机电液电控制动系统的意外断电保护装置及制动系统的制作方法

本实用新型涉及机电液电控制动系统的意外断电保护装置及制动系统。

背景技术：

汽车制动助力系统由传统真空助力制动系统发展到了当前的机电液电控制动助力系统（以下简称制动系统），作为汽车的最高安全系统，电控制动系统在机械结构的耐久性设计要保证满足30万公里或15年产品生命周期的可靠性，在电气电子架构设计需要满足国际标准功能安全的开发流程以及预期功能安全规范，因此对于故障失效安全性提出了更高的容错技术要求，要求通过充分的设计检证步骤来保障主动制动安全的有效性。

汽车作为出行移动工具的载体，需要保证电控单元的电源供电，然而由于汽车的复杂工况导致的线束断路和短路，不可避免地发生电控单元突然断电的故障模式。而汽车的电控制动系统装置在实施制动过程中，一旦发生电控单元ecu（electroniccontrolunit，电子控制单元）的供电中断掉电的故障时，制动助力电机失去驱动控制。此时在制动主缸液压回路里的高压制动液以及制动推杆回位弹簧的压力释放从而出现强力反推机械机构带动无刷电机高速反向旋转，由此在电路回路里产生反电动势。特别是在紧急制动工况下突然掉电的故障，会产生很大反电动势导致直流无刷电机驱动芯片电压过载烧毁以及mosfet管过流击穿烧毁的现象。

因此，针对电源的意外断电，需要植入相应的安全机制，实施监控以及出现失效模式时的干预控制，从而使系统迁移到安全状态。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供机电液电控制动系统的意外断电保护装置及制动系统，针对电源的意外断电可以快速将系统迁移到安全状态，可以更好地保护ecu硬件，防止不可逆的ecu损坏故障。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

机电液电控制动系统的意外断电保护装置，包括电源和主控芯片，还包括主开关bms、制动斩波器单元和前置驱动单元，所述电源通过主开关bms分别与主控芯片、制动斩波器单元连接，所述主控芯片通过保持开关sw与制动斩波器单元连接，所述制动斩波器单元与前置驱动单元相连，所述前置驱动单元的输出信号与电控制动系统的助力无刷电机相连并用于驱动助力无刷电机，所述主开关bms和制动斩波器单元的公共端与电容的一端连接，所述电容的另一端接地。

优选，所述制动斩波器单元包括二极管和场效应管，所述二极管的负极分别与主开关bms、第一电阻的一端、前置驱动单元相连，所述二极管的正极分别与保持开关sw、第二电阻的一端和场效应管的栅极相连，所述第一电阻的另一端与场效应管的漏极相连，所述场效应管的源极分别与第二电阻的另一端、前置驱动单元相连。

优选，所述主控芯片为tms570ls0714或tms570ls0914。

优选，所述前置驱动单元为a4911。

优选，所述第二电阻、场效应管的源极及前置驱动单元的公共端与第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接地。

一种设置有意外断电保护装置的制动系统，包括电控制动助力装置，还包括上述任意一项所述的机电液电控制动系统的意外断电保护装置，所述意外断电保护装置的输出信号与电控制动系统的助力无刷电机相连并用于驱动助力无刷电机。

优选，所述电控制动助力装置包括制动主缸、反应盘、滚珠丝杠螺母与齿轮总成、以及与助力无刷电机相连的电控单元ecu，所述滚珠丝杠螺母与齿轮总成内置有滚珠丝杠，汽车的踏板输入推杆的一端与制动踏板相连且另一端贯穿滚珠丝杠，所述电控单元ecu和踏板输入推杆之间设置有踏板行程传感器，所述助力无刷电机与滚珠丝杠螺母与齿轮总成之间设置有齿轮传动副，所述滚珠丝杠和踏板输入推杆的另一端用于触发反应盘，所述反应盘通过弹簧与制动主缸相连。

优选，所述电控单元ecu设置有ebr外部制动请求信号接口。

优选，所述踏板输入推杆上设置有磁石s-n极，所述踏板行程传感器通过磁石s-n极感应踏板输入推杆的行程。

优选，所述踏板行程传感器为mlx90360。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的意外断电保护装置通过主控芯片自身的电压监控安全机制，实现可靠的系统电源意外断电故障诊断，依靠硬件电路的快速反应，完成反电动势的泄流功能，有效保护电控单元免于失效。针对电源的意外断电可以快速将系统迁移到安全状态，可以更好地保护ecu硬件，防止不可逆的ecu损坏故障。

附图说明

图1是本实用新型电控制动助力装置的结构示意图；

图2是本实用新型机电液电控制动系统的意外断电保护装置的结构示意图；

图3是本实用新型意外断电时助力电机转速与回路电压的示意图；

附图的标记含义如下：

1：反应盘；2：制动助力fb；3：滚珠丝杠螺母与齿轮总成；4：滚珠丝杠；5：踏板输入推杆；6：制动踏板；7：磁石s-n极；8：踏板行程传感器；9：传感器信号；10：电控单元ecu；11：ebr外部制动请求信号接口；12：助力无刷电机；13：齿轮传动副；14：踏板力ff；15：弹簧回位力fs；16：制动液压反推力fh；17：制动主缸；18：电源；19：主开关bms；20：主控芯片；21：保持开关sw；22：电容；23：二极管；24：场效应管；25：制动斩波器单元；26：第三电阻；27：前置驱动单元；28：转子位置传感器；29：直流回路电压；30：第一电阻；31：第二电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图2所示，机电液电控制动系统的意外断电保护装置，包括电源18和主控芯片20，还包括主开关bms19、制动斩波器单元25和前置驱动单元27，所述电源18通过主开关bms19分别与主控芯片20、制动斩波器单元25连接，所述主控芯片20通过保持开关sw21与制动斩波器单元25连接，所述制动斩波器单元25与前置驱动单元27相连，所述前置驱动单元27的输出信号与电控制动系统的助力无刷电机12相连并用于驱动助力无刷电机12，助力无刷电机12也是图1中电控制动助力装置的组成部分，意外断电保护装置和电控制动助力装置通过助力无刷电机12实行机械连接。

图2中，主开关bms19和制动斩波器单元25的公共端与电容22的一端连接，所述电容22的另一端接地。

上述的主控芯片20可以采用tms570ls0714芯片或者tms570ls0914芯片，前置驱动单元27可以采用a4911，a4911是一款可以控制以三相桥式设置连接的mosfet的n通道功率mosfet驱动器,特别针对使用大功率电感负载(如:bldc电动机)的汽车应用而设计。其中，主控芯片和前置驱动单元均是现有技术，也可以用同样功能的芯片替代。

以图2为例，制动斩波器单元25可以采用下述优选电路：

制动斩波器单元25包括二极管23和场效应管24，所述二极管23的负极分别与主开关bms19、第一电阻30的一端、前置驱动单元27相连，所述二极管23的正极分别与保持开关sw21、第二电阻31的一端和场效应管24的栅极相连，所述第一电阻30的另一端与场效应管24的漏极相连，所述场效应管24的源极分别与第二电阻31的另一端、前置驱动单元27相连。

其中，第二电阻31、场效应管24的源极及前置驱动单元27的公共端与第三电阻26的一端连接，所述第三电阻26的另一端接地。图2中，各电阻的阻值或电容的电容量可以根据实际情况选配。转子位置传感器28将检测数据传送给电控单元ecu10。

一种设置有意外断电保护装置的制动系统，包括电控制动助力装置（如图1所示）和上述任意一项所述的机电液电控制动系统的意外断电保护装置（如图2所示），所述意外断电保护装置的输出信号与电控制动系统的助力无刷电机12相连并用于驱动助力无刷电机12，具体的，前置驱动单元27的输出信号与助力无刷电机12的齿轮传动副13连接。

参见图1，电控制动助力装置包括制动主缸17、反应盘1、滚珠丝杠螺母与齿轮总成3、以及与助力无刷电机12相连的电控单元ecu10，所述滚珠丝杠螺母与齿轮总成3内置有滚珠丝杠4，图1中，滚珠丝杠螺母与齿轮总成3与滚珠丝杠4之间通过螺纹连接。汽车的踏板输入推杆5的一端（图1中的右端）与制动踏板6相连且另一端（图1中的左端）贯穿滚珠丝杠4，所述电控单元ecu10和踏板输入推杆5之间设置有踏板行程传感器8，所述助力无刷电机12与滚珠丝杠螺母与齿轮总成3之间设置有齿轮传动副13，所述滚珠丝杠4和踏板输入推杆5的另一端（图1中的左端）用于触发反应盘1，反应盘1通过弹簧与制动主缸17相连。

电控单元ecu10设置有ebr外部制动请求信号接口11（ebr：externalbrakerequest），通过此接口接受外部制动请求信号，所述踏板输入推杆5上设置有磁石s-n极7，所述踏板行程传感器8通过磁石s-n极7感应踏板输入推杆5的行程，踏板行程传感器8可以为mlx90360。以图1方向为例，当踩下制动踏板6后，踏板输入推杆5向左移动，踏板行程传感器8向电控单元ecu10发送信号，电控单元ecu10控制助力无刷电机12工作，齿轮传动副13带动滚珠丝杠螺母与齿轮总成3移动从而带动滚珠丝杠4向左移动，踏板输入推杆5和滚珠丝杠4共同向左端施加作用力触发反应盘1。

图1中，电控制动助力装置的制动主缸p级油液回路以及制动主缸s级油液回路连接到相应制动轮缸推动刹车片夹紧制动盘，从而产生制动扭矩使汽车实现安全停车的目的：

（1）当驾驶员踩下制动踏板6，踏板行程传感器8检测到驾驶员的制动请求，电控单元ecu控制助力无刷电机12的驱动，反应盘1受到制动助力fb2、踏板力ff14等的作用，向前移动使制动主缸17建立油液压力。其中踏板行程传感器8和电控单元ecu10之间有两路传感器信号9。在紧急制动的情况下，在百毫秒量级的时间内制动主缸17的压力建立可达100bar，建立压力的时间相当快速。

（2）在有外部制动请求信号的情况下，电控单元ecu10从ebr外部制动请求信号接口11接收到请求制动的信号数据，电控单元ecu10对于电机实施驱动控制使制动主缸17建立油液压力。外部制动请求信号一般来自于adas车辆的自动紧急制动aeb功能或自适应巡航acc功能实现需求。

在上述两种电动制动助力工况的建立压力过程中，由于线束断路和短路，或者由于电源管理芯片的故障，不可避免地发生电控单元ecu10突然断电的故障模式，则助力无刷电机12失去驱动控制。此时在制动主缸液压回路里的高压制动液反推力fh16以及制动推杆回位弹簧回位力fs15释放从而出现强力反推机械机构带动助力无刷电机12高速反向旋转，由此在电路回路里产生反电动势。特别是在紧急制动工况下突然掉电的故障，会产生很大反电动势导致直流无刷电机驱动芯片电压过载以及mosfet管过流击穿烧毁的现象。

为了消除电控单元ecu10突然掉电导致的ecu损坏故障现象，本实用新型在制动系统里设置有意外断电保护装置（如图2所示），对整个电机驱动直流回路起到良好的保护作用，具体的：

1）在正常工况，系统正常发挥功能时，电源18的供电保持持续状态，电控制动助力系统主开关bms19接通，主控芯片20控制硬件电路保持开关sw21断开，此时，制动斩波器单元25中的场效应管24处于关闭状态。

2）在正常工况，根据制动需求助力无刷电机12正向驱动建立主缸压力，撤去制动时，助力无刷电机12受控反向旋转。电机反向旋转的速度满足操控感生所需的制动回位迟滞感觉，同时所产生的反电动势也被控制在回路设计界限之内，不会发生直流无刷电机驱动芯片电压过载的报错以及mosfet管过流击穿烧毁的故障。

3）当系统在运转发挥功能时，如图3（a）和（b）所示，一旦在时间t0发生断电故障，电控制动助力系统主开关bms19关闭，主控芯片20控制硬件电路使得保持开关sw21接通。

4）由于助力无刷电机12失去控制，在制动主缸液压回路里的高压制动液反推力和制动推杆回位弹簧压力释放的作用下，出现强力反推机械机构带动助力无刷电机12高速反向旋转，从驱动模式转变为发电模式，由此在电路回路里产生反电动势。

5）直流回路电压29在t0～t1期间,电容22处于充电状态缓冲反电动势脉冲峰值，达到特定设计电压（例如16v）时，由于在断电瞬间保持开关sw21受主控芯片20的控制而接通，二极管23导通，制动斩波器单元25中的场效应管24也迁移到导通状态。制动斩波器单元25激活并处于工作状态，限制了直流回路电压29不再升高，电路回路泄流如图2箭头方向所示。

6）在t0～t1期间，助力无刷电机12被液压及弹簧力反推的反转速度上升到ω1后，随着液压及弹簧力的势能释放，电机反转速度下降，t2时反转速度为ω2，但是此刻到达机构运动死点，瞬间降为ω3=0。

7）直流回路电压29在t0～t1期间由v0升高到v1，之后由于制动斩波器单元25处于激活工作状态，限制了直流回路电压29，其不再升高，到t2时刻电压降为v2。随着电机反转到达机构死点停止，反电动势为零，但是回路储能元件电容22放电，在t3时刻电压耗散为零。

本实用新型的意外断电保护装置通过主控芯片自身的电压监控安全机制，实现可靠的系统电源意外断电故障诊断，依靠硬件电路的快速反应，完成反电动势的泄流功能，有效保护电控单元免于失效。针对电源的意外断电可以快速将系统迁移到安全状态，可以更好地保护ecu硬件，防止不可逆的ecu损坏故障。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。