专利名称：汽车防抱死系统电子稳定程序的集成液压控制单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车制动安全性和汽车行驶稳定性两个方面。它是液压控制技术在汽车控制中的运用，属于汽车综合控制领域。
背景技术：
汽车制动防抱死系统简称ABS，它从汽车的被动安全性出发，来提高汽车制动时的安全性。电子稳定程序简称ESP，它和ABS共用一套液压系统，从主动安全性的角度，来矫正汽车在某些极限行驶情况下的危险的运动状态。将这两种技术结合起来，形成了汽车制动防抱死系统、电子稳定程序的新型集成液压控制单元，以下简称汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元。
汽车ABS系统经过长时间的发展，已经达到了成熟的阶段。目前广泛使用的主流电子式ABS，它的制动压力调节装置，串接在制动总泵和分泵之间，用ABS/ECU控制，用循环调节方式对车辆的制动压力进行调节。
常用的制动压力调节装置是两位两通开关阀和三位三通换向阀。它们都是通过频繁改变液压阀的通断状态来控制制动分泵的制动压力，因此不能对制动压力进行连续控制，由此引起制动腔压力的波动。这不仅会造成制动踏板的抖动，而且容易使控制过程复杂，使得在制动过程中无法总利用地面与轮胎间的最大附着系数，达不到更好的制动效果。
为了更大程度地利用地面与轮胎的最大附着系数，达到更好的制动效果，特发明本汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元来控制制动压力。本发明中集成了反比例压力阀作为制动压力调节装置，在关键功能位置上取代了目前常用的两位两通开关阀、三位三通换向阀等压力调节装置。此外，液压控制单元中还集成了两位两通开关阀、低压蓄能器、柱塞泵、阻尼器，实现了要求ABS、ESP功能时对制动压力的平滑连续调节，在液压执行器环节保证达到制动时的最佳滑移率，并可达到ABS和ESP控制所要求的液压控制功能的完整集成，为汽车制动防抱死和汽车稳定性控制功能的实现提供了高效一体化的液压控制执行装置。如果结合电控单元就可形成了汽车ABS/ESP的新型集成液压控制单元。
到目前为止，还没有看到在汽车ABS和ESP液压控制单元中有类似的液压集成控制方案及其装置，即使用反比例压力阀、两位两通开关阀及柱塞泵和其它液压功能组件的一体化集成。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是提供一种汽车防抱死系统电子稳定程序的集成液压控制单元。该装置可以平滑、连续地调节制动力，因此缩短了制动距离，提高了汽车行驶的安全性。该装置体积大小适中，可以方便地在车辆上安装。
技术方案本实用新型的出发点是利用反比例压力阀对出口压力可以连续调节的特点，结合液压控制技术，设计一种汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元。本发明中采用先进的反比例压力阀作为压力调节装置，实现了要求ABS、功能时对制动压力的平滑连续调节，在液压执行器环节保证达到制动时的最佳滑移率，克服了传统压力调节装置无法总利用地面最大附着系数的不足，从而大大提高汽车的制动安全性。
本实用新型的汽车制动防抱死系统、电子稳定程序的集成液压控制单元包括基座、两位两通开关阀、反比例压力阀、柱塞泵、阻尼器、低压蓄能器、电动机；其中四个两位两通开关阀设在基座下部并排设置的四个型腔即常开阀的型腔、高压常闭阀的型腔中，外侧的两个两位两通开关阀是常开阀，内侧两个两位两通开关阀是高压常闭阀；四个反比例压力阀设在基座上部并排设置的四个型腔即反比例压力阀的型腔中；柱塞泵位于基座侧面的柱塞泵型腔中，阻尼器位于基座侧后面的阻尼器型腔中，低压蓄能器位于阻尼器型腔旁的低压蓄能器型腔中，电动机位于基座上面；在基座两侧面的柱塞泵型腔旁设有进油口，在基座的前侧面设有出油口。
反比例压力阀均由阀套、阀芯、电磁铁、电磁铁顶杆、弹簧组成；其中，阀芯位于阀套中，阀芯的左端与弹簧相接，弹簧的左端顶在阀套内的底部，阀芯的右端连接有电磁铁顶杆，并位于与阀套的右端连接的电磁铁中；进油口、回油口设在阀套的侧面，出油腔左阀口、出油腔右阀口通过阀芯、阀套的相对运动形成。
汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元的工作原理图2所示为汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元的系统原理图。
现以前轮为例，分别介绍液压控制单元在常规制动、ABS制动、ESP控制下的工作情况(一)常规制动常规制动时，反比例压力阀处于常开状态，相当于一根通道，USV2阀打开，HSV2阀关闭。踩下制动踏板，踏板上的力经真空助力器放大后，传入制动主缸。如图3所示，从制动主缸流出的压力油，经过USV2阀，流入两个反比例压力阀。由于反比例压力阀处于开启状态，油液直接流入制动轮缸。制动踏板松开后，由于此时反比例压力阀的出油口和回油口被阻断，油液只能沿原路返回制动主缸。可见，制动力的大小，完全由驾驶员控制。所以，当ABS失效时，车辆仍能实施常规制动。
(二)ABS制动实施ABS制动时，USV2阀打开，HSV2阀关闭，ECU控制电磁铁励磁电流的大小，来控制反比例压力阀的出口油压。
增压过程中，油液的流向和常规制动时的完全相同，如附图3所示。不同的是，在ABS制动过程中，进入制动轮缸的油压由反比例压力阀控制，而常规制动则由驾驶员脚踩的压力来控制。
减压过程中，油液的流向如图4所示，从反比例压力阀流出的回油液，先暂时存储在低压蓄能器中，当压力达到一定值后，顶开柱塞泵入口处的单向阀流入其中，然后流经阻尼器，最后通过USV2阀流回制动主缸。
反比例压力阀有增压、保压、降压三种工作状态，因此回油口的流量不稳定，所以在回路中加入了低压蓄能器。低压蓄能器的容积可以变化，可以存储一定量的油液。当油压达到一定值后，压力油才会顶开柱塞泵进油口处的单向阀，流入其中。又由于柱塞泵泵出的油液脉动很大，所以从柱塞泵出来的油还需要经过阻尼器，最大程度上消除油液的脉动。
(三)ESP控制。
在ESP控制模式下，USV2阀关闭，HSV2阀依工作情况而定，反比例压力阀的出口油压由ECU控制。
增压过程中，油液的流动如图5所示，USV2阀关闭，HSV2阀打开，油液通过HSV2阀，依次流过柱塞泵、阻尼器，然后流入反比例压力阀。增压过程完毕，HSV阀立即关闭。
保压过程中，USV2阀、HSV2阀均关闭，电磁铁的电磁力保持不变，出口油压保持不变。
减压过程中，USV2阀、HSV2阀均关闭，增大电磁铁输出的电磁力，出口油压减小。如图6所示，多出的液压油，从反比例压力阀的回油口流出，暂时存储在低压蓄能器中。此时，柱塞泵空转，这样就实现了减压过程。但这种方法应使低压蓄能器的最大容积大于轮制动轮缸容积的两倍。
反比例压力阀的工作原理如图7所示，反比例压力阀包括阀套13、阀芯14、进油口15、出油腔左阀口16、出油腔右阀口17、回油口18、电磁铁19、电磁铁顶杆20、弹簧21。其中电磁铁可以选用对顶杆输出力具有连续调节功能的比例电磁铁或数字电磁铁。
电磁铁在普通情况下，即没有通电的情况下，图7所示状态，电磁铁的励磁电流为0，因此顶杆上的电磁力也为0，阀芯在弹簧预紧力的作用下，处与右极限位置，左阀口完全打开，右阀口关闭，出油口与进油口相连，出油口油压等于进油口油压，此即比例电磁铁的常开状态。
随着励磁电流增大，顶杆上的输出力也逐渐增大。阀芯为了达到平衡，需要向左移动，压缩弹簧，以提供更大的弹簧力。附图8所示即为励磁电流达到最大时的情况。此时顶杆上的力也最大，阀芯处于左极限位置，左阀口关闭，右阀口完全打开，出油口与回油口相通，出口压力最小。
当励磁电流在0与最大值之间连续变化时，反比例压力阀的出口压力也相应地在最大值与最小值之间连续变化。
汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元的工作方式
附图9是汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元的管道布置情况，由图中可见，由于前、后轮控制方式相同，管道的布置因此左右对称。图中为了清楚表现出油液在管道中的流动，所有的液压组件均没有画出，只在集成块的基体上保留了各个液压元件的型腔。其中11、41为常开阀的型腔、21、31为高压常闭阀的型腔、51、61、71、81为反比例压力阀的型腔、91为柱塞泵型腔、101为阻尼器型腔、111为低压蓄能器型腔、121为电动机型腔。
下面仅以前轮的控制为例来详细说明在各个工作情况下，油液在管道中的流动。
图9所示为常规制动下油液在管道中的流动情况。增压时，高压常闭阀关闭，常开阀打开，油液通过进油口II流入液压集成单元，首先进入常开阀，再通过管道III流入前轮控制组的两个反比例压力阀，最后由液压集成单元的出油口I流入制动轮缸。减压时，油液沿原路返回制动主缸。
在ABS制动控制下增压时，油液的流动于常规制动时油液流动相同，如图9所示。不同的是，此时，反比例压力阀不再处于常开状态，而是由ECU控制。减压时，如图10所示，常开阀关闭、高压常闭阀同时关闭，油液从反比例压力阀的回油口IV流出，再经过管道V流入低压蓄能器，当压力达到一定值，再通过管道流入柱塞泵；柱塞泵将油液泵入阻尼器；再通过常开阀，由进油口II流回到制动主缸。
图11为ESP控制时油液流动情况。增压时，常开阀关闭，常闭阀打开；液压油如图所示，从进油口II流入液压集成单元，进入高压常闭阀，然后通过管道进入柱塞泵，然后经过阻尼器，再流过常开阀(常开阀虽然关闭，但是它的两个油口是始终连通的，此时仅起通道作用)，通过管道III进入反比例压力阀，由出油口I流入制动轮缸。减压时，从反比例压力阀回油口IV流出的回油液通过管道V流入低压蓄能器，通过对低压蓄能器的合理设计，可以保证在减压过程中，油液可以存储在这里。
由以上的工作原理看见，ABS制动控制和ESP控制，它们两者之间的切换，可以通过高压常闭阀和普通常开阀的开、合来实现，所以系统反应灵敏。
有益效果本实用新型所设计的汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元，整体系统结构简洁紧凑，功能强大。在关键功能位置上使用了先进的反比例压力阀作为制动压力调节装置，实现了要求ABS功能时对制动压力的平滑连续调节，在液压执行器环节保证达到制动时的最佳滑移率实现了ABS和ESP控制所要求的液压控制功能的完整集成，为汽车制动防抱死(ABS)和车辆稳定性控制(ESP)的功能实现提供了高效一体化的液压控制执行装置，如果结合电控单元就可形成了汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元。
图1是汽车ABS/ESP的集成液压控制单元总体结构分解视图。
图2是汽车ABS/ESP装置的集成液压控制单元的系统图。
图3是常规制动原理图。
图4是ABS制动回油原理图。
图5是ESP控制下的增压原理图。
图6是ESP控制下的减压原理图图7是反比例压力阀右限位结构示意图。
图8是反比例压力阀左限位结构示意图。
图9是常规制动油液流动示意图。
图10是ABS制动油液流动示意图。
图11是ESP控制油液流动示意图。
以上图中有两位两通阀1～4；反比例压力阀5～8；柱塞泵9；阻尼器10；低压蓄能器11；电动机12；出油口I；进油口II；反比例压力阀进油管道III；反比例压力阀回油管道IV；反比例压力阀到低压蓄能器V；反比例压力阀阀套13；反比例压力阀阀芯14；反比例压力阀进油口15；反比例压力阀出油腔左阀口16；反比例压力阀出油腔右阀口17；反比例压力阀回出油口18；电磁铁19；电磁铁顶杆20；弹簧21；低压蓄能Spk；柱塞泵RFP；阻尼器D；高压常闭阀HSV；常开阀USV。
常开阀的型腔11、41；高压常闭阀的型腔21、31；反比例压力阀的型腔51、61、71、81；柱塞泵型腔91、阻尼器型腔101、低压蓄能器型腔111、电动机型腔121。
具体实施方式
液压集成单元的基座由型号为LY12的硬铝加工而成。首先按要求用深孔钻床加工基体中的管道，然后加工出各个液压元件在基体上的型腔，加工中要选取合适的加工方法保证其要求的表面粗糙度。然后开始安装各个液压元件。反比例压力阀、开关阀、阻尼器以及低压蓄能器和基体之间均采用过盈配合来保证其密封性。先将基体加热，然后依次装入各个液压元件。电动机和基体之间的密封采用密封胶密封。柱塞泵和基体之间采用螺旋密封。鉴于结构要求，应先安装电动机，然后从基体两侧同时压入柱塞泵。
在结构上汽车ABS/ESP新型集成液压控制单元包括基座24、两位两通开关阀1、2、3、4、反比例压力阀5、6、7、8、柱塞泵9、阻尼器10、低压蓄能器11、电动机12；其中四个两位两通开关阀1、2、3、4设在基座24下部并排设置的四个型腔即常开阀的型腔11、41、高压常闭阀的型腔21、31中，外侧的两个两位两通开关阀1、4是常开阀，内侧两个两位两通开关阀2、3是高压常闭阀；四个反比例压力阀5、6、7、8设在基座24上部并排设置的四个型腔即反比例压力阀的型腔51、61、71、81中；柱塞泵9位于基座24侧面的柱塞泵型腔91中，阻尼器10位于基座24侧后面的阻尼器型腔101中，低压蓄能器11位于阻尼器型腔101旁的低压蓄能器型腔111中，电动机12位于基座24上面；在基座24两侧面的柱塞泵型腔91旁设有进油口II，在基座24的前侧面设有出油口I。反比例压力阀5、6、7、8均由阀套13、阀芯14、电磁铁19、电磁铁顶杆20、弹簧21组成；其中，阀芯14位于阀套13中，阀芯14的左端与弹簧21相接，弹簧21的左端顶在阀套13内的底部，阀芯14的右端连接有电磁铁顶杆20，并位于与阀套13的右端连接的电磁铁19中；进油口15、回油口18设在阀套13的侧面，出油腔左阀口16、出油腔右阀口17通过阀芯14、阀套13的相对运动形成。
上述液压组件可以组建不同的液压回路，对车辆实施常规制动、ABS制动和ESP控制。通过合理布置液压元件在液压控制单元中的位置，有效控制了液压控制单元的体积，并降低了加工难度，实现了对上述液压元件的高效一体化集成，在以最佳滑移率为目标的防抱死控制系统中，为压力的最优化控制提供了基础。
本实用新型采用四通道控制方式，对每个车轮进行独立控制，附着系数利用率高，制动时可以最大程度地利用每个车轮与地面的最大附着力。鉴于前、后轮的控制完全相同，所以液压组件的结构对称布置，可分为前轮控制组和后轮控制组。每组均包括两个反比例压力阀、两个两位两通开关阀(高压常闭阀、普通常开阀)、一个柱塞泵、一个低压蓄能器以及一个阻尼器。
考虑到各个液压组件之间的连接，采用了如附图1所示的集成方案。在液压集成单元的上平面上是四个反比例压力阀和电动机。由于反比例压力阀的轴向长度较大，所以在集成单元上有一个凸台。液压集成单元的下表面是四个开关阀，外侧两个两位两通开关阀1、4是常开阀，内侧两个两位两通开关阀2、3是高压常闭阀。这8个阀中，两位两通开关阀1、2，反比例压力阀5、6属于前轮控制组，余下的四个阀属于后轮控制组。液压集成单元两侧是进油口II，距离反比例压力阀不远处就是液压集成单元的出油口I，它和制动轮缸相连。
低压蓄能器和阻尼器布置在液压控制单元的后侧，图1中所示为前轮控制组的阻尼器和低压蓄能器。由电动机带动的柱塞泵从液压集成单元的两侧插入，和电动机成90°布置，图中所示的柱塞泵属于前轮控制组。
这种集成方案，基本避免了液压控制单元内部的弯管结构，减小了液阻，降低了加工难度，使得其结构简洁、紧凑，整体体积只有130×130×57mm。适合在车辆上安装。
权利要求1.一种汽车防抱死系统电子稳定程序的集成液压控制单元，其特征在于该液压控制单元包括基座(24)、两位两通开关阀(1、2、3、4)、反比例压力阀(5、6、7、8)、柱塞泵(9)、阻尼器(10)、低压蓄能器(11)、电动机(12)；其中四个两位两通开关阀(1、2、3、4)设在基座(24)下部并排设置的四个型腔即常开阀的型腔(11、41)、高压常闭阀的型腔(21、31)中，外侧的两个两位两通开关阀(1、4)是常开阀，内侧两个两位两通开关阀(2、3)是高压常闭阀；四个反比例压力阀(5、6、7、8)设在基座(24)上部并排设置的四个型腔即反比例压力阀的型腔(51、61、71、81)中；柱塞泵(9)位于基座(24)侧面的柱塞泵型腔(91)中，阻尼器(10)位于基座(24)侧后面的阻尼器型腔(101)中，低压蓄能器(11)位于阻尼器型腔(101)旁的低压蓄能器型腔(111)中，电动机(12)位于基座(24)上面；在基座(24)两侧面的柱塞泵型腔(91)旁设有进油口(II)，在基座(24)的前侧面设有出油口(I)。
专利摘要汽车防抱死系统、电子稳定程序的集成液压控制单元涉及液压控制技术在汽车控制中的运用，该液压控制单元的四个两位两通开关阀(1、2、3、4)设在基座(24)下部并排设置的四个型腔即常开阀的型腔(11、41)、高压常闭阀的型腔(21、31)中，外侧的两个两位两通开关阀(1、4)是常开阀，内侧两个两位两通开关阀(2、3)是高压常闭阀；四个反比例压力阀(5、6、7、8)设在基座(24)上部并排设置的四个型腔即反比例压力阀的型腔(51、61、71、81)中；柱塞泵(9)位于基座侧面的柱塞泵型腔(91)中，阻尼器(10)位于基座侧后面的阻尼器型腔(101)中，低压蓄能器(11)位于阻尼器型腔旁的低压蓄能器型腔(111)中，电动机(12)位于基座上面。
文档编号B60T8/36GK2820638SQ20052007554
公开日2006年9月27日 申请日期2005年9月16日 优先权日2005年9月16日
发明者陈南, 张凯, 李晔, 车华军 申请人:东南大学