CN210971028U - 一种具有失效冗余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失效冗余功能的双回路自主制动系统，包括电动缸、制动管路、储能装置、制动控制器、电源和故障指示灯等。本实用新型通过设置两个相互独立且互为冗余的电液自主制动回路分别对两个车轮制动器组实施制动的模式，提高制动系统的可靠性；另一方面，通过设置储能装置，无人驾驶的车辆正常制动时，该装置依靠电机输出扭矩压缩弹簧储存能量；当无人驾驶的汽车因故障导致整车电源失效，该装置电机因无法供电而无法输出扭矩，在压缩弹簧的回位力作用下挤压油缸残余制动液，产生制动压力实现制动。本实用新型的装置优点在于：免人力制动操纵装置、制动响应快、系统结构简单、可靠性高、成本低，其满足自主制动失效的时制动的要求。

Description

一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统

技术领域

本实用新型属于自动驾驶汽车制动系统技术领域，特别是涉及一种能够实现自主制动失效冗余的双回路电液自主制动系统。

背景技术

汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。汽车制动系统一般采用相互独立的双回路结构，以保证一个回路发生故障而失效时另一回路仍能继续起制动作用，提高行车制动的可靠性。随着汽车无人化方向的发展，高级驾驶辅助系统 (ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统所要求的自主制动(所谓“自主制动”，是指在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮所施加的制动)市场需求越来越明显，且随着无人物流配送车的发展，不再需要制动操纵装置、适用于ADS的自主制动系统已经提上议事日程。

线控制动系统因取消了传统制动系统的机械连接，具有结构更简单、控制更灵活、响应时间更短、制动性能更好、维护简单等优点。目前已经提出的线控制动系统主要包括电子液压制动系统(EHB)和电子机械式制动系统(EMB) 等。从功能上看，线控制动系统可方便地实现自主制动，以满足智能汽车系统对制动的要求。

但是线控制动系统严重依赖汽车的电源，电源一旦出现故障或没电了，自主制动系统就会失效，此时车辆仍然具有一定车速的情况下，就会造成严重的交通事故。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种利用储能弹簧装置的双回路电液自主制动系统，能够免人力制动操纵以自主制动失效冗余，实现无人车断电时提供制动失效备份的功能。

为达到上述目的，本实用新型提供一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，包括电源和制动控制器，其特征在于：

还包括分别与所述制动控制器电连接的第一电动缸以及第二电动缸，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，所述第一制动回路上设置有分别与所述第一电动缸以及第一车轮制动器组相连通的第一储能装置，所述第二制动回路上设置有分别与所述第二电动缸以及第二车轮制动器组相连通的第二储能装置；

所述第一储能装置与所述第二储能装置结构相同，均包括第一壳体、滑动设置于所述第一壳体内的活塞、与所述活塞配合的弹性件以及用于驱动所述活塞滑动的第一电机，所述活塞与所述第一壳体的内侧壁之间形成有油腔与第二腔体，所述第一储能装置的油腔与所述第一电动缸以及所述第一车轮制动器组相连通，所述第二储能装置的油腔与所述第二电动缸以及所述第二车轮制动器组相连通，所述第一电机通过导线与所述制动控制器连接。

较佳的，所述第一储能装置与所述第二储能装置均包括与所述第一电机的输出轴连接的齿轮组件以及与所述齿轮组件连接的传动部件；所述传动部件与所述活塞连接；所述齿轮组件包括与所述第一电机的输出轴过盈配合的第一齿轮、与所述第一齿轮啮合的双联齿轮以及与所述双联齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮所述传动部件连接。

较佳的，所述传动部件包括滚珠丝杠装置，所述滚珠丝杠装置具有丝母、丝杠和储能钢球，所述丝母通过一对储能轴承支承在所述第一壳体内；

所述第二齿轮固定套接在所述丝母上，所述双联齿轮的大齿轮与所述第一齿轮啮合，所述双联齿轮的小齿轮与所述第二齿轮啮合。

较佳的，所述活塞与的一端与所述丝杠相连，所述弹性件设置在所述活塞与所述丝母之间；所述活塞另一端的端面与所述第一壳体形成所述油腔；所述油腔的侧壁分别开设有进油孔与出油孔；

所述第一储能装置的所述进油孔通过制动管路与所述第一电动缸连通，所述第一储能装置的所述出油孔通过制动管路与所述第一车轮制动器组连通；所述第二储能装置的所述进油孔通过制动管路与所述第二电动缸连通，所述第二储能装置的所述出油孔通过制动管路与所述第二车轮制动器组连通。

较佳的，所述弹性件为弹簧。

较佳的，所述活塞的外圆环槽中设置有与所述进油孔配合的皮碗。较佳的，所述第一车轮制动器组包括两个前轮制动器，所述第二车轮制动器组包括两个后轮制动器；或所述第一车轮制动器组包括两个后轮制动器，所述第二车轮制动器组包括两个前轮制动器；

或所述第一车轮制动器组包括左前轮制动器与右后轮制动器，所述第二车轮制动器组包括左后轮制动器和右前轮制动器；或所述第一车轮制动器组包括左后轮制动器和右前轮制动器，所述第二车轮制动器组包括左前轮制动器与右后轮制动器。

较佳的，所述第一电动缸和第二电动缸结构相同，均包括第二电机、与所述第二电机连接的壳体以及与所述壳体连接的电动缸缸体。

较佳的，所述第二电机通过联轴器与滚丝螺母联接，所述滚丝螺母与丝杆和钢球构成的滚珠丝杆副由一对轴承支承在壳体内。

较佳的，通过螺栓与所述丝杆联接的电动缸活塞滑动设置于所述电动缸缸体内。

较佳的，所述电动缸缸体上分别开设有补偿孔、供液孔和排液孔；所述补偿孔和供液孔与电动缸储液罐连接，所述排液孔通过制动管路与所述第一车轮制动器组连接。

较佳的，所述制动控制器与制动灯开关和故障指示灯电连接。

相较于现有技术，本实用新型的优点在于：

1.本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统控制简单、制动响应快；

2.本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，当自主制动的车辆整车电源出现故障断电或没电时，可以为车辆提供一定的制动压力，实现制动实现备份；

3.本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，通过依靠压缩弹簧实现制动，无需通过复杂的助力控制算法，获得了更简单的结构和更低的成本，且更可靠；

4.本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统免制动踏板等人力制动操纵装置，结构简单、成本低、布置方便；

5.本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统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。

附图说明

图1为本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统的结构示意图。

图2为本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统中储能装置的结构示意图。

图3为图2中的A处放大图。

图4为本实用新型一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统中电动缸的结构示意图。

附图中：1a-第一电动缸、1b-第二电动缸、101-第二电机、102-联轴器、103-滚丝螺母、104-轴承、105-挡圈、106-钢球、107-丝杆、108-壳体、109-O形圈、 110-导向销、111-密封圈、112-电动缸活塞、113-皮碗、114-螺栓、115-电动缸储液罐、116-回位弹簧、117-电动缸缸体、A-低压腔、B-供液孔、C-补偿孔、D- 高压腔、E-排液孔、2a-第一储能装置、2b-第二储能装置、201-第一电机、202- 第一齿轮、203-双联齿轮、204-储能轴承、205-支撑轴、206-锁紧螺母、207-第二壳体、281-丝母、282-储能钢球、283-丝杠、209-滚珠部件、291-螺杆、292- 滚珠、293-螺母、294-垫圈、210-第二齿轮、211-键、212-第一壳体、213-轴承、 214-弹性件、215-皮碗、216-活塞、217-螺栓、2-D油腔、2-E进油孔、2-F出油孔、3-电源、4-制动控制器、5-左前制动器、6-右前制动器、7-右后制动器、8- 左后制动器、9-制动灯开关、10-故障指示灯。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述。

实施例一

请参阅图1至图4，本实用新型的第一方面提供一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，包括电源3和制动控制器4，其特征在于：

还包括与所述制动控制器4电连接的第一电动缸1a以及第二电动缸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，所述第一制动回路上设置有分别与所述第一电动缸1a以及第一车轮制动器组相连通的第一储能装置2a，所述第二制动回路上设置有分别与所述第二电动缸1b以及第二车轮制动器组相连通的第二储能装置2b；

所述第一储能装置2a与所述第二储能装置2b结构相同，均包括第一壳体212、滑动设置于所述第一壳体212内的活塞216、与所述活塞216配合的弹性件214以及用于驱动所述活塞216滑动的第一电机201，所述活塞216与所述第一壳体212的内侧壁之间形成有油腔2-D与第二腔体，所述第一储能装置2a的油腔2-D与所述第一电动缸1a以及所述第一车轮制动器组相连通，所述第二储能装置2b的油腔2-D与所述第二电动缸1b以及所述第二车轮制动器组相连通。

于本实施例中，所述第一储能装置2a与所述第二储能装置2b均包括与所述第一电机201过盈配合的齿轮组件以及与所述齿轮组件连接的传动部件；所述齿轮组件包括与所述第一电机201连接的第一齿轮202、与所述第一齿轮202配合的双联齿轮203以及与所述双联齿轮203配合的第二齿轮210。

于本实施例中，所述传动部件包括丝杠部件和滚珠部件209。

于本实施例中，所述丝杠部件由丝母281、丝杠283和储能钢球282构成滚珠丝杆装置，所述丝母281通过一对储能轴承204支承在第一壳体212内。

于本实施例中，所述滚珠部件209包括，所述第二齿轮210、固定在所述丝杠283与所述第二齿轮210之间的螺杆291、环套于所述螺杆291上与所述第二齿轮210配合的滚珠292、环套于所述螺杆291上的螺母293以及设置于所述螺母293与连接件之间的垫圈294；所述第二齿轮210固定套接在所述丝母上，所述双联齿轮203的大齿轮与所述第一齿轮202啮合，所述双联齿轮203的小齿轮与所述第二齿轮210啮合。

于本实施例中，所述活塞216与所述弹性件214配合的一端通过螺栓217 与所述丝杠283相连；所述活塞216另一端端面与所述第一壳体212形成所述油腔2-D，所述油腔2-D为进油腔；所述油腔2-D腔壁沿径向分别开设有进油孔 2-E与出油孔2-F。

于本实施例中，所述进油孔2-E通过制动管路与所述第一电动缸1a或第二电动缸1b连接；所述出油孔2-F通过制动管路与所述第一车轮制动器组或第二车轮制动器组连接。

于本实施例中，所述弹性件214为弹簧。

于本实施例中，所述活塞216外圆中部环槽中且轴向位于所述进油孔2-E 之后设置有皮碗215。

于本实施例中，所述第一车轮制动器组包括两个前轮制动器5、6，所述第二车轮制动器组包括两个后轮制动器7、8；在其他实施例中，还可以是第一车轮制动器组包括两个后轮制动器7、8，第二车轮制动器组包括两个前轮制动器 5、6；如此构成H型回路；

或所述第一车轮制动器组包括左前轮制动器5与右后轮制动器7，所述第二车轮制动器组包括左后轮制动器8和右前轮制动器6；在其他实施例中，还可以是第一车轮制动器组包括左后轮制动器8和右前轮制动器6，第二车轮制动器组包括左前轮制动器5与右后轮制动器7；如此构成X型回路。

于本实施例中，所述第一电动缸1a和第二电动缸1b结构相同，均包括第二电机101、与所述第二电机101连接的壳体108以及与所述壳体108连接的电动缸缸体117。

于本实施例中，所述第二电机101通过联轴器102与滚丝螺母103联接，所述滚丝螺母103与丝杆107和钢球106构成的滚珠丝杆副由一对轴承104支承在壳体108内。

于本实施例中，通过螺栓114与所述丝杆107联接的电动缸活塞112滑动设置于所述电动缸缸体117内。

于本实施例中，所述电动缸缸体117上分别开设有补偿孔C、供液孔B和排液孔E；所述补偿孔C和供液孔B与电动缸储液罐115连接，所述排液孔E 通过制动管路与所述第一车轮制动器组连接。

于本实施例中，所述第一电动缸1a或第二电动缸1b的第二电机101通过信号线与制动控制器4连接；所述制动控制器4通过信号线与所述电源3、制动灯开关9和故障指示灯10连接。

本实用新型的第二方面还提供一种采用上述一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统进行汽车制动的制动方法，包括自主制动模式、失效防护制动模式和失效储能备份制动模式；以下对这些制动模式下的具体制动控制方法和工作过程进行说明：

1.自主制动模式下的制动控制方法和工作过程

若制动控制器4检测到车辆其它电控系统有自主制动请求时，首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给各车轮；进一步地，制动控制器4 根据各车轮制动力计算出两个制动回路对应的目标转矩，并控制第一电动缸1a 和第二电动缸1b的第二电机101输出转矩，驱动滚珠丝杆副推动活塞112运动；当随活塞112一同运动的皮碗113将补偿孔C完全覆盖住之后高压腔D建立起压力，此时第一储能装置2a与第二储能装置2b的第一电机201供电启动，第一电机201输出的扭矩传递至滚珠丝杠部件，带动丝杠283与活塞216、皮碗 215一起向右移动，压缩弹性件214储存能量，所述高压腔D建立的压力经排液孔E、第一储能装置2a与第二储能装置2b的进油孔2-E、油腔2-D、出油孔 2-F以及连接的制动管路传至左后制动器8、右后制动器7、右前制动器6或左前制动器5的轮缸，从而在各车轮制动器产生制动力矩，实现自主制动。

当其它电控系统请求终止制动时，制动控制器4令第一电动缸1a和第二电动缸1b的第二电机101停止工作，丝杆107停止施加轴向力于活塞112；活塞 112和丝杆107在回位弹簧116作用下回到初始位置，滚丝螺母103、联轴器102 以及第二电机101的转子在丝杆107驱动下旋转并且也回到初始位置；各制动器的轮缸经制动管路和排液孔E、第一储能装置2a与第二储能装置2b的进油孔 2-E、油腔2-D以及出油孔2-F与高压腔D连通，高压腔D与储液罐115经补偿孔C连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。

2.失效防护制动模式下的制动控制方法和工作过程

若制动控制器4检测到系统出现一个制动回路失效时，通过点亮故障指示灯10发出报警。一个制动回路失效的故障模式下，若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第二电机101输出转矩，从而实现失效防护制动。在确定失效防护制动模式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。

失效防护制动模式下的制动解除与自主制动模式相同。

3.失效储能备份制动模式下的制动控制方法和工作过程

当自主制动的车辆整车电源出现故障断电或没电即所述第一制动回路与所述第二制动回路均失效时，所述第一储能装置和所述第二储能装置的第一电机 201失去电源，无法输出扭矩，此时作用在丝杠283上的拉力瞬间消失，在所述第一壳体2a内部所述弹性件214的回位力作用下，带动丝杠283与活塞216、皮碗215一起向左移动，至皮碗215完全堵住进油孔2-E时，此时油腔2-D的残余制动液无法经进油孔2-E回流至第一电动缸1a或第二电动缸1b，压缩弹簧力使丝杠283与活塞216、皮碗215一起继续向左移动，所述活塞216滑动挤压油腔2-D的残余制动液产生制动压力，并传递给所述第一车轮制动器组或所述第二车轮制动器组，实施制动。

由于上述技术方案的运用，相较于现有技术，本实用新型提供的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统能够实现无人力操作自主制动的智能化要求，并且两条制动回路互为冗余以及设置的一种储能装置以保证当任一制动回路失效或者整车失去电源时，都能实现系统的自主制动。

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 (10)

1.一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，包括电源(3)和制动控制器(4)，其特征在于：

还包括分别与所述制动控制器(4)电连接的第一电动缸(1a)以及第二电动缸(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，所述第一制动回路上设置有分别与所述第一电动缸(1a)以及第一车轮制动器组相连通的第一储能装置(2a)，所述第二制动回路上设置有分别与所述第二电动缸(1b)以及第二车轮制动器组相连通的第二储能装置(2b)；

所述第一储能装置(2a)与所述第二储能装置(2b)结构相同，均包括第一壳体(212)和滑动设置于所述第一壳体(212)内的活塞(216)、用于驱动所述活塞(216)滑动的第一电机(201)以及在所述第一电机(201)断电时驱动所述活塞(216)提供制动压力的弹性件(214)，所述活塞(216)与所述第一壳体(212)的内侧壁之间形成有油腔(2-D)，所述第一储能装置(2a)的油腔(2-D)与所述第一电动缸(1a)以及所述第一车轮制动器组相连通，所述第二储能装置(2b)的油腔(2-D)与所述第二电动缸(1b)以及所述第二车轮制动器组相连通，所述第一电机(201)通过导线与所述制动控制器(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述第一储能装置(2a)与所述第二储能装置(2b)均包括与所述第一电机(201)的输出轴连接的齿轮组件以及与所述齿轮组件连接的传动部件，所述传动部件与所述活塞(216)连接；所述齿轮组件包括与所述第一电机(201)的输出轴过盈配合的第一齿轮(202)、与所述第一齿轮(202)啮合的双联齿轮(203)以及与所述双联齿轮(203)啮合的第二齿轮(210)，所述第二齿轮(210)与所述传动部件连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述传动部件包括滚珠丝杠装置，所述滚珠丝杠装置具有丝母(281)、丝杠(283)和储能钢球(282)，所述丝母(281)通过一对储能轴承(204)支承在所述第一壳体(212)内；

所述第二齿轮(210)固定套接在所述丝母上，所述双联齿轮(203)的大齿轮与所述第一齿轮(202)啮合，所述双联齿轮(203)的小齿轮与所述第二齿轮(210)啮合。

4.根据权利要求3所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述活塞(216)与的一端与所述丝杠(283)相连，所述弹性件(214)设置在所述活塞(216)与所述丝母(281)之间；所述活塞(216)另一端的端面与所述第一壳体(212)形成所述油腔(2-D)；所述油腔(2-D)的侧壁分别开设有进油孔(2-E)与出油孔(2-F)；

所述第一储能装置(2a)的所述进油孔(2-E)通过制动管路与所述第一电动缸(1a)连通，所述第一储能装置(2a)的所述出油孔(2-F)通过制动管路与所述第一车轮制动器组连通；所述第二储能装置(2b)的所述进油孔(2-E)通过制动管路与所述第二电动缸(1b)连通，所述第二储能装置(2b)的所述出油孔(2-F)通过制动管路与所述第二车轮制动器组连通。

5.根据权利要求2或4所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述弹性件(214)为弹簧。

6.根据权利要求4所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述活塞(216)的外圆环槽中设置有与所述进油孔(2-E)配合的皮碗(215)。

7.根据权利要求1所述的一种具有失效冗余功能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两个前轮制动器(5、6)，所述第二车轮制动器组包括两个后轮制动器(7、8)；或所述第一车轮制动器组包括两个后轮制动器(7、8)，所述第二车轮制动器组包括两个前轮制动器(5、6)；

或所述第一车轮制动器组包括左前轮制动器(5)与右后轮制动器(7)，所述第二车轮制动器组包括左后轮制动器(8)和右前轮制动器(6)；或所述第一车轮制动器组包括左后轮制动器(8)和右前轮制动器(6)，所述第二车轮制动器组包括左前轮制动器(5)与右后轮制动器(7)。

8.根据权利要求1所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述第一电动缸(1a)和第二电动缸(1b)结构相同，均包括第二电机(101)、与所述第二电机(101)连接的壳体(108)以及与所述壳体(108)连接的电动缸缸体(117)；

所述第二电机(101)通过联轴器(102)与滚丝螺母(103)联接，所述滚丝螺母(103)与丝杆(107)和钢球(106)构成的滚珠丝杆副由一对轴承(104)支承在壳体(108)内；

通过螺栓(114)与所述丝杆(107)联接的电动缸活塞(112)滑动设置于所述电动缸缸体(117)内；所述电动缸缸体(117)上分别开设有补偿孔(C)、供液孔(B)和排液孔(E)。

9.根据权利要求8所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述补偿孔(C)和供液孔(B)与电动缸储液罐(115)连接，所述排液孔(E)通过制动管路与所述第一车轮制动器组连接。

10.根据权利要求1所述的一种具有失效冗余功能的双回路自主制动系统，其特征在于：所述制动控制器(4)与制动灯开关(9)和故障指示灯(10)电连接。

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