CN103010199B - 一种汽车线控制动*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车线控制动***，属于汽车制动***技术领域。该制动***以一个电机取代了传统真空助力液压制动***的真空助力器，推动制动主缸中的活塞运动产生制动液压，从而取消了对发动机真空度的依赖；使用踏板模拟器，消除与回馈制动协调控制时对制动踏板感觉的影响；保留现有制动***的液压控制单元实施液压调节；集成一个后备液压制动***，在***供电失效的情况下可由驾驶员实施一定强度的制动。本发明的制动***与已有的分布式线控制动方案相比，相对传统的真空助力液压制动***结构改变小，在车辆上的布置更加方便，并且在控制方面可以继承更多的传统制动***中的已有技术。

Description

一种汽车线控制动***

技术领域

本发明涉及一种汽车线控制动***，属于汽车制动***技术领域。

背景技术

混合动力汽车、电动汽车的发展，对汽车制动***提出了新的要求。用于混合动力汽车、电动汽车的制动***（称为摩擦制动***，以便与回馈制动区别），为了与混合动力汽车、电动汽车本身的回馈制动***实现良好的配合，在制动安全的基础上使回馈制动***回收尽量多的制动能量，首先应取消对发动机真空度的依赖，其次与回馈制动***的协调控制不能影响制动踏板感觉。现有的真空助力液压制动***，真空助力器依赖于发动机真空度，并且与回馈制动协调控制时，其液压控制会影响主缸容量和液压，从而影响制动踏板感觉。为了克服现有制动***的上述不足，工程师们从上世纪90年代开始研发若干新型制动***，其中的一些***于本世纪开始在混合动力汽车、电动汽车上使用。目前公布的新型制动***有如下方案：第一类以丰田的ECB***为代表（SAE论文2002-01-0300）：以电机带动泵，向蓄能器泵入制动液，在蓄能器中建立高压，直接供给制动所需，从而使制动***取消对发动机真空度的依赖；采用线控制动技术，断开制动踏板与制动器的机械/液压连接（即踏板解耦），采用踏板模拟器为驾驶员提供制动踏板感觉，从而使摩擦制动与回馈制动的协调控制不影响制动踏板感觉。这类***的一个缺点是：蓄能器中维持的高压是一个安全隐患，如果发生碰撞，蓄能器将变成一个“炮弹”，对乘员造成威胁。第二类***与第一类***类似，以本田在SAE论文2007-01-0868中公布的方案为代表，也是通过电机和泵在蓄能器中建立液压，不同的是蓄能器并不直接向制动器提供制动液，而是将液压作用在主缸活塞上，由主缸活塞推动主缸中的制动液，产生制动液压。该类***存在与第一类***相同的问题。另一类方案以大陆公司的RBS***为代表（SAE论文2009-01-1217），使用一个真空泵向电子真空助力器提供真空度，从而取消对发动机真空度的依赖，并使用踏板模拟器，消除与回馈制动配合时对制动踏板感觉的影响。该方案中电子真空助力器的电磁铁存在热衰退等问题。另一类方案以日产公司的e-ACT***为代表（SAE论文2011-01-0572），使用一个电机进行助力，从而取消了对发动机真空度的依赖；主缸第一腔活塞中空，其孔中置有一个柱塞，柱塞与第一腔活塞之间安装着一对压力补偿弹簧；第一腔活塞由电机推动，柱塞由制动踏板推动；电机控制第一腔活塞进行调压，从而消除对柱塞行程和制动踏板行程的影响，一对压力补偿弹簧用于消除压力调节过程中对踏板力的影响，从而保证制动踏板感觉不受影响。这种方案的缺点是：受电机控制的主缸第一腔活塞无法在初始位置向后运动实施减压，在制动强度比较小、回馈制动能够独立满足制动强度需求的情况下，驾驶员踩下制动踏板，推动主缸第一腔活塞中的柱塞向前运动建立一定的制动液压，该液压应该被减下来，但由于受电机控制的主缸第一腔活塞无法在初始位置向后运动实施减压，所以会对总制动力、回馈制动力产生不良影响。另一类方案采用分布式线控制动***，以电机作为制动力来源，取消对发动机真空度的依赖，使用踏板模拟器，消除与回馈制动配合时对踏板感觉的不良影响。这类方案中不使用制动液的方案以大陆公司的EMB、西门子公司的EWB为代表，制动执行机构需要置于轮边，工作环境较为恶劣。使用制动液的方案以德尔福公司、清华大学的DEHB为代表，制动执行机构可以置于悬架以上，工作环境大为改善，但分布式的结构与传统制动***的结构相比有较大改变，在安装和布置上存在一定的不便。

发明内容

本发明的目的是提出一种汽车线控制动***，以一个电机取代传统真空助力液压制动***的真空助力器，推动制动主缸中的活塞运动产生制动液压，从而取消了对发动机真空度的依赖；使用踏板模拟器，消除与回馈制动协调控制时对制动踏板感觉的影响；保留现有制动***的液压控制单元实施液压调节；集成一个后备液压制动***，在***供电失效的情况下可由驾驶员实施一定强度的制动。

本发明提出的汽车线控制动***，包括主缸壳、主缸第一内腔活塞、主缸第一内腔弹簧、主缸第二内腔活塞、主缸第二内腔弹簧、电机、螺母、丝杆、第一轴承、第二轴承、推杆壳体、推杆、制动踏板、模拟器阀、隔离阀、模拟器、液压控制单元、左前制动器、右前制动器、左后制动器、右后制动器、制动踏板传感器和控制器；

所述的主缸第一内腔活塞和主缸第二内腔活塞为中心阀活塞，主缸第一内腔活塞和主缸第二内腔活塞置于主缸壳中，主缸第一内腔活塞、主缸第二内腔活塞和主缸壳围成主缸第一内腔，所述的主缸第一内腔弹簧置于主缸第一内腔中，主缸第二内腔活塞和主缸壳围成主缸第二内腔，主缸第二内腔弹簧置于主缸第二内腔中；所述的丝杆的左端置于主缸壳中，丝杆、主缸第一内腔活塞和主缸壳围成丝杆内腔，主缸第一内腔和主缸第二内腔分别通过制动管路与液压控制单元相连；

所述的电机包括电机壳、电机定子、电机转子和螺母；所述的电机壳与主缸壳固连，电机定子固定在电机壳上，电机转子通过第一轴承和第二轴承支承在电机壳中，电机转子为中空结构，所述的螺母置于电机转子中空的孔中，并与电机转子固连；所述的丝杆与所述螺母同轴装配，构成运动副，将电机转子的旋转运动转化为丝杆的平动；

所述的推杆壳体与电机壳固连，所述的推杆置于推杆壳体中，推杆与推杆壳体围成推杆内腔，推杆与所述制动踏板铰连，推杆内腔通过制动管路与所述的模拟器阀相连，并通过制动管路与所述的隔离阀相连，模拟器阀为常闭二位二通电磁阀，通过制动管路与模拟器相连，隔离阀为常开二位二通电磁阀，通过制动管路与丝杆内腔相连；

所述的模拟器包括模拟器活塞、模拟器弹簧和模拟器壳，模拟器活塞和模拟器弹簧置于模拟器壳中；

所述的液压控制单元为防抱死制动液压控制单元或汽车稳定性控制液压控制单元；

所述的左前制动器、右前制动器、左后制动器和右后制动器分别通过制动管路与所述的液压控制单元相连；

所述的制动踏板传感器安装于推杆腔壳上，用于采集制动踏板信号，并将该信号传递给控制器，制动踏板传感器通过信号线与控制器相连；

所述的控制器用于采集制动踏板传感器传递的制动踏板信号以及轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器和横向加速度传感器的信号，控制所述的电机、模拟器阀、隔离阀和液压控制单元，实现制动功能。

本发明提出的汽车线控制动***，其优点是：与已有技术中使用蓄能器的方案相比，其优点是在平时无须积蓄高压，因而降低了安全隐患；与已有技术中的使用真空泵和电子真空助力器的方案相比，其优点是压力控制精度高、热衰退影响小；与已有技术的使用中空主缸第一腔活塞+柱塞+力补偿弹簧的方案相比，由于本发明是线控制动***，在总制动力需求较小、回馈制动可以独立满足制动需求的情况下，踩下制动踏板，摩擦制动***并不建立制动液压，消除了对总制动力、回馈制动力的不良影响；与已有技术的分布式线控制动方案相比，相对传统的真空助力液压制动***结构改进小，在车辆上的布置更加方便，并且在控制方面可以继承更多的传统制动***的已有技术。

附图说明

图1为本发明提出汽车线控制动***的结构示意图。

图1中，1为主缸壳，2为主缸第二内腔，3为主缸第二内腔弹簧，4为主缸第二内腔活塞，5为主缸第一内腔，6为主缸第一内腔弹簧，7为主缸第一内腔活塞，8为丝杆内腔，9为丝杆，10为螺母，11为第一轴承，12为电机壳，13为电机定子，14为电机转子，15为第二轴承，16为推杆内腔，17为推杆，18为推杆壳体，19为制动踏板，21为模拟器阀，23为模拟器活塞，24为模拟器弹簧，25为模拟器，27为隔离阀，31为液压控制单元，36为左前制动器，37为右前制动器，38为左后制动器，39为右后制动器，20、22、26、28、29、30、32、33、34、35为制动管路，40为制动踏板传感器，41为控制器。

具体实施方式

本发明提出的汽车线控制动***，其结构如图1所示，包括主缸壳1、主缸第一内腔活塞7、主缸第一内腔弹簧6、主缸第二内腔活塞4、主缸第二内腔弹簧3、电机、螺母10、丝杆9、第一轴承11、第二轴承15、推杆壳体18、推杆17、制动踏板19、模拟器阀21、隔离阀27、模拟器、液压控制单元31、左前制动器36、右前制动器37、左后制动器38、右后制动器39。

所述主缸第一内腔活塞7和主缸第二内腔活塞4使用已有技术中使用的中心阀活塞；主缸第一内腔活塞7和主缸第二内腔活塞4置于主缸壳1中；主缸第一内腔活塞7、主缸第二内腔活塞4和主缸壳1围成主缸第一内腔5，主缸第一内腔弹簧6置于主缸第一内腔5中；主缸第二内腔活塞4和主缸壳1围成主缸第二内腔2，主缸第二内腔弹簧3置于主缸第二内腔2中；丝杆9的左端置于主缸壳1中，丝杆9、主缸第一内腔活塞7和主缸壳1围成丝杆内腔8；主缸第一内腔5通过制动管路30与液压控制单元31相连，主缸第二内腔2通过制动管路29与液压控制单元31相连；以下三项技术使用传统真空助力液压制动***的已有技术：主缸第一内腔5和主缸第二内腔2中制动液的注入通过油壶实现，主缸第一内腔5和主缸第二内腔2中制动液的密封通过主缸第一内腔活塞7和主缸第二内腔活塞4上的密封圈实现，主缸第一内腔活塞7和主缸第二内腔活塞4的限位可以通过控制销实现，其中的油壶、密封圈、控制销等图中未表示。

所述电机包括电机壳12、电机定子13、电机转子14；所述电机壳12通过螺钉等紧固件与主缸壳1固连；所述电机定子13固定在电机壳12上；所述电机转子14通过所述第一轴承11和第二轴承15支承在电机壳12中；所述电机转子14中空，所述螺母10置于所述电机转子14中空的孔中，并与电机转子14固连；所述丝杆9与所述螺母10同轴装配，构成运动副，将电机转子14的旋转运动转化为丝杆9的平动。

所述推杆壳体18通过螺钉等紧固件与电机壳12固连；所述推杆17置于推杆壳体18中；所述推杆17与所述推杆壳体18围成推杆内腔16；所述推杆17与所述制动踏板19铰连；所述推杆内腔16通过制动管路20与模拟器阀21相连，并通过制动管路26与隔离阀27相连；所述模拟器阀21是常闭二位二通电磁阀，通过制动管路22与所述模拟器相连；所述隔离阀27是常开二位二通电磁阀，通过制动管路28与丝杆内腔8相连。

所述模拟器包括模拟器活塞23、模拟器弹簧24、模拟器壳25；模拟器活塞23和模拟器弹簧24置于模拟器壳25中。

所述液压控制单元31是已有技术中使用的防抱死制动液压控制单元，或者是已有技术中使用的汽车稳定性控制液压控制单元，优选汽车稳定性控制液压控制单元。

所述左前制动器36、右前制动器37、左后制动器38、右后制动器39分别通过制动管路32、33、34、35与液压控制单元31相连。

所述制动踏板传感器40采集制动踏板信号，传递给所述控制器41；

所述控制器41采集所述制动踏板传感器40传递的制动踏板信号和轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器等传感器传递的信号，控制所述电机、模拟器阀21、隔离阀27和液压控制单元31，从而实现各种制动功能。所述轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器是目前乘用车上普遍使用的技术，故本发明中不进行详述，图中也未表示。

以下结合附图，详细介绍本发明提出的汽车线控制动***的工作原理和工作过程：

***正常工作时，电机的作用是代替传统真空助力液压制动***中的驾驶员和真空助力器，推动主缸第一内腔活塞7和主缸第二内腔活塞4，从而产生制动液压。具体而言，当控制器41通过制动踏板传感器40传递的踏板信号检测到制动踏板19被踩下时，控制模拟器阀21通电打开，于是推杆内腔16通过制动管路20、模拟器阀21、制动管路22与模拟器相连；控制隔离阀27通电关闭，于是推杆内腔16与丝杆内腔8断开连接。这样，继续踩制动踏板19，推杆17会将推杆内腔16中的制动液通过制动管路20、模拟器阀21、制动管路22压入模拟器中，为驾驶员提供制动踏板行程；压入模拟器的制动液推动模拟器活塞23对模拟器弹簧24进行压缩，模拟器弹簧24的弹力为驾驶员提供踏板力。控制器41检测制动踏板传感器40传递的踏板信号，确定电机目标输出扭矩的大小，并控制电机实际输出扭矩跟随电机目标输出扭矩。电机的输出扭矩通过螺母10和丝杆9，转化为丝杆9的输出推力，通过丝杆9在丝杆内腔8中的运动，推动丝杆内腔8中的制动液，从而推动主缸第一内腔活塞7和主缸第二内腔活塞4，将主缸第一内腔5和主缸第二内腔2中的制动液分别通过制动管路30、制动管路29，推入液压控制单元31，再通过液压控制单元31和与各制动器相连的制动管路，推入各制动器，从而对车辆实施制动。必要时，例如防抱死制动情况下，或与回馈制动协调控制情况下，液压控制单元31对制动液压进行调节，然后再通过制动管路32、33、34、35，向左前制动器36、右前制动器37、左后制动器38、右后制动器39传递液压实施制动。

本发明制动***中，主动增压可以由电机实现，用于实现主动避撞、自适应巡航等控制功能。当所述液压控制单元31使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，也可以由所述液压控制单元31实现主动增压，从而实施汽车稳定性控制。

当所述液压控制单元31使用已有技术中的汽车稳定性控制液压控制单元时，若本发明所述***的电机失效，而液压控制单元31可以正常工作，则此时常规制动、防抱死制动、稳定性控制等功能的实现，均由液压控制单元31根据已有技术实施。

当本发明制动***的电机和液压控制单元31均失效时，模拟器阀21断电关闭，隔离阀27断电打开，于是推杆内腔16断开与模拟器的连接，并通过制动管路26、隔离阀27、制动管路28与丝杆内腔8相连。这样，踩下制动踏板19，推杆17会将推杆内腔16中的制动液通过制动管路26、隔离阀27、制动管路28推入丝杆内腔8中，从而推动主缸第一内腔活塞7和主缸第二内腔活塞4，将主缸第一内腔5和主缸第二内腔2中的制动液分别通过制动管路30、制动管路29推入液压控制单元31，再分别通过制动管路32、33、34、35，推入左前制动器36、右前制动器37、左后制动器38、右后制动器39，从而实施后备液压制动。

最后应该说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照具体的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种汽车线控制动***，其特征在于：该制动***包括主缸壳、主缸第一内腔活塞、主缸第一内腔弹簧、主缸第二内腔活塞、主缸第二内腔弹簧、电机、螺母、丝杆、第一轴承、第二轴承、推杆壳体、推杆、制动踏板、模拟器阀、隔离阀、模拟器、液压控制单元、左前制动器、右前制动器、左后制动器、右后制动器、制动踏板传感器和控制器；

所述的主缸第一内腔活塞和主缸第二内腔活塞为中心阀活塞，主缸第一内腔活塞和主缸第二内腔活塞置于主缸壳中，主缸第一内腔活塞、主缸第二内腔活塞和主缸壳围成主缸第一内腔，所述的主缸第一内腔弹簧置于主缸第一内腔中，主缸第二内腔活塞和主缸壳围成主缸第二内腔，主缸第二内腔弹簧置于主缸第二内腔中；所述的丝杆的左端置于主缸壳中，丝杆、主缸第一内腔活塞和主缸壳围成丝杆内腔，主缸第一内腔和主缸第二内腔分别通过制动管路与液压控制单元相连；

所述的电机包括电机壳、电机定子、电机转子和螺母；所述的电机壳与主缸壳固连，电机定子固定在电机壳上，电机转子通过第一轴承和第二轴承支承在电机壳中，电机转子为中空结构，所述的螺母置于电机转子中空的孔中，并与电机转子固连；所述的丝杆与所述螺母同轴装配，构成运动副，将电机转子的旋转运动转化为丝杆的平动；

所述的推杆壳体与电机壳固连，所述的推杆置于推杆壳体中，推杆与推杆壳体围成推杆内腔，推杆与所述制动踏板铰连，推杆内腔通过制动管路与所述的模拟器阀相连，并通过制动管路与所述的隔离阀相连，模拟器阀为常闭二位二通电磁阀，通过制动管路与模拟器相连，隔离阀为常开二位二通电磁阀，通过制动管路与丝杆内腔相连；

所述的模拟器包括模拟器活塞、模拟器弹簧和模拟器壳，模拟器活塞和模拟器弹簧置于模拟器壳中；

所述的液压控制单元为防抱死制动液压控制单元或汽车稳定性控制液压控制单元；

所述的左前制动器、右前制动器、左后制动器和右后制动器分别通过制动管路与所述的液压控制单元相连；

所述的制动踏板传感器安装于推杆壳体上，用于采集制动踏板信号，并将该信号传递给控制器，制动踏板传感器通过信号线与控制器相连；

所述的控制器用于采集制动踏板传感器传递的制动踏板信号以及轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器和横向加速度传感器的信号，控制电机、模拟器阀、隔离阀和液压控制单元，实现制动功能。