WO2014026522A1

WO2014026522A1 - 一种基于汽车总线的电子机械制动系统以及汽车

Info

Publication number: WO2014026522A1
Application number: PCT/CN2013/079391
Authority: WO
Inventors: 王陆林
Original assignee: 奇瑞汽车股份有限公司; 芜湖普威技研有限公司
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2014-02-20
Also published as: CN102785648B; CN102785648A

Abstract

一种基于汽车总线的电子机械制动系统，其包括制动信号输入单元、中央控制单元、多个电制动器执行控制单元以及多个电制动器；所述信号输入单元用于接收制动信号并实时输出至中央控制单元；所述中央控制单元用于根据接收的制动信号实时输出多路制动电机目标电流信号至对应的电制动器执行控制单元；所述各个电制动器执行控制单元用于根据接收的所述制动电机目标电流信号分别实时驱动和控制对应的电制动器；所述各个电制动器用于对其对应的车轮实施制动。相应地，提供一种采用所述制动系统的汽车。所述电子机械制动系统具有结构简单、体积小、安装方便、成本低、制动响应快、制动时稳定性好、无污染等优点。

Description

一种基于汽车总线的电子机械制动系统以及汽车

技术领域

本发明提供一种基于汽车总线的电子机械制动（EMB， Electro Mechanical Brake) 系统，以及一种采用所述电子机械制动系统的汽车，属于汽车制造技术领域。背景技术

随着汽车工业的快速发展，以及汽车行驶性能的不断提高，汽车的安全性越来越为人们所重视，制动性能是汽车的重要使用性能之一，汽车的制动性能直接关系到交通的安全性。

目前，国内外大多车辆制动系统还是基于液压制动系统以实现车辆制动。但是传统的液压制动系统存在着结构复杂、安装不便、价格昂贵、制动响应慢等缺陷。发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中液压制动系统中存在的上述不足，提供一种基于汽车总线的电子机械制动系统以及采用所述制动系统的汽车，结构简单、体积小、安装方便、成本低、制动响应快、制动时稳定性好且无污染。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种基于汽车总线的电子机械制动系统，包括：制动信号输入单元、中央控制单元、多个电制动器执行控制单元以及多个电制动器，所述电制动器包括制动电机；所述电制动器执行控制单元的数量与所述电制动器的数量相同，且每个电制动器执行控制单元均对应一个电制动器，每个电制动器均对应一个车轮；

所述信号输入单元用于接收制动信号，并将所述制动信号实时输出至中央控制单元；

所述中央控制单元用于根据所述接收的制动信号实时输出多路制动电机目标电流信号，所述制动电机目标电流信号的数量与电制动器执行控制单元的数量相同，且每路制动电机目标电流信号均对应一个电制动器执行控制单元，所述多路制动电机目标电流信号通过汽车总线分别输出至对应的电制动器执行控制单元；

所述各个电制动器执行控制单元分别用于实时接收各自对应的一路制动电机目标电流信号，并根据所述制动电机目标电流信号实时驱动和控制各自对应的电制动器；所述各个电制动器用于对其对应的车轮实施制动。优选的是，所述制动信号输入单元包括电子制动踏板，所述电子制动踏板内置位移传感器，所述位移传感器用于捕获驾驶员踩踏电子制动踏板的位移量，并将所述位移量转换成位移信号，同时将该位移信号作为制动信号实时输出至中央控制单元；所述制动系统还包括与多个车轮分别对应的多个轮速传感器，且所述轮速传感器的数量与所述电制动器的数量相同，所述轮速传感器用于获取其所对应的车轮的轮速信号，并将所获取的轮速信号传送至中央控制单元，所述中央控制单元还用于在接收到电子制动踏板实时输出的制动信号的同时，开始周期采集多个轮速传感器所传送的轮速信号，根据采集到的轮速信号通过计算识别出汽车所处的路面信息，再根据汽车所处的路面信息结合所述电子制动踏板实时输出的制动信号进行制动力分配，以得到多个制动力，并根据分配得到的多个制动力分别形成多路制动电机目标电流信号，所述多路制动电机目标电流信号通过汽车总线分别输出至对应的电制动器执行控制单元; 所述中央控制单元对轮速传感器所传送的轮速信号进行采集的采集周期为 10ms。

优选的是，所述中央控制单元包括轮速计算模块、车速估算模块、路面识别模块、常规制动控制策略模块以及制动力分配模块，

所述轮速计算模块用于对中央控制单元周期采集到的轮速信号进行计算以得出各车轮的轮速，并将所述计算得到的轮速输出至车速估算模块；

所述车速估算模块用于根据计算得出各车轮的轮速估算出汽车的车速、各车轮的角速度、各车轮的角加速度以及各车轮的角加速度变化率，并将估算得到的上述数据信号输出至路面识别模块；

所述路面识别模块用于根据所述估算出的汽车的车速、各车轮的角速度、各车轮的角加速度以及各车轮的角加速度变化率推算出各车轮的目标滑移率与各车轮的路面摩擦系数，再根据各车轮的路面摩擦系数识别出汽车所处的路面信息，并将汽车所处的路面信息输出至制动力分配模块；

所述常规制动控制策略模块用于接收电子制动踏板实时输出的制动信号并根据所述接收的制动信号推算出各个电制动器需输出的制动力，并将推算得到的各个电制动器需输出的制动力输出至制动力分配模块；

所述制动力分配模块用于根据路面识别模块传送的汽车所处的路面信号结合常规制动控制策略模块推算出的各个电制动器需输出的制动力以对各个电制动器的制动力进行初始分配，从而形成所述多路制动电机目标电流信号，再将所述多路制动电机目标电流信号通过汽车总线分别输出至对应的电制动器执行控制单元。

进一步优选的是，所述中央控制单元中还包括防抱死制动控制策略模块；常规制动控制策略模块还用于根据所述电子制动踏板实时输出的制动信号推算出各个电制动器内制动电机的初始目标电流；

所述制动力分配模块根据汽车所处的路面信息结合常规制动控制策略模块推算出的各个电制动器需输出的制动力以对各个电制动器的制动力进行初始分配是对常规制动控制策略模块推算出的各个电制动器内制动电机的初始目标电流进行初始分配；所述防抱死制动控制策略模块用于将路面识别模块推算出的各车轮的目标滑移率与各车轮的实际滑移率进行比较，并结合各车轮的实际角加速度对完成初始分配的各个电制动器内制动电机的初始目标电流进行调整，并分别将调整后的各个电制动器内制动电机的目标电流通过汽车总线输出至对应的电制动器执行控制单元。

优选的是，所述每个电制动器执行控制单元包括实际电流采集模块、 PID 电流环控制模块以及电机驱动电路模块，

所述实际电流采集模块用于接收到防抱死制动控制策略模块调整后的对应的电制动器内制动电机的目标电流后，实时采集对应的电制动器内制动电机的实际电流，并将其输出至 PID电流环控制模块；

所述 PID电流环控制模块用于实时接收防抱死制动控制策略模块调整后的对应的电制动器内制动电机的目标电流以及实际电流采集模块实时采集的对应的电制动器内制动电机的实际电流，并对所述目标电流与所述实际电流之间的偏差进行闭环调节，以得出当前电机驱动电路模块的控制电压值，并将其输出至电机驱动电路模块；所述电机驱动电路模块用于实时接收 PID电流环控制模块得出的控制电压值，并根据所述控制电压值输出制动控制驱动信号至对应的电制动器，以驱动并调节对应的电制动器内制动电机转动，使得所述电制动器对其对应的车轮实施制动，从而实时调节所述制动电机的实际电流，直至所述实际电流与所述目标电流趋于一致或者所述实际电流与所述目标电流之间的偏差在误差允许的范围内为止。

优选的是，所述制动信号输入单元中还包括有电子驻车开关和 /或手刹拉杆，所述电子驻车开关 /手刹拉杆用于接收制动信号并将之输出至中央控制单元；所述中央控制单元还用于在接收到所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号后，根据所述制动信号结合从汽车总线上读取的离合器开关信号、电子制动踏板输出的制动信号以及由车速估算模块估算出的车速判断是否实施驻车制动：

如果判断实施驻车制动，则所述中央控制单元还用于将所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号转化为各个电制动器内制动电机的最大目标电流信号并通过汽车总线输出至各个电制动器执行控制单元中的电机驱动电路模块，当所述各个电制动器执行控制单元中的电机驱动电路模块分别实时接收到中央控制单元输出的最大目标电流信号后，分别实时输出一路驻车控制驱动信号至其对应的电制动器，由电制动器对其对应的车轮实施驻车制动；

如果判断不实施驻车制动，则所述中央控制单元继续实时接收所述电子驻车开关 / 手刹拉杆输出的制动信号，直至判断实施驻车制动为止。

优选的是，所述电制动器还包括减速增矩机构、推进机构、制动盘与摩擦片，当所述电机驱动电路模块输出制动控制驱动信号 /驻车控制驱动信号至其对应的电制动器后，所述电制动器内的制动电机用于输出相应力矩，所述减速增矩机构用于将所述力矩进行减速增矩后传递给推进机构，所述推进机构用于将制动电机输出的旋转运动转化为直线运动并向摩擦片的方向作推进运动，消除制动盘与摩擦片之间的间隙，产生用于制动的制动夹紧力，以实现制动 /驻车制动；所述推进机构采用非自锁机构；所述制动电机采用有霍尔的直流无刷电机。

优选的是，所述每个电制动器执行控制单元还包括电磁铁控制电路模块及电磁铁驱动电路模块，所述电制动器还包括自锁保压机构；

所述中央控制单元还用于在所述电制动器对其对应的车轮实施驻车制动后，将所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号转化为多路电磁铁控制信号，所述电磁铁控制信号的数量与电制动器执行控制单元的数量相同，且每路电磁铁控制信号均对应一个电制动器执行控制单元；

所述电磁铁控制电路模块用于在接收到中央控制单元输出的对应该电制动器执行控制单元的该路电磁铁控制信号后，实时控制所述电磁铁驱动电路模块输出驻车保持信号至对应的电制动器中的自锁保压机构，以驱动所述自锁保压机构进行驻车制动力保持。

进一步优选的是，所述自锁保压机构包括电磁铁、棘轮和弹性机构，所述电磁铁的磁芯与弹性机构相连，所述棘轮与制动电机的转动轴固定连接，

所述电磁铁驱动电路模块用于输出驻车保持信号至自锁保压机构中的电磁铁，以使得电磁铁断电；

当电磁铁通电时，弹性机构处于压縮状态，而当电磁铁断电时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动电磁铁的磁芯插入棘轮并将棘轮锁死，以使得与棘轮固定连接的制动电机的转动轴被锁死，从而实现驻车制动力的保持。

本发明还提供一种采用上述基于汽车总线的电子机械制动系统的汽车。

综上所述，本发明的有益效果在于： ① . 本发明所述基于汽车总线的电子机械制动系统（以下简称制动系统）使用电子制动踏板取代了传统的液压制动踏板，并取消了真空助力器，从而减小了制动系统的体积和重量；

② . 所述制动系统中的中央控制单元和电制动器执行控制单元取代了传统的液压制动系统中的液压控制单元和液压调节阀，且所述电子制动踏板内置位移传感器，其能够精确的捕获电子制动踏板的位移量，并将所述位移量转换成位移信号，同时将该位移信号作为制动信号传递给中央控制单元及电制动器执行控制单元，以实现制动，同时所述制动系统还具有一键驻车功能，因而是一种纯电控的电子行车与电子驻车制动系统；

③. 所述制动系统中每个车轮均对应一个电制动器及一个轮速传感器，可分别对每个车轮的制动力矩进行独立控制与实时调节，而且当其中某一个车轮的制动器出现故障时，并不影响整车的制动性能；

④ . 所述制动系统采用分布式控制方式，即通过一个中央控制单元分别控制多个电制动器执行控制单元，每个电制动器执行控制单元均为独立的控制系统，例如独立的单片机系统，并包括独立的实际电流采集模块、 PID 电流环控制模块以及电机驱动电路模块，彼此互补干扰，且每个电制动器执行控制单元均对应一个电制动器，当某一个电制动器执行控制单元出现故障时，并不会影响其他电制动器的驱动和控制，进而不会影响整车的制动性能；

⑤ . 所述制动系统中的电制动器内的推进机构采用的是非自锁机构，其好处在于，当作用于车轮上的制动夹紧力过大而需要减小时，只需减小制动器内的制动电机的输出力矩，所述非自锁机构即可在制动盘与摩擦片的反作用力的作用下自动回退，无需制动电机反转即可达到卸力的目的，从而縮短了电子机械制动系统的响应时间，且所述非自锁机构在前进或者后退时不会出现锁死的现象；

⑥ . 所述制动系统中的电制动器内的自锁保压机构采用电磁铁和棘轮，其好处在于，当所述电制动器需要长时间保压时，所述电磁铁断电，其磁芯插入棘轮并将棘轮锁死，以使得与棘轮固定连接的制动电机的转动轴被锁死，从而实现驻车制动力的保持，与电磁铁通电保压实现方法相比能够节约电能；

⑦ . 所述制动系统能够周期采集四个车轮的轮速信号，并通过所述轮速信号实时改变作用于各车轮的制动夹紧力，当作用于车轮的制动夹紧力改变后，又会改变车轮的轮速，因此通过轮速信号的周期采集可实现各车轮的制动夹紧力的实时调节与动态分配，同时所述制动系统还具有防抱死功能，从而提高车辆的制动性能和制动时车辆行驶的稳定性；

⑧ . 所述制动系统中的中央控制单元通过汽车总线分别与四个电制动器执行控制单元通信连接，不但提高了中央控制单元与电制动器执行控制单元之间的数据传输速度，而且将可以使用于传输数据的线路减至最少，因而减少了需进行数据传输的部件所需的线束数量和体积，故既简化了整车布置，又简化了制动系统的设计；

⑨ . 所述制动系统结构简单、紧凑、安装方便、成本低、制动响应快、无污染。附图说明

图 1为本发明实施例 1中基于汽车总线的电子机械制动系统的结构框图；图 2为图 1中的中央控制单元与四个电制动器执行控制单元中的一个电制动器执行控制单元的连接关系示意图；

图 3为图 1中电制动器的剖面结构示意图。具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明基于汽车总线的电子机械制动系统以及采用所述制动系统的汽车作进一步详细描述。

所述基于汽车总线的电子机械制动系统包括制动信号输入单元、中央控制单元、多个电制动器执行控制单元以及多个电制动器，所述电制动器包括制动电机；所述电制动器执行控制单元的数量与所述电制动器的数量相同，且每个电制动器执行控制单元均对应一个电制动器，每个电制动器均对应一个车轮；

所述各个电制动器执行控制单元分别用于实时接收各自对应的一路制动电机目标电流信号，并根据所述制动电机目标电流信号实时驱动和控制各自对应的电制动器；所述各个电制动器用于对其对应的车轮实施制动。

所述汽车采用上述基于汽车总线的电子机械制动系统。实施例 1 :

本实施例中，所述基于汽车总线的电子机械制动系统应用于四轮汽车，所述四轮汽车包括四个车轮，其分别是左前轮、右前轮、左后轮和右后轮。

图 1为本发明实施例 1中基于汽车总线的电子机械制动系统的结构框图。如图 1 所示，所述基于汽车总线的电子机械制动系统（以下简称制动系统）包括制动信号输入单元、中央控制单元、四个电制动器执行控制单元、四个电制动器以及电源。其中，每个电制动器执行控制单元对应一个电制动器，每个电制动器对应一个车轮，所述四个电制动器执行控制单元分别为左前轮电制动器执行控制单元、右前轮电制动器执行控制单元、左后轮电制动器执行控制单元、右后轮电制动器执行控制单元，所述四个电制动器分别为左前轮电制动器、右前轮电制动器、左后轮电制动器、右后轮电制动器。

这里，通过为每个车轮配置一个电制动器及其执行控制单元，所述制动系统可分别对每个车轮的制动力矩进行独立控制与实时调节，使得该制动系统对制动力的分配和控制更加灵活。而且当其中某一个车轮的制动器和 /或其执行控制单元出现故障时，并不影响整车的制动性能。当然，本发明所述制动系统不限应用于四轮汽车，其可应用于任意多轮汽车，所述多轮汽车也可根据其实际需求配置相应数量的电制动器及其执行控制单元。

所述汽车总线可采用 CAN总线或 Flexray总线。当然还可采用 LIN总线、 VAN 总线、 IDB-M、 MOST、 USB 禾 B IEEE 1394等其它通讯总线。所述中央控制单元分别与四个电制动器执行控制单元通过汽车总线通信连接，既简化了整车布置，又简化了制动系统的设计。

所述制动信号输入单元包括电子制动踏板。所述电子制动踏板是一种脚踏板压力模拟器，用于取代现有的制动踏板和真空助力器。电子制动踏板内置位移传感器，其能够精确的捕获驾驶员踩踏电子制动踏板的位移大小（即位移量），当驾驶员需要所述制动系统输出较大制动力时，会用力踩下电子制动踏板，电子制动踏板则产生较大位移；当驾驶员需要制动系统输出较小制动力时，其踩踏电子制动踏板的力度较小，电子制动踏板则产生较小位移。所述位移传感器能够将所捕获的位移量转化为位移信号，同时将该位移信号作为制动信号输出至中央控制单元，该制动信号即代表了驾驶员的制动意图，从而使中央控制单元可根据驾驶员的制动意图进行动作。

所述制动系统还包括与四个车轮分别对应的四个轮速传感器。所述四个电制动器中均包括制动电机。本实施例中，所述四个轮速传感器分别为左前轮轮速传感器、右前轮轮速传感器、左后轮轮速传感器、右后轮轮速传感器。所述轮速传感器用于获取其所对应的车轮的轮速信号，并将所获取的轮速信号传送至中央控制单元。所述中央控制单元在接收到电子制动踏板内置的位移传感器实时输出的制动信号（即位移信号）的同时，开始周期采集四个轮速传感器所传送的轮速信号，根据采集到的轮速信号通过计算识别出汽车所处的路面信息，再根据汽车所处的路面信息结合所述电子制动踏板实时输出的制动信号对所述四个电制动器进行制动力分配，以得到四个制动力，并根据分配得到的四个制动力分别形成四路制动电机目标电流信号，所述四路制动电机目标电流信号通过汽车总线分别输出至对应的电制动器执行控制单元。本实施例中，所述汽车总线采用 CAN总线，所述中央控制单元对轮速传感器所传送的轮速信号进行采集的采集周期为 10ms。

图 2为图 1中的中央控制单元与四个电制动器执行控制单元中的一个电制动器执行控制单元的连接关系示意图。具体地，如图 2所示，本实施例中，所述中央控制单元包括轮速计算模块、车速估算模块、路面识别模块、常规制动控制策略模块、制动力分配模块（EBD， Electric Brakeforce Distribution ) 以及防抱死制动控制策略模块 ( ABS , Anti-locked Braking System)。

所述轮速计算模块用于对中央控制单元周期采集到的、经中央控制单元内部的滤波、放大和整形电路处理后的轮速信号分别进行计算得出四个车轮的轮速，并将其输出至所述车速估算模块。其中，所述轮速传感器输出的轮速信号为电流信号，中央控制单元通过其内部的采样电阻将所述电流信号转换为微弱的近似正弦波的电压信号，再将所述电压信号经其内部的滤波、放大和整形等调理电路进行信号处理后输出脉冲方波信号，然后对所述脉冲方波信号进行计数并结合定时器通过轮速计算模块分别计算得出四个车轮的轮速。

所述车速估算模块用于根据计算得出的四个车轮的轮速估算出汽车的车速、四个车轮的角速度、四个车轮的角加速度、以及四个车轮的角加速度变化率，并将估算得到的上述数据信号输出至路面识别模块。

所述路面识别模块通过卡尔曼滤波器求出根据所述估算出的汽车的车速、四个车轮的角速度、四个车轮的角加速度、以及四个车轮的角加速度变化率的滤波值，根据所述滤波值，通过多项式变换求出四个车轮的目标滑移率，通过三角变换求出四个车轮的路面摩擦系数，根据四个车轮的路面摩擦系数可以识别出汽车所处的路面信息，并将汽车所处的路面信息输出至制动力分配模块。所述常规制动控制策略模块用于接收电子制动踏板实时输出的制动信号，并根据所述接收的制动信号和与整车匹配的电子制动踏板的位移与制动力曲线计算出四个电制动器需输出的制动力，然后根据车轮半径和所述四个电制动器需输出的制动力推算出四个电制动器应输出的制动力矩，根据车轮半径和四个电制动器内的制动盘的半径推算出四个制动盘制动扭矩，结合所述四个电制动器输出的制动力矩与四个制动盘制动扭矩并根据电制动器的机械结构传动比推算出四个电制动器内制动电机的输出扭矩，再根据所述四个电制动器内制动电机输出扭矩与制动电机电流的对应关系，推算出四个电制动器内制动电机的初始目标电流。

所述制动力分配模块根据路面识别模块推算出的汽车所处的路面信息（各车轮的目标滑移率与路面摩擦系数），通过整车动力学方程求出车辆直行、转弯时四个车轮制动力分配系数和车身参考加速度，对常规制动控制策略模块推算出的四个电制动器内制动电机的初始目标电流进行初始分配。

所述防抱死制动控制策略模块用于将路面识别模块推算出的四个车轮的目标滑移率与各车轮的实际滑移率进行比较，并结合四个车轮的实际角加速度对完成初始分配的四个电制动器内制动电机的初始目标电流进行调整，并将四路调整后的目标电流信号通过汽车总线输出。

具体来说，如图 2所示，当所述汽车总线采用 CAN总线时，优选所述中央控制单元中还包括有第一 CAN收发模块，所述第一 CAN收发模块用于接收所述防抱死制动控制策略模块输出的四路调整后的目标电流信号，再将所述四路调整后的目标电流信号传输至 CAN总线上，即所述四路调整后的目标电流信号经所述 CAN总线传输。

所述四个电制动器执行单元中，任一个电制动器执行控制单元均包括实际电流采集模块、 PID 电流环控制模块以及电机驱动电路模块。由于四个车轮所分别对应的电制动器执行控制单元的结构以及功能均相同，下面仅以对应左前轮的电制动器执行控制单元来进行说明。

优选的是，所述电制动器执行控制单元中还包括有第二 CAN 收发模块。所述第二 CAN收发模块用于从 CAN总线上接收四路调整后的目标电流信号中的一路（该路目标电流信号对应制动左前轮的电制动器，下称左前轮电制动器）并将之输出。

所述实际电流采集模块用于从所述第二 CAN 收发模块中接收防抱死制动控制策略模块输出的与左前轮电制动器对应的一路调整后的目标电流信号后，实时采集左前轮电制动器内制动电机的实际电流，并将其输出至 PID电流环控制模块。

所述 PID 电流环控制模块用于从所述第二 CAN收发模块中实时接收防抱死制动控制策略模块输出的与左前轮电制动器对应的一路调整后的目标电流信号和接收实际电流采集模块实时采集的对应左前轮电制动器内制动电机的实际电流，并对所述目标电流与所述实际电流之间的偏差进行闭环调节，以得出当前电机驱动电路模块的控制电压值，并将其输出至电机驱动电路模块。

所述电机驱动电路模块用于实时接收 PID 电流环控制模块得出的上述控制电压值，并根据所述控制电压值输出制动控制驱动信号至左前轮电制动器，以驱动并调节左前轮电制动器内制动电机转动，使得所述左前轮电制动器对左前轮实施制动，从而实时调节所述制动电机的实际电流，直至所述实际电流与所述目标电流趋于一致或者所述实际电流与所述目标电流之间的偏差在误差允许的范围内为止。

所述制动信号输入单元还包括电子驻车开关以及手刹拉杆。所述电子驻车开关和手刹拉杆均用于接收制动信号并将之输出至中央控制单元。当车辆停止时，驾驶员可触发电子驻车开关，由所述电子驻车开关实时输出制动信号至中央控制单元。所述制动系统还保留了传统液压制动系统中的手刹驻车制动功能，当车辆停止时，驾驶员还可以选择操作手刹拉杆，由所述手刹拉杆实时输出制动信号至中央控制单元。

所述中央控制单元在实时接收到所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号（也可称为驻车制动开关信号）后，根据所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号，结合从汽车总线上读取的离合器开关信号、由电子制动踏板输出的制动信号以及由所述车速估算模块估算出的车速判断是否实施驻车制动：

如判断实施驻车制动，则所述中央控制单元将所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号转化为四个电制动器内制动电机的最大目标电流信号（即四路最大目标电流信号）并通过汽车总线分别输出至四个电制动器执行控制单元中的电机驱动电路模块，当所述四个电制动器执行控制单元中的电机驱动电路模块分别实时接收到中央控制单元输出的最大目标电流信号后，再分别实时输出一路驻车控制驱动信号至其对应的电制动器，由所述电制动器对其对应的车轮实施驻车制动。

如果判断不实施驻车制动，则所述中央控制单元继续实时接收所述电子驻车开关

/手刹拉杆输出的制动信号，直至判断实施驻车制动为止。

本实施例中，所述每个电制动器执行控制单元还包括电磁铁控制电路模块及电磁铁驱动电路模块。

所述中央控制单元将所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号转化为四路电磁铁控制信号，每路电磁铁控制信号均对应一个电制动器执行控制单元；

所述电磁铁控制电路模块用于从所述第二 CAN 收发模块中接收到中央控制单元输出的对应该电制动器执行控制单元的一路电磁铁控制信号后，实时控制所述电磁铁驱动电路模块输出驻车保持信号至对应的电制动器，以实现驻车制动力保持。

图 3为图 1中电制动器的剖面结构示意图。如图 3所示，本实施例中，所述每个电制动器包括自锁保压机构（图中未示出）、制动电机 8、减速增矩机构、推进机构、制动盘 2与摩擦片 1、 3。

所述电磁铁驱动电路模块输出驻车保持信号至对应的电制动器中的自锁保压机构，以驱动所述自锁保压机构进行驻车制动力保持。

优选所述自锁保压机构包括电磁铁、棘轮和弹性机构。所述电磁铁的磁芯与弹性机构相连，所述棘轮与制动电机的转动轴固定连接。所述电磁铁驱动电路模块用于输出驻车保持信号至自锁保压机构中的电磁铁，以使得电磁铁断电。当电磁铁通电时，弹性机构处于压縮状态，而当电磁铁断电时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动电磁铁的磁芯插入棘轮并将棘轮锁死，以使得与棘轮固定连接的制动电机的转动轴被锁死，从而实现驻车制动力的保持。其与传统的电磁铁通电保压技术相比，能够节约电能。

当所述电机驱动电路模块输出制动控制驱动信号 /驻车控制驱动信号至其对应的电制动器后，控制所述电制动器内的制动电机输出相应力矩，所述力矩经所述减速增矩机构进行减速增矩后传递给推进机构，所述推进机构将制动电机输出的旋转运动转化为直线运动并向摩擦片的方向作进给运动，消除制动盘与摩擦片之间的间隙，产生用于制动的制动夹紧力，以实现制动 /驻车制动。

具体的，所述减速增矩机构采用依次相连的减速齿轮机构和行星齿轮机构。减速齿轮机构中包括有依次啮合的多个减速齿轮，其中第一级减速齿轮与制动电机 8的输出轴相连，最后一级减速齿轮为减速齿轮 13 ; 行星齿轮机构中包括有太阳轮、行星齿轮 11以及行星架 10，所述太阳轮与减速齿轮 13固定连接。

所述推进机构采用滚珠丝杆机构，所述滚珠丝杆机构包括丝杆 4和螺母 6。其中丝杆 4与行星齿轮机构中的行星架 10通过行星架上自带的矩形花键固定连接，当制动电机 8将其输出力矩传递到丝杆 4从而带动丝杆 4转动时，丝杆 4上的螺母 6在丝杆 4上作直线运动，使螺母 6向摩擦片的方向作进给运动。

本实施例中，所述滚珠丝杆机构中的丝杠 4与螺母 6通过螺纹非自锁连接，即所述推进机构采用非自锁机构，其优点是，当作用于车轮上的制动夹紧力过大而需要减小时，只需减小制动电机 8的输出力矩，所述非自锁机构即可在制动盘 2与摩擦片 1、 3 的反作用力的作用下自动回退，以减少作用在车轮上的制动夹紧力，当所述制动夹紧力与反作用力之间的平衡发生偏移时，所述非自锁机构可自动前进或者后退直至所述夹紧力与反作用力平衡为止，无需制动电机 8反转即可达到卸力的目的，从而縮短了电子机械制动系统的响应时间，且所述非自锁机构在前进或者后退时不会出现锁死的现象。

制动电机 8的输出轴依次与减速齿轮机构、行星齿轮机构、滚珠丝杆机构相连。制动电机 8转动并输出力矩，带动减速齿轮机构转动，从而带动行星齿轮机构转动，进而将力矩传递给与行星齿轮机构中的行星架 10 通过其自带的矩形花键固定连接的滚珠丝杆机构。

制动器钳体 9套于滚珠丝杆机构的外部，用于承受制动夹紧力的反作用力。本实施例中，所述制动电机 8采用有霍尔的直流无刷电机。所述有霍尔的直流无刷电机能够在转速较低的情况下输出较大的转矩，从而可为电制动器提供较大的启动转矩；其采用电子换向器替代机械电刷来实现换向，稳定可靠。有霍尔的直流无刷电机还具有调速范围宽、效率高、过载能力强等优点。通过所述有霍尔的直流无刷电机中的霍尔传感器输出的霍尔位置信号还可实现所述直流无刷电机的三环（位置环、速度环、电流环等三个闭环负反馈 PID调节系统）控制，即通过所述霍尔传感器进行霍尔计数可计算得到所述直流无刷电机的转速，以及所述直流无刷电机从起始位置开始转动的圈数，从而计算出推进机构行程，再根据推进机构行程和制动夹紧力之间的关系推算出制动夹紧力的数值，从而实现了在无压力传感器的情况下对制动夹紧力的闭环控制。

在车辆开始制动时为了减少制动响应时间，快速消除空行程，需要制动电机全速推动推进机构向摩擦片方向移动，以快速消除制动盘与摩擦片之间的间隙，产生用于制动的夹紧力，使用上述有霍尔的直流无刷电机的速度环进行控制与调节可实现对该电机转速的精确控制。

所述电源用于为中央控制单元和四个电制动器执行控制单元供电。

本实施例同时提供一种采用本实施例所述基于汽车总线的电子机械制动系统的汽车。

本发明所述基于汽车总线的电子机械制动系统的工作过程如下：

在车辆行驶过程中，当需要制动时，驾驶员踩下电子制动踏板，所述电子制动踏板实时输出制动信号，同时所述中央控制单元开始周期采集电子制动踏板输出的制动信号（即位移信号），该制动信号为 0〜5V 的模拟信号，然后将所述电子制动踏板输出的制动信号实时输入至中央控制单元。所述周期采集的目的是为了实时捕获踏板输出的制动信号，以及时获知驾驶员的制动意图。所述采集周期为 10ms。

所述中央控制单元接收到电子制动踏板实时输出的制动信号的同时，开始周期采集各个轮速传感器所发出轮速信号，中央控制单元将所述轮速信号结合所述电子制动踏板输出的制动信号经其内部的轮速计算模块、车速估算模块、路面识别模块、常规制动控制策略模块、制动力分配模块以及防抱死制动控制策略模块换算成各个电制动器内制动电机的目标电流信号，然后通过汽车总线输出至对应的电制动器执行控制单元。所述采集周期为 10ms。

当各个电制动器执行控制单元通过汽车总线实时接收到中央控制单元输出的目标电流信号后，通过其内的电机驱动电路模块实时输出一路制动控制驱动信号至其对应的电制动器，从而可实时控制各电制动器内的制动电机输出相应力矩，各电制动器内的制动电机、减速增矩机构和推进机构相互配合产生夹紧力作用于制动盘，以实现制动；同时，各个电制动器执行控制单元中的实际电流采集模块开始实时采集对应的电制动器内制动电机的实际电流，并将其输出至 PID电流环控制模块，所述 PID电流环控制模块实时接收中央控制单元输出的目标电流信号，并对所述目标电流与所述实际电流之间的偏差进行闭环调节，从而实时调节所述制动电机的实际电流，直至所述实际电流与所述目标电流趋于一致或者所述实际电流与所述目标电流之间的偏差在误差允许的范围内为止。

在车辆制动过程中，当驾驶员需要加大刹车力度，即需要输出更大制动力时，只需加大踩踏电子制动踏板的力度，电子制动踏板就会产生更大位移，其输出的制动信号也会相应增大，所述增大后的制动信号输入至中央控制单元后，由其换算为各个电制动器内制动电机的更大的目标电流，各个电制动器执行控制单元内的电机驱动电路模块根据所述更大的目标电流信号输出制动控制驱动信号至其对应的电制动器，从而控制各电制动器输出更大的制动力矩，即产生更大的制动夹紧力作用于各车轮。

当作用于车轮上的制动夹紧力过大致使某一个或几个车轮产生滑移时，中央控制单元通过其内部的轮速计算模块与车速估算模块得出车轮的轮速以及车速，结合各车轮的轮速与车速可判断出哪一个或几个车轮产生了滑移，此时中央控制单元会通过路面识别模块、制动力分配模块以及防抱死制动控制策略模块自动进行防滑调节，并针对产生滑移的车轮不断调节中央控制单元输出的该车轮对应的电制动器的制动电机目标电流信号，以调节产生滑移的车轮对应的电制动器内的制动电机的输入电压进而控制其输出的力矩，实现了对产生滑移的车轮的制动夹紧力的实时调节。

在车辆制动过程中，当驾驶员需要减小刹车力度，即需要输出更小制动力时，只需减小踩踏电子制动踏板的力度，电子制动踏板就会产生更小位移，其输出的制动信号也相应减小，所述减小后的制动信号输入至中央控制单元后，由其推算出各个电制动器内制动电机的更小的目标电流，各个电制动器执行控制单元内的电机驱动电路模块根据所述更小的目标电流输出制动控制驱动信号至其对应的电制动器，从而控制各电制动器输出更小的制动力矩，即产生更小的制动夹紧力作用于各车轮。

由于所述电制动器中的推进机构采用非自锁机构，因此需要减小作用于各车轮的制动夹紧力时，无需控制各电制动器内的制动电机反转，只需调节中央控制单元输出的各车轮对应的电制动器的制动电机目标电流信号，进而调节所述车轮对应的电制动器内的制动电机的输入电压，并减少制动电机的输出力矩以及作用在摩擦片上的制动夹紧力，所述非自锁机构即可在制动盘与摩擦片的反作用力的作用下自动回退，实现了制动夹紧力与所述反作用力的平衡调节，进而实现了所述车轮的防抱死调节。在上述整个调节过程中，制动电机一直处于堵转状态。此种结构的制动系统使得各车轮不会因承受较大的制动夹紧力而产生锁死现象，即车辆在制动状态下仍能转向，保证了车辆制动方向的稳定性，防止其产生侧滑和跑偏。

由于中央控制单元采集轮速信号的周期为 10ms，其在车辆制动过程中可多次采集四个车轮的轮速信号，并根据轮速信号多次调节其输出的四路制动电机目标电流信号及四个电制动器内的各个制动电机的输入电压，进而多次调节各个制动电机输出的力矩以及对应车轮的制动夹紧力，对应车轮的制动夹紧力被调节后又会改变其轮速，周而复始，从而实现所述制动系统的防抱死功能。制动电机采用 PID电流闭环控制，使各个制动电机的控制更加精确。通过轮速信号的周期采集可实现各车轮的制动夹紧力的实时调节与动态分配，同时所述制动系统还具有防抱死功能，从而提高车辆的制动性能和制动时车辆行驶的稳定性。

当车辆停止时，驾驶员可触发电子驻车开关，所述电子驻车开关实时输出制动信号至中央控制单元，所述中央控制单元实时接收到电子驻车开关实时输出的制动信号后判断是否实施驻车制动，如判断实施驻车制动，则将电子驻车开关实时输出的制动信号转化为各个电制动器内制动电机的最大目标电流信号并通过汽车总线输出至电机驱动电路模块，然后所述电机驱动电路模块实时输出一路驻车控制驱动信号至其对应的电制动器，从而可实时控制各个电制动器内的制动电机的输出相应力矩，各个电制动器内的制动电机、减速增矩机构和推进机构相互配合产生足够大的夹紧力并作用于制动盘，消除制动盘与摩擦片之间的间隙，从而实现驻车制动。

本发明电子机械制动系统保留了传统液压制动系统中的手刹驻车制动功能，当车辆停止时，驾驶员还可以选择操作手刹拉杆，使得所述手刹拉杆输出制动信号，以实现驻车制动。实施例 2:

本实施例与实施例 1的区别在于：所述制动信号输入单元中不包括电子驻车开关。本实施例中的其他结构都与实施例 1相同，这里不再赘述。实施例 3 :

本实施例与实施例 1的区别在于：所述中央控制单元中不包括所述防抱死制动控制策略模块。

本实施例中的其他结构都与实施例 1相同，这里不再赘述。实施例 4:

本实施例与实施例 1的区别在于：所述电制动器执行控制单元不包括电磁铁控制电路模块及电磁铁驱动电路模块；所述电制动器不包括自锁保压机构。

本实施例中的其他结构都与实施例 1相同，这里不再赘述。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

权利要求书

1. 一种基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，包括：制动信号输入单元、中央控制单元、多个电制动器执行控制单元以及多个电制动器，所述电制动器包括制动电机；所述电制动器执行控制单元的数量与所述电制动器的数量相同，且每个电制动器执行控制单元均对应一个电制动器，每个电制动器均对应一个车轮；

所述制动信号输入单元用于接收制动信号，并将所述制动信号实时输出至中央控制单元；

所述中央控制单元用于根据接收的所述制动信号实时输出多路制动电机目标电流信号，所述制动电机目标电流信号的数量与电制动器执行控制单元的数量相同，且每路制动电机目标电流信号均对应一个电制动器执行控制单元，所述多路制动电机目标电流信号通过汽车总线分别输出至对应的电制动器执行控制单元；

2. 根据权利要求 1所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动信号输入单元包括电子制动踏板，所述电子制动踏板内置位移传感器，所述位移传感器用于捕获驾驶员踩踏电子制动踏板的位移量，并将所述位移量转换成位移信号，同时将该位移信号作为制动信号实时输出至中央控制单元；

所述制动系统还包括与多个车轮分别对应的多个轮速传感器，且所述轮速传感器的数量与所述电制动器的数量相同，所述轮速传感器用于获取其所对应的车轮的轮速信号，并将所获取的轮速信号传送至中央控制单元，所述中央控制单元还用于在接收到电子制动踏板实时输出的制动信号的同时，开始周期采集多个轮速传感器所传送的轮速信号，根据采集到的轮速信号通过计算识别出汽车所处的路面信息，再根据汽车所处的路面信息结合所述电子制动踏板实时输出的制动信号进行制动力分配，以得到多个制动力，并根据分配得到的多个制动力分别形成多路制动电机目标电流信号，所述多路制动电机目标电流信号通过汽车总线分别输出至对应的电制动器执行控制单元; 所述中央控制单元对轮速传感器所传送的轮速信号进行采集的采集周期为 10ms。

3. 根据权利要求 2所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述中央控制单元包括轮速计算模块、车速估算模块、路面识别模块、常规制动控制策略模块以及制动力分配模块，

4. 根据权利要求 3所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述中央控制单元中还包括防抱死制动控制策略模块；

常规制动控制策略模块还用于根据所述电子制动踏板实时输出的制动信号推算出各个电制动器内制动电机的初始目标电流；

5. 根据权利要求 4所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述每个电制动器执行控制单元包括实际电流采集模块、 PID 电流环控制模块以及电机驱动电路模块，

所述 PID电流环控制模块用于实时接收防抱死制动控制策略模块调整后的对应的电制动器内制动电机的目标电流以及实际电流采集模块实时采集的对应的电制动器内制动电机的实际电流，并对所述目标电流与所述实际电流之间的偏差进行闭环调节，以得出当前电机驱动电路模块的控制电压值，并将其输出至电机驱动电路模块；

所述电机驱动电路模块用于实时接收 PID电流环控制模块得出的控制电压值，并根据所述控制电压值输出制动控制驱动信号至对应的电制动器，以驱动并调节对应的电制动器内制动电机转动，使得所述电制动器对其对应的车轮实施制动，从而实时调节所述制动电机的实际电流，直至所述实际电流与所述目标电流趋于一致或者所述实际电流与所述目标电流之间的偏差在误差允许的范围内为止。

6. 根据权利要求 5所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动信号输入单元中还包括有电子驻车开关和 /或手刹拉杆，

所述电子驻车开关 /手刹拉杆用于接收制动信号并将之输出至中央控制单元；所述中央控制单元还用于在接收到所述电子驻车开关 /手刹拉杆输出的制动信号后，根据所述制动信号结合从汽车总线上读取的离合器开关信号、电子制动踏板输出的制动信号以及由车速估算模块估算出的车速判断是否实施驻车制动：

7. 根据权利要求 6所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述电制动器还包括减速增矩机构、推进机构、制动盘与摩擦片，当所述电机驱动电路模块输出制动控制驱动信号 /驻车控制驱动信号至其对应的电制动器后，所述电制动器内的制动电机用于输出相应力矩，所述减速增矩机构用于将所述力矩进行减速增矩后传递给推进机构，所述推进机构用于将制动电机输出的旋转运动转化为直线运动并向摩擦片的方向作推进运动，消除制动盘与摩擦片之间的间隙，产生用于制动的制动夹紧力，以实现制动 /驻车制动；所述推进机构采用非自锁机构；所述制动电机采用有霍尔的直流无刷电机。

8. 根据权利要求 7所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述每个电制动器执行控制单元还包括电磁铁控制电路模块及电磁铁驱动电路模块，所述电制动器还包括自锁保压机构；

9. 根据权利要求 8所述的基于汽车总线的电子机械制动系统，其特征在于，所述自锁保压机构包括电磁铁、棘轮和弹性机构，所述电磁铁的磁芯与弹性机构相连，所述棘轮与制动电机的转动轴固定连接，

当电磁铁通电时，弹性机构处于压縮状态，而当电磁铁断电时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动电磁铁的磁芯插入棘轮并将棘轮锁死，以使得与棘轮固定连接的制动电机的转动轴被锁死，从而实现驻车制动力的保持。 10. 一种汽车，包括制动系统，其特征在于，所述制动系统采用如权利要求 1一 9 任一项所述的基于汽车总线的电子机械制动系统。