任意一个制动轮缸油路失效后，被压力传感器Ⅰ检测制动管道Ⅶ液压异常，则电磁阀Ⅰ关闭。

4.根据权利要求1所述的一种汽车线控制动系统，其特征在于，所述踏板模拟单元包括踏板、位移传感器、串联制动主缸、单向阀Ⅰ、电磁阀Ⅲ、压力传感器Ⅱ、踏板模拟器、制动管道Ⅰ、推杆、制动管道Ⅷ、制动回路；

所述踏板与串联制动主缸之间安装有推杆，且在推杆上安装有位移传感器；

所述串联制动主缸包括A活塞、B活塞、A腔、B腔、制动液；具体的，所述串联制动主缸内腔分为A腔、B腔；

其中，所述A腔和B腔的输出端通过连接一个制动回路使A腔和B腔连通；所述制动管道Ⅷ输入端连接油壶，输出端串联单向阀Ⅰ接通到制动回路；所述制动管道Ⅰ输入端连接制动回路，输出端串联电磁阀Ⅲ到达踏板模拟器；

所述串联制动主缸分别设置有推杆、A活塞、B活塞，同时两个活塞与串联制动主缸构成一个密闭空间，并填充有制动液；当踏板踩下后，推杆推动制动液驱使A活塞、B活塞分别在A腔、B腔内向前移动，实现A腔和B腔的液压分别向制动管道Ⅵ和制动管道Ⅴ同步并同压输出。

5.根据权利要求4所述的一种汽车线控制动系统，其特征在于，所述A活塞和B活塞的总横截面大于推杆横截面。

6.根据权利要求4所述的一种汽车线控制动系统，其特征在于，所述串联制动主缸的A腔和B腔之间的最大行程设置T形限位端。

7.根据权利要求1所述的一种汽车线控制动系统，其特征在于，所述建压单元包括电磁阀Ⅱ、压力传感器Ⅱ、电机传感器、电机、单向阀Ⅱ、单向阀Ⅲ、电动缸、电磁阀Ⅳ、活塞、制动管道Ⅲ、制动管道Ⅳ、制动管道Ⅴ、制动管道Ⅵ、电磁阀Ⅴ；

所述电机与车辆控制系统相连，所述电机驱动活塞在电动缸中往复运动，所述电机传感器连接于电机一侧；

所述电动缸内的活塞分为前段和后段，前段活塞横截面的直径与电动缸的内径相匹配，后段活塞横截面的直径小于前段活塞横截面的直径；所述前段活塞将电动缸内部腔体分隔为相互隔离的动态的C腔和D腔，前段活塞前面的电动缸内部腔体为C腔，前段活塞后面的电动缸内部腔体为D腔；

所述单向阀Ⅱ的输入口连接油壶，输出口连接D腔；所述单向阀Ⅲ的输入口连接油壶，输出口连接C腔；所述制动管道Ⅲ的输入口连接D腔，输出口串联电磁阀Ⅴ连接至液压制动单元；所述电磁阀Ⅳ的输入端连接C腔，输出端连接至制动管道Ⅳ；所述制动管道Ⅵ的输入端连接A腔，输出口串联电磁阀Ⅱ连接至液压制动单元；所述制动管道Ⅴ的输入端连接B腔，输出口串联电磁阀Ⅴ连接至液压制动单元；所述压力传感器Ⅱ接入制动管道Ⅴ。

8.根据权利要求7所述的一种汽车线控制动系统，其特征在于，所述电磁阀Ⅳ在活塞前进时打开，C腔的制动液可通过同时进入D腔、制动管道Ⅲ、制动管道Ⅳ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅴ、制动管道Ⅸ和制动管道Ⅷ，进而进入液压制动单元；所述电磁阀Ⅳ在活塞后退建立压力时关闭；而在活塞后退泄压时，电磁阀Ⅳ又打开。

9.本发明的一种汽车线控制动系统的制动方法，其特征在于，包括以下制动控制：

线控制动模式:汽车处于线控制动模式时，控制电磁阀Ⅱ使制动管道Ⅳ和制动管道Ⅷ导通，制动管道Ⅵ断开；控制电磁阀Ⅴ使制动管道Ⅲ和制动管道Ⅸ导通，制动管道Ⅴ断开；控制电磁阀Ⅲ打开，使踏板模拟器可以产生制动模拟感觉；油壶内的液压油通过单向阀Ⅰ分别流入A腔、B腔；当驾驶员通过踩动踏板,推动A腔和B腔内的液压通过电磁阀Ⅲ进入踏板模拟器；位移传感器检测到驾驶员踩下踏板的行程位移，并将采集的踏板位移信号(踏板的踩踏深度)发送至汽车控制系统，控制系统通过对采集的踏板位移信号进行分析后，控制电机运行；当电机驱动活塞前进时，C腔的液压油一部分通过电磁阀Ⅳ、制动管道Ⅳ流入D腔；一部分通过制动管道Ⅲ、制动管道Ⅸ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；另一部分通过电磁阀Ⅳ、制动管道Ⅷ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；当电机驱动活塞后退时，电磁阀Ⅳ关闭，油壶内的液压油通过单向阀Ⅲ流入C腔；D腔内的液压油一部分通过制动管道Ⅲ、制动管道Ⅸ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力，另一部分通过制动管道Ⅳ、电磁阀Ⅱ、制动管道Ⅷ流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸，完成线性制动；

自主制动模式:汽车处于自主制动模式时，驾驶员未踩下踏板，汽车控制器根据自动驾驶决策算法输出制动指令以使在驾驶员不干预的情况下让车辆实现主动制动；此时未踩下制动踏板，其踏板模拟单元不工作，每个电磁阀的通断情况与所述的线控制动模式相同；控制电磁阀Ⅱ使制动管道Ⅳ和制动管道Ⅷ导通，制动管道Ⅵ断开；控制减压阀Ⅳ使制动管道Ⅲ和制动管道Ⅸ导通，制动管道Ⅴ断开；汽车控制器向电机发送运行指令，使电机输出相应位移，该位移通过驱动活塞工作建压，使电动缸内的制动液在活塞前进和后退的过程中，经过制动管道Ⅲ、制动管道Ⅸ、制动管道Ⅳ、制动管道Ⅷ、第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸，完成自主制动制动；

人力备份制动模式:当汽车的控制单元、操作机构或传感器发生故障，使制动系统失效，建压单元不再工作，如图1所示，汽车处于人力备份制动模式，此时控制电磁阀Ⅱ使制动管道Ⅵ和制动管道Ⅷ导通，制动管道Ⅳ断开；控制电磁阀Ⅴ使制动管道Ⅴ和制动管道Ⅸ导通，制动管道Ⅲ断开；控制电磁阀Ⅲ关闭，使踏板模拟器不再工作，油壶内的液压油通过单向阀Ⅰ分别流入A腔、B腔；当驾驶员通过踩动踏板,驱动A活塞和B活塞向前运动；当A活塞向前运动时，推动A腔内的液压从输出口进入制动管道Ⅵ，之后经过电磁阀Ⅱ进入制动管道Ⅷ，最终流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；当B活塞向前运动时，推动B腔内的液压从输出口进入制动管道Ⅴ，之后经过电磁阀Ⅴ进入制动管道Ⅸ，最终流入第一支路、第二支路、第三支路及第四支路分别输送至四个制动轮缸以建立所需的制动压力；

当第一支路或第二支路失效导致的两轮机械备份制动时，电磁阀Ⅰ关闭，如图1所示，驾驶员踩下踏板，串联制动主缸建立压力，A腔的制动压力经过制动管道Ⅵ、电磁阀Ⅱ、制动管道Ⅷ进入第三支路和第四支路；

当第三支路或第四支路失效导致的两轮机械备份制动时，电磁阀Ⅰ关闭，如图1所示，驾驶员踩下踏板，串联制动主缸建立压力，B腔的制动压力经过制动管道Ⅴ、电磁阀Ⅴ、制动管道Ⅸ进入第一支路和第二支路。

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