CN103950442B - 可调杠杆支点的机械式电子液压制动*** - Google Patents
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Abstract
一种可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，包括制动踏板、信号采集元件、电控直线运动模块、制动主缸、电控单元ECU、活动支点调节模块、杠杆、推杆；所述信号采集元件包括采集制动踏板位移与速度信息的传感器以及采集制动主缸压强信息的传感器；所述电控直线运动模块两端分别与制动踏板和杠杆相连；所述活动支点调节模块与杠杆以平面高副形式相连，高副中接触点即为杠杆支点；所述杠杆与推杆相连，所述推杆与制动主缸的第一活塞相连；所述电控单元ECU所控制的执行器包含电控直线运动模块与活动支点调节模块的电机。该***具有响应迅速、控制精确的特点，能够为驾驶员提供良好的制动踏板感觉，同时多重失效保护的设计保证了***的安全性。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及汽车制动技术，尤其是一种机械式电子液压制动***。
背景技术
制动***对于汽车的安全性是至关重要的。随着汽车技术的发展，人们对汽车制动性能的要求也越来越高。传统汽车制动***主要由制动踏板、真空助力器、总泵(主缸)、分泵(轮缸)、制动鼓(或制动盘)及管路等构成，总体来说集成度不够高，且响应速度、可靠性等方面已没有太大的提升空间，于是人们开始积极投身于新型制动***的研究。近二三十年，电机技术与电控技术突飞猛进，为汽车制动***的研究提供了新思路，电子液压制动***（EHB）应运而生。
电子液压制动***是一种线控制动(brake-by-wire)***，它以电子元件替代了部分机械元件，制动踏板不与制动轮缸直接相连，驾驶员操作由传感器采集作为控制意图，然后由液压执行器来完成制动操作，弥补了传统制动***设计和原理所导致的不足，使制动控制得到最大的自由度，能更好地完成控制目标。
当前电动汽车上的电子液压制动***主要采用高压蓄能器作为液压压力建立来源，当需要提供液压压力时，打开相应的阀，液压油经高压蓄能器流向前后各轮液压制动器，液压压力的大小可以通过控制油阀的开度进行调节，当高压蓄能器内的压力不足时，通过高压油泵给高压蓄能器重新增压。
另一方面，高压蓄能器技术稳定性比较差，内部氮气极易泄露，导致无法正常建立压力等情况的发生，并可能导致车辆完全失去制动力，严重威胁行驶车辆的安全。日本丰田公司混合动力轿车Prius就由于其电子液压制动***中的高压蓄能器存在泄漏及安全性等问题，在2010年左右进行了多次召回。
可见从客观上来说需要对上述电子液压制动***进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，能够提高***响应时间，准确识别驾驶员的制动意图，实现液压力与踏板力的主动控制，给驾驶员良好的制动感觉。制动踏板与制动主缸采用机械连接，保证了安全性与可靠性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其包括制动踏板、信号采集元件、电控直线运动模块、制动主缸、电控单元ECU，还包括：活动支点调节模块、杠杆、推杆；所述信号采集元件包括采集制动踏板位移与速度信息的传感器以及采集制动主缸压强信息的传感器；所述电控直线运动模块两端分别与制动踏板和杠杆相连；所述活动支点调节模块与杠杆以平面高副形式相连，高副中接触点即为杠杆支点；所述杠杆与推杆相连，所述推杆与制动主缸的第一活塞相连；所述电控单元ECU所控制的执行器包含电控直线运动模块与活动支点调节模块的电机。
进一步，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第一传动机构；
所述第一传动机构是蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构、丝杠—螺母或滚珠丝杠。
所述活动支点调节模块包括旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的第二传动机构。
所述第二传动机构是带自锁功能的蜗轮蜗杆机构或丝杠—螺母机构，或不带自锁功能而附加一锁止机构的齿轮齿条机构或滚珠丝杠。
所述活动支点调节模块中设置有一滚子或凸轮，该滚子或凸轮位于其传动机构中的直线运动构件上，滚子或凸轮外缘与杠杆外缘相接触或者与杠杆内导向槽内侧相接触，形成一对平面高副，其中滚子或凸轮为主动件，杠杆为从动件。
在所述杠杆上设支点为O，杠杆与电控直线运动模块连接点为A，杠杆与推杆连接点为B，则点O到点A的距离大于点O到点B的距离，且在顺着杠杆的方向上点A与点O分布在点B的两侧。
所述制动主缸经过ABS/ESC模块与车辆轮边制动器液压耦合。
还包括故障诊断***，当某个制动部件失效发生故障时，将故障信息传递给电控单元；
优选地，还包括故障报警***，当故障诊断***诊断出机械式电机液压制动***出现故障时，报警装置启动，第一时间给驾驶员提供报警。
上述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，还包括失效保护装置，当失效情况发生以及某些制动部件发生故障时能够让驾驶员踩踏板的力传输到制动***中，进行一定强度的制动。
换言之，一种可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，包括：制动踏板，用于将驾驶员的制动意图输入***；信号采集元件，包含采集制动踏板位移与速度信息的传感器以及采集制动主缸压强信息的传感器；电控直线运动模块，其两端分别与制动踏板和杠杆相连接，该模块的电机能够主动控制踏板力给驾驶员良好的制动感觉；活动支点调节模块，其与杠杆以平面高副的形式相连，高副中接触点即为杠杆支点，该模块通过调节支点的位置来实现杠杆力臂长度的变化，从而调节主缸制动压力的大小；杠杆，放大力的效果；推杆，连接杠杆与主缸活塞；制动主缸，其经过ABS/ESC模块与车辆轮边制动器液压耦合；电控单元ECU，接收各传感器测得的信号，计算出电控直线运动模块调节力的大小以及支点调节模块的位移并对其控制。
优选地，在所诉杠杆上设支点为O，杠杆与电控直线运动模块连接点为A，杠杆与推杆连接点为B，则满足O到A的距离大于O到B的距离，且在顺着杠杆的方向上满足A与O分布在B两侧。
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。旋转电机接受电控单元ECU发出的调节力矩信号控制上述传动机构，传动机构可为蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构、丝杠-螺母或滚珠丝杠。
优选地，所述活动支点调节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，同时其传动机构的直线运动构件上连有一滚子或凸轮，滚子或凸轮外缘与杠杆外缘相接触或者与杠杆内导向槽内侧相接触，形成一对平面高副，二者接触点为杠杆支点。旋转电机接受电控单元ECU发出的调节信号控制上述传动机构，支点位置相应地发生变化，传动机构可以是带自锁功能的蜗轮蜗杆机构或丝杠—螺母机构，也可以是不带自锁功能的齿轮齿条机构或滚珠丝杠，再附加一锁止机构。
由于采取上述方案，本发明相对于现有电子液压制动***相比具有如下特点：采用电机控制直线运动机构，响应迅速，能主动控制踏板力，正确地反映驾驶员的制动意图，省去了高压蓄能器与踏板模拟器。制动踏板与制动主缸之间保持机械连接，降低了***失效的风险。当电控直线运动模块失效时，电控单元可以通过失效模式下的控制算法对活动支点调节模块的电机进行调节，改变支点的位置，保证一定的液压制动力。当活动支点调节模块失效时，自锁或通过锁止机构将其运动锁止。电控单元可以通过失效模式下的控制算法对电控直线运动模块的电机进行力矩调节，保证一定的液压制动力。即使电控直线运动模块与活动支点调节模块同时失效，驾驶员猛踩制动踏板，***也能提供一定的制动力，实现紧急制动，保证了汽车的安全性。
附图说明
图1是根据本发明的一个机械型电子液压制动***实施例的示意图。
附图中的标号表示：
1—制动踏板；2—电机；3—电机的定子；4—电机的转子；5—电控直线运动模块；6—滚珠丝杠的螺母；7—滚珠丝杠的螺杆；8—杠杆；9—推杆；10—丝杆螺母；11—滚子；12—丝杆螺杆；13—电机；14—活动支点调节模块；15、16、17、18—控制线路；19—主缸第一活塞；20—主缸第二工作腔；21—主缸第二活塞；22—储液罐；23—制动主缸；24—主缸第一工作腔；25、26—液压管路；27—ABS/ESC模块；28—电控单元；29—液压力传感器；30—踏板位移传感器。
具体实施方式
以下结合附图所示例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，该可调杠杆支点的机械式电子液压制动***主要包括：制动踏板1、电控直线运动模块5、活动支点调节模块14、电控单元28、液压力传感器29、踏板位移传感器30、制动主缸23。
踏板位移传感器25为两个，互为检验，该位移传感器可以确定制动踏板1在被踩时的速率和位移。
在该示例性实施例中，电控直线运动模块5与活动支点调节模块14都为一种优选。
电控直线运动模块5包括电控单元28、电机2以及由滚珠丝杆（包括螺母6与丝杆7）构成的直线运动机构。电机2通过控制线路16与电控单元28相连，根据电控单元28传递的电机力矩信号控制滚珠丝杠。
活动支点调节模块14包括电控单元28、电机13、丝杠螺杆12与丝杠螺母10构成的直线运动机构、滚子11。电机13通过控制线路17与电控单元28相连，根据电控单元28传递的电机力矩信号控制丝杠—螺母，轮滚子11随螺母10移动，与杠杆8外缘的接触点相应发生变化，即杠杆支点发生变化。由于该丝杆—螺母机构带自锁功能，当活动支点调节模块失效后螺母10的运动将被锁止，滚子11亦不再移动，支点位置也就不再发生变化。
制动主缸23包括第一活塞19、第一工作腔24、第二活塞21、第二工作腔20，第一工作腔24和第二工作腔20被第二活塞21分隔开，并且都有连接储液罐的补偿孔。第一工作腔24和第二工作腔20分别通过液压管路25和液压管路26与ABS/ESC模块27相连。ABS/ESC模块再通过液压管路连接到四个轮边制动器上。在滚珠丝杆（包括螺母6与螺杆7）构成的直线运动机构与杠杆8之间设置有运动调节机构(图中未画出)，其作用为保证直线运动机构带动螺杆7做直线运动，杠杆8与推杆9相连，推杆9与第一活塞19相连，推动第一活塞19，继而推动第二活塞21产生期望的液压制动力。
本发明的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***具体工作过程如下：驾驶员踩下制动踏板1，位移传感器30获得踏板位移和速度，接受到驾驶员的制动意图，将采集到的信号通过控制线路15传递到电控单元28中，得到此次制动中所需的液压制动力大小Fh以及此时对应的踏板力需求Fp，然后通过支点位置O计算出电机2需要提供的力Fm的大小（Fm＝Fh*hOB/hOA-Fp），然后通过控制线路16驱动电机2，推动与杠杆8相连的推杆9，推杆9再推动第一活塞19做直线运动，在第一活塞19挡住第一补偿孔时第一工作腔开始建压，继而通过弹簧推动第二活塞21做直线运动。当第二活塞21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25和液压管路26流向ABS/ESC模块27，继而流向各轮缸产生制动力。液压传感器29测得液压管路26的压力值，将信号传递给电控单元28，电控单元28计算出此时应实际提供的液压制动力大小Fh，再根据此时实际的踏板力Fp与电机力Fm，得出力臂hOA与hOB的长度，从而确定支点O的位置（hOB/hOA＝（Fm+Fp）/Fh），然后电控单元通过控制线路17驱动电机13，实现支点O的调节。
根据本发明的一个优选的实施例，在滚珠丝杆（包括螺母6与螺杆7）构成的直线运动机构与杠杆8之间设置有运动调节机构，保证直线运动机构做直线运动
根据本发明的一个优选的实施例，电控直线运动模块5包括旋转电机1和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，传动机构包括滚珠丝杠机构，滚珠丝杠的螺母固连在旋转电机的转子上，通过电机旋转运动驱动螺母转动，螺母通过滚珠传力给螺杆，从而带动螺杆做直线运动。
根据本发明的一个优选的实施例，上述传动机构也可以是蜗轮蜗杆、齿轮齿条机构或丝杠—螺母机构。
根据本发明的一个优选的实施例，活动支点控制模块14包括旋转电机13和将旋转运动转换成直线运动的传动机构，以及连接在传动机构的直线运动构件上的滚子11。丝杠固连在旋转电机13的转子上，通过电机旋转运动驱动丝杠转动，丝杠带动螺母做直线运动，由于滚子固定在螺母上，因此滚子也随之在丝杠的轴向产生位移，与杠杆外缘的接触点发生变化，即杠杆的支点发生变化，最终实现力臂的变化。
优选地，本发明提供故障诊断***，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28。
优选地，本发明也提供故障报警***，当故障诊断***诊断出机械式电机液压制动***出现故障时，报警装置启动，第一时间给驾驶员提供报警。
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，也必须能够让驾驶员踩踏板的力传输到制动***中，进行一定强度的制动。本发明可调杠杆支点的机械式电子液压制动***也设计了失效保护方案。
制动开始或制动进行中电控直线运动模块5的电机2无法提供力矩或模块5的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28，电控单元28对活动支点调节模块14中的电机13进行调节，驱动模块14中直线运动机构，从而使得支点移动到经过计算得出的新的O点（所需液压力Fh由踏板位移确定，O点位置满足hOA/hOB＝Fh/Fp），让驾驶员提供的踏板力一起通过杠杆8的放大后作用在推杆9上，推杆9驱动第一活塞19做期望的直线运动。
制动开始或制动进行中活动支点调节模块14中电机9无法提供力矩或者模块14的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28，电控单元28对电控直线运动模块5中电机1进行力矩调节（所需液压力Fm由踏板位移确定，踏板力需求Fp由踏板位移与速率共同确定，电控直线运动模块调节力Fm＝Fh*hOB/hOA-Fp），此时活动支点调节模块的直线运动机构处于锁止状态，，电机2驱动电控直线运动模块5中直线运动机构运动，继而通过杠杆8推动推杆9，推杆9驱动活塞做期望的直线运动。
制动开始或制动进行中电控直线运动模块5与活动支点调节模块14同时失效时，活动支点调节模块14处于锁止状态，此时驾驶员猛踩制动踏板，通过杠杆8的作用推动主缸，实现人力液压制动。
装备真空助力器的传统汽车的制动***存在一些问题，真空助力器在超过助力范围时无法提供助力导致在紧急制动时会有一段没有助力的踏板行程，由于车内布置空间的限制，真空助力器的尺寸有限，难以实现更好的制动性能。本发明的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***应用在传统汽车上时，可以充分发挥电机调速范围广、控制精度高、动态性好、响应时间快等优势，弥补这个缺陷。
基于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新的电子液压制动***，利用电机取代了高压蓄能器，不仅降低了安全隐患，还使***的响应速度以及控制精度等得到了提升。同时，本发明中良好的踏板力主动控制成功地省去了踏板模拟器，更加节省了空间。其机械连接保证了***的可靠性，而杠杆的加入使人力的作用在***失效时能得到更好地发挥。
本发明的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***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，本发明不限于上述的实施例，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 (11)
1.一种可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其包括制动踏板、信号采集元件、电控直线运动模块、制动主缸、电控单元ECU，其特征在于：还包括：活动支点调节模块、杠杆、推杆；所述信号采集元件包括采集制动踏板位移与速度信息的传感器以及采集制动主缸压强信息的传感器；所述电控直线运动模块两端分别与制动踏板和杠杆相连；所述活动支点调节模块与杠杆以平面高副形式相连，高副中接触点即为杠杆支点；所述杠杆与推杆相连，所述推杆与制动主缸的第一活塞相连；所述电控单元ECU所控制的执行器包含电控直线运动模块与活动支点调节模块的电机。
2.根据权利要求1所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，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第一传动机构。
3.根据权利要求2所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：所述第一传动机构是蜗轮蜗杆机构、齿轮齿条机构、丝杠—螺母或滚珠丝杠。
4.根据权利要求1所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：所述活动支点调节模块包括旋转电机和将旋转运动转换成直线运动的第二传动机构。
5.根据权利要求4所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：所述第二传动机构是带自锁功能的蜗轮蜗杆机构或丝杠—螺母机构，或不带自锁功能而附加一锁止机构的齿轮齿条机构或滚珠丝杠。
6.根据权利要求4所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：所述活动支点调节模块中设置有一滚子或凸轮，该滚子或凸轮位于其传动机构中的直线运动构件上，滚子或凸轮外缘与杠杆外缘相接触或者与杠杆内导向槽内侧相接触，形成一对平面高副，其中滚子或凸轮为主动件，杠杆为从动件。
7.根据权利要求6所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：在所述杠杆上设支点为O，杠杆与电控直线运动模块连接点为A，杠杆与推杆连接点为B，则点O到点A的距离大于点O到点B的距离，且在顺着杠杆的方向上点A与点O分布在点B的两侧。
8.根据权利要求1所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：所述制动主缸经过ABS/ESC模块与车辆轮边制动器液压耦合。
9.根据权利要求1所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，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，将故障信息传递给电控单元ECU。
10.根据权利要求1所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：还包括故障报警***，当故障诊断***诊断出机械式电子液压制动***出现故障时，报警装置启动，第一时间给驾驶员提供报警。
11.根据权利要求1至10中任一所述的可调杠杆支点的机械式电子液压制动***，其特征在于：还包括失效保护装置，当失效情况发生以及某些制动部件发生故障时能够让驾驶员踩踏板的力传输到制动***中，进行一定强度的制动。
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Effective date of registration: 20180125 Address after: 200092 Shanghai City, Yangpu District Siping Road No. 1230 Patentee after: Tongji innovation venture Holdings Limited Address before: 200092 Shanghai City, Yangpu District Siping Road No. 1239 Patentee before: Tongji University |
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Effective date of registration: 20180629 Address after: No. 1239, Siping Road, Yangpu District, Shanghai Patentee after: Tongji University Address before: No. 1230, Siping Road, Yangpu District, Shanghai Patentee before: Tongji innovation venture Holdings Limited |
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Effective date of registration: 20190404 Address after: 201800 79, 328 Hengyong Road, Waigang Town, Jiading District, Shanghai Patentee after: Shanghai Yu Automotive Technology Co. Ltd. Address before: No. 1239, Siping Road, Yangpu District, Shanghai Patentee before: Tongji University |
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