一种电动汽车的线控制动系统的制作方法

本发明涉及汽车主动安全控制领域，更具体地，涉及一种线控制动系统。

背景技术：

随着科学技术的不断进步和汽车保有量的不断增加，人们对汽车安全性能的要求与日俱增。优异的制动性能和一体化的底盘综合控制技术是现代汽车安全性的一个重要评价指标。因此，车辆的制动系统。例如，由原来单纯靠皮革摩擦产生制动，到后来出现鼓式制动器和盘式制动器，再到后来出现了机械式abs制动系统，数字式电控abs制动系统。虽然传传统的汽车制动系统虽然能满足制动法规关于制动性能的各项要求，但存在制动效能低、响应慢、结构复杂、维护困难、制动液污染环境等缺点。近十几年来，西方等发达国家又兴起了对车辆线控制动的研究，线控制动应运而生。

线控制动系统主要分为两类：电子机械制动系统和电子液压制动系统。

电子机械制动系统主要由电源、电机、减速增扭机构、运动转换装置、传感器以及电子控制单元组成。制动时，驾驶员踩下制动踏板，踏板压力传感器和踏板位移传感器将踏板力和踏板位移信号传递给电子控制单元。电子控制单元经过计算，给电机输入相应的电流控制电机输出一定的转速和扭矩，该转速和扭矩经过减速增扭机构将转速降低扭矩增大后传递给运动转换机构，运动转换机构将来自电机的转动运动转换为平动运动，进一步地推动摩擦片与制动盘接触产生制动效果。电子机械制动，由于采用电子与机械结合的方式进行制动，在能量传递方面，彻底抛弃了传统的液压管路和真空制动器，用电机作为制动的驱动机构，具有质量轻、制动迅速的特点。电子机械制动系统曾被认为是未来制动执行系统的主要形式，但仍需要解决车载42v电源、可靠性、容错性、抗干扰等诸多关键问题，因此一直得不到广泛应用。

电子液压制动系统是在传统的液压制动器的基础上发展起来的。电子液压制动系统是由制动踏板单元、液压驱动单元、传感器、制动执行单元、电子控制单元组成。制动时，驾驶员踩下制动踏板，踏板单元产生反力模拟踏板感觉，踏板压力传感器和踏板位移传感器将踏板力和踏板位移信号传递给电子控制单元，电子控制单元经过计算，控制液压驱动单元产生相应的液压力，液压力作用在制动执行单元上产生制动效果。液压驱动单元产生液压力通常有两种方案，一种是采用液压泵+高压蓄能器，通过高压蓄能器的高压能量来提供制动主缸压力或轮缸压力。一种是电动机+减速机构，通过电动机将力矩转化成直线运动机构上的推力从而推动制动主缸或液压缸活塞产生制动压力。电子液压制动具有结构紧凑、改善制动效能、噪声小且具有更好的踏板感觉。

电子液压制动系统作为一种比较新型的制动系统，发展时间较短，但是发展前景十分广阔，各大汽车厂商和研究机构都在积极开发这一系统。电子液压系统是在原有的液压制动系统上发展起来的，因此市面上较多采用的是液压泵+高压蓄能器作为液压驱动力的来源。采用电动机+减速机构作为液压驱动力的来源国内研究得比较少。同济大学于卓平团队研发了一种具有新型解耦方式的电子液压制动系统，申请了相关专利。如申请号：201510123264.0，该专利采用带插销的制动踏板，将驾驶员的制动意图输入控制单元，插销与螺杆的滑槽配合实现机械解耦。带滑槽的推杆，通过铰接方式和滚珠丝杠的螺杆机械连接。滚珠丝杠螺杆推动制动主缸活塞产生制动力。清华大学王之中团队研发了一种用于汽车分布式电子液压制动系统，申请了相关专利。如申请号201110095263.1，该专利采用直流电机作为驱动源，利用电机轴的旋转运动通过滚珠丝杠副带动活塞运动，该活塞产生制动压力作用在制动轮缸上。

技术实现要素：

本发明提出了一种电动汽车的线控制动系统，包括：制动输入单元、制动模拟单元、隔离单元、保压单元、机械执行单元、接头单元、制动轮缸。

制动输入单元包括：制动踏板和制动主缸；制动模拟单元包括踏板模拟阀和踏板模拟单元；隔离单元包括隔离阀1、隔离阀2、隔离阀3、隔离阀4；保压单元包括前保压阀、后保压阀；机械执行单元包括：左前车轮机械执行机构、右前车轮机械执行机构、左后车轮机械执行机构、右后车轮机械执行机构；接头单元包括：三通接头、四通接头；制动轮缸包括：左前车轮制动轮缸、右前车轮制动轮缸、左后车轮制动轮缸、右后车轮制动轮缸。

制动主缸包括：主缸前腔活塞、主缸后腔活塞、主缸弹簧、推杆和主缸缸体；主缸缸体前端与主缸前腔活塞构成制动主缸第一腔，主缸缸体后端与主缸后腔活塞构成制动主缸第二腔。

左前车轮机械执行机构、右前车轮机械执行机构、左后车轮机械执行机构、右后车轮机械执行机构的结构相同，由剖分式壳体、电机、减速增扭机构、运动转换机构、间隙调整机构、以及液压缸组成；其中电机、与液压缸通过螺钉固定在剖分式壳体上，电机轴与减速增扭机构相连，减速增扭机构把来自电机的转速降低、扭矩放大传递到运动转换机构，运动转换机构将来自减速增扭机构的旋转运动转化为直线运动，扭矩转换为推力推动液压缸中的活塞产生制动液压力；间隙调整机构用于调整活塞在液压缸中的初始位置，消除制造误差造成无法装配的问题。

隔离阀1、隔离阀2、隔离阀3、隔离阀4、模拟控制阀均属于二位二通阀，其中隔离阀1、隔离阀2、隔离阀3、隔离阀4为常开电磁阀；前保压阀、后保压阀均属于二位四通阀，模拟控制阀、前保压阀、后保压阀为常闭电磁阀。

踏板模拟单元由踏板模拟弹簧、踏板模拟活塞以及踏板模拟壳体组成，其中踏板模拟弹簧与踏板模拟活塞均安装在踏板模拟壳体内部。

左前车轮机械执行机构通过制动管路与前保压阀相连，前保压阀通过制动管路与四通接头的第2接头相连，进一步地四通接头的第3接头再通过制动管路与左前车轮制动轮缸相连；

右前车轮机械执行机构通过制动管路与前保压阀相连，前保压阀通过制动管路与三通接头的第2接头相连，进一步地三通接头的第1接头再通过制动管路与右前车轮制动轮缸相连；

隔离阀1布置在三通接头与四通接头之间，分别通过制动管路与三通接头的第3接头以及四通接头的第1接头相连，其中四通接头的第3接头与隔离阀1通过制动管路连接，进一步地隔离阀3再通过制动管路与制动主缸第二腔相连；

左后车轮机械执行机构通过制动管路与后保压阀相连，后保压阀通过制动管路与四通接头的第2接头相连，进一步地四通接头的第4接头再通过制动管路与左后车轮制动轮缸相连；

右后车轮机械执行机构通过制动管路与后保压阀相连，后保压阀通过制动管路与三通接头的第2接头相连，进一步地三通接头的第1接头再通过制动管路与右后车轮制动轮缸相连；

隔离阀2布置在三通接头与四通接头之间，分别通过制动管路与三通接头的第3接头以及四通接头的第1接头连接，其中四通接头的第3接头与隔离阀2通过制动管路连接，隔离阀4再通过制动管路与三通接头的第3接头相连，三通接头的第1接头通过制动管路与制动主缸第一腔相；三通接头的第2接头与模拟控制阀通过制动管路连接，进一步地模拟控制阀通过制动管路再与踏板模拟单元连接。

本发明的有益之处在于：本发明采用电子机械制动系统与电子液压制动系统相结合的方式实现车轮的制动。首先利用电机直接产生扭矩经放大、转换为推力后推动活塞产生制动液压力，相比于电子液压制动具有更快的响应速度。其次相比于依靠安装在车轮内侧电子机械制动器，本发明的机械执行机构不受安装位置的约束，避开了雨水和泥泞的侵蚀，极大的提高使用寿命。最后本发明具有备份制动，在电源失效或者机械执行机构失效的情形下可以通过人力实现制动，极大地提高了制动系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明制动管路分布图；

图2为本发明机械执行机构；

图3为本发明的三通接头；

图4为本发明的四通接头；

图5为本发明的车辆稳定性控制结构框图；

图6为本发明的车辆动力学稳定性对横摆稳定性的控制；

图7为本发明的左前车轮制动轮缸压力响应图；

图8为本发明的右前车轮制动轮缸压力响应图；

图9为本发明的左后车轮制动轮缸压力响应图；

图10为本发明的右后车轮制动轮缸压力响应图；

图中，11为制动踏板，12为制动主缸，121为主缸前腔活塞，122为主缸后腔活塞，123为弹簧，124为推杆，125为主缸缸体，22为踏板模拟阀，23为踏板模拟单元，231为踏板模拟弹簧，232为踏板模拟弹簧，233为踏板模拟壳体，31、32、33、34为隔离阀，41为前保压阀，42为后保压阀，51为左前车轮机械执行机构，52为右前车轮机械执行机构，53为左后车轮机械执行机构，54为右后车轮机械执行机构，511、521、531、541为剖分式壳体，512、522、532、542为电机，513、523、533、543为减速增扭机构，514、524、534、544为运动转换机构，515、525、535、545为间隙调整机构，516、526、536、546为液压缸，61、62、63为三通接口，64、65为四通接口，71为左前车轮制动轮缸，72为右前车轮制动轮缸，73为左后车轮制动轮缸，74为右后车轮制动轮缸。

具体实施方式

一种电动汽车的线控制动系统的结构图如图1所示，包括：制动输入单元1、制动模拟单元2、隔离单元3、保压单元4、机械执行单元5、接头单元6、制动轮缸7。

制动输入单元包括：制动踏板11、制动主缸12；制动模拟单元2包括踏板模拟阀22和踏板模拟单元23；隔离单元包括隔离阀31、32、33、34；保压单元包括前保压阀41、后保压阀42；机械执行单元5包括：左前车轮机械执行机构51、右前车轮机械执行机构52、左后车轮机械执行机构53、右后车轮机械执行机构54；接头单元包括：三通接头61、62、63、四通接头64、65；制动轮缸7包括：左前车轮制动轮缸71、右前车轮制动轮缸72、左后车轮制动轮缸73、右后车轮制动轮缸74。

制动主缸12包括：主缸前腔活塞121、主缸后腔活塞122、主缸弹簧123、推杆124和主缸缸体125；其中主缸缸体125前端与主缸前腔活塞122构成制动主缸12第一腔，主缸缸体125后端与主缸后腔活塞122构成制动主缸12第二腔；

左前车轮机械执行机构51、右前车轮机械执行机构52、左后车轮机械执行机构53、右后车轮机械执行机构54的结构相同，由剖分式壳体511、521、531、541、电机512、522、532、542、减速增扭机构513、523、533、543、运动转换机构514、524、534、544、间隙调整机构515、525、535、545以及液压缸516、526、536、546组成；其中电机512、522、532、542与液压缸516、526、536、546通过螺钉固定在剖分式壳体511、521、531、541上，电机轴与减速增扭机构513、523、533、543相连，减速增扭机构513、523、533、543把来自电机512、522、532、542的转速降低、扭矩放大传递到运动转换机构514、524、534、544，运动转换机构514、524、534、544将来自减速增扭机构减速增扭机构513、523、533、543的旋转运动转化为直线运动，扭矩转换为推力推动液压缸516、526、536、546中的活塞产生制动液压力；间隙调整机构515、525、535、545用于调整活塞在液压缸516、526、536、546中的初始位置，消除制造误差造成无法装配的问题。

隔离阀31、32、33、34、模拟控制阀22均属于二位二通阀，其中隔离阀31、32、33、34为常开电磁阀；前保压阀41、后保压阀42均属于二位四通阀，模拟控制阀22、前保压阀41、后保压阀42为常闭电磁阀。

踏板模拟单元23由踏板模拟弹簧231、踏板模拟活塞232以及踏板模拟壳体233组成，其中踏板模拟弹簧231与踏板模拟活塞232均安装在踏板模拟壳体233内部。

左前车轮机械执行机构51通过制动管路与前保压阀41相连，前保压阀41通过制动管路与四通接头64的第2接头642相连，进一步地四通接头64的第3接头643再通过制动管路与左前车轮制动轮缸71相连；

右前车轮机械执行机构52通过制动管路与前保压阀41相连，前保压阀41通过制动管路与三通接头61的第2接头612相连，进一步地三通接头61的第1接头611再通过制动管路与右前车轮制动轮缸72相连；

隔离阀31布置在三通接头61与四通接头64之间，分别通过制动管路与三通接头61的第3接头613以及四通接头64的第1接头641相连，其中四通接头64的第3接头643与隔离阀33通过制动管路连接，进一步地隔离阀33再通过制动管路与制动主缸12第二腔相连；

左后车轮机械执行机构54通过制动管路与后保压阀42相连，后保压阀42通过制动管路与四通接头65的第2接头652相连，进一步地四通接头65的第4接头654再通过制动管路与左后车轮制动轮缸73相连；

右后车轮机械执行机构54通过制动管路与后保压阀42相连，后保压阀42通过制动管路与三通接头62的第2接头622相连，进一步地三通接头62的第1接头621再通过制动管路与右后车轮制动轮缸74相连；

隔离阀32布置在三通接头62与四通接头65之间，分别通过制动管路与三通接头62的第3接头623以及四通接头65的第1接头651连接，其中四通接头65的第3接头653与隔离阀34通过制动管路连接，隔离阀34再通过制动管路与三通接头63的第1接头631相连，三通接头63的第3接头633通过制动管路与制动主缸12第一腔相；三通接头63的第2接头632与模拟控制阀22通过制动管路连接，进一步地模拟控制阀22通过制动管路再与模拟单元23连接。

本发明提出的一种电动汽车的线控制动系统具备三种制动模式，即正常工作制动模式、驻车制动模式、备份制动模式。

正常工作制动模式下，隔离阀31、32、33、34通电关闭，前保压阀41、后保压阀42以及模拟控制阀22通电打开。驾驶员踩下制动踏板11，踏板力经过制动主缸12的推杆124作用在主缸前腔活塞121上，推动主缸前腔前活塞121向后运动。由于隔离阀33和隔离阀34均属于通电关闭状态，制动主缸12第二腔的油液无法流出，故制动主缸后腔活塞122不运动。制动主缸12第一腔的油液通过制动管路经过三通接头63、模拟控制阀22流入踏板模拟单元23。推动踏板模拟单元23的踏板模拟活塞232运动，在踏板模拟单元23内踏板模拟弹簧232的作用下为踏板模拟活塞232提供反力，制动主缸12第一腔压力升高，进一步地产生踏板反力。此时，机械执行单元5通电开始工作，产生相应的制动压力经过制动管路传递到相应的制动轮缸内。以左前车轮制动为例，左前车轮机械执行机构51通电，电机512通电后产生一定的扭矩，经过减速增扭机构513传递到运动转换机构514，运动转换机构514将旋转运动转换为直线运动,作用在左前车轮机械执行机构51的液压缸516活塞上，产生制动液压力，制动油液从左前车轮机械执行机构51的液压缸流出，经过前保压阀41和四通接头64，最后流入制动轮缸71内，制动轮缸71内压力升高推动摩擦片与制动盘接触产生摩擦力，实现车轮制动。

驻车制动模式下，主要针对于车辆需要长时间停车的情形。首先经过由上文提到的正常工作模式下产生制动液压力后，通过切断前保压阀41和后保压阀42的电源使前保压阀41和后保压阀42同时断电关闭，同时机械执行单元5断电，不再输出制动液压力。此时制动轮缸71、72、73、74内的制动液压力保持。解除驻车制动模式只需要将前保压阀41和后保压阀42通电打开，制动轮缸71、72、73、74内的制动油液重新流回机械执行单元5内，制动液压力降低，制动力解除。

备份制动模式下，所有电磁阀均处于断电状态，其中隔离阀31、32、33、34处于断电打开状态，前保压阀41和后保压阀42以及模拟控制阀22处于断电关闭状态。驾驶员踩下制动踏板11，制动主缸12的推杆124推动主缸前腔活塞121向后运动，同时在主缸弹簧123的作用下，踏板力将传递到主缸后腔活塞122。此时制动主缸12第一腔和第二腔均建立起制动液压力。其中制动主缸12第一腔制动油液流经三通接头63和隔离阀34，在四通接头65油液分支，一支通过隔离阀32和三通接头62流入右后车轮制动轮缸74，另一支通过制动管路直接流入左后车轮制动轮缸73。制动主缸第二腔制动油液流经隔离阀33，在四通接头64油液分支，一支通过隔离阀31和三通接头61流入右前车轮制动轮缸72，另一支通过制动管路流入左前车轮制动轮缸71。备份制动模式主要工作在电源实现或者机械执行单元5失效的情形下，通过驾驶员的人力踩踏制动踏板11产生制动液压力，实现车辆制动，备份制动模式能极大的提高系统的可靠性和安全性。

具体实施例1：

本实施例利用线控制动系统实现车辆稳定性控制，控制方法如图5所示，线控制动系统处于正常工作制动模式。线控制动系统实现车辆稳定性控制步骤如下：

首先，用户开发车辆动力学稳定性控制器、制动液压力分配算法集成到中央处理器；

然后，参考模型根据当前车速和方向盘转角信号计算出期望横摆角速度值，该期望横摆角速度值与车辆实际横摆角速度值相减，得出横摆角速度的误差；车辆动力学稳定性控制器根据横摆角速度的误差求解出附加横摆力矩；制动液压力分配控制算法根据附加横摆力矩，计算得到四个车轮的液压力目标值；

最后，中央处理器根据四个车轮的液压力目标值计算驱动四个电机512、522、532、542的电流值，进一步地控制电流驱动模块输出相应的电流，驱动机械执行机构51、52、53、54产生液压力，由此可控制四个制动轮缸71、72、73、74的制动液压力。

作为以上实施例的实际例，图6为车辆动力学稳定控制，图中车辆的实线为期望横摆角速度值，虚线为无控制时车辆的实际横摆角速度响应，点划线为利用本发明的线控制动系统控制时车辆的实际横摆角速度响应。图7到图10为四个车轮轮缸液压力的响应图，其中虚线为目标制动轮缸71、72、73、74液压力曲线，实线为利用本发明的线控制动系统对制动轮缸71、72、73、74液压力调节的液压力响应曲线。

为了在描述上更加简洁，上文提到的若干代表性实施方式进行阐述，实施方式中大量细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是本技术方案不仅仅局限于这些细节，一些实施方式没有具体细致的描述。上文提到的若干代表性实施方式本领域的技术人员会理解，本领域技术人员对本发明重新调整和替代不脱离于本发明的保护范围。