CN211364532U - 一种电子机械制动系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电子机械制动系统及车辆，包括前桥制动执行单元和后桥制动执行单元，还包括前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、第一通信网络以及第二通信网络；所述前桥制动控制单元的第一前桥控制接口通过所述第一通信网络连接所述前桥制动执行单元的第一前桥执行接口，所述后桥制动控制单元的第一后桥控制接口通过所述第二通信网络连接所述后桥制动控制单元的第一后桥控制接口；所述前桥制动控制单元和后桥制动控制单元分别具有制动信号输入接口。本方案具有双制动控制器，两个制动控制器分别控制前制动执行单元和后制动执行单元，能够在一个控制器或一个通信网络故障失效时，不至于整车的制动全部丧失，提高了行车的制动安全。

Description

一种电子机械制动系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及一种电子机械制动系统及车辆，属于车辆制动系统领域。

背景技术

传统的液压制动或气压制动系统存在管路繁多、制动过程响应速度慢和制动液泄漏污染环境等问题。随着电动汽车电控技术的发展，对制动系统的性能和智能化的需求不断提高，制动系统的全面电控化也成为汽车智能化和网络化的关键技术之一。电子机械制动系统不但继承了传统制动系统制动性能稳定的特点，而且还具有响应更快，智能化更高等特点。电子机械制动系统全部去除了制动系统中的真空助力装置，采用电机驱动刹车片，节省汽车空间，便于安装其他设备；取消机械转动装置，实现整车轻量化，同时提高制动性能和整车动力性能；软硬件采用模块设计，便于维护、更新和改进；可实现多种辅助制动功能的扩展，为自适应巡航和无人驾驶提供条件。

目前电子机械制动的供电电源大多采用车载蓄电池供电，由于受限于车载蓄电池的电压和容量，电子机械制动的响应速度和制动性能不高，同时如果蓄电池系统发生异常断电，则电子机械制动系统会完全失效，存在非常严重的安全隐患。

电子机械制动在制动过程中，制动电机的工作电流较大，且需要持续供电才能产生制动力，不但消耗较多的电能，还会造成电机发热，这与传统液压或气压制动相比，存在明显的劣势，对电能有限的纯电动车辆更是致命的缺点。虽然EMB系统可以采用减速机构或增力装置提高制动力矩，从而减小制动电流，但是同样会增加系统失效风险，且扭矩增加有限。特别是应用在大型商用车方面，还是会存在制动力矩不足的问题。另外当紧急制动时，电机电流会较大，对车载蓄电池供电造成严重冲击，直接影响整车供电安全。

公布号为CN 108162766 A的中国专利申请文件公开了一种轮毂电机驱动汽车机电液冗余制动系统及控制方法。该方法的电子机械制动系统利用车载蓄电池或动力电池供电，由制动控制器接收制动信号并控制制动执行单元响应制动命令。在该方案中就存在蓄电池低压低(12V)难以提供足够制动力且能量损失较大，同时因制动电流较大，还会产生对蓄电池或动力电池的冲击，影响整车电池安全，且存在响应速度慢的缺陷，这些都对行车安全构成隐患。

公告号为CN 201523052 U的中国专利文件公开了一种汽车EMB制动系统用复合电池组。该方案加入了超级电容作为EMB的缓冲电源，能够为制动电机提供高压大电流，提高了制动力和响应速度，且有效防止了大电流对车辆蓄电池或动力电池的冲击，保障了供电安全。但超级电容或控制系统出现故障，则整车制动失效，存在较大安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电子机械制动系统及车辆，用以解决现有电子机械制动系统存在的易因故障而导致整套制动系统失效而存在较大行车安全隐患的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种电子机械制动系统，包括前桥制动执行单元和后桥制动执行单元，还包括前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、第一通信网络以及第二通信网络；所述前桥制动控制单元的第一前桥控制接口通过所述第一通信网络连接所述前桥制动执行单元的第一前桥执行接口，所述后桥制动控制单元的第一后桥控制接口通过所述第二通信网络连接所述后桥制动执行单元的第一后桥执行接口；所述前桥制动控制单元和后桥制动控制单元分别具有用于接收外部控制信号的制动信号输入接口；所述第一前桥控制接口用于向所述第一前桥执行接口发送前桥制动指令；所述第一后桥控制接口用于向所述第一后桥执行接口发送后桥制动指令。

本实用新型的电子机械制动系统，采用双制动控制器的方案，两个制动控制器分别控制前制动执行单元和后制动执行单元，能够在一个控制器或一个通信网络故障失效时，不至于整车的制动全部丧失，提高了行车的制动安全。

进一步的，所述第一通信网络与第二通信网络相连。

两个制动控制器均可以通过通信网络控制前、后制动执行单元，在某个控制器故障失效后，前后制动执行单元依然可以正常提供制动力，进一步增加了行车制动安全和制动效果。

进一步的，还包括电源缓冲单元，所述电源缓冲单元供电连接前桥制动执行单元、后桥制动执行单元以及前桥制动控制单元、后桥制动控制单元，所述电源缓冲单元包括供电输入接口。

本实用新型还提出了使用电源缓冲单元为电子机械制动供电，当车载蓄电池系统发生异常可自动切换为备用电源，为电子机械制动系统提供紧急制动。同时还具有高电压和大电流调理变换和缓冲等功能，可为制动系统力矩电机提供高电压和大电流，增加制动系统的制动力矩和响应速度，避免车载蓄电池大电流放电带来不良影响。

进一步的，所述电源缓冲单元包括前桥电源缓冲单元和后桥电源缓冲单元，所述前桥电源缓冲单元供电连接所述前桥制动执行单元、所述前桥制动控制单元；所述后桥电源缓冲单元供电连接所述后桥制动执行单元、所述后桥制动控制单元。

前、后制动执行制动单元均配备电源缓冲单元，进一步提高系统可靠性。

进一步的，还包括用于作为所述第一通信网络冗余设置的第三通信网络，用于作为所述第一前桥控制接口冗余设置的第二前桥控制接口通过所述第三通信网络连接所述前桥制动执行单元的第二前桥执行接口，所述第二前桥控制接口用于作为所述第一前桥控制接口的冗余设置；还包括用于作为所述第二通信网络冗余设置的第四通信网络，用于作为所述第一后桥控制接口冗余设置的第二后桥控制接口通过所述第四通信网络连接所述后桥制动执行单元的第二后桥执行接口，所述第二后桥执行接口用于作为所述第一后桥执行接口的冗余设置。

进一步的，所述第三通信网络与所述第四通信网络相连。

本方案增加一套冗余的通信网络，在通信网络故障时，能够及时传输制动电机扭矩指令，防止刹车失效。

进一步的，还包括与整车控制器相连的第五通信网络，所述前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、前桥电源缓冲单元及后桥电源缓冲单元与所述第五通信网络相连，所述第五通信网络用于上传状态与故障信息。

制动控制单元及电源缓冲单元与整车控制器相连，能够及时上传故障信号警告驾驶员同时便于维护和检修。此外还能够上传制动数据或状态信息供整车控制器参考。

进一步的，所述制动信号输入接口包括行车制动信号输入接口、驻车制动信号输入接口和方向盘转角信号输入接口。

本方案的系统同时可适用于行车制动和驻车制动。同时采集方向盘转角信号用于行车制动，当车辆进行高速转弯刹车时，本实用新型的系统可根据方向盘转角、车速和制动踏板信号动态调节车辆每个车轮的刹车力度，改善车辆平衡性，减少车辆侧翻的概率。

进一步的，所述前桥制动执行单元包括前桥行车制动电机，所述后桥制动执行单元包括后桥行车制动电机和驻车制动电机。

本方案使用双制动电机分别实现行车制动和驻车制动的冗余设计，将行车制动和驻车制动从物理上分离，当其中一个发生故障时，另一个也可以维持车辆的制动，保证车辆安全性。另外，制动电机用于实现驻车制动时的功率小于用于实现行车制动，因此驻车制动电机的设计功率小于行车制动电机，因此相较于单制动电机同时实现驻车制动和行车制动的方案(无论行车制动还是驻车制动，都需要使用唯一的大功率制动电机)，本方案的能量消耗更低。

使用驻车制动电机进行初级行车制动，相对于使用行车制动电机，可减少能量消耗。

本实用新型的一种车辆，包括如前所述的电子机械制动系统。

本实用新型的车辆的电子机械制动系统，采用双制动控制器的方案，两个制动控制器均能够独立控制前制动执行单元和后制动执行单元，且具有一套冗余的通信网络，能够在一个控制器或一个通信网络故障失效时，整车依然能够正常进行制动，提高了行车的制动安全。

且本方案的电源缓冲单元具有电能存储功能。当车载电源异常断电时，电源缓冲单元可继续为电子机械制动系统供电，解决电子机械系统断电失效问题。电源缓冲单元还具有电压和电流变换功能。可为制动电机提供高压大电流，提高制动系统制动力和响应速度，解决使直接用车载蓄电池时，其电压低电流大，从而导致制动力不足和能量损失大等问题。同时还能够缓冲大电流对车载蓄电池的冲击。

附图说明

图1是本实用新型电源缓冲型电子机械制动系统结构框图；

图2是本实用新型电源缓冲单元结构框图；

图3是本实用新型车轮制动执行单元结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

系统实施例：

本实用新型的电子机械制动系统，包括前桥制动控制单元和后桥制动控制单元，以及前桥制动执行单元和后桥制动执行单元。前桥制动执行单元包括左前轮制动执行单元和右前轮制动执行单元，后桥制动执行单元包括左后轮制动执行单元和右后轮制动执行单元。前桥制动控制单元通过通信网络连接前桥制动执行单元，后桥制动控制单元通过通信网络连接后桥制动执行单元。所述连接前桥制动执行单元当理解为分别与左前轮和右前轮制动执行单元相连，所述连接后桥制动执行单元应当理解为分别与左后轮和右后轮制动执行单元相连。前桥制动控制单元和后桥制动控制单元分别具有制动信号输入接口，用于连接整车制动信号线，采集制动信号。

如图3所示，制动执行单元由制动电机控制模块、行车制动电机驱动模块、驻车制动电机驱动模块和制动执行机构组成。制动电机控制模块分别与行车制动电机驱动模块、驻车制动电机驱动模块相连，行车制动电机驱动模块、驻车制动电机驱动模块控制连接对应的行车制动电机和驻车制动电机。制动执行机构包括行车制动电机、驻车制动电机、同时与行车和驻车制动电机相连的减速齿轮、由减速齿轮驱动的刹车片及刹车盘等。一般来说，前桥制动执行单元包括左前轮和右前轮对应的行车制动电机驱动模块、行车制动执行机构；后桥制动执行单元除了包括左后轮和右后轮对应的行车制动电机驱动模块、行车制动执行机构外，还包括对应的驻车制动电机驱动模块和驻车制动执行机构。

前轮制动控制单元独立采集刹车制动信号和方向盘转角传感器信号，经过制动控制算法处理后，向左前轮制动执行单元和右前轮制动执行单元分别输出制动控制信号。左前轮制动执行单元和右前轮制动执行单元中的制动电机控制模块响应所接收到的制动控制信号中的制动类型(行车制动和驻车制动)及制动力矩信息，由对应的制动电机驱动模块产生相应电流驱动对应的制动电机正反转动，经齿轮箱减速增扭驱动刹车片压紧或刹车盘执行机械制动或松开刹车盘结束制动。

作为其他实施例，本系统也可以仅为行车制动的电子机械制动系统，去掉上述系统中的驻车制动电机驱动模块、驻车制动电机等驻车制动相关的模块；不再采集和处理驻车制动相关的信号。

作为其他实施例，本系统中的前桥制动控制单元和后桥制动控制单元均分别与前桥制动执行单元和后桥制动执行单元相连，或通过同一通信网络分别连接前桥制动控制单元、后桥制动控制单元以及前桥制动执行单元和后桥制动执行单元(包括左前轮制动执行单元、右前轮制动执行单元、左后轮制动执行单元和右后轮制动执行单元)，即如图1中①处接通后的CAN通信网络2所示。前桥制动控制单元和后桥制动控制单元互为备份，正常工作状态时前、后桥制动控制单元分别独立采集刹车制动信号和/或驻车制动信号和方向盘转角传感器信号以及方向盘转角传感器信号，经过制动控制算法处理后，由前桥制动控制单元控制前桥制动执行机构执行前桥的对应车轮的制动，由后桥制动控制单元控制后桥制动执行机构执行后桥的对应车轮的制动。当某一个制动控制单元故障失效时，由另一个制动控制单元采集对应制动信号，并分别针对四个车轮进行制动算法处理，并控制四个车轮的制动执行机构响应对应的制动命令。

本方案中的前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、前桥制动执行单元和后桥制动执行单元分别与整车低压电源相连，由整车低压电源供能或变压供能。在新能源车辆(纯电或混动车)上也可以由动力电池变压供能。

作为其他实施例，本方案还包括电源缓冲单元，电源缓冲单元与车辆低压电源相连，并分别与前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、前桥制动执行单元和后桥制动执行单元相连。车辆低压电源为电源缓冲单元充电，电源缓冲单元为前、后桥制动控制单元及前、后桥制动执行单元供电。或者电源缓冲单元分为前桥电源缓冲单元和后桥电源缓冲单元，前桥电源缓冲单元供电连接前桥制动控制单元和前桥制动执行单元；后桥电源缓冲单元供电连接后桥制动控制单元和后桥制动执行单元。

如图2所示，电源缓冲单元由通信控制模块、充电管理模块、高压储能模块和电压电流调理模块组成。充电管理模块与整车低压电源相连，高压储能模块与充电管理模块相连，电压电流调理模块与高压储能模块相连，并具有高压输出端口和低压输出端口，高压输出端口向外供电连接制动执行单元，低压输出端口向外供电连接制动控制单元。通信控制模块与整车控制器相连，同时还控制与通信连接充电管理模块、高压储能模块及电压电流调理模块。通信控制模块用于收发控制信息和故障信息，实现充放电参数设置和故障信息的上传。充放电管理模块用于管理车载蓄电池向高压储能模块充电与放电。高压储能模块用于存储电能，包括但不限于蓄电池、超级电容。电压电流调理模块将存储的电能变换成适合对应制动执行单元和对应制动控制单元使用的电压及电流。

作为其他实施例，每个制动控制单元分别具有冗余的两个通信接口，每个制动执行单元也分别具有冗余的两个通信接口，两套互相独立的通信网络分别对应连接每个制动控制单元、制动执行单元的两个通信接口。两套通信网络为冗余设置互为备份，每套通信网络中均连接有每一个制动控制单元和每一个制动执行单元，只是两套通信网络连接对应的制动控制单元、制动执行单元的接口不同，这两套通信网络可以为CAN通信网络。这两套通信网络连接关系可以如图1中的CAN通信网络2、CAN通信网络3(②处相连)所示。同样的，冗余的通信网络也可以分为两部分(如图1中的CAN通信网络3在②处断开，分成互不相连相互独立没有任何信息传递的两部分)，一部分与前桥制动控制单元及前桥制动执行单元相连，另一部分与后桥制动控制单元及后桥制动执行单元相连。

此外，作为其他实施例，还包括故障与数据通信网络，故障与数据通信网络由前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、前桥电源缓冲单元和后桥电源缓冲单元组成，该网络负责将制动数据和故障信息发送至整车控制器。电源缓冲单元中的通信控制模块与整车控制器的连接即可通过此故障与数据通信网络，故障与数据通信网络的连接关系可以如图1中的CAN通信网络1所示。

与现有的电子机械制动系统相比，具有双制动控制单元，两个制动控制单元在正常情况下独立实现对不同制动执行单元的控制互不干涉，提高制动运算和处理效率；且在一个制动执行单元故障失效时，另一个制动执行单元可接管失效制动控制单元所控制的制动执行单元，保证车辆制动能力。另外，双通信网络冗余备份设置，增加通信可靠性，在通信网络受到干扰或故障失效时仍能保证整车制动效能不受影响。同时，车辆的制动系统由电源缓冲单元独立供电，车载蓄电池只为电源缓冲单元供电。电源缓冲单元可以存储电能，可独立为制动系统的各个模块供电，当车载蓄电池异常断电时，整个电子机械制动系统还可工作一段时间，为整车提供紧急制动，解决了电子机械制动存在断电失效缺陷的问题。电源缓冲单元还具有电压电流变换功能，可为制动系统中力矩电机提供高电压和大电流，增加制动器的制动力矩和响应速度。电源缓冲单元实现了低电压小电流输入，高电压大电流输出功能，满足电动客车对制动系统的高制动力矩需求。

车辆实施例：

本使用新型的车辆采用了本实用新型的电子机械制动系统，本实用新型的电子机械制动系统已在系统实施例中介绍的足够清楚，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种电子机械制动系统，包括前桥制动执行单元和后桥制动执行单元，其特征在于，还包括前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、第一通信网络以及第二通信网络；所述前桥制动控制单元的第一前桥控制接口通过所述第一通信网络连接所述前桥制动执行单元的第一前桥执行接口，所述后桥制动控制单元的第一后桥控制接口通过所述第二通信网络连接所述后桥制动执行单元的第一后桥执行接口；所述前桥制动控制单元和后桥制动控制单元分别具有用于接收外部控制信号的制动信号输入接口；所述第一前桥控制接口用于向所述第一前桥执行接口发送前桥制动指令；所述第一后桥控制接口用于向所述第一后桥执行接口发送后桥制动指令。

2.根据权利要求1所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述第一通信网络与第二通信网络相连。

3.根据权利要求1或2所述的电子机械制动系统，其特征在于，还包括电源缓冲单元，所述电源缓冲单元供电连接前桥制动执行单元、后桥制动执行单元以及前桥制动控制单元、后桥制动控制单元，所述电源缓冲单元包括供电输入接口。

4.根据权利要求3所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述电源缓冲单元包括前桥电源缓冲单元和后桥电源缓冲单元，所述前桥电源缓冲单元供电连接所述前桥制动执行单元、所述前桥制动控制单元；所述后桥电源缓冲单元供电连接所述后桥制动执行单元、所述后桥制动控制单元。

5.根据权利要求1或2所述的电子机械制动系统，其特征在于，还包括用于作为所述第一通信网络冗余设置的第三通信网络，用于作为所述第一前桥控制接口冗余设置的第二前桥控制接口通过所述第三通信网络连接所述前桥制动执行单元的第二前桥执行接口，所述第二前桥控制接口用于作为所述第一前桥控制接口的冗余设置；还包括用于作为所述第二通信网络冗余设置的第四通信网络，用于作为所述第一后桥控制接口冗余设置的第二后桥控制接口通过所述第四通信网络连接所述后桥制动执行单元的第二后桥执行接口，所述第二后桥执行接口用于作为所述第一后桥执行接口的冗余设置。

6.根据权利要求5所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述第三通信网络与所述第四通信网络相连。

7.根据权利要求4所述的电子机械制动系统，其特征在于，还包括与整车控制器相连的第五通信网络，所述前桥制动控制单元、后桥制动控制单元、前桥电源缓冲单元及后桥电源缓冲单元与所述第五通信网络相连，所述第五通信网络用于上传状态与故障信息。

8.根据权利要求1或2所述的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动信号输入接口包括行车制动信号输入接口、驻车制动信号输入接口和方向盘转角信号输入接口。

9.根据权利要求8所述的一种电子机械制动系统，其特征在于，所述前桥制动执行单元包括前桥行车制动电机，所述后桥制动执行单元包括后桥行车制动电机和驻车制动电机。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的电子机械制动系统。

Images