CN102795219A

CN102795219A - 电机助力式集成汽车制动系统

Info

Publication number: CN102795219A
Application number: CN2012102724526A
Authority: CN
Inventors: 郭立书; 杨雄; 施正堂; 黄伟中; 李静
Original assignee: Zhejiang Asia Pacific Mechanical and Electronic Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Asia Pacific Mechanical and Electronic Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: CN102795219B

Abstract

本发明公开了一种电机助力式集成汽车制动系统。包括踏板输入单元、动力单元、液压单元、制动主缸和储液室；踏板输入单元与动力单元相连，动力单元与制动主缸相连，制动主缸分别与储液室和液压单元相连，电控单元分别与踏板输入单元、动力单元和液压单元电路连接，液压单元和各路制动轮缸相连。本发明由直流电机带动滚珠丝杠工作，通过橡胶反作用盘推动制动主缸活塞产生助力，可实现驾驶员制动、电机制动和驾驶员与电机协调制动三种制动模式，当电机助力失效时，驾驶员单独实施制动，也可实现较大制动强度，确保制动安全可靠。整个制动系统体积小、重量轻，成本低，可集成ABS、TCS和ESP等多种功能，能够有效减少制动距离。

Description

电机助力式集成汽车制动系统

技术领域

本发明涉及一种助力式汽车制动系统，尤其是涉及一种电机助力式集成汽车制动系统。

背景技术

汽车制动系统是保证行车安全的极其重要的一个组成部分，目前大多数汽车都采用助力式制动系统减少驾驶员实施制动时的踏板力，减轻驾驶员驾驶疲劳强度，保证行车安全可靠。传统助力式制动系统主要采用两种形式：真空助力式和液压助力式。真空助力式制动系统在传统燃油汽车上得到了广泛应用；液压助力式制动系统由于采用了高压蓄能器使得系统结构复杂，对电磁阀的加工精度和控制策略要求很高，技术难度大，生产成本高，没有得到广泛应用。近年来随着新能源汽车的普及推广，若采用传统的真空助力式制动系统势必需要额外增加真空泵及真空罐，这使得结构本已很复杂的制动系统变得更加复杂，不仅成本增加，体积增大，可靠性也下降。

“一种电动助力制动系统”的发明专利（申请号为200710111537.5，公开号为CN 10132778A，公开日为2008.12.24），该系统结构复杂、体积较大，并且电机助力失效和ABS工作时存在安全隐患。

因此，在保证制动安全的前提下，进一步简化助力式制动系统的结构，降低成本、提高制动系统的可靠性，满足各种汽车需求的制动系统是当前汽车制动系统的一个难点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种体积小、质量轻、结构简单、成本低、通用性好的电机助力式集成汽车制动系统（Integrated Braking System）。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：

本发明包括踏板输入单元、动力单元、液压单元、制动主缸和储液室；踏板输入单元与动力单元相连，动力单元与制动主缸相连，制动主缸分别与储液室和液压单元相连，电控单元分别与踏板输入单元、动力单元和液压单元电路连接，液压单元和各路制动轮缸相连。

所述的踏板输入单元，其制动踏板分别与制动开关、制动踏板位置传感器和连接杆的一端相连，连接杆的另一端与动力单元中的主缸活塞推杆连接。

所述动力单元，包括直流电机和滚珠丝杠；直流电机的电机转子与丝杠螺母相连，丝杠螺母的两端分别装有轴承，丝杠螺母与丝杠相连组成滚珠丝杠，丝杠靠近踏板输入单元的一端装有电磁铁和销轴，销轴能使丝杠和安装在丝杠孔中的主缸活塞推杆连为一体，主缸活塞推杆一端与连接杆的另一端连接。

所述液压单元，其阀体第一输入端与制动主缸壳体第一输出端相连，阀体第二输入端与制动主缸壳体第二输出端相连，第一低压蓄能器常闭电磁阀输入端、第一常开电磁阀输入端和第二常开电磁阀输入端均与阀体第二输入端相连，第二低压蓄能器常闭电磁阀输入端、第三常开电磁阀输入端和第四常开电磁阀输入端均与阀体第一输入端相连，第一低压蓄能器常闭电磁阀输出端与第一低压蓄能器相连，第二低压蓄能器常闭电磁阀输出端与第二低压蓄能器相连，第一常开电磁阀输出端与第一制动轮缸相连，第二常开电磁阀输出端与第二制动轮缸相连，第三常开电磁阀输出端与第三制动轮缸相连，第四常开电磁阀输出端与第四制动轮缸相连，压力传感器与第四常开电磁阀输入端相连。

所述制动主缸，其制动主缸壳体从靠近直流电机一侧孔内向外依次装有第一主缸活塞与第二主缸活塞，第一主缸活塞两端均开孔且一端孔内有导向销，第二主缸活塞一端开孔且孔内有导向销，第一主缸活塞有导向销的一端孔底部通过第一回位弹簧支承于第二主缸活塞无导向销的一端面上，第一主缸活塞的另一端面由轴承轴向限位，第一主缸活塞的另一端孔内装有橡胶反作用盘与作用环，第二主缸活塞有导向销一端通过第二回位弹簧支承于制动主缸壳体孔底部，作用环在橡胶反作用盘与丝杠之间，作用环在丝杠推动下可在第一活塞一端的孔内移动。

所述电控单元分别与踏板输入单元中的制动踏板位置传感器和制动开关相连，动力单元中的丝杠位移传感器和电机转子角位移传感器相连，液压单元中的第一常开电磁阀、第二常开电磁阀、第三常开电磁阀、第四常开电磁阀、第一低压蓄能器常闭电磁阀、第二低压蓄能器常闭电磁阀、第二轮速传感器、第一轮速传感器、第四轮速传感器和第三轮速传感器相连。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

（1）与传统制动系统相比，采用电机助力代替真空助力，结构简单，体积小、重量轻，成本低，易于实现批量生产；

（2）该电机在增加压力时即起助力作用，而在ABS工作需要减小压力时即又起减压作用；

（3）可实现最优控制和低耗能，在各种条件下都能有效减少制动距离；

（4）当电机助力失效时，驾驶员单独实施制动，可实现较大的制动强度；

（5）可集成ABS、TCS和ESP等多种功能，能够有效减少制动距离；

（6）能满足未来制动系统各种需求，适用于各种车型，符合未来制动系统的发展趋势。

附图说明

图1是电机助力式集成汽车制动系统组成示意图。

图2是电机助力式集成汽车制动系统结构示意图。

图3是销轴在电磁铁作用下的回位状态示意图。

图4是销轴在电磁铁作用下的下移状态示意图。

图5是正常制动过程中电机助力控制原理框图。

图中：101、制动主缸壳体，102、储液室，103、橡胶反作用盘，104、作用环，105、电机转子，106、电机前壳，107、电机定子，108、丝杠螺母，109、轴承支座，110、电机后壳，111、电磁铁，112、销轴，113、连接杆，114、制动踏板位置传感器，115、制动开关，116、制动踏板，117、主缸活塞推杆，118、丝杠，119、丝杠位移传感器，120、轴承，121、电机转子角位移传感器，122、轴承，123、轴承，124、轴承，125、第一主缸活塞，126、压力传感器，127、第四轮速传感器，128、第四制动轮缸，129、第三轮速传感器，130、第三制动轮缸，131、第二轮速传感器，132、第一轮速传感器，133、第二制动轮缸，134、第一制动轮缸，135、阀体，136、第一常开电磁阀，137、第二常开电磁阀，138、第一低压蓄能器，139、第一低压蓄能器常闭电磁阀，140、第三常开电磁阀，141、第四常开电磁阀，142、第二低压蓄能器，143、第二低压蓄能器常闭电磁阀，144、第二主缸活塞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，是电机助力式集成汽车制动系统组成示意图。

本发明包括踏板输入单元、动力单元、液压单元、电控单元、制动主缸和储液室；踏板输入单元与动力单元相连，动力单元与制动主缸相连，制动主缸分别与储液室和液压单元相连，电控单元分别与踏板输入单元、动力单元和液压单元电路连接，液压单元与各路制动轮缸相连。

如图2所示，是电机助力式集成汽车制动系统结构示意图。

所述的踏板输入单元，其制动踏板116分别与制动开关115、制动踏板位置传感器114和连接杆113的一端相连，连接杆113的另一端与动力单元中的主缸活塞推杆117连接。

所述动力单元，包括直流电机和滚珠丝杠；直流电机的电机转子105与丝杠螺母108相连，丝杠螺母108的两端分别装有轴承，丝杠螺母108与丝杠118相连组成滚珠丝杠，丝杠118靠近踏板输入单元的一端装有电磁铁111和销轴112，销轴112能使丝杠118和安装在丝杠118孔中的主缸活塞推杆117连为一体，主缸活塞推杆117一端与连接杆113的另一端连接。

所述液压单元，其阀体135第一输入端与制动主缸壳体101第一输出端相连，阀体135第二输入端与制动主缸壳体101第二输出端相连，第一低压蓄能器常闭电磁阀139输入端、第一常开电磁阀136输入端和第二常开电磁阀137输入端均与阀体135第二输入端相连，第二低压蓄能器常闭电磁阀143输入端、第三常开电磁阀140输入端和第四常开电磁阀141输入端均与阀体135第一输入端相连，第一低压蓄能器常闭电磁阀139输出端与第一低压蓄能器138相连，第二低压蓄能器常闭电磁阀143输出端与第二低压蓄能器142相连，第一常开电磁阀136输出端与第一制动轮缸134相连，第二常开电磁阀137输出端与第二制动轮缸133相连，第三常开电磁阀140输出端与第三制动轮缸130相连，第四常开电磁阀141输出端与第四制动轮缸128相连，压力传感器126与第四常开电磁阀141输入端相连。

所述制动主缸，其制动主缸壳体101从靠近直流电机一侧孔内向外依次装有第一主缸活塞125与第二主缸活塞144，第一主缸活塞125两端均开孔且一端孔内有导向销，第二主缸活塞144一端开孔且孔内有导向销，第一主缸活塞125有导向销的一端孔底部通过第一回位弹簧支承于第二主缸活塞144无导向销的一端面上，第一主缸活塞125的另一端面由轴承轴向限位，第一主缸活塞125的另一端孔内装有橡胶反作用盘103与作用环104，第二主缸活塞144有导向销一端通过第二回位弹簧支承于制动主缸壳体101孔底部，作用环104在橡胶反作用盘103与丝杠118之间，作用环104在丝杠118推动下可在第一活塞一端的孔内移动。

所述电控单元分别与踏板输入单元中的制动踏板位置传感器114和制动开关115相连；动力单元中的丝杠位移传感器119和电机转子角位移传感器121相连；液压单元中的第一常开电磁阀136、第二常开电磁阀137、第三常开电磁阀140、第四常开电磁阀141、第一低压蓄能器常闭电磁阀139、第二低压蓄能器常闭电磁阀143、第二轮速传感器131、第一轮速传感器132、第四轮速传感器127和第三轮速传感器129相连。

如图2、图3、图4和图5所示，本发明的工作过程具体实施如下：

在汽车运行过程中，系统可实现驾驶员制动、电机制动和驾驶员与电机协调制动三种制动模式，ABS、TCS和ESP等功能未起作用时，电磁铁111处于断电状态，销轴112使丝杠118与主缸活塞推杆117分离，ABS、TCS和ESP等功能起作用时，电磁铁111处于通电状态，销轴112使丝杠118与主缸活塞推杆117连为一体，二者能在一小范围内轴向移动，目的是在ABS、TCS和ESP等工作时，保证可靠减压。

一、驾驶员制动模式：

当电机助力失效时，驾驶员踩下制动踏板116带动主缸活塞推杆117，通过橡胶反作用盘103推动第一主缸活塞125工作，单独实施制动。

二、电机制动模式：

当需要减速制动时，电控单元控制直流电机工作，直流电机带动滚珠丝杠，经作用环104作用于橡胶反作用盘103推动第一主缸活塞125实施制动，使汽车减速。

三、驾驶员与电机协调制动模式：

在正常制动过程中，驾驶员踩下制动踏板116，连接杆113推动主缸活塞推杆117前进，主缸活塞推杆117作用于橡胶反作用盘103，同时电机旋转带动丝杠118移动，丝杠118经作用环104作用于橡胶反作用盘103，橡胶反作用盘103作用于第一主缸活塞125，产生制动液压，进而产生制动力。在此过程中，电控单元始终根据制动踏板位置传感器114信号，获得电机转子105目标角位移和丝杠118目标位置，控制直流电机带动丝杠118跟踪其目标位置，通过电机转子角位移传感器121信号对丝杠位移传感器119信号的修正得出实际精确丝杠118位置。在制动过程中，电控单元不断地接收丝杠位移传感器119的丝杠118实际位置信号并与丝杠118目标位置作比较得出丝杠118位置偏差e（e=丝杠目标位置-丝杠实际位置），根据丝杠118位置偏差e判断是否到达目标位置， e1为所设定的偏差门限值。当e>e1，电机助力不足，电机带动丝杠118前进加大助力；当-e1≤e≤e1，电机助力合适，电机保持原状态；当e＜-e1，电机助力过大，电机带动丝杠118后退减小助力。

为了利用本系统实现ABS、TCS和ESP等功能，即实现各制动轮缸的增压、保压和减压。采用的方法是：有一个或多个轮缸有减压需求时，其它轮缸实施保压；任何一个轮缸都没有减压需求时，各轮缸都可以实施保压或增压，电机助力的大小根据丝杠118目标位置与丝杠118实际位置的偏差e确定。实施减压时，电机反向旋转，带动丝杠118后退减小助力，此时由于电磁铁111处于通电状态，销轴112使丝杠118与主缸活塞推杆117连为一体，二者能在一小范围内轴向移动，目的是保证系统可靠减压。当需要解除减压时，电机助力的大小根据丝杠118目标位置与丝杠118实际位置的偏差e确定。

控制系统的电控单元设有控制周期（通常10—30ms），每个控制周期都可以重新对执行机构电磁阀或助力电机进行赋值。经理论分析及试验验证，只要控制周期及减压阀节流孔选择适当，一个控制周期可以把任一轮缸从最大压力降为0，二个控制周期可以把多个轮缸从最大压力降为0，这就为控制策略的实施提供了理论基础。

当检测到制动开关工作时，电控单元开始根据汽车运行状态判断各路制动轮缸的液压调节需求情况，每个控制周期内对某一个或多个制动轮缸进行压力调节。需要增压时，各电磁阀状态保持不变；需要保压时，与对应轮缸相连的常开电磁阀通电，关闭其液压回路，其它电磁阀状态保持不变；需要减压时，与对应轮缸相连的常开电磁阀断电，处于开启状态，与对应轮缸相连的低压蓄能器常闭电磁阀通电，处于开启状态，其他电磁阀均关闭，需要减压的轮缸经低压蓄能器常闭电磁阀与低压蓄能器相连，电机反向旋转，带动丝杠118后退，将低压蓄能器和轮缸的制动液抽回制动主缸101，实现轮缸减压。整个系统就是这样不断地判断各车轮的状态，并根据其状态对其进行压力调节，达到对车辆姿势控制的目的。

上述实施例是对本发明的进一步的说明，不是对本发明的限制，任何在本发明基础上简单变换后的结构，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电机助力式集成汽车制动系统，其特征在于：该系统包括踏板输入单元、动力单元、液压单元、制动主缸和储液室；踏板输入单元与动力单元相连，动力单元与制动主缸相连，制动主缸分别与储液室和液压单元相连，电控单元分别与踏板输入单元、动力单元和液压单元电路连接，液压单元和各路制动轮缸相连。

2.根据权利要求1所述的一种电机助力式集成汽车制动系统，其特征在于：所述的踏板输入单元，其制动踏板（116）分别与制动开关（115）、制动踏板位置传感器（114）和连接杆（113）的一端相连，连接杆（113）的另一端与动力单元中的主缸活塞推杆（117）连接。

3.根据权利要求1所述的一种电机助力式集成汽车制动系统，其特征在于：所述动力单元，包括直流电机和滚珠丝杠；直流电机的电机转子（105）与丝杠螺母（108）相连，丝杠螺母（108）的两端分别装有轴承，丝杠螺母（108）与丝杠（118）相连组成滚珠丝杠，丝杠（118）靠近踏板输入单元的一端装有电磁铁（111）和销轴（112），销轴（112）能使丝杠（118）和安装在丝杠（118）孔中的主缸活塞推杆（117）连为一体，主缸活塞推杆（117）一端与连接杆（113）的另一端连接。

4.根据权利要求1所述的一种电机助力式集成汽车制动系统，其特征在于：所述液压单元，其阀体（135）第一输入端与制动主缸壳体（101）第一输出端相连，阀体（135）第二输入端与制动主缸壳体（101）第二输出端相连，第一低压蓄能器常闭电磁阀（139）输入端、第一常开电磁阀（136）输入端和第二常开电磁阀（137）输入端均与阀体（135）第二输入端相连，第二低压蓄能器常闭电磁阀（143）输入端、第三常开电磁阀（140）输入端和第四常开电磁阀（141）输入端均与阀体（135）第一输入端相连，第一低压蓄能器常闭电磁阀（139）输出端与第一低压蓄能器（138）相连，第二低压蓄能器常闭电磁阀（143）输出端与第二低压蓄能器（142）相连，第一常开电磁阀（136）输出端与第一制动轮缸（134）相连，第二常开电磁阀（137）输出端与第二制动轮缸（133）相连，第三常开电磁阀（140）输出端与第三制动轮缸（130）相连，第四常开电磁阀（141）输出端与第四制动轮缸（128）相连，压力传感器（126）与第四常开电磁阀（141）输入端相连。

5.根据权利要求1所述的一种电机助力式集成汽车制动系统，其特征在于：所述制动主缸，其制动主缸壳体（101）从靠近直流电机一侧孔内向外依次装有第一主缸活塞（125）与第二主缸活塞（144），第一主缸活塞（125）两端均开孔且一端孔内有导向销，第二主缸活塞（144）一端开孔且孔内有导向销，第一主缸活塞（125）有导向销的一端孔底部通过第一回位弹簧支承于第二主缸活塞（144）无导向销的一端面上，第一主缸活塞（125）的另一端面由轴承轴向限位，第一主缸活塞（125）的另一端孔内装有橡胶反作用盘（103）与作用环（104），第二主缸活塞（144）有导向销一端通过第二回位弹簧支承于制动主缸壳体（101）孔底部，作用环（104）在橡胶反作用盘（103）与丝杠（118）之间，作用环（104）在丝杠（118）推动下可在第一活塞一端的孔内移动。

6.根据权利要求1所述的一种电机助力式集成汽车制动系统，其特征在于：所述电控单元分别与踏板输入单元中的制动踏板位置传感器（114）和制动开关（115）相连，动力单元中的丝杠位移传感器（119）和电机转子角位移传感器（121）相连，液压单元中的第一常开电磁阀（136）、第二常开电磁阀（137）、第三常开电磁阀（140）、第四常开电磁阀（141）、第一低压蓄能器常闭电磁阀（139）、第二低压蓄能器常闭电磁阀（143）、第二轮速传感器（131）、第一轮速传感器（132）、第四轮速传感器（127）和第三轮速传感器（129）相连。