制动系统和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及车辆技术领域，尤其涉及一种制动系统和车辆。


背景技术：

2.电动车(例如电动自行车、电动滑板车、电动平衡车、电动三轮车、电动四轮车等)和自行车因其环保、便利、价格低的特性，被广大用户所使用。现有的电动车和自行车，刹车通常采用机械结构，利用摩擦的原理对轮胎进行制动。但是，利用摩擦的原理对轮胎进行制动，存在拉抻与磨损问题，导致刹车性能逐渐减弱，容易引发交通事故。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种制动系统和车辆，可以提升车辆的刹车性能，提高用户骑行的安全性。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种制动系统，所述系统包括：
5.刹把，被配置为转动安装在车把上；
6.检测部件，被配置为输出与所述刹把转动角度相对应的检测信号；以及
7.控制部件，被配置为根据所述检测信号生成控制信号，所述控制信号用于控制电机输出反向驱动力。
8.在一些实施例中，所述检测部件为压力传感器或霍尔传感器。
9.在一些实施例中，所述控制部件包括：
10.第一控制电路，被配置为以预定的采样周期采样检测信号；
11.模数转换电路，被配置为将采样的检测信号转换为对应的数字信号；以及
12.第二控制电路，被配置为根据所述数字信号生成所述控制信号。
13.在一些实施例中，所述第二控制电路被配置为比较所述检测信号与预定阈值，响应于所述检测信号小于预定阈值，不生成所述控制信号，以使得所述电机的运行状态保持不变。
14.在一些实施例中，所述第二控制电路还被配置为响应于所述检测信号大于或等于预定阈值，生成第一控制信号以控制所述电机停止动力输出，并根据所述检测信号生成第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述电机输出与所述检测信号对应的反向驱动力。
15.在一些实施例中，所述第二控制电路被配置为确定与所述检测信号对应的负电流参数，并根据所述负电流参数生成所述第二控制信号。
16.在一些实施例中，所述第二控制电路还被配置为确定所述负电流参数的有效性，响应于所述负电流参数有效，根据所述负电流参数生成所述第二控制信号，响应于所述负电流参数无效，根据上一周期的参数生成所述第二控制信号。
17.第二方面，本实用新型实施例提供了一种车辆，所述车辆包括：
18.车轮；
19.电机，用于控制所述车轮的转动；以及
20.如第一方面所述的制动系统。
21.本实用新型实施例的技术方案通过检测部件输出与刹把转动角度相对应的检测信号，控制部件根据检测信号生成控制信号以控制电机执行制动操作。由此，可以提升车辆的刹车性能，提高用户骑行的安全性。
附图说明
22.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
23.图1是本实用新型实施例的车辆的示意图；
24.图2是本实用新型实施例的刹把的示意图；
25.图3是本实用新型实施例的制动系统的示意图；
26.图4是本实用新型一个实施例的转动角度与检测信号的关系曲线图；
27.图5是本实用新型另一个实施例的转动角度与检测信号的关系曲线图；
28.图6是本实用新型实施例的刹车过程中检测信号的变化曲线图；
29.图7是本实用新型实施例的第二控制电路生成控制信号的流程图；
30.图8是本实用新型实施例的第二控制电路的引脚示意图；
31.图9是本实用新型实施例的第二控制电路的引脚描述的示意图；
32.图10是本实用新型实施例的驱动电路的示意图。
具体实施方式
33.以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
34.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
35.同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
36.除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
37.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
38.图1是本实用新型实施例的车辆的示意图。如图1所示，本实用新型实施例的车辆包括车架1、车轮2、电机3和制动系统。应理解，图1中以控制后轮为例进行说明，但本实用新
型实施例对此不作限制，本实用新型实施例的技术方案也可以用于控制前轮或者同时控制前轮和后轮。
39.在一些实施例中，电机3用于控制车轮转动。
40.在一些实施例中，车辆还包括电池4，用于为所述电机以及其它部件供电。
41.在一些实施例中，车辆还包括转把，当转把被转动时，可以输出对应的驱动信号，该驱动信号用于控制电机驱动车辆行驶。
42.图2是本实用新型实施例的刹把的示意图。如图2所示，刹把51与刹车座11可转动的连接，刹车座11与车把12固定连接，由此，刹把51可以在外力的控制下在位置s1和位置s2之间移动。具体地，刹把51与刹车座11之间设置有复位件(图中未示出)，当刹把51不受外力时，通过复位件使得刹把51复位，即处于位置s1，当受力按压时，可以移动至位置s2。由此，可以使得刹把51可以在位置s1和位置s2之间移动。
43.图3是本实用新型实施例的制动系统的示意图。结合图1-3，本实用新型实施例的制动系统包括刹把51、检测部件52和控制部件。其中，控制部件包括第一控制电路53、模数转换电路54和第二控制电路55。其中，检测部件52被配置为输出与所述刹把51的转动角度对应的检测信号。第一控制电路53被配置为以预定的采样周期采样检测信号。模数转换电路54被配置为将所述检测信号转换为对应的数字信号。第二控制电路55被配置为根据所述检测信号生成控制信号，所述控制信号用于控制电机3。其中，刹把51包括右刹把51a和左刹把51b，本实用新型实施例的技术方案可以基于其中的任意一个刹把或多个刹把进行控制。
44.在本实施例中，检测部件52用于根据刹把51的转动角度输出对应的检测信号。具体地，当刹把51在位置s1和位置s2之间移动时，检测部件52在刹把处于不同位置时输出对应的检测信号u。
45.在一些实施例中，所述检测部件52可以通过压力传感器或霍尔传感器实现。其中，当检测部件52为压力传感器时，可以将压力传感器设置在所述刹把的预定位置，使得当用户转动刹把时，刹把的转动能够对压力传感器施加对应的力，进而使得压力传感器输出对应的检测信号。当检测部件52为霍尔传感器时，可以在刹把51上设置磁性元件，当刹把51转动时，带动磁性元件的位置发生变化，使得霍尔元件所处位置的磁场发生变化，进而输出对应的检测信号u。
46.在本实施例中，转动角度为当前刹把的位置与刹把初始位置的夹角。其中，刹把的初始位置为上述位置s1。
47.图4是本实用新型一个实施例的转动角度与检测信号的关系曲线图。如图4所示，横坐标表示转动角度a，纵坐标表示检测信号u。其中，a
max
表示最大转动角度，即，图2中刹把分别处于位置s1和位置s2时的夹角。u1表示刹把未被按压(处于位置s1)时，检测部件的输出信号；u2表示刹把被按压最大角度(处于位置s2)时，检测部件的输出信号。应理解，图4中以转动角度a与检测信号u为正比例的线性关系为例进行说明，但本实用新型实施例对此不作限制，也可以是其它关系，例如成反比例的线性关系，具体可如图5所示。
48.在图5中，横坐标表示转动角度a，纵坐标表示检测信号u。其中，a
max
表示最大转动角度，即图2中刹把分别处于位置s1和位置s2时的夹角。u2表示刹把未被按压(处于位置s1)时，检测部件的输出信号；u1表示刹把被按压最大角度(处于位置s2)时，检测部件的输出信号。
49.应理解，图4和图5中均以转动角度a与检测信号u为线性关系为例进行说明，但本实用新型实施例对此不作限制，也可以是其它类型的曲线关系。
50.进一步地，以图4中转动角度a与检测信号u为正比例的线性关系为例进行说明，图6示出了在刹把按压过程中的检测信号的变化。具体地，结合图2，在图6所示的实施例中，在t0-t1时间段，刹把未被按压，处于位置s1处，此时，检测信号为u1。在t1时刻，刹把被按压，检测信号开始逐渐增大。在t2时刻，刹把被按压至位置s2，检测信号增大到最大值u2。在t2-t3时间段，刹把处于位置s2，检测信号为u2。在t3时刻，刹把被松开，检测信号开始减小，在t4时刻，检测信号减小值最小值u1。由此，在不同的过程，检测部件可以输出对应的检测信号。
51.应理解，图6中，在t1-t2时间段以及t3-t4时间段，均视为刹把在匀速转动。
52.进一步地，第一控制电路53被配置为以预定的采样周期采样检测信号。
53.进一步地，采样周期为可以根据实际需求设置，例如1毫秒或10毫秒等。
54.进一步地，模数转换电路54将检测信号u转化为对应的数字信号d。本实用新型实施例的模数转换电路54可以基于现有的各种模数转换电路实现，本实用新型实施例对此不作限制。
55.在本实施例中，第二控制电路55被配置为根据所述检测信号生成控制信号，所述控制信号用于控制电机。
56.进一步地，第二控制电路55被配置为根据所述检测信号对应的数字信号生成控制信号，所述控制信号用于控制电机。
57.具体地，第二控制电路55控制电机的流程如图7所示，包括如下步骤：
58.步骤s710、获取数字信号。
59.如上所述，检测部件52输出与刹把的转动角度对应的检测信号u，第一控制电路53以预定的周期采样检测信号，模数转换电路54将检测信号u转换为对应的数字信号d，并输出至第二控制电路55。
60.在一些实施例中，第二控制电路55和模数转换电路54之间可以通过can(controller area network，控制器局域网络)、lin(local interconnect network，局域互联网络)、rs-485、uart(universal asynchronous receiver/transmitter，通用异步收发器)等总线接口通信。其中，can是iso国际标准化组织的串行通信协议。lin(总线是基于uart/sci(通用异步收发器/串行接口)的低成本串行通讯协议，主要用于传感器和控制器的串行通信。rs-485总线标准是工业中(考勤，监控，数据采集系统)使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接。uart是一种通用串行数据总线，用于异步通信，该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。
61.步骤s720、比较数字信号与预定阈值。
62.在本实施例中，在车辆行驶过程中由于路边不平导致车辆抖动，或者，受外界其它因素的影响，都会导致检测信号出现一定波动。因此，本实用新型实施例预先设置预定阈值，通过第二控制电路55比较数字信号与预定阈值，以避免由于其它因素导致错误制动的情况发生。
63.具体地，结合图4，预定阈值可以设置为略高于检测信号的最低值(即u1)，例如，可以设置预定阈值比u1大0.1v或0.2v等。
64.响应于所述数字信号大于或等于预定阈值，进入步骤s730。
65.响应于所述数字信号小于预定阈值，不执行制动操作。
66.在一些实施例中，可以设置第一比较器比较检测信号和预定阈值，第一比较器的两个输入端(同相输入端和反相输入端)分别输入数字信号和预定阈值，进而可以根据第一比较器的输出信号确定数字信号和预定阈值关系。应理解，预定阈值可以是对应的数字信号，或者，预定阈值可以是模拟信号，当预定阈值为模拟信号时，在输入比较器之前，需要将模拟信号转换为对应的数字信号。
67.步骤s730、生成第一控制信号。
68.在本实施例中，响应于所述检测信号大于或等于预定阈值，生成第一控制信号控制所述电机停止动力输出。
69.进一步地，第一控制信号可以用于切断电机的供电，或者，使得电机的供电参数为0。
70.步骤s740、确定与所述检测信号对应的负电流参数。
71.在本实施例中，响应于所述检测信号大于或等于预定阈值，确定与所述检测信号对应的负电流参数i，并根据所述负电流参数生成所述第二控制信号。
72.在本实施例中，负电流参数为控制电机的电流，负号表示检测信号对应的电流的方向与车辆当前的控制电流相反，不表示电流的大小。例如，假设车辆在正向行驶，需要大于零的电流驱动，当进行制动时，生成的负电流参数为小于零的电流；当车辆在倒车时，需要小于零的电流驱动，当进行制动时，生成的负电流参数为大于零的电流。又例如，假设车辆在正向行驶，需要小于零的电流驱动，当进行制动时，生成的负电流参数为大于零的电流；当车辆在倒车时，需要大于零的电流驱动，当进行制动时，生成的负电流参数为小于零的电流。具体可以根据电机的实际控制情况进行设置。
73.进一步地，负电流参数的绝对值越大，刹车力度越强。
74.进一步地，上述的负电流参数包括电流的d轴分量(id)和q轴分量(iq)。其中，d轴为直轴，q轴为交轴。
75.在一些实施例中，可以根据制动效果的实际需求，预先设置数字信号与电流的对应关系。具体可以根据预定的函数或预定的映射关系等实现，本实用新型实施例对此不作限制。
76.在一些实施例中，还可以通过硬件电路实现输出与数字信号对应的负电流参数。例如，可以利用误差放大器，具体地，获取所述数字信号对应的模拟信号，误差放大器的两端分别输入模拟信号和基准信号，使得误差放大器输出所述负电流参数。
77.步骤s750、判断负电流参数是否有效。
78.在本实施例中，获取到负电流参数时，确定负电流参数是否有效。具体地，可以预先设置有效的负电流参数的区间，检测负电流参数是否在该区间内，如果在区间内，则认为有效，如果不在区间内，则认为无效。
79.在一些实施例中，判断负电流参数是否有效可以通过比较电路实现。具体地，第二控制电路还包括比较电路，所述比较电路包括第二比较器和第三比较器，将所述负电流参数转换为对应的数字信号。第二比较器的反相输入端输入第一基准信号，所述第一基准信号可以是0，第二比较器的同相输入端输入所述负电流参数的数字信号。同时，第三比较器
的反相输入端输入所述负电流参数的数字信号，第三比较器的同相输入端输入所述第二基准信号，所述第二基准信号可以是驱动电机的最大电流对应的数字信号。由此，当第二比较器和第三比较器的输出均为高电平时，表征负电流参数有效。
80.响应于所述负电流参数有效，进入步骤s770。
81.响应于所述负电流参数无效，进入步骤s760。
82.步骤s760、获取上一周期的负电流参数。
83.在本实施例中，响应于所述负电流参数无效，获取上一周期的负电流参数。
84.进一步地，如上所述，第一控制电路按照预定的采样周期，周期性的采样数字信号，由此，响应于所述负电流参数无效，表示出错，获取上一周期的负电流参数。
85.当该周期为第一周期时，可以设置负电流参数为零。
86.步骤s770、生成第二控制信号。
87.在本实施例中，通过上述步骤s750或步骤s760确定负电流参数后，根据负电流参数生成第二控制信号。
88.进一步地，可以将负电流参数进行反park(派克)变换，以生成所述第二控制信号。如上所述，获取到的负电流参数为d轴分量和q轴分量，而电机的控制需要三相电流进行控制，由此，通过反派克变换，将负电流参数变换为三相电流。
89.具体地，结合图8对电机的控制作进一步说明。在图8所示的实施例中，第二控制电路55连接至电池4和电机3。其中，第二控制电路55的各个引脚符号及其描述如图9所示，在图9中：
90.acc引脚用于接收输入电压，输入电压可以是12v、15v等。
91.轮动引脚与第一控制电路连接，用于接收轮动信号。具体地，当用户在用车过程中，会转动转把进行调速或者拨动刹把进行制动操作，第一控制电路根据转把或刹把的转动生成轮动信号发送至第二控制电路。
92.gnd为接地引脚。
93.b+引脚用于连接电池的正极。
94.b-引脚用于连接电池的负极。
95.第一组can总线接口包括can h和can l两个引脚，这两个引脚与第一控制电路连接，用于与第一控制电路通信。具体地，第二控制电路根据can h和can l这两个引脚的电位差来判断总线电平，总线电平显性电平和隐形电平，发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送至接收方。
96.第二组can总线接口包括can h和can l两个引脚，这两个引脚与电池连接，用于与电池通信。具体地，第二控制电路根据can h和can l这两个引脚的电位差来判断总线电平，总线电平显性电平和隐形电平，发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送至接收方。
97.5v引脚用于为电机提供5v的电压。
98.a相、b相和c相三个引脚用于为电机提供三相电流。
99.hall a、hall b和hall c三个引脚与电机的霍尔传感器连接，用于接收霍尔传感器的信号，进而判断定子、转子的相对位置。
100.进一步地，本实用新型实施例的第二控制电路还包括驱动电路，第二控制电路通过负电流参数的大小、方向以及hall a、hall b和hall c三个引脚接收到的霍尔传感器的
信号生成脉宽调制信号，所述脉宽调制信号用于控制所述驱动电路生成所述第二控制信号，所述第二控制信号为三相电流。具体地，如图10，所述驱动电路包括开关q2、q2、q3、q4、q5和q6。其中，所述开关q2、q2、q3、q4、q5和q6可以通过现有的各种受控开关实现，例如mos管。
101.由此，当用户需要刹车时，通过按压刹把，检测部件输出对应的模拟电压值，模数转换电路将模拟电压值转换为数字信号后输出至第二控制电路，第二控制电路同时检测电机霍尔状态，根据数字信号和电机的霍尔状态生成脉宽调制信号，脉宽调制信号控制mos管导通或关闭以使得驱动电路输出对应的三相电流，电机在三相电流的驱动下产生对应的反向驱动力，以实现制动。
102.本实用新型实施例通过检测部件输出与刹把转动角度相对应的检测信号，控制部件根据检测信号生成控制信号以控制电机执行制动操作。由此，可以提升车辆的刹车性能，提高用户骑行的安全性。
103.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。