CN210454786U - 具有驻车制动功能的双回路自主制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有驻车制动功能的双回路自主制动系统，包括电源、制动控制器、制动器组以及相同结构的第一电动缸和第二电动缸。所述电动缸内部采用行星齿轮减速机构与螺杆副传动机构，其传递扭矩大，除了实现自主制动功能外，还具有驻车制动功能。本实用新型设置两个相互独立的电液自主制动回路，所述第一电动缸与设置于汽车上的第一车轮制动器组相连通形成第一制动回路，所述第二电动缸与设置于汽车上的第二车轮制动器组相连通形成第二制动回路，提高了制动系统的可靠性。本实用新型还公开了上述双回路制动系统的控制方法。该制动系统结构简单、成本低、制动响应快、可靠性高、失效防护能力强。

Description

具有驻车制动功能的双回路自主制动系统

技术领域

本实用新型涉及汽车制动系统技术领域，具体涉及一种具有驻车制动功能的双回路自主制动系统。

背景技术

汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。传统汽车的液压制动系统都由驾驶人通过踩下制动踏板施加制动压力于各车轮制动器的轮缸，从而实现制动并使车辆减速。高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统要求制动系统能够对车辆实施自主制动，即在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮施加制动。目前可实施自主制动的制动系统大多采用电动助力，并保留了制动踏板等制动操纵装置。

但是，对于无人车来说，无需再设置制动操纵装置。除行车制动外，无人物流车等自动驾驶车辆当然也需要驻车制动。现有的各类机动车辆大多配置了行车制动系统与驻车制动系统两套系统，其结构和相应的控制都比较复杂、成本较高。

对于行车的自主制动和驻车制动来说，还要求一定的实际应用的可靠性，具备一定的失效保护功能，而现有的为ADS开发的自主制动系统缺乏失效防护功能，安全性能较低。

因此，如何设计出结构简单、使用可靠、成本较低且同时满足行车与驻车制动需要的制动装置是机动车辆自动驾驶系统亟待解决的问题。

实用新型内容

为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种结构简单、使用可靠、成本较低的具有驻车制动功能的双回路自主制动系统。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案如下：

一种具有驻车制动功能的双回路自主制动系统及制动方法，该系统同时具备自主制动、驻车功能及失效保护功能，主要包括制动控制器、电源、制动器组以及第一和第二电动缸。

所述第一电动缸与第二电动缸的结构相同，每个所述电动缸包括主缸壳体、螺杆壳体和电机，所述主缸壳体、螺杆壳体密封连接，所述电机在所述螺杆壳体远离主缸壳体一侧；在所述主缸壳体内滑动设置有一活塞，所述活塞的前端与主缸壳体之间形成第一腔体D；活塞中部的外周面向内凹陷，使其中部与主缸壳体之间形成第二腔体A；活塞的后端面中部向内凹陷形成有一内孔；一复位弹簧设置在所述第一腔体D内，复位弹簧的两端分别连接所述主缸壳体和活塞；在所述主缸壳体上开设有：连通储液罐与所述第一腔体D的补偿孔C、连通储液罐与所述第二腔体A的供液孔B以及连通所述第一腔体D与相应的车轮制动器的排液孔 E；在活塞的前端面上安装有用于封闭或开启所述补偿孔C的皮碗，在初始状态下，所述皮碗位于所述补偿孔C和所述供液孔B之间；在所述螺杆壳体内设置有螺杆副和行星齿轮减速机构，所述螺杆副包括由轴承支撑的螺杆和由限位结构限位的螺母，在初始状态下，所述螺杆的前端伸入主缸活塞后端的所述内孔内，且螺杆的前端面与所述内孔之间预留有间隙，可将所述电机的扭矩转换成螺母的推力，推动活塞轴向移动，产生制动压力；所述电机经所述行星齿轮减速机构向所述螺杆提供旋转动力；所述电源为所述制动控制器提供动力；所述第一电动缸与第二电动缸的电机分别与所述制动控制器电连接；所述制动器组包括第一车轮制动器组和第二车轮制动器组；所述第一电动缸与设置于汽车上的第一车轮制动器组相连通形成第一制动回路，所述第二电动缸与设置于汽车上的第二车轮制动器组相连通形成第二制动回路；所述制动控制器根据电控系统的控制信号对所述电机的动作进行控制，进而对相应的制动回路的制动压力进行控制。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一车轮制动器组包括右前制动器和左前制动器，所述第二车轮制动器组包括右后制动器和左后制动器，所述第一电动缸的第一腔体的制动液经排液孔、制动管路分别传输至所述右前制动器和左前制动器；所述第二电动缸的第一腔体的制动液经排液孔、制动管路分别传输至所述右后制动器和左后制动器，即形成H型回路。

在本实用新型的另一个实施例中，所述第一车轮制动器组包括左前制动器与右后制动器，所述第二车轮制动器组包括左后制动器与右前制动器，所述第一电动缸的第一腔体的制动液经排液孔、制动管路分别传输至所述左前制动器与右后制动器；所述第二电动缸的第一腔体的制动液经排液孔、制动管路分别传输至所述左后制动器与右前制动器，即X型回路。

所述活塞的前端面向前凸出，形成有第一和第二环形台阶，在所述第一环形台阶上设置有弹簧座，所述皮碗安装在第二环形台阶上，所述复位弹簧的一端连接在所述主缸壳体的内壁上，另一端连接在所述弹簧座上。

另外，在第二腔体内远离复位弹簧一端，在活塞壁面与主缸壳体内壁之间设有一皮碗，用于防止该腔体内的制动液泄漏至螺杆壳体内。

所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、3个行星轮、与所述螺杆壳体固装的内齿圈、3个圆柱销以及行星架，所述太阳轮与所述电机的输出轴过盈连接；3个行星轮在太阳轮的圆周方向均布并与其啮合，同时，3个行星轮均与内齿圈啮合；所述行星架通过圆柱销与行星轮连接，并经平键与螺杆连接。

所述内齿圈的外周面上形成有凸台，所述凸台的两侧分别形成有环形台阶，凸台的一侧连接所述螺杆壳体远离主缸壳体一端，另一侧连接所述电机，所述凸台两侧的环形台阶的形状分别与所述螺杆壳体的端面和电机的端面形状相适应，三者通过螺栓紧固，并通过密封结构密封连接。

所述螺杆由一对轴承支承在所述螺杆壳体内，一挡圈用于轴承的轴向定位，一衬筒用于轴承位置调整；至少两个定位销穿过所述螺母上形成的圆孔，并分别插入所述螺杆壳体上形成的圆孔内，用于限制螺母绕轴向转动。

优选的的是，所述主缸壳体和所述螺杆壳体通过螺栓紧固，两者之间通过一密封圈密封连接。

采用上述双回路制动系统的制动方法，包括以下制动控制：

自主制动控制：当系统无故障且所述制动控制器检测到车辆的其他的电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器根据自主制动请求的制动减速度的大小计算出所述第一电动缸与第二电动缸的电机的目标转矩，并控制所述电机输出转矩，所述电机推动所述活塞，从而在各车轮制动器产生制动力矩，完成自主制动；

驻车制动控制：若制动控制器检测到系统有驻车请求，则所述制动控制器驱动所述电动缸的电机，输出一定的驻车所需的制动压力，然后所述电机断电，此时制动压力会反作用于所述螺杆，由于所述螺杆与所述螺母的自锁作用，所述螺杆无法向后平移，此时各电动缸保持输出压力，实现驻车；

失效防护制动控制：当所述制动控制器检测到其中一个制动回路出现故障且其他电控系统出现自主制动请求时，所述制动控制器根据制动请求的制动减速度大小计算出未失效的制动回路所需的制动力，并换算成所述电机的目标转矩，然后控制所述电机输出转矩，完成失效防护制动。

所述制动控制器还可以连接至汽车的其他电控系统，例如ADAS或ADS等能发出自主制动请求的电控系统。

在本实用新型中，所述制动控制器根据接收到的来自其它电控系统的制动请求计算出各车轮的目标制动力，进一步计算出第一电动缸和第二电动缸各自电机的目标转矩，然后分别向该两个电机发出转矩命令，从而对前、后车轮实施自主制动；或者当制动控制器检测到系统出现一个制动回路失效时，可以通过对未失效制动回路的电机施加比系统正常工作时更大的目标转矩以实施失效防护制动。

本实用新型的集制动及驻车功能的双回路制动系统及制动控制方法能满足无人物流配送车等自动驾驶车辆的自主制动、驻车及失效保护需求。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型电动缸装置内部传动装置采用行星齿轮传动与螺杆传动结构，增大了传动比，电机传递至螺母的扭矩增大，螺母产生的推力越大，产生的制动压力也更大；

2.本实用新型的双回路自主制动系统可实现自主制动与驻车功能的集成，满足无人物流配送车等自动驾驶车辆的自主制动与驻车的要求，其结构简单、成本低、布置方便；

3.本实用新型因采用两个相互独立且互为冗余的电液自主制动回路，故制动系统的可靠性高、失效防护能力强。

4.本实用新型的电动缸装置由电机经传动装置直接驱动电动缸活塞，建压时间短、制动响应快；

5.本实用新型电动缸装置采用螺杆副推动活塞进行制动，当电机停电时，螺杆副自锁，可实现驻车功能。

附图说明

图1为本实用新型双回路制动系统中电动缸装置的结构示意图；

图2为本实用新型双回路制动系统一个实施例的组成示意图(H型回路)；

图3为本实用新型双回路制动系统一个实施例的组成示意图(X型回路)。

其中：

1a-第一电动缸； 1b-第二电动缸； 2-制动控制器； 3-电源； 4-左前制动器；

5-右前制动器； 6-右后制动器； 7-左后制动器； 101-电机； 102-太阳轮；

103-行星轮； 104-内齿圈； 105-圆柱销； 106-行星架； 107-平键；

108-螺栓； 109-螺杆壳体； 110-轴承； 111-挡圈； 112-定位销；

113-密封圈； 114-螺母； 115-螺杆； 116-螺栓； 117-皮碗；

118-主缸壳体； 119-活塞； 120-皮碗； 121-弹簧座； 122-复位弹簧；

123-储液罐； 124-衬筒 A-第二腔体； B-供液孔； C-补偿孔；

D-第一腔体； E-排液孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

本实用新型的含驻车制动功能的双回路自主制动系统及制动方法主要包括制动控制器2、电源3、制动器组和与所述制动控制器2电连接的第一电动缸1a与第二电动缸1b。所述第一电动缸1a与设置于汽车上的第一车轮制动器组相连通形成第一制动回路，所述第二电动缸 1b与设置于汽车上的第二车轮制动器组相连通形成第二制动回路。由于两个制动回路的存在，使得两个制动回路的制动车轮互不相干，可以根据不同的车轮提供相应的制动力，实现制动力的合理分配。同时当一个回路出现故障时，另一条回路依然具有制动的能力，两条制动回路互为冗余。

参照图1，所述第一电动缸1a与第二电动缸1b的结构相同，均包括两个内部形成圆柱形空腔且连接在一起的壳体，即主缸壳体118和螺杆壳体109，以及电机101。电机101设置在螺杆壳体109远离主缸壳体118一侧。所述电机101与所述制动控制器2电连接。

所述主缸壳体118内滑动设置有活塞119，活塞119的前端面向前凸出，形成有第一和第二环形台阶，活塞119的前端与主缸壳体118之间形成第一腔体D；活塞119中部的外周面向内凹陷，使活塞119中部与主缸壳体118之间形成第二腔体A；活塞119的后端面中部向内凹陷形成有内孔。

在第一腔体D内设置有复位弹簧122，在第一环形台阶上设置有弹簧座121，在第二环形台阶上安装有皮碗120。所述复位弹簧122的一端连接在主缸壳体118的内壁上，另一端连接在弹簧座121上。

在所述主缸壳体118上还开设有：连通储液罐123与所述第一腔体D的补偿孔C、连通储液罐123与所述第二腔体A的供液孔B以及连通所述第一腔体D与相应的车轮制动器的排液孔E，所述排液孔E通过连接管道连接至相应制动管路的车轮制动器的轮缸。

当所述复位弹簧122处于预压状态时，所述皮碗120位于所述补偿孔C和所述供液孔B 之间。皮碗120随着活塞119移动，可以实现对补偿孔C的开启和关闭。这里的预压状态是指复位弹簧122不受力时，其所在位置处于的一种初始状态。

在第二腔体A内远离复位弹簧122一端，在活塞119与主缸壳体118之间设有一皮碗117，用于防止该腔体内的制动液泄漏至螺杆壳体109内。

在所述螺杆壳体109内设置有螺杆副和行星齿轮减速机构。所述螺杆副包括螺杆115和螺母114，在初始状态下，螺杆115的前端伸入主缸活塞119后端的内孔内，且螺杆115的前端面与所述内孔之间预留较小的间隙，以确保在无制动需求时螺杆不受液压力作用。所述行星齿轮减速机构主要由太阳轮102、3个行星轮103、与螺杆壳体109固装的内齿圈104、3 个圆柱销105以及行星架106组成。

所述内齿圈104的外周面上形成有凸台，所述凸台的两侧分别形成有环形台阶，凸台的一侧连接螺杆壳体109，另一侧连接电机101，凸台两侧环形台阶的形状分别与螺杆壳体109 的端面和电机101的端面形状相适应，三者通过螺栓108紧固，实现固定约束，并通过密封结构密封连接。所述太阳轮102与电机101的输出轴过盈连接；3个行星轮103在太阳轮102 的圆周方向均布并与其啮合，同时，3个行星轮103均与内齿圈104啮合。电机101的驱动扭矩直接传递给太阳轮102，经行星轮103、圆柱销105带动行星架106转动，进而通过平键107带动螺杆115转动，最终将电机扭矩传递给螺杆副。所述电机101与所述制动控制器2 电连接。

所述螺杆壳体109内形成有两级环形台阶，一对轴承110安装在靠近行星齿轮减速机构一侧的环形台阶处；螺杆副中的螺母114安装在另一环形台阶处，且在该环形台阶朝向主缸壳体118的一侧上形成有圆孔。螺杆115由一对轴承110支承。挡圈111安装在轴承110靠近螺母114一侧，用于轴承110的轴向定位并限制螺母114的轴向移动；衬筒124安装在两个轴承之间，通过衬筒124的厚度大小配合调整轴承110的安装位置；主缸壳体118与螺杆壳体109通过螺栓116紧固，紧固后位于两者之间的密封圈113被压紧在接合面处，起密封作用；两个定位销112穿过螺母114上形成的圆孔，分别插入螺杆壳体109环形台阶上的圆孔内，与壳体结为一体，限制螺母114绕轴向转动，使其只能沿轴向平动。电机扭矩传递给螺杆副，带动螺杆115转动，螺母114轴向移动，推动活塞119，输出制动压力。

所述制动控制器2还连接至汽车的其他电控系统。其他电控系统为ADAS或ADS等能发出自主制动请求的电控系统。

所述制动器组包括第一车轮制动器组和第二车轮制动器组。

两个制动回路与车轮的连接方式可以有多种。参照图2，作为其中一种方式，所述第一车轮制动器组包括右前制动器5和左前制动器4，所述第二车轮制动器组包括右后制动器6 和左后制动器7，所述第一电动缸1a分别与汽车的两个前轮制动器连接，所述第二电动缸1b 分别与汽车的两个后轮制动器连接，即形成H型回路。

参照图3，作为第二种方式，所述第一车轮制动器组包括左前制动器4与右后制动器6，所述第二车轮制动器组包括左后制动器7与右前制动器5，所述第一电动缸1a分别与汽车的左前制动器4和右后制动器6连接，所述第二电动缸1b分别与汽车的右前制动器和左后制动器连接，即X型回路。这两种形式的回路均可达到本实用新型的目的。

在本实用新型中，所述制动控制器2根据接收到的来自其它电控系统的制动请求计算出各车轮的目标制动力，进一步计算出第一电动缸1a和第二电动缸1b各自电机101的目标转矩，然后分别向该两个电机发出转矩命令，从而对前、后车轮实施自主制动；或者当制动控制器2检测到系统出现一个制动回路失效时，可以通过对未失效制动回路的电机施加比系统正常工作时更大的目标转矩以实施失效防护制动。

下面对本实用新型的采用上述双回路制动系统的制动方法进行说明：

自主制动控制：当系统无故障且所述制动控制器2检测到车辆的其他的电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器2根据自主制动请求的制动减速度的大小计算出所述第一电动缸1a与第二电动缸1b的电机101的目标转矩，并控制所述电机101输出转矩，所述电机101 推动所述活塞112，从而在各车轮制动器产生制动力矩，完成自主制动；

驻车制动控制：若制动控制器检测到系统有驻车请求，则所述制动控制器2驱动所述电动缸的电机101，输出一定的驻车所需的制动压力，然后所述电机101断电，此时制动压力会反作用于所述螺杆115，由于所述螺杆115与所述螺母114的自锁作用，所述螺杆115 无法向后平移，此时各电动缸保持输出压力，实现驻车；

失效防护制动控制：当一个制动回路出现故障时，系统工作于失效防护制动控制。若制动控制器2检测到系统出现一个制动回路失效时，且接收到来自其它电控系统的制动请求，则首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给未失效制动回路的各车轮，然后控制未失效制动回路的电机101输出目标转矩，从而实现失效防护制动。在确定失效防护制动控制下各车轮的目标制动力时，不应超出相应电机的最大转矩，或根据具体的实施例并参照相关法规要求确定。

失效防护制动控制的制动解除与自主制动模式相同。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有驻车制动功能的双回路自主制动系统，其特征在于：包括制动控制器(2)、电源(3)、制动器组以及第一和第二电动缸(1a、1b)，

每个所述电动缸包括主缸壳体(118)、螺杆壳体(109)和电机(101)，所述主缸壳体(118)、螺杆壳体(109)密封连接，所述电机(101)在所述螺杆壳体(109)远离主缸壳体(118)一侧；

在所述主缸壳体(118)内滑动设置有一活塞(119)，所述活塞(119)的前端与主缸壳体(118)之间形成第一腔体D；活塞(119)中部的外周面向内凹陷，使其中部与主缸壳体(118)之间形成第二腔体A；活塞(119)的后端面中部向内凹陷形成有一内孔；一复位弹簧(122)设置在所述第一腔体D内，复位弹簧(122)的两端分别连接所述主缸壳体(118)和活塞(119)；

在所述主缸壳体(118)上开设有：连通储液罐(123)与所述第一腔体D的补偿孔C、连通储液罐(123)与所述第二腔体A的供液孔B以及连通所述第一腔体D与相应的车轮制动器的排液孔E；

在活塞(119)的前端面上安装有用于封闭或开启所述补偿孔C的皮碗(120)，在初始状态下，所述皮碗(120)位于所述补偿孔C和所述供液孔B之间；

在所述螺杆壳体(109)内设置有螺杆副和行星齿轮减速机构，所述螺杆副包括由轴承支撑的螺杆(115)和由限位结构限位的螺母(114)，在初始状态下，所述螺杆(115)的前端伸入主缸活塞(119)后端的所述内孔内，且螺杆(115)的前端面与所述内孔之间预留有间隙；

所述电机经所述行星齿轮减速机构向所述螺杆(115)提供旋转动力；

所述电源(3)为所述制动控制器(2)提供动力；

所述第一电动缸(1a)与第二电动缸(1b)的电机(101)分别与所述制动控制器(2)电连接；

所述制动器组包括第一车轮制动器组和第二车轮制动器组；

所述第一电动缸(1a)与设置于汽车上的第一车轮制动器组相连通形成第一制动回路，所述第二电动缸(1b)与设置于汽车上的第二车轮制动器组相连通形成第二制动回路；

所述制动控制器(2)根据电控系统的控制信号对所述电机(101)的动作进行控制，进而对相应的制动回路的制动压力进行控制。

2.根据权利要求1所述的双回路自主制动系统，其特征在于：所述第一车轮制动器组包括右前制动器(5)和左前制动器(4)，所述第二车轮制动器组包括右后制动器(6)和左后制动器(7)，

所述第一电动缸(1a)的第一腔体(D)的制动液经排液孔(E)、制动管路分别传输至所述右前制动器(5)和左前制动器(4)；所述第二电动缸(1b)的第一腔体(D)的制动液经排液孔(E)、制动管路分别传输至所述右后制动器(6)和左后制动器(7)。

3.根据权利要求1所述的双回路自主制动系统，其特征在于：所述第一车轮制动器组包括左前制动器(4)与右后制动器(6)，所述第二车轮制动器组包括左后制动器(7)与右前制动器(5)，

所述第一电动缸(1a)的第一腔体(D)的制动液经排液孔(E)、制动管路分别传输至所述左前制动器(4)与右后制动器(6)；所述第二电动缸(1b)的第一腔体(D)的制动液经排液孔(E)、制动管路分别传输至所述左后制动器(7)与右前制动器(5)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的双回路自主制动系统，其特征在于：所述活塞(119)的前端面向前凸出，形成有第一和第二环形台阶，在所述第一环形台阶上设置有弹簧座(121)，所述皮碗(120)安装在第二环形台阶上，所述复位弹簧(122)的一端连接在所述主缸壳体(118)的内壁上，另一端连接在所述弹簧座(121)上。

5.根据权利要求4所述的双回路自主制动系统，其特征在于：在第二腔体A内远离复位弹簧(122)一端，在活塞(119)壁面与主缸壳体(118)内壁之间设有一皮碗(117)，用于防止该腔体内的制动液泄漏至螺杆壳体(109)内。

6.根据权利要求5所述的双回路自主制动系统，其特征在于：所述行星齿轮减速机构包括太阳轮(102)、3个行星轮(103)、与所述螺杆壳体(109)固装的内齿圈(104)、3个圆柱销(105)以及行星架(106)，所述太阳轮(102)与所述电机(101)的输出轴过盈连接；3个行星轮(103)在太阳轮(102)的圆周方向均布并与其啮合，同时，3个行星轮(103)均与内齿圈(104)啮合；所述行星架(106)通过圆柱销(105)与行星轮(103)连接，并经平键(107)与螺杆(115)连接。

7.根据权利要求6所述的双回路自主制动系统，其特征在于：所述内齿圈(104)的外周面上形成有凸台，所述凸台的两侧分别形成有环形台阶，凸台的一侧连接所述螺杆壳体(109)远离主缸壳体(118)一端，另一侧连接所述电机(101)，所述凸台两侧的环形台阶的形状分别与所述螺杆壳体(109)的端面和电机(101)的端面形状相适应，三者通过螺栓(108)紧固，并通过密封结构密封连接。

8.根据权利要求7所述的双回路自主制动系统，其特征在于：所述螺杆(115)由一对轴承(110)支承在所述螺杆壳体(109)内，一挡圈(111)用于轴承(110)的轴向定位，一衬筒(124)用于配合两轴承的安装；至少两个定位销(112)穿过所述螺母(114)上形成的圆孔，并分别插入所述螺杆壳体(109)上形成的圆孔内，用于限制螺母(114)绕轴向转动；所述电机(101)的扭矩传递给螺杆副，带动螺杆(115)转动，螺母(114)轴向移动，推动活塞(119)，输出制动压力。

9.根据权利要求8所述的双回路自主制动系统，其特征在于：所述主缸壳体(118)和所述螺杆壳体(109)通过螺栓(116)紧固，两者之间通过一密封圈(113)密封连接。

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