一種電機驅動的電子液壓制動系統的製作方法
2023-10-27 06:21:37 2
一種電機驅動的電子液壓制動系統的製作方法
【專利摘要】一種電機驅動的電子液壓制動系統，包括：制動踏板；踏板位移傳感器；次級主缸；踏板模擬器壓力傳感器；踏板模擬器；踏板模擬器電磁閥；推桿；電控直線運動模塊，其通過電機驅動運動調整機構帶動推桿運動，通過位移信號來控制電機，實現制動壓力的線性控制；制動主缸，其經過ABS/ESP模塊後與車輛車輪制動器液壓耦合；ABS/ESP模塊，既可以被動調節主缸輸送到車輪制動器的壓力，也可以主動對各個車輪的制動器壓力調節。該電機驅動的電子液壓制動系統具有快速響應、精確控制制動液壓力、較好模擬駕駛員的制動踏板感覺、最大化的回收制動能量等特點，同時該系統設計了雙重失效保護模式，具有很高的安全性和可靠性。
【專利說明】—種電機驅動的電子液壓制動系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於汽車【技術領域】，涉及汽車制動技術，尤其是一種電機驅動的電子液壓制動系統。
【背景技術】
[0002]現今汽車的發展有兩個趨勢:電動化和智能化。電動汽車上裝有大功率驅動電機，在汽車減速制動時，利用電機的拖滯，將電源反接，產生反向電動勢，使電動機轉變為發電機，進行發電，將汽車的動能轉換成為電能儲存進蓄電池中，即再生制動(又稱制動能量回收)。這些儲存的電能可以大量地增加汽車的續駛裡程，改變電動汽車續駛裡程低、電池尺寸大的缺點。在電池技術還不夠完善的今天，能夠極大的彌補電池技術欠缺所帶來的問題。另一方面是汽車智能化，如今車輛自適應巡航系統(ACC)和制動輔助系統(BAS)等發展迅速，可以大大減輕駕駛員的負擔。
[0003]電子液壓系統(EHB)是線控制動的一種，其制動踏板與液壓系統完全沒有機械連接。在制動過程中通過計算每次制動時制動踏板的位移與制動力，來判斷駕駛員的制動意圖，並且調節液壓主動動力源來控制、調節液壓系統的制動力，配合驅動電機制動力一起完成制動。線控系統也能更好的與ACC、BAS等系統協同作用。
[0004]Toyota、Bosch、TRW和Continental是最早投入電子液壓制動系統研究的公司。日本豐田公司1997年將其電子液壓制動系統ECB裝載於家用型混合動力轎車，Prius是第一款使用電液複合制動系統的小型汽車。Bosch公司在2012年推出了全新的HAS hev系統，液壓調節單元沿用了 ESP9.0系統。美國天合汽車公司(TRW)在2009年研發了 SCB (SlipControl Boost),與 Bosch 的 HAS 系統相比,其集成了 ESC 的功能。Continental 也在 2012年推出了 MKCl電子液壓制動系統。
[0005]現行電子液壓制動系統大都採用電機、泵和高壓蓄能器作為動力源，然而高壓蓄能器存在氮氣洩漏的危險，可靠性和安全性還存在隱患。
[0006]在電子機械式液壓制動系統中用電機和減速機構代替高壓蓄能器、泵，也能實現液壓力的主動控制和調節，通過控制線路傳遞信號，用電機驅動機械結構來推動主缸，不存在高壓蓄能器安全隱患等問題，其結構簡單，降低了成本，且機械連接的可靠性和安全性更高，通過E⑶直接控制，易於實現ABS、TCS、ESP、ACC等功能。這種形式的電子液壓制動系統前景光明，是未來制動系統重要的發展方向。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種電機驅動的電子液壓制動系統，用以回收制動能量、提高系統響應時間、精確的控制液壓制動力，很好的給駕駛員制動力反饋，實現系統液壓力和踏板力的主動控制。
[0008]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種電機驅動的電子液壓制動系統，包括:制動踏板；用於獲取駕駛員踩下制動踏板位移信號的踏板位移傳感器；次級主缸，正常制動時用於踏板感覺模擬，失效備份時直接用於制動；用於踏板力主動控制和失效判斷的踏板模擬器壓力傳感器；踏板模擬器，用來模擬踏板感覺；踏板模擬器電磁閥，用來主動控制踏板力的反饋；推桿，在電機或人力帶動下推動主缸活塞；電控直線運動模塊，其通過電機驅動蝸輪蝸杆齒輪齒條機構帶動推桿運動，通過位移信號來控制電機，從而實現制動壓力的線性控制；制動主缸，其包括三個液壓腔，是在傳統主缸第一腔的前面增加了一腔，其經過ABS/ESP模塊後與車輛車輪制動器液壓耦合；ABS/ESP模塊，既可以被動調節主缸輸送到車輪制動器的壓力，也可以主動對各個車輪的制動器進行壓力調節。電控單元ECU，根據踏板位移信號計算出此次制動需要的總制動力，然後根據電機、電池狀態計算出車輛能夠產生的再生制動力，總制動力減去再生制動力後即所述系統需要產生的制動力，其通過電機來控制。該電機驅動的電子液壓制動系統包括機械備份模式和液壓備份模式。
[0009]優選地，制動踏板與次級主缸推桿一端相連，次級主缸推桿另一端與齒條中心的推桿正對，中間留有間隙，克服間隙後兩者接觸，可傳遞制動力，通過與推桿常接觸的主缸活塞推動主缸。
[0010]優選地，次級主缸液壓管路有兩個支路，一路通過一個電磁閥與主缸前腔連接，該電磁閥為常開閥，打開時制動液可進入主缸前腔，另一路與踏板模擬器進液口相連。
[0011]優選地，主缸一共有3個液壓腔:前腔、第一工作腔和第二工作腔。主缸前腔通過一個電磁閥與儲液罐相連，該電磁閥為常閉閥，通電打開後實現補液的作用；第一、第二工作腔與ABS/ESP模塊相連，輪缸液壓力調節。
[0012]優選地，踏板模擬器出口管路通過一個電磁閥與儲液罐相連，該電磁閥為常閉閥，可以主動調節模擬踏板反力。
[0013]優選地，所述電控直線運動模塊包括電控單元ECU、電機和直線運動機構，所述電機接受電控單元ECU發出的調節力矩信號控制直線運動機構。
[0014]優選地，所述的解耦閥，在正常工作模式下關閉，參與踏板感覺模擬；在液壓備份模式下，系統斷電，解耦閥打開，實現制動。次級主缸推桿克服空行程後推動推桿向前運動，從而推動主缸推桿，實現機械備份保護。
[0015]優選地，所述電控直線運動模塊包括旋轉電機和將旋轉運動轉換成直線運動的傳動機構，該傳動機構包括蝸輪蝸杆機構和齒輪齒條機構。
[0016]優選地，電控直線運動模塊的傳動機構中的直線運動機構包括所述的蝸輪蝸杆機構和齒輪齒條機構，齒條是空心的，中間有一根推桿穿過，推桿左端與次級主缸的活塞右端有一定的間隙，該間隙為了實現只有電機制動時踏板與液壓制動解耦，取決於電機能夠產生的最大再生制動力。推桿右端與主缸活塞推桿接觸。當處於機械備份模式時，克服推桿與次級主缸活塞之間的間隙，剛性接觸，直接推動主缸活塞制動。
[0017]該電機驅動的電子液壓制動系統通過解耦閥來完成液壓備份作用，通過推桿來完成機械備份作用。正常工作下，系統上電，解耦閥關閉，次級主缸活塞向前運動一個空行程，這段空行程的位移根據電機能夠產生最大的再生制動力可以計算出來；液壓備份模式下，系統斷電，解耦閥打開，次級主缸中的制動液進入主缸前腔MC0，推動主缸活塞；機械備份模式下，次級主缸活塞克服空行程後與推桿接觸，推動推桿，進一步推動主缸活塞進行制動。
[0018]優選地，通過次級主缸，踏板模擬器，踏板模擬器壓力傳感器，電磁閥模擬制動踏板感覺，通過調節電磁閥的流量對踏板力進行主動控制。
[0019]主缸前腔與次級主缸相連，第一工作腔和第二工作腔分別通過液壓管路與ABS/ESP模塊相連。推桿推動第一活塞，第一工作腔建壓後推動第二活塞產生期望的直線運動，制動液經過液壓管路流向ABS/ESP模塊，繼而可以調節各輪缸產生的制動力。
[0020]所述電機驅動的電子液壓制動系統提供故障診斷系統，當某個制動部件失效發生故障時，可以將故障信息傳遞給電控單元。
[0021]所述電機驅動的電子液壓制動系統提供故障報警系統，當故障診斷系統診斷出電機驅動液壓制動系統出現故障時，報警裝置啟動，第一時間給駕駛員提供報警。
[0022]當電控直線運動模塊失效時，系統進入液壓備份，所有電磁閥斷電，次級主缸中的制動液進入主缸前腔，推動主缸第一活塞制動。機械備份時，次級主缸活塞推桿推動推桿，推桿作用在主缸活塞上。在失效備份時，系統的制動液壓力完全由人腳提供。當制動管路失效時，電控直線運動模塊完好，系統正常工作，管路漏液由報警器提醒駕駛員。
[0023]可選擇地，電控直線運動模塊可以由外包型電機、滾珠絲槓機構構成，絲槓為空心，其中推桿可以穿過。
[0024]與現有的電子液壓制動系統相比，本發明電機驅動的電子液壓制動系統具有如下優點:
[0025]1.採用電機控制直線運動機構，響應速度快，對液壓制動力精確控制，很好的配合電機再生制動力，較好的完成駕駛員制動意圖。
[0026]2.由於電機可精確控制，從而可以根據電機再生制動力、電池狀態，適時的調節液壓制動力，從而最大化地回收制動能量。
[0027]3.通過踏板模擬器出口液壓調節，可以對駕駛員的踏板力進行主動控制。
[0028]4.次級主缸與主缸前腔之間有管路連接，電機失效時進入液壓備份模式，系統穩定，安全性好，制動感覺好。
[0029]5.制動踏板和制動主缸之間保持機械連接，降低了系統失效的風險，即使電機失效，液控管路漏油，在推桿作用下，仍然可以產生一定的液壓制動力，從而確保系統具有很高的安全性，可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明的一個實施例的電機驅動的電子液壓制動系統的簡圖。
[0031]圖2為電機-蝸輪蝸杆減速機構示意圖。
[0032]圖3為直線運動模塊示意圖。
[0033]附圖中的標號表不:
[0034]I一踏板；2—踏板位移傳感器；3—踏板推桿；4一次級主缸；5—次級主缸活塞；
6—蝸輪；7—蝸杆；8—齒輪；9—齒條；10—推桿；11—主缸第一活塞；12—電機；13—主缸前腔；14一儲液罐；15—主缸第一工作腔；16—主缸第二活塞；17—主缸第二工作腔；18—主缸；19一ABS/ESP ;20—補液閥；21—解耦閥；22—調節閥；23—液壓力傳感器I ;24—踏板模擬器；25—踏板模擬器活塞；26—液壓力傳感器；27—電控單元ECU。
【具體實施方式】[0035]如圖1所示，該電機驅動的電子液壓制動系統主要包括制動踏板1、次級主缸3、踏板模擬器24、解耦閥21、電機12、蝸輪6、蝸杆7、主缸18、踏板位移傳感器2、液壓力傳感器26，電磁閥20,22o
[0036]在該實施例中，電控直線運動模塊包括電控單元ECU27、電機12、減速機構(蝸輪
6、蝸杆7)、直線運動機構(齒輪8、齒條9)。電機12通過控制線路與電控單元ECU27相連，根據電控單元傳遞的電機力矩信號控制直線運動機構。圖1中表示的是電控直線運動模塊的一種優選，電機12是旋轉電機，減速機構是蝸輪蝸杆機構，直線運動機構是齒輪齒條機構。主缸18包括前腔13、第一活塞11、第一工作腔15、第二活塞16、第二工作腔17，前腔13分別通過電磁閥與次級主缸4、儲液罐14相連，第一工作腔15和第二工作腔17被第二活塞16分隔開，並且都有連接儲液罐的補償孔。第一工作腔15和第二工作腔17分別通過液壓管路與ABS/ESP模塊19相連。ABS/ESP模塊再通過液壓管路連接到四個車輪制動器上。
[0037]本發明的電機驅動的電子液壓制動系統具體工作過程如下:駕駛員踩下制動踏板1，補液閥20、解耦閥21、調節閥22上電，踏板位移傳感器2獲得踏板位移，接收到駕駛員的制動意圖，將採集到的信號傳遞到電控單元27中，電控單元根據電機工作特性以及電池工作狀態計算出驅動電機再生制動力的大小，通過總的制動力需求減去驅動電機再生制動力，得到此次制動中所需的液壓制動力大小，然後電控單元通過控制線路控制電機12驅動直線運動模塊，直線運動模塊推動與主缸推桿相連的第一活塞11，在第一活塞擋住第一補償孔時第一工作腔開始建壓，繼而通過彈簧、頂杆推動第二活塞16直線運動，當第二活塞擋住第二補償孔時第二工作腔開始建壓，制動液經過液壓管路流向ABS/ESP模塊19，繼而流向各輪缸產生制動力。
[0038]根據本發明的一個優選的實施例，電控直線運動模塊包括旋轉電機12、蝸輪蝸杆減速機構和將旋轉運動轉換成直線運動的齒輪齒條機構，蝸杆7固連在旋轉電機12的轉軸上，通過電機旋轉運動驅動蝸輪轉動，從而帶動同軸的齒輪轉動，齒輪驅動齒條，將旋轉運動變為直線運動，推動推桿運動。根據本發明的一個優選的實施例，上述的直線運動模塊也可以是電機和滾珠絲槓機構或者絲槓-螺母機構構成。
[0039]按照國家法規要求制動系統必須考慮到失效情況的發生以及某些制動部件發生故障時，系統仍然可以進行一定強度的制動。本發明電機驅動的電子液壓制動系統中也包含了失效保護方案。
[0040]制動開始或制動進行中電機12無法提供力矩或直線運動機構損壞以致無法傳遞運動，故障診斷系統診斷出故障信息，傳遞給電控單元27，電控單元立刻令整個系統斷電，解耦閥21斷電後，次級主缸與主缸前腔接通，補液閥20斷電後，前腔與儲液罐之間的管路關閉。此時再踩下踏板，次級主缸4中的制動液進入主缸前腔13進行制動，進一步踩踏板，次級主缸活塞5與推桿10接觸，推動主缸第一活塞11制動。
[0041]目前一些電動車上還是裝備的真空助力器，用電機來驅動真空泵使真空助力器產生一定真空度。在一些緊急制動或者連續制動工況下，真空泵工作響應時間長，使得制動效能大大降低。本發明採用電機推動主缸具有響應快速，液壓制動力調節精確，很好的克服了在緊急制動工況或者連續制動工況下制動效能的穩定性，同時根據電機特性和電池狀態適時調節液壓制動力。
[0042]本發明的電機驅動的電子液壓制動系統也可應用在新能源汽車上，以驅動電機制動能量回收最大化為目標，通過電控單元對電機輸出轉矩進行調節，讓再生制動和液壓制動一起形成總的制動力。
[0043]上述的對實施例的描述是為便於該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電機驅動的電子液壓制動系統,其特徵在於:包括: 制動踏板； 用於獲取駕駛員踩下制動踏板位移的踏板位移傳感器； 次級主缸，正常制動時用於踏板感覺模擬，失效備份時直接用於制動； 用於踏板力主動控制和失效判斷的踏板模擬器壓力傳感器； 用於踏板力主動控制的線控電磁閥； 用於模擬踏板制動感覺的踏板模擬器； 用於實現制動踏板與制動迴路解耦、液壓失效備份的開關閥； 用於實現主缸前腔補液作用的開關閥； 用於推動主缸活塞的推桿； 電控直線運動模塊，其通過機械機構將電機的旋轉運動轉化為推桿的直線運動，通過位移信號來控制電機，從而實現制動壓力的線性控制； 制動主缸，其包括三個液壓腔，在傳統主缸第一腔的前面增加了一腔，該制動主缸經過ABS/ESP模塊與車輛車輪制動器液壓耦合； ABS/ESP模塊，即車輛的防抱死制動系統/電子穩定性控制系統模塊，它可以被動和主動調節各輪缸的液壓制動力； 電控單元ECU，根據踏板位移信號計算出此次制動需要的總制動力，然後根據電機、電池狀態計算出車輛能夠產生的再生制動力，總制動力減去再生制動力後即所述電子液壓制動系統需要產生的制動力，其通過電機來控制。
2.根據權利要求1所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:所述液壓力傳感器布置在所述次級主缸和所述踏板模擬器之間的制動管路上，測量該迴路液壓力，以用於制動意圖的識別和踏板感覺模擬反饋控制。踏板力主動控制的線控電磁閥位於踏板模擬器與儲液罐之間的管路上，起到調節阻尼的作用，與踏板模擬器內的彈簧一起完成踏板感覺的模擬。
3.根據權利要求2所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:所述電控直線運動模塊包括旋轉電機和將旋轉運動轉換成直線運動的傳動機構，傳動機構包括蝸輪齒輪齒條機構或者滾珠絲槓；齒條或者絲槓是中空的，推桿從其中心穿過，間隙配合；齒條的右端面與推桿中間凸起接觸，正常制動時帶動推桿運動。
4.根據權利要求3所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:所述電控直線運動模塊的傳動機構中的直線運動機構包括所述推桿，其左端與所述次級主缸的活塞右端之間存在間隙以實現制動能量回收，右端與所述主缸活塞接觸；機械備份模式時，駕駛員踩下制動踏板克服推桿與次級主缸活塞之間的間隙，剛性接觸，直接推動主缸活塞制動。
5.根據權利要求4所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:所述主缸包括三個液壓腔，在傳統主缸一腔之前增加了主缸前腔，其分別通過液壓管路與次級主缸和儲液罐連接，兩條管路上均有一個電磁閥；與次級主缸相連的電磁閥在系統正常工作時完成踏板與制動迴路的解耦，系統失效時連通主缸前腔與次級主缸，實現液壓備份；與儲液罐相連的電磁閥在正常制動時實現向主缸前腔補液的作用，在系統失效時起到封閉次級主缸的作用。
6.根據權利要求1所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:制動踏板與次級主缸推桿一端相連，次級主缸推桿另一端與齒條中心的推桿正對，中間留有間隙，克服間隙後兩者接觸，可傳遞制動力，通過與推桿常接觸的主缸活塞推動主缸； 或次級主缸液壓管路有兩個支路，一路通過一個電磁閥與主缸前腔連接，該電磁閥為常開閥，打開時制動液可進入主缸前腔，另一路與踏板模擬器進液口相連； 或主缸包括三個液壓腔:前腔、第一工作腔和第二工作腔；主缸前腔通過一個電磁閥與儲液罐相連，該電磁閥為常閉閥，通電打開後實現補液的作用；第一、第二工作腔與ABS/ESP模塊相連，輪缸液壓力調節。
7.根據權利要求1所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:踏板模擬器出口管路通過一個電磁閥與儲液罐相連，該電磁閥為常閉閥，可以主動調節模擬踏板反力； 或所述電控直線運動模塊包括電控單元ECU、電機和直線運動機構，所述電機接受電控單元ECU發出的調節力矩信號控制直線運動機構； 解耦閥在正常工作模式下關閉，參與踏板感覺模擬；在液壓備份模式下，系統斷電，解耦閥打開，實現制動；次級主缸推桿克服空行程後推動推桿向前運動，從而推動主缸推桿，實現機械備份保護； 或所述電控直線運動模塊包括旋轉電機和將旋轉運動轉換成直線運動的傳動機構；優選地，電控直線運動模塊的傳動機構中的直線運動機構包括所述的蝸輪蝸杆機構和齒輪齒條機構，齒條是空心的，中間有一根推桿穿過，推桿左端與次級主缸的活塞右端有間隙，該間隙為了實現只有電機制動時踏板與液壓制動解耦，取決於電機能夠產生的最大再生制動力；推桿右端與主缸活塞推桿接觸；當處於機械備份模式時，克服推桿與次級主缸活塞之間的間隙，剛性接觸，直接推動主缸活塞制動； 或該電機驅動的電子液壓制動系統通過解耦閥來完成液壓備份作用，通過推桿來完成機械備份作用；正常工作下，系統上電，解耦閥關閉，次級主缸活塞向前運動一個空行程，這段空行程的位移根據電機能夠產生最大的再生制動力可以計算出來；液壓備份模式下，系統斷電，解耦閥打開，次級主缸中的制動液進入主缸前腔MCO，推動主缸活塞；機械備份模式下，次級主缸活塞克服空行程後與推桿接觸`，推動推桿，進一步推動主缸活塞進行制動。
8.根據權利要求1所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:通過次級主缸、踏板模擬器、踏板模擬器壓力傳感器、電磁閥模擬制動踏板感覺，通過調節電磁閥的流量對踏板力進行主動控制； 或主缸前腔與次級主缸相連，第一工作腔和第二工作腔分別通過液壓管路與ABS/ESP模塊相連；推桿推動第一活塞，第一工作腔建壓後推動第二活塞產生期望的直線運動，制動液經過液壓管路流向ABS/ESP模塊，繼而可以調節各輪缸產生的制動力。
9.根據權利要求1所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於: 還包括故障診斷系統，當某個制動部件失效發生故障時，可以將故障信息傳遞給電控單元； 或還包括故障報警系統，當故障診斷系統診斷出電機驅動液壓制動系統出現故障時，報警裝置啟動，第一時間給駕駛員提供報警； 或當電控直線運動模塊失效時，系統進入液壓備份，所有電磁閥斷電，次級主缸中的制動液進入主缸前腔，推動主缸第一活塞制動；機械備份時，次級主缸活塞推桿推動推桿，推桿作用在主缸活塞上；在失效備份時，系統的制動液壓力完全由人腳提供；當制動管路失效時，電控直線運動模塊完好，系統正常工作，管路漏液由報警器提醒駕駛員。
10.根據權利要求1所述的電機驅動的電子液壓制動系統，其特徵在於:電控直線運動模塊由外包型電機、滾珠絲 槓機構構成，絲槓為空心，其中推桿可以穿過。
【文檔編號】B60T13/74GK103754210SQ201410008736
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月8日 優先權日:2014年1月8日
【發明者】餘卓平, 廣學令, 徐松雲, 熊璐 申請人:同濟大學