CN212289795U - 具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆制动控制系统或其部件技术领域，具体提供一种具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，包括电源与制动控制器，还包括至少三个与制动控制器电连接的电动缸：每个电动缸均包括电动缸缸体、滑动设置于电动缸缸体内的活塞、驱动活塞滑动的电机、以及与电动缸缸体连接的储液罐；电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路；同轴两端的两个车轮制动器之间通过制动管路连通并于其上设置有电磁阀，电磁阀与制动控制器电连接。本实用新型的有益效果在于：多个制动回路互为冗余，使得其可靠性高、失效防护能力强，且制动管路液压平衡，免人力制动操纵装置、制动响应快。

Description

具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统

技术领域

本实用新型涉及车辆制动控制系统技术领域，特别是涉及一种具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统。

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。而对于无人物流配送车的发展，由于不再需要制动操纵装置，此方式不适用。并且现有的为ADS开发的自主制动系统缺乏失效防护功能，安全性能较低。

为了提高制动的可靠性和行车安全性，汽车制动系统一般采用相互独立的多回路结构，以保证一个或多个回路发生故障而失效时其他正常回路仍能继续起制动作用。因此，专为ADS开发的自主制动系统不仅应考虑尽可能沿用传统的车轮制动器，还应考虑采用多回路冗余结构。而与传统的双回路制动系统相比，四轮独立制动的分布式制动系统相当于“四回路”系统，进一步提高了系统的可靠性。大多数行车制动工况，两前车轮、两后车轮分别要求制动压力一致，为了实现这一功能会额外增加控制难度，效果也大多不甚理想。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有失效防护功能、安全性更高且制动管路液压平衡的分布式自主制动系统。

为达到上述目的，本实用新型提供一种具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，包括电源与制动控制器，其特征在于，还包括至少三个与所述制动控制器电连接的电动缸：

在一些实施例中，每个所述电动缸的结构相同，均包括电动缸缸体、滑动设置于所述电动缸缸体内的活塞、驱动所述活塞滑动的电机、以及与所述电动缸缸体连接的储液罐，所述电机与所述制动控制器电连接；所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路；

同一轴两端的两个车轮制动器之间通过制动管路连通，所述制动管路上设置有电磁阀，所述电磁阀与所述制动控制器电连接。

进一步地，所述车轮制动器包括右后制动器、左后制动器、左前制动器及右前制动器；所述电磁阀包括设置于所述左前制动器与所述右前制动器之间的制动管路上的前电磁阀，以及设置于所述右后制动器与所述左后制动器之间的制动管路上的后电磁阀。

进一步地，所述活塞与所述电动缸缸体之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞与所述电动缸缸体之间设置有复位件；

所述电动缸缸体上开设有：连通所述储液罐与第一腔体的补偿孔、连通所述储液罐与第二腔体的供液孔以及连通所述第一腔体与相应的车轮制动器的排液孔；

所述活塞上设置有皮碗，所述复位件处于预压状态下时，所述皮碗位于所述补偿孔和供液孔之间。

进一步地，所述电动缸内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机驱动的滚丝螺母以及与所述活塞联接的丝杆。

进一步地，还包括与所述电动缸缸体连接的壳体，所述滚珠丝杆副设置于所述壳体内；

所述壳体的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆穿过的通孔；所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母的一端通过轴承固定在所述轴肩上；所述壳体靠近所述活塞的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体的开口密封配合并固定连接。

进一步地，所述电动缸缸体上还固定设置有导向销，所述丝杆上开设有与所述导向销配合的导向槽，所述复位件处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞的一端与所述导向销抵接。

进一步地，所述前电磁阀与所述后电磁阀均为常开式电磁阀。

进一步地，所述制动控制器还连接至汽车的其他电控系统。

进一步地，所述具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统还包括与所述制动控制器电连接的制动灯开关与故障指示灯。

本实用新型还提供了一种具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统的制动方法，包括以下制动模式：

自主制动模式：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每个所述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；且在制动过程中，两个电磁阀常开，以维持同轴两端的车轮制动器与相应制动管路内的液压平衡。

失效防护制动模式：当所述制动控制器检测到其中一个或多个制动回路故障但至少一个制动回路未出现故障且其他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大小计算出未出现故障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。且在制动过程中，两个电磁阀常开，以维持同轴两端的车轮制动器与相应制动管路内的液压平衡。

由于上述技术方案的运用，相较于现有技术，本实用新型提供的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统的有益效果如下：

1.本实用新型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；

2.本实用新型的执行机构靠近车轮制动器，使得建压时间短、制动响应快；

3.本实用新型的所有车轮制动力可以独立控制和调节，车轮的制动力控制灵活，控制压力精度高；

4.本实用新型的四个制动回路相互独立又互为冗余，故制动的可靠性高、失效防护能力强；

5.本实用新型因采用两个相互独立的电磁阀，可通过电磁阀的控制同一轴上的制动器的制动压力的均衡与否，故制动系统的可靠性高、制动过程更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统的原理图；

图2为本实用新型具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统中电动缸的结构示意图。

附图中：1-电源，2-制动控制器，3a-第一电动缸，3b-第二电动缸，3c-第三电动缸，3d-第四电动缸，4- 右后制动器，5-左后制动器，6-左前制动器，7-右前制动器，8-制动灯开关，9-故障指示灯，10a-第一电磁阀，10b-第二电磁阀，

301-电机，302-联轴器，303-滚丝螺母，304-轴承，305-挡圈，306-钢球，307-丝杆，308-壳体，309-O 型圈，310一导向销，311-密封圈，312-活塞，313-皮碗，314-螺栓，315-储液罐，316-复位件，317-电动缸缸体，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2，本实用新型提供一种具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，包括电源1和制动控制器2，以及至少三个与所述制动控制器2电连接电动缸，还包括与电动缸连接的车轮制动器以及设置于车轮制动器之间的制动管路上的电磁阀。

如图2所示，每个所述电动缸均包括电动缸缸体317、滑动设置于所述电动缸缸体317内的活塞312、驱动所述活塞312滑动的电机301、以及与所述电动缸缸体317连接的储液罐315，所述电机301与所述制动控制器2电连接。

所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路。本实用新型中电动缸的个数与相应的车轮制动器的个数是一一对应，比如三个车轮制动器则有相应的三个电动缸，这种情况为类似于三轮车这种形式；四个车轮制动器则有相应的四个电动缸，或者六轮车对于六个电动缸等。在本实施例中，以四个车轮制动器以及四个电动缸的形式对本实用新型进行说明。

如图1所示，四个电动缸为：第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d，其分别连接至汽车上的一个车轮制动器，形成相应的第一制动回路、第二制动回路、第三制动回路以及第四制动回路。四个制动回路互相独立且互为冗余，可以实现对相应车轮的合理的制动力分配，并且当一个或多个制动回路出现故障时，其他未出现故障的制动回路依然可以对车轮进行制动。

如图2所示，在本实施例中，所述活塞312与所述电动缸缸体317之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞312与所述电动缸缸体317之间设置有复位件316；

所述电动缸缸体317上开设有：连通所述储液罐315与第一腔体D的补偿孔B、连通所述储液罐315与第二腔体A的供液孔C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；

所述活塞312上设置有皮碗313，所述复位件316处于预压状态下时，所述皮碗313位于所述补偿孔B和供液孔C之间。皮碗313随着活塞112的移动，可以实现对补偿孔C的开启和关闭。这里的预压状态是指，在复位件316不受到力的作用时，根据其所在位置处于的一种初始状态。所述电动缸缸体317上还开设有排液孔E，所述排液孔E通过连接管道连接至汽车上相应的车轮制动器。

所述第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机301驱动的滚丝螺母303、与所述活塞312联接的丝杆307以及钢球306。具体的，电机301与滚丝螺母303通过联轴器302联接。所述双回路电液自主制动系统还包括与所述电动缸缸体317连接的壳体308，电动缸缸体317与壳体308采用螺栓联接，紧固后密封圈311被压紧在接合面处起密封作用。滚珠丝杆副由一对轴承304支承在壳体308内。通过电机301带动滚丝螺母303的转动，使得丝杆307推动活塞312。

具体的，所述壳体308的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆307穿过的通孔；通孔上设置有O型圈309。所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母303可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母303的一端通过一对轴承104固定在所述轴肩上；挡圈305用于轴承304轴向定位并限制滚丝螺母303的轴向移动。所述壳体308靠近所述活塞312的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体317的开口密封配合并固定连接。

另外，所述第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d的电动缸缸体317上还固定设置有导向销310，所述丝杆307上开设有与所述导向销310配合的导向槽，所述复位件316处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞312的一端与所述导向销310抵接。这里的预压状态与上文中的预压状态的意思相同。导向销310一端插入丝杆307的导向槽内，使得丝杆307只能沿轴向平动而不能绕轴向转动；通过螺栓314与丝杆307固定联接的活塞312位于电动缸缸体317内，在复位件316预压力作用下丝杆307导向槽靠近活塞312一端压靠在导向销310上，该限位使得皮碗313轴向位于补偿孔C和供液孔B 之间。

在本实施例中，所述复位件316为弹簧，其一端与所述电动缸缸体317连接，另一端与所述活塞312连接。

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

所述分布式自主制动系统还包括与所述制动控制器2电连接的制动灯开关8与故障指示灯9。制动灯开关 8用于点亮汽车的制动灯，若制动控制器2检测到系统出现的制动回路故障时，通过点亮故障指示灯9发出报警。

在本实施例中，所述第一电动缸3a与汽车的右后制动器4连接，所述第二电动缸3b与汽车的左后制动器 5连接，所述第三电动缸3c与汽车的左前制动器6连接，所述第四电动缸3d与汽车的右前制动器7连接。同一轴两端的两个车轮制动器之间通过制动管路连通，该制动管路上设置有电磁阀，且电磁阀与所述制动控制器2电连接。第一电动缸3a与右后制动器4之间的制动管路上以及第二电动缸3b与左后制动器5之间的制动管路上连接有后电磁阀10b，第三电动缸3c与左前制动器6之间的制动管路上以及第四电动缸 3d与右前制动器7之间的制动管路上连接有前电磁阀10a。前电磁阀10a及后电磁阀10b均与所述制动控制器2电连接。参照图1所示，通过对前电磁阀10a及后电磁阀10b的开启和关闭，可以实现对相应车轮制动器及与其连接管道内液压的平衡调节。

如图2所示，本实用新型中轴压力均衡功能实现的电磁阀的工作原理是：在电机301的作用下，活塞312 会受到一个向左的力，当皮碗313将补偿孔C挡住后，第一腔体D内建立高压，第二腔体A内建立低压，通过排液孔E将油液排出对汽车进行制动。

且电机301的正反转输出一个压力波动，使得制动管路内的油液压力会出现相对的高压与低压，即电机301 正转时，制动管路内形成高压油液，而电机301反转时，制动管路内形成低压油液。在制动过程中，两个电磁阀常开，以维持同轴两端的车轮制动器与相应制动管路内的液压平衡；某些特定情况不需要维持该液压平衡时，例如转弯等状态下则制动控制器2接收到电信号并控制电磁阀关闭，则同一轴两端的两个车轮制动器之间的制动管路断开，两个车轮制动器内的液压不再维持平衡。

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3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c以及第四电动缸3d的各自电机301的目标转矩，然后分别向该对应的电机301发出转矩命令，从而对车轮实施自主制动；或者当制动控制器2 检测到系统出现一个或多个制动回路失效时，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。

下面对自主制动和失效防护制动的具体制动控制方法和工作过程进行说明。

自主制动模式下的制动控制方法和工作过程：

当系统无故障时工作于自主制动模式。

当制动控制器2检测到车辆的电控系统有制动请求时，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2根据各车轮制动力计算出四个制动回路的电机301的目标转矩，并控制第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c和第四电动缸3d的电机301输出转矩，驱动滚珠丝杆副推动活塞312运动；当随活塞312一同运动的皮碗313将电动缸补偿孔C完全覆盖住之后第一腔体D 建立起压力，该压力经电动缸排液孔E和制动管路传至相应的右后轮缸4、左后轮缸5、左前轮缸6、右前轮缸7，从而在各车轮制动器产生制动力矩，实现自主制动。且在制动过程中，两个电磁阀常开，以维持同轴两端的车轮制动器与相应制动管路内的液压平衡。

当其它电控系统请求终止制动时，制动控制器2令第一电动缸3a、第二电动缸3b、第三电动缸3c和第四电动缸3d的电机301停止工作，丝杆307停止施加轴向力于活塞312；活塞312和丝杆307在回位弹簧 316作用下回到初始位置，滚丝螺母303、联轴器302以及电机301的转子在丝杆307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与第一腔体D连通、第一腔体D与储液罐315经补偿孔C连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。

失效防护制动模式下的制动控制方法和工作过程

当一个或多个制动回路出现故障但至少一个制动回路未出现故障时，系统工作为失效防护制动模式。若制动控制器2检测到系统出现一个或多个制动回路失效时，通过点亮故障指示灯9发出报警。以一个制

动回路失效时的原理为例，当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电机301输出转矩，从而实现失效防护制动。且在制动过程中，两个电磁阀常开，以维持同轴两端的车轮制动器与相应制动管路内的液压平衡。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。

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)

1.一种具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，包括电源(1)与制动控制器(2)，其特征在于，还包括至少三个与所述制动控制器(2)电连接的电动缸：

每个所述电动缸均包括电动缸缸体(317)、滑动设置于所述电动缸缸体(317)内的活塞(312)、驱动所述活塞(312)滑动的电机(301)、以及与所述电动缸缸体(317)连接的储液罐(315)，所述电机(301)与所述制动控制器(2)电连接；

所述电动缸一一对应连接至汽车上的相同数量的车轮制动器，且每个所述电动缸与对应的一个车轮制动器形成一个制动回路；

同一轴两端的两个车轮制动器之间通过制动管路连通，所述制动管路上设置有电磁阀，所述电磁阀与所述制动控制器(2)电连接。

2.根据权利要求1所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述车轮制动器包括右后制动器(4)、左后制动器(5)、左前制动器(6)及右前制动器(7)；所述电磁阀包括设置于所述左前制动器(6)与所述右前制动器(7)之间的制动管路上的前电磁阀(10a)，以及设置于所述右后制动器(4)与所述左后制动器(5)之间的制动管路上的后电磁阀(10b)。

3.根据权利要求1所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述活塞(312)与所述电动缸缸体(317)之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞(312)与所述电动缸缸体(317)之间设置有复位件(316)；

所述电动缸缸体(317)上开设有：连通所述储液罐(315)与第一腔体的补偿孔、连通所述储液罐(315)与第二腔体的供液孔以及连通所述第一腔体与相应的车轮制动器的排液孔；

所述活塞(312)上设置有皮碗(313)，所述复位件(316)处于预压状态下时，所述皮碗(313)位于所述补偿孔和供液孔之间。

4.根据权利要求3所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述电动缸内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机(301)驱动的滚丝螺母(303)以及与所述活塞(312)联接的丝杆(307)。

5.根据权利要求4所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：还包括与所述电动缸缸体(317)连接的壳体(308)，所述滚珠丝杆副设置于所述壳体(308)内；

所述壳体(308)的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆(307)穿过的通孔；所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母(303)可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母(303)的一端通过轴承(304)固定在所述轴肩上；所述壳体(308)靠近所述活塞(312)的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体(317)的开口密封配合并固定连接。

6.根据权利要求4所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述电动缸缸体(317)上还固定设置有导向销(310)，所述丝杆(307)上开设有与所述导向销(310)配合的导向槽，所述复位件(316)处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞(312)的一端与所述导向销(310)抵接。

7.根据权利要求2所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述前电磁阀(10a)与所述后电磁阀(10b)均为常开式电磁阀。

8.根据权利要求3所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述复位件(316)为弹簧，其设置于所述电动缸缸体(317)与所述活塞(312)之间。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述制动控制器(2)还连接至汽车的如ADAS或ADS等能发出自主制动请求的电控系统。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统，其特征在于：所述具有轴压力均衡功能的分布式自主制动系统还包括与所述制动控制器(2)电连接的制动灯开关(8)与故障指示灯(9)。

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