适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，该集中式控制器包括微处理器(101)，以及分别与微处理器(101)连接的模拟量处理电路(102)、数字量处理电路(103)、电源模块(104)、泵驱动电路(105)、阀驱动电路(106)、状态指示模块(107)及通讯模块(108)组成，其中通讯模块(108)连接CAN总线。与现有技术相比，本实用新型具有具备多种工作模式和工作方式切换，一体化等优点。
【专利说明】适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种汽车制动系统控制器，尤其是涉及一种适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器。
【背景技术】
[0002]纯电动、混合动力和燃料电池电动汽车等新能源汽车动力总成均以电动机-蓄电池为核心构成了电力驱动系统，而在车辆制动时，电动机以发电方式工作并为蓄电池充电，即具备制动能量回收功能。采用回馈制动可有效地回收车辆制动时原本以热能耗散的能量，提高新能源汽车的能量利用效率、燃油经济性和排放性能。由于电动机回馈制动转矩受到电机外特性和蓄电池充电特性限制，在较高附着系数路面或高速紧急制动时，无法满足车辆制动需求。与机械摩擦制动相结合构成的电液复合制动系统，可充分发挥两者的优势。电液复合制动系统不仅提高整车制动系统的响应速度和控制精度，有利于保证车辆制动安全，还降低了机械制动摩擦片的使用频率和强度，延长机械制动系统的使用寿命。
[0003]除满足能够与再生制动组成电液复合制动外,还需考虑到车辆稳定性控制需求，如ABS/TCS/ESP等功能集成与实现，为此，国内外提出了满足需求的制动系统结构并依次开发了新的控制器结构。国外大多由汽车生产厂商和制动安全零部件供应商在其现有制动系统基础进行改造和升级，并成功用于新能源汽车，如Toyota在车身稳定性控制系统VSC基础上开发了可与液压制动协调控制的电子控制制动系统ECB，成功应用于Prius车型，并随Prius车型换代而不断升级改进；Honda开发了具备制动踏板感觉模拟和主缸压力调节功能的集成式制动主缸，压力调节功能由高压源、调节阀和4个电磁阀等组成，已应用于混合动力车Civic Hybrid ;TRW基于成熟的标准电子稳定控制系统ESC，充分利用标准的真空助力器和ESC组件，推出了具备制动能量回收功能的安全制动系统ESC-R，该系统可适用于前驱、后驱及四驱等车辆不同驱动形式。
[0004]上述系统控制方法大多针对各自的制动系统结构，无法适用于提出的采用一体式主缸的电液复合制动系统结构，为此，提出了一种适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具备多种工作模式和工作方式切换的用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器。
[0006]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，该集中式控制器包括微处理器，以及分别与微处理器连接的模拟量处理电路、数字量处理电路、电源模块、泵驱动电路、阀驱动电路、状态指示模块及通讯模块组成，其中通讯模块连接CAN总线。
[0007]所述的一体式制动主缸的电液复合制动系统包括传感器部件、阀类部件、泵类部件和非控制部件；所述的传感器部件包含高压蓄能器液压传感器和四个轮缸液压传感器、轮速传感器、制动踏板位移传感器、横摆角速度传感器和纵/横向加速度传感器；所述的阀类部件包含至少包含四个进油电磁阀、四个出油电磁阀、一个常开电磁阀、常闭电磁阀；所述的泵类部件至少包含一个预压泵和一个回油泵；所述的非控制部件包含储油室、制动踏板、高压蓄能器、踏板感觉模拟器等、低压蓄能器。
[0008]所述的模拟量处理电路采集处理高压蓄能器液压传感器和四个轮缸液压传感器信号、制动踏板位移传感器信号、横摆角速度传感器和纵/横向加速度传感器，信号处理完成后送入集中式控制器微处理器模拟量采集接口。
[0009]所述的数字量处理电路连接轮速传感器，采集每个车轮轮速信号，信号处理完成后送入微处理器数字量采集接口。
[0010]所述的泵驱动电路连接预压泵、回油泵，接受微处理器控制，驱动预压泵、回油泵工作。
[0011]所述的阀驱动电路连接常开电磁阀、常闭电磁阀、进油电磁阀、出油电磁阀，接受微处理器控制。
[0012]所述的状态指示模块接受微处理器控制，指示当前系统工作状态和控制模式。
[0013]所述的通讯模块至少包含一个接口，与整车控制网络进行指令传输和数据交换。
[0014]所述的电源模块为集中式控制器供电，满足不同电压等级、精度及功率的供电需求。
[0015]与现有技术相比，本实用新型适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器具有以下优势:1)设计的集中式控制器能够实现司机制动意图解析、制动力分配和轮缸压力控制等功能，实现了一体化设计；2)集中式控制器设计有稳定性控制传感器接口，可集成ABS/TCS/ESP功能；3)集中式控制器具备失效模式，能够在失效模式下保证车辆制动安全；4)集中式控制器能够接受整车控制系统制动指令，可用于车辆智能驾驶辅助系统或自主驾驶车辆；5)集中式控制器可根据液压传感器是否正常而采用闭环、开环控制策略，满足制动需求；6)扩展性和适用性好，所开发的集中式控制器不仅广泛应用纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车等新能源汽车，还能够用于传统车辆。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型控制架构示意图；
[0017]图中:101、微处理器；102、模拟量处理电路；103、数字量处理电路；104、电源模块105、泵驱动电路；106、阀驱动电路；107、状态指示模块；108、通讯模块；
[0018]图2是本实用新型一体式制动主缸的电液复合制动系统示意图；
[0019]图中:M01、一体式制动主缸的电液复合制动系统，M02、传感器部件，M03、阀类部件、M04、泵类部件，M05、非控制部件，2、横摆角速度传感器和纵/横向加速度传感器，300、储油室，301、制动踏板，302、制动踏板位移传感器，303、预压泵，304、高压蓄能器，305、常开电磁阀，306、高压蓄能器液压传感器，307、常闭电磁阀，308、踏板感觉模拟器，401、回油泵，402、进油电磁阀，403、出油电磁阀，404、低压蓄能器，405、轮缸液压传感器，406、轮速传感器；
[0020]图3是本实用新型实施例示意图；
[0021]图中:300、储油室；301、制动踏板；302、制动踏板位移传感器；303、预压泵；304、高压蓄能器；305、常开电磁阀；306、高压蓄能器液压传感器、307、常闭电磁阀；308、踏板感觉模拟器；401、回油泵；402、进油电磁阀；403、出油电磁阀；404、低压蓄能器；405、轮缸液压传感器；406、轮速传感器；407、车轮；1、集中式控制器，2、横摆角速度传感器和纵/横向加速度传感器，3、CAN总线。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0023]实施例
[0024]如图1所示，是本实用新型系统结构示意图。适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，集中式控制器由微处理器101、模拟量处理电路102、数字量处理电路103、电源模块104、泵驱动电路105、阀驱动电路106、状态指示模块107、通讯模块108组成。其中微处理器101分别连接的模拟量处理电路102、数字量处理电路103、电源模块104、泵驱动电路105、阀驱动电路106、状态指示模块107及通讯模块108，其中通讯模块108连接CAN总线3。
[0025]适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器的基本工作原理:集中式控制器通过与整车控制系统，经模拟量和数字量采集接口得到车辆的当前运行状态，根据司机操作信号或整车控制指令实现制动力分配和稳定性控制，确立各个轮缸目标压力，结合车辆轮缸实际压力，通过控制进油阀、出油阀和回油泵进行实时调节。
[0026]如图2所示，一体式制动主缸的电液复合制动系统MOl包括传感器部件M02、阀类部件M03、泵类部件M04和非控制部件M05 ;所述的传感器部件M02包含高压蓄能器液压传感器306和四个轮缸液压传感器405、轮速传感器406、制动踏板位移传感器302、横摆角速度传感器和纵/横向加速度传感器2 ;所述的阀类部件M03包含至少包含四个进油电磁阀402、四个出油电磁阀403、一个常开电磁阀305、常闭电磁阀307 ;所述的泵类部件M04至少包含一个预压泵303和一个回油泵401 ;所述的非控制部件M05包含储油室300、制动踏板301、高压蓄能器304、踏板感觉模拟器308、低压蓄能器404。
[0027]结合图3所示的采用一体式主缸的电液复合制动系统为实施例，进一步说明采用一种适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器。
[0028]如图3所示，实施例所采用一体式主缸的电液复合制动系统由一体式主缸和液压执行器组成，一体式主缸由储油室300、制动踏板302、制动踏板位移传感器302、预压泵303、高压蓄能器304、常开电磁阀305、液压传感器306、常闭电磁阀307、踏板感觉模拟器308、缸体，推杆活塞309、助力活塞310、前腔活塞311、前腔弹簧312、后腔活塞313和后腔弹簧314组成；液压执行器由回油泵401、进油电磁阀402、出油电磁阀403、低压蓄能器404和液压传感器405。
[0029]所述的推杆活塞309、助力活塞310、前腔活塞311、后腔活塞313依次设置在缸体内将缸体分隔成多个腔体:主缸、助力腔、前腔和后腔，其中后腔活塞313与缸体壁形成的后腔内设有后腔弹簧314，前腔活塞311和后腔活塞313之间的墙体内设有前腔弹簧312组成，推杆活塞309置于主缸内，推杆活塞309初始位置处的缸体设有与储油室300连接的第一通孔，主缸末端处顶部设有与常闭电磁阀307连通的第二通孔，常闭电磁阀307与一单向阀并联后连接踏板感觉模拟器308 ;助力腔通过设置在缸体上的第三通孔经常开电磁阀305后与储油室300连接；前腔和后腔上均设有连通储油室300的通孔。所述的制动踏板301连接制动踏板位移传感器302，所述的预压泵303连接高压蓄能器304和液压传感器
306;所述的常开电磁阀305分别连接储油室300和缸体，所述的常闭电磁阀307分别连接踏板感觉模拟器308和缸体。
[0030]所述的回油泵401连接进油电磁阀402，所述的出油电磁阀403分别连接低压蓄能器404和液压传感器405。
[0031]所述的液压执行器还包括直接连接集中式控制器的横摆角速度传感器信号和纵横向加速度传感器信号2。
[0032]制动踏板位移传感器302、液压传感器306、液压传感器405和横摆角加速度传感器、纵横向加速度传感器接入集中式控制器MCU模拟量处理电路102，车轮轮速传感器406等接入MCU数字量处理电路103，预压泵303、回油泵401接受集中式控制器MCU泵驱动电路105控制，为高压蓄能器304建立压力；常开电磁阀305、常闭电磁阀307、进油电磁阀402、出油电磁阀403接受集中式控制器MCU阀驱动电路106 ;集中式控制器MCU通讯模块108与整车控制系统通讯获得车辆关键部件运行状态信息。
[0033]以前驱纯电动汽车为应用对象，按照采用一体式制动主缸的电液复合制动系统控制模式及工作方式进一步进行说明:
[0034]一、正常工作基本模式
[0035]正常工作基本模式是指未出现电气故障或通讯故障时，集中式控制器MCU功能良好，且能够准确执行控制指令的工作模式。该基本工作模式按照集中式控制器MCU控制策略的不同，分为主动制动模式、常规制动模式、ABS/TCS模式和ESP模式，所述的常规制动模式包含纯液压制动、电液复合制动、纯再生制动三种工作方式。
[0036]电液复合制动系统上电后，集中式控制器MCU进入初始化状态，此时，未踩下制动踏板301，常开电磁阀305和常闭电磁阀307在集中式控制器MCU阀驱动电路106作用下均关闭，预压泵303在集中式控制器MCU泵驱动电路105工作，在高压蓄能器304建立高压，集中式控制器MCU经模拟量处理电路102采集压力传感器306信号，维持高压蓄能器304压力稳定；进油电磁阀402和出油电磁阀403在的阀驱动电路106作用下分别处于打开和关闭状态，回油泵401在的泵驱动电路105作用下停止工作。
[0037]1、常规制动模式
[0038]常规制动模式是指驾驶员踩动制动踏板且未发生车轮滑移率过大或操纵稳定性时的制动模式。集中式控制器MCU经模拟量处理电路102采集制动踏板位移传感器302信号，经数字量处理电路103采集轮速传感器406轮速信号，经通讯模块108分别与和整车控制系统通讯，得到车辆关键部件信息，综合判断司机当前制动意图，按照路面状况和车辆运行信息且考虑制动法规限制，分配前轴、后轴制动力，并对各轴液压制动力和再生制动力进行分配。
[0039]为实现再生制动能量最大化，当再生制动满足制动需求时，进行纯再生制动，进油电磁阀402、出油电磁阀403和回油泵401保持初始状态；当制动需求强度超过最大再生制动力范围时，进入电液复合制动工作方式，集中式控制器MCU经模拟量处理电路102采集轮缸液压传感器405信号作为反馈，通过阀驱动电路106对进油电磁阀402和出油电磁阀403进行实时调节，以达到目标压力，同时经泵驱动电路105对回油泵401进行控制；当驱动电机过热、电池包温度过低或过高、SOC过高等情况出现时，不能进行再生制动，进入纯液压制动工作方式，轮缸压力控制方法与电液复合制动工作方式相同。
[0040]2、ABS/TCS/ESP 模式
[0041]电液复合制动控制单元MCU通过数字量处理电路103采集各个车轮转速传感器406信号，并实时计算车轮滑移率，监测到有车轮抱死趋势，进入ABS模式，假设该车轮为左前轮，此时，计算得到当前左前轮缸目标压力，集中式控制器按照压力调节控制策略关闭进油电磁阀402和打开出油电磁阀403，实现左前轮缸的减压；当车轮抱死趋势消失后，类似地，可以实现ABS控制模式中左前轮制动轮缸压力的保压和增压。
[0042]TCS模式是指当车辆在低附着路面上行驶，而驾驶员猛踩加速踏板出现车辆滑移率过大情况时，与ABS类似，按照集中式控制器MCU指令，实时调节进油电磁阀402和出油电磁阀403，控制车轮滑移率。
[0043]集中式控制器MCU通过模拟量处理电路102采集横摆角速度、纵横向加速度传感器信号，通过模块108得到方向盘转角信号，当车辆出现转向过度或转向不足时，进入ESP模式。例如汽车在路滑时左拐过度转向(转弯太急)时会产生向右侧甩尾，集中式控制器MCU根据车辆状态信息向发送右前轮制动力指令，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。根据目标压力调整轮缸压力，保证车辆行驶稳定性。
[0044]3、主动制动模式
[0045]该模式是指车辆处于遥控驾驶、智能驾驶辅助或无人驾驶时，集中式控制器MCU通过通讯接口 108得到整车控制系统的主动制动需求，并根据车辆运行信息和路面状态，合理分配各个轮缸制动力并向发送目标液压力的模式。该模式除制动需求来源不同外，其余控制逻辑分别与常规制动模式、ABS/TCS模式、ESP模式类似。
[0046]二、失效基本模式
[0047]若电气系统失效(如突然掉电)、高压源不能建立高压(如高压蓄能器故障)或传感器故障(如轮缸轮缸液压传感器405故障)时，进入失效模式，根据故障严重程度进行不同失效模式，以轮缸轮缸液压传感器405故障和系统断电两种为例，说明失效工作模式。
[0048]为保证车辆在轮缸液压传感器405失效时仍能满足一定制动需求，集中式控制器MCU设计有压力闭环和开环两种控制策略，且两种控制策略能够根据轮缸轮缸液压传感器405状态进行切换。轮缸轮缸液压传感器405故障时，集中式控制器MCU无法采集得到轮缸实时压力信息，使用开环压力控制策略，对进油电磁阀402、出油电磁阀403和回油泵进行401进行控制,此时,仍能保证制动需求。
[0049]当系统断电时，集中式控制器MCU掉电，此时，常开电磁阀305打开，常闭电磁阀
307关闭，预压泵303停止工作，高压蓄能器304压力降低；进油电磁阀402和出油电磁阀403分别处于打开和关闭状态，回油泵401停止工作。当驾驶员有制动需求时，通过深踩制动踏板201，推杆活塞309推动制动液，并依次作用于助力活塞310、前腔活塞311和后腔活塞313，在前、后腔内建立压力，制动主缸前腔和制动主缸后腔内制动液流向四个制动轮缸，保证四个制动轮缸的制动压力，实现了失效状态下的紧急制动。
[0050]任何在本实用新型的基础上简单变换后的结构均属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，该集中式控制器包括微处理器(101)，以及分别与微处理器(101)连接的模拟量处理电路(102)、数字量处理电路(103)、电源模块(104)、泵驱动电路(105)、阀驱动电路(106)、状态指示模块(107)及通讯模块(108)组成，其中通讯模块(108)连接CAN总线。
2.根据权利要求1所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的一体式制动主缸的电液复合制动系统(MOl)包括传感器部件(M02)、阀类部件(M03)、泵类部件(M04)和非控制部件(M05);所述的传感器部件(M02)包含高压蓄能器液压传感器(306)和四个轮缸液压传感器(405)、轮速传感器(406)、制动踏板位移传感器(302)、横摆角速度传感器和纵/横向加速度传感器(2);所述的阀类部件(M03)包含至少包含四个进油电磁阀(402)、四个出油电磁阀(403)、一个常开电磁阀(305)、常闭电磁阀(307);所述的泵类部件(M04)至少包含一个预压泵(303)和一个回油泵(401);所述的非控制部件(M05)包含储油室(300)、制动踏板(301)、高压蓄能器(304)、踏板感觉模拟器(308)、低压蓄能器(404)。
3.根据权利要求2所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的模拟量处理电路(102)采集处理高压蓄能器液压传感器(306)和四个轮缸液压传感器(405)信号、制动踏板位移传感器(302)信号、横摆角速度传感器和纵/横向加速度传感器(2)，信号处理完成后送入集中式控制器微处理器(101)模拟量采集接口。
4.根据权利要求2所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的数字量处理电路(103)连接轮速传感器(406)，采集每个车轮轮速信号，信号处理完成后送入微处理器(101)数字量采集接口。
5.根据权利要求2所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的泵驱动电路(105)连接预压泵(303)、回油泵(401)，接受微处理器(101)控制，驱动预压泵(303)、回油泵(401)工作。
6.根据权利要求2所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的阀驱动电路(106)连接常开电磁阀(305)、常闭电磁阀(307)、进油电磁阀(402)、出油电磁阀(403)，接受微处理器(101)控制。
7.根据权利要求2所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的状态指示模块(107)接受微处理器(101)控制，指示当前系统工作状态和控制模式。
8.根据权利要求1所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的通讯模块(108)至少包含一个接口，与整车控制网络进行指令传输和数据交换。
9.根据权利要求1所述的适用于一体式制动主缸的电液复合制动系统集中式控制器，其特征在于，所述的电源模块(104)为集中式控制器供电，满足不同电压等级、精度及功率的供电需求。
【文档编号】B60T13/66GK203766740SQ201420055652
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】孙泽昌, 刘杨, 冀文斌, 王猛 申请人:同济大学