CN103359096A - 适用于制动能量回收的液压制动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于制动能量回收的液压制动控制装置，旨在克服现有技术存在制动能量回收系统中制动踏板与驱动轴的制动压力的解耦与汽车驱动轴制动压力的增减速率难以控制的问题。其包括制动操纵机构、踏板模拟装置（7）和液压调节机构（8）。制动操纵机构包括有制动踏板（1）、踏板位移传感器（2）、真空助力器（3）、储液杯（4）、真空泵（5）和制动主缸（6）。储液杯（4）与踏板模拟装置（7）的接口A连接，制动主缸（6）前腔的出液口F通过硬管与踏板模拟装置（7）进油口B连接，制动主缸（6）后腔的出液口R通过硬管与液压调节机构（8）的后进油口E连接，踏板模拟装置（7）的接口C与液压调节机构（8）的进液口D连接。

Description

适用于制动能量回收的液压制动控制装置

技术领域

本发明涉及一种汽车制动系统领域的控制装置，更确切地说，本发明涉及一种适用于制动能量回收的液压制动控制装置。

背景技术

1.制动能量回收

新能源汽车在减速或制动时，可通过电机将汽车的一部分机械能转化为电能，并储存在电池中，同时产生一部分制动力实现汽车的减速或制动，当汽车再次加速时，电机将储存于电池中的能量再次转换为汽车行驶的动能。由于电机的再生制动受到单轴制动，制动强度不大等一系列限制，并不能满足全部制动工况的需求，为此，新能源汽车仍需保留传统的液压制动系统，而且以液压制动为主，电机再生制动为辅。

2.制动踏板解耦及制动踏板感觉模拟

为提高能量回收率，会优先选用电机再生制动，电机不能满足的制动需求部分则由液压制动提供，因而涉及到电机制动与液压制动协调及共存的问题。为了使得电机参与制动时仍能保留传统的制动感觉，需要加装制动踏板感觉模拟器，并且希望实现制动踏板与轮缸压力解耦。

3.电机与液压制动力协调时的制动强度一致性

在制动过程中，由于电机转速的变化，电机的制动能力也会受限而发生变化，这就需要液压制动来补偿驾驶员的制动需求，以维持制动强度，保证驾驶员的制动要求及乘驾舒适性。

4.比例阀的线性控制

常开的比例阀，阀芯所受液压力和弹簧力的方向相同，作用是使得阀口开度处于开启状态。然而阀芯所受的电磁力与上述两个力的方向相反，且电磁力的大小与电磁阀线圈中电流的大小成正比，因此可以通过控制阀线圈中的电流，调节阀芯所受的电磁力，调节三种力的平衡关系，进而控制阀口的开启程度，实现压力的线性控制。

适应于制动能量回收的液压制动系统需要解决：

1）电机和液压两种制动力可以协调控制；

2）驾驶员制动踏板感觉相对于传统液压制动变化不大；

3）电机和液压制动力协调时能够保证踏板感觉不变，制动强度平稳。

本发明的液压制动控制装置使用了踏板模拟器，实现制动踏板与驱动轴的制动压力解耦，并保留驾驶员的踏板感觉；特别的管路设计，使得驱动轴的增减压速率可控，更好地实现电、液压两种制动力的平稳切换。

对于适用于制动能量回收系统的液压制动系统研究主要集中在国外，国内对此研究较少。为缩短产品的开发周期，国外公司所研制的制动能量回收系统大都基于现有液压调节单元，通过附加装置来实现制动能量回收功能。

中国专利公告号为CN102224044A，公告日为2011-10-19，日产自动车株式会社的“制动装置和制动装置的控制方法”，申请号为200980147087.2，使用了电机推动主缸建压的方式，虽然可以通过电机的正反转实现主缸的压力变化来调整轮缸压力，但其传动装置复杂，而且控制精度要求很高，电机失效后，系统丧失助力，只能靠人力实现主缸建压。

中国专利公告号为CN102501841A，公告日为2012-06-20，申请人为罗伯特〃博世有限公司，发明创造名称为“用于液压制动系统的操纵单元及其操作方法”，发明专利申请号为201110289573.7和中国专利公告号为CN102224043A，公告日为2011-10-19，申请人为罗伯特〃博世有限公司，发明创造名称为“用于机动车的制动系统以及具有这样的制动系统的机动车”，发明专利申请号为200980146574.7，两个专利涉及的液压制动系统虽可以很好地满足制动能量回收的需求，但其在现有液压调节单元的基础上增加一些机构，特别增加了高压蓄能器及蓄能液压泵，比现有传统制动系统的结构和控制都要复杂得多，且成本较高。

目前也有公司摒弃了现有的液压调节单元，设计出适用于制动能量回收的全新制动系统，如中国专利公告号为CN102470833A，公告日为2012-5-23，申请人为丰田自动车株式会社，发明创造名称为“制动控制装置以及制动控制方法”，发明专利申请号为200980160831.2，这种制动系统结构较紧凑，但使用了较多电磁阀，控制复杂，且成本高。

发明内容

本发明的目的是解决了现有技术存在制动能量回收系统中制动踏板与驱动轴的制动压力的解耦与汽车驱动轴制动压力的增减速率难以控制的问题，保证驱动轴的压力调节不再影响驾驶员的踏板感觉，提供了一种适用于制动能量回收的液压制动控制装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置包括制动操纵机构、踏板模拟装置和液压调节机构。所述的踏板模拟装置包括有一号单向阀、一号电磁阀、踏板模拟器、三号电磁阀、二号单向阀和二号电磁阀。

一号单向阀的进油口与一号电磁阀的接口a同和踏板模拟器的进出油口管路相连接，一号单向阀出油口与一号电磁阀的接口p管路连接，三号电磁阀的接口a与二号单向阀的进油口管路连接，二号单向阀的出油口、三号电磁阀的接口p和二号电磁阀的接口a管路连接，二号电磁阀的接口p和一号单向阀出油口与一号电磁阀的接口p管路连接。

技术方案中所述的一号电磁阀为常闭式开关阀，二号电磁阀为常开式开关阀，三号电磁阀为常闭式开关阀，三号电磁阀的接口a与二号单向阀的进油口管路相连接点作为和外界其它部件连接的接口A，一号单向阀出油口与一号电磁阀的接口p管路相连接点作为和外界其它部件连接的接口B，二号单向阀的出油口、三号电磁阀的接口p和二号电磁阀的接口a管路相连点作为和外界其它部件连接的接口C。

技术方案中所述的液压调节机构包括四号电磁阀、三号单向阀、柱塞液压泵、电机、五号电磁阀、四号单向阀与六号电磁阀。三号单向阀的进油口与四号电磁阀的接口p油路连接，三号单向阀的出油口与四号电磁阀的接口a和柱塞液压泵的出油口a油路连接，四号单向阀出油口与五号电磁阀的接口p油路连接，四号单向阀进油口与五号电磁阀的接口a油路连接。四号电磁阀的接口a与五号电磁阀的接口p油路连接，五号电磁阀的接口a与制动轮缸管路连接，六号电磁阀的接口p与制动轮缸管路连接，六号电磁阀的接口p与五号电磁阀的接口a油路连接，六号电磁阀的接口a与柱塞液压泵的进液口p油路连接，柱塞液压泵的进液口p与四号电磁阀的接口p油路连接，柱塞液压泵的出液接口a与五号电磁阀的进液接口p油路连接。

技术方案中所述的四号电磁阀和五号电磁阀为常开的线性电磁阀，六号电磁阀为常闭的高速开关阀，三号单向阀的进油口与四号电磁阀的接口p管路连接点作为和外界其它部件连接的接口D。

技术方案中所述的制动操纵机构包括有制动踏板、踏板位移传感器、真空助力器、储液杯、真空泵和制动主缸。制动踏板安装在车架上，制动踏板与踏板位移传感器的活动臂连接，制动踏板的左侧安装有真空助力器，制动踏板与真空助力器中的输入推杆铰接，真空助力器左端与制动主缸右端固定连接，真空助力器的输出推杆与制动主缸的活塞推杆接触连接，真空泵的进气口p通过气管路与真空助力器的真空口连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.开启一号电磁阀，关闭二号电磁阀，断开制动主缸与驱动轴（对于前驱车辆即为前轴）的制动管路的液压连接，从而实现制动踏板与驱动轴轮缸的压力解耦，并利用踏板模拟器模拟驾驶员制动踏板感觉。

2.汽车的动力电机布置于传动轴上，驱动轴的制动过程可以通过动力电机制动和液压制动协作完成。在电机制动力和液压制动力协调时，前轴的两个轮缸的压力变化是一致的，使用轴控制。当驱动轴的制动轮缸需要增压时，关闭四号电磁阀，液压泵电机旋转，带动柱塞液压泵工作，在柱塞液压泵的进液口p处形成负压，储液杯内的常压液体会推动二号单向阀的钢球，制动液由储液杯流向柱塞液压泵的进液口p，经过柱塞液压泵的增压，制动液经由五号电磁阀流入制动轮缸，建立压力。由于五号电磁阀为线性阀，可以通过控制阀的线圈电流来调节阀口开度，实现增压速率可控。当驱动轴的制动轮缸需要减压时，三号电磁阀和四号电磁阀开启，由于制动轮缸中的液体压力大于储液杯中的液压力，四号单向阀受正向压差而开启，制动液从制动轮缸经由四号单向阀、四号电磁阀和三号电磁阀流回储液杯，因为四号电磁阀为线性阀，可以通过控制四号电磁阀的电流来调节阀口开度，实现减压速率可控。因此该制动装置可以精确调节驱动轴轮缸的压力，使得液压制动与电机制动更好的配合，最大程度的发挥电机再生制动的能力来提升制动能量回收率，同时获得平稳的制动强度。

3.因为1中所述的踏板与驱动轴的压力解耦的作用，而且整个再生制动过程中二号电磁阀都处于关闭状态，驱动轴制动压力调节时不会影响到制动踏板感觉。

4.当电失效或无再生制动时，所有的电磁阀处于常态，即可实现传统的液压制动能力。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置结构组成的示意图；

图2是本发明所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置中使用的踏板模拟装置结构组成的液压原理图；

图3是本发明所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置中使用的液压调节机构结构组成的液压原理图；

图4是本发明所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置中使用的储液杯连接软管的接口的主视图；

图5是本发明所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置中使用的一种硬管接头结构组成的轴测投影图；

图6所示的是与图5中所述的一种硬管接头配合的部件接口的主视图；

图中：1.制动踏板，2.踏板位移传感器，3.真空助力器，4.储液杯，5.真空泵，6.制动主缸，7.踏板模拟装置，8.液压调节机构，9.制动轮缸，10.一号单向阀，11.一号电磁阀，12.踏板模拟器，13.三号电磁阀，14.二号单向阀，15.二号电磁阀，16.四号电磁阀，17.三号单向阀，18.柱塞液压泵，19.电机，20.五号电磁阀，21.四号单向阀，22.六号电磁阀，23.制动硬管，24.硬管螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置由制动操纵机构、踏板模拟装置和液压调节机构三部分组成。

所述的制动操纵机构包括有制动踏板1、踏板位移传感器2、真空助力器3、储液杯4、真空泵5和制动主缸6。

制动操纵机构从其右端依次是制动踏板1、（由真空助力器3与真空泵5组成的）真空助力装置和安装有储液杯4的制动主缸6。基于杠杆原理设计的制动踏板1采用踏板支架固定于车架上。真空助力装置一般通过法兰盘固定于车架上，真空助力器3的输入推杆与制动踏板1的输出点铰接。制动主缸6直接固定于真空助力器3的输出端，真空助力器3的输出推杆顶在制动主缸6的活塞推杆上。在制动踏板1安装有踏板位移传感器2，踏板位移传感器2可测量角位移，踏板位移传感器2固定于制动踏板1与车架连接的支架上，踏板位移传感器的活动臂与制动踏板1的活动部分连接。使用真空泵5作为真空源，真空泵5的进气口p通过气管路与真空助力器3的真空口连接，真空泵5的出气孔a直接与大气接通。为使真空度平稳，可在气管路上安装真空罐。所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置的制动操纵机构与传统液压式制动机构相近，使用真空助力，相对于传统的液压制动，本制动操纵机构使用了踏板位移传感器测量踏板的角位移，从而可以感知驾驶员的制动需求。所述的真空助力装置是由真空助力器3与真空泵5组成，空助力装置的安装位置与传统真空助力式液压制动系统一样，不同点是真空源发生变化。制动踏板1和真空助力器3的功能是实现踏板力的放大。制动主缸6为双腔串列式，制动主缸6的前腔的出液口F通过硬管与踏板模拟装置7的进油口B连接，制动主缸6的后腔的出液口R通过硬管与液压调节机构8的后进油口E连接，在一个回路失效时，另一个回路仍能保证部分制动强度，这是法规要求使用双制动回路。储液杯4一般使用硬质塑料材质，主要功能是存储制动液，该储液杯4集成于制动主缸6的上方，制动主缸6的前腔与后腔依次和储液杯4上的接口f与接口r管路连接。参阅图4，与传统车辆制动系统的储液杯4的区别是，该储液杯4有第三个接口a，接口a向外突出，呈圆管形，外圈有齿槽，制动软管可以套在接口a上，束带扎紧实现密封。

参阅图2，所述的踏板模拟装置7包括有一号单向阀10、一号电磁阀11、踏板模拟器12、三号电磁阀13、二号单向阀14和二号电磁阀15。

应用本液压制动装置的车辆制动管路须按轴布置（II型布置），即同轴的两制动管路共用一个主缸腔室。以前驱车为例，踏板模拟装置7安装在前轴的制动管路上。踏板模拟装置7与外界有3个接口，即接口A、接口B和接口C。接口A与储液杯4上的接口e管路连接，接口B连接于制动主缸6前腔的出液口F，接口C与液压调节机构8的进液口D连接。踏板模拟装置7使用了3个电磁阀，2个单向阀和1个踏板模拟器12。踏板模拟器12的进出油口与接口B管路连接，该段油路上安装了一号电磁阀11，为常闭的开关阀。一号单向阀10与一号电磁阀11并联，由一号电磁阀11的接口a向接口p单向导通，确切地说，一号单向阀10进油口与一号电磁阀11的接口a同和踏板模拟器12的进出油口管路相连接，一号单向阀10出油口与一号电磁阀11的接口p同和外界的接口B管路相连接。接口A与接口C在踏板模拟装置7内部有油路相通，该段油路上布置了三号电磁阀13，为常闭的开关阀，三号电磁阀13的接口a与踏板模拟装置7的接口A管路连接，接口p与踏板模拟装置7的接口C管路连接。二号单向阀14与三号电磁阀13并联，由接口A向接口C单向导通，确切地说，二号单向阀14的进油口与三号电磁阀13的接口a同和接口A管路连接，二号单向阀14的出油口与三号电磁阀13的接口p同和接口C管路连接。接口B和接口C在踏板模拟装置7内部有油路相通，该段油路上布置有二号电磁阀15，该电磁阀为常开的开关阀，二号电磁阀15的接口p同和一号电磁阀11的接口p、一号单向阀10的出油口与接口B管路连接。踏板模拟器12为弹簧和活塞的机构，该模拟器的体积-压力特性按照前轴两个轮缸的体积-压力特性进行匹配设计。踏板模拟器12与制动主缸6之间的管路使用硬管连接，管路的材质有法规要求，硬管接头使用一个硬管螺栓24，利用硬管螺栓24使制动管路23头部的锥孔和被连接部件的锥面挤压实现密封（参阅图5），按日系车辆的标准制动管路23头部选用了内锥面，与之连接的部件上的螺纹孔底部使用外锥面（参阅图6）。而欧系车辆的标准中制动管路23头部使用外锥面，因此管路接头的设计因车型而异。管路（硬管）可按具体的空间做成弯曲性状。踏板模拟器12与液压调节机构8的管路连接同样使用此种硬管的连接方式。由于储液杯4为塑料材质，故踏板模拟装置7与储液杯4之间不能完全使用硬管连接，此段管路分为两截，连接踏板模拟装置7的A口一端使用如上的硬管连接方式，储液杯4的接口e（参阅图4）上使用软管连接方式，此软管使用车辆专用制动软管接头，与硬管配合。

参阅图3，所述的液压调节机构8如图中虚框所示，包括四号电磁阀16、三号单向阀17、柱塞液压泵18、电机19、五号电磁阀20、四号单向阀21与六号电磁阀22。而图3中只示意了单个轮缸的管路布置方案，本专利的液压制动装置仅适用于制动管路II型布置的车辆，对于同轴的两个制动管路是对称的。液压调节机构8的H口管路与G口管路对称布置，H口连接于制动轮缸9所在轴的另一个制动轮缸。

非驱动轴液压管路布置方法，可以采用三通结构直接连接液压调节机构8的E、I和L口，也可以使用传统的ABS或ESC的管路布置方式（参见专利US5,727，852,公开日1998-3-17）。

其中：四号电磁阀16和五号电磁阀20为常开的线性电磁阀，六号电磁阀22为常闭的高速开关阀。四号电磁阀16与五号电磁阀20在液压调节机构8内部有油路连接。三号单向阀17与四号电磁阀16并联，由四号电磁阀16的接口p向接口a单向导通，确切地说，三号单向阀17的进油口与四号电磁阀16的接口p和液压调节机构8的进液口D油路连接，三号单向阀17的出油口与四号电磁阀16的接口a和柱塞液压泵18的出油口a油路连接。四号单向阀21与五号电磁阀20并联，由五号电磁阀20的接口a向接口p单向导通，确切地说，四号单向阀21出油口与五号电磁阀20的接口p油路连接，四号单向阀21进油口与五号电磁阀20的接口a油路连接。四号电磁阀16的接口a与五号电磁阀20的接口p油路连接，五号电磁阀20的接口a与制动轮缸9管路连接，六号电磁阀22的接口p与制动轮缸9管路连接，同时六号电磁阀22的接口p与五号电磁阀20的接口a油路连接。六号电磁阀22的接口a与柱塞液压泵18的进液口p油路连接。柱塞液压泵18的进液口p同时与液压调节机构8的进液接口D油路连接，柱塞液压泵18的出液接口a与五号电磁阀20的进液接口p油路连接。同轴的两液压回路共用一个柱塞液压泵18。

所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置的工作原理：

驾驶员踩下制动踏板1，制动能量回收系统的控制器分析踏板位移传感器2的信号可以得出驾驶员的制动意图，再按照驱动轴电机制动力与液压制动力的分配规则对前轴液压力进行控制。

当需求电机再生制动时，开启一号电磁阀11，关闭二号电磁阀15，断开驱动轴的液压管路与制动主缸6间的液体流通，从而实现制动踏板与驱动轴轮缸的压力解耦，因为踏板模拟器12的体积-压力特性按照驱动轴制动轮缸的体积-压力特性进行匹配设计，踏板模拟器12可模拟驾驶员制动踏板感觉。

在电机制动力和液压制动力协调时，前轴的两个轮缸的压力变化是一致的，使用轴控制。当驱动轴的制动轮缸需要增压时，关闭四号电磁阀16，电机19旋转，带动柱塞液压泵18工作，在柱塞液压泵18的进液口p处形成负压，储液杯4内的常压液体会推动二号单向阀14的钢球，制动液由储液杯4流向柱塞液压泵18的进液口p，经过柱塞液压泵18的增压，制动液经由五号电磁阀20流入制动轮缸9，建立压力。由于五号电磁阀20为线性阀，可以通过五号电磁阀20的线圈电流来调节阀口开度，实现增压速率可控。

当驱动轴的制动轮缸需要减压时，三号电磁阀13开启，由于制动轮缸9中的液体压力大于储液杯4中的液压力，四号单向阀21受正向压差而开启，制动液从制动轮缸9经由四号单向阀21，四号电磁阀16和三号电磁阀13流回储液杯4，因为四号电磁阀16为线性阀，可以通过控制四号电磁阀16的电流来调节阀口开度，实现减压速率可控。

当电机再生制动力矩受到限制需要减弱或退出后，需要对驱动轴轮缸实施主动增压，补足制动需求。当制动主缸6的压力与驱动轴轮缸的压力相等或者认为相等时，开启二号电磁阀15，接通制动主缸6和制动轮缸，全部开启四号电磁阀16，进入常规液压制动模式。

Claims (5)

1.一种适用于制动能量回收的液压制动控制装置，包括制动操纵机构、踏板模拟装置（7）和液压调节机构（8）；其特征在于，所述的踏板模拟装置（7）包括有一号单向阀（10）、一号电磁阀（11）、踏板模拟器（12）、三号电磁阀（13）、二号单向阀（14）和二号电磁阀（15）；

一号单向阀（10）进油口与一号电磁阀（11）的接口a同和踏板模拟器（12）的进出油口管路相连接，一号单向阀（10）出油口与一号电磁阀（11）的接口p管路连接，三号电磁阀（13）的接口a与二号单向阀（14）的进油口管路连接，二号单向阀（14）的出油口、三号电磁阀（13）的接口p和二号电磁阀（15）的接口a管路连接，二号电磁阀（15）的接口p和一号单向阀（10）出油口与一号电磁阀（11）的接口p管路连接。

2.按照权利要求1所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置，其特征在于，所述的一号电磁阀（11）为常闭式开关阀，二号电磁阀（15）为常开式开关阀，三号电磁阀（13）为常闭式开关阀，三号电磁阀（13）的接口a与二号单向阀（14）的进油口管路相连接点作为和外界其它部件连接的接口A，一号单向阀（10）出油口与一号电磁阀（11）的接口p管路相连接点作为和外界其它部件连接的接口B，二号单向阀（14）的出油口、三号电磁阀（13）的接口p和二号电磁阀（15）的接口a管路相连点作为和外界其它部件连接的接口C。

3.按照权利要求1所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置，其特征在于，所述的液压调节机构（8）包括四号电磁阀（16）、三号单向阀（17）、柱塞液压泵（18）、电机（19）、五号电磁阀（20）、四号单向阀（21）与六号电磁阀（22）；

三号单向阀（17）的进油口与四号电磁阀（16）的接口p油路连接，三号单向阀（17）的出油口与四号电磁阀（16）的接口a和柱塞液压泵（18）的出油口a油路连接，四号单向阀（21）出油口与五号电磁阀（20）的接口p油路连接，四号单向阀（21）进油口与五号电磁阀（20）的接口a油路连接，四号电磁阀（16）的接口a与五号电磁阀（20）的接口p油路连接，五号电磁阀（20）的接口a与制动轮缸（9）管路连接，六号电磁阀（22）的接口p与制动轮缸（9）管路连接，六号电磁阀（22）的接口p与五号电磁阀（20）的接口a油路连接，六号电磁阀（22）的接口a与柱塞液压泵（18）的进液口p油路连接，柱塞液压泵（18）的进液口p与四号电磁阀（16）的接口p油路连接，柱塞液压泵（18）的出液接口a与五号电磁阀（20）的进液接口p油路连接。

4.按照权利要求3所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置，其特征在于，所述的四号电磁阀（16）和五号电磁阀（20）为常开的线性电磁阀，六号电磁阀（22）为常闭的高速开关阀，三号单向阀（17）的进油口与四号电磁阀（16）的接口p管路连接点作为和外界其它部件连接的接口D。

5.按照权利要求2或4所述的适用于制动能量回收的液压制动控制装置，其特征在于，所述的制动操纵机构包括有制动踏板（1）、踏板位移传感器（2）、真空助力器（3）、储液杯（4）、真空泵（5）和制动主缸（6）；

制动踏板（1）安装在车架上，制动踏板（1）与踏板位移传感器（2）的活动臂连接，制动踏板（1）的左侧安装有真空助力器（3），制动踏板（1）与真空助力器（3）中的输入推杆铰接，真空助力器（3）左端与制动主缸（6）右端固定连接，真空助力器（3）的输出推杆与制动主缸（6）的活塞推杆接触连接，真空泵（5）的进气口p通过气管路与真空助力器（3）的真空口连接。

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