CN202156406U - 一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统。包括液压制动子系统、制动能量回收子系统和整车控制器。液压制动子系统包括制动踏板、真空助力器、制动主缸、储油室、EVBS液压单元、控制EVBS液压单元工作的EVBS电控单元；制动能量回收子系统包括蓄电池、可逆电机控制器、电机、变速器、主减速器；整车控制器分别与EVBS电控单元和可逆电机控制器相连。本系统利用液压制动和电机回收制动协调工作；整车控制器对可逆电机控制器和EVBS电控单元协调控制，确保制动安全性；当电机回收制动失效时，液压制动系统仍能可靠工作；整个液压单元结构简单，易于批量生产；无论处于回收还是不回收状态，制动效果一致，制动感觉相同。

Description

一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车制动系统，尤其是涉及一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统。

背景技术

汽车工业的可持续发展面临能源和环境保护的双重压力，世界各国为此大力发展具有零排放，零污染的电动汽车。然而，电动汽车一次充电的续驶里程远远小于传统的燃油汽车，这一不足严重影响了电动汽车产业化和迅速推广。

在城区运行的汽车制动过程中消耗的能量有时超过汽车总能耗的40%-50%，制动能量回收是汽车的一项重要节能措施。与传统内燃机汽车相比，各种形式电动汽车增加了电池和电机等零部件，在汽车减速时，电机处于发电工作状态，对汽车实施制动，回收制动能量给可再充电能量储存系统（例如蓄电池）或用于车载附件工作，为制动能量回收技术的实施提供了前提。由于电机产生的制动转矩不能满足整车制动力的要求，并且在不同的电池荷电状态、电机转速下，电机产生的制动转矩变化很大，所以必须保留液压制动系统，并且必须协调液压制动系统和制动能量回收系统的关系以保证总制动力与制动踏板开度的正常关系。同时，在保证安全的前提下，回收制动系统与EVBS系统如何协调工作、液压制动与电动制动切换时如何确保制动踏板具有良好的制动感觉，也是可进行制动能量回收的电动汽车制动系统的一个难点。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统（Electric Vehicle Braking System，简称EVBS）。

本实用新型采用的技术方案：

该系统包括液压制动子系统、制动能量回收子系统和整车控制器；其中：

液压制动子系统：包括制动踏板、真空助力器、储油室、制动主缸、EVBS液压单元和控制EVBS液压单元工作的EVBS电控单元；制动踏板与真空助力器相连，真空助力器与制动主缸相连，制动主缸分别与储油室和EVBS液压单元相连，EVBS液压单元还与EVBS电控单元及四个车轮制动器连接，EVBS电控单元分别连接制动开关、制动踏板位置传感器及四个车轮转速传感器； 

制动能量回收子系统：包括蓄电池、可逆电机控制器、电机、变速器和主减速器；电机经变速器与主减速器相连，主减速器分别与左、右前车轮相连，可逆电机控制器分别与蓄电池和电机相连；

整车控制器：分别连接EVBS电控单元、可逆电机控制器和发动机控制器。 

所述液压制动子系统的EVBS液压单元，其制动主缸的第一出液口分别与主缸第一压力传感器、第一开关阀输入端、第二开关阀输入端和第一增压阀输入端相连，第一开关阀输出端分别与第一踏板模拟蓄能器和第一高速开关阀输入端相连，第一高速开关阀输出端分别与第一单向阀输出端和第一油泵输入端相连，第一油泵输出端通过第一高压阻尼器分别与第二开关阀输出端和第二增压阀输入端相连，第一单向阀输入端分别与第一低压蓄能器、第一减压阀输出端和第二减压阀输出端相连，右后轮制动器分别与第一减压阀输入端和第一增压阀输出端相连，左前轮制动器分别与第一轮缸压力传感器、第二减压阀输入端和第二增压阀输出端相连；其制动主缸的第二出液口分别与主缸第二压力传感器、第三开关阀输入端、第四开关阀输入端和第四增压阀输入端相连，第四开关阀输出端分别与第二踏板模拟蓄能器和第二高速开关阀输入端相连，第二高速开关阀输出端分别与第二单向阀输出端和第二油泵输入端相连，第二油泵输出端通过第二高压阻尼器分别与第三开关阀输出端和第三增压阀输入端相连，第二单向阀输入端与第二低压蓄能器、第三减压阀输出端和第四减压阀输出端相连，左后轮制动器分别与第四减压阀输入端和第四增压阀输出端相连，右前轮制动器分别与第二轮缸压力传感器、第三减压阀输入端和第三增压阀输出端相连；油泵电机分别与第一油泵和第二油泵相连。

所述液压制动子系统中的两个踏板模拟蓄能器结构相同，均包括活塞弹簧、阶梯活塞、三个密封圈、活塞端盖和卡簧；在EVBS液压单元阀块孔中安装有阶梯活塞，阶梯活塞小端的孔内安装活塞弹簧，活塞弹簧的另一端与安装孔端面接触，活塞端盖安装在EVBS液压单元阀块的大端阶梯安装孔内；EVBS液压单元阀块的小端阶梯安装孔底部为进出液口，EVBS液压单元阀块的大端阶梯安装孔底部通大气；阶梯活塞的大、小端与EVBS液压单元阀块孔间分别设置第一、第二密封圈；活塞端盖与EVBS液压单元阀块孔间设置第三密封圈，活塞端盖上端设置卡簧。

本实用新型具有的有益效果是：

（1）能够最大限度地利用电机回收制动能量；

（2）在原有ABS液压制动系统基础上改动较小，成本较低；

（3）液压制动和电机回收制动协调控制，保证良好的制动感觉；

（4）整车控制器对可逆电机控制器和EVBS电控单元协调控制，确保制动安全性；

（5）当电机回收制动失效时，液压制动系统仍能可靠工作；

（6）整个液压单元结构简单，易于批量生产；

（7）无论处于部分回收、完全回收还是不回收状态，对用户来说制动效果完全一致，制动踏板感觉基本相同。

附图说明

图1是可进行能量回收的电动汽车制动系统结构示意图。

图2是本实用新型的EVBS液压单元示意图。

图3是本实用新型的EVBS液压单元踏板模拟蓄能器结构图。

图中：101、制动踏板，102、制动开关，103、制动踏板位置传感器，104、真空助力器，105、储油室，106、制动主缸，107、右前车轮，108、右前轮转速传感器，109、左前车轮，110、左前轮转速传感器，111、EVBS液压单元，112、EVBS电控单元，113、右后车轮，114、右后轮转速传感器，115、左后车轮，116、左后轮转速传感器，117、发动机控制器，118、整车控制器，119、可逆电机控制器，120、电机，121、蓄电池，122、变速器，123、主减速器，201、主缸第一压力传感器，202、主缸第二压力传感器，203、第一开关阀，204、第二开关阀，205、第三开关阀，206、第四开关阀，207、第一踏板模拟蓄能器，208、第一高速开关阀，209、第一高压阻尼器，210、第一油泵，211、油泵电机，212、第二高压阻尼器，213、第二油泵，214、第二高速开关阀，215、第二踏板模拟蓄能器，216、第一单向阀，217、第二单向阀，218、第一低压蓄能器，219、第二低压蓄能器，220、第一减压阀，221、第一增压阀，222、第二减压阀，223、第二增压阀，224、第三减压阀，225、第三增压阀，226、第四减压阀，227、增第四压阀，228、第一轮缸压力传感器，229、第二轮缸压力传感器；301、EVBS液压单元阀块，302、卡簧，303、第一密封圈，304、活塞端盖，305、第二密封圈，306、阶梯活塞，307、第三密封圈，308、活塞弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是可进行能量回收的电动汽车制动系统结构示意图。该系统包括液压制动子系统、制动能量回收子系统和整车控制器118；其中：

液压制动子系统：包括制动踏板101、真空助力器104、储油室105制动主缸106、EVBS液压单元111和控制EVBS液压单元111工作的EVBS电控单元112；制动踏板101与真空助力器104相连，真空助力器104与制动主缸106相连，制动主缸106分别与储油室105和EVBS液压单元111相连，EVBS液压单元111还与EVBS电控单元112及四个车轮制动器连接，EVBS电控单元112分别连接制动开关102、制动踏板位置传感器103及四个车轮转速传感器108、110、114、116； 

制动能量回收子系统：包括蓄电池121、可逆电机控制器119、电机120、变速器122和主减速器123；电机120经变速器122与主减速器123相连，主减速器123分别与左、右前车轮107、109相连，可逆电机控制器119分别与蓄电池121和电机120相连；

整车控制器118：分别连接EVBS电控单元112、可逆电机控制器119和发动机控制器117。 

图2是本实用新型的EVBS液压单元示意图。所述液压制动子系统的EVBS液压单元111，其制动主缸106的第一出液口分别与主缸第一压力传感器201、第一开关阀203输入端、第二开关阀204输入端和第一增压阀221输入端相连，第一开关阀203输出端分别与第一踏板模拟蓄能器207和第一高速开关阀208输入端相连，第一高速开关阀208输出端分别与第一单向阀216输出端和第一油泵210输入端相连，第一油泵210输出端通过第一高压阻尼器209分别与第二开关阀204输出端和第二增压阀223输入端相连，第一单向阀216输入端分别与第一低压蓄能器218、第一减压阀220输出端和第二减压阀222输出端相连，右后轮制动器分别与第一减压阀220输入端和第一增压阀221输出端相连，左前轮制动器分别与第一轮缸压力传感器228、第二减压阀222输入端和第二增压阀223输出端相连；其制动主缸106的第二出液口分别与主缸第二压力传感器202、第三开关阀205输入端、第四开关阀206输入端和第四增压阀227输入端相连，第四开关阀206输出端分别与第二踏板模拟蓄能器215和第二高速开关阀214输入端相连，第二高速开关阀214输出端分别与第二单向阀217输出端和第二油泵213输入端相连，第二油泵213输出端通过第二高压阻尼器212分别与第三开关阀205输出端和第三增压阀225输入端相连，第二单向阀217输入端与第二低压蓄能器219、第三减压阀224输出端和第四减压阀226输出端相连，左后轮制动器分别与第四减压阀226输入端和第四增压阀227输出端相连，右前轮制动器分别与第二轮缸压力传感器229、第三减压阀224输入端和第三增压阀225输出端相连；油泵电机211分别与第一油泵210和第二油泵213相连。

图3是本实用新型的EVBS液压单元踏板模拟蓄能器结构图。所述液压制动子系统中的两个踏板模拟蓄能器结构相同，均包括活塞弹簧308、阶梯活塞306、三个密封圈305、307、303、活塞端盖304和卡簧302；在EVBS液压单元111阀块孔中安装有阶梯活塞306，阶梯活塞306小端的孔内安装活塞弹簧308，活塞弹簧308的另一端与安装孔端面接触，活塞端盖304安装在EVBS液压单元111阀块的大端阶梯安装孔内；EVBS液压单元111阀块的小端阶梯安装孔底部为进出液口，EVBS液压单元111阀块的大端阶梯安装孔底部通大气；阶梯活塞306的大、小端与EVBS液压单元111阀块孔间分别设置第一、第二密封圈305、307；活塞端盖304与EVBS液压单元111阀块孔间设置第三密封圈303，活塞端盖304上端设置卡簧302。

进出液口压力通过阶梯活塞307作用于活塞弹簧308上，随着进出液口压力升高或降低，活塞弹簧308被压缩或伸张，液压油进入或流出踏板模拟蓄能器207、215。该踏板模拟蓄能器结构简单，体积小，可靠性高。

EVBS电控单元根据制动踏板位置传感器信号获得制动需求信息，可逆电机控制器根据蓄电池、电机转速等状态信号获得电机能提供的最大制动力信息，所述整车控制器根据上述信息，进行制动力分配，给可逆电机控制器下达转矩命令，电机工作于发电状态，产生的制动转矩经变速器、主减速器，传递到车轮上，同时产生的电能经可逆电机控制器回馈至蓄电池，实现制动能量回收。整车控制器通过EVBS电控单元对EVBS液压单元下达命令，控制制动主缸压力部分或全部作用于车轮上。

从执行机构动作方面，如图1、图2、图3所示，具体实施如下：

在汽车运行过程中，踩下制动踏板101，制动主缸106产生制动压力，通过EVBS液压单元111，进入各车轮制动器，产生摩擦制动力。当主缸第一压力传感器和主缸第二压力传感器获取的压力大于某一较小压力时，第一开关阀203、第二开关阀204、第三开关阀205、第四开关阀206在EVBS电控单元112指令下同时工作，第一开关阀203开通、第二开关阀204关闭、第三开关阀205关闭、第四开关阀206开通，第一增压阀221关闭、第四增压阀227关闭，此时各轮制动压力不再增加，通过电机120对左右前轮增加制动力，制动主缸106的液压油进入第一踏板模拟蓄能器207、第二踏板模拟蓄能器215，此时随着制动踏板101的开度增加，阶梯活塞306压缩活塞弹簧308，该种结构便于实现小流量大压力变化控制；当电机120制动不能满足制动要求时，第一开关阀203仍开通、第二开关阀204仍关闭、第三开关阀205仍关闭、第四开关阀206仍开通，EVBS电控单元112控制第一增压阀221和第四增压阀227开通，左右后轮实现增压，当需增加液压制动力时，EVBS电控单元112发出左右前轮增压指令，第一开关阀203关闭，第四开关阀206关闭，第二开关阀204关闭，第三开关阀关闭，对高速开关阀208、214进行脉冲宽度调制控制，同时使油泵电机211工作，第一油泵210工作，通过第一高压阻尼器209、第二增压阀223，实现左前轮增压，当主缸第一压力传感器201所示压力与第一轮缸压力传感器228所示压力相近时，第二开关阀204开通；第二油泵电机213工作，通过第二高压阻尼器212、第三增压阀225，实现右前轮增压，当主缸第二压力传感器202所示压力与第二轮缸压力传感器229所示压力相近时，第三开关阀205开通。当需要减压时，收回制动踏板101，制动主缸106制动压力降低，第一开关阀203、第二开关阀204、第三开关阀205、第四开关阀206恢复常态；当制动踏板位置传感器103信号小于一较小定值时，第一开关阀203开通、第四开关阀206开通，第一踏板模拟蓄能器207、第二踏板模拟蓄能器215内的剩余液压油返回制动主缸106。

上述制动过程是在整车控制器118协调下完成的，EVBS电控单元112根据制动踏板位置传感器103获得制动需求信息，可逆电机控制器119根据蓄电池121、电机120转速等状态信号获得电机能提供的最大制动力信息，整车控制器118根据上述信息，进行制动力分配，给可逆电机控制器119下达转矩命令，电机120制动转矩经变速器122、主减速器123，传递到车轮上，同时也给EVBS电控单元112下达命令，制动主缸106压力经EVBS的液压单元111部分或全部作用车轮上。

在进行增压时，对高速开关阀208、214进行PWM控制目的是为了确保驾驶员具有良好的制动感觉。

从控制策略方面，利用图1、图2、图3，具体实施如下：

在车轮未发生抱死的情况下，EVBS电控单元112根据制动踏板传感器103信号的大小，计算出期望的制动力大小，以及根据主缸第一压力传感器201、主缸第二压力传感器202、第一轮缸压力传感器228、第二轮缸压力传感器229计算出各车轮液压制动力大小，同时可逆电机控制器119根据蓄电池121、电机120转速等状态信号，计算出电机120所提供的最大制动力大小，整车控制器118从EVBS电控单元112和可逆电机控制器119接收到期望的制动力大小、电机120所提供的最大制动力大小等信息后，对其进行分析、处理、判断，最后作出决策，对液压制动力和电机120制动力重新分配。当制动踏板101开度较小（轻微制动）时，电机120所提供的最大制动力能够满足制动要求，各车轮只保留较小的液压制动力，这样是为了在电机120不能满足制动要求时，液压制动快速介入，提高制动响应速度，此时主要由电机120提供制动力；当制动踏板101开度较大（中等制动）时，电机120所提供的最大制动力不能够满足制动要求，EVBS电控单元112计算出期望的制动力大小，并根据理想制动力分配曲线（余志生主编机械工业出版社出版的《汽车理论》），计算出所需前后轮制动力的大小，整车控制器118根据上述信息，分别向EVBS电控单元112和可逆电机控制器119发出指令，EVBS电控单元112对前轮液压制动力、后轮液压制动力加以调节，可逆电机控制器119对电机120所提供的制动力加以调节，使前轮液压制动力与电机120所提供的制动力之和、后轮液压制动力二者比例接近理想制动力分配曲线的分配比例；当制动踏板101开度很大（紧急制动）时，电机120制动逐步退出，EVBS电控单元112控制EVBS的液压单元111快速增大液压制动力。

在车轮发生抱死的情况下，EVBS电控单元112根据各轮转速传感器108、110、114、116信息，判断出车轮发生抱死的情况，此时EVBS电控单元112通过EVBS的液压单元111进行前后轮压力调节，减小发生抱死车轮的制动力，同时通过整车控制器118，对可逆电机控制器119发出指令，减小电机120所提供的制动力，与此同时EVBS的液压单元111，逐步增大前轮液压制动力。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限制，任何在本实用新型基础上简单变换后的结构，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统，其特征在于：该系统包括液压制动子系统、制动能量回收子系统和整车控制器（118）；其中：

液压制动子系统：包括制动踏板（101）、真空助力器（104）、储油室（105）制动主缸（106）、EVBS液压单元（111）和控制EVBS液压单元（111）工作的EVBS电控单元（112）；制动踏板（101）与真空助力器（104）相连，真空助力器（104）与制动主缸（106）相连，制动主缸（106）分别与储油室（105）和EVBS液压单元（111）相连，EVBS液压单元（111）还与EVBS电控单元（112）及四个车轮制动器连接，EVBS电控单元（112）分别连接制动开关（102）、制动踏板位置传感器（103）及四个车轮转速传感器（108、110、114、116） ； 

制动能量回收子系统：包括蓄电池（121）、可逆电机控制器（119）、电机（120）、变速器（122）和主减速器（123）；电机（120）经变速器（122）与主减速器（123）相连，主减速器（123）分别与左、右前车轮（107、109）相连，可逆电机控制器（119）分别与蓄电池（121）和电机（120）相连；

整车控制器（118）：分别连接EVBS电控单元（112）、可逆电机控制器（119）和发动机控制器（117）。

2.根据权利要求1所述的一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统，其特征在于：所述液压制动子系统的EVBS液压单元（111），其制动主缸（106）的第一出液口分别与主缸第一压力传感器（201）、第一开关阀（203）输入端、第二开关阀（204）输入端和第一增压阀（221）输入端相连，第一开关阀（203）输出端分别与第一踏板模拟蓄能器（207）和第一高速开关阀（208）输入端相连，第一高速开关阀（208）输出端分别与第一单向阀（216）输出端和第一油泵（210）输入端相连，第一油泵（210）输出端通过第一高压阻尼器（209）分别与第二开关阀（204）输出端和第二增压阀（223）输入端相连，第一单向阀（216）输入端分别与第一低压蓄能器（218）、第一减压阀（220）输出端和第二减压阀（222）输出端相连，右后轮制动器分别与第一减压阀（220）输入端和第一增压阀（221）输出端相连，左前轮制动器分别与第一轮缸压力传感器（228）、第二减压阀（222）输入端和第二增压阀（223）输出端相连；其制动主缸（106）的第二出液口分别与主缸第二压力传感器（202）、第三开关阀（205）输入端、第四开关阀（206）输入端和第四增压阀（227）输入端相连，第四开关阀（206）输出端分别与第二踏板模拟蓄能器（215）和第二高速开关阀（214）输入端相连，第二高速开关阀（214）输出端分别与第二单向阀（217）输出端和第二油泵（213）输入端相连，第二油泵（213）输出端通过第二高压阻尼器（212）分别与第三开关阀（205）输出端和第三增压阀（225）输入端相连，第二单向阀（217）输入端与第二低压蓄能器（219）、第三减压阀（224）输出端和第四减压阀（226）输出端相连，左后轮制动器分别与第四减压阀（226）输入端和第四增压阀（227）输出端相连，右前轮制动器分别与第二轮缸压力传感器（229）、第三减压阀（224）输入端和第三增压阀（225）输出端相连；油泵电机（211）分别与第一油泵（210）和第二油泵（213）相连。

3.根据权利要求2所述的一种可进行制动能量回收的电动汽车制动系统，其特征在于：所述液压制动子系统中的两个踏板模拟蓄能器结构相同，均包括活塞弹簧（308）、阶梯活塞（306）、三个密封圈（305、307、303）   、活塞端盖（304）和卡簧（302）；在EVBS液压单元（111）阀块孔中安装有阶梯活塞（306），阶梯活塞（306）小端的孔内安装活塞弹簧（308），活塞弹簧（308）的另一端与安装孔端面接触，活塞端盖（304）安装在EVBS液压单元（111）阀块的大端阶梯安装孔内；EVBS液压单元（111）阀块的小端阶梯安装孔底部为进出液口，EVBS液压单元（111）阀块的大端阶梯安装孔底部通大气；阶梯活塞（306）的大、小端与EVBS液压单元（111）阀块孔间分别设置第一、第二密封圈（305、307）   ；活塞端盖（304）与EVBS液压单元（111）阀块孔间设置第三密封圈（303），活塞端盖（304）上端设置卡簧（302）。

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