一种双电动缸分时自主制动系统及其制动方法与流程

本发明涉及汽车自主制动系统，特别涉及一种双电动缸分时自主制动系统及其制动方法。

背景技术：

汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。传统汽车的液压制动系统都由驾驶人通过踩下制动踏板施加制动压力于各车轮制动器的轮缸，从而实现制动并使车辆减速。高级驾驶辅助系统(adas)和自动驾驶系统(ads)等智能汽车系统要求制动系统能够对车辆实施自主制动，即在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮施加制动。目前可实施自主制动的制动系统大多采用电动助力，并保留了制动踏板等制动操纵装置。而对于无人物流配送车的发展，由于不再需要制动操纵装置，此方式不适用。并且现有的为ads开发的自主制动系统缺乏失效防护功能，安全性能较低。

为了提高制动的可靠性和行车安全性，汽车制动系统一般采用相互独立的双回路结构，以保证一个回路发生故障而失效时另一回路仍能继续起制动作用。因此，专为ads开发的自主制动系统不仅应考虑尽可能沿用传统的车轮制动器，还应考虑采用双回路冗余结构。

现阶段的双回路自主制动系统大多采用每一回路控制一个车轮制动器，当4个车轮之一出现抱死，而另一个车轮没有出现抱死或出现制动力不足时，双回路制动系统只能同时使两个车轮的制动压力降低，造成制动的不安全。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种制动安全系数高且具有失效防护功能的双电动缸分时自主制动系统及其制动方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是，一种双电动缸分时自主制动系统，包括电源和制动控制器，还包括与所述制动控制器电连接的第一电动缸与第二电动缸，所述第一电动缸与设置于汽车上的第一车轮制动器和第二车轮制动器相连接形成第一制动回路，所述第二电动缸与设置于汽车上的第三车轮制动器和第四车轮制动器相连形成第二制动回路；

所述第一电动缸与所述第一车轮制动器以及第二车轮制动器之间的制动管路上分别设置有第一电磁阀与第二电磁阀，所述第二电动缸与所述第三车轮制动器以及第四车轮制动器之间的制动管路上分别设置有第三电磁阀与第四电磁阀，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀均与所述制动控制器电连接。

在一些实施例中，所述第一电动缸与第二电动缸的结构相同，均包括电动刚缸体、滑动设置于所述电动缸缸体内的活塞、驱动所述活塞滑动的电机、以及与所述电动缸缸体连接的储液罐，所述电机与所述制动控制器电连接；

所述活塞与所述电动缸缸体之间形成有第一腔体与第二腔体，所述活塞与所述电动缸缸体之间设置有复位件；

所述电动缸缸体上开设有：连通所述储液罐与第一腔体的补偿孔、连通所述储液罐与第二腔体的供液孔以及连通所述第一腔体与相应的车轮制动器组的排液孔；

所述活塞上设置有皮碗，所述复位件处于预压状态下时，所述皮碗位于所述补偿孔和供液孔之间。

在一些实施例中，所述第一电动缸与第二电动缸内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机驱动的滚丝螺母以及与所述活塞联接的丝杆。在一些实施例中，所述双回路电液自主制动系统还包括与所述电动缸缸体连接的壳体，所述滚珠丝杆副设置于所述壳体内；

所述壳体的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆穿过的通孔；所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母的一端通过轴承固定在所述轴肩上；所述壳体靠近所述第一活塞的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体的开口密封配合并固定连接。

在一些实施例中，所述第一电动缸与第二电动缸的电动缸缸体上还固定设置有导向销，所述丝杆上开设有与所述导向销配合的导向槽，所述复位件处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞的一端与所述导向销抵接。

在一些实施例中，所述复位件为弹簧，其设置在所述电动缸缸体与所述活塞之间。

在一些实施例中，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀均为常开式电磁阀。

在一些实施例中，所述双回路电液自主控制系统还包括与所述制动控制器电连接的制动灯开关与故障指示灯。

在一些实施例中，所述第一车轮制动器为右前制动器，所述第二车轮制动器为左前制动器，所述第三车轮制动器为右后制动器，所述第四车轮为左后制动器；或所述第一车轮制动器为右前制动器，所述第二车轮制动器为左后制动器，所述第三车轮制动器为左前制动器，所述第四车轮为右后制动器。

本发明还提供了一种双电动缸分时自主制动系统的制动方法，包括以下制动模式：

自主制动模式：当系统无故障且所述制动控制器检测到车辆的其他电控系统有自主制动请求时，所述制动控制器根据自主制动请求的制动减速度的大小计算出所述第一电动缸与第二电动缸的电机的目标转矩，并控制所述电机输出转矩，通过控制各个电磁阀的开启和关闭以及所述电机的正反转，来调节制动管路内的油液压力，实现对车轮制动器内的轮缸制动压力的增压与减压，完成自主制动；

失效防护制动模式：当所述制动控制器检测到其中一个制动回路出现故障时且其他电控系统出现自主制动请求时，所述制动控制器根据制动请求的制动减速度大小计算出未失效的制动回路所需的制动力，并换算成所述电机的目标转矩，然后控制所述电机输出转矩，通过控制电磁阀的开启和关闭以及所述电机的正反转，来调节未失效制动回路的制动管路内的油液压力，实现对车轮制动器内的轮缸制动压力的增压与减压，完成失效防护制动。

本发明的优点为：

1.本发明双电动缸分时制动系统免制动踏板等人力制动操纵装置，结构简单、成本低、布置方便；

2.本发明双电动缸分时自主制动系统由电机驱动电动缸活塞，建压时间短、制动响应快；

3.本发明双电动缸分时自主制动系统因采用两个相互独立且互为冗余的电液自主制动回路，故制动系统的可靠性高、失效防护能力强；

4.本发明双电动缸自主分时制动系统因采用四个相互独立的电磁阀，可通过电磁阀的通断精准控制每个制动器的制动压力与制动时间，故制动系统的可靠性高、失效防护能力强。

附图说明

图1为本发明一种双电动缸自主分时制动系统的原理图；

图2为本发明一种双电动缸自主分时制动系统的第一电动缸与第二电动缸的结构示意图；

图3为本发明一种双电动缸自主分时制动系统的电磁阀开启与断电时间分配图。

图中，1a—第一电动缸；1b—第二电动缸；2—制动控制器；3—电源；4—第一车轮制动器；5—第二车轮制动器；6—第三车轮制动器；7—第四车轮制动器；8—第一电磁阀；9—第二电磁阀；10—第三电磁阀；11—第四电磁阀；12—制动灯开关；13—故障指示灯；101—电机；102—联轴器；103—滚丝螺母；104—轴承；105—挡圈；106—钢球；107—丝杆；108—壳体；109—o型圈；110—导向销；111—密封圈；112—活塞；113—皮碗；114—螺栓；115—储液罐；116—复位件；117—电动缸缸体；a—第二腔体；b—供液孔；c—补偿孔；d—第一腔体；e—排液孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参照图1图2，一种双电动缸分时自主制动系统，包括电源3和制动控制器2，还包括与所述制动控制器2电连接的第一电动缸1a与第二电动缸1b，所述第一电动缸1a与设置于汽车上的第一车轮制动器4和第二车轮制动器5相连接形成第一制动回路，所述第二电动缸2b与设置于汽车上的第三车轮制动器6和第四车轮制动器7相连形成第二制动回路；

所述第一电动缸1a与所述第一车轮制动器4以及第二车轮制动器5之间的制动管路上分别设置有第一电磁阀8与第二电磁阀9，所述第二电动缸1b与所述第三车轮制动器6以及第四车轮制动器7之间的制动管路上分别设置有第三电磁阀10与第四电磁阀11，所述第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10以及第四电磁阀11均与所述制动控制器2电连接。参照图1所示，通过对第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10以及第四电磁阀11的开启和关闭，可以实现对相应电动缸与其连接管道的连通与关闭。

所述第一电动缸1a与第二电动缸1b的结构相同，均包括电动缸缸体117、滑动设置于所述电动缸缸体117内的活塞112、驱动所述活塞112滑动的电机101、以及与所述电动缸缸体117连接的储液罐115，所述电机101与所述制动控制器3电连接。

参照图1与图3，本发明的工作原理是：电机101的正反转可以输出一个压力波动，使得制动管路内的油液压力会出现相对的高压与低压，即电机101正转时，制动管路内形成高压油液，而电机101反转时，制动管路内形成低压油液。

若某个车轮制动器的轮缸制动压力需要增强时，则可以在短时间t2内通过制动控制器2使相应的电磁阀断电则电磁阀油路开通，此时制动管路里为高压制动液，可经过电磁阀直至相应的车轮制动器，增强车轮制动器内的制动压力；其它时间电磁阀通电则电磁阀油路关闭，此时制动管路里为低压制动液，无法通过电磁阀传递至制动器，制动器内的压力短时间内保持不变，周期循环多次可实现逐步增强车轮制动器的轮缸制动压力。

反之，若某个轮缸制动压力需要减小时，则可以在短时间t1内通过制动控制器2使相应的电磁阀断电则电磁阀油路开通，此时主制动管路里为低压制动液，可经过电磁阀直至制动器，降低制动器内的制动压力；其它时间电磁阀通电则电磁阀油路关闭，此时制动管路里为高压制动液，无法通过电磁阀传递至制动器，制动器内的压力短时间内保持不变，周期循环多次可实现逐步降低轮缸制动压力。

在本实施例中，所述活塞112与所述电动缸缸体117之间形成有第一腔体d与第二腔体a，所述活塞112与所述电动缸缸体117之间设置有复位件116；所述电动缸缸体117上开设有：连通所述储液罐115与第一腔体d的补偿孔c、连通所述储液罐115与第二腔体a的供液孔b以及连通所述第一腔体d与相应的所述车轮制动器组的排液孔e；

所述活塞112上设置有皮碗113，所述复位件116处于预压状态下时，所述皮碗113位于所述补偿孔和供液孔之间。皮碗113随着活塞112的移动，可以实现对补偿孔c的开启和关闭。这里的预压状态是指，在复位件116不受到力的作用时，根据其所在位置处于的一种初始状态。所述电动缸缸体117上还开设有排液孔e，所述排液孔e通过连接管道连接至汽车车轮制动器。

所述第一电动缸1a与第二电动缸1b内还设置有滚珠丝杆副，所述滚珠丝杆副包括由所述电机101驱动的滚丝螺母103、与所述活塞112联接的丝杆107以及钢球106。具体的，电机101与滚丝螺母103通过联轴器102联接。所述双回路电液自主制动系统还包括与所述电动缸缸体117连接的壳体108，电动缸缸体117与壳体108采用螺栓联接，紧固后密封圈111被压紧在接合面处起密封作用。滚珠丝杆副由一对轴承104支承在壳体108内。通过电机101带动滚丝螺母103的转动，使得丝杆107推动活塞112。

具体的，所述壳体108的内部为圆柱形中空结构，其内部包括相连通且直径依次增大的第一圆柱形空腔、第二圆柱形空腔以及第三圆柱形空腔，所述第一圆柱形空腔与第二圆柱形空腔之间设置有隔断面，所述隔断面上开设有供所述丝杆107穿过的通孔；通孔上设置有o型圈109。所述第二圆柱形空腔与所述第三圆柱形空腔之间形成轴肩，所述滚丝螺母103可转动地设置于所述第三圆柱内，且所述滚丝螺母103的一端通过一对轴承104固定在所述轴肩上；挡圈105用于轴承104轴向定位并限制滚丝螺母103的轴向移动。所述壳体108靠近所述活塞112的一端沿轴向向外延伸形成凸台，所述凸台与所述电动缸缸体117的开口密封配合并固定连接。

另外，所述第一电动缸1a与第二电动缸1b的电动缸缸体117上还固定设置有导向销110，所述丝杆107上开设有与所述导向销110配合的导向槽，所述复位件116处于预压状态时，所述导向槽靠近所述活塞112的一端与所述导向销110抵接。这里的预压状态与上文中的预压状态的意思相同。导向销110一端插入丝杆107的导向槽内，使得丝杆107只能沿轴向平动而不能绕轴向转动；通过螺栓114与丝杆107固定联接的活塞112位于电动缸缸体117内，在复位件116预压力作用下丝杆107导向槽靠近活塞112一端压靠在导向销110上，该限位使得皮碗113轴向位于补偿孔c和供液孔b之间。

在本实施例中，所述第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10以及第四电磁阀11均为常开式电磁阀。电磁阀断电时，则电磁阀油路开通。

在本实施例中，所述复位件116为弹簧，其一端与所述电动缸缸体117连接，另一端与所述活塞112连接。

所述制动控制器3还连接至汽车的其他电控系统。其他电控系统为如adas或ads等能发出自主制动请求的电控系统。

所述双回路电液自主控制系统还包括与所述制动控制器3电连接的制动灯开关8与故障指示灯9。制动灯开关8用于点亮汽车的制动灯，若制动控制器2检测到系统出现的制动回路故障时，通过点亮故障指示灯9发出报警。

第一电动缸1a与第二电动缸1b与汽车车轮制动器的连接方式可以有多种，在本实施例中，第一电动缸1a连接至汽车的前轮制动器，即右前制动器与左前制动器；第二电动缸1b连接至汽车的后轮制动器，即右后制动器与左后制动器。这中连接方式为h型回路连接。而另一种x型回路连接也可以实现本发明的功能，即第一电动缸1a与第二电动缸1b分别连接一个前轮制动器与后轮制动器，例如，第一电动缸1a连接至右前制动器与左后制动器，第二电动缸1b连接至右后制动器与左前制动器。

下面对自主制动和失效防护制动的具体制动控制方法和工作过程进行说明。

自主制动模式下的制动控制方法和工作过程

当系统无故障时工作于自主制动模式。

若制动控制器3检测到车辆的adas或ads等其它电控系统有自主制动请求时，首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给各车轮；进一步地，计算各车轮的目标制动力以及第一电动缸1a和第二电动缸1b的电机101的目标转矩，然后分别向该两个电机发出转矩命令，让电机101快速的正反转输出一个压力波动，电机正转时驱动滚珠丝杆副推动活塞112运动；当随活塞112一同运动的皮碗113将补偿孔c完全覆盖住之后第一腔体d建立起压力，该压力经排液孔e传递至制动管路，从而使制动管路压力增加。电机反转时驱动滚珠丝杆副反转，伴随回位弹簧116作用下，丝杆107平移拉动活塞112一起向右移动，制动管路和排液孔e与第一腔体d连通、第一腔体d与储液罐115经补偿孔c连通，从而使制动管路压力降低。这样在短时间内的电机快速正反转，就可以在制动管路产生一个压力波动。

若某个车轮制动器的轮缸制动压力需要增强时，则可以在短时间t2内通过制动控制器2使相应的电磁阀断电则电磁阀油路开通，此时制动管路里为高压制动液，可经过电磁阀直至相应的车轮制动器，增强车轮制动器内的制动压力；其它时间电磁阀通电则电磁阀油路关闭，此时制动管路里为低压制动液，无法通过电磁阀传递至制动器，制动器内的压力短时间内保持不变，周期循环多次可实现逐步增强车轮制动器的轮缸制动压力，实现自主制动。

反之，若某个轮缸制动压力需要减小时，则可以在短时间t1内通过制动控制器2使相应的电磁阀断电则电磁阀油路开通，此时主制动管路里为低压制动液，可经过电磁阀直至制动器，降低制动器内的制动压力；其它时间电磁阀通电则电磁阀油路关闭，此时制动管路里为高压制动液，无法通过电磁阀传递至制动器，制动器内的压力短时间内保持不变，周期循环多次可实现逐步降低轮缸制动压力，实现自主制动。

当其它电控系统请求终止制动时，制动控制器2令第一电动缸1a和第二电动缸1b的电机101停止工作，丝杆107停止施加轴向力于活塞112；活塞112和丝杆107在回位弹簧116作用下回到初始位置，滚珠螺母103、联轴器102以及电机101的转子在丝杆107驱动下旋转并且也回到初始位置；各制动器的轮缸经制动管路和排液孔e与第一腔体d连通、第一腔体d与储液罐115经补偿孔c连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。

失效防护制动模式下的制动控制方法和工作过程

当一个制动回路出现故障时，系统工作于失效防护制动模式。

若制动控制器2检测到系统出现一个制动回路失效时，通过点亮故障指示灯13发出报警。一个制动回路失效的故障模式下，若接收到来自其它电控系统的制动请求，则首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力并分配给未失效制动回路的各车轮，然后控制未失效制动回路的电机输出转矩，输出一个压力波动，通过控制相应的电磁阀通断，输出至制动器一定的压力，从而实现失效防护制动。在确定失效防护制动模式下各车轮的目标制动力时，不应超出相应电机的最大转矩，或根据具体的实施例并参照相关法规要求确定。

失效防护制动模式下的制动解除与自主制动模式相同。

本发明的优点为：

1.本发明双电动缸分时制动系统免制动踏板等人力制动操纵装置，结构简单、成本低、布置方便；

2.本发明双电动缸分时自主制动系统由电机驱动电动缸活塞，建压时间短、制动响应快；

3.本发明双电动缸分时自主制动系统因采用两个相互独立且互为冗余的电液自主制动回路，故制动系统的可靠性高、失效防护能力强。

4.本发明双电动缸自主分时制动系统因采用四个相互独立的电磁阀，可通过电磁阀的通断精准控制每个制动器的制动压力与制动时间，故制动系统的可靠性高、失效防护能力强。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。