CN103754210A - 一种电机驱动的电子液压制动*** - Google Patents

Abstract

一种电机驱动的电子液压制动***，包括：制动踏板；踏板位移传感器；次级主缸；踏板模拟器压力传感器；踏板模拟器；踏板模拟器电磁阀；推杆；电控直线运动模块，其通过电机驱动运动调整机构带动推杆运动，通过位移信号来控制电机，实现制动压力的线性控制；制动主缸，其经过ABS/ESP模块后与车辆车轮制动器液压耦合；ABS/ESP模块，既可以被动调节主缸输送到车轮制动器的压力，也可以主动对各个车轮的制动器压力调节。该电机驱动的电子液压制动***具有快速响应、精确控制制动液压力、较好模拟驾驶员的制动踏板感觉、最大化的回收制动能量等特点，同时该***设计了双重失效保护模式，具有很高的安全性和可靠性。

Description

一种电机驱动的电子液压制动***

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及汽车制动技术，尤其是一种电机驱动的电子液压制动***。

背景技术

现今汽车的发展有两个趋势：电动化和智能化。电动汽车上装有大功率驱动电机，在汽车减速制动时，利用电机的拖滞，将电源反接，产生反向电动势，使电动机转变为发电机，进行发电，将汽车的动能转换成为电能储存进蓄电池中，即再生制动（又称制动能量回收）。这些储存的电能可以大量地增加汽车的续驶里程，改变电动汽车续驶里程低、电池尺寸大的缺点。在电池技术还不够完善的今天，能够极大的弥补电池技术欠缺所带来的问题。另一方面是汽车智能化，如今车辆自适应巡航***（ACC）和制动辅助***（BAS）等发展迅速，可以大大减轻驾驶员的负担。

电子液压***（EHB）是线控制动的一种，其制动踏板与液压***完全没有机械连接。在制动过程中通过计算每次制动时制动踏板的位移与制动力，来判断驾驶员的制动意图，并且调节液压主动动力源来控制、调节液压***的制动力，配合驱动电机制动力一起完成制动。线控***也能更好的与ACC、BAS等***协同作用。

Toyota、Bosch、TRW和Continental是最早投入电子液压制动***研究的公司。日本丰田公司1997年将其电子液压制动***ECB装载于家用型混合动力轿车，Prius是第一款使用电液复合制动***的小型汽车。Bosch公司在2012年推出了全新的HAS hev***，液压调节单元沿用了ESP9.0***。美国天合汽车公司（TRW）在2009年研发了SCB（Slip ControlBoost），与Bosch的HAS***相比，其集成了ESC的功能。Continental也在2012年推出了MKC1电子液压制动***。

现行电子液压制动***大都采用电机、泵和高压蓄能器作为动力源，然而高压蓄能器存在氮气泄漏的危险，可靠性和安全性还存在隐患。

在电子机械式液压制动***中用电机和减速机构代替高压蓄能器、泵，也能实现液压力的主动控制和调节，通过控制线路传递信号，用电机驱动机械结构来推动主缸，不存在高压蓄能器安全隐患等问题，其结构简单，降低了成本，且机械连接的可靠性和安全性更高，通过ECU直接控制，易于实现ABS、TCS、ESP、ACC等功能。这种形式的电子液压制动***前景光明，是未来制动***重要的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机驱动的电子液压制动***，用以回收制动能量、提高***响应时间、精确的控制液压制动力，很好的给驾驶员制动力反馈，实现***液压力和踏板力的主动控制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电机驱动的电子液压制动***，包括：制动踏板；用于获取驾驶员踩下制动踏板位移信号的踏板位移传感器；次级主缸，正常制动时用于踏板感觉模拟，失效备份时直接用于制动；用于踏板力主动控制和失效判断的踏板模拟器压力传感器；踏板模拟器，用来模拟踏板感觉；踏板模拟器电磁阀，用来主动控制踏板力的反馈；推杆，在电机或人力带动下推动主缸活塞；电控直线运动模块，其通过电机驱动蜗轮蜗杆齿轮齿条机构带动推杆运动，通过位移信号来控制电机，从而实现制动压力的线性控制；制动主缸，其包括三个液压腔，是在传统主缸第一腔的前面增加了一腔，其经过ABS/ESP模块后与车辆车轮制动器液压耦合；ABS/ESP模块，既可以被动调节主缸输送到车轮制动器的压力，也可以主动对各个车轮的制动器进行压力调节。电控单元ECU，根据踏板位移信号计算出此次制动需要的总制动力，然后根据电机、电池状态计算出车辆能够产生的再生制动力，总制动力减去再生制动力后即所述***需要产生的制动力，其通过电机来控制。该电机驱动的电子液压制动***包括机械备份模式和液压备份模式。

优选地，制动踏板与次级主缸推杆一端相连，次级主缸推杆另一端与齿条中心的推杆正对，中间留有间隙，克服间隙后两者接触，可传递制动力，通过与推杆常接触的主缸活塞推动主缸。

优选地，次级主缸液压管路有两个支路，一路通过一个电磁阀与主缸前腔连接，该电磁阀为常开阀，打开时制动液可进入主缸前腔，另一路与踏板模拟器进液口相连。

优选地，主缸一共有3个液压腔：前腔、第一工作腔和第二工作腔。主缸前腔通过一个电磁阀与储液罐相连，该电磁阀为常闭阀，通电打开后实现补液的作用；第一、第二工作腔与ABS/ESP模块相连，轮缸液压力调节。

优选地，踏板模拟器出口管路通过一个电磁阀与储液罐相连，该电磁阀为常闭阀，可以主动调节模拟踏板反力。

优选地，所述电控直线运动模块包括电控单元ECU、电机和直线运动机构，所述电机接受电控单元ECU发出的调节力矩信号控制直线运动机构。

优选地，所述的解耦阀，在正常工作模式下关闭，参与踏板感觉模拟；在液压备份模式下，***断电，解耦阀打开，实现制动。次级主缸推杆克服空行程后推动推杆向前运动，从而推动主缸推杆，实现机械备份保护。

优选地，所述电控直线运动模块包括旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，该传动机构包括蜗轮蜗杆机构和齿轮齿条机构。

优选地，电控直线运动模块的传动机构中的直线运动机构包括所述的蜗轮蜗杆机构和齿轮齿条机构，齿条是空心的，中间有一根推杆穿过，推杆左端与次级主缸的活塞右端有一定的间隙，该间隙为了实现只有电机制动时踏板与液压制动解耦，取决于电机能够产生的最大再生制动力。推杆右端与主缸活塞推杆接触。当处于机械备份模式时，克服推杆与次级主缸活塞之间的间隙，刚性接触，直接推动主缸活塞制动。

该电机驱动的电子液压制动***通过解耦阀来完成液压备份作用，通过推杆来完成机械备份作用。正常工作下，***上电，解耦阀关闭，次级主缸活塞向前运动一个空行程，这段空行程的位移根据电机能够产生最大的再生制动力可以计算出来；液压备份模式下，***断电，解耦阀打开，次级主缸中的制动液进入主缸前腔MC0，推动主缸活塞；机械备份模式下，次级主缸活塞克服空行程后与推杆接触，推动推杆，进一步推动主缸活塞进行制动。

优选地，通过次级主缸，踏板模拟器，踏板模拟器压力传感器，电磁阀模拟制动踏板感觉，通过调节电磁阀的流量对踏板力进行主动控制。

主缸前腔与次级主缸相连，第一工作腔和第二工作腔分别通过液压管路与ABS/ESP模块相连。推杆推动第一活塞，第一工作腔建压后推动第二活塞产生期望的直线运动，制动液经过液压管路流向ABS/ESP模块，继而可以调节各轮缸产生的制动力。

所述电机驱动的电子液压制动***提供故障诊断***，当某个制动部件失效发生故障时，可以将故障信息传递给电控单元。

所述电机驱动的电子液压制动***提供故障报警***，当故障诊断***诊断出电机驱动液压制动***出现故障时，报警装置启动，第一时间给驾驶员提供报警。

当电控直线运动模块失效时，***进入液压备份，所有电磁阀断电，次级主缸中的制动液进入主缸前腔，推动主缸第一活塞制动。机械备份时，次级主缸活塞推杆推动推杆，推杆作用在主缸活塞上。在失效备份时，***的制动液压力完全由人脚提供。当制动管路失效时，电控直线运动模块完好，***正常工作，管路漏液由报警器提醒驾驶员。

可选择地，电控直线运动模块可以由外包型电机、滚珠丝杠机构构成，丝杠为空心，其中推杆可以穿过。

与现有的电子液压制动***相比，本发明电机驱动的电子液压制动***具有如下优点：

1.采用电机控制直线运动机构，响应速度快，对液压制动力精确控制，很好的配合电机再生制动力，较好的完成驾驶员制动意图。

2.由于电机可精确控制，从而可以根据电机再生制动力、电池状态，适时的调节液压制动力，从而最大化地回收制动能量。

3.通过踏板模拟器出口液压调节，可以对驾驶员的踏板力进行主动控制。

4.次级主缸与主缸前腔之间有管路连接，电机失效时进入液压备份模式，***稳定，安全性好，制动感觉好。

5.制动踏板和制动主缸之间保持机械连接，降低了***失效的风险，即使电机失效，液控管路漏油，在推杆作用下，仍然可以产生一定的液压制动力，从而确保***具有很高的安全性，可靠性。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的电机驱动的电子液压制动***的简图。

图2为电机-蜗轮蜗杆减速机构示意图。

图3为直线运动模块示意图。

附图中的标号表示：

1—踏板；2—踏板位移传感器；3—踏板推杆；4—次级主缸；5—次级主缸活塞；6—蜗轮；7—蜗杆；8—齿轮；9—齿条；10—推杆；11—主缸第一活塞；12—电机；13—主缸前腔；14—储液罐；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—ABS/ESP；20—补液阀；21—解耦阀；22—调节阀；23—液压力传感器1；24—踏板模拟器；25—踏板模拟器活塞；26—液压力传感器；27—电控单元ECU。

具体实施方式

如图1所示，该电机驱动的电子液压制动***主要包括制动踏板1、次级主缸3、踏板模拟器24、解耦阀21、电机12、蜗轮6、蜗杆7、主缸18、踏板位移传感器2、液压力传感器26，电磁阀20、22。

在该实施例中，电控直线运动模块包括电控单元ECU27、电机12、减速机构（蜗轮6、蜗杆7）、直线运动机构（齿轮8、齿条9）。电机12通过控制线路与电控单元ECU27相连，根据电控单元传递的电机力矩信号控制直线运动机构。图1中表示的是电控直线运动模块的一种优选，电机12是旋转电机，减速机构是蜗轮蜗杆机构，直线运动机构是齿轮齿条机构。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分别通过电磁阀与次级主缸4、储液罐14相连，第一工作腔15和第二工作腔17被第二活塞16分隔开，并且都有连接储液罐的补偿孔。第一工作腔15和第二工作腔17分别通过液压管路与ABS/ESP模块19相连。ABS/ESP模块再通过液压管路连接到四个车轮制动器上。

本发明的电机驱动的电子液压制动***具体工作过程如下：驾驶员踩下制动踏板1，补液阀20、解耦阀21、调节阀22上电，踏板位移传感器2获得踏板位移，接收到驾驶员的制动意图，将采集到的信号传递到电控单元27中，电控单元根据电机工作特性以及电池工作状态计算出驱动电机再生制动力的大小，通过总的制动力需求减去驱动电机再生制动力，得到此次制动中所需的液压制动力大小，然后电控单元通过控制线路控制电机12驱动直线运动模块，直线运动模块推动与主缸推杆相连的第一活塞11，在第一活塞挡住第一补偿孔时第一工作腔开始建压，继而通过弹簧、顶杆推动第二活塞16直线运动，当第二活塞挡住第二补偿孔时第二工作腔开始建压，制动液经过液压管路流向ABS/ESP模块19，继而流向各轮缸产生制动力。

根据本发明的一个优选的实施例，电控直线运动模块包括旋转电机12、蜗轮蜗杆减速机构和将旋转运动转换成直线运动的齿轮齿条机构，蜗杆7固连在旋转电机12的转轴上，通过电机旋转运动驱动蜗轮转动，从而带动同轴的齿轮转动，齿轮驱动齿条，将旋转运动变为直线运动，推动推杆运动。根据本发明的一个优选的实施例，上述的直线运动模块也可以是电机和滚珠丝杠机构或者丝杠-螺母机构构成。

按照国家法规要求制动***必须考虑到失效情况的发生以及某些制动部件发生故障时，***仍然可以进行一定强度的制动。本发明电机驱动的电子液压制动***中也包含了失效保护方案。

制动开始或制动进行中电机12无法提供力矩或直线运动机构损坏以致无法传递运动，故障诊断***诊断出故障信息，传递给电控单元27，电控单元立刻令整个***断电，解耦阀21断电后，次级主缸与主缸前腔接通，补液阀20断电后，前腔与储液罐之间的管路关闭。此时再踩下踏板，次级主缸4中的制动液进入主缸前腔13进行制动，进一步踩踏板，次级主缸活塞5与推杆10接触，推动主缸第一活塞11制动。

目前一些电动车上还是装备的真空助力器，用电机来驱动真空泵使真空助力器产生一定真空度。在一些紧急制动或者连续制动工况下，真空泵工作响应时间长，使得制动效能大大降低。本发明采用电机推动主缸具有响应快速，液压制动力调节精确，很好的克服了在紧急制动工况或者连续制动工况下制动效能的稳定性，同时根据电机特性和电池状态适时调节液压制动力。

本发明的电机驱动的电子液压制动***也可应用在新能源汽车上，以驱动电机制动能量回收最大化为目标，通过电控单元对电机输出转矩进行调节，让再生制动和液压制动一起形成总的制动力。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：包括：

制动踏板；

用于获取驾驶员踩下制动踏板位移的踏板位移传感器；

次级主缸，正常制动时用于踏板感觉模拟，失效备份时直接用于制动；

用于踏板力主动控制和失效判断的踏板模拟器压力传感器；

用于踏板力主动控制的线控电磁阀；

用于模拟踏板制动感觉的踏板模拟器；

用于实现制动踏板与制动回路解耦、液压失效备份的开关阀；

用于实现主缸前腔补液作用的开关阀；

用于推动主缸活塞的推杆；

电控直线运动模块，其通过机械机构将电机的旋转运动转化为推杆的直线运动，通过位移信号来控制电机，从而实现制动压力的线性控制；

制动主缸，其包括三个液压腔，在传统主缸第一腔的前面增加了一腔，该制动主缸经过ABS/ESP模块与车辆车轮制动器液压耦合；

ABS/ESP模块，即车辆的防抱死制动***/电子稳定性控制***模块，它可以被动和主动调节各轮缸的液压制动力；

电控单元ECU，根据踏板位移信号计算出此次制动需要的总制动力，然后根据电机、电池状态计算出车辆能够产生的再生制动力，总制动力减去再生制动力后即所述电子液压制动***需要产生的制动力，其通过电机来控制。

2.根据权利要求1所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：所述液压力传感器布置在所述次级主缸和所述踏板模拟器之间的制动管路上，测量该回路液压力，以用于制动意图的识别和踏板感觉模拟反馈控制。踏板力主动控制的线控电磁阀位于踏板模拟器与储液罐之间的管路上，起到调节阻尼的作用，与踏板模拟器内的弹簧一起完成踏板感觉的模拟。

3.根据权利要求2所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：所述电控直线运动模块包括旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，传动机构包括蜗轮齿轮齿条机构或者滚珠丝杠；齿条或者丝杠是中空的，推杆从其中心穿过，间隙配合；齿条的右端面与推杆中间凸起接触，正常制动时带动推杆运动。

4.根据权利要求3所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：所述电控直线运动模块的传动机构中的直线运动机构包括所述推杆，其左端与所述次级主缸的活塞右端之间存在间隙以实现制动能量回收，右端与所述主缸活塞接触；机械备份模式时，驾驶员踩下制动踏板克服推杆与次级主缸活塞之间的间隙，刚性接触，直接推动主缸活塞制动。

5.根据权利要求4所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：所述主缸包括三个液压腔，在传统主缸一腔之前增加了主缸前腔，其分别通过液压管路与次级主缸和储液罐连接，两条管路上均有一个电磁阀；与次级主缸相连的电磁阀在***正常工作时完成踏板与制动回路的解耦，***失效时连通主缸前腔与次级主缸，实现液压备份；与储液罐相连的电磁阀在正常制动时实现向主缸前腔补液的作用，在***失效时起到封闭次级主缸的作用。

6.根据权利要求1所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：制动踏板与次级主缸推杆一端相连，次级主缸推杆另一端与齿条中心的推杆正对，中间留有间隙，克服间隙后两者接触，可传递制动力，通过与推杆常接触的主缸活塞推动主缸；

或次级主缸液压管路有两个支路，一路通过一个电磁阀与主缸前腔连接，该电磁阀为常开阀，打开时制动液可进入主缸前腔，另一路与踏板模拟器进液口相连；

或主缸包括三个液压腔：前腔、第一工作腔和第二工作腔；主缸前腔通过一个电磁阀与储液罐相连，该电磁阀为常闭阀，通电打开后实现补液的作用；第一、第二工作腔与ABS/ESP模块相连，轮缸液压力调节。

7.根据权利要求1所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：踏板模拟器出口管路通过一个电磁阀与储液罐相连，该电磁阀为常闭阀，可以主动调节模拟踏板反力；

或所述电控直线运动模块包括电控单元ECU、电机和直线运动机构，所述电机接受电控单元ECU发出的调节力矩信号控制直线运动机构；

解耦阀在正常工作模式下关闭，参与踏板感觉模拟；在液压备份模式下，***断电，解耦阀打开，实现制动；次级主缸推杆克服空行程后推动推杆向前运动，从而推动主缸推杆，实现机械备份保护；

或所述电控直线运动模块包括旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的传动机构；优选地，电控直线运动模块的传动机构中的直线运动机构包括所述的蜗轮蜗杆机构和齿轮齿条机构，齿条是空心的，中间有一根推杆穿过，推杆左端与次级主缸的活塞右端有间隙，该间隙为了实现只有电机制动时踏板与液压制动解耦，取决于电机能够产生的最大再生制动力；推杆右端与主缸活塞推杆接触；当处于机械备份模式时，克服推杆与次级主缸活塞之间的间隙，刚性接触，直接推动主缸活塞制动；

或该电机驱动的电子液压制动***通过解耦阀来完成液压备份作用，通过推杆来完成机械备份作用；正常工作下，***上电，解耦阀关闭，次级主缸活塞向前运动一个空行程，这段空行程的位移根据电机能够产生最大的再生制动力可以计算出来；液压备份模式下，***断电，解耦阀打开，次级主缸中的制动液进入主缸前腔MC0，推动主缸活塞；机械备份模式下，次级主缸活塞克服空行程后与推杆接触，推动推杆，进一步推动主缸活塞进行制动。

8.根据权利要求1所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：通过次级主缸、踏板模拟器、踏板模拟器压力传感器、电磁阀模拟制动踏板感觉，通过调节电磁阀的流量对踏板力进行主动控制；

或主缸前腔与次级主缸相连，第一工作腔和第二工作腔分别通过液压管路与ABS/ESP模块相连；推杆推动第一活塞，第一工作腔建压后推动第二活塞产生期望的直线运动，制动液经过液压管路流向ABS/ESP模块，继而可以调节各轮缸产生的制动力。

9.根据权利要求1所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：

还包括故障诊断***，当某个制动部件失效发生故障时，可以将故障信息传递给电控单元；

或还包括故障报警***，当故障诊断***诊断出电机驱动液压制动***出现故障时，报警装置启动，第一时间给驾驶员提供报警；

或当电控直线运动模块失效时，***进入液压备份，所有电磁阀断电，次级主缸中的制动液进入主缸前腔，推动主缸第一活塞制动；机械备份时，次级主缸活塞推杆推动推杆，推杆作用在主缸活塞上；在失效备份时，***的制动液压力完全由人脚提供；当制动管路失效时，电控直线运动模块完好，***正常工作，管路漏液由报警器提醒驾驶员。

10.根据权利要求1所述的电机驱动的电子液压制动***，其特征在于：电控直线运动模块由外包型电机、滚珠丝杠机构构成，丝杠为空心，其中推杆可以穿过。

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