CN117246296A - 一种电子机械制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电子机械制动系统，包括制动踏板模块、传感器模块、中心控制模块、制动模块、电源、连接线和应急制动模块。制动踏板模块包括踏板和限位装置。踏板发出制动信号，踏板的总行程包括正常制动行程和应急制动行程，应急制动行程大于正常制动行程。限位装置连接踏板，控制切换踏板的总行程。传感器模块采集车辆动态信号。中心控制模块接收并处理制动信号和车辆动态信号，计算制动力，生成制动控制指令。制动模块执行车辆制动。电源为中心控制模块供电。连接线连接各模块。应急制动模块分别与制动踏板模块和制动模块机械连接，在踏板启动应急制动行程时执行车辆应急制动，传递制动力。本发明能在无需蓄电池双备份的情况下实现应急制动。

Description

一种电子机械制动系统

技术领域

本发明涉及汽车制动技术领域，尤其涉及一种电子机械制动系统。

背景技术

汽车的安全性一直是汽车开发成功与否的重要指标之一。制动系统在车辆的安全方面扮演着重要的角色。随着社会对车辆安全性能要求的不断提高，以及汽车行业的电气化和智能化的发展趋势，传统的液压制动系统可能无法满足日益增加的需求。此外，传统的制动系统存在液压回路泄漏的潜在风险以及装配和维修方面的一些挑战。因此结构更简洁、功能更可靠的、反应灵敏且拥有更好的制动效能的、可定制化的制动踏板感觉的、更电气化智能化的电子机械制动系统(Electronic-Mechanical Braking System，EMB)作为一种更现代、功能更可靠的替代传统液压制动系统的方案，逐渐成为汽车行业的共识和发展方向。

然而，随着电子机械制动系统的广泛应用，特别是在现代电动汽车中，出现了一些新的挑战。为了确保电子机械制动系统的安全性，并满足行车制动与电子驻车制动失效时GB21670法规对应急制动的要求，目前采取的措施主要是对蓄电池进行双备份。这种双电源备份的方式虽然可以满足应急制动法规的要求，但是蓄电池会存在因电磁干扰的影响导致性能降级甚至失效的情况，影响车辆的安全驾驶，尤其是车辆行驶到强磁场环境中，车辆有制动系统失效的风险，从而导致不可预估的安全事故。此外，双蓄电池备份需要车辆上足够的空间来安装，这可能会对车辆设计和制造带来挑战。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电子机械制动系统，以解决上述问题，可以在无需整车蓄电池双备份的情况下，通过机械应急制动方法满足制动法规中对应急制动的减速度要求，避免电磁干扰的影响，可靠性更强。

本发明提出了一种电子机械制动系统，包括：

制动踏板模块，包括踏板和限位装置，所述踏板发出制动信号，踏板的总行程包括正常制动行程和应急制动行程，应急制动行程大于正常制动行程，所述限位装置连接踏板，控制切换踏板的总行程；

传感器模块，采集车辆动态信号；

中心控制模块，接收并处理所述制动信号和所述车辆动态信号，计算制动力，生成制动控制指令；

制动模块，接收所述制动控制指令，执行车辆制动；

电源，为所述中心控制模块供电；

连接线，将制动踏板模块、传感器模块、制动模块、电源和中心控制模块相互连接；

应急制动模块，分别与制动踏板模块和制动模块机械连接，在踏板启动应急制动行程时执行车辆应急制动，传递制动力。

在一个实施例中，所述制动模块包括杠杆机构，所述杠杆机构连接所述应急制动模块，在所述踏板启动应急制动行程时执行机械应急制动。

在一个实施例中，所述应急制动模块包括放大杠杆和拉索；

所述放大杠杆连接所述踏板，在所述踏板启动应急制动行程时放大制动力；

所述拉索分别连接所述放大杠杆和所述杠杆机构，将制动力传递给所述杠杆机构。

在一个实施例中，所述制动模块还包括制动控制单元和制动执行单元；

所述制动控制单元分别连接所述中心控制模块和所述制动执行单元，将所述制动控制指令传递给所述制动执行单元，所述制动执行单元执行车辆制动。

在一个实施例中，所述制动控制单元分别设置在车辆的每个车轮上。

在一个实施例中，所述传感器模块包括轮速传感器、横摆角传感器、加速度传感器和方向盘转角传感器；

所述轮速传感器采集车辆轮速信号，所述横摆角传感器采集车辆横摆角信号，所述加速度传感器采集车辆加速度信号，所述方向盘转角传感器采集车辆方向盘转角信号。

在一个实施例中，所述制动踏板模块还包括踏板力传感器，所述踏板力传感器连接所述中心控制模块，采集驾驶员的制动信号并将所述制动信号传递给所述中心控制模块。

在一个实施例中，所述电子机械制动系统还包括电机模块，所述电机模块连接所述中心控制模块，通过车辆的电动机提供制动力。

在一个实施例中，所述中心控制模块包括信号处理模块、车辆动态控制模块和制动协调分配模块；

所述信号处理模块分别连接所述踏板力传感器和所述传感器模块，接收、处理并传递所述制动信号和所述车辆动态信号；

所述车辆动态控制模块分别连接所述信号处理模块和所述制动协调分配模块，根据所述制动信号和所述车辆动态信号计算制动力，并将制动力传递给所述制动协调分配模块；

所述制动协调分配模块分别连接所述电机模块和所述制动模块，将制动力分配给所述电机模块和所述制动模块。

在一个实施例中，所述电源为蓄电池。

与现有技术相比，本发明的电子机械制动系统的有益效果在于：

1)本发明可以有效避免电磁干扰的影响，可靠性更强，安全性更好。

2)本发明无需蓄电池的双备份，节约了双蓄电池所需要的安装空间。

3)本发明可以在无需整车蓄电池双备份的情况下，通过机械应急制动方法满足制动法规中对应急制动的减速度要求。

4)本发明可以适用于不同的车型，通用化程度较高。

附图说明

图1为本发明一实施例的电子机械制动系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例的电子机械制动系统的连接关系图；

图3为本发明一实施例的电子机械制动系统的工作流程图。

附图标记

1、制动踏板模块，2、中心控制模块，3、连接线，4、制动控制单元，5、制动执行单元，6、传感器模块，7、电源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，此处所描述的具体实施例用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。

本发明提出了一种电子机械制动系统，包括制动踏板模块1、传感器模块6、中心控制模块2、制动模块、电源7、连接线3和应急制动模块，参见图1、图2。制动踏板模块1包括踏板和限位装置。踏板用于驾驶员发出制动信号。踏板的总行程包括正常制动行程和应急制动行程，应急制动行程大于正常制动行程。限位装置连接踏板，用于控制切换踏板的正常制动行程和应急制动行程。当电源7和其他模块正常工作时，限位装置关闭，踏板的总行程为正常制动行程；当电源7无法供电或其他模块如电子设备、电路、通信系统等出现问题时，限位装置开启，将踏板的总行程切换为应急制动行程，从而分别实现蓄电池正常供电情况下的制动和蓄电池无法正常供电情况下的机械应急制动。传感器模块6用于采集车辆动态信号。中心控制模块2接收并处理制动信号和车辆动态信号，计算制动力，生成制动控制指令。制动模块接收来自中心控制模块2的制动控制指令，并执行车辆制动。电源7用于为中心控制模块2供电。连接线3将制动踏板模块1、传感器模块6、制动模块、电源7和中心控制模块2相互连接。应急制动模块分别与制动踏板模块1和制动模块机械连接，用于在踏板启动应急制动行程时执行车辆应急制动，传递制动力。

以下对上文所述的电子机械制动系统中各部件进行详细描述。

本发明一种实施例的踏板的正常制动行程为130mm，踏板的应急制动行程为150mm。

本发明一种实施例的制动模块包括杠杆机构，杠杆机构连接应急制动模块，在踏板启动应急制动行程时执行机械应急制动。杠杆机构可以在行车制动和电子驻车制动失效的情况下，实现在出现蓄电池无法供电等故障时的机械应急制动，以满足GB21670对应急制动的法规要求。

本发明一种实施例的应急制动模块包括放大杠杆和拉索。放大杠杆连接踏板，是一种放大力的机构，用于在踏板启动应急制动行程时放大制动力。拉索分别连接放大杠杆和杠杆机构，将制动力传递给杠杆机构。当出现蓄电池无法供电等故障时，限位装置开启，踏板的总行程为应急制动行程，驾驶员踩下踏板，通过应急制动模块操纵制动模块中的杠杆机构来实现机械应急制动。

当然，应急制动模块也可以针对不同车型进行调整，如增加液压或气压应急制动等，以实现制动法规对应急制动的要求。

本发明一种实施例的制动模块还包括制动控制单元4和制动执行单元5。制动控制单元4分别连接中心控制模块2和制动执行单元5，将来自中心控制模块2的制动控制指令传递给制动执行单元5。从安全方面考虑，一般车辆的每个车轮都拥有各自的制动控制单元4。制动执行单元5接收来自制动控制单元4的制动信号，执行实现车辆制动。

本发明一种实施例的传感器模块6包括轮速传感器、横摆角传感器、加速度传感器和方向盘转角传感器。轮速传感器采集车辆轮速信号，横摆角传感器采集车辆横摆角信号，加速度传感器采集车辆加速度信号，方向盘转角传感器采集车辆方向盘转角信号。这些信号会被传递给中心控制模块2，用于表征车辆的动态信息。从安全方面考虑，会对传感器模块6进行安全备份。

本发明一种实施例的制动踏板模块1还包括踏板力传感器。踏板力传感器是一种位移传感器，连接中心控制模块2，采集并处理驾驶员的制动请求，生成制动信号传递给中心控制模块2。从安全方面考虑，会对踏板力传感器进行安全备份。

本发明一种实施例的制动踏板模块1还包括踏板力模拟机构，踏板力模拟机构是一种用于模拟车辆踏板施加力的装置，以研究和测试车辆的控制模块、制动模块等，以确保它们在不同驾驶条件下的性能和安全性。

本发明一种实施例的制动踏板模块1可实现踏板感觉可调。

本发明一种实施例的电子机械制动系统还包括电机模块。电机模块连接中心控制模块2，通过车辆的电动机提供制动力。电机模块还可以通过电机倒拖，在实现制动的同时也实现制动能量回收，增加车辆续航里程。

本发明一种实施例的中心控制模块2是本发明的电子机械制动系统的控制大脑，包括信号处理模块、车辆动态控制模块和制动协调分配模块。信号处理模块分别连接踏板力传感器和传感器模块6，接收、处理并传递制动信号和车辆动态信号。车辆动态控制模块分别连接信号处理模块和制动协调分配模块，根据制动信号和车辆动态信号，结合驾驶员意图，计算得到制动力，并将制动力传递给制动协调分配模块。制动协调分配模块分别连接电机模块和制动模块，将制动力分配给电机模块和制动模块。从安全方面考虑，一般使用两个中心控制模块2，两个中心控制模块2相对独立工作，同时双向的信号线互相通讯，互为备份，确保安全。

本发明一种实施例的电源7为蓄电池，是中心控制模块2等各控制器的能量来源。因为有应急制动模块可进行机械应急制动，故无需对蓄电池进行双备份。

本发明一种实施例的连接线3是实现模块之间交互的物理基础。本发明的电子机械制动系统可以采用TTP/C或FlexRay等通讯协议。

如图3所示，本发明的电子机械制动系统的工作原理为：

一般情况下，当车辆行驶且通过制动踏板模块1进行制动时，若电源7正常向车辆进行供电，则制动踏板模块1的限位装置关闭。该情形下，踏板的总行程为正常制动行程130mm。然后，中心控制模块2中信号处理模块接收到传感器模块6与制动踏板模块1的制动信号和车辆动态信号，并对这些信号进行处理后传递给车辆动态控制模块。车辆动态控制模块根据这些信号，结合驾驶员意图，计算得出制动力，然后将制动力传递给制动协调分配模块。制动协调分配模块进行电机制动与制动单元制动之间的制动分配。之后，电机模块接收到来自中心控制模块2的电机制动请求，进行电机制动；制动模块的制动控制单元4也将接收到的中心控制模块2的制动请求传递给制动执行单元5。

详细步骤如下：

步骤1：车辆行驶且通过制动踏板模块1进行制动。

具体地，车辆在正常行驶，在行驶过程中，驾驶员通过制动踏板模块1进行了制动请求。此时，传感器模块6和制动踏板模块1中踏板力传感器将车辆的轮速、横摆角、加速度、方向盘转角和踏板力信号传递给中心控制模块2的信号处理模块。信号处理模块可以得出当前的车辆行驶状态，即车辆的减速度、驾驶员请求的制动力、横摆角、方向盘转角等。

步骤2：判断电源7断开与否。

具体地，若电源7正常工作，此时电源7正常向车辆进行供电，即车上中心控制模块2可以得到电源7的能源支持。

步骤3：制动踏板模块1的限位装置关闭。

具体地，当电源7正常工作时，制动踏板模块1的限位装置处于关闭状态。该情形下，踏板的总行程为正常制动行程130mm，通过该130mm的总行程来体现驾驶员的制动请求，制动踏板模块1将制动请求相关信号传递给中心控制模块2。

步骤4：中心控制模块2进行制动控制和分配。

具体地，中心控制模块2中的信号处理模块接收到传感器模块与制动踏板模块的制动信号和车辆动态信号，并对信号进行处理后传递给车辆动态控制模块。车辆动态控制模块根据该信号，结合驾驶员意图，计算得出制动力，并将制动力传递给制动协调分配模块。制动协调分配模块进行电机制动与制动单元制动之间的制动分配。

步骤5：电机制动。

具体地，电机模块接收到来自中心控制模块2中的制动协调分配模块分配的电机制动请求，响应该电机制动请求进行制动。

步骤6：制动控制单元接收并传递制动请求。

具体地，制动控制单元接收到中心控制模块2中的制动协调分配模块分配的制动请求，并将该制动请求传递给制动执行单元。

步骤7：制动执行单元执行制动请求。

具体地，制动执行单元接收到制动控制单元的制动请求，并执行该制动请求。

当车辆行驶且通过制动踏板模块1进行制动时，若电源7因某种原因断开，此时考虑到车辆上配载单电源，故车辆上中心控制模块2失效，中心控制模块2无法将制动请求分配给电机模块和制动控制单元，致使此时行车制动和电子驻车制动失效。为了满足GB21670对应急制动的法规要求，考虑到电源蓄电池无法给车辆供电，则制动踏板模块1的限位装置开启，踏板总行程变为应急制动行程150mm。此时0-130mm的踏板行程为空行程，当踏板行程超过130mm时，会触发应急制动模块操纵制动模块的杠杆机构来实现应急制动。

详细步骤如下：

步骤1：车辆行驶且通过制动踏板模块1进行制动。

具体地，该车辆在正常行驶，在行驶过程中，驾驶员通过制动踏板模块1进行了制动。

步骤2：判断电源7断开与否。

具体地，若电源7断开，考虑到车辆上配载单电源，车辆上中心控制模块2失效，中心控制模块2无法将制动请求分配给电机制动和制动控制单元，致使此时行车制动和电子驻车制动失效。

步骤3：制动踏板模块1的限位装置开启。

具体地，考虑到电源蓄电池无法给车辆供电，则制动踏板模块的限位装置开启，踏板总行程变为应急制动行程150mm。此时0-130mm的踏板行程为空行程，当踏板行程超过130mm时，此时制动踏板模块1操纵应急制动模块。

步骤4：应急制动模块传递制动力。

具体地，通过放大杠杆放大来自制动踏板模块1的力，拉索传递放大杠杆的力，最终将放大的力传递给制动模块的杠杆机构。

步骤5：杠杆机构进行应急制动。

具体地，制动模块中的杠杆机构得到来自应急制动模块的力进行制动，从而实现制动法规GB21670对应急制动的法规要求。

简要之，当蓄电池正常供电，限位装置关闭，踏板总行程为130mm，通过电信号将制动踏板模块1的制动请求经过一系列处理最终转化为电机和制动模块制动；当蓄电池无法正常供电，限位装置开启，踏板总行程变为150mm，0-130mm的踏板行程为空行程，当踏板行程超过130mm时，此时制动踏板模块1通过应急制动模块直接操纵杠杆机构来实现应急制动，其能量形式是通过将驾驶员的踏板力放大最终转化为制动力，从而实现制动法规对应急制动的要求。

需要说明的是，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，“连接”、“设置”等类似术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明可以有效避免电磁干扰的影响，可靠性更强，安全性更好。

2)本发明无需蓄电池的双备份，节约了双蓄电池所需要的安装空间。

3)本发明可以在无需整车蓄电池双备份的情况下，通过机械应急制动方法满足制动法规中对应急制动的减速度要求。

4)本发明可以适用于不同的车型，通用化程度较高。

以上所述实施例仅是对本发明的进一步说明，并非对本发明做其他形式的限制，本发明还可有其它多种实施例。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的修改和变化，但这些相应的修改和变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子机械制动系统，其特征在于，包括：

制动踏板模块，包括踏板和限位装置，所述踏板发出制动信号，踏板的总行程包括正常制动行程和应急制动行程，应急制动行程大于正常制动行程，所述限位装置连接踏板，控制切换踏板的总行程；

传感器模块，采集车辆动态信号；

中心控制模块，接收并处理所述制动信号和所述车辆动态信号，计算制动力，生成制动控制指令；

制动模块，接收所述制动控制指令，执行车辆制动；

电源，为所述中心控制模块供电；

连接线，将制动踏板模块、传感器模块、制动模块、电源和中心控制模块相互连接；

应急制动模块，分别与制动踏板模块和制动模块机械连接，在踏板启动应急制动行程时执行车辆应急制动，传递制动力。

2.根据权利要求1所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动模块包括杠杆机构，所述杠杆机构连接所述应急制动模块，在所述踏板启动应急制动行程时执行机械应急制动。

3.根据权利要求2所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述应急制动模块包括放大杠杆和拉索；

所述放大杠杆连接所述踏板，在所述踏板启动应急制动行程时放大制动力；

所述拉索分别连接所述放大杠杆和所述杠杆机构，将制动力传递给所述杠杆机构。

4.根据权利要求2所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动模块还包括制动控制单元和制动执行单元；

所述制动控制单元分别连接所述中心控制模块和所述制动执行单元，将所述制动控制指令传递给所述制动执行单元，所述制动执行单元执行车辆制动。

5.根据权利要求4所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动控制单元分别设置在车辆的每个车轮上。

6.根据权利要求1所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述传感器模块包括轮速传感器、横摆角传感器、加速度传感器和方向盘转角传感器；

所述轮速传感器采集车辆轮速信号，所述横摆角传感器采集车辆横摆角信号，所述加速度传感器采集车辆加速度信号，所述方向盘转角传感器采集车辆方向盘转角信号。

7.根据权利要求1所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动踏板模块还包括踏板力传感器，所述踏板力传感器连接所述中心控制模块，采集驾驶员的制动信号并将所述制动信号传递给所述中心控制模块。

8.根据权利要求7所述的电子机械制动系统，其特征在于，还包括电机模块，所述电机模块连接所述中心控制模块，通过车辆的电动机提供制动力。

9.根据权利要求8所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述中心控制模块包括信号处理模块、车辆动态控制模块和制动协调分配模块；

所述信号处理模块分别连接所述踏板力传感器和所述传感器模块，接收、处理并传递所述制动信号和所述车辆动态信号；

所述车辆动态控制模块分别连接所述信号处理模块和所述制动协调分配模块，根据所述制动信号和所述车辆动态信号计算制动力，并将制动力传递给所述制动协调分配模块；

所述制动协调分配模块分别连接所述电机模块和所述制动模块，将制动力分配给所述电机模块和所述制动模块。

10.根据权利要求1所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述电源为蓄电池。