CN106218622B - 一种车辆主动助力制动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种车辆主动助力制动装置，包括制动踏板推杆、制动主缸推杆、真空腔和工作腔和三通电磁阀，本发明取消高压储能器，将两位三通电磁阀替换为带自锁功能的三位三通电磁阀，能够实现掉电状态下，长时间压力保持，同时能够保证脚动制动和失效模式制动的有效性和可靠性。

Description

一种车辆主动助力制动装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆制动领域，尤其涉及主动助力制动装置及实现方法。

背景技术

随着车辆驾驶辅助和智能驾驶技术的发展，传统车辆制动已无法满足制动需求，必须增加主动制动功能。目前主流的方案就是基于液压制动***，在原来制动***ESP的基础上实现主动增压功能或者在制动主缸和ABS/ESP之间的双输入管路上串联/并联主动增压装置实现。

除此之外，还有一种实现主动制动的方式，就是对真空助力器进行改进，通过电控的方式实现主动助力制动，能够模拟驾驶员踩踏制动踏板通过真空助力器实现制动的过程，原车制动***仍然保留。

专利CN 102060009 B提出了一种具有电子辅助制动功能的制动***，该方案在真空助力器内部增加了电磁铁、套管和电磁线圈，通过控制电磁线圈电流的大小，控制电磁铁以及套管的运动方向，实现真空腔和工作腔阀门的控制。

专利CN 102050100 A一种电子真空助力器装置也采用了类似的方案。该方案在实际使用过程中，存在控制精度低、开环控制，稳定性难以保证，而且随着使用时间的推移，控制位置误差积累容易导致位置漂移，***存在失效风险。

鉴于以上问题，专利CN 105539410 A提出了一种汽车制动***用主动增压装置，该方案在原真空助力器的基础上，在真空腔和工作腔上进行了开孔，分别增加了真空腔管和工作腔管，并通过两位三通电磁阀控制真空腔管、工作腔管和大气之间的通断实现真空助力过程，能够完全模拟人工踩踏制动踏板，借助于真空助力器实现主动制动的过程，实现了主动制动。但是该方案采用了高压储能器，提前减压，虽然缩短了建压时间，但是存在油液泄露的风险，当储能器油液压力低于设定的值时再建压，针对持续反复制动需求，***响应时间延长，另外采用了两位三通电磁阀，通过，通过控制电磁阀线圈的电流大小控制阀芯的位置，当需要保压时，需要给线圈持续通电，无法满足持续长时间制动的需求，尤其是针对没有EPB制动***的车辆，无法实现长时间驻车制动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够确保长时间驻车安全、可靠的车辆主动助力制动装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车辆主动助力制动装置，包括制动踏板推杆、制动主缸推杆、真空腔和工作腔，所述真空腔连接真空管，所述车辆主动助力制动装置设有三通电磁阀，所述三通电磁阀的电磁阀外壳两端设有与内部连通的端口A和端口C，中部设有与内部连通的端口B，所述端口A与真空腔的第一引出管连接，所述端口B与工作腔的第二引出管连接，所述端口C连接大气，所述电磁阀外壳内设有阀芯，所述电磁阀外壳的两端分别设有驱动阀芯沿电磁阀外壳内部滑动的A端线圈和B端线圈，当所述阀芯位于电磁阀外壳中部位置时，真空腔、工作腔和大气相互隔离，当所述阀芯位于电磁阀外壳的端口C位置时，真空腔和工作腔连通。

所述电磁阀外壳靠近端口C一端的位置设有自锁机构外壳，所述自锁机构外壳内设有可沿其滑动伸入或退出电磁阀外壳的自锁机构磁销，所述阀芯上设有阀芯缺口，当所述阀芯位于电磁阀外壳的端口C位置时，若所述自锁机构磁销伸入电磁阀外壳内则嵌入阀芯缺口内，所述阀芯由自锁机构线圈驱动在自锁机构外壳内滑动。

所述自锁机构线圈与阀芯之间设有自锁机构复位弹簧。

所述电磁阀外壳靠近端口A一端的内部设有支撑阀芯的A端弹簧，所述电磁阀外壳靠近端口B一端的内部设有支撑阀芯的B端弹簧

所述真空腔内设有用于支撑腔体的复位弹簧。

所述车辆主动助力制动装置设有控制模块，所述控制模块接收制动踏板位移传感器的制动状态信号、电子驻车制动按钮的驻车状态信息、CAN通信模块的上层控制***参数信号，以及主缸压力传感器的主缸当前压力信号，所述控制模块输出驱动信号至A端线圈、B端线圈和自锁机构线圈。

基于所述车辆主动助力制动装置的控制方法：

步骤1、***上电，静态自检，如果有故障，则故障报警，否则执行步骤2；

步骤2、实时采集制动踏板位移信号，若踏板位移信号判断为人工干预了制动，则进入脚动制动模式执行步骤3,否则执行步骤4；

步骤3、脚动制动，三通电磁阀复位，主动制动无效，返回步骤2；

步骤4、实时采集整车CAN模块发送的制动请求，如果有主动制动需求并设置了目标管路压力P，则执行步骤5进入主动制动模式，否则执行步骤3；

步骤5、判断本车车速是否为0，如果车速为0，则执行步骤6,否则执行步骤8；

步骤6、进入EPB电子驻车制动模式，控制电子驻车制动***实施制动，主动助力制动装置不启动，并执行步骤7；

步骤7、判断是否满足退出EPB电子驻车制动模式的条件，如果是则执行步骤2，否则执行步骤6；

步骤8、进入行车制动主动制动模式，自锁机构解锁，电磁阀阀芯向左置位，工作腔和大气连通，进入助力增加阶段，并执行步骤9；

步骤9、实时检测制动主缸液压压力并实时反馈压力值P'，根据P和P'差值与设定的门限T进行比较，如果P-P'＞T，则执行步骤10，否则如果|P-P'|＜T，则执行步骤11，否则执行步骤12；

步骤10、进入助力增加控制周期，A端线圈通电，电磁阀阀芯置位到左端，进入PID周期控制，通过调整控制A端线圈的PWM的占空比控制工作腔4和大气连通的时间，然后执行步骤2；

步骤11、进入助力保持阶段，A端线圈掉电，电磁阀阀芯在A端弹簧和B端弹簧的作用下复位，真空腔、工作腔和大气彼此隔离，然后执行步骤2；

步骤12、进入助力减小控制周期，给自锁机构线圈通电，自锁机构解锁，然后A端线圈掉电，B端线圈通电，电磁阀阀芯置位到右端，进入PID周期控制，通过调整控制A端线圈的PWM的占空比控制工作腔4和大气连通的时间，然后执行步骤2。

本发明的优点在于：

本装置去掉了高压储能器，通过压力传感器进行制动管路实时压力反馈，克服了油液泄露的风险，在实际应用中，可以通过预制动缩短***建压时间，能够满足应用需求；

本装置采用了三位三通电磁阀，克服了两位三通电磁阀通过控制线圈电流大小控制阀芯位置时，存在位置漂移而导致***失效的问题；

本装置采用的三位三通电磁阀内置有自锁机构，通过该机构可以实现掉电助力保持，即实现电子驻车制动和极端工况下长时间制动需求。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为车辆主动助力制动装置结构示意图；

图2为图1为中三通电磁阀结构示意图；

图3为车辆主动助力制动装置原理框图；

图4为车辆主动助力制动装置管路压力控制示意图；

图5为车辆主动助力制动装置控制流程图；

上述图中的标记均为：

1、制动踏板推杆；2、制动主缸推杆；3、真空腔；4、工作腔；5、复位弹簧；6、真空管；7、第一引出管；8、第二引出管；9、三通电磁阀；10、控制模块；11、制动踏板位移传感器；12、电子驻车制动按钮；13、CAN通信模块；14、主缸压力传感器；

91、自锁机构线圈；92、自锁机构复位弹簧；93、自锁机构外壳；94、自锁机构磁销；95、A端线圈95；96、A端弹簧；97、阀芯；98、阀芯缺口；99、B端弹簧；910、B端线圈；911、电磁阀外壳；912、端口A；913、端口B；914、端口C。

具体实施方式

本发明车辆主动助力制动装置将两位三通电磁阀9替换为带自锁功能的三位三通电磁阀9，能够实现掉电状态下，长时间压力保持，同时能够保证脚动制动和失效模式制动的有效性和可靠性。

即在原车真空助力器真空腔3和工作腔4上开孔，引出管路与带自锁功能的三通电磁阀9的两个输入口连接，电磁阀的另外一个端口直通大气。通过控制电磁阀两端的线圈以及自锁机构即可实现三通电磁阀9上电向左置位，掉电中间复位和通过自锁机构实现掉电情况下向右置位。从而实现长时间助力保持即实现长时间液压力保持，满足驻车制动和极端工况下的长时间制动需求。

该方案可以实现脚动制动和主动助力制动模式间的自动切换。控制单元只需实时捕获电子制动踏板内置位移传感器输出信号，判断驾驶员是否进行了脚动制动干预，从而自动实现模式切换。

具体来说，装置如图1所述，包括制动踏板推杆1，制动主缸推杆2、真空腔3、工作腔4、复位弹簧5、真空管6、真空腔3引出管、工作腔4引出管和三通电磁阀9。

参阅图2，三通电磁阀9为三位三通阀体，包括自锁机构线圈91、自锁机构复位弹簧92、自锁机构外壳93、自锁机构磁销94、A端线圈95、A端弹簧96、阀芯97、阀芯缺口98、B端弹簧99、B端线圈910、电磁阀外壳911、端口A 912、端口B913、端口C914。

如图3所示，主动助力制动控制***包括控制模块10、制动踏板位移传感器11、电子驻车制动按钮12、CAN通信模块13和主缸压力传感器14。

制动踏板内置有位移传感器，助力控制单元通过位移传感器的输出信号判断驾驶员是否进行了脚动制动干预，从而判断是否需要进行制动模式切换。

带自锁功能的三通电磁阀9的输入端口A与真空腔3引出管连接，输入端口B913与真空腔3引出管连接，输入口C与大气连接。通过控制电磁阀阀芯97在阀体壳内置于不同的位置，即可实现对真空腔3、工作腔4和大气之间的连通控制，实现主动助力制动。

三通电磁阀9内置有自锁机构，通过给自锁机构线圈91通电即可将磁销吸起，自锁机构解锁。然后给A端线圈95通电，阀芯97在磁力的作用下向左置位，工作腔4管和大气管连通，真空助力***处于助力增加阶段。通过控制A端线圈95的PWM占空比即可控制阀门开启时间即控制增压时间。***通过主缸液压压力传感器的压力反馈信号进行压力闭环控制。

当反馈压力达到设定的目标值后，如果需要助力保持，则给A端线圈95掉电，阀芯97在A端弹簧96和B端弹簧99的作用下复位，处于中间位置，此时真空腔3、工作腔4和大气相互隔离。助力处于保持阶段。此时电磁阀掉电，故可以实现长时间助力保持，可以实现电子驻车制动和长时间制动保持。

当需要助力减小时，则给自锁机构线圈91通电，自锁机构解锁，然后给B端线圈910通电，阀芯97在磁力的作用下向右置位，当助力处于调节阶段时，可以让自锁机构持续处于解锁阶段，此时通过调节控制B端线圈910的PWM的占空比进行真空腔3和工作腔4连通时间的控制。

当制动结束后，阀芯97向右置位，然后给自锁机构线圈91掉电，磁销在自锁机构复位弹簧92的作用下复位落入阀芯缺口98内，当给B端线圈910掉电后，阀芯97由于自锁机构限位，在B端弹簧99的作用下也无法复位，故可以实现掉电情况下真空腔3和工作腔4的连通。

当控制模块10通过采集的踏板位移传感器输出的位移信号后，如果判断驾驶员踩踏了制动踏板，则制动模式进入脚动制动模式。首先给自锁机构线圈91上电，在磁力的作用下将磁销吸起，阀芯97在B端弹簧99的作用下自动复位。真空腔3、工作腔4和大气彼此隔离。

如图4所示三通电磁阀9的A端线圈95和B端线圈910通过PWM进行控制，通过调整PWM的占空比可以控制阀门的开启时间，从而实现助力增加和减小的精确控制。根据主缸液压压力传感器的压力反馈，实现周期闭环压力控制。假设控制单元通过CAN总线接收上层控制***设定的主缸液压压力目标值为P，主缸液压压力传感器的压力反馈值为P'，则根据差值|P'-P|的绝对值与设定门限阈值T进行比较，确定目前助力是增加、减小或者保持。确定后，根据差值进行下一周期PWM占空比的调节。

参阅图5，基于上述车辆主动助力制动装置的控制方法如下：

步骤1、***上电，静态自检，如果有故障，则故障报警，否则执行步骤2；

步骤2、实时采集制动踏板位移信号，如果根据踏板位移信号判断人工干预了制动，则进入脚动制动模式执行步骤C,否则执行步骤4；

步骤3、脚动制动，三位三通电磁阀9复位，主动制动无效，然后执行步骤2；

步骤4、实时采集整车CAN模块发送的制动请求，如果有主动制动需求并设置了目标管路压力P，则执行步骤5，进入主动制动模式，否则执行步骤3；

步骤5、判断本车车速是否为0，如果车速为0，则执行步骤6,否则执行步骤8；

步骤6、进入EPB电子驻车制动模式，控制电子驻车制动***实施制动，本主动助力制动***不启动，然后执行步骤7；

步骤7、判断是否满足退出EPB电子驻车制动模式的条件，如果是则执行步骤8，否则执行步骤6；

步骤8、进入行车制动主动制动模式，自锁机构解锁，电磁阀阀芯97向左置位，工作腔4和大气连通，进入助力增加阶段，然后执行步骤9；

步骤9、实时检测制动主缸液压压力并实时反馈压力值P'，根据P和P'差值与设定的门限T进行比较，如果P-P'＞T，则执行步骤10，否则如果|P-P'|＜T，则执行步骤11，否则执行步骤12；

步骤10、进入助力增加控制周期，A端线圈95通电，电磁阀阀芯97置位到左端，进入PID周期控制，通过调整控制A端线圈95的PWM的占空比控制工作腔4和大气连通的时间，然后执行步骤2；

步骤11、进入助力保持阶段，A端线圈95掉电，电磁阀阀芯97在复位弹簧5A端弹簧96和B端弹簧99的作用下复位，真空腔3、工作腔4和大气彼此隔离，然后执行步骤2；

步骤12、进入助力减小控制周期，给自锁机构线圈91通电，自锁机构解锁，然后A端线圈95掉电，B端线圈910通电，电磁阀阀芯97置位到右端，进入PI D周期控制，通过调整控制A端线圈95的PWM的占空比控制工作腔4和大气连通的时间，然后执行步骤2。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车辆主动助力制动装置的控制方法，

所述车辆主动助力制动装置包括制动踏板推杆、制动主缸推杆、真空腔和工作腔，所述真空腔连接真空管，其特征在于：所述车辆主动助力制动装置设有三通电磁阀，所述三通电磁阀的电磁阀外壳两端设有与内部连通的端口A和端口C，中部设有与内部连通的端口B，所述端口A与真空腔的第一引出管连接，所述端口B与工作腔的第二引出管连接，所述端口C连接大气，所述电磁阀外壳内设有阀芯，所述电磁阀外壳的两端分别设有驱动阀芯沿电磁阀外壳内部滑动的A端线圈和B端线圈，当所述阀芯位于电磁阀外壳中部位置时，真空腔、工作腔和大气相互隔离，当所述阀芯位于电磁阀外壳的端口C位置时，真空腔和工作腔连通;

所述电磁阀外壳靠近端口C一端的位置设有自锁机构外壳，所述自锁机构外壳内设有可沿其滑动伸入或退出电磁阀外壳的自锁机构磁销，所述阀芯上设有阀芯缺口，当所述阀芯位于电磁阀外壳的端口C位置时，若所述自锁机构磁销伸入电磁阀外壳内则嵌入阀芯缺口内，所述阀芯由自锁机构线圈驱动在自锁机构外壳内滑动;

基于所述车辆主动助力制动装置的控制方法：

步骤1、***上电，静态自检，如果有故障，则故障报警，否则执行步骤2；

步骤2、实时采集制动踏板位移信号，若踏板位移信号判断为人工干预了制动，则进入脚动制动模式执行步骤3,否则执行步骤4;

步骤3、脚动制动，三通电磁阀复位，主动制动无效，返回步骤2；

步骤4、实时采集整车CAN模块发送的制动请求，如果有主动制动需求并设置了目标管路压力，则执行步骤5进入主动制动模式,否则执行步骤3；

步骤5、判断本车车速是否为0，如果车速为0，则执行步骤6,否则执行步骤8；

步骤6、进入EPB电子驻车制动模式，控制电子驻车制动***实施制动，主动助力制动装置不启动，并执行步骤7;

步骤7、判断是否满足退出EPB电子驻车制动模式的条件，如果是则执行步骤2，否则执行步骤6；

步骤8、进入行车制动主动制动模式，自锁机构解锁，电磁阀阀芯向左置位，工作腔和大气连通，进入助力增加阶段，并执行步骤9；

步骤9、实时检测制动主缸液压压力并实时反馈压力值，根据和差值与设定的门限进行比较，如果，则执行步骤10，否则如果，则执行步骤11，否则执行步骤12；

步骤10、进入助力增加控制周期，A端线圈通电，电磁阀阀芯置位到左端，进入PID周期控制，通过调整控制A端线圈的PWM的占空比控制工作腔和大气连通的时间，然后执行步骤2；

步骤11、进入助力保持阶段，A端线圈掉电，电磁阀阀芯在A端弹簧和B端弹簧的作用下复位，真空腔、工作腔和大气彼此隔离，然后执行步骤2；

步骤12、进入助力减小控制周期，给自锁机构线圈通电，自锁机构解锁，然后A端线圈掉电，B端线圈通电，电磁阀阀芯置位到右端，进入PID周期控制，通过调整控制A端线圈的PWM的占空比控制工作腔和大气连通的时间，然后执行步骤2。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述自锁机构线圈与阀芯之间设有自锁机构复位弹簧。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述电磁阀外壳靠近端口A一端的内部设有支撑阀芯的A端弹簧，所述电磁阀外壳靠近端口B一端的内部设有支撑阀芯的B端弹簧。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述真空腔内设有用于支撑腔体的复位弹簧。

5.根据权利要求2、3或4所述的控制方法，其特征在于：所述车辆主动助力制动装置设有控制模块，所述控制模块接收制动踏板位移传感器的制动状态信号、电子驻车制动按钮的驻车状态信息、CAN通信模块的上层控制***参数信号，以及主缸压力传感器的主缸当前压力信号，所述控制模块输出驱动信号至A端线圈、B端线圈和自锁机构线圈。