CN103640565A - 车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构及其使用方法，两个腔室通过制动液管道相连接，第一腔室设在制动钳体上，其中有第一活塞，第一活塞右侧面上固定连接摩擦块，第一活塞左侧的腔室中有制动液并连通液压管道；第二腔室设在执行机构壳体中，其中有第二活塞、回位弹簧及压电元件，第二活塞右侧面紧贴压电元件、左侧的腔室连通液压管道，第二活塞左侧的腔室中是制动液与回位弹簧，回位弹簧左端接触第二腔室内壁、右端压靠在第二活塞左侧面上；汽车的四个车轮的每个车轮制动盘的相应位置均安装一个压电式制动执行机构，当车辆电子液压制动系统失效时实现车辆应急制动，实现车轮制动力的精确控制，提高动态响应及制动性能。

Description

车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构及使用方法

技术领域

本发明涉及车辆制动技术，具体涉及一种车辆电子液压制动系统的制动执行机构。

背景技术

制动系统是汽车的重要组成部分之一，直接关系到汽车综合安全性能及生命财产安全，包括行车制动器、驻车制动器和辅助制动器。行车制动器为汽车主制动器，一般采用鼓式或盘式摩擦制动方式，将汽车的动能、势能通过摩擦转化为热能，实现汽车减速或制动的目的。虽然传统液压式、气压式行车制动器能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着响应速度慢、不可主动调节、不易于集成控制等不足之处，不适合当前汽车技术的发展要求。

电子液压制动系统(EHB)是线控制动系统中的一种，由制动踏板模块、电子控制模块、液压控制模块等组成，取消了制动踏板与制动轮缸之间的直接相连，以电线为信息传递媒介，控制单元根据制动踏板位置传感器信号识别驾驶员制动意图，控制执行机构动作，使蓄能器中的高压制动液进入轮缸或轮缸中的制动液回到储液器，实现对车轮制动力的控制。EHB系统具有不需真空助力装置、可主动调节及易于集成控制等特点，弥补了传统制动系统结构原理上的不足，代表着汽车行车制动器的发展趋势之一。但是，目前EHB系统仍需在车上布置较长的液压管道，普遍采用电磁阀作为油路控制阀。由于电磁线圈的磁滞现象和制动液的惯性滞后，影响着EHB系统制动压力调节的动态特性，进而影响了EHB系统的控制精度及制动性能。

压电元件一般具有正压电效应和逆压电效应。逆压电效应是指在压电晶体极化方向上施加电场，在电场作用下压电晶体会发生机械变形或产生机械应力；当外电场撤去时，这些变形或应力也会随之消失，压电晶体受电场作用所产生的变形量或应力值与电场的大小成正比。基于逆压电效应的压电式执行机构具有极高的动态响应性能，可以提高制动压力调节的频率及控制精度，取消现有EHB系统中长的液压管道，非常适合作为EHB系统的制动执行机构。但是，至目前为止，车辆电子液压制动系统压电式制动执行机构还未有提及，此外，应急制动功能一直是线控制动系统的一个主要问题。

发明内容

针对现有车辆电子液压制动系统普遍采用的电磁阀存在磁滞现象和制动液惯性滞后现象，影响制动压力调节的动态特性和控制精度及制动性能，本发明提出一种车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构及使用方法，基于压电元件的逆压电效应，不需要在车上布置长的液压管道，易于实现应急制动功能，提高制动系统的动态响应性能及制动性能。

为达到上述目的，本发明所述车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构采取如下技术方案：具有两个密封的腔室，两个腔室通过制动液管道相连接，第一腔室设在制动钳体上，其中有第一活塞，第一活塞右侧面上固定连接摩擦块，第一活塞左侧的腔室中有制动液并连通液压管道；第二腔室设在执行机构壳体中，其中有第二活塞、回位弹簧及压电元件，第二活塞右侧面紧贴压电元件、左侧的腔室连通液压管道，第二活塞左侧的腔室中是制动液与回位弹簧，回位弹簧左端接触第二腔室内壁、右端压靠在第二活塞左侧面上。

本发明所述车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构的使用方法采取如下技术方案：在汽车的四个车轮中的每个车轮制动盘的相应位置均安装一个压电式制动执行机构；在左、右前轮制动执行机构的制动液管道上各留有接一口，并分别设有一个单向阀；制动模拟主缸的前端室分别通过电磁阀经由单向阀、接口与左、右前轮制动执行机构的内腔相连通，当车辆电子液压制动系统失效时，电磁阀得电导通，驾驶员通过用力踩踏制动踏板，单向阀导通，使制动模拟主缸前端室内的制动液通过电磁阀进入左、右前轮制动执行机构的内腔，推动两个执行机构的第一活塞右移，压紧摩擦块与车轮制动盘，实现车辆应急制动。

本发明具有的积极效果是：

1、本发明采用基于逆压电效应的压电式制动执行机构，通过施加电场使压电晶体发生形变，输出载荷克服回位弹簧力推动活塞移动，产生车轮制动压力；制动压力值随施加电场值不同而变化；当电场撤消时，活塞在回位弹簧和压电晶体形变的共同作用下回位，制动压力消失。通过调节所施加的电场值，通过调节供给压电元件的电压值或供电脉冲占空比，驱动活塞动作，实现对车轮制动力的精确控制，提高了EHB系统的动态响应性能及制动性能。

2、本发明制动液压力传感器为制动压力控制的反馈信号，制动液补偿箱通过微小阻尼孔与执行机构内腔相连接，弥补因温度变化引起的制动液体积及压力变化而产生的影响。

3、本发明具有体积小、结构简单、便于安装、不需要在车上布置长的液压管道、易于实现应急制动功能等优点，可以提高制动系统的动态响应性能、制动性能及安全性能。

附图说明

图1是本发明所述车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构与车轮制动盘的安装结构图；

图2是本发明使用于车辆的整体布置示意图；

图3是本发明与应急制动系统的连接结构示意图；

附图标记如下：

1.车轮制动盘；2.摩擦块；3.密封圈；4.第一活塞；5.制动液压力传感器；6.制动钳体；7.制动液管道；8.壳体；9.回位弹簧；10.阻尼孔；11.制动液补偿箱；12.第二活塞；13.压电元件；14.连接插头；15.汽车；16.车轮；17.右前轮制动执行机构；18.右后轮制动执行机构；19.左后轮制动执行机构；20.左前轮制动执行机构；21.制动踏板；22.制动模拟主缸；25.第一电磁阀；26.第二电磁阀。

具体实施方式

 参见图1，本发明具有两个密封的腔室，分别第一腔室与第二腔室，这两个腔室通过一个短的制动液管道7相连接。在制动液管道7上设置制动液压力传感器5，用于反馈制动压力控制信号。第一腔室设在制动钳体6上，第一腔室中有第一活塞4，第一活塞4与制动钳体6内壁之间设置密封圈3。在第一活塞4的右侧面上固定连接一个摩擦块2，摩擦块2位于车轮制动盘1的左右侧。第一活塞4左侧的腔室连通液压管道7，第一活塞4左侧的第一腔室中有制动液。制动钳体6及摩擦块2等与传统液压盘式制动器相似。

第二腔室设在执行机构壳体8中，第二腔室中有第二活塞12、回位弹簧9以及压电元件13。第二活塞12外壁与执行机构壳体8的内壁之间安装另一个密封圈3。第二活塞12的右侧面紧贴压电元件13，第二活塞12左侧的腔室连通液压管道7，第二活塞12左侧的第二腔室中是制动液与回位弹簧9，回位弹簧9左端接触在第二腔室内壁上，回位弹簧9右端压靠在第二活塞12左侧面上。

第一活塞4与第二活塞12采用不同的截面积，第一活塞4的截面积小于第二活塞12的截面积，将第二活塞12的小位移进行放大，满足第一活塞4移动位移的需求。

回位弹簧9初始状态即承受一定压缩力，将第二活塞12压至最右侧位置，第一活塞4位于最左侧，摩擦块2与制动盘1分离，制动盘1上没有制动力。

压电元件13采用压电薄层技术的多层结构，包括多层陶瓷体面和多层电极面，每层陶瓷体面的两侧分别设有一层正电极面与一层负电极面，所有正电极面、负电极面分别用引线连接在一起，通过位于第二腔室外部的连接插头14根据需要供给0~600伏的电压。一般3厘米长的压电元件13可以包含300多层厚度为80微米的压电陶瓷薄片。

位于第二活塞12左侧的第二腔室的室壁上开有微小的阻尼孔10，阻尼孔10连接位于第二腔室外部的制动液补偿箱11，制动液补偿箱11通过阻尼孔10补偿制动液。制动液补偿箱11安装于制动执行机构上方，与制动执行机构固定连接，内有一定量的制动液。当制动液温度缓慢升高时，制动液体积及压力变大，制动液通过阻尼孔10进入制动液补偿箱11；当制动液温度缓慢降低时，制动液体积及压力变小，制动液补偿箱11中的制动液进入第二腔室，从而弥补因温度变化引起的制动液体积及压力变化而对制动执行机构产生的影响。在制动执行机构正常工作过程中，由于压电元件13推动第二活塞12移动很快，阻尼孔10制动液流动量很小，所以对制动执行机构工作没有影响。

本发明可在第一腔室与第二腔室间的制动液管道7外侧装有一个风冷或水冷式散热装置，用于控制执行机构内腔中制动液的温度，使制动液温度趋向稳定。

制动液压力传感器5安装于靠近第一腔室的制动液管道7上，用于检测第一腔室内制动液的压力，作为该车轮制动压力控制的反馈信号。若制动液压力高于目标压力，则控制单元给压电元件13供给大些的电压或提高压电元件13供电脉冲的占空比，使制动液压力增加；若制动液压力低于目标压力，则控制单元给压电元件13供给小些的电压或降低压电元件13供电脉冲的占空比，使制动液压力降低。此外，若制动液压力传感器5检测的制动液压力超出允许的极限范围，则控制单元认为该制动执行机构存在故障，通过声音或指示灯报警提醒驾驶员注意，及时停车、修复。

当压电元件13得电产生机械变形时，输出载荷克服回位弹簧9弹力推动第二活塞12向左侧移动，第二腔室中的制动液经过制动液管道7，流向第一腔室中，推动第一活塞4向右侧移动，使摩擦块2与车轮制动盘1接触，车轮制动盘1上产生制动力。产生的制动力大小随压电元件13上所施加的电压值变化而改变。当压电元件13失电时，压电元件13变形消失，在回位弹簧9的作用下，第二活塞12向右侧移动，因第二腔室中有制动液的体积变大，产生吸力，使第一腔室内的制动液流回至第二腔室，第一活塞4向左侧移动，带动摩擦块2与车轮制动盘1分离，车轮制动盘1上的制动力消失。通过不断调节压电元件13上所施加的电压值，可以实现对车轮制动压力的精确控制。

参见图2，压电式制动执行机构的各个部件被制成一个整体，汽车15的四个车轮16中的每个车轮制动盘1的相应位置都安装一个制动执行机构，分别是右前轮制动执行机构17、右后轮制动执行机构18、左后轮制动执行机构19、左前轮制动执行机构20，取消现有EHB系统中的长的液压管道，每个车轮制动执行机构相对独立。可以充分发挥每个车轮16的附着系数，且若其中一个制动执行机构出现问题，其他几个制动执行机构仍能正常工作，提高了车辆的制动性能及安全性能。

 参见图3，在左前轮制动执行机构20与右前轮制动执行机构17的制动液管道7上留有接口，并分别设有一个单向阀。制动模拟主缸22的前端室分别通过第一电磁阀25与第二电磁阀26经由单向阀、接口与左前轮制动执行机构20与右前轮制动执行机构17的内腔相连通。当EHB系统失效时，第一电磁阀25与第二电磁阀26得电导通，驾驶员通过用力踩踏制动踏板21，单向阀导通，可以使制动模拟主缸22前端室内的制动液通过第一电磁阀25与第二电磁阀26进入左前轮制动执行机构20与右前轮制动执行机构17的内腔，推动两个执行机构的第一活塞4移动，压紧摩擦块2与车轮制动盘1，实现车辆应急制动功能。

Claims (8)

1.一种车辆电子液压制动系统的压电式制动执行机构，其特征是：具有两个密封的腔室，两个腔室通过制动液管道（7）相连接，第一腔室设在制动钳体（6）上，其中有第一活塞（4），第一活塞（4）右侧面上固定连接摩擦块（2），第一活塞（4）左侧的腔室中有制动液并连通液压管道（7）；第二腔室设在执行机构壳体（8）中，其中有第二活塞（12）、回位弹簧（9）及压电元件（13），第二活塞（12）右侧面紧贴压电元件（13）、左侧的腔室连通液压管道（7），第二活塞（12）左侧的腔室中是制动液与回位弹簧（9），回位弹簧（9）左端接触第二腔室内壁、右端压靠在第二活塞（12）左侧面上。

2.根据权利要求1所述压电式制动执行机构，其特征是：第一活塞（4）的截面积小于第二活塞（12）的截面积。

3.根据权利要求1所述压电式制动执行机构，其特征是：回位弹簧（9）初始状态承受一定压缩力且第二活塞（12）压至最右侧位置。

4.根据权利要求1所述压电式制动执行机构，其特征是：靠近第一腔室的制动液管道（7）上设置制动液压力传感器（5）。

5.根据权利要求1所述压电式制动执行机构，其特征是：压电元件（13）包括多层陶瓷体面和多层电极面，每层陶瓷体面的两侧分别设有一层正电极面与一层负电极面，所有正电极、负电极接0~600伏的电压。

6.根据权利要求1所述压电式制动执行机构，其特征是：位于第二活塞（12）左侧的第二腔室的室壁上开有阻尼孔（10），阻尼孔（10）连接位于第二腔室外部的制动液补偿箱（11）。

7.根据权利要求1所述压电式制动执行机构，其特征是：制动液管道（7）外侧设有一个风冷或水冷式散热装置。

8.一种如权利要求1所述压电式制动执行机构的使用方法，其特征是：在汽车的四个车轮中的每个车轮制动盘的相应位置均安装一个压电式制动执行机构；在左、右前轮制动执行机构的制动液管道（7）上各留有接一口，并分别设有一个单向阀；制动模拟主缸的前端室分别通过电磁阀经由单向阀、接口与左、右前轮制动执行机构的内腔相连通，当车辆电子液压制动系统失效时，电磁阀得电导通，驾驶员通过用力踩踏制动踏板，单向阀导通，使制动模拟主缸前端室内的制动液通过电磁阀进入左、右前轮制动执行机构的内腔，推动两个执行机构的第一活塞（4）右移，压紧摩擦块（2）与车轮制动盘（1），实现车辆应急制动。

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