线控制动系统及车辆的制作方法

本公开涉及车辆制动系统，具体地，涉及一种线控制动系统及车辆。

背景技术：

线控制动系统简称bbw即电子控制制动系统，分为机械式线控制动系统简称emb和液压式线控制动系统简称ehb两种。如果把ehb称为“湿式”的bbw系统，那么emb就是“干式”的bbw系统。两者的区别在于emb不再使用制动液及液压部件，制动力矩完全由安装在4个车轮上的电机驱动执行机构实现，而ehb是介于传统液压制动系统和emb之间的制动系统，是一个过渡系统。

机械式线控制动系统简称emb，与传统的液压制动系统截然不同。传统的液压制动系统发展至今，已是非常成熟的技术。随着人们对制动性能要求的不断提高，防抱死制动系统abs、牵引力控制系统tcs、电子稳定性控制程序esp、主动避撞技术acc等功能逐渐融入到制动系统中，越来越多的附加机构安装于制动线路上，这使得制动系统结构更加复杂，也增加了液压回路泄漏的隐患以及装配、维修的难度。因此结构更简单、功能更可靠的机械式线控制动系统最终取代传统的液压制动系统已经成为汽车行业的共识。

ehb系统是在传统的液压制动系统基础上发展而来的。与传统的液压制动系统有所不同，ehb以电子元件替代部分机械元件，是一个先进的机电一体化系统。ehb用一个综合制动模块取代传统制动器中的压力调节器和abs模块，这个综合制动模块可以产生并储存制动压力，可以对四个车轮的制动力距进行单独调节。ehb系统具有传统液压制动系统无法比拟的优越性，但ehb系统仍然采用电液控制方式，严格意义上说并不是纯粹的线控制动系统，但是与emb系统相比，ehb系统在当前技术更加成熟，因而在短期内有极佳的发展前景。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种结构简洁、适于在整车上布置的线控制动系统。

为了实现上述目的，本公开的一方面提供一种线控制动系统，包括踏板信号采集器、控制器、液压系统、液压控制单元、两个电动制动器、两个液压制动器，

所述电动制动器为前轮制动器，所述液压制动器为后轮制动器；或者，所述电动制动器为后轮制动器，所述液压制动器为前轮制动器，

所述控制器用于根据所述踏板信号采集器采集到的踏板信号控制所述电动制动器，所述液压控制单元用于根据所述踏板信号控制所述液压系统提供给所述液压制动器的液压力。

可选地，所述踏板信号采集器包括踏板位移传感器和/或踏板力传感器。

可选地，所述线控制动系统还包括整车状态采集器，所述控制器用于根据所述踏板信号采集器采集到的踏板信号和所述整车状态采集器采集到的整车状态信号控制所述电动制动器。

可选地，所述整车状态采集器包括纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、方向盘转角传感器和轮速传感器中的一者或多者。

可选地，所述控制器包括中央控制器和第一控制器，所述中央控制器分别与所述液压控制单元和第一控制器电连接，所述第一控制器用于控制所述电动制动器，所述中央控制器接收所述踏板信号并通过车载网络接收所述整车状态信号。

可选地，所述系统包括电子踏板，该电子踏板包括制动踏板、踏板模拟器、踏板模拟器控制器和所述踏板信号采集器，所述踏板信号采集器与所述踏板模拟器控制器电连接，所述踏板模拟器控制器与所述中央控制器电连接。

可选地，所述踏板模拟器控制器还分别与所述液压控制单元和第一控制器电连接。

可选地，所述电动制动器为盘式制动器，该盘式制动器包括制动钳体、第一制动块、电机、减速器、以及丝杆机构，所述电机为外转子电机，所述电机的定子具有沿轴向延伸的空腔，所述丝杆机构包括丝杆和套装在所述丝杆上的螺母，所述丝杆贯穿所述空腔，所述电机的转子通过所述减速器驱动所述丝杆旋转，以使所述螺母沿所述丝杆轴向移动，从而推动所述第一制动块移动以压紧制动盘。

可选地，所述盘式制动器为浮钳盘式制动器，所述盘式制动器还包括第二制动块，所述第一制动块和第二制动块分别位于所述制动盘两侧，所述第二制动块安装在所述制动钳体上。

可选地，所述盘式制动器还包括电磁离合器，当所述电磁离合器断电时，所述电磁离合器接合，以将所述减速器的一个转轴锁止；当所述电磁离合器通电时，所述电磁离合器分离，以将所述转轴释放。

可选地，所述电磁离合器包括电磁铁、平移摩擦片和旋转摩擦片，所述电磁铁包括定铁芯、动铁芯和作用于所述动铁芯的驱动弹簧，所述旋转摩擦片与所述转轴连接，所述平移摩擦片能够由所述动铁芯驱动。

可选地，所述电磁离合器还包括离合器壳体、外座圈和内座圈，所述内座圈与所述转轴花键连接，所述旋转摩擦片设置在所述内座圈上，所述外座圈与所述离合器壳体的内壁花键连接，所述离合器壳体相对于所述制动钳体固定，所述平移摩擦片设置在所述外座圈上。

可选地，所述减速器为偏摆锥差行星减速器，所述电机的转子与所述偏摆锥差行星减速器的内齿圈相连，所述偏摆锥差行星减速器的输出轴与所述丝杆相连，所述转轴为所述偏摆锥差行星减速器的输入轴。

可选地，所述盘式制动器还包括活塞，所述活塞滑动配合在所述空腔的一端，所述减速器设置在所述空腔的另一端，所述螺母通过所述活塞推动所述第一制动块移动。

通过上述技术方案，使得本公开能够提供一种机械连接少，结构简洁，体积小，易于在整车上布置，且能够有效降低整车质量的线控制动系统。

本公开的另一方面提供一种车辆，包括上面所述的线控制动系统。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一种实施方式的线控制动系统的原理示意图；

图2是电动制动器的剖视图；

图3是图2的局部放大图；

图4是偏摆锥差行星减速器的结构示意图；

图5是电磁离合器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

根据本公开的一个方面，提供一种线控制动系统，包括电子踏板200、液压系统、液压控制单元910、两个液压制动器410、控制器、两个电动制动器420。

电子踏板200包括制动踏板210、踏板模拟器220和踏板信号采集器230。踏板模拟器220为驾驶员提供与传统制动系统相似的踏板感觉(踏板反力和踏板行程)，使其能够按照自己的习惯和经验进行制动操作。踏板信号采集器230用于监测驾驶员的操纵意图，可以采用踏板位移传感器或踏板力传感器，也可以二者同时采用，以避免单一类型传感器共态故障的影响，有利于故障诊断。

两个液压制动器410可以为两个前轮制动器，也可以为两个后轮制动器。也就是说，两个液压制动器410可以用于制动两个前轮510，也可以用于制动两个后轮520。当两个液压制动器410为两个前轮制动器时，两个电动制动器420为两个后轮制动器；当两个液压制动器410为两个后轮制动器时，两个电动制动器420为两个前轮制动器。

踏板信号采集器230将采集到的踏板信号(例如，踏板加速度、踏板位移、踏板力大小等)传输给控制器和液压控制单元910，控制器根据该踏板信号控制电动制动器420产生相应的制动力；液压控制单元910根据该踏板信号控制液压系统提供给液压制动器410的液压力，使得液压制动器410产生相应的制动力。

通过上述技术方案，使得本公开能够提供一种机械连接少，结构简洁，体积小，易于在整车上布置，且能够有效降低整车重量的线控制动系统。

在本公开中，为了提高制动平稳性和安全性，所述线控制动系统还可以包括整车状态采集器800，控制器还用于根据整车状态采集器800采集到的整车状态信号控制中间电机。也就是说，控制器既要接收踏板信号采集器230采集到的踏板信号，又要接收整车状态采集器800采集到的整车状态信号，综合这些信号计算出每个车轮各自实时所需的最佳制动力，达到最佳的制动效果。具体地，控制器可以通过车载网络(例如，ttp/c网络、can网络、flexray网络等)接收整车状态采集器800的信号。

这里，整车状态采集器800可以包括纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、方向盘转角传感器和轮速传感器中的一者或多者。相应地，整车状态信号可以包括纵向加速度信号、横向加速度信号、横摆角速度信号、方向盘转角信号和轮速信号中的一者或多者。

具体地，液压系统可以包括通过液压管路相连的储油杯920、电动液压泵930、蓄能器950、单向阀940等。液压控制单元910可以包括电子控制单元和多个电磁阀，电子控制单元用于控制电动液压泵和电磁阀，以使液压系统向液压制动器410输出相应的液压力。

在本公开中，控制器可以为一个，也可以为多个。为了提高制动响应速度，控制器可以包括中央控制器310和第一控制器320，其中，第一控制器320用于控制电动制动器420，中央控制器310分别与第一控制器320和液压控制单元910电连接。中央控制器310接收踏板信号并通过车载网络接收整车状态信号，用于确定驾驶员意图或者判断整车动力学状态，并向第一控制器320和液压控制单元910发送控制信号。第一控制器320接收中央控制器310的控制信号，控制电动制动器420产生相应的制动力了。液压控制单元910接收中央控制器310的控制信号，控制液压系统向液压制动器410输出的液压力，使得液压制动器410产生相应的制动力。

可选地，电子踏板200还可以包括用于控制踏板模拟器220中的电机的踏板模拟器控制器240，踏板信号采集器230与踏板模拟器控制器240电连接，踏板模拟器控制器240与中央控制器310电连接，踏板信号采集器230采集到的踏板信号可以通过踏板模拟器控制器240传输至中央控制器310。需要说明的是，也可以将踏板信号采集器230与中央控制器310直接电连接，从而将踏板信号直接传输至中央控制器310。

进一步地，踏板模拟器控制器240还可以分别与第一控制器320和液压控制单元910电连接，以使踏板信号能够通过踏板模拟器控制器240传输至第一控制器320和液压控制单元910。通过这种方式，使得当中央控制器310出现故障时，制动系统也能完成基础的制动功能，提高制动安全性。

具体地，所述线控制动系统还可以包括用于向电动制动器420、中央控制器310、第一控制器320、液压控制单元910、电子踏板200、以及整车状态采集器800供电的电源600。附图标记700代表电源接口。

以下结合图1简要描述根据本公开的一种实施方式的线控制动系统的工作过程。

驾驶员踩下制动踏板后，通过踏板信号采集器检测出踏板加速度、位移以及踏板力的大小等制动指令信号(即，踏板信号)，中央控制器通过车载网络接收制动指令信号，且综合当前车辆行驶状态下的其他传感器(即，整车状态采集器)的信号计算出每个车轮各自实时所需的最佳制动力，并向第一控制器和液压控制单元发送控制信号。第一控制器根据接收到的控制信号控制电动制动器产生相应的制动力。液压控制单元根据接收到的控制信号控制向液压制动器输出的液压力，以使液压制动器产生相应的制动力。

在本公开中，所采用的液压制动器可以具有任意适当的结构，本公开对此不作限制。

在本公开中，所采用的电动制动器420可以具有任意适当的结构。在一种实施方式中，如图2至图4所示，所述电动制动器420可以为盘式制动器，并且包括制动钳体10、第一制动块31、电机40、减速器50、以及丝杆机构60。第一制动块31和第二制动块32分别位于制动盘20的两侧。电机40为外转子电机，电机40的定子41形成有沿轴向延伸的空腔411。丝杆机构60包括丝杆61和套装在丝杆61上的螺母62，丝杆61贯穿空腔411，电机40的转子42通过减速器50驱动丝杆61旋转，以使螺母62沿丝杆61轴向移动，从而推动第一制动块31移动并压靠到制动盘20上。

在上述盘式制动器中，通过将丝杆机构集成在电机的内部，减小了制动器的轴向长度，使得制动器结构更紧凑、占用空间更小，便于在整车上安装布置。

上述盘式制动器可以为定钳盘式制动器，也可以为浮钳盘式制动器。

在上述盘式制动器为浮钳盘式制动器的情况下，该盘式制动器还包括第二制动块32，该第二制动块32安装在制动钳体10上，制动钳体10可以相对于制动盘20轴向移动。具体地，如图2和图3所示，执行行车制动时，电机40的转子42通过减速器50驱动丝杆61旋转，以使螺母62沿丝杆61向左移动，从而推动第一制动块31也向左移动并压紧到制动盘20上，于是制动盘20给螺母62一个向右的反作用力，使螺母62连同制动钳体10整体向右移动，直到第二制动块32也压靠到制动盘20上。这时两侧的制动块31、32都压在制动盘20上，从而夹紧制动盘20，产生阻止车轮转动的摩擦力矩，实现行车制动。

可选地，丝杆机构60可以为滚动丝杆机构。在采用滚动丝杆机构的情况下，螺母62和丝杆61之间设置有滚动体，例如滚珠或滚柱。进一步地，丝杆机构60可以为行星滚柱丝杆机构。相比于其他丝杆机构，行星滚柱丝杆机构具有承受载荷大、抗冲击能力强、传动精度高、使用寿命长的优点。

另外，还可选地，丝杆机构60可以为滚珠丝杆机构。采用滚珠丝杆机构的有益效果与上述采用行星滚柱丝杆的效果类似，在此为了避免重复，省略对其的说明。但本公开并不限定于此，丝杆机构60还可以采用滑动丝杆机构等。当采用滑动丝杆机构时，可以使螺旋副的螺纹升角大于自锁角，以保证螺旋副不会发生自锁，从而在解除制动时能够通过制动盘对制动块的作用力实现螺母的回位。

在一种实施方式中，上述盘式制动器还可以包括活塞90，该活塞90滑动配合在空腔411的一端，减速器50设置在空腔411的另一端并与丝杆61相连，螺母62通过活塞90推动第一制动块31移动。在这种实施方式中，活塞90将空腔411的内部与外界隔开，使得丝杆机构60处在一个相对密闭的环境中，避免受到外界水、杂质的侵蚀，延长了制动器的使用寿命。

为了避免对活塞90的运动形成阻力，活塞90可以与空腔411间隙配合，也就是说，空腔411的直径可以略大于活塞90的直径。在这种情况下，为了保证密封性，可以在活塞90与空腔411的内壁之间设置密封圈100。

这里，螺母62可以通过螺接、焊接、胶接等方式与活塞90固定在一起。然而，为了避免在连接处产生应力集中，在一种实施方式中，螺母62与活塞90不连接，执行行车制动时，螺母62推动活塞90移动，活塞90再推动第一制动块31压紧到制动盘20上。活塞90可以呈一端封闭另一端开放的筒状结构，螺母62可以设置在活塞90内且与活塞90的内壁间隙配合，执行行车制动时，螺母62的推力作用在活塞90的封闭端以推动活塞90朝向制动盘20移动。

在其他实施方式中，螺母62也可以直接驱动第一制动块31移动，而无需设置活塞90。

可选地，丝杆61上可以安装有推力轴承70。在一种实施方式中，丝杆61上形成有凸缘，推力轴承70设置在凸缘和减速器50的外壳之间。当制动块夹紧制动盘20时，减速器50的外壳通过推力轴承70向丝杆61施加轴向力以平衡制动盘20对丝杆61的反作用力，保证丝杆61受力平衡。

在本公开中，减速器50可以采用任意适当类型的减速器，只要能够将电机40的输出转矩减速增矩后传递给丝杆61即可。在一种实施方式中，减速器50可以为偏摆锥差行星减速器。

图4为偏摆锥差行星减速器的结构示意图，主要由转动锥齿轮1、偏摆锥齿轮2、输入轴5上的偏摆发生器h和周向限制副等组成。其中偏摆发生器h由输入轴5的端部带有偏角σ的轴头6和圆锥滚子轴承7构成。锥齿轮2相当于一个内锥齿轮，与装在输出轴9上的锥齿轮1组成内啮合，偏摆锥齿轮2的一端装在偏角轴头6处的圆锥滚子轴承7上，另一端用球面轴承8与输出轴9的轴端组成球铰连接。两锥齿轮的锥顶与球面轴承的中心o点重合，在偏摆锥齿轮2的外缘设有鼓形外齿圈3，与内齿圈4组成周向限制副。

偏摆锥差行星减速器的传动原理为：当输入轴5带动偏角轴头6绕输入轴的固定轴线nn转动时，偏角轴头的轴线ooh便形成一个锥顶角为2σ锥束空间。由于装在偏角轴头6上的偏摆锥齿轮2受到周向限制副的约束，不能做周转运动，偏角轴头的这种锥束运动便迫使偏摆锥齿轮2绕o点作循环偏摆运动，与装在输出轴9上的转动锥齿轮1形成循环开合的啮合状态。在图示位置，两锥齿轮上部呈全啮合状态，而在下部形成全脱开状态。但当偏角转过180°至位置a’时，两锥齿轮下部呈全啮合状态，而上部呈全脱开状态。当偏角轴头再转过180°又回到原位置时，恰好完成一个偏摆啮合循环。在偏角轴头绕固定轴线nn转动的过程中，偏摆锥齿轮的轮齿沿圆周方向循环进入又退出啮合，使啮合区沿输出锥齿轮的节锥面转移。

在采用偏摆锥差行星减速器的情况下，电机40的转子42与可以偏摆锥差行星减速器的内齿圈4相连，偏摆锥差行星减速器的输出轴9可以与丝杆61相连，电磁离合器8安装在偏摆锥差行星减速器的输入轴5上。也就是说，内齿圈4作为偏摆锥差行星减速器的输入端，输出轴9作为偏摆锥差行星减速器的输出端。

在本公开中，为了使制动器同时具有驻车制动功能，在一种实施方式中，如图2和图5所示，所述制动器还可以包括电磁离合器80，该电磁离合器80安装在减速器50的一个转轴上，通过电磁离合器80抱死所述转轴来实现对减速器50的锁止，从而实现驻车制动。例如，当减速器50采用如上所述的偏摆锥差行星减速器时，电磁离合器8可以安装在偏摆锥差行星减速器的输入轴5，并能够锁止该输入轴5。

具体地，当电磁离合器80失电时，电磁离合器80接合以抱死减速器50的一个转轴，使得减速器50被锁止，从而使丝杆61不能转动，使螺母62不能移动，进而保持对第一制动块31的推力，实现驻车制动。当电磁离合器得电时，电磁离合器分离以释放减速器50，驻车制动解除。

可选地，电磁离合器80可以包括离合器壳体81、电磁铁、平移摩擦片85、旋转摩擦片86、外座圈87和内座圈88。其中，离合器壳体81相对于制动钳体10固定，电磁铁可以包括定铁芯82、动铁芯83和作用于动铁芯83的驱动弹簧84。内座圈88与减速器50的一个转轴通过花键滑动连接，旋转摩擦片86设置在内座圈88上以能够在所述转轴的带动下旋转。外座圈87与离合器壳体81的内壁通过花键滑动连接，平移摩擦片85设置在外座圈87上以能够沿所述转轴的轴向平移。定铁芯82和动铁芯83可以形成为环状结构，并且动铁芯83套设在所述转轴的外部，定铁芯82套设在动铁芯83的外部，以使制动器的结构更紧凑，轴向尺寸更小。当电磁铁失电时，定铁芯82与动铁芯83之间的磁吸力消失，动铁芯83在驱动弹簧84的作用下向右移动，并推动平移摩擦片85和旋转摩擦片86接合，二者之间的摩擦力使得减速器50的所述转轴被抱死；当电磁铁得电时，定铁芯82与动铁芯83之间产生磁吸力，使得动铁芯83复位的同时压缩驱动弹簧84，平移摩擦片85和旋转摩擦片86分离，二者之间的摩擦力消失从而丢掉抱死力。

总体而言，需要执行驻车制动功能时，电机40得电，并依次通过减速器50驱动丝杆61旋转，从而使螺母62推动制动块夹紧制动盘20，达到驻车要求时(例如，驻车制动力达到目标制动力，且驻车制动力从零增大至目标制动力所用的时间小于预设时间)，电机40失电，电磁离合器80工作以抱死减速器50的所述转轴，锁止减速器50，保持驻车制动力，执行驻车制动功能。解除驻车制动时，电磁离合器80丢掉抱死力，释放所述转轴，解除对减速器50的锁止。

可选地，减速器50可以设置在电机40和电磁离合器80之间，以使得制动器结构紧凑、外形规则。

在一种实施方式中，电机40、减速器50和电磁离合器80可以容纳在同一壳体110内，该壳体110可以与制动钳体10例如通过紧固件固定在一起，离合器壳体81可以固定在壳体110内。

根据本公开的另一方面，提供一种车辆，该车辆采用如上所述的线控制动系统。

综上所述，本公开的线控制动系统具有以下优点：一、液压制动管路数量减少，可有效降低整车质量，结构简洁，体积小，易于布置；二、采用机械和电气连接，信号传递迅速，制动响应快，反应灵敏；三、传动效率高，节省能源；四、电子智能控制功能强大，可以通过修改控制器中的软件程序，配置相关的参数来实现abs、tcs、esc、acc等复杂的电控功能，并且易于和具有制动能量回收系统的新能源汽车进行匹配；五、整个系统可以采用模块化结构，装配简单，维修方便；六、采用电子踏板，取消了制动踏板与制动执行机构的机械和液压连接，一方面，在执行abs等动作时制动踏板不会有回弹振动，提高了制动舒适性，另一方面，在车辆发生碰撞时冲击力也不会通过制动系统传到驾驶室内，提高了汽车的被动安全性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。