CN203246457U - 基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于汽车制动系统技术领域，具体涉及一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，目的是提供一种前轮采用常规液压制动、后轮采用电子机械式制动的系统。其特征在于：它包括制动踏板（15）、制动踏板位移传感器（16）、储液罐（17）、单腔制动主缸（18）、压力调节器（19）、前轮轮速传感器（20）、第一制动轮缸（21）、第二制动轮缸（22）、后轮轮速传感器（23）、电源（24）、中心控制模块（25）、EMB执行电机控制器（26）和EMB制动器（27）。本实用新型前轮采用常规液压制动，后轮采用电子机械式制动有效地解决了全部采用EMB制动可能存在的可靠性问题和安全隐患。

Description

基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统

技术领域

本实用新型属于汽车制动系统技术领域，具体涉及一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统。

背景技术

由于车辆制动系统的日益重要，车辆制动系统也历经了数次变迁和改进。从最初的皮革摩擦制动到后来出现鼓式、盘式制动器，再到后来出现机械式ABS制动系统，紧接着伴随电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统等等。近年来又兴起了对车辆线控系统（X-by-wire）的研究，线控制动系统（Brake-by-wire）应运而生，由此展开了对电子机械式制动（EMB）的研究。线控制动系统（Brake-by-wire）取消了传统的液压制动管路，由电机驱动制动衬块，具有结构紧凑、反应迅速、制动性能好、维护方便、易于实现主动制动等优点，并且可以通过CAN总线与其他系统进行集中管理和信息分享，或与制动防抱死系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）、电子稳定控制系统（ESC）等多种电子控制装置的集成。

很多厂商和研究机构都针对EMB系统做了一系列研究并申请了相关专利。车辆采用EMB系统后，制动执行机构动态响应快，可以更好地满足ABS、TSC和ESC等电子控制装置对制动器压力调节的要求。因此，配装EMB系统的车辆不仅因制动器的作用时间（即制动初期制动器制动力增长过程所占用的时间）短使得制动距离缩短，而且执行机构动态响应快增强了上述电子控制装置的控制效果。此外，EMB具有主动制动功能，它使得制动器在驾驶员未操作控制装置的情况下也能产生制动作用。主动制动大多数TCS和ESC所必须的，同时也是自适应巡航控制（ACC）、主动避让等驾驶辅助系统所必须的。虽然现有ESC系统的液压控制单元一般含有主动制动功能，但采用EMB可以使主动制动更为迅速。

然而，由于电子机械式制动的可靠性尚有待考证，出于对汽车制动可靠性的考虑，EMB系统并未在量产汽车上推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种前轮采用常规液压制动、后轮采用电子机械式制动（EMB）的基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统。

本实用新型是这样实现的：

一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，包括制动踏板、制动踏板位移传感器、储液罐、单腔制动主缸、压力调节器、前轮轮速传感器、第一制动轮缸、第二制动轮缸、后轮轮速传感器、电源、中心控制模块、EMB执行电机控制器和EMB制动器；其中，制动踏板通过拉杆与单腔制动主缸的活塞连接；制动踏板位移传感器安装在制动踏板上，制动踏板位移传感器的输出端与中心控制模块连接，将采集的位移信号发送给中心控制模块；储液罐的输出端与单腔制动主缸的油液进口连接；单腔制动主缸的油液出口与压力调节器连接；压力调节器还与中心控制模块连接，并分别与左前轮的第一制动轮缸和右前轮的第二制动轮缸连接，压力调节器接收中心控制模块的制动力控制信号，并根据制动力控制信号将单腔制动主缸中的的液压油分别输送给到左前轮的第一制动轮缸和右前轮的第二制动轮缸；第一制动轮缸安装在左前轮车轮内测、第二制动轮缸安装在右前轮内侧，第一制动轮缸和第二制动轮缸分别通过制动钳体与车桥连接，第一制动轮缸和第二制动轮缸在液压油的驱动下为车轮提供制动力；

两个前轮轮速传感器别安装在左前轮和右前轮上，两个后轮轮速传感器分别安装在左后轮和右后轮上；

中心控制模块还与执行电机控制器25和电源连接，中心控制模块接收车轮速度信号和驾驶员制动力信号，对接收的车轮速度信号进行处理，并将得到的压力调节控制信号发送到压力调节器；中心控制模块还对驾驶员制动力信号进行处理，然后将处理得到的执行电机控制信号发送到EMB执行电机控制器；

电源为中心控制模块供电；

EMB执行电机控制器还与EMB制动器连接，它接收中心控制模块的执行电机控制信号并将EMB制动器的反馈信号发送给中心控制模块，EMB执行电机控制器25将接收到的执行电机控制信号处理，得到电机控制信号，并将电机控制信号发送给电机，控制电机的电流和转速，同时也对EMB制动器反馈的制动盘夹紧力信号进行处理得到电机控制信号，并将电机控制信号发送给电机，控制电机的转速以及电机的转向。

如上所述的制动踏板位移传感器采用NOVOtechnik公司的TLH100位移传感器。

如上所述的压力调节器采用瑞立公司的型号为RL35502100180的ABS压力调节器实现。

如上所述的制动钳体采用DISA线式制动钳体。

如上所述的两个前轮轮速传感器和两个后轮轮速传感器均为A9065400117传感器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型前轮采用常规液压制动，后轮采用电子机械式制动（EMB）有效地解决了全部采用EMB制动可能存在的可靠性问题和安全隐患，可充分利用EMB系统具有的制动器作用时间短和动态响应快等优点，并且整个制动系统可方便地实现主动制动。混合制动系统在确保制动系统可靠性的同时，其主动制动功能完全或在很大程度上满足了TCS、ESC和ACC等电子控制装置对主动制动的要求，且后轮EMB系统可部分实现制动辅助（BA）功能：驾驶员遇到紧急情况发生恐慌制动时，尽管制动踏板位移很大且踩踏制动踏板的速度很快，但由于恐慌导致踏板力并不大，从而前轮制动力偏小；但混合制动系统的后轮因采用了EMB制动，后轮制动器可根据制动踏板位移传感器16检测到的制动踏板位移信号快速施加最大的制动力，从而协助驾驶员尽快使车辆减速。与全部车轮采用EMB制动方式相比较，混合制动方式采用较小功率的电机，减小了制动器的尺寸并减小了发热量利于电机散热。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统的结构示意图；

图2为EMB制动器的结构示意图；

图中：1.电机，2.行星齿轮减速机构，3.螺母，4.丝杠，5.滚珠，6.支架，7.制动钳壳体，8.左侧摩擦衬片，9.右侧摩擦衬片，10.制动盘，11.键a，12.键b，13.推力轴承，14.弹性橡胶圈，15.制动踏板，16.制动踏板位移传感器，17.储液罐，18.单腔制动主缸，19.压力调节器，20.前轮轮速传感器，21.第一制动轮缸，22.第二制动轮缸，23.后轮轮速传感器，24.电源，25.中心控制模块，26.EMB执行电机控制器，27.EMB制动器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统做进一步说明：

如图1所示，一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，包括制动踏板15、制动踏板位移传感器16、储液罐17、单腔制动主缸18、压力调节器19、前轮轮速传感器20、第一制动轮缸21、第二制动轮缸22、后轮轮速传感器23、电源24、中心控制模块25、EMB执行电机控制器26和EMB制动器27。制动踏板15通过拉杆与单腔制动主缸18的活塞连接。

制动踏板位移传感器16安装在制动踏板15上，制动踏板位移传感器16的输出端与中心控制模块25连接，制动踏板位移传感器16将采集的位移信号发送给中心控制模块25。制动踏板位移传感器16为成熟产品，在本实施例中，采用NOVOtechnik公司型号为TLH100的产品。储液罐17的输出端与单腔制动主缸18的油液进口连接。单腔制动主缸18的油液出口通过管路与压力调节器19连接。压力调节器19还通过电子线路与中心控制模块25连接，并通过管路分别与左前轮的第一制动轮缸21和右前轮的第二制动轮缸22连接，它接收中心控制模块25的制动力控制信号，并根据制动力控制信号将单腔制动主缸18中的的液压油分别输送给到左前轮的第一制动轮缸21和右前轮的第二制动轮缸22。压力调节器19为现有成熟产品，在本实施例中，压力调节器19采用瑞立公司的型号为RL35502100180的ABS压力调节器实现。第一制动轮缸21安装在左前轮内测，它通过制动钳体与车桥通过导向销连接，它在液压油的驱动下为车轮提供制动力。第二制动轮缸22安装在右前轮内测，它通过制动钳体与车桥通过导向销连接，它在液压油的驱动下为车轮提供制动力。制动钳体为成熟产品，在本实施例中，采用DISA线式制动钳体。两个前轮轮速传感器20别安装在左前轮和右前轮上，两个后轮轮速传感器22分别安装在左后轮和右后轮上，它们为成熟产品，如零件号为A9065400117的博世公司产品，它们可以通过磁通量的变化来产生感应电压，采集车轮的转速信号，然后将轮速信号发送给中心控制模块25。中心控制模块25还与执行电机控制器25和电源24连接，中心控制模块25接收来自前轮轮速传感器20的车轮速度信号和制动踏板位移传感器16采集驾驶员的制动力信号，对接收的车轮速度信号通过逻辑门限值控制算法进行处理，然后将处理得到的压力调节控制信号发送到压力调节器19；中心控制模块25还对驾驶员制动力信号采用模糊PID控制算法进行处理，然后将处理得到的执行电机控制信号发送到EMB执行电机控制器26。EMB执行电机控制器26还与EMB制动器27连接，它接收中心控制模块25的执行电机控制信号，并将EMB制动器27的反馈信号发送给中心控制模块25；EMB执行电机控制器26将从中心控制模块25接收到的执行电机控制信号通过模糊PID控制算法处理得到电机控制信号，并将电机控制信号发送给电机1，控制电机1的电流和转速，同时也对EMB制动器27反馈的制动盘夹紧力信号进行模糊PID控制算法处理得到电机控制信号，并将电机控制信号发送给电机1，控制电机1的转速以及电机的转向。电源24为中心控制模块25供电。

对接收的车轮速度信号通过逻辑门限值控制算法进行处理、对驾驶员制动力信号采用模糊PID控制算法进行处理和对制动盘夹紧力信号进行模糊PID控制算法处理均为现有技术。

如图2所示：EMB制动器27包括电机1、行星齿轮减速机构2、.丝杠4、滚珠5、支架6、制动钳壳体7、左侧摩擦衬片8、右侧摩擦衬片9、制动盘10、键a11、键b12、推力轴承13、弹性橡胶圈14。EMB制动器27安装在两个后车轮的内侧，固定在后车桥上面，是制动执行机构，它通过摩擦片与制动盘的压紧摩擦来实现制动。

滚珠丝杠副包括螺母3、丝杠4和滚珠5；螺母3与制动钳壳体7的内孔为间隙配合，两者通过键a11连接以阻止螺母3转动，弹性橡胶圈14安装在螺母3外侧、制动钳壳体7内侧的凹槽内，阻止不制动工况下螺母3相对于制动钳壳体7的轴向窜动。丝杠4采用空心的丝杠。支架6为带有底座的圆筒状，在底座上设有与圆筒同轴心的环状凸起，它的底部外侧通过螺栓固定在制动钳壳体7上；它的顶部安装在丝杠4内部、套装在行星齿轮减速机构2外侧并通过螺钉将行星齿轮减速机构2固定，电机1通过螺钉与其底部固定连接，推力轴承13采用过盈配合固定安装在其底座外部的环状凸起内部。行星齿轮减速机构2的输出轴与丝杠4左端以键b12连接来传递扭矩；电机1转子的输出端与行星齿轮减速机构2的太阳轮采用过盈配合。电机1、行星齿轮减速机构2、制动钳壳体7、摩擦衬片8、制动盘10、弹性橡胶圈14均为现有成熟产品，可从市场上购得。制动钳壳体7、左侧摩擦衬片8，右侧摩擦衬片9和制动盘10的位置关系，以及滚珠丝杠副内螺母3、丝杠4和滚珠5的位置关系均为现有技术。在实施制动时，电机1转子输出的动力经行星齿轮减速机构2减速增加扭矩后传给丝杠4。丝杠4转动，螺母3轴向移动，向左推动右侧摩擦衬片9向制动盘10靠近，直至右侧制动间隙消除。此后螺母3既不能平动，且在键b12的约束下也不能转动，迫使丝杠4转动的同时向右轴向移动挤压推力轴承12，并带动支架6连同制动钳壳体7向右移动，左侧摩擦衬片8向制动盘10靠近至左侧制动间隙消除。此后两侧摩擦衬片同时压紧在制动盘10上从而实施制动。在解除制动时，电机1的转子反转，螺母3和丝杆4反向移动，两侧摩擦衬片与制动盘10松开，制动解除。后轮制动钳块内置压力传感器，它检测到的制动盘夹紧力信号并将其发送给EMB执行电机控制器26，并由EMB执行电机控制器26发送至中心控制模块25。压力传感器为成熟产品，在本实施例中，如博世公司的型号为BOSCH-REXROTH的产品

在实施常规制动时，前、后轮以不同的方式分别完成相应制动器的制动过程。

前轮制动过程如下：驾驶员踩下制动踏板15后，制动液由制动主缸18经压力调节器19输送到前轮制动轮缸21施加制动力；通过前轮轮速传感器20检测车轮转速并将轮速信号传递给中心控制模块25。中心控制模块25对车轮速度信号通过逻辑门限值控制算法处理得到压力调节控制信号，然后将压力调节控制信号发送到压力调节器19。压力调节器19在压力调节信号的控制下实施对前轮制动轮缸21油压的调节，实现前轮制动。

后轮制动过程如下：

驾驶员踩下制动踏板15后，位移传感器16将制动踏板位移信号传递到中心控制模块25。中心控制模块25对接收的信号采用模糊PID控制算法进行处理，计算出每个车轮的目标制动力，并将上述目标制动力作为执行电机控制信号发送给EMB执行电机控制器26。EMB执行电机控制器26通过模糊PID控制算法控制电机的输出，所输出的力矩通过EMB制动器27内传动装置转换为制动盘夹紧力，同时EMB执行电机控制器也对EMB制动器27反馈的制动盘夹紧力信号进行模糊PID控制算法处理得到电机控制信号，并将电机控制信号发送给电机，控制电机的输出，进而实现后轮制动。

本实用新型前轮采用常规液压制动，后轮采用电子机械式制动（EMB）有效地解决了全部采用EMB制动可能存在的可靠性问题和安全隐患，可充分利用EMB系统具有的制动器作用时间短和动态响应快等优点，并且整个制动系统可方便地实现主动制动。混合制动系统在确保制动系统可靠性的同时，其主动制动功能完全或在很大程度上满足了TCS、ESC和ACC等电子控制装置对主动制动的要求，且后轮EMB系统可部分实现制动辅助（BA）功能：驾驶员遇到紧急情况发生恐慌制动时，尽管制动踏板位移很大且踩踏制动踏板的速度很快，但由于恐慌导致踏板力并不大，从而前轮制动力偏小；但混合制动系统的后轮因采用了EMB制动，后轮制动器可根据制动踏板位移传感器16检测到的制动踏板位移信号快速施加最大的制动力，从而协助驾驶员尽快使车辆减速。与全部车轮采用EMB制动方式相比较，混合制动方式采用较小功率的电机，减小了制动器的尺寸并减小了发热量利于电机散热。

Claims (5)

1.一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，其特征在于：它包括制动踏板（15）、制动踏板位移传感器（16）、储液罐（17）、单腔制动主缸（18）、压力调节器（19）、前轮轮速传感器（20）、第一制动轮缸（21）、第二制动轮缸（22）、后轮轮速传感器（23）、电源（24）、中心控制模块（25）、EMB执行电机控制器（26）和EMB制动器（27）；其中，制动踏板（15）通过拉杆与单腔制动主缸（18）的活塞连接；制动踏板位移传感器（16）安装在制动踏板（15）上，制动踏板位移传感器（16）的输出端与中心控制模块（25）连接，将采集的位移信号发送给中心控制模块（25）；储液罐（17）的输出端与单腔制动主缸（18）的油液进口连接；单腔制动主缸（18）的油液出口与压力调节器（19）连接；压力调节器（19）还与中心控制模块（25）连接，并分别与左前轮的第一制动轮缸（21）和右前轮的第二制动轮缸（22）连接，压力调节器（19）接收中心控制模块（25）的制动力控制信号，并根据制动力控制信号将单腔制动主缸（18）中的的液压油分别输送给到左前轮的第一制动轮缸（21）和右前轮的第二制动轮缸（22）；第一制动轮缸（21）安装在左前轮车轮内测、第二制动轮缸（22）安装在右前轮内侧，第一制动轮缸（21）和第二制动轮缸（22）分别通过制动钳体与车桥连接，第一制动轮缸（21）和第二制动轮缸（22）在液压油的驱动下为车轮提供制动力；

两个前轮轮速传感器（20）别安装在左前轮和右前轮上，两个后轮轮速传感器（23）分别安装在左后轮和右后轮上；

中心控制模块（25）还与EMB执行电机控制器（26）和电源（24）连接，中心控制模块（25）接收车轮速度信号和驾驶员制动力信号，对接收的车轮速度信号进行处理，并将得到的压力调节控制信号发送到压力调节器（19）；中心控制模块（25）还对驾驶员制动力信号进行处理，然后将处理得到的执行电机控制信号发送到EMB执行电机控制器（26）；

电源（24）为中心控制模块（25）供电；

EMB执行电机控制器（26）还与EMB制动器（27）连接，它接收中心控制模块（25）的执行电机控制信号并将EMB制动器（27）的反馈信号发送给中心控制模块（25），EMB执行电机控制器（26）将接收到的执行电机控制信号处理，得到电机控制信号，并将电机控制信号发送给电机（1），控制电机（1）的电流和转速，同时也对EMB制动器（27）反馈的制动盘夹紧力信号进行处理得到电机控制信号，并将电机控制信号发送给电机（1），控制电机（1）的转速以及电机（1）的转向。

2.根据权利要求1所述的一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，其特征在于：所述的制动踏板位移传感器（16）采用NOVOtechnik公司的TLH100位移传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，其特征在于：所述的压力调节器（19）采用瑞立公司的型号为RL35502100180的ABS压力调节器（19）实现。

4.根据权利要求1所述的一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，其特征在于：所述的制动钳体采用DISA线式制动钳体。

5.根据权利要求1所述的一种基于液压制动与电子机械式制动的车辆混合制动系统，其特征在于：所述的两个前轮轮速传感器（20）和两个后轮轮速传感器（23）均为A9065400117传感器。

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