一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统，它包括一制动输出单元、一液压控制单元、一制动执行单元和一电子控制单元；该系统不依赖发动机真空，独立调节每个制动轮缸的液压力，提供驾驶员与传统制动相同的踏板感觉。与已有典型电子液压制动系统相比，该系统可实现对各制动通道的分时控制，无需每个通道单独的增压阀与减压阀，液压控制单元中电磁阀的数量减少，从而结构更简单，体积、重量更小。该制动系统可实现基础制动、其他制动功能如ABS/ESP、与再生制动协调控制。
【专利说明】一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制动系统，特别是关于一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统。
【背景技术】
[0002]随着汽车技术的发展对车辆安全、节能、环保等要求的逐渐提高，主动安全装置(如电子稳定性程序(ESP))及电动汽车技术不断发展。二者对车辆制动系统提出新的要求:能够独立控制每个轮缸的制动压力，提供制动踏板与传统制动系统相同的制动感觉。此夕卜，电动汽车还要求制动系统不依赖发动机真空度。
[0003]近年来，线控制动系统作为一类可以满足以上要求的新型制动系统，越来越被关注。其中电子液压制动系统，保留了传统制动系统的液压管路，较之电子机械制动系统开发难度较小，可靠性更高，更容易设计后备制动系统，成为线控制动系统于实车应用的主流方案。电子液压制动系统的方案主要包括以下两种:
[0004]方案一为传统电子液压制动系统，以博世的SBC系统(SAE论文960991)及丰田的ECB系统(SAE论文2002-01-0300)为代表:以直流电机带动液压泵，向高压蓄能器充入制动液，高压蓄能器作为压力源提供给制动轮缸，单个轮缸的压力调节通过一个增压阀与一个减压阀来实现，此外还有若干平衡阀/失效保护阀。该方案一般至少使用12个电磁阀。此种方案的缺点是:电磁阀数目多，结构较为复杂，体积重量往往较大。
[0005]方案二为集成式电子液压制动系统，如专利US8371661B2提出的集成式方案，仅使用一个电机推动主缸活塞提供压力源，以及4个电磁阀调节制动轮缸压力，与传统电子液压制动系统相比，电磁阀数目少，结构简化，体积重量减小。此种方案的缺点是:对电机动态特性的要求非常高，后备制动不易设计，踏板的空行程容易给驾驶员造成恐慌。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明的目的是提供一种电磁阀数量少、结构简单且无需高性能电机的可实现分时控制的汽车电子液压制动系统。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统，其特征在于，它包括一制动输出单元、一液压控制单元、一制动执行单元和一电子控制单兀；所述制动输出单兀包括一主缸壳体，在所述主缸壳体内间隔设置第一活塞和第二活塞，所述第一活塞与所述第二活塞之间形成第一活塞内腔，在所述第一活塞内腔内设置有一两端分别与所述第一活塞、第二活塞连接的第一弹簧；所述第二活塞与所述主缸壳体之间形成第二活塞内腔，在所述第二活塞内腔内设置有一两端分别与所述第二活塞、所述主缸壳体内壁连接的第二弹簧；所述第一活塞的外侧连接一主缸推杆的一端，所述主缸推杆的另一端连接一制动踏板，在所述制动踏板上安装有一踏板行程传感器；在位于所述第一活塞内腔和第二活塞内腔外周的所述主缸壳体上分别设置有一进油口和一出油口，两所述进油口与一储液杯相连，其中一所述出油口通过一制动管路连接一踏板行程模拟器；在位于所述出油口与所述踏板行程模拟器之间的制动管路上设置有一模拟器控制阀；所述液压控制单元包括一电机，所述电机的输出端连接一液压泵，所述液压泵的一端通过制动管路连接所述储液杯，另一端通过制动管路连接一高压蓄能器，在位于所述高压蓄能器与所述液压泵之间的制动管路上设置有一单向阀；所述高压蓄能器的另一端通过制动管路连接一制动传输干路，所述制动传输干路分别通过制动管路与所述主缸壳体上的另一所述出油口、所述储液杯连接；在位于所述高压蓄能器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一增压阀，在位于所述高压蓄能器与所述增压阀之间的制动管路上设置有一蓄能器压力传感器；在位于所述出油口与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一失效保护阀；在位于所述储液杯与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一减压阀；所述在制动传输干路上设置有一干路压力传感器；所述制动执行单元包括一左前制动器、一右前制动器、一左后制动器和一右后制动器；所述左前制动器、右前制动器、左后制动器和右后制动器分别通过一制动管路与所述制动传输干路连接；在位于所述左前制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一左前压力调节阀，在位于所述左前压力调节阀与所述左前制动器之间的制动管路上设置有一左前压力传感器；在位于所述右前制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一右前压力调节阀，在位于所述右前压力调节阀与所述右前制动器之间的制动管路上设置有一右前压力传感器；在位于所述左后制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一左后压力调节阀，在位于所述左后压力调节阀与所述左后制动器之间的制动管路上设置有一左后压力传感器；在位于所述右后制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一右后压力调节阀，在位于所述右后压力调节阀与所述右后制动器之间的制动管路上设置有一右后压力传感器；所述电子控制单元分别电连接所述电机、踏板行程传感器、蓄能器压力传感器、干路压力传感器、左前压力传感器、右前压力传感器、左后压力传感器、右后压力传感器、模拟器控制阀、增压阀、失效保护阀、减压阀、左前压力调节阀、右前压力调节阀、左后压力调节阀和右后压力调节阀。
[0008]所述踏板行程模拟器包括一模拟器壳体，在所述模拟器壳体内设置有一模拟器活塞，所述模拟器活塞的一侧与所述模拟器壳体之间设置有一模拟器弹簧，所述模拟器活塞的另一侧所对的所述模拟器壳体与制动管路连接。
[0009]所述模拟器控制阀、增压阀、失效保护阀、减压阀、左前压力调节阀、右前压力调节阀、左后压力调节阀和右后压力调节阀均为二位二通电磁阀，且所述模拟器控制阀、减压阀和增压阀为常闭阀，所述失效保护阀、左前压力调节阀、右前压力调节阀、左后压力调节阀和右后压力调节阀为常开阀。
[0010]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明设置有四路通道分别与四个制动器连接，每路通道上分别设置有一压力调节阀，四路通道能够进行分时控制，因此各通道无需设置单独的增压阀和减压阀，与传统电子液压制动系统相比，电磁阀数量少，结构简单。2、本发明采用高压蓄能器作为压力源，对电机要求较低，且容易设计实现后备制动。3、本发明不依赖于发动机真空，与发动机是否存在及运转无关。4、本发明由电子控制单元从相应的传感器获取数据并控制电磁阀即可实现基础制动功能及其他的制动功能如ABS/ESP、与再生制动协调控制；5、本发明可以独立调节各个制动轮缸的压力，且不影响踏板感觉，能够提供驾驶员与传感制动系统相同的踏板感觉。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的结构示意图；
[0012]图2是在一个压力分时控制的实例中各压力传感器的压力输出和各电磁阀的控制情况。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0014]本发明包括一制动输出单元1、一液压控制单元2、一制动执行单元3和一电子控制单兀4。
[0015]制动输出单兀I包括一主缸壳体101,在主缸壳体101内间隔设置有第一活塞102和第二活塞103，第一活塞102与第二活塞103之间形成第一活塞内腔104，在第一活塞内腔104内设置有一两端分别与第一活塞102、第二活塞103连接的第一弹簧105 ;第二活塞与主缸壳体之间形成第二活塞内腔106，在第二活塞内腔106内设置有一两端分别与第二活塞103、主缸壳体101内壁连接的第二弹簧107。第一活塞102的外侧连接一主缸推杆108的一端，主缸推杆108的另一端连接一制动踏板109，在制动踏板109上安装有一踏板行程传感器110。在位于第一活塞内腔104和第二活塞内腔106外周的主缸壳体101上分别设置有一进油口 111、112和一出油口 113、114，两进油口 111、112与一储液杯115相连，其中一出油口 114通过一制动管路连接一踏板行程模拟器116。在位于出油口 114与踏板行程模拟器116之间的制动管路上设置有一模拟器控制阀117。
[0016]液压控制单元2包括一电机201，电机201的输出端连接一液压泵202，液压泵202的一端通过制动管路连接储液杯115，另一端通过制动管路连接一高压蓄能器203，在位于高压蓄能器203与液压泵202之间的制动管路上设置有一单向阀204。高压蓄能器203的另一端通过制动管路连接一制动传输干路205，制动传输干路205分别通过制动管路与主缸壳体101上的另一出油口 113、储液杯115连接。在位于高压蓄能器203与制动传输干路205之间的制动管路上设置有一增压阀206，在位于高压蓄能器203与增压阀206之间的制动管路上设置有一蓄能器压力传感器207 ;在位于出油口 113与制动传输干路205之间的制动管路上设置有一失效保护阀208 ;在位于储液杯115与制动传输干路205之间的制动管路上设置有一减压阀209。在制动传输干路205上还设置有一干路压力传感器210。
[0017]制动执行单元3包括一左前制动器301、一右前制动器302、一左后制动器303和一右后制动器304。左前制动器301、右前制动器302、左后制动器303和右后制动器304分别通过一制动管路与制动传输干路205连接。在位于左前制动器301与制动传输干路205之间的制动管路上设置有一左前压力调节阀305，在位于左前压力调节阀305与左前制动器301之间的制动管路上设置有一左前压力传感器306 ;在位于右前制动器302与制动传输干路205之间的制动管路上设置有一右前压力调节阀307，在位于右前压力调节阀307与右前制动器302之间的制动管路上设置有一右前压力传感器308 ;在位于左后制动器303与制动传输干路205之间的制动管路上设置有一左后压力调节阀309，在位于左后压力调节阀309与左后制动器303之间的制动管路上设置有一左后压力传感器310 ;在位于右后制动器304与制动传输干路205之间的制动管路上设置有一右后压力调节阀311，在位于右后压力调节阀311与右后制动器304之间的制动管路上设置有一右后压力传感器312。
[0018]电子控制单元4分别电连接电机201、踏板行程传感器110、蓄能器压力传感器
207、干路压力传感器210、左前压力传感器306、右前压力传感器308、左后压力传感器310、右后压力传感器312、模拟器控制阀117、增压阀206、失效保护阀208、减压阀209、左前压力调节阀305、右前压力调节阀307、左后压力调节阀309和右后压力调节阀311。
[0019]在上述实施例中,踏板行程模拟器113包括一模拟器壳体118,在模拟器壳体118内设置有一模拟器活塞119,模拟器活塞119的一侧与模拟器壳体118之间设置有一模拟器弹簧120，模拟器活塞119的另一侧所对的模拟器壳体118与制动管路连接。
[0020]在上述实施例中，模拟器控制阀117、增压阀206、失效保护阀208、减压阀209、左前压力调节阀305、右前压力调节阀307、左后压力调节阀309和右后压力调节阀311均为二位二通电磁阀，且模拟器控制阀117、减压阀209和增压阀206为常闭阀，失效保护阀
208、左前压力调节阀305、右前压力调节阀307、左后压力调节阀309和右后压力调节阀311为常开阀。
[0021]下面结合附图详细说明本发明的工作原理、工作过程和控制方法:
[0022]本发明所述系统正常工作时，所述高压蓄能器203的作用是代替传统制动系统中的驾驶员和真空助力器，提供制动压力源，通过合理驱动增压阀206、减压阀209及4个压力调节阀305、307、309、311来调节四个轮缸压力。具体而言，当制动踏板109被踩下时，电子控制单元4接收踏板行程传感器110采集的踏板行程数据，控制模拟器控制阀117通电打开，制动液由活塞第一内腔104经过模拟器控制阀117进入踏板行程模拟器116，从而为驾驶员提供与传统制动系统相同的踏板感觉。同时，电子控制单元4根据踏板行程数据计算每个制动器301、302、303、304的轮缸目标压力，从四个轮缸压力传感器306、308、310、312采集到每个轮缸的实际压力，从而决定每个轮缸应实施的增/减/保压操作。在本发明所述系统的结构上，每个通道只使用一个压力调节阀调节该通道压力，而不是使用单独的增压阀、减压阀，因此必须使用分时控制方法对各个轮缸实施相应的增/减/保压操作，从而实现目标压力。
[0023]各通道的操作分三种情况:
[0024](一)四个通道均增压或保压:此时增压阀206通电打开，减压阀209断电关闭，失效保护阀208通电关闭，通过合适的PWM占空比驱动四个压力调节阀305、307、309、311使轮缸达到目标压力。占空比由目标压力、实际压力及由干路压力传感器210采集到的制动传输干路压力计算得到。
[0025](二)四个通道均减压或保压:此时增压阀206断电关闭，减压阀209通电打开，失效保护阀208通电关闭，通过合适的PWM占空比驱动四个压力调节阀305、307、309、311使轮缸达到目标压力。占空比由目标压力、实际压力及由干路压力传感器210得到的制动传输干路压力计算得到。
[0026](三)四个通道增压、减压同时存在，也可能存在保压:此时压力必须进行分时控制，即控制分为前后两个阶段:增压阶段及减压阶段。增压阶段时，增压阀209通电打开，减压阀209断电关闭，失效保护阀208通电关闭，实施增压操作的通道通过合适的PWM占空比驱动相应的压力调节阀，实施减压与保压操作的通道压力调节阀通电关闭，以保持压力不变；减压阶段时，增压阀206断电关闭，减压阀209通电打开，失效保护阀208通电关闭，实施减压操作的通道通过合适的PWM占空比驱动相应的压力调节阀，实施增压与保压操作的通道压力调节阀通电关闭，以保持压力不变。占空比由目标压力、实际压力及由干路压力传感器210得到的制动传输干路压力计算得到。
[0027]图2给出了一个压力分时控制的实例。该实例中，右前轮、左后轮初始压力为OMPa,目标压力为最大值,左前轮、右后轮初始压力为最大值，目标压力为OMPa，即两个通道增压与两个通道减压同时发生。压力控制开始于3.76s，该实例中选取控制周期为10ms，控制周期中增压阶段与减压阶段均为5ms。图2中的曲线表示六个压力传感器的输出以及六个电磁阀的控制。其中，六个压力传感器的输出为:蓄能器压力(蓄能器压力传感器207输出)、左前轮压力(左前压力传感器306输出)、右前轮压力(右前压力传感器308输出)、左后轮压力(左后压力传感器310输出)、右后轮压力(右后压力传感器312输出)、制动传输干路压力(干路压力传感器210输出)；六个电磁阀的控制曲线中，I为电磁阀打开，O为电磁阀关闭。六个电磁阀分别为:增压阀206、减压阀209、左前压力调节阀305、右前压力调节阀307、左后压力调节阀309、右后压力调节阀311。
[0028]压力控制的具体过程:从3.755s开始，每个控制周期依次进入增压阶段和减压阶段，直至每个轮缸均达到目标压力。例如在3.775s时，进入时长为5ms的增压阶段，此时增压阀206立即打开，减压阀209立即关闭，制动传输干路压力迅速升高。一段时间以后，制动传输干路压力大于此时右前轮缸及左后轮缸压力，右前压力调节阀307及左后压力调节阀309打开，右前轮及左后轮压力升高。增压阶段结束的一段时间前，右前压力调节阀307及左后压力调节阀309关闭。3.78s时，进入时长为5ms的减压阶段，此时增压阀206立即关闭，减压阀209立即打开，制动传输干路压力迅速降低。一段时间以后，制动传输干路压力小于此时左前轮缸及右后轮缸压力，左前压力调节阀305及右后压力调节阀311打开，左前轮及右后轮压力降低。减压阶段结束的一段时间前，左前压力调节阀305及右后压力调节阀311关闭。增压阶段与减压阶段如此循环，从而实现压力的分时控制。
[0029]所述系统的压力源来自高压蓄能器203，高压蓄能器203的压力控制过程:电子控制单元4由蓄能器压力传感器207得到蓄能器压力，若压力小于一定门限则驱动电机201带动液压泵202，向高压蓄能器203充入制动液从而增加蓄能器压力，当蓄能器压力达到一定门限时，电机201断电停转。
[0030]以上工作过程为基础制动过程，如要实现其他制动功能如ABS/ESP/ACC等，或需要与再生制动进行协调控制，则需要提供给电子控制单元4相应的传感器数据，由电子控制单元4计算每个轮缸的目标制动力，目标制动力的实现过程与上述工作过程相同。
[0031]所述系统失效，可能包括制动输出单元中的模拟器控制阀117、踏板行程模拟器116、踏板行程传感器110，液压控制单元中的电机201、液压泵202、高压蓄能器203、电磁阀206、208、209、305、307、309、311、压力传感器 207、210、306、308、310、312 失效。失效模式下，电机201及电磁阀117、206、208、209、305、307、309、311均断电。驾驶员踩下踏板，由主缸推杆108推动第一活塞102、第二活塞103及第一弹簧105、第二弹簧107，制动液由主缸第二活塞内腔106通过失效保护电磁阀208及压力调节阀305、307、309、311分别进入四个制动器301、302、303、304，提供车辆所需的制动力。
[0032]本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统，其特征在于，它包括一制动输出单元、一液压控制单元、一制动执行单元和一电子控制单元； 所述制动输出单兀包括一主缸壳体，在所述主缸壳体内间隔设置第一活塞和第二活塞，所述第一活塞与所述第二活塞之间形成第一活塞内腔，在所述第一活塞内腔内设置有一两端分别与所述第一活塞、第二活塞连接的第一弹簧；所述第二活塞与所述主缸壳体之间形成第二活塞内腔，在所述第二活塞内腔内设置有一两端分别与所述第二活塞、所述主缸壳体内壁连接的第二弹簧；所述第一活塞的外侧连接一主缸推杆的一端，所述主缸推杆的另一端连接一制动踏板，在所述制动踏板上安装有一踏板行程传感器；在位于所述第一活塞内腔和第二活塞内腔外周的所述主缸壳体上分别设置有一进油口和一出油口，两所述进油口与一储液杯相连，其中一所述出油口通过一制动管路连接一踏板行程模拟器；在位于所述出油口与所述踏板行程模拟器之间的制动管路上设置有一模拟器控制阀； 所述液压控制单元包括一电机，所述电机的输出端连接一液压泵，所述液压泵的一端通过制动管路连接所述储液杯，另一端通过制动管路连接一高压蓄能器，在位于所述高压蓄能器与所述液压泵之间的制动管路上设置有一单向阀；所述高压蓄能器的另一端通过制动管路连接一制动传输干路，所述制动传输干路分别通过制动管路与所述主缸壳体上的另一所述出油口、所述储液杯连接；在位于所述高压蓄能器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一增压阀，在位于所述高压蓄能器与所述增压阀之间的制动管路上设置有一蓄能器压力传感器；在位于所述出油口与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一失效保护阀；在位于所述储液杯与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一减压阀；所述在制动传输干路上设置有一干路压力传感器； 所述制动执行单元包括一左前制动器、一右前制动器、一左后制动器和一右后制动器；所述左前制动器、右前制动器、左后制动器和右后制动器分别通过一制动管路与所述制动传输干路连接；在位于所述左前制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一左前压力调节阀，在位于所述左前压力调节阀与所述左前制动器之间的制动管路上设置有一左前压力传感器；在位于所述右前制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一右前压力调节阀，在位于所述右前压力调节阀与所述右前制动器之间的制动管路上设置有一右前压力传感器；在位于所述左后制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一左后压力调节阀，在位于所述左后压力调节阀与所述左后制动器之间的制动管路上设置有一左后压力传感器；在位于所述右后制动器与所述制动传输干路之间的制动管路上设置有一右后压力调节阀，在位于所述右后压力调节阀与所述右后制动器之间的制动管路上设置有一右后压力传感器； 所述电子控制单元分别电连接所述电机、踏板行程传感器、蓄能器压力传感器、干路压力传感器、左前压力传感器、右前压力传感器、左后压力传感器、右后压力传感器、模拟器控制阀、增压阀、失效保护阀、减压阀、左前压力调节阀、右前压力调节阀、左后压力调节阀和右后压力调节阀。
2.如权利要求1所述的一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统，其特征在于，所述踏板行程模拟器包括一模拟器壳体，在所述模拟器壳体内设置有一模拟器活塞，所述模拟器活塞的一侧与所述模拟器壳体之间设置有一模拟器弹簧，所述模拟器活塞的另一侧所对的所述模拟器壳体与制动管路连接。
3.如权利要求1或2所述的一种可实现分时控制的汽车电子液压制动系统，其特征在于，所述模拟器控制阀、增压阀、失效保护阀、减压阀、左前压力调节阀、右前压力调节阀、左后压力调节阀和右后压力调节阀均为二位二通电磁阀，且所述模拟器控制阀、减压阀和增压阀为常闭阀，所述失效保护阀、左前压力调节阀、右前压力调节阀、左后压力调节阀和右后压力调节阀为常开阀。
【文档编号】B60T13/68GK104149765SQ201410409485
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】潘宁, 于良耀, 王治中, 宋健, 张永生, 魏文若 申请人:清华大学, 中国第一汽车股份有限公司