一種智能手剎裝置及控制方法
2023-12-10 22:28:37 2
專利名稱：一種智能手剎裝置及控制方法
技術領域：
本發明涉及智能手剎裝置，特別是一種汽車智能手剎裝置。
背景技術：
汽車制動系統主要分為行車制動系統及駐車制動系統，行車制動指在車輛行進過程中用於實施車輛制動的系統。駐車制動主要在車輛停止後用於車輛長期穩定停車的系統，又稱為手剎。目前大部分車型的手剎都採用人力拉動手剎拉杆實施駐車制動，在手剎拉動過程中，駕駛員往往根據經驗、手感來實施車輛在不同坡道情況下的駐車制動力，或者直接將手剎拉杆拉至最大行程，因而駐車制動大小存在人為的不確定性，駕駛員實施的拉力大小直接影響駐車的安全性及部件的過度使用，從而影響部件的疲勞壽命。 在坡道起步過程中也需手剎配合方能使車輛正常行駛，且過程繁瑣，常因操作生疏引發溜坡乃至熄火等情況，存在安全隱患。
發明內容
本發明所要解決的技術問題就是提供一種智能手剎裝置，能根據路面坡道角度、車輛行進角度自動計算車輛所需駐車制動力大小。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案一種智能手剎裝置，包括箱體及設於箱體內的拉緊機構，所述拉緊機構後端連接車輛制動拉線，其特徵在於所述拉緊機構前端由電機驅動拉緊及鬆開車輛制動拉線，所述電機由電控單元控制，所述拉緊機構後端設置一限位開關，限位開關與電控單元連接，所述電控單元根據採集的電機轉速信號、車輛傾角信號、制動拉線位移信號、制動卡鉗的蹄片溫度信號及限位開關信號控制電機的轉動以實施或者解除駐車。作為優選，所述拉緊機構包括齒輪變速機構及絲槓螺母機構，電機輸出軸連接齒輪變速機構，齒輪變速機構的輸出齒輪與絲槓螺母機構中的絲槓固定，絲槓螺母機構中的絲槓螺母連接車輛制動拉線。作為優選，所述齒輪變速機構包括安裝於電機輸出軸上的電機齒輪及一雙聯齒輪，雙聯齒輪設於一雙聯齒輪軸上，雙聯齒輪由一大齒輪和一小齒輪組成，大齒輪與電機齒輪嚙合，小齒輪與一絲槓齒輪嚙合。作為優選，所述絲槓螺母機構包括一絲槓及與絲槓配合的絲槓螺母，所述絲杆齒輪安裝於絲槓上，所述絲槓螺母設於一螺母導向套內，螺母導向套底部設有一彈簧，絲杆螺母套入螺母導向套並將頂壓彈簧，絲杆螺母頂端的導向塊嵌入螺母導向套頂端的導向槽內，絲槓螺母與一拉索固定座緊固，拉索固定座末端設置制動拉線掛槽以連接車輛制動拉線。作為優選，所述絲杆前端穿過箱體的前端蓋，前端蓋內設有端面軸承支撐絲槓，一鎖緊螺母與絲杆前端螺紋連接緊固，且鎖緊螺母內端面壓緊端面軸承外端面，絲杆轉動過程中，鎖緊螺母壓迫端面軸承並隨絲杆做旋轉運動。作為優選，所述雙聯齒輪軸穿出箱體前端蓋，雙聯齒輪軸端面上加工有與六角扳手配合的六方沉臺。作為優選，所述電控單元為一單片機，所述單片機與採集電機轉速信號的電機轉速傳感器、採集車輛傾角信號的車輛傾角傳感器、採集制動卡鉗蹄片溫度信號的溫度傳感器及採集車輛制動拉線位移的位移傳感器連接。作為優選，所述位移傳感器掛扣於絲杆螺母底部，所述位移傳感器隨絲杆螺母同步作直線運動並監測位移信號。本發明還提供了上述智能手剎裝置的控制方法其特徵在於 電控單元控制實施駐車包括如下步驟；首先，電控單元根據車輛傾角信號計算所需駐車力並控制電機正轉，其次，電控單元根據電機轉速信號做出控制，如果電機反轉，電控單元控制電機停轉，如果電機正轉，電控單元根據制動拉線位移信號及制動卡鉗的蹄片溫度信號調整所需駐車力並控制電機轉動，最後，如果達到所需駐車力，電控單元控制電機停止轉動，制動過程結束，如果達不到所需駐車力，繼續實施駐車制動；電控單元控制解除駐車包括如下步驟；首先，電控單元控制電機反轉，其次，電控單元根據電機轉速信號做出控制，如果電機正轉，電控單元控制電機停轉，如果電機反轉，電控單元根據制動拉線位移信號計算所需駐車力並控制電機轉動，最後，如果限位開關閉合，電控單元控制電機停止轉動，如果限位開關尚未閉合需要判斷是否達到所需的解鎖門限，如果達到解鎖門限，電機繼續反轉設定的圈數後電機停止轉動，制動過程結束。本發明中拉緊機構由電機驅動拉緊車輛制動拉線，電機的電控單元根據採集的電機轉速信號、車輛傾角信號及駐車制動力信號、限位開關信號及制動卡鉗的蹄片溫度信號控制電機的轉動，通過電機的正反轉可以實現實施或者解除駐車，因而能根據路面坡道角度、車輛行進角度，自動計算車輛所需駐車制動力大小，還能針對制動蹄片溫度變化作出溫度補償，進而實施合適的駐車制動，實現了在全智能模式下根據駕駛員意圖智能實施/解除駐車。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步描述圖I為本專利結構總成爆炸圖；圖2為本專利齒輪-絲杆傳動爆炸圖；圖3為本專利前端蓋組件帶絲杆爆炸圖；圖4為本專利拉緊機構爆炸圖；圖5為本專利手動解鎖主視圖；圖6為電動駐車制動裝置結構框圖，其中實線框內為裝置的總成，外面為與其相連接的零部件；圖7為電動駐車制動裝置的電路原理框圖；圖8A為控制電路X的電機驅動電路的電機正反轉控制部分的原理圖；圖8B為控制電路X的電機驅動電路的電機迴路電流檢測部分和電機續流控制電路部分的原理圖8C為控制電路X的傾角傳感器檢測電路的原理圖；圖8D為控制電路X的拉力霍爾傳感器檢測電路的原理圖；圖8E為控制電路X的溫度檢測電路檢測電路的原理圖；圖9為駐車制動邏輯框圖；圖10為解除駐車制動邏輯框圖。
具體實施例方式首先，參考圖I至圖6具體說明本發明智能手剎裝置的機械結構，如圖I所示，該種智能手剎裝置包括1拉緊機構、2上端蓋、3電控單元、4電機、5絲槓齒輪、6雙聯齒輪、7前端蓋、8滑動軸承、9軸承、10箱體、11絲杆、12限位開關、13後端 蓋。該裝置為機電耦合產品，結構緊湊，性能穩定，功能全面，能有效簡化駕駛員操作，並提高整車優越性。具體的，電機4通過螺栓與箱體10緊固；雙聯齒輪6通過滑動軸承8安裝於箱體10齒輪箱內，並與絲槓齒輪5嚙合；絲槓齒輪5通過軸承9安裝於箱體10齒輪箱內，並與雙聯齒輪6嚙合；絲杆11與絲槓齒輪5通過鍵固定；前端蓋7通過螺栓與箱體10緊固連接，連接端面設置端面密封圈；電控單元3通過螺栓與上端蓋2緊固連接，且上端蓋2與箱體10通過螺栓緊固，並於連接端面設置端面密封圈；拉緊機構I內置絲杆螺母Ic與絲杆11嚙合傳動作直線運動，拉緊機構I後端掛槽可掛扣車輛制動拉線。如圖2所不，電機齒輪42與電機前端輸出軸41連接,傳遞轉矩，電機轉速傳感器43與電機輸出軸41末端相連；電機齒輪42與雙聯齒輪6中大齒輪嚙合，並帶動雙聯齒輪轉動；雙聯齒輪小齒輪與絲槓齒輪5嚙合，並隨雙聯齒輪轉動；絲槓齒輪5內徑設置鍵槽，絲杆11通過鍵14與絲槓齒輪連接，並隨雙聯齒輪轉動；拉緊機構I內置絲杆螺母Ic與絲杆11嚙合，並在箱體10內導向槽內滑動做直線位移，拉緊機構設置制動拉線掛槽可掛扣車輛制動拉線；限位開關12通過螺栓安裝於箱體10內，並布置於拉緊機構I末端。如圖3所示，絲杆前端穿過前端蓋74，並與端面軸承73相連接，鎖緊螺母72與絲杆11前端螺紋連接緊固，且其端面壓迫於端面軸承73端面，絲杆11轉動過程中，鎖緊螺母72壓迫端面軸承73並隨絲杆做旋轉運動，前端蓋蓋板71通過螺栓與前端蓋74緊固連接，密封相應組件，並限制絲杆11做直線運動。如圖4所示，儲能裝置Ib安裝與螺母導向套Ia內，儲能裝置為一彈簧；絲杆螺母Ic套入螺母導向套Ia並將儲能裝置Ib整體包容，絲杆螺母Ic頂端導向塊嵌入螺母導向套Ia頂端導向槽內；拉索固定座Id頂板與螺母導向套Ia端面緊密接觸並通過螺栓緊固，拉索固定座Id末端設置制動拉線掛槽；位移傳感器Ie掛扣於絲杆螺母底部，隨絲杆螺母同步作直線運動並監測位移信號。絲杆螺母Ic在絲杆11傳動並在螺母導向套Ia頂端導向槽限位下作直線運動，壓迫儲能裝置Ib產生位移並推動螺母導向套Ia作直線運動，電控單元3根據該位移計算制動拉力；同時與螺母導向套Ia緊固連接的拉索固定座Id做相同方向直線運動，進而帶動掛槽內製動拉線運動作駐車制動。螺母導向套與拉線固定座作剛性連接，並與制動拉線處於拉緊狀態；絲杆螺母由絲杆驅動作軸向運動，並壓迫壓縮彈簧，而由於位移傳感器因固定在絲杆螺母上，故同時隨絲杆螺母做軸向運動，進而產生位移。即此位移對應壓縮彈簧壓縮量，彈簧壓力對應駐車制動所需拉力(也就是駐車力)。限位開關12初始狀態與拉索固定座Id的頂板相接，在該種智能手剎裝置安裝、拆卸、調整過程中為制動初始化提供復位信號。駐車制動如圖I所示，電控單元3控制電機4正轉，雙聯齒輪6、絲槓齒輪5、絲杆11受電機齒輪驅動同時正向轉動，進而拉緊機構I作正向直線運動，實施駐車制動。如圖9所示，電控單元控制實施駐車包括如下步驟；首先，電控單元根據車輛傾角信號計算所需駐車力並控制電機正轉，其次，電控單元根據電機轉速信號做出控制，如果電機反轉，電控單元控制電機停轉，如果電機正轉，電控單元根據制動拉線位移信號及制動卡鉗的蹄片溫度信號調整所需駐車力並控制電機轉 動，最後，如果達到所需駐車力，電控單元控制電機停止轉動，制動過程結束，如果達不到所需駐車力，繼續實施駐車制動；解除駐車制動如圖I所示，電控單元3控制電機4反轉，雙聯齒輪6、絲槓齒輪5、絲杆11受電機齒輪驅動同時反向轉動，進而拉緊機構I作反向直線運動，駐車制動解除。如圖10所示，電控單元控制解除駐車包括如下步驟；首先，電控單元控制電機反轉，其次，電控單元根據電機轉速信號做出控制，如果電機正轉，電控單元控制電機停轉，如果電機反轉，電控單元根據制動拉線位移信號計算所需駐車力並控制電機轉動，最後，如果限位開關閉合，電控單元控制電機停止轉動，如果限位開關尚未閉合需要判斷是否達到所需的解鎖門限，如果達到解鎖門限，電機繼續反轉設定的圈數後電機停止轉動，制動過程結束。檢測是否達到邏輯門限a後繼續反轉N圈即為自動間隙調整功能。該功能在傳統制動器上由機械部件提供，在本機構中由控制單元實現，具有更加可靠及準確性。手動解除駐車如圖5所示,雙聯齒輪6轉軸與前端蓋7相通,轉軸前端加工有六方沉臺16,需手動解除駐車時，插入標準六角扳手15按設定方向轉動，雙聯齒輪6即反向旋轉，進而帶動絲槓齒輪5、絲杆11反向旋轉，達到解除駐車功效。參考圖6和圖7說明電路原理框圖及工作原理說明電路原理框圖請參閱圖7，圖中外線框內表示的是整個電動駐車制動裝置中電器件的組成，內線框內表示的是控制電路組件X中電器件的組成，控制電路組件X不包括含有電機X、行程傳感器X、限位開關、自動模式開關、手動駐車開關和手動解除開關，但裝置中則包含這些電器件；外線框外表示的是外界與裝置中電路連接情況，含有點火開關、制動開關等。控制電路X中重要的幾個功能模塊原理，包括電機驅動電路、傾角傳感器檢測電路、拉力傳感器檢測電路以及溫度傳感器檢測電路，原理說明如下整個電機驅動電路分為以下幾個重要部分電機正反轉控制部分，電機迴路電流檢測部分，電機續流控制電路部分。電機正反轉控制部分請參閱圖8A，電機迴路電流檢測部分和電機續流控制電路部分請參閱圖8B。電機正反轉控制部分通過單片機的輸出端FWD及REV驅動三極體Ql及Q2的導通與截止，來控制繼電器中2、3引腳間和4、5引腳間電感線圈是否通電，從而來控制繼電器的觸點7或8的吸合與斷開,繼電器的公共端分別連接於電機的兩級Motor++和Motor—,進而能夠協調控制電機的正反轉。電機迴路電流檢測部分此部分通過晶片BTS443P檢測電機迴路電流，根據電機的特性，我們採用兩個BTS443P並聯，以提高量程。單片機輸出Motor_Control信號驅動晶片BTS443P工作，使電機能夠正常工作，此時晶片BTS443P即能夠感應到電機迴路電流，通過晶片引腳4輸出相對應的比例反饋電流，反饋電流流經電阻RIO, RlO即產生電壓降,此電壓值輸入給單片機引腳MotorCurrent_Detection_AD進行檢測，即檢測了電機迴路電流值。電機續流控制電路部分控制電機停止時，單片機Motor_Control信號控制BTS443P停止，此時，電流流經續流二極體D9或者D10，電機停止後，單片機再停止輸出正反轉控制信號FWD或者REV。電機轉速傳感器作用a)判斷電機正反轉，實際當中對應實施駐車/解除制動；b)在自動間隙調整功能中(見解除駐車邏輯框圖)，電機反轉N圈由電機傳感器識·別圈數信號。傾角傳感器該部件內置於電路板中，且水平安置，可監測車輛行進方向及前後車輛傾角，為控制單元提供角度信號，車輛行進角度可有傾角傳感器提供，車頭向前為正傾角，向後為負傾角。駐車制動力信號即絲杆螺母底部位移傳感器。控制器根據該位移計算制動力。溫度傳感器布置於制動卡鉗內部，通過導線連接控制單元。該傳感器監測卡鉗蹄片溫度變化，為控制單元提供溫度信號。控制單元據此計算蹄片因溫度變化引起的熱衰退、蹄片受熱膨脹導致的蹄片間隙變化。並據此對執行機構實施反饋控制。傾角傳感器檢測電路請參閱圖SC，傾角傳感器選用成熟產品SCA60C。此傳感器外接5V驅動電源，7腳為模擬電壓信號輸出引腳。將VOUT連接到MCU的模擬轉換引腳，進行電壓值採樣即可。拉力傳感器檢測電路請參閱圖8D，線性霍爾傳感器選用SS495A。SS490系列的線性霍爾傳感器的輸出是與電源電壓有關的比率電壓輸出。正常工作時，其輸出信號引腳3連接到MCU的模擬轉換引腳，進行電壓值採樣即可。溫度傳感器檢測電路請參閱圖SE，溫度傳感器選用DS1820。此傳感器外接5V驅動電源，2腳為數位訊號輸出引腳。正常工作時，將DQ引腳接入到MCU的引腳，進行數據讀取即可。綜上所述，本發明具有以下優點I、能根據車輛行駛路面坡道角度、車輛行進角度自動計算車輛所需駐車制動力大小。2、具有自動間隙調整功能。在解除駐車制動過程中採集駐車拉力信號，根據標稱拉力設置固定回位行程，從而達到間隙調整。採用傳統手剎裝置的車輛在長久使用之後，制動拉線往往產生形變，其長度逐步加長，從而影響駐車制動力大小及駐車操作響應。本專利在解除駐車制動過程中採集駐車拉力信號，根據標稱拉力設置固定回位行程，從而達到間隙調整。3、具有溫度補償功能。能實時監測各部件制動過程中溫度的改變，並通過計算得出各部件的形變量，根據該形變量作出溫度補償，進而實施合適的駐車制動。車輛在實施駐車制動前往往先實施行車制動，在不同路況下的行車制動力大小，制動時間都不盡相同，制動蹄片、制動盤摩擦產熱也大不相同，制動蹄片因熱形變量也有差異，因此在不同工況下需根據不同熱形變量實施駐車力。本專利能實時監測各部件制動過程中溫度的改變，並通過計算得出各部件的形變量，根據該形變量作出溫度補償，進而實施合適的駐車制動。該功能在車輛緊急制動中作用 尤為明顯4、具有初始復位功能，限位開關在該種智能手剎裝置安裝、拆卸、調整過程中實施制動初始化。
權利要求
1.一種智能手剎裝置，包括箱體(10)及設於箱體內的拉緊機構(I)，所述拉緊機構後端連接車輛制動拉線，其特徵在於所述拉緊機構前端由電機(4)驅動拉緊及鬆開車輛制動拉線，所述電機由電控單元(3)控制，所述拉緊機構後端設置一限位開關(12)，限位開關與電控單元連接，所述電控單元根據採集的電機轉速信號、車輛傾角信號、制動拉線位移信號、制動卡鉗的蹄片溫度信號及限位開關信號控制電機的轉動以實施或者解除駐車。
2.根據權利要求I所述的一種智能手剎裝置，其特徵在於所述拉緊機構包括齒輪變速機構及絲槓螺母機構，電機輸出軸連接齒輪變速機構，齒輪變速機構的輸出齒輪與絲槓螺母機構中的絲槓固定，絲槓螺母機構中的絲槓螺母連接車輛制動拉線。
3.根據權利要求2所述的一種智能手剎裝置，其特徵在於所述齒輪變速機構包括安裝於電機輸出軸(41)上的電機齒輪(42)及一雙聯齒輪(6)，雙聯齒輪設於一雙聯齒輪軸上，雙聯齒輪由一大齒輪和一小齒輪組成，大齒輪與電機齒輪哨合，小齒輪與一絲槓齒輪(5)嚙合。
4.根據權利要求3所述的一種智能手剎裝置，其特徵在於所述絲槓螺母機構包括一絲槓(11)及與絲槓配合的絲槓螺母(lc)，所述絲杆齒輪安裝於絲槓上，所述絲槓螺母設於一螺母導向套(Ia)內，螺母導向套底部設有一彈簧，絲杆螺母套入螺母導向套並將頂壓彈簧，絲杆螺母頂端的導向塊嵌入螺母導向套頂端的導向槽內，絲槓螺母與一拉索固定座(Id)緊固，拉索固定座末端設置制動拉線掛槽以連接車輛制動拉線。
5.根據權利要求4所述的一種智能手剎裝置，其特徵在於所述絲杆前端穿過箱體的前端蓋(74)，前端蓋內設有端面軸承(73)支撐絲槓，一鎖緊螺母(72)與絲杆前端螺紋連接緊固，且鎖緊螺母內端面壓緊端面軸承外端面，絲杆轉動過程中，鎖緊螺母壓迫端面軸承並隨絲杆做旋轉運動。
6.根據權利要求5所述的一種智能手剎裝置，其特徵在於所述雙聯齒輪軸穿出箱體前端蓋，雙聯齒輪軸端面上加工有與六角扳手(15)配合的六方沉臺(16)。
7.根據權利要求6所述的一種智能手剎裝置，其特徵在於所述電控單元(3)為一單片機，所述單片機與採集電機轉速信號的電機轉速傳感器(43)、採集車輛傾角信號的車輛傾角傳感器、採集制動卡鉗蹄片溫度信號的溫度傳感器及採集車輛制動拉線位移的位移傳感器(Ie)連接。
8.根據權利要求7所述的一種智能手剎裝置，其特徵在於所述位移傳感器(Ie)掛扣於絲杆螺母(Ic)底部，所述位移傳感器隨絲杆螺母同步作直線運動並監測位移信號。
9.一種智能手剎裝置控制方法，其特徵在於 電控單元控制實施駐車包括如下步驟首先，電控單元根據車輛傾角信號計算所需駐車力並控制電機正轉，其次，電控單元根據電機轉速信號做出控制，如果電機反轉，電控單元控制電機停轉，如果電機正轉，電控單元根據制動拉線位移信號及制動卡鉗的蹄片溫度信號調整所需駐車力並控制電機轉動，最後，如果達到所需駐車力，電控單元控制電機停止轉動，制動過程結束，如果達不到所需駐車力，繼續實施駐車制動； 電控單元控制解除駐車包括如下步驟首先，電控單元控制電機反轉，其次，電控單元根據電機轉速信號做出控制，如果電機正轉，電控單元控制電機停轉，如果電機反轉，電控單元根據制動拉線位移信號計算所需駐車力並控制電機轉動，最後，如果限位開關閉合，電控單元控制電機停止轉動，如果限位開關尚未閉合需要判斷是否達到所需的解鎖門限，如果達到 解鎖門限，電機繼續反轉設定的圈數後電機停止轉動，制動過程結束。
全文摘要
本發明公開了一種智能手剎裝置，包括箱體及設於箱體內的拉緊機構，所述拉緊機構後端連接車輛制動拉線，所述拉緊機構前端由電機驅動拉緊及鬆開車輛制動拉線，所述電機由電控單元控制，所述拉緊機構後端設置一限位開關，限位開關與電控單元連接，所述電控單元根據採集的電機轉速信號、車輛傾角信號、制動拉線位移信號、制動卡鉗的蹄片溫度信號及限位開關信號控制電機的轉動以實施或者解除駐車。本發明實現了在全智能模式下根據駕駛員意圖智能實施/解除駐車。
文檔編號B60T8/172GK102774365SQ20121017202
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者李小攀, 王顯會, 王洪亮, 皮大偉, 苑慶澤, 鍾煥祥 申請人:浙江萬安科技股份有限公司