機電液複合制動系統和相應的車輛的製作方法與工藝

2023-12-01 17:27:26

本發明涉及一種機電液複合制動系統以及一種包括這種機電液複合制動系統的車輛。

背景技術：
目前汽車上的制動系統按照車輛種類來分，主要分為液壓制動系統和氣壓制動系統，一般重量較低的乘用車都採用液壓制動系統。傳統真空助力液壓制動系統如圖1所示，主要由踏板2、真空助力器3和主缸5、儲液罐4、ABS(防抱死系統)/ESP(動態穩定控制系統)模塊6以及輪邊制動器8組成，真空助力器3所需的真空主要由發動機1、真空泵7等真空源提供，總共有五大總成模塊實現了制動系統的功能。當乘用車駕駛員進行制動時，通過踩動制動踏板2，真空助力器3利用內部獲得的真空與大氣之間的壓差，對其內部的推桿產生助力，並作用至主缸5內的雙活塞上，主缸5內的活塞運動推動主缸的制動液產生壓力，並傳遞至四個車輪上的輪邊制動器8進行制動。目前由於法規和技術的發展，如上所述，防抱死系統和動態穩定控制系統也引入至制動系統中，該制動系統主要在傳統制動系統的基礎上，收集輪速傳感器、方向轉角傳感器以及橫擺角速度傳感器等信號，利用連接在主缸5與輪邊制動器8之間的控制模塊，對車輛的防抱死和動態穩定性能進行控制，從而獲得更高的安全性能。因此，這類制動系統被稱為傳統真空助力液壓制動系統。目前該類制動系統是全世界範圍內乘用車普遍採用的設計結構，其優點為穩定可靠，設計成熟，缺點為整個系統涉及零件過多，接口繁瑣，集成度要求過高，總體成本偏高。此外，隨著汽車整車技術的發展以及日趨嚴格的車輛環保和排放要求，此類制動系統已經日趨顯示出其不適合時代發展要求的缺點，主要體現在二點：第一點，發動機技術日趨注重環保省油，導致了其進氣效率提高，帶來真空度的相應下降，越來越不能滿足制動真空助力的要求，儘管有些車輛開始配置機械真空泵，但由於機械真空泵為發動機的功能附件，需要發動機進行驅動，這反而增加了發動機的負荷，對油耗有較大影響，與節能環保的原則相悖，因此無法被所有整車設計者所採用和普及；第二點，隨著國家對新能源汽車的日趨重視以及相關技術的快速發展，大功率行車電機開始在新能源車上裝備，此類電機最大的特點是可以在車輛有減速意圖時進行能量回收並發電，從而實現制動能量的再生利用，但目前由於傳統液壓制動系統的存在，使得車輛在進行減速制動時同時存在傳統液壓制動和電機制動兩種模式，嚴重地影響駕駛員的正常駕駛，特別是在低附著路面的情況下，會導致ABS和ESP的異常作用，存在很大安全隱患。

技術實現要素：
本發明的目的是提供一種全解耦機電液複合制動系統以及一種包括這種全解耦機電液複合制動系統的車輛，以便克服上述至少一個缺點。根據本發明的一個方面，提供了一種用於車輛的機電液複合制動系統，包括：制動踏板；用於獲取制動踏板踩下時的速率和位移的傳感器；助力主缸，其經由第一電控閥與車輛的輪邊制動器液壓耦合；電控直線運動模塊，其與所述助力主缸直接連接並適於根據來自所述傳感器的信號驅動助力主缸的活塞進行直線運動；經由第二電控閥與制動踏板液壓耦合的踏板模擬器；其中，制動踏板經由第三電控閥與車輛的輪邊制動器液壓耦合，第一和第二電控閥被構造成適於同時打開和關閉，第三電控閥被構造成適於在所述第一和第二電控閥打開時保持關閉、在所述第一和第二電控閥關閉時打開。優選地，所述機電液複合制動系統還包括防抱死系統/動態穩定控制系統模塊，所述助力主缸通過第一、第二液壓管路液壓連接到所述防抱死系統/動態穩定控制系統模塊，所述第一、第二液壓管路上分別設有第一電控閥。優選地，制動踏板連接到踏板液壓缸的活塞，所述踏板液壓缸通過第三液壓管路液壓連接到踏板模擬器，且通過第四液壓管路液壓連接到所述防抱死系統/動態穩定控制系統模塊，其中，所述第二電控閥設置在所述第三液壓管路上，所述第三電控閥設置在所述第四液壓管路上。優選地，所述踏板液壓缸通過第四液壓管路在第一、第二連接點處分別液壓連接到第一和第二液壓管路，所述第一液壓管路上的第一電控閥設置在助力主缸與所述第一連接點之間，所述第二液壓管路上的第一電控閥設置在助力主缸與所述第二連接點之間。優選地，在第一連接點與第一液壓管路上的第一電控閥之間設有用於測量第一液壓管路內的液壓的第一壓力傳感器；和/或在踏板液壓缸與第三液壓管路上的第二電控閥與之間設有用於測量第三液壓管路內的液壓的第二壓力傳感器。優選地，所述電控直線運動模塊包括電控單元和直接連接到助力主缸的直線運動機構，所述電控單元適於基於來自所述傳感器的信號控制直線運動機構運動。優選地，所述第一和/或第二和/或第三電控閥連接到電控單元並由電控單元控制；和/或所述第一和/或第二壓力傳感器連接到電控單元，並向電控單元發送液壓信號；和/或所述電控單元集成在防抱死系統/動態穩定控制系統模塊中。優選地，所述第一、第二電控閥是上電時打開的常閉型電磁閥，所述第三電控閥是上電時關閉的常開型電磁閥；和/或所述機電液複合制動系統還包括用於監測和診斷系統故障的監測診斷系統；和/或所述機電液複合制動系統還包括在系統故障時發出警報的警報裝置。優選地，所述直線運動機構包括旋轉電機和適於將旋轉電機的旋轉運動轉換為直線運動的傳動機構；或所述直線運動機構包括適於驅動助力主缸的活塞直線運動的直線電機；或所述直線運動機構包括適於驅動助力主缸的活塞直線運動的電控液壓單元。優選地，所述傳動機構包括蝸輪-蝸杆機構、絲槓-螺母機構或齒輪-齒條機構。根據本發明的另一方面，提供了一種車輛，所述車輛具有所述的機電液複合制動系統。本發明的制動系統的集成度和功能大大增強，而且實現了液壓制動和電力制動的完全解耦，可以保證在正常車輛制動時電機能夠在必要的時候實現最大化的電機制動能量回收，而在緊急情況下電機制動及時退出，從而免除了ABS和ESP異常作用的安全隱患。附圖說明下面，通過參看附圖更詳細地描述本發明，可以更好地理解本發明的原理、特點和優點。附圖包括：圖1示出了目前乘用車普遍採用的真空助力液壓系統的簡圖。圖2示出了根據本發明的一個示例性實施例的全解耦機電液複合制動系統的簡圖。具體實施方式下面，將參看附圖更詳細地描述本發明的具體實施例，以便更好地理解本發明的基本思想。圖2示出了根據本發明的一個示例性實施例的全解耦機電液複合制動系統的簡圖。如圖2所示，該全解耦機電液複合制動系統主要包括：電控直線運動模塊12、助力主缸16、踏板模擬器11以及制動踏板9。為制動踏板9配備有位移傳感器10，該位移傳感器10可以確定製動踏板9在被踩踏時的速率和位移。在該示例性實施例中，電控直線運動模塊12包括電控單元17和直線運動機構18。電控單元17通過控制線路19連接到直線運動機構18且能夠控制直線運動機構18的操作。助力主缸16的缸內通常具有兩個活塞：第一活塞13和第二活塞14。第一活塞13和第二活塞14將液壓缸分成彼此液壓隔離的兩個液壓腔：第一液壓腔20和第二液壓腔21。第一液壓腔20和第二液壓腔21分別通過第一液壓管路22和第二液壓管路23連接到ABS/ESP模塊24。ABS/ESP模塊24液壓連接到輪邊制動器(圖2中未示出)。直線運動機構18與助力主缸16的第一活塞13和第二活塞14直接機械連接，能夠根據需要驅動第一活塞13和第二活塞14直線運動。電控單元17能夠控制直線運動機構18產生所需的直線運動，進而可通過直線運動機構18驅動第一活塞13第二活塞14產生期望的直線運動。當駕駛員踩下制動踏板9時，位移傳感器10獲取制動踏板9踩下時的速率和位移，將信號通過第一信號線25傳遞至電控直線運動模塊12的電控單元17，電控單元17解析信號並計算出駕駛員所期望的制動力，並將它轉化為驅動直線運動機構18所需的電流和工作時間，該直線運動機構18被供電後推動第一活塞13和第二活塞14直線運動，然後經由ABS/ESP模塊24將制動液壓傳遞至四個輪子。為了使本發明的制動踏板9與傳統的制動踏板在踩踏時具有一致的踩踏感覺，提供了如上所述的可調式踏板模擬器11來反饋踏板力。如圖2所示，制動踏板9通過活塞杆26連接到踏板液壓缸27的踏板活塞28，踏板液壓缸27通過第三液壓管路29連接到踏板模擬器11。在踩踏制動踏板9時，液壓流體通過第三液壓管路29從踏板液壓缸27向著踏板模擬器11流動，並使駕駛員具有近似真實的踩踏感覺。踏板液壓缸27同時通過第四液壓管路30在第一和第二連接點39、40處連接到相應的第一液壓管路22和第二液壓管路23。根據本發明的一個優選的實施例，第一、第三液壓管路22、29上分別設有相應的壓力傳感器31、32。這些壓力傳感器能夠感測相應的液壓管路內的壓力，並分別通過第二和第三信號線33、34將感測到的信號傳遞到電控單元17。電控單元17基於這些壓力信號根據預定的算法規則進行相應的控制。顯然，壓力傳感器31也可設置在第二液壓管路23上。根據一個實施例，第一和第二液壓管路22、23上也可均設置有壓力傳感器。根據本發明的另一個優選的實施例，第一、第二、第三和第四液壓管路22、23、29和30上分別設有相應的第一、第二、第三和第四電磁閥35、36、37和38。更具體地講，第一電磁閥35設置在助力主缸16與第一連接點39之間。類似地，第二電磁閥36設置在助力主缸16與第二連接點40之間。第四電磁閥38設置在踏板液壓缸27與第一連接點39之間。第一、第二和第三液壓管路22、23、29上的第一、第二和第三電磁閥35、36、37在全解耦機電液複合制動系統正常工作過程中保持打開，而第四液壓管路30上的第四電磁閥38在解耦機電液複合制動系統正常工作過程中保持關閉，此時，踏板液壓缸27與第一和第二液壓管路22、23液壓隔離，無法實現人力液壓制動，但可通過電控單元17驅動直線運動機構18帶動第一活塞13和第二活塞14直線運動，以實現電力制動。當電控單元17斷電、失效而使得無法實現電力制動時，第一、第二、第三電磁閥35、36、37關閉，第四電磁閥38打開，從而，踏板液壓缸27液壓連通到第一和第二液壓管路22、23，此時通過人力提供全部的制動作用。在這種情況下，優選使第一、第二和第三電磁閥35、36、37是常閉型的，第四電磁閥38是常開型的，即，當電控單元17被供電而正常工作時，第一、第二和第三電磁閥35、36、37由於上電而被打開，而第四電磁閥38由於上電而被關閉，此時電力制動能夠啟動；當電控單元17斷電、失效時，第一、第二和第三電磁閥35、36、37失電而處於常閉狀態，即關閉，而第四電磁閥38由於失電而處於常開狀態，即打開，此時人力液壓制動能夠啟動。從而本發明的機電液複合制動系統實現了液壓制動和電力制動的完全解耦。根據本發明的一個優選的實施例，直線運動機構18包括旋轉電機15和由電機15驅動的傳動機構41，該傳動機構41能夠將電機15的旋轉運動轉換為推動第一和第二活塞13、14的直線運動。根據本發明的另一個優選的實施例，直線運動機構18也可以是直線電機，該直線電機直接作用於第一和第二活塞13、14。根據本發明的一個優選實施例，所述傳動機構可包括蝸輪-蝸杆機構和螺紋杆，蝸輪的中心處設有螺紋孔，螺紋孔與螺紋杆嚙合，螺紋杆直接連接到助力主缸。工作時，旋轉電機驅動蝸杆轉動，蝸杆帶動蝸輪轉動，蝸輪轉動使得螺紋杆直線運動，從而推動第一和第二活塞運動。根據本發明的另一個實施例，所述傳動機構可採用齒輪-齒條機構，齒條直接連接到助力主缸。在某些情況下，所述傳動機構也可以採用絲槓螺母機構，絲槓(螺紋杆)直接連接到助力主缸。甚至在某些情況下，直線運動機構18本身也可以是電控液壓直線驅動單元，例如可以採用液壓泵作為驅動源。換言之，直線運動機構18隻要是能夠電控即可。如上所述，當電控單元17斷電、失效時，本發明的全解耦機電液複合制動系統能夠自動地從電力制動狀態切換到液壓制動狀態，以防止車輛制動完全失效。然而，在實際工作中，除電控單元有可能產生故障以外，直線運動機構(特別是直線運動機構中的電機)、甚至助力主缸也可能產生故障，此時也會影響全解耦機電液複合制動系統的電力制動部分的工作。為此，可以提供監測診斷系統，該監測診斷系統可以將監測診斷出的故障報告給電控單元，然後電控單元關閉第一、第二、第三電磁閥並打開第四電磁閥，以將全解耦機電液複合制動系統切換到人力液壓制動狀態。優選地，可以設置警報裝置，以在監測診斷出全解耦機電液複合制動系統出現故障時發出警報。優選地，也可以使電控單元與ABS/ESP模塊集成在一起，形成單獨的控制模塊。根據本發明的進一步優選的實施例，壓力傳感器31設置在第一電磁閥35與第一連接點39之間，壓力傳感器32設置在踏板液壓缸27與第三電磁閥37之間。在這種情況下，無論本發明的全解耦機電液複合制動系統是處於電力制動狀態還是處於液壓制動狀態，壓力傳感器31、32理論上均能獲得有效信號。具體地講，壓力傳感器31在電力制動狀態下能夠測量第一液壓管路23中的壓力，在液壓制動狀態下能夠測量第四液壓管路30中的壓力。類似地，壓力傳感器32在電力制動狀態下能夠測量第三液壓管路29中的壓力，在液壓制動狀態下能夠測量第四液壓管路30中的壓力。當本發明應用於傳統車輛時，可以實現踏板力性能任意可調，對於一些大型的SUV和皮卡車，由於傳統真空助力器尺寸的限制無法再突破幫助實現較好的制動性能和踏板感覺，本發明的應用可完全解決這個問題；當本發明應用於新能源車輛時，電控單元可以實時分配傳統制動所需制動力矩和電機制動所需電機力矩，實現最大化制動能量的回收。本發明的結構簡單易行，應用模塊均可借鑑成熟設計，不僅可以應用於傳統乘用汽車，而且可以應用於各類新能源車輛的制動系統。顛覆了傳統真空助力液力制動系統的設計概念，系統集成度和功能大大增強。對於本領域的技術人員而言，本發明的其他優點和替代性實施方式是顯而易見的。因此，本發明就其更寬泛的意義而言並不局限於所示和所述的具體細節、代表性結構和示例性實施例。相反，本領域的技術人員可以在不脫離本發明的基本精神和範圍的情況下進行各種修改和替代。