一種基於壓電陶瓷傳感器的epb提高可靠性的方法

2023-05-05 03:35:26

一種基於壓電陶瓷傳感器的epb提高可靠性的方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於壓電陶瓷傳感器的EPB提高可靠性的方法，具體包括步驟1：駕駛員啟動電子駐車制動按鈕，控制器自檢，系統進行初始化設置；步驟2：壓電陶瓷傳感器輸出的電壓經控制器處理，得到在初始電壓值的基礎上增加的電壓值u1，將所述增加的電壓值u1與參考電壓值uref1進行比較，當所述增加的電壓值u1小於參考電壓值uref1時，對過程進行控制；步驟3：當所述增加的電壓值u1大於或等於參考電壓值uref1時，對過程進行控制；本發明不會顯著增加電子駐車制動器的成本，由於本方案採用的壓電陶瓷較易獲得，價格便宜，但卻大大提高了電子駐車制動器使用的可靠性，所述壓電陶瓷傳感器易於裝配，軸向尺寸小，反應靈敏。
【專利說明】—種基於壓電陶瓷傳感器的EPB提高可靠性的方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於車輛動力學控制【技術領域】，涉及一種基於壓電陶瓷傳感器的EPB提高可靠性的方法。

【背景技術】
[0002]通常，駐車制動器用於在車輛停穩後穩定車輛，避免車輛在斜坡路面停車時由於溜車造成事故。
[0003]駐車制動器主要由制動杆、拉線、制動機構以及回位彈簧組成，長期使用會造成回位彈簧的變形以及拉線的伸長，而且經常性的拉杆操作會使駕駛者感到不適，為了利於車輛組裝及簡化駐車制動系統，開發出了整合卡鉗式的電子駐車制動器(EPB，ElectricalParking Brake)。在目前電子駐車制動系統中，大多採用整合卡鉗式電子駐車制動器,所述制動系統功能多，結構緊湊，安裝方便，已變成了發展的趨勢。
[0004]現有類型整合卡鉗式的電子駐車制動器包括電機、行星減速機構、絲槓傳動機構、制動鉗等，所述制動器是電子駐車制動系統的重要組成部分，其制動性能的高低直接影響車輛的安全性。在這種駐車制動器的系統在響應制動信號時，如果在電源電壓不穩定導致駐車制動失效時無法第一時間獲知，從而造成安全隱患。現有類型的制動器中的滑動絲槓均為一體式結構，外部充滿油液，無法安裝傳感器。
[0005]現有技術中，例如，公布號為CN 103863294 A，發明名稱為「用於操縱具有電機驅動的駐車制動機構的駐車制動器的方法」的專利中，涉及須查明電機電參量並在預定時間之後自動接通電動機以便再夾緊，實現此功能的控制器大大增添了電子駐車制動器的成本，並且在解除制動時電機亦會有電參量的變化，而此時若控制器工作，則會在解除制動後的預定時間之後自動接通電動機以夾緊制動盤，給車輛的安全造成很大的威脅，同時，當電源電壓不穩定時，無法獲取準確的電參量，此時系統可能會產生誤判，從而造成安全隱患。
[0006]另外，現有技術對電子駐車制動器進行了一些改進，例如:
[0007](I)中國專利申請號為201210367421.9，名稱為「一種用於機動車電子駐車制動系統的電子駐車促動器」中，將傳動齒輪與下殼體中的定位裝置之間裝設耐磨零件，減少軸向磨損；
[0008](2)中國專利申請號為201210499079.8，名稱為「一種車輛用電子駐車制動系統的制動卡鉗總成」中，用減摩片代替原駐車制動卡鉗中的推力滾針軸承；
[0009](3)中國專利申請號為201320891719.X，名稱為「一種車輛制動系統電子駐車執行器」中，將殼體設置為雙層隔音結構，且設有減震單元；
[0010](4)中國專利申請號為201320891676.5，名稱為「用於車輛制動系統的電子駐車執行機構」中，提出設置一體式結構的傳動機構定位板；
[0011](5)中國專利申請號為201220423233.9，名稱為「一種電子駐車制動器的作用器」中，將行星齒輪減速裝置換為斜盤式齒輪傳動，以簡化結構。
[0012]但上述這些裝置或方法均不能從根本上解決現有技術中存在的經駐車制動後駕駛者不了解制動效果的問題。


【發明內容】

[0013]本發明的目的是提供一種能夠幫助駕駛員在駐車制動後獲悉解制動效果的方法。
[0014]本發明的技術方案是提供一種基於壓電陶瓷傳感器的EPB提高可靠性的方法，該方法包括:
[0015]步驟1:駕駛員啟動電子駐車制動按鈕，控制器自檢，系統進行初始化設置；
[0016]當駕駛員需要進行駐車制動時，會啟動駐車制動按鈕，電機接通電源，同時與壓電陶瓷傳感器相連的控制器進行自我檢查，如果檢查結果合格，則進行初始化設置，設定此時的時間t = 0，如果檢查結果不合格，則進行報警，使報警燈閃爍；
[0017]步驟2:壓電陶瓷傳感器輸出的電壓經控制器處理，得到在初始電壓值的基礎上增加的電壓值U1，將所述增加的電壓值U1與參考電壓值UMfl進行比較，當所述增加的電壓值+小於參考電壓值UMfl時，對過程進行控制；
[0018]當所述增加的電壓值U1小於參考電壓值Urefl時，在設定時間tMfl內可以多次進行再加緊過程，直至重新得到的所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值UMfl，
[0019]若當多次再夾緊過程所用的時間達到或超過設定時間tMfl時，將判斷為制動器制動力未達到理想制動效果，制動失效，以指示燈閃爍的形式告訴駕駛員進行報警；
[0020]步驟3:當所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl時，對過程進行控制；
[0021]該步驟中，當所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl時，將所述增加的電壓值U1與設定的最大制動力對應的電壓值Umax進行比較，如果所述增加的電壓值U1小於設定的最大制動力對應的電壓值U_，則系統將保持制動壓力；
[0022]如果結果與此相反，則將電機反轉以減小制動力，當電機在規定時間tMf2內反轉時，實時地將所述增加的電壓值U1與參考電壓值UMfl進行比較，重複前述情況，如果達到或超過規定時間tMf2時，電機仍然反轉，則判斷為電機失效，以指示燈閃爍的形式報警以提醒駕駛員採取相應措施。
[0023]進一步地，初始狀態下，由於預緊力的作用，壓電陶瓷傳感器會輸出一個初始電壓，控制器獲得初始電壓值，當摩擦片夾緊制動盤後，壓電陶瓷傳感器將力變化轉化為電壓變化，經控制器處理，消除初始電壓的影響，會在控制器中得到一個在初始電壓值的基礎上增加的電壓值U1，其大小與制動力的大小相對應；坡度傳感器獲得坡度信息並轉化為參考電壓值uMfl，將所述增加的電壓值U1通過PID進行調節，並與參考電壓值UMfl進行比較；
[0024]本發明還提供了一種壓電陶瓷傳感器的電子駐車制動器，其特徵在於:通過滑動絲槓組合件的旋轉，使得水平移動的螺母在平動過程中對活塞施加壓力，壓力通過摩擦片施加在制動盤上，所述滑動絲槓組合件由滑動絲槓底部、滑動絲槓頭部和圓柱銷組成，所述圓柱銷對稱的插入滑動絲槓頭部的孔中，密封圈套在滑動絲槓頭部的環形槽內；滑動絲槓頭部嵌入滑動絲槓底部的內凹槽內，所述滑動絲槓底部為圓柱銷的端部留有兩個對稱的通孔，其直徑大於圓柱銷的外徑，以便圓柱銷的軸向移動；
[0025]所述壓電陶瓷傳感器由滑動絲槓頭部固定在滑動絲槓底部的內凹槽中，壓電陶瓷傳感器置於滑動絲槓組合件的內部空間，其導線通過通道引出。
[0026]進一步地，電子駐車制動器驅動機構由電機、上殼體、下殼體、電機軸端齒輪構成，所述電機軸端齒輪通過傳動齒輪與大傳動件相連。
[0027]本發明的有益效果:
[0028]採用本發明所提供的技術方案，能夠有效解決電子駐車制動器失效而駕駛者卻不知道的情況。現有駐車制動器中，原標定所對應的力和力矩都比實際制動時的力和力矩大，而採用本技術方案，加入壓電陶瓷傳感器20後，可以測得壓力信號，以進行反饋控制，實際制動過程中不會達到最大的力和力矩，提高了電機2的壽命。再配合坡道傳感器，便可施加不同的EPB力矩。所述滑動絲槓組合件由兩部分構成，並通過改變各自端部的結構由圓柱銷21巧妙連接，既能使壓電陶瓷傳感器產生軸向位移，又能有效防止進油。所述壓電陶瓷傳感器20獲取的信號作為一種冗餘信號，與電機2反饋不一致，當電機2磨損後，仍能保證控制品質。
[0029]此外，採用本發明所提供的技術方法，並不會顯著增加電子駐車制動器的成本，由於本方案採用的壓電陶瓷較易獲得，價格便宜，但卻大大提高了電子駐車制動器使用的可靠性，所述壓電陶瓷傳感器易於裝配，軸向尺寸小，反應靈敏。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下面結合附圖，對本發明作進一步的說明:
[0031]圖1a是電子駐車制動器抽象剖視示意圖；
[0032]圖1b是圖1a中具有壓電陶瓷傳感器部分的局部放大圖；
[0033]圖2是所述駐車制動器的傳動機構中滑動絲槓組合件的二維示意圖；
[0034]圖3是所述駐車制動器的傳動機構中滑動絲槓組合件的三維示意圖；
[0035]圖4是所述壓電陶瓷傳感器的連線通過駐車制動器傳動機構與減速機構後引出的三維示意圖。
[0036]圖5是根據本發明的一種實施方案，用於操控駐車制動器的不同方法步驟的流程圖。
[0037]圖6為U1的PID控制流程圖。
[0038]其中，1.下殼體,2.電機,3.支撐架,4.電機軸端齒輪,5.上殼體,6.傳動齒輪，7.傳動軸，8.控制器，9.大傳動件，10.行星齒輪減速機構，11.墊片，12.滑動絲槓底部，13.滑動絲槓頭部，14.螺母，15.活塞，16.制動盤，17.摩擦片，18.卡鉗，19.活塞密封圈，20.壓電陶瓷傳感器，21.圓柱銷，22.密封圈。

【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0040]本發明中，改變現有技術的卡鉗式電子駐車制動器中的絲槓傳動機構，在其中添加一壓電陶瓷傳感器20，並且保證壓電陶瓷傳感器20具有能實現壓電轉化所需的軸向位移，同時保證其以及導線不與腔裡的油液接觸，實現機械能和電能之間的轉化，將壓力轉換為電信號，並將坡度傳感器獲得的坡度信息經過控制器8轉換為電壓量，將此作為電壓參考值，與壓電陶瓷傳感器20獲取的電信號進行比較，來判斷駐車時的制動效果，如果出現制動異常則進行報警，令駕駛員第一時間了解車輛制動情況，並採取措施，從而達到提高電子駐車制動器可靠性的目的。例如，若壓電陶瓷傳感器20採集到的信號異常，則控制單元在自檢合格的前提下會啟動報警功能，以指示燈閃爍的形式通知駕駛員採取措施。
[0041 ] 本發明提供一種提高電子駐車制動器可靠性的方法，此方法建立在改進現有電子駐車制動器結構組成的基礎之上，改進後電子駐車制動器的驅動機構與大傳動件9之間通過傳動齒輪6連接，傳動機構包括滑動絲槓底部12、滑動絲槓頭部13、螺母14、活塞15、摩擦片17、圓柱銷21，所述摩擦片17布置在制動盤16兩側，所述滑動絲槓組合件與螺母14相配合，所述滑動絲槓組合件端部設有起端面軸承作用的墊片11。電機2提供動力帶動電機軸端的齒輪4轉動，經傳動齒輪6將動力傳動至行星齒輪減速機構10，減速增矩後帶動滑動絲槓組合件旋轉，同時與滑動絲槓組合件配合的螺母14將滑動絲槓組合件的轉動變為平動，推動活塞15，從而使摩擦片17壓緊制動盤16以實現駐車制動。
[0042]所述壓電陶瓷傳感器20屬於無機非金屬材料，是一種能夠將機械能和電能相互轉化的功能陶瓷材料，壓電陶瓷傳感器20為圓柱狀，如圖1所示，導線經過圖1中滑動絲槓底部12和行星齒輪端蓋中的圓柱形通道，並由下殼體引出。
[0043]所述驅動機構由電機2、上殼體5、下殼體1、電機軸端齒輪4構成，所述電機軸端齒輪4通過傳動齒輪6與大傳動件9相連。
[0044]所述行星齒輪減速機構10是由太陽輪、行星輪、齒圈、輸出軸構成的兩級行星齒輪減速機構，由傳動齒輪6帶動，並輸出為行星架的轉動。
[0045]所述壓電陶瓷20在受到壓力產生軸向微小變形時，連接滑動絲槓底部12和滑動絲槓頭部13的圓柱銷21可以在鍵形滑槽內產生微小位移。
[0046]圖1所示，本發明所述的具有壓電陶瓷傳感器的卡鉗式電子駐車制動器，包括電機2，放置電機2的下殼體1，支撐電機2的支撐架3，起減速增矩作用的行星齒輪減速機構10，可以通過滑動絲槓組合件的旋轉，在其上進行水平移動的螺母14，螺母14平動過程中對活塞15施加壓力，壓力通過摩擦片17施加在制動盤16上，達到駐車要求。
[0047]圖2是所述駐車制動器的傳動機構中滑動絲槓組合件的二維圖。所述滑動絲槓組合件由滑動絲槓底部12、滑動絲槓頭部13和圓柱銷21組成。所述圓柱銷21對稱的插入滑動絲槓頭部13的孔中，孔的內徑與圓柱銷21的外徑相同，所述密封圈22套在滑動絲槓頭部13的環形槽內。滑動絲槓頭部13嵌入滑動絲槓底部12的內凹槽內，所述滑動絲槓底部12為圓柱銷21的端部留有兩個對稱的通孔，其尺寸比圓柱銷21的外徑大，以便圓柱銷21的軸向移動。所述壓電陶瓷傳感器20由滑動絲槓頭部13固定在滑動絲槓底部12的內凹槽中。其中，壓電陶瓷傳感器20置於滑動絲槓組合件的內部空間，其導線由圖1中的局部放大圖的通道引出。
[0048]本發明還提供了一種基於壓電陶瓷傳感器的EPB提高可靠性的方法，該方法包括:
[0049]步驟1:駕駛員啟動電子駐車制動按鈕，控制器8自檢，系統進行初始化設置。
[0050]當駕駛員需要進行駐車制動時，會啟動駐車制動按鈕，所述電機2接通電源，同時與壓電陶瓷傳感器20相連的控制器8進行自我檢查，如果檢查結果合格，則進行初始化設置，設定此時的時間t = 0，如果檢查結果不合格，則進行報警，使報警燈閃爍。
[0051]步驟2:壓電陶瓷傳感器輸出的電壓經控制器8處理，得到在初始電壓值的基礎上增加的電壓值U1，將所述增加的電壓值U1與參考電壓值UMfl進行比較，當所述增加的電壓值+小於參考電壓值UMfl時，對過程進行控制。
[0052]該步驟中，初始狀態下，由於預緊力的作用，壓電陶瓷傳感器20會輸出一個初始電壓，控制器8獲得初始電壓值，當摩擦片17夾緊制動盤16後，壓電陶瓷傳感器20將力變化轉化為電壓變化，經控制器8處理，消除初始電壓的影響，會在控制器8中得到一個在初始電壓值的基礎上增加的電壓值U1，坡度傳感器獲得坡度信息並轉化為參考電壓值uMfl，將所述增加的電壓值U1通過PID進行調節，增加其穩定性，並與參考電壓值uMfl進行比較。當所述增加的電壓值U1小於參考電壓值uMfl時，在設定時間tMfl內可以多次進行再加緊過程，直到所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl，若當多次再夾緊過程所用的時間達到或超過設定時間tMfl時，將判斷為制動器制動力未達到理想制動效果，制動失效，以指示燈閃爍的形式告訴駕駛員進行報警。
[0053]該實施例中，汽車在坡度值為6°的斜坡上實施駐車制動，坡度傳感器獲得坡度信息並轉化為的參考電壓值Urefl為4V，當得到的在初始電壓值的基礎上增加的電壓值U1小於4V時，在設定時間tMfl為2秒內，多次進行再夾緊過程，直到所述增加的電壓值U1大於或等於4V，若當多次再夾緊過程所用的時間達到或超過2秒時，將判斷為制動器制動力未達到理想制動效果，制動失效，以指示燈閃爍的形式告訴駕駛員進行報警。
[0054]步驟3:當所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl時，對過程進行控制。
[0055]當所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl時，也可能出現制動力過大而影響零件使用壽命的現象，為了防止出現這種情況，將所述增加的電壓值U1與設定的最大制動力對應的電壓值Uniax進行比較,如果所述增加的電壓值U1小於設定的最大制動力對應的電壓值Umax，則系統將保持制動壓力，如果結果與此相反，則將電機2反轉以減小制動力，當電機2在規定時間tMf2內反轉時，實時地將所述增加的電壓值U1與參考電壓值uMfl進行比較，重複前述情況，如果達到或超過規定時間t,ef2時，電機2仍然反轉，則判斷為電機2失效，以指示燈閃爍的形式報警以提醒駕駛員採取相應措施。
[0056]該實施例中，參考電壓值uMfl小於或等於所述增加的電壓值U1時，設定的最大制動力對應的電壓值Umax為5V，當所述增加的電壓值U1小於5V時，系統將保持制動壓力，當所述增加的電壓值U1大於或等於5V時，將電機2反轉以減小制動力，當電機2在規定時間tref2為I秒內反轉時，實時地將所述增加的電壓值U1與5V進行比較，重複前述過程，當達到或超過I秒時，電機2仍然反轉，則判斷為電機2失效，以指示燈閃爍的形式報警以提醒駕駛員採取相應措施。
[0057]上述實施方式是用來解釋說明本發明的，而不是對本發明的唯一限定，在本發明技術構思的基礎上進行的相關的變形方案均在本發明的保護範圍之內，對本發明作的任何使用修改和改變，均在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於壓電陶瓷傳感器的EPB提高可靠性的方法，該方法包括: 步驟1:駕駛員駕駛員啟動電子駐車制動按鈕，控制器(8)自檢，系統進行初始化設置； 當駕駛員需要進行駐車制動時，會啟動駐車制動按鈕，電機(2)接通電源，同時與壓電陶瓷傳感器(20)相連的控制器(8)進行自我檢查，如果檢查結果合格，則進行初始化設置，設定此時的時間t = 0，如果檢查結果不合格，則進行報警，使報警燈閃爍； 步驟2:壓電陶瓷傳感器輸出的電壓經控制器(8)處理，得到在初始電壓值的基礎上增加的電壓值U1，將所述增加的電壓值U1與參考電壓值uMfl進行比較，當所述增加的電壓值U1小於參考電壓值uMfl時，對過程進行控制； 當所述增加的電壓值U1小於參考電壓值Urefl時，在設定時間tMfl內可以多次進行再夾緊過程，直至重新得到的所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl， 若當多次再夾緊過程所用的時間達到或超過設定時間tMfl時，將判斷為制動器制動力未達到理想制動效果，制動失效，以指示燈閃爍的形式告訴駕駛員進行報警； 步驟3:當所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl時，對過程進行控制； 該步驟中，當所述增加的電壓值U1大於或等於參考電壓值uMfl時，將所述增加的電壓值^與設定的最大制動力對應的電壓值Umax進行比較，如果所述增加的電壓值U1小於設定的最大制動力對應的電壓值u_，則系統將保持制動壓力； 如果結果與此相反，則將電機⑵反轉以減小制動力，當電機⑵在規定時間tMf2內反轉時，實時地將所述增加的電壓值U1與參考電壓值UMfl進行比較，重複前述情況，如果達到或超過規定時間tMf2時，電機⑵仍然反轉，則判斷為電機⑵失效，以指示燈閃爍的形式報警以提醒駕駛員採取相應措施。
2.根據權利要求1所述的基於壓電陶瓷傳感器的EPB提高可靠性的方法，其特徵在於:在步驟2中，初始狀態下，由於預緊力的作用，壓電陶瓷傳感器(20)會輸出一個初始電壓，控制器⑶獲得初始電壓值，當摩擦片(17)夾緊制動盤(16)後，壓電陶瓷傳感器(20)將力變化轉化為電壓變化，經控制器(8)處理，消除初始電壓的影響，會在控制器(8)中得到一個在初始電壓值的基礎上增加的電壓值U1，其大小與制動力的大小相對應；坡度傳感器獲得坡度信息並轉化為參考電壓值uMfl，將所述增加的電壓值U1通過PID進行調節，並與參考電壓值Umfl進行比較。
3.利用權利要求1所述方法的具有壓電陶瓷傳感器的電子駐車制動器，其特徵在於:通過滑動絲槓組合件的旋轉，使得水平移動的螺母(14)在平動過程中對活塞(15)施加壓力，壓力通過摩擦片(17)施加在制動盤(16)上，所述滑動絲槓組合件由滑動絲槓底部(12)、滑動絲槓頭部(13)和圓柱銷(21)組成，所述圓柱銷(21)對稱的插入滑動絲槓頭部(13)的孔中，密封圈(22)套在滑動絲槓頭部(13)的環形槽內；滑動絲槓頭部(13)嵌入滑動絲槓底部(12)的內凹槽內，所述滑動絲槓底部(12)為圓柱銷(21)的端部留有兩個對稱的通孔，其直徑大於圓柱銷(21)的外徑，以便圓柱銷(21)的軸向移動； 所述壓電陶瓷傳感器(20)由滑動絲槓頭部(13)固定在滑動絲槓底部(12)的內凹槽中，壓電陶瓷傳感器(20)置於滑動絲槓組合件的內部空間，其導線通過通道引出。
4.利用權利要求3所述的具有壓電陶瓷傳感器的電子駐車制動器，其特徵在於:電子駐車制動器驅動機構由電機(2)、上殼體(5)、下殼體(I)、電機軸端齒輪(4)構成，所述電機 軸端齒輪(4)通過傳動齒輪￠)與大傳動件(9)相連。
【文檔編號】B60T13/74GK104401308SQ201410535598
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月11日 優先權日:2014年10月11日
【發明者】李亮, 苗曉路, 高祥, 李晨風, 趙洵, 冉旭, 劉力福 申請人:北京英創匯智科技有限公司