专利名称：用于汽车的具有改进制动分配的混合制动系统的制作方法
用于汽车的具有改进制动分配的混合制动系统技术领域和
背景技术：
本发明涉及用于汽车的更具安全作用的电制动系统、以及包括该制动系统的汽车。传统上，汽车包括驱动驱动轮的内燃机以及在车轮上施加制动カ的液压制动系统。液压制动系统包括通过由驾驶者直接控制的制动踏板致动的主缸以及位于车轮处的制动器。主缸通过充满制动流体的液压回路连接至制动器。当驾驶者踩下制动踏板吋，主缸活塞滑动并且増大回路中的制动流体的压力，致动制动器并且引起制动。制动功率取决于施加在踏板上的力。驾驶者感觉帮助其控制制动功率的踏板反作用力。在过去几年中，使用电カ而非矿物驱动能量的车辆得到发展，其中车轮由电动机驱动。因此考虑可使用电动机作为转换器，从而将车辆的动能转化为电能，并且因此制动车辆。因此产生的电能或者存储在电池中用于以后使用(例如以便产生驱动力)，或者被消耗在电阻中，或者由车辆中的电辅助系统直接使用(制动，加热等)。这种类型的制动系统称为再生制动系统。然而，为了安全原因，车辆始终设置有液压制动系统，从而在再生制动系统故障的情况下，在踏板与制动器之间建立直接连接。此外，再生制动不是始终必须优选的。例如，低速时，电磁制动可消耗能量。并且一旦电池完全充满，就不能再使用电磁制动， 或者必须消耗该能量(这需要电阻以及温度控制装置)。因而，两种制动系统能够同时起作用，并且每个都提供总制动功率中的部分。因此，必须管理每个系统提供的制动功率比例，使得实际提供的功率对应于驾驶者所要求的制动。文献US 2007/0126382公开了这样的制动系统，其包括再生制动子系统和液压制动子系统。子系统包括由制动踏板致动的主缸。当驾驶者踩在制动踏板上时，测量所产生的液压，并且将液压发送至计算装置以作为制动设置值。计算装置使用该设置值，并且向再生制动子系统发送命令，然后，再生制动子系统在车轮上产生制动力。计算装置向液压制动子系统发送命令，使得液压制动子系统产生液压，以便基于根据制动设置值预定的制动功率而完成再生制动功率。该系统需要很多传感器，并且使用计算装置来基于被转换(converted)为设置值的液压产生命令。该系统运行时复杂，并且其存在多种形式故障的可能。文献US 2008/107212公开了这样的液压制动系统，其包括再生制动子系统和液压制动子系统，在ABS系统的情况下，其调节由液压子系统产生的制动压カ。根据由驾驶者提供的制动设置值来控制ABS系统。在根据现有技术的混合制动系统中，设置值信号以及制动器的电磁扭矩的像 (image)的电信号被变换(transformed)数次。这些多次转换可成为故障源，并且使制动系统效率低。制动系统为安全装置，并且其必须可靠。因此，本发明的目的之ー是提出这样的制动系统，其包括再生制动子系统和液压制动子系统或电制动子系统，其中以简单且安全的方式管理由这两个子系统产生的制动功率的分配。
发明内容
通过ー种用于汽车的制动系统实现上述目标，其包括再生制动子系统和液压或电动制动子系统，再生制动子系统包括电动机器，电动机器能够在制动阶段期间将车辆的动能转化为电能，以及还包括调节由液压或电动制动子系统产生的制动功率的装置，所述装置通过由电动机器在电磁制动期间产生的电流控制。换句话说，使用由电磁制动子系统产生的电流在电磁制动子系统与液压或电动制动之间产生物理耦合，该发电电流直接代表同电磁制动产生的功率比例。使用该发电电流意味着不需要计算装置，避免了需要将发电电流转化为另ー量值，这降低了故障的风险。只要电动机器输出电流，该调节也就持续发生。产生的电流可直接使用以控制制动功率调节装置，或者可使用作为另ー电流或电压的该电流的像。根据本发明，通过不需要计算装置的物理方法来调节车辆的电磁制动与液压或电动制动之间的耦合。简单地由干物理法则，该调节就持久地具有重要的功能优点。根据本发明的耦合系统确保根据电磁制动而持久地调整液压或电动制动系统。其消除了由微型计算装置产生的所有可能的计算误差。使用的部件(变压器、螺线管)为非常可靠的部件，并且整个系统中的故障模式非常少。本发明也为系统设计提供更多的自由度。有利地，调节装置将发电电流或发电电流的像转化为机械カ，例如作用在制动踏板上的机械力，其控制液压制动子系统中的液压，或者作用在主缸中的活塞上、或作用在液压压カ限制器上。然后，本发明的主题主要是ー种用于汽车的制动系统，其包括电磁制动子系统和电动或液压制动子系统，所述电磁制动子系统包括转换器，其将车辆的动能转化为电能，所述转换器输出所谓的发电电流，还包括存储或消耗电磁制动子系统产生的电能的装置，其特征在干，所述制动系统还包括根据电磁制动子系统的制动功率来限制电动或液压制动子系统的制动功率的电动致动限制装置，电动致动限制装置由发电电流或发电电流的像信号控制。在一个实施例中，通过由驾驶者在其上施加制动カ的制动踏板来致动电动或液压制动子系统，所述限制装置在制动踏板上施加与驾驶者在制动踏板上施加的制动カ相反的力。在另ー实施例中，液压制动子系统包括主缸，所述主缸包括至少ー个活塞，所述限制装置在所述活塞上沿与活塞的位移相反的方向施加相反的力，所述活塞的位移沿着所述主缸中的压カ增加的方向。主缸例如可为串列主缸，并且相反的力施加在次级活塞上。有利地，液压制动子系统包括并联回路。所述限制装置可包括由螺线管以及位于螺线管中的可移动元件形成的致动器，螺线管由发电电流或所述发电电流的像供电，所述可移动元件能够施加相反的力，或者致动器为压电型、或者致动器为耦合至螺旋传动装置的电动机类型。在另ー实施例中，液压制动子系统包括液压压カ源，限制装置包括压カ限制器装置，压カ限制器装置被插入液压压カ源与制动器之间并且能够中断所述压カ源与制动器之间的流体连通，限制器装置的切断压カ通过致动器固定，该致动器由发电电流或发电电流的像控制。压カ限制装置例如包括主体，限定两个腔室的活塞在主体中以不渗漏的方式滑动，其中一个腔室被连接至所述压カ源，而另ー个腔室被连接至制动器，活塞包括活塞中的通道以及阀，阀的开启由活塞的位置控制，活塞的位置由所述两个腔室之间的压カ差控制， 阀的闭合引起制动器中的压カ限制，活塞的位置由致动器控制。致动器可为螺线管和位于所述螺线管中的可移动元件，螺线管由发电电流或所述发电电流的像供电，可移动元件的位置限定切断压力，或者致动器可为压电型、或致动器为被耦合至螺旋传动装置的电动机型。例如，压カ限制装置被直接连接至电动机器的终端。有利地，根据本发明的制动系统包括位于电动机器的输出端处的环形电流变压器或LEM传感器，压カ限制装置与其连接。在以下情况下，其中电动制动子系统包括位于车轮处的至少ー个电动制动装置以致动制动器，以及其中所述限制装置可施加与由电动制动装置所施加的力相反的力，或限制装置可包括线圈，发电电流或发电电流的像在所述线圈中循环，产生与制动装置产生的场相反的磁场，或者其可包括电路，电路能够从电动制动装置的控制电流减去发电电流或发电电流的像。根据本发明的用于汽车的制动系统有利地包括位于限制装置电源电路中的开关， 当驾驶者未发出制动的命令时该开关切断，而当驾驶者发出制动的命令时该开关闭合。
在阅读以下说明以及附图之后，将更明白本发明，附图中图IA至图IC示出根据本发明的制动系统的第一实施例的示意图，其中正在对制动踏板进行调节，图ID示出图IB中的系统的变型实施例，图2示出根据本发明的制动系统的第二实施例的示图，其中正在对主缸进行调节，图3示出根据本发明的制动系统的第三实施例细节的示图，其中通过压カ限制器获得调节，图4示出根据本发明的制动系统的第一实施例的变型的示图。
具体实施例方式图1示出根据本发明的用于汽车的第一制动系统。在图IA中，仅示出汽车的一个车轮2，但应明确理解能够将根据本发明的制动系统应用于多于ー个的车轮，有利地应用于汽车上的两个或四个车轮。根据本发明的制动系统包括控制装置，在该实例中示出了控制装置由驾驶者移动的制动踏板4形成，并且控制装置转变(translate)驾驶者所要求的制动角度、再生或电磁制动子系统R和液压制动子系统H，其中所述子系统由制动踏板4致动。在示出的实例中，液压制动子系统H包括串列主缸MCT，串列主缸由制动踏板4通过控制杆和制动器6的动カ辅助伺服电机致动，串列主缸MCT被液压地连接至车轮2处的制动器8。例如，制动器可为盘式制动器。电磁制动子系统R包括电动机器10，其能够将来自车轮2的动能(特别是来自于自身以转动的方式固定于车轮的盘式制动器的动能)转换为电能。有利地将该电能存储在电池中。也能够通过电阻消耗该电能，或者直接通过电辅助系统使用该电能。有利地，在驾驶阶段，电动机器10形成电动机，并且代替内燃机驱动ー个或更多个驱动轮。可在每个车轮上提供电动机器10。当进行电磁制动吋，电动机器10发电电流，电流的值与由电磁力施加的制动扭矩的值关联，该电流离开电动机器的线圈朝着电池11前进(如图所示)，和/或朝着超级电容和/或ー个或更多个消耗电阻前迸。图中还示出了电池11的充电电路13。当施加制动时，电动机器10起电源的作用，其中电压取决于转速(反电动势)，并且电流与制动扭矩相关。在电磁制动阶段期间，离开电动机器10的电流将被称为“发电电流(生成的电流)”。在本发明的第一实施例中，制动系统包括限制液压压カ的装置12，其将在制动踏板12上施加相反的力。这些装置12施加反作用，该反作用附加于液压制动回路本身产生的反作用。这些限制装置12可由电磁致动器形成。在所示实例中，装置12包括螺线管16，螺线管中放置有可移动元件14，当电流在螺线管16中循环吋，能够移动该可移动元件14。可移动元件14被固定于制动踏板2的运动，并且能够向踏板施加相反的力，该カ与驾驶者的脚施加的力相反。螺线管16被直接与电动机器10和电池11串联连接，因此发电电流直接穿过螺线管16。由螺线管16提供的力基于可变磁阻的原理；当在螺线管内部出现场时，位于内部的可移动元件趋向于移动，以使对形成的磁场的阻抗(磁阻)最小化。对于可移动元件的给定位置，合力与产生的磁场成比例，并且因此与穿过螺线管的电流成比例。由于穿过螺线管的电流直接为从电动机器输出的电流的像，并且因此为电磁制动扭矩，所以由可移动元件在踏板上施加的力取决于电磁制动子系统的制动功率。由可移动元件施加的力与驾驶者在制动踏板2上施加的力相反，这因此而限制了液压制动器中的制动流体压力，该限制取决于电磁制动子系统的制动功率。因此，以简单方式通过最小数量的附加部件直接基于由电磁子系统输出的制动功率而获得电磁子系统与液压子系统之间的制动功率分配。该示例性实施例具有这样的优点，即其限制由发电电流形成的信号的转换数。螺线管将其转换为磁场，并且然后将其转换为制动踏板上的反作用力。因此，降低了故障的风险。图IB示出另ー示例性实施例，其包括与电动机器10串联的发电电流变压器18，螺线管16由从变压器18输出的电流供电。优选示出的环形(toroidal)电流变压器用于AC 电动机器，而霍尔效应传感器将优选用于DC电动机器。从环形电流变压器18输出的电流为与从电动机器10输出的发电电流成比例的物理信号。该示例性实施例具有这样的优点，即只要限制装置12接近制动踏板，其就促进信号的传输。可由比发电电流所需电线更小的电线传送从变压器输出的像信号(即低强度电流)。
如图2C所示，也可能与电动机器串联地安装ー齐纳ニ极管20，限制装置12被连接至齐纳ニ极管20的终端。应理解，液压压カ限制装置12可与描述的那些装置不同。能够使用任何这样的电动致动器，只要其能够在制动踏板上施加相反的力、并且更通常在液压制动系统的任何元件上施加相反的力从而限制制动器中的液压压カ即可。例如，可以为电压控制压电控制器。 在图2C中的系统的情况下，或者在具有霍尔效应传感器的DC机器的情况下，该类型的致动器尤其适合。致动器也可由与齿轮和蜗杆螺旋型螺旋传动装置相关联的电动机形成，其中蜗杆螺旋被机械耦合至制动踏板2或齿条传动装置，或者耦合至任何能够将转动运动转化为踏板上的相反的力的传动装置。图ID示出图IB中的系统的变型实施例，其中当给出加速命令吋，使耦合无效。根据本发明，不管电动机器是否施加制动扭矩或牵弓I扭矩，耦合持久有效。在电动机器施加牵引扭矩的情况下，耦合不起作用。在牵引的情况下，制动カ的限制不是问题，因为在正常运行模式下，永远没有同时进行加速和制动的需要。主缸不向制动器中提供任何加压制动流体。然而，应设想这样的操作模式(例如，如果驾驶者犯错误)，其中，在车辆驾驶者要求高功率制动的同吋，电动机器输出牵引扭矩，在该情况下，将限制制动。通过使用螺线管电源电路(更通常地通过反作用致动电路)中的开关21解决该情況，当未踩下制动踏板吋，该开关切断，而当踩下制动踏板吋，该开关接通。例如，该开关被耦合至制动灯接触器。应理解，例如通过手移动的控制杆控制的制动系统也在本发明的范围之内。在该情况下，也可应用限制装置12。ー种可能的实施例变型如下，其可在电动机器为具有缠绕转子的同步电动机的情况中应用。在图4中示意性地示出了该变型。在该情况下，由电动机输出的制动扭矩与根据以下公式的感应和激励电流的乘积成比例 螺线管的合力与螺线管的电源电流以及绕其芯部的绕组产生的通量成比例。通量自身与穿过绕组的电流成比例，公式如下 使用这两个公式来确定驱动扭矩与由螺线管施加的力之间的比例关系。因而，在液压制动与电磁制动之间获得物理耦合，以便通过电磁制动扭矩减小液压制动扭矩。
在图4所示的实例中，螺线管芯部的绕组直接由电动机激励电流供电。LEM类型的电磁电流传感器能够与模拟放大器一起使用，从而恢复该电流的像，并且限制激励电路上的消耗。在该变型中，螺线管16由变压器18通过整流器19输出的电流供电。电池13的充电电路13包括三相转换器。在电池终端提供激励限制器17，从而向电动机器供电。图2示出根据本发明的制动系统的另ー实施例，其中包括限制液压压カ的装置 112，用于直接作用在串列主缸的其中一个活塞上。在示出的实例中，将串列主缸MCT分为由初级活塞沈和次级活塞28限定的两个初次和次级工作腔室22、24。初级活塞由制动踏板直接移动或通过动カ辅助装置移动，而次级活塞通过初级活塞的位移而发生位移，更准确地次级活塞通过主腔室22中和放置在两个活塞之间的弹簧产生的压カ而位移。每个工作腔室22J4都被液压地连接至两个制动器。在并联回路的情况下，ー个腔室供给两个前轮，而另ー腔室供给两个后轮。在X回路的情况下，ー个腔室供给左前轮和右后轮，而另ー腔室供给右前轮和左后轮。在示出的实例中，液压反作用限制装置(例如螺线管)作用在次级活塞观上，井且在次级活塞上施加相反的力，趋向于限制次级腔室中的压力，并且因此限制其供给的制动器中的压力。如图IA至图ID中的实施例ー样控制限制装置12，或者通过发电电流直接控制，或者由发电电流的像(例如由上述变压器获得的电流的像)控制。该实施例具有这样的优点，正如使用制动踏板时的情況，其仅在两个车轮上而非四个车轮上分配制动功率。我们将使用本发明的第二实施例和并联装配的实例，以便示出制动压カ能够独立于初级回路中的压カ而被调整以用于连接至次级液压回路的轴上的车轮。这是通过假设初级回路连接至后车轴而次级回路被连接至前车轮制动器来实现的。仅前车轮装配有电磁制动器，并且后车轴仅具有液压制动器。通常，能够如下表达制动盘片上的液压制动扭矩Cfh Cfh = r · FF = f · Ph · S (I)Cfh = α · Ph其中r为制动器垫在制动器盘片上施加力F的距离；Ph为由液压系统提供的压カ；S为在施加有压カPh以强迫制动器垫接触盘片的表面积；f为盘片与制动器垫之间的接触摩擦系数；F为将垫迫使于盘片上所使用的力。力F直接与摩擦系数和由活塞施加的力成比例。因此，基于关系式(I)，通过以下公式表达由初级回路施加的液压制动扭矩Cfh ρ = r · f · Pp · S通常，施加至初级活塞的力的平衡为Pp - SPiston+k - Axp = FEod (II)其中k为初级腔室中的回位弹簧刚度；Spiston为初级活塞的工作横截面；Δ Xp为与初级活塞相关联的弹簧的压縮，以及FEod为操作者通过制动踏板施加的力。如果在次级活塞上与次级活塞的位移相反地施加力以便增加次级腔室M的压力，则施加在初级活塞沈上的力平衡保持不变。能够推导出初级活塞上的压力如下
权利要求
1.用于汽车的制动系统，包括电磁制动子系统(R)和电动或液压子系统(H)，所述电磁子系统(R)包括转换器(10)以将车辆的动能转化为电能，所述转换器(10)输出所谓的发电电流，还包括存储或消耗由所述电磁制动子系统(R)再生的电能的装置(11)，其特征在干，所述制动系统还包括根据所述电磁制动子系统(R)的制动功率来限制所述电动或液压制动子系统(H)的制动功率的电动致动限制装置(12、112、212)，所述电动致动限制装置 (12、112、212)由所述发电电流或所述发电电流的像信号控制。
2.根据权利要求1所述的用于汽车的制动系统，其中，通过制动踏板(4)致动所述电动或液压制动子系统(H)，驾驶者在所述制动踏板(4)上施加制动力，所述限制装置(1 在所述制动踏板(4)上施加与由所述驾驶者在所述制动踏板(4)上施加的制动カ相反的力。
3.根据权利要求2所述的用于汽车的制动系统，其中，所述液压制动子系统(H)包括主缸(MCT)，所述主缸(MCT)包括至少ー个活塞，所述限制装置(11 在所述活塞上沿与活塞的位移相反的方向施加相反的力，所述活塞的位移沿着所述主缸(MCT)中的压カ增加的方向。
4.根据权利要求3所述的用于汽车的制动系统，其中，所述主缸(MCT)为串列主缸，并且所述相反的力施加在第二活塞04)上。
5.根据权利要求3或4所述的用于汽车的制动系统，其中，所述液压制动子系统(H)包括并联的回路。
6.根据权利要求1或2所述的用于汽车的制动系统，其中，所述限制装置包括由螺线管以及位于所述螺线管中的可移动元件形成的致动器，所述螺线管由所述发电电流或所述发电电流的像供电，所述可移动元件能够施加相反的力。
7.根据权利要求6所述的用于汽车的制动系统，其中，所述致动器为压电型。
8.根据权利要求6所述的用于汽车的制动系统，其中，所述致动器为被耦合至螺旋传动装置的电动机型。
9.根据权利要求1所述的用于汽车的制动系统，其中，所述液压制动子系统(H)包括液压压カ源，所述限制装置(21 包括压カ限制器装置，所述压カ限制器装置被插入于所述液压压カ源与所述制动器之间并且能够中断所述压カ源与所述制动器之间的流体连通，所述限制器装置的切断压カ通过致动器固定，所述致动器由所述发电电流或所述发电电流的像控制。
10.根据前ー权利要求所述的用于汽车的制动系统，其中，所述压カ限制器装置(212) 包括主体(30)，限定两个腔室的活塞(34)在所述主体中以不渗漏的方式滑动，其中ー个腔室被连接至所述压カ源，而另ー个腔室被连接至所述制动器，所述活塞(34)包括所述活塞中的通道以及阀(38)，所述阀(38)的开启由所述活塞(34)的位置控制，所述活塞(34)的位置由所述两个腔室之间的压カ差控制，所述阀(38)的闭合引起所述制动器中的压カ限制，所述活塞的位置由致动器(36)控制。
11.根据权利要求9或10所述的用于汽车的制动系统，其中，所述致动器(36)为螺线管和位于所述螺线管中的可移动元件，所述螺线管由所述发电电流或所述发电电流的像供电，所述可移动元件的位置限定所述切断压力，或者所述致动器为压电型的，或者所述致动器为被耦合至螺旋传动装置的电动机型的。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的用于汽车的制动系统，其中，所述压カ限制装置(12、112、21幻被直接连接至电动机器的终端。
13.根据权利要求1至11中的一项所述的用于汽车的制动系统，包括位于所述电动机器的输出端处的环形电流变压器(18)，或者包括与所述压カ限制装置(12、112、21幻连接的霍尔效应传感器。
14.根据权利要求1或2所述的用于汽车的制动系统，其中，所述电动制动子系统包括位于车轮处的至少ー个电动制动装置以致动所述制动器，并且其中所述限制装置施加与所述电动制动装置所施加的力相反的力。
15.根据权利要求1或2所述的用于汽车的制动系统，其中，所述电动制动子系统包括位于车轮处的至少ー个电动制动装置以致动所述制动器，并且其中所述限制装置包括线圏，所述发电电流或所述发电电流的像在所述线圈中循环，产生与由所述制动装置产生的场相反的磁场。
16.根据权利要求1或2所述的用于汽车的制动系统，其中，所述电动制动子系统包括位于每个车轮处的至少ー个电动制动装置以致动所述制动器，并且其中所述限制装置包括电路，所述电路能够从所述电动制动装置的控制电流减去所述发电电流或所述发电电流的像。
17.根据权利要求1至16中的一项所述的用于汽车的制动系统，包括位于所述限制装置(12、112、212)的电源电路中的开关01)，当所述驾驶者未给出制动命令时所述开关 (21)断开，而当所述驾驶者给出制动命令时所述开关01)闭合。
全文摘要
用于汽车的制动系统，其包括电磁制动子系统(R)和电动或液压子系统(H)，所述电磁子系统(R)包括转换器(10)以将车辆的动能转化为电能，所述转换器(10)输出所谓的发电电流，还包括存储或消耗由电磁制动子系统(R)产生的电能的装置(11)，特征在于，所述制动系统还包括根据电磁制动子系统(R)的制动功率来限制电动或液压制动子系统(H)的制动功率的电动致动限制装置(12、112、212)，电动致动限制装置(12、112、212)由发电电流或发电电流的像信号控制。
文档编号B60T7/04GK102596666SQ201080041685
公开日2012年7月18日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年7月27日
发明者达尼埃尔·沙特鲁, 马蒂厄·德布瓦-勒诺丹 申请人:法国原子能及替代能源委员会