CN115095618A - 一种复合式线控制动器、制动系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式线控制动器、制动系统及控制方法，制动器包括小活塞，大活塞，电磁阀，制动钳体，液压系统，致动装置等。由制动器的致动装置推动小活塞移动，小活塞通过液压系统使大活塞和制动钳体向相反的方向移动，从制动盘两侧以相同的力将摩擦片压紧，同时避免了液压系统失效可能造成的影响。制动器还可以与传统液压制动系统协同工作，实现线控制动器部分元件失效情况下的制动工作过程，同时保持防抱死以及驱动防滑、车身稳定等功能，极端情况下还可以依靠传统制动系统单独工作，达到相应的制动性能。

Description

一种复合式线控制动器、制动系统及控制方法

技术领域

本发明涉及制动器领域，特指一种复合式线控制动器、制动系统及控制方法。

背景技术

线控制动技术是近年来出现的一种新型的制动技术，在制动器和制动踏板之间不依靠机械的或是液力的连接，由控制系统接收传感器的信息控制电机工作，实现对于汽车的稳定可靠的制动控制。目前主要有电子液压式制动系统（EHB）和电子机械式制动系统（EMB）两种。线控制动系统有利于整车制动性能的优化，能够方便的与ABS、ASR、ESP等其它电子控制系统整合在一起，因此具有广阔的发展空间。

现有的电子机械式制动系统由于在制动器部分往往缺少制动间隙自动调节的功能，使制动器在外部环境变化以及摩擦片磨损的情况下引起制动执行器效率变化不定的问题，从而给制动效能控制带来一定的困难。同时，由于机械传动部件要实现较大的传动比时，往往存在尺寸较大、空间要求较高等情况，因此大部分制动器存在结构比较复杂，安装尺寸较大等问题。

由于制动系统与安全问题直接相关，因此线控制动系统的推广使用必须建立在线控制动系统极高的可靠性上，这就要求一方面线控制动系统自身的可靠性很高，同时可以通过采用备用制动系统提高制动安全性能。当前的线控制动系统大多把常规液压制动当作备用线控制动系统，而当线控制动系统中有故障出现，需要用到备用制动系统时，往往就不再具备防抱死、驱动防滑、车身稳定等功能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种复合式线控制动器、制动系统及控制方法。本发明具有结构简单，工作可靠等优点，能够实现制动间隙的自动调节，与传统液压制动系统结合提高制动安全的可靠性。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种复合式线控制动器，其特征在于：包含大活塞，小活塞，电机，传动机构，运动转换机构，电磁阀，液压腔，制动钳体，制动盘，摩擦片；所述的大活塞和所述的小活塞安装在所述的制动钳体上，所述大活塞和所述小活塞之间形成所述的液压腔；所述电机与所述传动机构、所述运动转换机构组成制动器的致动装置与所述小活塞相连，驱动所述小活塞移动；所述的电磁阀安装在所述的制动钳体上，一端与所述的液压腔相通；所述大活塞的外侧有所述摩擦片、所述制动盘。

所述大活塞和所述小活塞朝向所述液压腔的一端包括带有一定曲率的曲面结构，所述大活塞的曲面端与所述小活塞的曲面端相匹配，所述大活塞的曲面端与所述小活塞的曲面端直接接触配合构成接触端面，所述的接触端面为平面/斜面/圆弧面/双曲线面/抛物线面其中一种曲面或上述曲面的组合。

还包括放气阀，所述放气阀与所述液压腔相连。

一种复合式线控制动系统，采用上述任一项所述的复合式线控制动器，其特征在于：还包括踏板感觉模拟组件，制动主缸组件，储油罐，制动踏板传感器，制动系统电控单元ECU，第二电磁阀；所述复合式线控制动器分别安装在对应车轮处，所述复合式线控制动器中的电磁阀另一端液压管路与所述制动主缸组件出油口连接，所述复合式线控制动器中的电磁阀控制线与所述制动系统电控单元ECU电信号连接，所述复合式线控制动器中的电机与所述制动系统电控单元ECU电信号连接；所述储油罐的出油口与所述制动主缸组件的进油口连接；所述制动主缸组件的出油口还与所述踏板感觉模拟组件连接；所述制动主缸组件的出油端到所述复合式线控制动器中的电磁阀部分，包括所述踏板感觉模拟组件，组成高压油区；所述第二电磁阀一端连接所述高压油区，另一端连接所述储油罐，所述第二电磁阀控制线与所述制动系统电控单元ECU电信号连接；所述制动踏板传感器与制动系统电控单元ECU电信号连接。

根据上述一种复合式线控制动系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括正常工作状态下的控制方法和部分元件失效状态下的控制方法；所述正常工作状态下的控制方法如下：所述制动系统电控单元ECU接收车辆检测信号，经分析判断后在需要制动动作时控制所述复合式线控制动器中的电磁阀关闭或开启，所述第二电磁阀关闭，独立控制各个所述复合式线控制动器中的电机转动，使各个车轮上的所述复合式线控制动器独立的进行制动增压、制动保压或制动减压；

所述部分元件失效状态下的控制方法如下：所述制动系统电控单元ECU接收车辆检测信号，经分析判断后在需要制动动作时发出控制信号使所述复合式线控制动器中的电磁阀开启或关闭，所述第二电磁阀开启或关闭，各元件配合工作，使各个车轮上的所述复合式线控制动器进行制动增压、制动保压或制动减压。

还包括断电状态下的控制方法，所述断电状态下的控制方法如下：制动系统所有元件均处于断电状态，所述复合式线控制动器中的电磁阀保持常开；所述第二电磁阀保持常闭；所述制动主缸组件中的油液在驾驶员操作所述制动踏板的情况下流入或流出各个车轮上的所述复合式线控制动器，实现制动工作过程。

复合式线控制动器中所述的传动机构或所述的运动转换机构中包括逆效率为零的传动环节。

本发明技术方案至少具有以下优点：

各个车轮上的线控制动器独立工作，独立控制，易于实现ABS、ASR、ESP等安全功能，通过将液压腔与常规液压制动系统连接，当个别线控制动器出现液压油泄漏、电磁阀失效或电机失效等故障情况时，仍然可以通过线控制动器与液压制动系统的关联，继续提供接近于正常工作状态下的ABS、ASR、ESP等安全性能，极端情况下，依然可以通过常规液压制动系统和第二电磁阀协同工作，避免出现车轮抱死等危险状况，大大提高了系统的制动安全性和可靠性。

在制动器中集成了机械传动部分和液压传动部分，可以利用液压部分实现增力，同时还可以利用液压部分隔离摩擦片的震动传递到机械传动部分，提高工作可靠性。并且线控制动器中的液压系统相对独立，仅以液压腔形式存在于大活塞和小活塞之间，无任何外接的工作油路等其他液压元件，工作效率高。

利用液压系统的工作特性，在摩擦片磨损时通过液压油的补充实现制动间隙的自动消除。

通过在小活塞和大活塞端面设置曲面特征，在液压腔泄漏或其他液压系统失效的情况下，曲面特征直接接触配合构成接触端面，具有一定的增力效应，仍然可以实现可靠的制动。

在每一次制动解除后，小活塞都回到初始工作位置，因此驱动小活塞的致动装置，即传动机构，运动转换机构始终回到初始位置，致动装置的设计比较自由，控制难度相对较低。

可以在驻车制动时实现完全由机械元件传动的驻车制动工作过程。

附图说明

图1是本发明的一种复合式线控制动器的结构示意图。

图2是本发明的一种复合式线控制动器、制动系统及控制方法的结构示意图。

附图中标注说明：1－液压腔 2－右旋螺杆 3－制动钳体 4－双向螺母 5－电磁阀 6－密封圈 7－小活塞 8—左旋螺杆 9—放气阀 10—连接杆 11—蜗杆12—蜗轮 13—制动盘 14—大活塞 15—摩擦片 16—制动踏板 17—踏板感觉模拟组件 18—制动推杆 19—制动主缸 20—制动踏板传感器 21—制动主缸活塞 22—储油罐 23—第二电磁阀。

具体实施方式

参考附图1，对本发明的一种复合式线控制动器的一个实施例进行详细描述。

如图1所示，一种复合式线控制动器包含制动钳体3，大活塞14和小活塞7，大活塞14通过密封圈6安装在制动钳体3上，小活塞7与制动钳体3之间为精密配合。大活塞14的右端为具有一定曲率特征的曲面端，图1中为两个斜面及平面的组合，小活塞7的左端为与大活塞14右端的曲面特征相匹配的曲面端，大活塞14和小活塞7的曲面端之间为液压腔1，液压腔1还连接了一个放气阀9和常开式电磁阀5。制动钳体3的钳口内有制动盘13，制动盘13的两侧有摩擦片15，一个装在制动钳体3上，一个装在大活塞14上。小活塞7的右侧为由电机、传动机构、运动转换机构组成的制动器致动装置，电机未在图中示出，与蜗杆11相连，传动机构为蜗杆11和蜗轮12组成的蜗轮蜗杆机构以及连接杆10组成的传动部件，运动转换机构为双向螺母4和左旋螺杆8、右旋螺杆2组成的螺纹机构，蜗轮12与双向螺母4连接，螺纹机构中采用自锁螺纹。

制动工作时，ECU控制电磁阀5关闭，并驱动电机转动，即制动器的致动装置驱动小活塞7向左运动，液压腔1内压力升高，推动大活塞14向左移动，同时致动装置推动制动钳体3向右运动，带动两侧的摩擦片15压紧制动盘13，产生高效可靠的制动效果。解除制动工作时，ECU控制电机反转，即使致动装置恢复初始位置，带动小活塞7恢复原位，密封圈6储存的弹性势能释放，使大活塞14及制动钳体3回位，所有元件恢复初始位置。

当摩擦片15磨损，厚度变薄后，制动工作时，致动装置驱动小活塞7持续向左移动，通过液压腔内压力持续推动大活塞14和制动钳体3相对运动，直至达到需要的制动强度。解除制动时，致动装置和小活塞7恢复初始位置，电磁阀5开启，制动器以外的油液流入液压腔1，以补偿摩擦片磨损造成的容积变化。大活塞14的回位由密封圈6实现，与传统的液压盘式制动器相同，因此保持了制动间隙与磨损前一致，实现了制动间隙的自动调整。

附图2公开了一种采用前述复合式线控制动器的制动系统，如图2所示的实施例中，复合式线控制动器分别安装在汽车的各个车轮上，还包括踏板感觉模拟组件17，第二电磁阀23，储液罐22，制动踏板传感器20，制动主缸组件即制动主缸19、制动踏板16、制动推杆18、制动主缸活塞21等元件。储液罐22的出油口与制动主缸19的进油口相连，制动主缸19的出油口连接各个车轮上复合式线控制动器的电磁阀液压管路。制动主缸19的出油口还连接踏板感觉模拟组件17，踏板感觉模拟组件17包括蓄压活塞和蓄压弹簧，当驾驶员踩制动踏板时，制动主缸19中的压力油流入踏板感觉模拟组件17，使蓄压活塞和蓄压弹簧在压力作用下移动，模拟轮缸压力变化，提供给驾驶员踏板力反馈。踏板感觉模拟组件17的蓄压活塞前方还连接第二电磁阀23，第二电磁阀23的另一端连接储液罐22。制动踏板传感器20与ECU电连接，当驾驶员踩制动踏板16时，在制动踏板16的自由行程阶段即传送制动信号给ECU，ECU即关闭各个复合式制动器上的电磁阀5。制动踏板传感器20还向ECU提供制动踏板推杆18的速度信号和位移信号等。所有电磁阀包括第二电磁阀23的控制端都与ECU电连接，所有复合式线控制动器的电机也与ECU电连接。

基于上述复合式线控制动器及制动系统的结构组成，本发明还公开了一种复合式线控制动器制动系统的控制方法，包括正常工作下的控制方法和部分元件失效状态下的控制方法。

正常工作下的控制方法包括：

线控制动的具体控制过程：车辆制动时，驾驶员踩制动踏板16通过制动踏板传感器20发出制动信号给制动系统电控单元ECU，制动系统电控单元ECU发出控制信号使车轮上的复合式线控制动器中的电磁阀关闭，使第二电磁阀23关闭，同时接收车辆其他检测信号，经分析判断后发出独立的控制信号使安装在各个车轮上的复合式线控制动器中的电机转动，通过传动机构、运动转换机构驱动小活塞压缩液压腔，使摩擦片压紧制动盘，实现制动；当驾驶员对制动踏板16踩踏动作变化时，制动系统电控单元ECU根据制动踏板传感器20的信号控制复合式线控制动器中电机的正转或反转，实现对制动工作过程中制动强度的调整；解除制动时，制动踏板16回位，电机回位，复合式线控制动器中的电磁阀打开。

ABS具体控制过程：在行车制动过程中，当电控单元ECU判断车轮发生抱死时触发ABS功能，根据前述控制方法，制动系统电控单元ECU控制相应的复合式线控制动器中的电机转动，依次进行制动减压、制动保压或制动增压，并反复这一过程，直至压力调节至最佳状态。

ASR具体控制过程：在车辆行驶过程中，当电控单元ECU判断出部分车轮发生打滑时触发ASR功能，制动系统电控单元ECU直接控制安装在打滑车轮上的复合式线控制动器关闭电磁阀，控制电机转动，分别进行制动增压、制动保压或制动减压，实现对打滑车轮的制动压力控制，直至消除车轮打滑。

ESP具体控制过程：在车辆行驶过程中，当电控单元ECU判断出部分车轮出现失稳时触发ESP功能，制动系统电控单元ECU直接控制安装在对应车轮上的复合式线控制动器关闭电磁阀，同时控制电机转动，进行制动增压、制动保压或制动减压，使对应车轮的制动压力达到目标值，以保证车辆稳定性；

驻车制动控制方法：驻车制动时，制动系统电控单元ECU打开复合式线控制动器的电磁阀，驱动电机转动，通过传动机构、运动转换机构驱动小活塞运动，液压腔内油液流入制动主缸，小活塞与大活塞以曲面端直接接触，实现机械元件传动的可靠的驻车制动；

部分元件失效状态下的控制方法如下：

线控元件失效状态下的控制方法：若电机失效，则制动系统电控单元ECU打开失效电机所在的复合式线控制动器的电磁阀，车辆制动时，由制动主缸产生的油压可以通过开启的电磁阀进入对应的复合式线控制动器，产生制动效果，此时的ABS等功能可以根据各个车轮上复合式线控制动器的液压管路连接情况，由ECU控制同一液压管路上的另一个复合式线控制动器也打开电磁阀，使两个制动器的液压腔连通，利用这一复合式线控制动器中工作良好的电机，对两个车轮上的复合式线控制动器进行制动增压、制动保压或制动减压，实现ABS等工作效果；当然也可以在行车制动过程中对工作良好的复合式线控制动器独立控制，而对电机故障的制动器通过制动主缸增压、控制第二电磁阀23来实现减压或保压过程，同样可以实现ABS等功能。当同一液压管路上的多个电机同时失效时，在行车制动过程中也可以利用制动主缸对复合式线控制动器增压，控制第二电磁阀23实现制动减压或保压过程，避免车轮抱死，同时保持最大的制动强度。若电磁阀失效，若电磁阀失效后保持关闭状态，则只是在摩擦片磨损的情况下对液压腔内的油液补偿产生影响，此时可以使电机工作实现制动的过程中小活塞行程增加进行调节；若电磁阀失效后保持开启状态，则对应的复合式线控制动器仍然可以通过电机转动产生制动压力或调节制动压力，保障相应的制动效果。

制动液泄漏时的制动控制方法：当高压油区泄漏时，制动系统电控单元ECU关闭复合式线控制动器的电磁阀，实现正常的制动工作；当复合式线控制动器的油液泄漏时，则对应的复合式线控制动器通过驱动小活塞接触大活塞直接以机械元件传动的方式制动。在这种故障状态下，由于各个车轮依然可以实现独立的制动强度控制，因此车辆的ABS、AER、ESP等功能基本不受影响。

断电状态下：断电导致所有车轮上的制动器电机都无法工作，因此，制动器中的电磁阀断电打开，第二电磁阀23断电关闭，需要制动时，驾驶员踩制动踏板，制动主缸中的油液与复合式线控制动器中液压腔始终相通，实现常规的液压制动过程。

ACC、AEB、LKA和APA工况：目前，车辆的辅助驾驶功能越来越丰富，本发明的制动系统亦可兼容部分智能辅助驾驶功能。当车辆处于辅助驾驶工况运行时，整车控制器会根据车辆的需求判断是否需要触发制动，当需要时，无需踩踏制动踏板，由整车控制器输出控制信号至本发明的电控单元ECU中，由ECU直接控制车轮上的复合式线控制动器进行制动增压、制动保压或制动减压，由此实现ACC、AEB、LKA或APA模式下的制动需求。

传动机构可以采用蜗轮蜗杆机构、杠杆机构、连杆机构、齿轮机构、拉索传动、直接传动、链传动、带传动、斜面机构、楔块机构等传动方式或上述传动方式的组合，运动转换机构可以采用螺纹机构、凸轮机构、齿轮齿条机构、曲柄连杆/滑块机构等运动转换方式或上述方式的组合。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域内的普通技术人员在没有进行创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，通过各种等同变换所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种复合式线控制动器，其特征在于：包含大活塞，小活塞，电机，传动机构，运动转换机构，电磁阀，液压腔，制动钳体，制动盘，摩擦片；所述的大活塞和所述的小活塞安装在所述的制动钳体上，所述大活塞和所述小活塞之间形成所述的液压腔；所述电机与所述传动机构、所述运动转换机构组成制动器的致动装置与所述小活塞相连，驱动所述小活塞移动；所述的电磁阀安装在所述的制动钳体上，一端与所述的液压腔相通；所述大活塞的外侧有所述摩擦片、所述制动盘。

2.根据权利要求1所述的一种复合式线控制动器，其特征在于：所述大活塞和所述小活塞朝向所述液压腔的一端包括带有一定曲率的曲面结构，所述大活塞的曲面端与所述小活塞的曲面端相匹配，所述大活塞的曲面端与所述小活塞的曲面端直接接触配合构成接触端面，所述的接触端面为平面/斜面/圆弧面/双曲线面/抛物线面其中一种曲面或上述曲面的组合。

3.根据权利要求1所述的一种复合式线控制动器，其特征在于：还包括放气阀，所述放气阀与所述液压腔相连。

4.一种复合式线控制动系统，采用权利要求1-3中任一项所述的复合式线控制动器，其特征在于：还包括踏板感觉模拟组件，制动主缸组件，储油罐，制动踏板传感器，制动系统电控单元ECU，第二电磁阀；所述复合式线控制动器分别安装在对应车轮处，所述复合式线控制动器中的电磁阀另一端液压管路与所述制动主缸组件出油口连接，所述复合式线控制动器中的电磁阀控制线与所述制动系统电控单元ECU电信号连接，所述复合式线控制动器中的电机与所述制动系统电控单元ECU电信号连接；所述储油罐的出油口与所述制动主缸组件的进油口连接；所述制动主缸组件的出油口还与所述踏板感觉模拟组件连接；所述制动主缸组件的出油端到所述复合式线控制动器中的电磁阀部分，包括所述踏板感觉模拟组件，组成高压油区；所述第二电磁阀一端连接所述高压油区，另一端连接所述储油罐，所述第二电磁阀控制线与所述制动系统电控单元ECU电信号连接；所述制动踏板传感器与制动系统电控单元ECU电信号连接。

5.根据权利要求4所述的一种复合式线控制动系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括正常工作状态下的控制方法和部分元件失效状态下的控制方法；所述正常工作状态下的控制方法如下：所述制动系统电控单元ECU接收车辆检测信号，经分析判断后在需要制动动作时控制所述复合式线控制动器中的电磁阀关闭或开启，所述第二电磁阀关闭，独立控制各个所述复合式线控制动器中的电机转动，使各个车轮上的所述复合式线控制动器独立的进行制动增压、制动保压或制动减压；

所述部分元件失效状态下的控制方法如下：所述制动系统电控单元ECU接收车辆检测信号，经分析判断后在需要制动动作时发出控制信号使所述复合式线控制动器中的电磁阀开启或关闭，所述第二电磁阀开启或关闭，各元件配合工作，使各个车轮上的所述复合式线控制动器进行制动增压、制动保压或制动减压。

6.根据权利要求5所述的一种复合式线控制动系统的控制方法，其特征在于：还包括断电状态下的控制方法，所述断电状态下的控制方法如下：制动系统所有元件均处于断电状态，所述复合式线控制动器中的电磁阀保持常开；所述第二电磁阀保持常闭；所述制动主缸组件中的油液在驾驶员操作所述制动踏板的情况下流入或流出各个车轮上的所述复合式线控制动器，实现制动工作过程。

7.根据权利要求1所述的一种复合式线控制动器，其特征在于：所述的传动机构或所述的运动转换机构中包括逆效率为零的传动环节。

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