CN102700532B - 采用电磁制动器实现车辆防抱死的制动装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用电磁制动器实现车辆防抱死功能的制动装置及控制方法，将回油电磁阀、进油电磁阀、制动管路压力传感器、轮速传感器、制动踏板位置传感器分别通过线束连接集成控制单元，集成控制单元通过采集制动管路压力传感器和制动踏板位置传感器的信号确定目标制动力矩，对摩擦制动力矩和电磁制动力矩进行合理分配，并通过电磁制动器的力矩调节实现车轮防抱死功能，利用电磁制动器实现车辆防抱死功能，整个制动过程电磁制动器都参与车辆制动能量的分流，制动更迅速和平稳、制动噪声更低，可以大幅的减少摩擦制动带来的有毒摩擦粉尘、提高制动系统的安全性和抗热失效性能、延长制动系统的使用寿命并降低其维护成本。

Description

采用电磁制动器实现车辆防抱死的制动装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆制动防抱死装置，特别涉及到通过摩擦制动和电磁制动共同作用，最终通过调节电磁制动力矩大小实现车辆制动防抱死功能的制动装置及控制方法。

背景技术

目前车辆的制动防抱死功能是通过调节摩擦制动器的制动力矩来实现的。虽然该技术已经比较成熟，但在这种制动系统中，也存在一些缺点，如：摩擦制动噪音较大，制动不平稳；制动管路中液体和气体的质量惯性会导致制动响应速度变慢；摩擦片的不断磨损产生大量有毒摩擦粉尘，频繁的制动磨损提高了维修成本；在连续制动的场合，制动器的温度会急剧升高，降低了车辆的制动效能，此时如果遇到紧急制动或急转向的路况时，往往会给制动系统造成严重的冲击，严重威胁到行人和自身的行驶安全。这些缺点都是传统ABS制动防抱死系统不能避免的。

为了克服传统制动系统的缺点，通过增加辅助制动系统来改善车辆的制动性能，比较成熟的就是在车辆上增加电涡流缓速器或液力缓速器来分流车辆主制动系统的能量，但这种技术目前只用在货车或营运客车上，而在保有量最多的轿车上还无法得到应用。同时，这种辅助制动系统在车辆ABS（防抱死）系统起作用时会关闭其辅助制动功能。当车辆ABS系统起作用时，即制动能量在瞬间增大的时候，辅助制动系统反而丧失了分流作用，这对车辆的制动安全埋下了严重的隐患。

申请号为200810020499.7、名称为“电涡流缓速器与汽车摩擦制动器的联合控制器及控制方法”以及申请号为200710022250.5、名称为“ 一种汽车主制动器与缓速器联合控制器及控制方法”中公开的控制器，是在ABS不起作用的情况下，辅助制动与主制动系统进行联合作用；却未提及当ABS起作用时，主制动系统和辅助制动系统如何实现制动能量分流。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出一种采用电磁制动器实现车轮防抱死功能的制动装置及控制方法，该装置在保留车辆原有基本的液压或气压助力摩擦制动机构的基础上，在车辆制动盘旁边设计安装电磁制动器，用集成控制单元替代原有的ABS电子控制单元，在制动过程中，通过优化的控制策略对摩擦制动力矩和电磁制动力矩进行合理分配，并在车辆接近临界抱死状态时，通过调整电磁制动力矩实现车辆制动防抱死功能，保证电磁制动器在车辆整个制动过程中时刻保持制动能量分流的作用。

本发明采用电磁制动器实现车辆防抱死的制动装置采用的技术方案是：具有轮速传感器、真空助力器及制动主缸、制动踏板、摩擦制动器和电磁制动器，制动踏板下面设有双信号输出的制动踏板位置传感器，摩擦制动器设在摩擦制动器制动盘上，真空助力器及制动主缸通过制动管路分别连接回油电磁阀和进油电磁阀，回油电磁阀和进油电磁阀分别通过管路连接摩擦制动器中的制动轮缸，在制动轮缸旁边的管路上设有制动管路压力传感器，所述回油电磁阀、进油电磁阀、制动管路压力传感器、轮速传感器、制动踏板位置传感器分别通过线束连接集成控制单元，集成控制单元由微型计算机、信号调理电路以及通过不同的端口分别连接微型计算机的信号整形电路、稳压电路、功率放大电路、电流控制电路、模数转换电路及报警电路组成，信号调理电路连接模数转换电路；电磁制动器中的电磁制动器线圈连接电流控制电路，回油电磁阀、进油电磁阀连接功率放大电路，制动踏板位置传感器以及制动管路压力传感器连接信号调理电路，轮速传感器及制动踏板位置传感器连接信号整形电路。

进一步地，电磁制动器由定子总成和转子总成组成，定子总成包括线圈定子支架和设在线圈定子支架上的电磁制动器线圈及铁芯，转子总成包括前后转子盘连接轴和分别位于电磁制动器线圈及铁芯的前、后两侧的前转子盘、后转子盘，前后转子盘连接轴穿过电磁制动器线圈及铁芯和线圈定子支架并连接前转子盘和后转子盘，前转子盘通过制动盘与电磁制动器连接轴刚性连接摩擦制动器制动盘。

上述制动装置的控制方法采用的技术方案包括如下步骤：1）当集成控制单元通过制动管路压力传感器和制动踏板位置传感器监测到制动动作发生时，分析计算得到目标制动力矩并分配摩擦制动力矩和电磁制动力矩；将回油电磁阀置于关闭状态，调整进油电磁阀的制动液流量逐步增大摩擦制动力矩，同时集成控制单元根据轮速传感器信息逐步增大电磁制动器线圈的通电电流，逐步增大电磁制动力矩；力矩调整过程中，使摩擦制动力矩和电磁制动力矩的比例系数保持恒定；当实际制动力矩与目标制动力矩一致时，集成控制单元不断调整电磁制动力矩的大小以保证总的制动力矩处于恒定状态；2）制动调整过程中，当集成控制单元通过轮速传感器监测到车轮有抱死的倾向时，将回油电磁阀和进油电磁阀都置于关闭状态，锁定摩擦制动力矩，通过采集轮速传感器信息不断调整电磁制动力矩大小，使车轮逐步接近最佳滑移率状态，实现车辆的制动防抱死功能；3）制动过程中，如果电磁制动力矩在其调整范围内无法实现车辆制动防抱死功能时，集成控制单元控制回油电磁阀放开已锁定的摩擦制动力矩，重新进行制动力矩的计算和调整，按照步骤1）中的比例系数重新增大或减小电磁制动力矩和摩擦制动力矩，直至出现新的最佳制动防抱死状态为止。

本发明保留车辆原有基本的液压或气压助力摩擦制动机构，在四个车轮制动盘的内侧安装四个相同的电磁制动器，将电磁制动系统与原车摩擦制动系统集成在一起，用摩擦制动与电磁制动集成控制单元代替原有液压或气压ABS电子控制单元，通过联合制动控制策略合理配置摩擦制动力矩和电磁制动力矩，最终通过调节电磁制动力矩实现车辆的制动防抱死功能。本发明的优点是：1、在ABS不起作用时，两个制动系统共同分流制动能量，整个制动过程电磁制动器都参与车辆制动能量的分流，使得制动更加平稳，大幅的减少摩擦制动带来的有毒摩擦粉尘、提高制动系统的安全性和抗热失效性能、延长制动系统使用寿命并降低其维护成本。2、在ABS起作用时，此时车轮到达临界抱死状态，需要大量的制动能量，电磁制动系统同样产生制动作用，这样就保证了摩擦制动系统磨损更加均匀，制动噪声降低，避免了瞬间急剧发热情况。3、通过改变电磁制动力矩的大小比改变摩擦制动力矩大小实现车辆的ABS防抱死功能，系统的反应更灵敏，执行速度更快。

附图说明

图1是本发明采用电磁制动器实现车辆防抱死的制动装置的结构图；

图2是图1中摩擦制动器9及其关联件的连接结构图；

图3是图1中电磁制动器10的结构连接图；

图4是图3的拆分图；

图5是图1中集成控制单元11的结构连接图；

图6是图1所示制动装置的控制流程图；

图中：1、车轮；2、回油电磁阀；3、蓄压器；4、回流泵；5、阻尼器；6、真空助力器及制动主缸；7、制动踏板；8、制动踏板位置传感器；9、摩擦制动器；10、电磁制动器；11、集成控制单元；12、制动管路压力传感器；13、制动管路；14、轮速传感器；15、进油电磁阀；16、轮毂；17、摩擦制动器制动盘；18、制动盘与电磁制动器连接轴；19、传动轴；20、前转子盘；21、前后转子盘连接轴；22、后转子盘；23、电磁制动器线圈及铁芯；24、线圈定子支架；25、制动轮缸；26、活塞；27、摩擦片。

具体实施方式

如图1所示，车辆原有液压或气压助力制动系统具有真空助力器及制动主缸6、制动踏板7、摩擦制动器9和电磁制动器10。摩擦制动器9安装在摩擦制动器制动盘17上，真空助力器及制动主缸6通过制动管路13分别连接回油电磁阀2和进油电磁阀15，同时，回油电磁阀2和进油电磁阀15分别通过管路13连接摩擦制动器9，回油电磁阀2和进油电磁阀15分别通过线束连接集成控制单元11，在回油电磁阀2和真空助力器及制动主缸6的管路上串接蓄压器3、回流泵4以及阻尼器5。

如图2，摩擦制动器9包括制动轮缸25、活塞26和摩擦片27，回油电磁阀2和进油电磁阀15分别通过管路13连接制动轮缸25，制动轮缸25中设有活塞26，活塞26连接摩擦片27，在制动过程中，制动轮缸25中的活塞26可以在油压的作用下通过摩擦片27对制动盘17产生压紧作用，从而对制动盘17产生制动作用。

如图1和图2所示，在制动轮缸25旁边的管路13上增加压力传感器12，以监测制动压力，该压力传感器12安装在可以监测制动轮缸25压力的制动管路中的任何位置，并且通过线束连接集成控制单元11，压力传感器12时刻向集成控制单元11提供制动压力信号。轮速传感器14按现在车辆中常规的形式安装在车轮1上，轮速传感器14通过线束连接集成控制单元11。在制动踏板7下面安装双信号输出的制动踏板位置传感器8，以监测驾驶员的制动意图；制动踏板位置传感器8通过线束连接集成控制单元11，制动踏板位置传感器8可以输出两路等价的制动踏板位置信号，以防止在频繁制动过程中信号失效导致的系统工作不正常，集成控制单元11时刻监测制动踏板的位置信号，当制动踏板位置传感器8一路信号出现故障时，系统会报警并启动故障处理程序，由另一路信号维持系统的正常运行。

如图1、图3、图4所示，制动盘轮毂16连接摩擦制动器制动盘17，在摩擦制动器制动盘17内侧安装电磁制动器10，电磁制动器10由定子总成和转子总成组成，定子总成包括电磁制动器线圈及铁芯23和线圈定子支架24，转子总成包括前转子盘20、后转子盘22和前后转子盘连接轴21，前转子盘20、后转子盘22均用导磁性能良好的铁磁材料制成，电磁制动器线圈及铁芯23安装在线圈定子支架24上，前转子盘20和后转子盘22分别位于电磁制动器线圈及铁芯23的前、后两侧，前后转子盘连接轴21穿过电磁制动器线圈及铁芯23和线圈定子支架24并连接前转子盘20和后转子盘22，前转子盘20通过制动盘与电磁制动器连接轴18刚性连接摩擦制动器制动盘17。转子总成的输入输出法兰分别同传动轴19和制动盘轮毂16连接在一起，可随传动轴19自由转动。

如图1和图5所示，集成控制单元11由微型计算机、信号整形电路、稳压电路、信号调理电路、功率放大电路、电流控制电路、模数转换电路及报警电路组成，微型计算机采用ARM、DSP、CPLD或FPGA等，微型计算机通过不同的端口分别连接信号整形电路、稳压电路、功率放大电路、电流控制电路、模数转换电路及报警电路，信号调理电路通过模数转换电路连接微型计算机。集成控制单元11的接线端子由传感器输入端子、控制输出端子和其它必要的接线端子组成。电磁制动器线圈及铁芯23中的电磁制动器线圈连接电流控制电路，液压或气压回油电磁阀2、进油电磁阀15连接功率放大电路，制动踏板位置传感器8以及压力传感器12连接信号调理电路，轮速传感器14、制动踏板开关以及制动踏板位置传感器8连接信号整形电路，蓄电池供电电路连接稳压电路。由集成控制单元11接受处理制动管路压力信号、制动踏板位置信号、轮速信号等，通过控制回油电磁阀2、进油电磁阀15和电磁制动器线圈及铁芯23中线圈的电流的方式，实现对摩擦制动力矩及电磁制动力矩的无级调节与保持功能。

如图1-6所示，本发明用摩擦制动与电磁制动集成控制单元11代替原有液压或气压ABS系统中的ECU，采用联合制动控制策略和控制方法，由液压或气压助力摩擦制动与电磁制动共同起作用，主要由电磁制动实现车轮防抱死功能。通过调节电磁制动器的制动力矩的方法实现车辆制动防抱死的功能。集成控制单元11根据传感器信号计算目标制动力矩，并将其按优化的比例关系分配给摩擦制动器和电磁制动器，在制动过程中，集成控制单元11通过对回油电磁阀2、进油电磁阀15的控制，迅速将摩擦制动压力调整到摩擦制动器应有的目标制动力矩，与此同时，集成控制单元11根据轮速传感器14信号对电磁制动器线圈及铁芯23中线圈的电流进行调节，迅速将电磁制动力调整到电磁制动器应有的目标制动力矩，如果两制动力矩按固定的比例系数调整的过程中出现车轮抱死倾向，集成控制单元11将锁定摩擦制动力矩，并根据轮速传感器14的信息，采用ABS控制常用的逻辑门限值自调整控制方法，不断调整电磁制动力矩，使车轮逐步接近最佳滑移率状态。当打开点火开关后，集成控制单元11通电并完成初始化工作，在车辆运行过程中时刻监测制动踏板位置传感器8、制动管路压力传感器12及轮速传感器14的变化。当集成控制单元11确认驾驶员的制动意图后，它将根据各传感器的信息计算出驾驶员施加的目标制动强度，并计算出对应的系统的总目标制动力矩。具体控制方法如下：

  1、当集成控制单元11通过制动管路压力传感器12和制动踏板位置传感器8监测并采集到制动动作发生时，集成控制单元11通过对制动管路压力传感器12、制动踏板位置传感器8的信息进行分析计算确定目标制动力矩，目标制动力矩由目标摩擦制动力矩加目标电磁制动力矩，然后，集成控制单元11对摩擦制动力矩和电磁制动力矩进行合理分配，并迅速增大摩擦和电磁制动力矩。摩擦制动力矩通过调整液压或气压管路的压力来实现，集成控制单元将回油电磁阀2置于关闭状态，通过PWM方式调整进油电磁阀15的制动液流量，逐步增大制动轮缸25的制动压力，即逐步增大摩擦制动力矩。与此同时，电磁制动力矩根据车速通过调整电流的大小来实现，集成控制单元11根据车速信息逐步增大电磁制动器线圈的通电电流，即逐步增大电磁制动力矩。在力矩调整过程中，摩擦制动力矩和电磁制动力矩的比例系数保持恒定。使实际制动力矩逐步接近目标制动力矩。

2、当实际制动力矩与目标制动力矩一致时，即集成控制单元11已经实现目标制动力矩时，集成控制单元11根据原车轮速信号，通过不断调整电磁制动力矩的大小以保证总的制动力矩处于恒定状态，车辆即以恒定的制动力矩减速。

3、在制动调整过程中，当集成控制单元11通过轮速传感器14监测到车轮有抱死的倾向时，集成控制单元11将回油电磁阀2和进油电磁阀15都置于关闭状态，此时制动轮缸25的压力保持恒定，锁定摩擦制动力矩，即摩擦制动力矩保持恒定。集成控制单元11此时通过采集轮速传感器14信息，采用传统制动防抱死系统采用的逻辑门限值自调整控制方法，不断调整电磁制动力矩的大小方式，使车轮1逐步接近最佳滑移率状态，并保持在20%的最佳滑移状态，实现车辆的制动防抱死功能。

4、在制动过程中，如果因路面附着系数发生变化或其他原因等外界条件改变，导致集成控制单元11在电磁力矩调整范围内无法保证车轮处于最佳滑移率状态，即电磁制动力矩在其调整范围内无法实现车辆制动防抱死功能时，集成控制单元11将控制进回油电磁阀2卸掉摩擦制动力矩，集成控制单元11将迅速放开已经锁定的摩擦制动力矩，重新进行制动力矩的计算和调整，控制电磁制动力矩和摩擦制动力矩按照第1步中的比例系数重新增大或减小，通过寻找新的车轮抱死临界点，达到新的制防抱死状态，直至出现新的最佳制动防抱死状态为止，以保证车辆在任何路况条件下都能通过电磁力矩调节实现车轮防抱死功能。

Claims (2)

1.一种采用电磁制动器实现车辆防抱死的制动装置，具有轮速传感器（14）、真空助力器及制动主缸（6）、制动踏板（7）、摩擦制动器（9）和电磁制动器（10），制动踏板（7）下面设有双信号输出的制动踏板位置传感器（8），摩擦制动器（9）设在摩擦制动器制动盘（17）上，真空助力器及制动主缸（6）通过制动管路分别连接回油电磁阀（2）和进油电磁阀（15），回油电磁阀（2）和进油电磁阀（15）分别通过管路连接摩擦制动器（9）中的制动轮缸（25），其特征是：在制动轮缸（25）旁边的管路上设有制动管路压力传感器（12），所述回油电磁阀（2）、进油电磁阀（15）、制动管路压力传感器（12）、轮速传感器（14）、制动踏板位置传感器（8）分别通过线束连接集成控制单元（11），集成控制单元（11）由微型计算机、信号调理电路以及通过不同的端口分别连接微型计算机的信号整形电路、稳压电路、功率放大电路、电流控制电路、模数转换电路及报警电路组成，信号调理电路连接模数转换电路；电磁制动器（10）中的电磁制动器线圈连接电流控制电路，回油电磁阀（2）、进油电磁阀（15）连接功率放大电路，制动踏板位置传感器（8）以及制动管路压力传感器（12）连接信号调理电路，轮速传感器（14）及制动踏板位置传感器（8）连接信号整形电路；所述电磁制动器（10）由定子总成和转子总成组成，定子总成包括线圈定子支架（24）和设在线圈定子支架（24）上的电磁制动器线圈及铁芯（23），转子总成包括前后转子盘连接轴（21）和分别位于电磁制动器线圈及铁芯（23）的前、后两侧的前转子盘（20）、后转子盘（22），前后转子盘连接轴（21）穿过电磁制动器线圈及铁芯（23）和线圈定子支架（24）并连接前转子盘（20）和后转子盘（22），前转子盘（20）通过制动盘与电磁制动器连接轴（18）刚性连接摩擦制动器制动盘（17）。

2.一种如权利要求1所述制动装置的控制方法，其特征是包括如下步骤：

1）当集成控制单元（11）通过制动管路压力传感器（12）和制动踏板位置传感器（8）监测到制动动作发生时，分析计算得到目标制动力矩并分配摩擦制动力矩和电磁制动力矩；将回油电磁阀（2）置于关闭状态，调整进油电磁阀（15）的制动液流量逐步增大摩擦制动力矩，同时，集成控制单元（11）根据轮速传感器（14）信息逐步增大电磁制动器线圈的通电电流，逐步增大电磁制动力矩；力矩调整过程中，使摩擦制动力矩和电磁制动力矩的比例系数保持恒定；当实际制动力矩与目标制动力矩一致时，集成控制单元（11）不断调整电磁制动力矩的大小以保证总的制动力矩处于恒定状态；

2）制动调整过程中，当集成控制单元（11）通过轮速传感器（14）监测到车轮有抱死的倾向时，将回油电磁阀（2）和进油电磁阀（15）都置于关闭状态，锁定摩擦制动力矩，通过采集轮速传感器（14）信息不断调整电磁制动力矩大小，使车轮逐步接近最佳滑移率状态，实现车辆的制动防抱死功能；

3）制动过程中，如果电磁制动力矩在其调整范围内无法实现车辆制动防抱死功能时，集成控制单元（11）控制回油电磁阀（2）放开已锁定的摩擦制动力矩，重新进行制动力矩的计算和调整，按照步骤1）中的比例系数重新增大或减小电磁制动力矩和摩擦制动力矩，直至出现新的最佳制动防抱死状态为止。