CN103264639A - 机电液复合制动***和相应的车辆 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于车辆的机电液复合制动***，包括：制动踏板；用于获取制动踏板踩下时的速率和位移的传感器；助力主缸，其经由第一电控阀与车辆的轮边制动器液压耦合；电控直线运动模块，其与所述助力主缸直接连接并适于基于来自所述传感器的信号驱动助力主缸的活塞直线运动；经由第二电控阀与制动踏板液压耦合的踏板模拟器；其中，制动踏板经由第三电控阀与车辆的轮边制动器液压耦合，第一和第二电控阀被构造成适于同时打开和关闭，第三电控阀被构造成适于在所述第一和第二电控阀打开时保持关闭。该机电液复合制动***结构简单，实现了全解耦，***集成度，功能大大增强。

Description

机电液复合制动***和相应的车辆
技术领域
本发明涉及一种机电液复合制动***以及一种包括这种机电液复合制动***的车辆。
背景技术
目前汽车上的制动***按照车辆种类来分，主要分为液压制动***和气压制动***，一般重量较低的乘用车都采用液压制动***。传统真空助力液压制动***如图1所示，主要由踏板2、真空助力器3和主缸5、储液罐4、ABS(防抱死***)/ESP(动态稳定控制***)模块6以及轮边制动器8组成，真空助力器3所需的真空主要由发动机1、真空泵7等真空源提供，总共有五大总成模块实现了制动***的功能。当乘用车驾驶员进行制动时，通过踩动制动踏板2，真空助力器3利用内部获得的真空与大气之间的压差，对其内部的推杆产生助力，并作用至主缸5内的双活塞上，主缸5内的活塞运动推动主缸的制动液产生压力，并传递至四个车轮上的轮边制动器8进行制动。
目前由于法规和技术的发展，如上所述，防抱死***和动态稳定控制***也引入至制动***中，该制动***主要在传统制动***的基础上，收集轮速传感器、方向转角传感器以及横摆角速度传感器等信号，利用连接在主缸5与轮边制动器8之间的控制模块，对车辆的防抱死和动态稳定性能进行控制，从而获得更高的安全性能。因此，这类制动***被称为传统真空助力液压制动***。
目前该类制动***是全世界范围内乘用车普遍采用的设计结构，其优点为稳定可靠，设计成熟，缺点为整个***涉及零件过多，接口繁琐，集成度要求过高，总体成本偏高。此外，随着汽车整车技术的发展以及日趋严格的车辆环保和排放要求，此类制动***已经日趋显示出其不适合时代发展要求的缺点，主要体现在二点：第一点，发动机技术日趋注重环保省油，导致了其进气效率提高，带来真空度的相应下降，越来越不能满足制动真空助力的要求，尽管有些车辆开始配置机械真空泵，但由于机械真空泵为发动机的功能附件，需要发动机进行驱动，这反而增加了发动机的负荷，对油耗有较大影响，与节能环保的原则相悖，因此无法被所有整车设计者所采用和普及；第二点，随着国家对新能源汽车的日趋重视以及相关技术的快速发展，大功率行车电机开始在新能源车上装备，此类电机最大的特点是可以在车辆有减速意图时进行能量回收并发电，从而实现制动能量的再生利用，但目前由于传统液压制动***的存在，使得车辆在进行减速制动时同时存在传统液压制动和电机制动两种模式，严重地影响驾驶员的正常驾驶，特别是在低附着路面的情况下，会导致ABS和ESP的异常作用，存在很大安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种全解耦机电液复合制动***以及一种包括这种全解耦机电液复合制动***的车辆，以便克服上述至少一个缺点。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的机电液复合制动***，包括：制动踏板；用于获取制动踏板踩下时的速率和位移的传感器；助力主缸，其经由第一电控阀与车辆的轮边制动器液压耦合；电控直线运动模块，其与所述助力主缸直接连接并适于根据来自所述传感器的信号驱动助力主缸的活塞进行直线运动；经由第二电控阀与制动踏板液压耦合的踏板模拟器；其中，制动踏板经由第三电控阀与车辆的轮边制动器液压耦合，第一和第二电控阀被构造成适于同时打开和关闭，第三电控阀被构造成适于在所述第一和第二电控阀打开时保持关闭、在所述第一和第二电控阀关闭时打开。
优选地，所述机电液复合制动***还包括防抱死***/动态稳定控制***模块，所述助力主缸通过第一、第二液压管路液压连接到所述防抱死***/动态稳定控制***模块，所述第一、第二液压管路上分别设有第一电控阀。
优选地，制动踏板连接到踏板液压缸的活塞，所述踏板液压缸通过第三液压管路液压连接到踏板模拟器，且通过第四液压管路液压连接到所述防抱死***/动态稳定控制***模块，其中，所述第二电控阀设置在所述第三液压管路上，所述第三电控阀设置在所述第四液压管路上。
优选地，所述踏板液压缸通过第四液压管路在第一、第二连接点处分别液压连接到第一和第二液压管路，所述第一液压管路上的第一电控阀设置在助力主缸与所述第一连接点之间，所述第二液压管路上的第二电控阀设置在助力主缸与所述第二连接点之间。
优选地，在第一连接点与第一液压管路上的第一电控阀之间设有用于测量第一液压管路内的液压的第一压力传感器；和/或在踏板液压缸与第三液压管路上的第二电控阀与之间设有用于测量第三液压管路内的液压的第二压力传感器。
优选地，所述电控直线运动模块包括电控单元和直接连接到助力主缸的直线运动机构，所述电控单元适于基于来自所述传感器的信号控制直线运动机构运动。
优选地，所述第一和/或第二和/或第三电控阀连接到电控单元并由电控单元控制；和/或所述第一和/或第二压力传感器连接到电控单元，并向电控单元发送液压信号；和/或所述电控单元集成在防抱死***/动态稳定控制***模块中。
优选地，所述第一、第二电控阀是上电时打开的常闭型电磁阀，所述第三电控阀是上电时关闭的常开型电磁阀；和/或所述机电液复合制动***还包括用于监测和诊断***故障的监测诊断***；和/或所述机电液复合制动***还包括在***故障时发出警报的警报装置。
优选地，所述直线运动机构包括旋转电机和适于将旋转电机的旋转运动转换为直线运动的传动机构；或所述直线运动机构包括适于驱动助力主缸的活塞直线运动的直线电机；或所述直线运动机构包括适于驱动助力主缸的活塞直线运动的电控液压单元。
优选地，所述传动机构包括蜗轮-蜗杆机构、丝杠-螺母机构或齿轮-齿条机构。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，所述车辆具有所述的机电液复合制动***。
本发明的制动***的集成度和功能大大增强，而且实现了液压制动和电力制动的完全解耦，可以保证在正常车辆制动时电机能够在必要的时候实现最大化的电机制动能量回收，而在紧急情况下电机制动及时退出，从而免除了ABS和ESP异常作用的安全隐患。
附图说明
下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
图1示出了目前乘用车普遍采用的真空助力液压***的简图。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的全解耦机电液复合制动***的简图。
具体实施方式
下面，将参看附图更详细地描述本发明的具体实施例，以便更好地理解本发明的基本思想。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的全解耦机电液复合制动***的简图。
如图2所示，该全解耦机电液复合制动***主要包括：电控直线运动模块12、助力主缸16、踏板模拟器11以及制动踏板9。为制动踏板9配备有位移传感器10，该位移传感器10可以确定制动踏板9在被踩踏时的速率和位移。
在该示例性实施例中，电控直线运动模块12包括电控单元17和直线运动机构18。电控单元17通过控制线路19连接到直线运动机构18且能够控制直线运动机构18的操作。助力主缸16的缸内通常具有两个活塞：第一活塞13和第二活塞14。第一活塞13和第二活塞14将液压缸分成彼此液压隔离的两个液压腔：第一液压腔20和第二液压腔21。第一液压腔20和第二液压腔21分别通过第一液压管路22和第二液压管路23连接到ABS/ESP模块24。ABS/ESP模块24液压连接到轮边制动器(图2中未示出)。
直线运动机构18与助力主缸16的第一活塞13和第二活塞14直接机械连接，能够根据需要驱动第一活塞13和第二活塞14直线运动。电控单元17能够控制直线运动机构18产生所需的直线运动，进而可通过直线运动机构18驱动第一活塞13第二活塞14产生期望的直线运动。
当驾驶员踩下制动踏板9时，位移传感器10获取制动踏板9踩下时的速率和位移，将信号通过第一信号线25传递至电控直线运动模块12的电控单元17，电控单元17解析信号并计算出驾驶员所期望的制动力，并将它转化为驱动直线运动机构18所需的电流和工作时间，该直线运动机构18被供电后推动第一活塞13和第二活塞14直线运动，然后经由ABS/ESP模块24将制动液压传递至四个轮子。
为了使本发明的制动踏板9与传统的制动踏板在踩踏时具有一致的踩踏感觉，提供了如上所述的可调式踏板模拟器11来反馈踏板力。
如图2所示，制动踏板9通过活塞杆26连接到踏板液压缸27的踏板活塞28，踏板液压缸27通过第三液压管路29连接到踏板模拟器11。在踩踏制动踏板9时，液压流体通过第三液压管路29从踏板液压缸27向着踏板模拟器11流动，并使驾驶员具有近似真实的踩踏感觉。
踏板液压缸27同时通过第四液压管路30在第一和第二连接点39、40处连接到相应的第一液压管路22和第二液压管路23。
根据本发明的一个优选的实施例，第一、第三液压管路22、29上分别设有相应的压力传感器31、32。这些压力传感器能够感测相应的液压管路内的压力，并分别通过第二和第三信号线33、34将感测到的信号传递到电控单元17。电控单元17基于这些压力信号根据预定的算法规则进行相应的控制。显然，压力传感器31也可设置在第二液压管路23上。根据一个实施例，第一和第二液压管路22、23上也可均设置有压力传感器。
根据本发明的另一个优选的实施例，第一、第二、第三和第四液压管路22、23、29和30上分别设有相应的第一、第二、第三和第四电磁阀35、36、37和38。更具体地讲，第一电磁阀35设置在助力主缸16与第一连接点39之间。类似地，第二电磁阀36设置在助力主缸16与第二连接点40之间。第四电磁阀38设置在踏板液压缸27与第一连接点39之间。
第一、第二和第三液压管路22、23、29上的第一、第二和第三电磁阀35、36、37在全解耦机电液复合制动***正常工作过程中保持打开，而第四液压管路30上的第四电磁阀38在解耦机电液复合制动***正常工作过程中保持关闭，此时，踏板液压缸27与第一和第二液压管路22、23液压隔离，无法实现人力液压制动，但可通过电控单元17驱动直线运动机构18带动第一活塞13和第二活塞14直线运动，以实现电力制动。当电控单元17断电、失效而使得无法实现电力制动时，第一、第二、第三电磁阀35、36、37关闭，第四电磁阀38打开，从而，踏板液压缸27液压连通到第一和第二液压管路22、23，此时通过人力提供全部的制动作用。在这种情况下，优选使第一、第二和第三电磁阀35、36、37是常闭型的，第四电磁阀38是常开型的，即，当电控单元17被供电而正常工作时，第一、第二和第三电磁阀35、36、37由于上电而被打开，而第四电磁阀38由于上电而被关闭，此时电力制动能够启动；当电控单元17断电、失效时，第一、第二和第三电磁阀35、36、37失电而处于常闭状态，即关闭，而第四电磁阀38由于失电而处于常开状态，即打开，此时人力液压制动能够启动。从而本发明的机电液复合制动***实现了液压制动和电力制动的完全解耦。
根据本发明的一个优选的实施例，直线运动机构18包括旋转电机15和由电机15驱动的传动机构41，该传动机构41能够将电机15的旋转运动转换为推动第一和第二活塞13、14的直线运动。
根据本发明的另一个优选的实施例，直线运动机构18也可以是直线电机，该直线电机直接作用于第一和第二活塞13、14。
根据本发明的一个优选实施例，所述传动机构可包括蜗轮-蜗杆机构和螺纹杆，蜗轮的中心处设有螺纹孔，螺纹孔与螺纹杆啮合，螺纹杆直接连接到助力主缸。工作时，旋转电机驱动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮转动使得螺纹杆直线运动，从而推动第一和第二活塞运动。
根据本发明的另一个实施例，所述传动机构可采用齿轮-齿条机构，齿条直接连接到助力主缸。
在某些情况下，所述传动机构也可以采用丝杠螺母机构，丝杠(螺纹杆)直接连接到助力主缸。
甚至在某些情况下，直线运动机构18本身也可以是电控液压直线驱动单元，例如可以采用液压泵作为驱动源。换言之，直线运动机构18只要是能够电控即可。
如上所述，当电控单元17断电、失效时，本发明的全解耦机电液复合制动***能够自动地从电力制动状态切换到液压制动状态，以防止车辆制动完全失效。然而，在实际工作中，除电控单元有可能产生故障以外，直线运动机构(特别是直线运动机构中的电机)、甚至助力主缸也可能产生故障，此时也会影响全解耦机电液复合制动***的电力制动部分的工作。为此，可以提供监测诊断***，该监测诊断***可以将监测诊断出的故障报告给电控单元，然后电控单元关闭第一、第二、第三电磁阀并打开第四电磁阀，以将全解耦机电液复合制动***切换到人力液压制动状态。
优选地，可以设置警报装置，以在监测诊断出全解耦机电液复合制动***出现故障时发出警报。
优选地，也可以使电控单元与ABS/ESP模块集成在一起，形成单独的控制模块。
根据本发明的进一步优选的实施例，压力传感器31设置在第一电磁阀35与第一连接点39之间，压力传感器32设置在踏板液压缸27与第三电磁阀37之间。在这种情况下，无论本发明的全解耦机电液复合制动***是处于电力制动状态还是处于液压制动状态，压力传感器31、32理论上均能获得有效信号。具体地讲，压力传感器31在电力制动状态下能够测量第一液压管路23中的压力，在液压制动状态下能够测量第四液压管路30中的压力。类似地，压力传感器32在电力制动状态下能够测量第三液压管路29中的压力，在液压制动状态下能够测量第四液压管路30中的压力。
当本发明应用于传统车辆时，可以实现踏板力性能任意可调，对于一些大型的SUV和皮卡车，由于传统真空助力器尺寸的限制无法再突破帮助实现较好的制动性能和踏板感觉，本发明的应用可完全解决这个问题；当本发明应用于新能源车辆时，电控单元可以实时分配传统制动所需制动力矩和电机制动所需电机力矩，实现最大化制动能量的回收。
本发明的结构简单易行，应用模块均可借鉴成熟设计，不仅可以应用于传统乘用汽车，而且可以应用于各类新能源车辆的制动***。颠覆了传统真空助力液力制动***的设计概念，***集成度和功能大大增强。
对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (11)

1.一种用于车辆的机电液复合制动***，包括：
制动踏板；
用于获取制动踏板踩下时的速率和位移的传感器；
助力主缸，其经由第一电控阀与车辆的轮边制动器液压耦合；
电控直线运动模块，其与所述助力主缸直接连接并适于根据来自所述传感器的信号驱动助力主缸的活塞进行直线运动；
经由第二电控阀与制动踏板液压耦合的踏板模拟器；
其中，制动踏板经由第三电控阀与车辆的轮边制动器液压耦合，第一和第二电控阀被构造成适于同时打开和关闭，第三电控阀被构造成适于在所述第一和第二电控阀打开时关闭、在所述第一和第二电控阀关闭时打开。
2.如权利要求1所述的机电液复合制动***，其特征在于，
所述机电液复合制动***还包括防抱死***/动态稳定控制***模块，所述助力主缸通过第一、第二液压管路液压连接到所述防抱死***/动态稳定控制***模块，所述第一、第二液压管路上分别设有第一电控阀。
3.如权利要求2所述的机电液复合制动***，其特征在于，
制动踏板连接到踏板液压缸的活塞，所述踏板液压缸通过第三液压管路液压连接到踏板模拟器，且通过第四液压管路液压连接到所述防抱死***/动态稳定控制***模块，其中，所述第二电控阀设置在所述第三液压管路上，所述第三电控阀设置在所述第四液压管路上。
4.如权利要求3所述的机电液复合制动***，其特征在于，
所述踏板液压缸通过第四液压管路在第一、第二连接点处分别液压连接到第一和第二液压管路，所述第一液压管路上的第一电控阀设置在助力主缸与所述第一连接点之间，所述第二液压管路上的第二电控阀设置在助力主缸与所述第二连接点之间。
5.如权利要求4所述的机电液复合制动***，其特征在于，
在第一连接点与第一液压管路上的第一电控阀之间设有用于测量第一液压管路内的液压的第一压力传感器；和/或
在踏板液压缸与第三液压管路上的第二电控阀与之间设有用于测量第三液压管路内的液压的第二压力传感器。
6.如前面权利要求中任一所述的机电液复合制动***，其特征在于，
所述电控直线运动模块包括电控单元和直接连接到助力主缸的直线运动机构，所述电控单元适于基于来自所述传感器的信号控制直线运动机构运动。
7.如权利要求6所述的机电液复合制动***，其特征在于，
所述第一和/或第二和/或第三电控阀连接到电控单元并由电控单元控制；和/或
所述第一和/或第二压力传感器连接到电控单元，并向电控单元发送液压信号；和/或
所述电控单元集成在防抱死***/动态稳定控制***模块中。
8.如前面权利要求中任一所述的机电液复合制动***，其特征在于，
所述第一、第二电控阀是上电时打开的常闭型电磁阀，所述第三电控阀是上电时关闭的常开型电磁阀；和/或
所述机电液复合制动***还包括用于监测和诊断***故障的监测诊断***；和/或
所述机电液复合制动***还包括在***故障时发出警报的警报装置。
9.如权利要求6所述的机电液复合制动***，其特征在于，
所述直线运动机构包括旋转电机和适于将旋转电机的旋转运动转换为直线运动的传动机构；或
所述直线运动机构包括适于驱动助力主缸的活塞直线运动的直线电机；或
所述直线运动机构包括适于驱动助力主缸的活塞直线运动的电控液压单元。
10.如权利要求9所述的机电液复合制动***，其特征在于，
所述传动机构包括蜗轮-蜗杆机构、丝杠-螺母机构或齿轮-齿条机构。
11.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有权利要求1-10中任一所述的机电液复合制动***。
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