一種具有能量回饋的電動汽車制動系統的製作方法

2024-03-08 20:40:15 1

本發明涉及一種具有能量回饋的汽車制動系統，尤其是涉及純電動汽車或混合動力汽車的一種具有能量回饋的電動汽車制動系統。

背景技術：

汽車工業的可持續發展面臨能源和環境保護的雙重壓力，世界各國為此大力發展具有零排放零汙染的純電動汽車和混合動力汽車。然而，電動汽車一次充電的續駛裡程遠遠小於傳統的燃油汽車，這一不足嚴重影響了電動汽車產業化和迅速推廣。

在城區運行的汽車制動過程中消耗的能量一般超過汽車總能耗的40%-50%，制動能量回收是汽車的一項重要節能措施。與傳統內燃機汽車相比，各種形式電動汽車增加了電池和電機等零部件，在汽車減速時，電機處於發電工作狀態，對汽車實施制動，回收制動能量給可再充電能量儲存系統（例如蓄電池）或用於車載附件工作，為制動能量回收技術的實施提供了前提。

傳統的ABS液壓制動系統在不能回收制動能量的燃油汽車上令人滿意，但在電動汽車上完全不能或不能充分地回收制動能量，無法進一步提高車輛綜合能量利用率。在液壓制動的制動性能、及成本低等優勢明顯的條件下，又要充分利用電動汽車制動能量回收的優點，則液壓制動與能量回饋制動兩種制動並存成為當前電動汽車制動系統的首選之路。

經相關專利文獻檢索發現，液壓與電機制動兩種制動系統並存的系統主要是通過以下方式，一是採用帶有伺服機構的液壓單元，結構複雜，加工精度高，成本高；另一種是在制動踏板上安裝切換開關，制動強度低的前段採用電機再生制動，制動強度高的後段採用液壓制動，雖然結構簡單，但是存在制動能量回收率低，切換過程制動力矩波動大等問題。

綜上所述，開發出低成本高回收率的具有能量回饋的電動汽車制動系統是電動汽車發展的必然選擇。

技術實現要素：

為了克服背景技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種具有能量回饋的電動汽車制動系統，其性能比現有的ABS制動系統更好地滿足電動汽車的要求，所提供的技術方案簡單可靠易於實施。

本發明解決其技術問題採用的技術方案是：

本發明包括：踏板力形成模塊、壓力產生模塊和壓力調節生模塊；踏板力形成模塊的踏板力輸入端與制動踏板相連，踏板力形成模塊制動液輸入端與儲油室後出液口通過液壓管路相連，踏板力形成模塊制動液輸出端與壓力產生模塊通過液壓管路或閥體液壓迴路相連；壓力產生模塊通過液壓管路與儲油室前出液口通過液壓管路相連，壓力產生模塊通過兩個液壓管路或閥體液壓迴路與壓力調節模塊相連；壓力調節模塊通過四個液壓管路與車輪制動器相連。

所述踏板力形成模塊，包括踏板工作缸、踏板推桿、踏板位置傳感器、切換電磁閥、踏板模擬器和踏板工作缸壓力傳感器；踏板工作缸與踏板推桿相連，踏板工作缸輸入端與儲油室出液口通過液壓管路相連，踏板工作缸輸出端與切換電磁閥的第一輸入端通過液壓管路相連，踏板工作缸輸出端與踏板工作缸壓力傳感器相連；踏板推桿與踏板位置傳感器相連；切換電磁閥的第二輸入端通過液壓管路與儲油室相連，切換電磁閥的第一輸出端通過液壓管路與輔助工作缸相連；切換電磁閥的第二輸出端通過液壓管路與踏板模擬器相連。

所述壓力產生模塊，包括電機、電機減速機構、角度傳感器、旋轉變直線機構、制動主缸推桿、限位塊、滑套機構、制動主缸、輔助工作缸推桿和輔助工作缸；電機與電機減速機構輸入端相連；電機減速機構輸出端與旋轉變直線機構輸入端相連，電機減速機構輸出端與角度傳感器相連；旋轉變直線機構輸出端與制動主缸推桿輸入端相連，限位塊和制動主缸推桿固連一起，滑套機構套在制動主缸推桿上；輔助工作缸推桿和輔助工作缸相連，輔助工作缸推桿和滑套機構固連一起；制動主缸制動油輸入端通過液壓管路與儲油室輸出端相連，制動主缸前輸出端通過液壓管路分別與左前電磁閥、右前電磁閥、前輪壓力傳感器相連，制動主缸後輸出端通過液壓管路分別與左後電磁閥、右後電磁閥、後輪壓力傳感器相連，制動主缸制動力輸入端分別與制動主缸推桿、滑套機構相連。

所述的壓力調節模塊，包括前輪壓力傳感器、後輪壓力傳感器、左前電磁閥、右前電磁閥、左後電磁閥和右後電磁閥；左前電磁閥通過液壓管路與左前車輪制動器相連；右前電磁閥通過液壓管路與右前車輪制動器相連；左後電磁閥通過液壓管路與左後車輪制動器相連；右後電磁閥通過液壓管路與右後車輪制動器相連。

所述滑套機構套在制動主缸推桿上，或者制動主缸推桿為中空的，輔助工作缸推桿裝在制動主缸推桿中間。

所述制動主缸後輸出端或者通過液壓管路分別與左前電磁閥、右前電磁閥、前輪壓力傳感器相連，制動主缸前輸出端或者通過液壓管路分別與左後電磁閥、右後電磁閥、後輪壓力傳感器相連。

所述電機減速機構是齒輪減速機構，或者是帶傳動減速機構；旋轉變直線機構是齒輪齒條機構，或者是滾珠絲杆機構。

所述的切換電磁閥既是兩位四通電磁閥，或者是輸入與輸出換向的電磁閥。

本發明具有的有益效果是：

1)具有能量回饋的電動汽車制動系統在其它部件如電控單元的配合下，既可進行ABS液壓制動、回饋制動、回饋與ABS液壓複合制動，也可以用於自動輔助制動系統，由於增加了制動能量回饋功能，因此延長了電動汽車一次充電的續駛裡程，提高了電動汽車的經濟性，延長了汽車的制動系統的使用壽命。

2)在保證制動安全的情況下，ABS液壓制動、回饋制動、回饋與ABS液壓複合制動可以在任何情況下相互轉換，從而保證了制動能量回收的最大化。

3)當能量回饋制動部分失效時，液壓系統仍然可靠工作；當電機產生制動壓力部分失效時，制動踏板力直接介入，液壓系統仍然可靠工作。

4)整個液壓單元結構簡單，易於批量生產。

附圖說明

圖1是本發明電動汽車能量傳輸示意圖。

圖2是本發明具有能量回饋的電動汽車制動系統模塊示意圖。

圖3是本發明具有能量回饋的電動汽車制動系統結構示意圖。

圖中：101、動力電池，102、驅動電機，103、電動狀態，104、發電狀態，105、汽車，106、制動力，107、摩擦制動，108、前輪摩擦制動，109、後輪摩擦制動，110、回饋制動；201、踏板力形成模塊，202、壓力產生模塊，203、壓力調節模塊；301、踏板工作缸，302、踏板推桿，303、踏板位置傳感器，304、切換電磁閥，305、踏板模擬器，306、踏板工作缸壓力傳感器，307、角度傳感器，308、旋轉變直線機構，309、電機，310、電機減速機構，311、制動主缸推桿，312、限位塊，313、滑套機構；314、後輪壓力傳感器，315、右後電磁閥，316、左後電磁閥，317、右前電磁閥，318、左前電磁閥，319、制動主缸，320、前輪壓力傳感器，321、輔助工作缸推桿，322、輔助工作缸，323、儲油室。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，是本發明電動汽車能量傳輸示意圖。動力電池101能量通過驅動電機102的電動狀態103驅動汽車105行駛，當汽車需要降速或停車時需要制動力106起作用，制動力106是由摩擦制動107、回饋制動110或二者共同產生的，其中，摩擦制動107由前輪摩擦制動108、後輪摩擦制動109以制動摩擦熱的形式散發，制動能量不能利用；回饋制動110由汽車帶動驅動電機102旋轉工作在發電狀態104，驅動電機102產生電能儲存在動力電池101中。

如圖2所示，是本發明具有能量回饋的電動汽車制動系統模塊示意圖。踏板力形成模塊201產生的反作用力是一組彈簧力的合力，其合力的變化規律隨著制動踏板的行程增加而逐漸增加，並且符合制動踏板力特性變化規律，同時向電控單元提供制動需求信息；踏板力形成模塊202產生制動主缸的推力；壓力調節模塊203調節車輪制動器制動壓力。

本發明包括：踏板力形成模塊201、壓力產生模塊202和壓力調節生模塊203；踏板力形成模塊201的踏板力輸入端與制動踏板相連，踏板力形成模塊201制動液輸入端與儲油室後出液口通過液壓管路相連，踏板力形成模塊201制動液輸出端與壓力產生模塊202通過液壓管路或閥體液壓迴路相連；壓力產生模塊202通過液壓管路與儲油室前出液口通過液壓管路相連，壓力產生模塊202通過兩個液壓管路或閥體液壓迴路與壓力調節模塊203相連；壓力調節模塊203通過四個液壓管路與車輪制動器相連。

如圖3所示，是本發明具有能量回饋的電動汽車制動系統結構示意圖。

所述踏板力形成模塊201，包括踏板工作缸301、踏板推桿302、踏板位置傳感器303、切換電磁閥304、踏板模擬器305和踏板工作缸壓力傳感器306；踏板工作缸301與踏板推桿相連302，踏板工作缸301輸入端與儲油室323出液口通過液壓管路相連，踏板工作缸301輸出端與切換電磁閥304的第一輸入端通過液壓管路相連，踏板工作缸301輸出端與踏板工作缸壓力傳感器306相連；踏板推桿302與踏板位置傳感器303相連；切換電磁閥304的第二輸入端通過液壓管路與儲油室323相連，切換電磁閥304的第一輸出端通過液壓管路與輔助工作缸322相連；切換電磁閥304的第二輸出端通過液壓管路與踏板模擬器305相連。

所述壓力產生模塊202，包括電機309、電機減速機構310、角度傳感器307、旋轉變直線機構308、制動主缸推桿311、限位塊312、滑套機構313、制動主缸319、輔助工作缸推桿321和輔助工作缸322；電機309與電機減速機構310輸入端相連；電機減速機構310輸出端與旋轉變直線機構308輸入端相連，電機減速機構310輸出端與角度傳感器307相連；旋轉變直線機構308輸出端與制動主缸推桿311輸入端相連，限位塊312和制動主缸推桿311固連一起，滑套機構313套在制動主缸推桿311上；輔助工作缸推桿321和輔助工作缸322相連，輔助工作缸推桿321和滑套機構313固連一起；制動主缸319制動油輸入端通過液壓管路與儲油室323輸出端相連，制動主缸319前輸出端通過液壓管路分別與左前電磁閥318、右前電磁閥317、前輪壓力傳感器320相連，制動主缸319後輸出端通過液壓管路分別與左後電磁閥316、右後電磁閥315、後輪壓力傳感器314相連，制動主缸319制動力輸入端分別與制動主缸推桿311、滑套機構313相連。

所述壓力調節模塊203，包括前輪壓力傳感器320、後輪壓力傳感器314、左前電磁閥318、右前電磁閥317、左後電磁閥316和右後電磁閥315；左前電磁閥318通過液壓管路與左前車輪制動器相連；右前電磁閥317通過液壓管路與右前車輪制動器相連；左後電磁閥316通過液壓管路與左後車輪制動器相連；右後電磁閥315通過液壓管路與右後車輪制動器相連。

所述滑套機構313套在制動主缸推桿311上，或者制動主缸推桿311為中空的，輔助工作缸推桿321裝在制動主缸推桿311中間。

所述制動主缸319後輸出端或者通過液壓管路分別與左前電磁閥318、右前電磁閥317、前輪壓力傳感器320相連，制動主缸319前輸出端或者通過液壓管路分別與左後電磁閥316、右後電磁閥315、後輪壓力傳感器314相連。

所述電機減速機構310是齒輪減速機構，或者是帶傳動減速機構；旋轉變直線機構既是齒輪齒條機構，或者是滾珠絲杆機構。

所述的切換電磁閥304是兩位四通電磁閥，或者是其它輸入與輸出換向的電磁閥。

本發明的工作原理如下：

當汽車制動力由回饋制動110單獨提供時，切換電磁閥304在電控單元的控制下處於上電狀態，踏板工作缸301經切換電磁閥304的A輸入端、切換電磁閥304的B輸出端與踏板模擬器305相連，此時踏板力作用於踏板模擬器305；儲油室323經切換電磁閥304的B輸入端、切換電磁閥304的A輸出端與輔助工作缸322相連，輔助工作缸322沒有壓力；電機309不工作。輔助工作缸推桿321和制動主缸推桿311均不產生推力，制動主缸319不產生制動壓力，車輪不產生制動力。與此同時，踏板位置傳感器303和踏板工作缸壓力傳感器306產生制動需求信息，只要回饋制動110滿足制動需求，汽車制動力儘可能由回饋制動110單獨提供，電機處於發電狀態，汽車的動能通過驅動電機102為動力電池充電，汽車處於減速制動狀態。

當汽車制動力由摩擦制動107單獨提供時，切換電磁閥304在電控單元的控制下處於上電狀態，踏板工作缸301經切換電磁閥304的A輸入端、切換電磁閥304的B輸出端與踏板模擬器305相連，此時踏板力作用於踏板模擬器305；儲油室323經切換電磁閥304的B輸入端、切換電磁閥304的A輸出端與輔助工作缸322相連，輔助工作缸322沒有壓力。此時，踏板位置傳感器303和踏板工作缸壓力傳感器306產生制動需求信息，電機309根據需求信息經電機減速機構310、旋轉變直線機構308、制動主缸推桿311作用於制動主缸319產生制動壓力，制動主缸319分別經左前電磁閥318、右前電磁閥317、左後電磁閥316、右後電磁閥315作用於左前車輪制動器、右前車輪制動器、左後車輪制動器、右後車輪制動器，車輪產生制動力，汽車處於減速制動狀態。

當汽車制動力由回饋制動110和摩擦制動107共同提供時，切換電磁閥304在電控單元的控制下處於上電狀態，踏板工作缸301經切換電磁閥304的A輸入端、切換電磁閥304的B輸出端與踏板模擬器305相連，此時踏板力作用於踏板模擬器305；儲油室323經切換電磁閥304的B輸入端、切換電磁閥304的A輸出端與輔助工作缸322相連，輔助工作缸322沒有壓力。此時，踏板位置傳感器303和踏板工作缸壓力傳感器306產生制動需求信息，電控單元將需求信息分解為回饋制動110和摩擦制動107。回饋制動110時電機處於發電狀態，汽車的動能通過驅動電機102為動力電池充電，驅動電機102對汽車實施制動。摩擦制動107時電機309根據摩擦制動107需求信息經減速機構310、旋轉變直線機構308、制動主缸推桿311作用於制動主缸319產生制動壓力，制動主缸319分別經左前電磁閥318、右前電磁閥317、左後電磁閥316、右後電磁閥315作用於左前車輪制動器、右前車輪制動器、左後車輪制動器、右後車輪制動器，車輪產生制動力。回饋制動110和摩擦制動107共同產生制動力，使汽車處於減速制動狀態。

當電機309、電機減速機構310、旋轉變直線機構308、制動主缸推桿311等制動主缸319推力產生機構失效時，制動主缸推桿311不能產生制動推力，此時切換電磁閥304在電控單元的控制下處於斷電狀態，踏板工作缸301經切換電磁閥304的A輸入端、切換電磁閥304的A輸出端作用於輔助工作缸322，輔助工作缸322產生壓力，推動輔助工作缸推桿321經滑套機構313作用於制動主缸319，產生制動壓力，制動主缸319壓力分別經左前電磁閥318、右前電磁閥317、左後電磁閥316、右後電磁閥315作用於左前車輪制動器、右前車輪制動器、左後車輪制動器、右後車輪制動器，車輪產生制動力，使汽車處於減速制動狀態。

關於兩種制動力的確定，首先駕駛員踏下制動踏板，根據踏板位置傳感器303和踏板工作缸壓力傳感器306產生制動需求信息；其次再根據動力電池101和驅動電機102的狀態確定回饋制動110所能提供的汽車制動力；最後回饋制動110不能滿足制動需求的部分由摩擦制動107補償。

當ABS起作用時，以左前輪為例加以說明，增壓時左前電磁閥318處於斷電狀態，液壓迴路導通，電機309增加作用力，左前輪制動力增加；保壓時左前電磁閥318處於上電狀態，液壓迴路中斷，左前輪制動力不變；減壓時左前電磁閥318處於斷電狀態，液壓迴路導通，右前電磁閥317、左後電磁閥316和右後電磁閥315均處於上電狀態，液壓迴路中斷，此時制動壓力為某一值P0，電機309將作用力減少一定值後，左前電磁閥318處於上電狀態，液壓迴路中斷，完成減壓，然後電機309將作用力增加，使制動壓力恢復到P0，然後右前電磁閥317、左後電磁閥316和右後電磁閥315均處於斷電狀態，液壓迴路導通。這樣通過左前電磁閥318、右前電磁閥317、左後電磁閥316、右後電磁閥315與電機309增加減少作用力的協調配合，實現對車輪制動力的分時控制。

當其它系統有制動需求時，不需要踏下制動踏板，就可以產生制動力，既可以單獨由回饋制動或摩擦制動實施，也可以由兩種共同實施。

上述實施例是對本發明的說明，不是對本發明的限制，任何在本發明基礎上簡單變換後的結構，均屬於本發明的保護範圍。