CN113071466A - 一种多功能梭阀式双电机冗余制动***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多功能梭阀式双电机冗余制动***及其控制方法，该制动***主要包括制动踏板总成、主电液伺服制动总成、辅电液伺服制动总成、梭阀、液压控制单元以及制动器组。其中主电液伺服制动总成和制动踏板相连，主、辅电液伺服制动总成之间通讯连接。主制动主缸的前腔通过第一回路直接连接至液压控制单元的其中一个进油口，主制动主缸的后腔、辅制动主缸分别通过第二回路、第三回路连接至梭阀的两个进油口，梭阀的出油口通过第四回路与液压控制单元的另一进油口连接，液压控制单元通过制动管路连接至制动器组。本发明可满足较高设计吨位车辆伺服制动的需求，具有结构紧凑、布置方便、制动压力分配优化等优点。

Description

一种多功能梭阀式双电机冗余制动***及控制方法

技术领域

本发明属于汽车制动技术领域，具体地涉及液压制动***中的伺服制动***。

背景技术

汽车制动***按制动能量的传输方式不同，可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。其中液压制动***的制动能量传输方式是液压，即制动时通过压缩制动***内的制动液使液压上升，液压传到轮边制动器上后会最终推动摩擦片贴紧至制动盘或制动鼓，产生阻碍车轮转动的制动力矩，最终由地面反作用于车轮一个与行驶方向相反的地面制动力，使车辆制动。

液压制动***与气压制动***相比，其优点有：①液体的传输压力和速度高于气体，所以液压***的传能装置的尺寸更小，布置更方便；②传动滞后时间短，一般仅是气压传能装置的1/2；③具有较高的传动效率和高的传动比；④结构简单，***不需要润滑；⑤不消耗发动机的动力。

但是受限于整车前机舱的布置空间及助力器的选型，液压制动一般用在中低吨位车上。当前较高设计吨位的车辆上，多采用气压等方式制动。

现有技术方案中，在某个吨位阶梯范围内(如6吨及以下)采用大尺寸的单膜片真空助力器和双膜片真空助力器来实现液压制动助力，有的也会采用匹配有大扭矩控制电机的电液伺服制动总成来实现。而当车辆的吨位更高时，当前的真空助力***及电液制动***均无法满足液压制动***的制动性能。现有技术多采用气压制动方案解决。

现有技术主要存在以下缺点：

1.真空助力制动***的缺点

真空助力器部分。设计吨位较大的车辆若采用真空助力器方案，通常需要很大尺寸(径向)的真空助力器，整车布置比较困难；而且受真空源能力及助力器助力比等的限制，无法实现足够大的制动助力，或者实现足够的制动助力时，无法实现相应理想的踏板力和踏板行程，使得踏板感比较差。

制动主缸部分。设计吨位较大的车辆，若采用液压制动方案，则需要匹配有相应规格的制动器。通常情况下，车辆吨位越高则制动器轮缸或分泵的尺寸就越大(以提供更大的制动力矩)，这就直接导致了需液量的增大。

在制动踏板杠杆比尺寸(或踏板行程)不变的情况下，必然要求制动主缸缸径变大(制动主缸缸径增大后，在踩下一定踏板行程时，制动主缸可以压缩更多体积的制动液来满足需液量要求)，根据“液压力×横截面积＝作用力”这一关系可以了解，当横截面积增大后(即制动主缸缸径增大)，在实现同样的制动***压力下，作用力会变大，也就是说制动踏板力需要相应地增加，这样会变得不容易满足法规要求。

或者，在不改变制动主缸缸径的前提下，需要增加踏板行程来满足相应的需液量，这样就导致踏板行程变大，也更不容易满足法规要求。

2.电液伺服制动***的缺点

电液伺服制动器部分。相对于真空助力器，电液伺服制动器通常径向尺寸相对于真空助力器短，所以在布置空间上问题不大；又由于电液伺服制动器可以调节踏板感，所以也不会有真空助力器踏板感糟糕的问题。但是受限于电机扭矩及传动机构强度，其输出的最大伺服力有限，即在一定的制动主缸缸径条件下，产生的最大制动***压力一定，且制动主缸缸径越大，在同样的最大伺服力限制下，可输出的最大制动压力会变小。

制动主缸部分。和真空助力器方案类似，高吨位车辆通常有较高的需液量，如果制动主缸缸径偏大，虽然踏板行程会减小，但是正常制动建压时电机最终输出的伺服力要求会变高、应急制动时的踏板力也更不容易满足要求；如果制动主缸缸径设计较小，在制动建压时就需要较大的活塞行程，这虽然在解耦式电液伺服制动器上可能不存在问题，但是在应急制动时，很有可能在法规要求的踏板力及踏板行程要求下无法满足相应的减速度要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中真空助力器总成方案和单电液伺服制动器方案无法或难以满足较高设计吨位车辆伺服制动能力的问题，提出一种多功能双电机冗余制动***及其控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能梭阀式双电机冗余制动***，包括主电液伺服制动总成、辅电液伺服制动总成、制动踏板、主制动主缸、辅制动主缸、梭阀、液压控制单元(HCU)和制动器组；其中：

所述主电液伺服制动总成与所述辅电液伺服制动总成之间存在通讯连接，所述主电液伺服制动总成的两端分别与所述制动踏板和所述主制动主缸相连，所述辅电液伺服制动总成与所述辅制动主缸相连；

所述梭阀至少具有两个进油口和一个出油口；所述主制动主缸的其中一个出油口通过第一回路连接至所述液压控制单元的其中一个进油口，并通过所述液压控制单元的出油口与所述制动器组中的第一制动器组相连；所述主制动主缸的另一出油口通过第二回路连接至所述梭阀的第一进油口，所述辅制动主缸的出油口通过第三回路连接至所述梭阀的第二进油口，所述梭阀的出油口通过第四回路连接至所述液压控制单元的另外一个进油口，并通过所述液压控制单元的出油口与所述制动器组中的第二制动器组相连。

进一步地，所述主电液伺服制动总成包括主机械总成、第一主缸活塞行程传感器、主控制电机、制动踏板连接机构、制动踏板行程传感器、第一电流传感器、主控制器；其中，所述制动踏板连接机构和所述制动踏板总成相连，所述主机械总成和主制动主缸相连；所述第一主缸活塞行程传感器、制动踏板行程传感器、第一电流传感器分别用于检测所述主制动主缸的活塞行程、制动踏板行程、主控制电机的电流大小；所述主控制器用于接收所述第一主缸活塞行程传感器、制动踏板行程传感器、第一电流传感器的传感器信号，并作为控制依据；所述主控制电机在所述主控制器的驱动下动作以推动所述主制动主缸的活塞运动进行建压；

所述辅电液伺服制动总成包括辅机械总成、第二主缸活塞行程传感器、辅控制电机、辅控制器、第二电流传感器；其中，所述辅机械总成和所述辅制动主缸相连；所述第二主缸活塞行程传感器、第二电流传感器分别用于检测所述辅制动主缸的活塞行程、辅控制电机的电流大小，所述辅控制器用于接收所述第二主缸活塞行程传感器、第二电流传感器的传感器信号，并作为控制依据；所述辅控制器与所述主控制器存在通讯连接；所述辅控制电机在所述辅控制器的驱动下动作以推动所述辅制动主缸的活塞运动进行建压。

进一步地，所述制动器组包括左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器和右后轮制动器。在一个优选实施例中，所述第一制动器组由所述左前轮制动器、右前轮制动器组成；所述第二制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成。此时，四个制动器采用的是H型布置方式，在H型布置上可以实现更理想的压力分配，从而降低压力调节单元的工作频次，延长其寿命。在另一实施例中，所述第一制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成；所述第二制动器组由所述左前轮制动器、右前轮制动器组成。

在其他实施例中，四个制动器也可以采用其他的布置方式，譬如X型布置方式：第一制动器组由左前轮制动器和右后轮制动器组成，第二制动器组由右前轮制动器和左后轮制动器组成；或者第一制动器组由右前轮制动器和左后轮制动器组成，第二制动器组由左前轮制动器和右后轮制动器组成。

在一个优选实施例中，所述梭阀具有第一工作状态和第二工作状态；在第一工作状态时，所述第一进油口在弹簧力的作用下关闭，所述第二进油口与所述出油口导通；在第二工作状态时，所述第一进油口处的压力大于所述第二进油口处的压力和所述弹簧力的合力，所述第一进油口开启，所述第一进油口与所述出油口导通，所述第二进油口与出油口不导通。

本发明利用梭阀的结构原理，根据所述梭阀的第一进油口和所述梭阀的第二进油口处的压力大小，使连接所述梭阀的第二回路与第四回路连通或者断开，从而控制所述多功能梭阀式双电机冗余制动***工作在现控股制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收辅助或人力备份制动模式。

当所述梭阀的第一进油口处的压力大于所述第二进油口处的压力与所述梭阀内部的弹簧力的合力大小时，所述第二回路与所述第四回路连通；当所述梭阀的第一进油口处的压力小于或等于所述第二进油口处的压力与所述梭阀内部的弹簧力的合力大小时，所述第二回路与所述第四回路不连通。

进一步地，所述双电机冗余制动***还包括储液罐，用于向所述主制动主缸和所述辅制动主缸提供制动液。

在一具体实施例中，所述储液罐连接在所述主制动主缸上，并通过管路与所述辅制动主缸相连。

本发明同时还提供了所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***的控制方法，该控制方法主要包括线控制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收辅助模式和人力备份制动模式。

1、线控制动模式。

在此模式下，当驾驶员踩下制动踏板时，主电液伺服制动总成的主控制器根据制动踏板行程信号驱动主控制电机动作；同时辅电液伺服制动总成的辅控制器驱动辅控制电机动作，两者同时对整个***建压，车辆实现制动建压；此时，主制动主缸输出的制动压力通过第一回路输入所述液压控制单元，对对应的第一制动器组建压；辅制动主缸输出的制动压力通过与所述梭阀连接的第三回路和第四回路输入所述液压控制单元，对对应的第二制动器组建压。

2、外部请求制动模式

在此模式下，当车辆的其它电控***发来制动请求时，所述主电液伺服制动总成和辅电液伺服制动总成响应该制动请求对整个制动***建压；此时，主制动主缸输出的制动压力通过第一回路输入所述液压控制单元，对对应的第一制动器组建压；辅制动主缸输出的制动压力通过与所述梭阀连接的第三回路和第四回路输入所述液压控制单元，对对应的第二制动器组建压；实现外部请求制动。

3、制动能量回收辅助模式。

在满足制动能量回收条件的前提下，在制动踏板被踩下的行程小于预设行程之前，所述主电液伺服制动总成和辅电液伺服制动总成的控制电机均不动作，此时主电液伺服制动总成向整车发送能量回收的力矩请求，整车驱动电机响应能量回收的力矩请求，并对整车施加一个具有制动效果的反向力矩，实现整车制动；当制动踏板被踩下后的行程大于预设行程时，摩擦制动开始介入，和能量回收过程的反向力矩一同提供或仅由摩擦制动提供整车减速度；摩擦制动过程和线控制动过程相同。

4、人力备份制动模式。

当控制电机失效或控制器供电故障时，所述主电液伺服制动总成和辅电液伺服制动总成的控制电机均无法支持制动建压，此时驾驶员直接踩制动踏板，踏板力通过制动踏板连接机构一直传递到主电液伺服制动总成的活塞顶杆上，推动主制动主缸内的活塞向前移动压缩制动液，对制动***进行建压，制动压力通过第一回路输入所述液压控制单元，对对应的第一制动器组建压；同时，制动压力通过与所述梭阀连接的第二回路和第四回路输入所述液压控制单元，对对应的第二制动器组建压；实现人力备份制动。

5、冗余制动模式。

当电液伺服制动总成自身或者其传感器故障时，本申请描述的双电机冗余制动***可以实现多种冗余制动功能，最大限度保证制动安全。

在冗余制动模式下，驾驶员踩下制动踏板或者车辆的其它电控***发来制动请求时，当主电液伺服制动总成的主控制电机发生故障、辅电液伺服制动总成的辅控制电机正常工作时，仅由辅电液伺服制动总成的辅控制电机实施制动；当主电液伺服制动总成的主控制电机正常工作、辅电液伺服制动总成的辅控制电机发生故障时，仅由主电液伺服制动总成的主控制电机实施制动。当主电液伺服制动总成的主控制电机和辅电液伺服制动总成的辅控制电机均正常工作时，则由主电液伺服制动总成的主控制电机和辅电液伺服制动总成的辅控制电机共同实施制动。

以上冗余制动模式是电机失效应对的冗余制动安全策略。除此之外，冗余制动模式还可设计传感器失效应对的冗余制动安全策略，具体控制方法包括：

驾驶员踩下制动踏板或者车辆的其它电控***发来制动请求时：

对于主电液伺服制动总成：

当主电液伺服制动总成的制动踏板行程传感器发生故障时，主电液伺服制动总成的主控制电机通过“定PWM控制”，实现制动***建压；

当主电液伺服制动总成的制动踏板行程传感器正常工作、第一主缸活塞行程传感器正常工作，若第一电流传感器正常工作，则主控制电机通过“双闭环”控制，实现制动***建压；若第一电流传感器发生故障时，则主控制电机通过“单位置环”控制，实现制动***建压；

当主电液伺服制动总成的制动踏板行程传感器正常工作、第一主缸活塞行程传感器发生故障，若第一电流传感器正常工作，则主控制电机通过“单电流环”控制，实现制动***建压；若第一电流传感器也发生故障时，则主控制电机通过“PWM控制”，实现制动***建压；

对于辅电液伺服制动总成：

在制动踏板行程传感器正常工作时，若辅电液伺服制动总成的第二主缸活塞行程传感器正常工作、第二电流传感器正常工作，则辅电液伺服制动总成的辅控制电机通过“双闭环”控制，实现制动***建压；若第二主缸活塞行程传感器工作正常、第二电流传感器发生故障，则辅控制电机通过“单位置环”控制，实现制动***建压；若第二主缸活塞行程传感器发生故障，则第二电流传感器正常时辅控制电机通过“单电流环”控制实施制动***建压，第二电流传感器也故障时辅控制电机通过“PWM控制”实施制动***建压。

其中，“定PWM控制”(PWM，脉冲宽度调制)指的是当踏板行程传感器故障时，当驾驶员踩下制动踏板(即触发制动开关)后，主、辅电液伺服总成均按照固定的PWM输出控制各自的控制电机，实现制动***建压，整车制动；“PWM控制”指的是“制动踏板行程～电机PWM”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动***会对应建立相应大小的压力；“单电流环”指的是“制动踏板行程～电机控制电流”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动***会对应建立相应大小的压力；“单位置环”指的是“制动踏板行程～制动主缸活塞顶杆位移”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动***会对应建立相应大小的压力；“双闭环”指的是结合了单位置环和单电流环的一种闭环控制策略。

作为一种替代的技术方案，所述梭阀的第二进油口内设置为液控式单向阀结构，所述第三回路与所述液控式单向阀之间连接有控制管路；所述梭阀具有第一工作状态和第二工作状态；在第一工作状态时，所述第一进油口与所述出油口导通，所述第二进油口在弹簧力的作用下关闭；在第二工作状态时，所述第二进油口处的压力大于所述第一进油口处的压力和所述弹簧力的合力，所述第二进油口开启，所述第二进油口与所述出油口导通，所述第一进油口与所述出油口不导通。

这样在人力备份制动时，第二回路无需先克服梭阀中的弹簧力导通第一进油口a和出油口c，再连接回路4建压，这样制动响应更快。而且辅电液伺服制动总成2仅支持外部请求制动，不会对制动踏板产生直接的力反馈，且无需考虑需液量对踏板行程等影响之类的问题。采用液控式梭阀，第三回路3和第二回路2中的压力可以不相等，如果此方案应用在H型布置的液压制动***中，可以让制动压力分配更灵活且容易。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种多功能梭阀式双电机冗余制动***与现有技术相比，具有以下优点：

1)在相似配置的电液伺服制动总成下，本发明通过采用两个电液伺服制动总成控制，可以实现更高吨位车辆的制动；

2)相对于单电液伺服制动总成方案，本发明具有更多冗余制动策略，使车辆行驶更安全；

3)相对于单电液伺服制动总成方案，本发明可以在降低对电机能力要求的情形下，满足车辆的制动需求；

4)相对于真空助力器，本发明可以在保证制动踏板感的前提下，实现更高效率的制动能量回收，可以实现外部请求制动(便于进行功能扩展)，且受外界气压等因素影响极小；

5)本发明在H型布置方式的制动***上，可以实现更理想的压力分配，从而降低压力调节单元的工作频次，延长其寿命；

6)针对制动时载荷转移明显的制动***为H型布置方式的载货车辆，本发明可以优化其制动压力分配，降低制动器的损耗。

附图说明

图1是本申请一种实施例的多功能梭阀式双电机冗余制动***的结构示意图。

图2是本申请一种实施例的主电液伺服制动总成的结构示意图。

图3是本申请一种实施例的辅电液伺服制动总成的结构示意图。

图4是本申请一种实施例的传感器失效应对的冗余制动安全策略控制流程图。

图5是本申请一种实施例的电机失效应对的冗余制动安全策略控制流程图。

图6是本申请另一实施例的多功能梭阀式双电机冗余制动***的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所做的等效变化与修饰前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

请参照图1，本实施例提供一种多功能梭阀式双电机冗余制动***，包括主电液伺服制动总成1、辅电液伺服制动总成2、制动踏板总成3、储液罐4、主制动主缸5、辅制动主缸6、梭阀7、液压控制单元(HCU)8和制动器组9。其中：主电液伺服制动总成1与辅电液伺服制动总成2之间通过CAN总线通讯连接，主电液伺服制动总成1的两端分别与制动踏板总成3和主制动主缸5相连，辅电液伺服制动总成2与辅制动主缸6相连。

本实施例中，储液罐4用于向主制动主缸5和辅制动主缸6提供制动液。储液罐4优选地连接在主制动主缸5上，并通过低压管路10与辅制动主缸6相连。

主制动主缸5的前腔出油口通过第一回路(回路1)连接至所述液压控制单元8的左侧进油口，并通过所述液压控制单元8的出油口与所述制动器组9中的第一制动器组相连。主制动主缸5的后腔出油口通过第二回路(回路2)连接至所述梭阀7的第一进油口a，辅制动主缸6的出油口通过第三回路(回路3)连接至所述梭阀7的第二进油口b，所述梭阀7的出油口c通过第四回路连接至所述液压控制单元8的右侧进油口，并通过所述液压控制单元8的出油口与所述制动器组9中的第二制动器组相连。本实施例中，回路1、回路2、回路3、回路4中的制动管路均采用的是高压管路11。

在本实施例中，制动器组9包括左前轮制动器LF、右前轮制动器RF、左后轮制动器LR和右后轮制动器RR。制动器组9的四个制动器两两一组，第一制动器组由所述左前轮制动器LF、右前轮制动器RF组成；第二制动器组由左后轮制动器LR和右后轮制动器RR组成。液压控制单元8的出油口分别与LF、RF、LR、RR相连。此时，四个制动器采用的是H型布置方式，在H型布置上可以实现更理想的压力分配，从而降低压力调节单元的工作频次，延长其寿命。

请参照图2，主电液伺服制动总成1包括主机械总成101、第一主缸活塞行程传感器102、主控制电机103、制动踏板连接机构104、制动踏板行程传感器105、第一电流传感器106、主控制器107。其中，制动踏板连接机构104和制动踏板总成3相连，主机械总成101和主制动主缸5相连。具体地，制动踏板总成3的左侧与主制动主缸5相连，右侧与制动踏板连接机构4相连，如图2所示。第一主缸活塞行程传感器102、制动踏板行程传感器105、第一电流传感器106分别用于检测主制动主缸5的活塞行程、制动踏板行程(与踏板踩下深度对应)、主控制电机103的电流大小。主控制器107用于接收第一主缸活塞行程传感器102、制动踏板行程传感器105、第一电流传感器106的传感器信号，并作为控制依据。主控制电机103与主控制器107电连接，用于在主控制器107的驱动下动作以推动主制动主缸5的活塞运动进行建压。主控制器107通过驱动主控制电机103动作，推动主机械总成101最左端的顶杆，推动主制动主缸5的活塞运动，压缩制动液使制动***建压。

请参照图3，辅电液伺服制动总成2包括辅机械总成201、第二主缸活塞行程传感器202、辅控制电机203、辅控制器204、第二电流传感器205。其中，辅机械总201和辅制动主缸6相连。具体地，辅制动主缸6连接在辅机械总成201的左侧。第二主缸活塞行程传感器202、第二电流传感器205分别用于检测辅制动主缸6的活塞行程、辅控制电机203的电流大小，辅控制器204用于接收第二主缸活塞行程传感器202、第二电流传感器205的传感器信号，并作为控制依据。辅控制器204与主控制器107通过CAN总线通讯连接。辅控制电机203与辅控制器204电连接，辅控制电机203在辅控制器204的驱动下动作，推动辅机械总成201最左端的顶杆，以推动辅制动主缸6的活塞运动进行建压。

本实施例中的梭阀7具有两个进油口a、b和出油口c，第一进油口a和第二进油口b均无压力时，阀芯在内部弹簧的弹簧力作用下关闭第一进油口a。因此，在本实施例中，根据两个进油口a、b处的压力变化，梭阀7的导通作用不同，从而具有第一工作状态和第二工作状态。在第一工作状态时，第一进油口a在弹簧力的作用下关闭，第二进油口b与所述出油口c导通，此时第二回路与第四回路不连通，第三回路与第四回路连通；在第二工作状态时，第一进油口a处的压力大于所述第二进油口b处的压力和所述弹簧力的合力，第一进油口a开启，第一进油口a与出油口c导通，此时第二回路与第四回路连通，第二进油口b与出油口c不导通。

本申请的双电机冗余制动***中，主电液伺服制动总成1具备的功能有：线控制动、外部请求制动、制动能量回收辅助、人力备份制动等；辅电液伺服制动总成2在上述***中的主要功能是外部请求制动。

主电液伺服制动总成和辅电液伺服制动总成的功能实现过程如下：

对于主电液伺服制动总成1而言，当驾驶员踩下制动踏板一段行程后，电液伺服制动总成的踏板行程传感器105将制动意图传递到主控制器107，经过主控制器107的计算，输出给控制电机103控制目标，电机被驱动后推动活塞前移对制动***建压。活塞行程传感器102和电流传感器106分别用于位移和电流的闭环控制。

对于辅电液伺服制动总成2而言，当辅控制器204接收到外部请求制动的命令后，会按照计算结果输出给辅控制电机203控制目标，电机被驱动后推动活塞前移对制动***建压。第二活塞行程传感器202和第二电流传感器205分别用于位移和电流的闭环控制。

本发明同时还提供了所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***的控制方法，该控制方法主要包括线控制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收辅助模式、人力备份制动模式、冗余制动模式等。以下对本实施例双电机冗余制动***的各工作模式的具体工作过程进行详细描述。

1、线控制动模式。

在此模式下，两个电液伺服制动总成均按照制动意图对制动***建压，使车辆实现制动。具体过程如下：

当驾驶员踩下制动踏板总成3时，主控制器107接收到制动踏板行程传感器105变化的信号，根据制动目标曲线计算出主、辅电液伺服制动总成合适的电机控制目标(或者两个控制器各自根据踏板行程计算控制目标)。主控制器107直接驱动主控制电机103动作；同时辅控制器204通过CAN通讯方式接收到电机控制目标，驱动辅控制电机203动作，两者对整个制动***建压。

关于压力建立过程。主制动主缸5建压时，制动液通过回路1通入液压控制单元8的左侧回路中，同时制动液也通过回路2连到梭阀7的进油口a；辅制动主缸6建压时，制动液通过回路3连到梭阀7的进油口b。因为梭阀中心的阀开关受到向左的弹簧力作用，所以***中无压力时进油口b和出油口c连通；当进油口a处的压力大于进油口b处的压力和弹簧力的合力时，进油口a才会和出油口c连通。

因为在正常助力制动时，两个电液伺服制动总成的建压基本相等，所以制动主缸5的制动液基本都流入液压控制单元8左侧回路，控制第一制动器组的两个车轮制动；而辅制动主缸6的制动液全部流入到液压控制单元8的右侧回路，控制第二制动器组的另外两个车轮制动。

2、外部请求制动模式

在此模式下，当车辆的其它电控***发来制动请求时，主电液伺服制动总成1和辅电液伺服制动总成2响应该制动请求并计算出主、辅电液伺服制动总成合适的电机控制目标，然后驱动主控制电机103动作；同时辅控制器204通过CAN通讯方式接收到电机控制目标，驱动辅控制电机203动作，两者对整个制动***建压。此时，主制动主缸5输出的制动压力通过回路1输入液压控制单元8，对对应的第一制动器组建压；辅制动主缸6输出的制动压力通过与梭阀7连接的回路3和回路4输入液压控制单元8，对对应的第二制动器组建压。

外部请求制动过程类似于线控制动，不同之处在于外部请求制动不需要踏板行程信号输入。上述关于电机控制目标的计算，也可以主控制器107、辅控制器204各自计算。

3、制动能量回收辅助模式。

在满足制动能量回收条件的前提下，根据制动目标曲线，当制动踏板总成3被踩下的行程小于预设行程之前，主电液伺服制动总成1和辅电液伺服制动总成2的控制电机均不动作，此时主电液伺服制动总成1向整车发送能量回收的力矩请求，整车驱动电机响应能量回收的力矩请求，并对整车施加一个具有制动效果的反向力矩，实现整车制动；根据制动目标曲线，当制动踏板总成3被踩下后的行程大于预设行程时，摩擦制动开始介入，和能量回收过程的反向力矩一同提供或仅由摩擦制动提供整车减速度；纯摩擦制动过程和线控制动过程相同。

4、人力备份制动模式。

当控制电机失效或控制器供电故障时，主电液伺服制动总成1和辅电液伺服制动总成2的控制电机均无法支持制动建压，此时驾驶员可以直接踩制动踏板总成3，踏板力通过制动踏板连接机构一直传递到主电液伺服制动总成1的活塞顶杆上，推动主制动主缸5内的活塞向前移动压缩制动液，对制动***进行建压，制动压力通过回路1输入所述液压控制单元8，对对应的第一制动器组建压；同时，制动压力通过与所述梭阀7连接的回路2和回路4输入液压控制单元8，对对应的第二制动器组建压；实现人力备份制动。

5、冗余制动模式。

当电液伺服制动总成自身或者其传感器故障时，本申请描述的双电机冗余制动***可以实现多种冗余制动功能，最大限度保证制动安全。

(1)传感器失效应对的冗余制动安全策略。

请参照图4所示，驾驶员踩下制动踏板总成3或者车辆的其它电控***发来制动请求时：

对于主电液伺服制动总成1：

当主电液伺服制动总成1的制动踏板行程传感器105发生故障时，主电液伺服制动总成1的主控制电机103通过“定PWM控制”，实现制动***建压；

当主电液伺服制动总成1的制动踏板行程传感器105正常工作、第一主缸活塞行程传感器102正常工作，若第一电流传感器106正常工作，则主控制电机103通过“双闭环”控制，实现制动***建压；若第一电流传感器106发生故障时，则主控制电机103通过“单位置环”控制，实现制动***建压；

当主电液伺服制动总成1的制动踏板行程传感器105正常工作、第一主缸活塞行程传感器102发生故障，若第一电流传感器106正常工作，则主控制电机103通过“单电流环”控制，实现制动***建压；若第一电流传感器106也发生故障时，则主控制电机103通过“PWM控制”，实现制动***建压。

对于辅电液伺服制动总成2：

在制动踏板行程传感器105正常工作时，若辅电液伺服制动总成2的第二主缸活塞行程传感器202正常工作、第二电流传感器205正常工作，则辅电液伺服制动总成的辅控制电机203通过“双闭环”控制，实现制动***建压；若第二主缸活塞行程传感器202工作正常、第二电流传感器205发生故障，则辅控制电机203通过“单位置环”控制，实现制动***建压；若第二主缸活塞行程传感器202发生故障，则第二电流传感器205正常时辅控制电机203通过“单电流环”控制实施制动***建压，第二电流传感器205也故障时辅控制电机203通过“PWM控制”实施制动***建压。

其中，“定PWM控制”(PWM，脉冲宽度调制)指的是当踏板行程传感器故障时，当驾驶员踩下制动踏板(即触发制动开关)后，主、辅电液伺服总成1和2均按照固定的PWM输出控制各自的控制电机103和203，实现制动***建压，整车制动；“PWM控制”指的是“制动踏板行程～电机PWM”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动***会对应建立相应大小的压力；“单电流环”指的是“制动踏板行程～电机控制电流”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动***会对应建立相应大小的压力；“单位置环”指的是“制动踏板行程～制动主缸活塞顶杆位移”之间的关系，通过一一对应的关系，驾驶员踩下制动踏板一段行程后，制动***会对应建立相应大小的压力；“双闭环”指的是结合了单位置环和单电流环的一种闭环控制策略。

(2)电机失效应对的冗余制动安全策略。

请参照图5所示，驾驶员踩下制动踏板总成3或者车辆的其它电控***发来制动请求时，当主电液伺服制动总成1的主控制电机103发生故障、辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203正常工作时，仅由辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203实施制动；当主电液伺服制动总成1的主控制电机103正常工作、辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203发生故障时，仅由主电液伺服制动总成1的主控制电机103实施制动。

当主电液伺服制动总成1的主控制电机103和辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203均正常工作时，则由主电液伺服制动总成1的主控制电机103和辅电液伺服制动总成2的辅控制电机203共同实施制动。

实施例二

本实施例中的双电机冗余制动***的结构与实施例一基本相同，其区别在于：本实施例中的第一制动器组由左后轮制动器LR和右后轮制动器RR组成；第二制动器组由左前轮制动器LF、右前轮制动器RF组成。液压控制单元8的四个出油口分别与LR、RR、LF、RF相连。此时，制动***为H型布置方式。

实施例三

本实施例中的双电机冗余制动***的结构与实施例一基本相同，其区别在于：本实施例中的第一制动器组由左前轮制动器LF和右后轮制动器组成RR，第二制动器组由右前轮制动器RF和左后轮制动器LR组成。液压控制单元8的四个出油口分别与LF、RR、RF、LR相连。此时，制动***为X型布置方式。

实施例四

本实施例中的双电机冗余制动***的结构与实施例一基本相同，其区别在于：本实施例中的第一制动器组由右前轮制动器RF和左后轮制动器LR组成，第二制动器组由左前轮制动器LF和右后轮制动器组成RR。液压控制单元8的四个出油口分别与RF、LR、LF、RR相连。此时，制动***为X型布置方式。

实施例五

本实施例中的双电机冗余制动***的结构与实施例一基本相同，其区别在于：梭阀7的第二进油口b内采用液控式单向阀。请参照图6所示，在本实施例中，回路3与第二进油口b内的液控式单向阀之间连接有控制管路。梭阀7具有第一工作状态和第二工作状态；在第一工作状态时，第一进油口a与出油口c导通，第二进油口b在弹簧力的作用下关闭；在第二工作状态时，当第二进油口b处的压力大于第一进油口a处的压力和弹簧力的合力时，第二进油口b开启，第二进油口b与出油口c导通，第一进油口a与出油口c不导通。

梭阀7采用液控式梭阀结构时，本发明的双电机冗余制动***在线控制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收辅助模式下时，主制动主缸5输出的制动液将通过回路1进入液压控制单元8；辅制动主缸6输出的制动液通过回路3和回路4进入液压控制单元8。在人力备份制动模式下时，主制动主缸5两腔输出的制动液将分别通过回路1、回路2和回路4进入液压控制单元8。

采用液控式梭阀的优点在于：在人力备份制动时，回路2无需先克服梭阀7中的弹簧力导通进油口a和出油口c，再连接回路4建压，这样制动响应更快。而且辅电液伺服制动总成2仅支持外部请求制动，不会对制动踏板产生直接的力反馈，且无需考虑需液量对踏板行程等影响之类的问题。采用液控式梭阀，回路3和回路2中的压力可以不相等，如果此方案应用在H型布置的液压制动***中，可以让制动压力分配更灵活且容易。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本发明所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，包括主电液伺服制动总成(1)、辅电液伺服制动总成(2)、制动踏板总成(3)、主制动主缸(5)、辅制动主缸(6)、梭阀(7)、液压控制单元(8)和制动器组(9)；其中：

所述主电液伺服制动总成(1)与所述辅电液伺服制动总成(2)之间存在通讯连接，所述主电液伺服制动总成(1)的两端分别与所述制动踏板总成(3)和所述主制动主缸(5)相连，所述辅电液伺服制动总成(2)与所述辅制动主缸(6)相连；

所述梭阀(7)至少具有两个进油口(a、b)和一个出油口(c)；所述主制动主缸(5)的其中一个出油口通过第一回路连接至所述液压控制单元(8)的其中一个进油口，并通过所述液压控制单元(8)的出油口与所述制动器组(9)中的第一制动器组相连；所述主制动主缸(5)的另一出油口通过第二回路连接至所述梭阀(7)的第一进油口(a)，所述辅制动主缸(6)的出油口通过第三回路连接至所述梭阀(7)的第二进油口(b)，所述梭阀(7)的出油口(c)通过第四回路连接至所述液压控制单元(8)的另外一个进油口，并通过所述液压控制单元(8)的出油口与所述制动器组(9)中的第二制动器组相连。

2.根据权利要求1所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，所述主电液伺服制动总成(1)包括主机械总成(101)、第一主缸活塞行程传感器(102)、主控制电机(103)、制动踏板连接机构(104)、制动踏板行程传感器(105)、第一电流传感器(106)、主控制器(107)；其中，所述制动踏板连接机构(104)和所述制动踏板总成(3)相连，所述主机械总成(101)和主制动主缸(5)相连；所述第一主缸活塞行程传感器(102)、制动踏板行程传感器(105)、第一电流传感器(106)分别用于检测所述主制动主缸(5)的活塞行程、制动踏板行程、主控制电机(103)的电流大小；所述主控制器(107)用于接收所述第一主缸活塞行程传感器(102)、制动踏板行程传感器(105)、第一电流传感器(106)的传感器信号，并作为控制依据；所述主控制电机(103)在所述主控制器(107)的驱动下动作以推动所述主制动主缸(5)的活塞运动进行建压；

所述辅电液伺服制动总成(2)包括辅机械总成(201)、第二主缸活塞行程传感器(202)、辅控制电机(203)、辅控制器(204)、第二电流传感器(205)；其中，所述辅机械总成(201)和所述辅制动主缸(6)相连；所述第二主缸活塞行程传感器(202)、第二电流传感器(205)分别用于检测所述辅制动主缸(6)的活塞行程、辅控制电机(203)的电流大小，所述辅控制器(204)用于接收所述第二主缸活塞行程传感器(202)、第二电流传感器(205)的传感器信号，并作为控制依据；所述辅控制器(204)与所述主控制器(107)通讯连接；所述辅控制电机(203)在所述辅控制器(204)的驱动下动作以推动所述辅制动主缸(6)的活塞运动进行建压。

3.根据权利要求1或2所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，所述制动器组(9)包括左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器和右后轮制动器；

所述第一制动器组由所述左前轮制动器和右前轮制动器组成，所述第二制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成。

4.根据权利要求1或2所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，所述制动器组(9)包括左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器和右后轮制动器；

所述第一制动器组由所述左后轮制动器和右后轮制动器组成，所述第二制动器组由所述左前轮制动器和右前轮制动器组成。

5.根据权利要求1所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，所述梭阀(7)具有第一工作状态和第二工作状态；在第一工作状态时，所述第一进油口(a)在弹簧力的作用下关闭，所述第二进油口(b)与所述出油口(c)导通；在第二工作状态时，所述第一进油口(a)处的压力大于所述第二进油口(b)处的压力和所述弹簧力的合力，所述第一进油口(a)开启，所述第一进油口(a)与所述出油口(c)导通，所述第二进油口(b)与所述出油口(c)不导通。

6.根据权利要求1所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，所述梭阀(7)的第二进油口(b)内设置为液控式单向阀结构，所述第三回路与所述液控式单向阀之间连接有控制管路；所述梭阀(7)具有第一工作状态和第二工作状态；在第一工作状态时，所述第一进油口(a)与所述出油口(c)导通，所述第二进油口(b)在弹簧力的作用下关闭；在第二工作状态时，所述第二进油口(b)处的压力大于所述第一进油口(a)处的压力和所述弹簧力的合力，所述第二进油口(b)开启，所述第二进油口(b)与所述出油口(c)导通，所述第一进油口(a)与所述出油口(c)不导通。

7.根据权利要求1所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，所述双电机冗余制动***还包括储液罐(4)，用于向所述主制动主缸(5)和所述辅制动主缸(6)提供制动液。

8.根据权利要求7所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***，其特征在于，所述储液罐(4)连接在所述主制动主缸(5)上，并通过管路与所述辅制动主缸(6)连通。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***的控制方法，其特征在于，所述控制方法主要包括线控制动模式、外部请求制动模式、制动能量回收辅助模式和人力备份制动模式；其中：

线控制动模式：在此模式下，当驾驶员踩下制动踏板总成(3)时，主电液伺服制动总成(1)的主控制器(107)根据制动踏板行程信号驱动主控制电机(103)动作；同时辅电液伺服制动总成(2)的辅控制器(203)驱动辅控制电机(203)动作，两者同时对整个***建压，车辆实现制动建压；此时，主制动主缸(5)输出的制动压力通过第一回路输入所述液压控制单元(8)，对对应的第一制动器组建压；辅制动主缸(6)输出的制动压力通过与所述梭阀(7)连接的第三回路和第四回路输入所述液压控制单元(8)，对对应的第二制动器组建压；

外部请求制动模式：在此模式下，当车辆的其它电控***发来制动请求时，所述主电液伺服制动总成(1)和辅电液伺服制动总成(2)响应该制动请求对整个制动***建压；此时，主制动主缸(5)输出的制动压力通过第一回路输入所述液压控制单元(8)，对对应的第一制动器组建压；辅制动主缸(6)输出的制动压力通过与所述梭阀(7)连接的第三回路和第四回路输入所述液压控制单元(8)，对对应的第二制动器组建压；实现外部请求制动；

制动能量回收辅助模式：在满足制动能量回收条件的前提下，在制动踏板总成(3)被踩下的行程小于预设行程之前，所述主电液伺服制动总成(1)和辅电液伺服制动总成(2)的控制电机均不动作，此时主电液伺服制动总成(1)向整车发送能量回收的力矩请求，整车驱动电机响应能量回收的力矩请求，并对整车施加一个具有制动效果的反向力矩，实现整车制动；当制动踏板总成(3)被踩下后的行程大于预设行程时，摩擦制动开始介入，和能量回收过程的反向力矩一同提供或仅由摩擦制动提供整车减速度；摩擦制动过程和线控制动过程相同；

人力备份制动模式：当控制电机失效或控制器供电故障时，所述主电液伺服制动总成(1)和辅电液伺服制动总成(2)的控制电机均无法支持制动建压，此时驾驶员直接踩制动踏板总成(3)，踏板力通过制动踏板连接机构一直传递到主电液伺服制动总成(1)的活塞顶杆上，推动主制动主缸(5)内的活塞向前移动压缩制动液，对制动***进行建压，制动压力通过第一回路输入所述液压控制单元(8)，对对应的第一制动器组建压；同时，制动压力通过与所述梭阀(7)连接的第二回路和第四回路输入所述液压控制单元(8)，对对应的第二制动器组建压；实现人力备份制动。

10.根据权利要求9所述的多功能梭阀式双电机冗余制动***的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括冗余制动模式：

在冗余制动模式下，驾驶员踩下制动踏板总成(3)或者车辆的其它电控***发来制动请求时，当主电液伺服制动总成(1)的主控制电机(103)发生故障、辅电液伺服制动总成(2)的辅控制电机(203)正常工作时，仅由辅电液伺服制动总成(2)的辅控制电机(203)实施制动；当主电液伺服制动总成(1)的主控制电机(103)正常工作、辅电液伺服制动总成(2)的辅控制电机(203)发生故障时，仅由主电液伺服制动总成(1)的主控制电机(103)实施制动。

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