車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)及其使用方法，兩個腔室通過制動液管道相連接，第一腔室設(shè)在制動鉗體上，其中有第一活塞，第一活塞右側(cè)面上固定連接摩擦塊，第一活塞左側(cè)的腔室中有制動液并連通液壓管道；第二腔室設(shè)在執(zhí)行機構(gòu)殼體中，其中有第二活塞、回位彈簧及壓電元件，第二活塞右側(cè)面緊貼壓電元件、左側(cè)的腔室連通液壓管道，第二活塞左側(cè)的腔室中是制動液與回位彈簧，回位彈簧左端接觸第二腔室內(nèi)壁、右端壓靠在第二活塞左側(cè)面上；汽車的四個車輪的每個車輪制動盤的相應(yīng)位置均安裝一個壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)車輛電子液壓制動系統(tǒng)失效時實現(xiàn)車輛應(yīng)急制動，實現(xiàn)車輪制動力的精確控制，提高動態(tài)響應(yīng)及制動性能。
【專利說明】車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛制動技術(shù)，具體涉及一種車輛電子液壓制動系統(tǒng)的制動執(zhí)行機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]制動系統(tǒng)是汽車的重要組成部分之一，直接關(guān)系到汽車綜合安全性能及生命財產(chǎn)安全，包括行車制動器、駐車制動器和輔助制動器。行車制動器為汽車主制動器，一般采用鼓式或盤式摩擦制動方式，將汽車的動能、勢能通過摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)汽車減速或制動的目的。雖然傳統(tǒng)液壓式、氣壓式行車制動器能夠滿足現(xiàn)有制動法規(guī)的各項要求，但是存在著響應(yīng)速度慢、不可主動調(diào)節(jié)、不易于集成控制等不足之處，不適合當(dāng)前汽車技術(shù)的發(fā)展要求。
[0003]電子液壓制動系統(tǒng)(EHB)是線控制動系統(tǒng)中的一種，由制動踏板t旲塊、電子控制模塊、液壓控制模塊等組成，取消了制動踏板與制動輪缸之間的直接相連，以電線為信息傳遞媒介，控制單元根據(jù)制動踏板位置傳感器信號識別駕駛員制動意圖，控制執(zhí)行機構(gòu)動作，使蓄能器中的高壓制動液進(jìn)入輪缸或輪缸中的制動液回到儲液器，實現(xiàn)對車輪制動力的控制。EHB系統(tǒng)具有不需真空助力裝置、可主動調(diào)節(jié)及易于集成控制等特點，彌補了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理上的不足，代表著汽車行車制動器的發(fā)展趨勢之一。但是，目前EHB系統(tǒng)仍需在車上布置較長的液壓管道，普遍采用電磁閥作為油路控制閥。由于電磁線圈的磁滯現(xiàn)象和制動液的慣性滯后，影響著EHB系統(tǒng)制動壓力調(diào)節(jié)的動態(tài)特性，進(jìn)而影響了 EHB系統(tǒng)的控制精度及制動性能。
[0004]壓電元件一般具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)是指在壓電晶體極化方向上施加電場，在電場作用下壓電晶體會發(fā)生機械變形或產(chǎn)生機械應(yīng)力；當(dāng)外電場撤去時，這些變形或應(yīng)力也會隨之消失，壓電晶體受電場作用所產(chǎn)生的變形量或應(yīng)力值與電場的大小成正比?；谀鎵弘娦?yīng)的壓電式執(zhí)行機構(gòu)具有極高的動態(tài)響應(yīng)性能，可以提高制動壓力調(diào)節(jié)的頻率及控制精度，取消現(xiàn)有EHB系統(tǒng)中長的液壓管道，非常適合作為EHB系統(tǒng)的制動執(zhí)行機構(gòu)。但是，至目前為止，車輛電子液壓制動系統(tǒng)壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)還未有提及，此外，應(yīng)急制動功能一直是線控制動系統(tǒng)的一個主要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有車輛電子液壓制動系統(tǒng)普遍采用的電磁閥存在磁滯現(xiàn)象和制動液慣性滯后現(xiàn)象，影響制動壓力調(diào)節(jié)的動態(tài)特性和控制精度及制動性能，本發(fā)明提出一種車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)及使用方法，基于壓電元件的逆壓電效應(yīng)，不需要在車上布置長的液壓管道，易于實現(xiàn)應(yīng)急制動功能，提高制動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能及制動性能。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)采取如下技術(shù)方案:具有兩個密封的腔室，兩個腔室通過制動液管道相連接，第一腔室設(shè)在制動鉗體上，其中有第一活塞，第一活塞右側(cè)面上固定連接摩擦塊，第一活塞左側(cè)的腔室中有制動液并連通液壓管道；第二腔室設(shè)在執(zhí)行機構(gòu)殼體中，其中有第二活塞、回位彈簧及壓電元件，第二活塞右側(cè)面緊貼壓電元件、左側(cè)的腔室連通液壓管道，第二活塞左側(cè)的腔室中是制動液與回位彈簧，回位彈簧左端接觸第二腔室內(nèi)壁、右端壓靠在第二活塞左側(cè)面上。
[0007]本發(fā)明所述車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)的使用方法采取如下技術(shù)方案:在汽車的四個車輪中的每個車輪制動盤的相應(yīng)位置均安裝一個壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)；在左、右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)的制動液管道上各留有接一口，并分別設(shè)有一個單向閥；制動模擬主缸的前端室分別通過電磁閥經(jīng)由單向閥、接口與左、右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)的內(nèi)腔相連通，當(dāng)車輛電子液壓制動系統(tǒng)失效時，電磁閥得電導(dǎo)通，駕駛員通過用力踩踏制動踏板，單向閥導(dǎo)通，使制動模擬主缸前端室內(nèi)的制動液通過電磁閥進(jìn)入左、右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)的內(nèi)腔，推動兩個執(zhí)行機構(gòu)的第一活塞右移，壓緊摩擦塊與車輪制動盤，實現(xiàn)車輛應(yīng)急制動。
[0008]本發(fā)明具有的積極效果是:
1、本發(fā)明采用基于逆壓電效應(yīng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，通過施加電場使壓電晶體發(fā)生形變，輸出載荷克服回位彈簧力推動活塞移動，產(chǎn)生車輪制動壓力；制動壓力值隨施加電場值不同而變化；當(dāng)電場撤消時，活塞在回位彈簧和壓電晶體形變的共同作用下回位，制動壓力消失。通過調(diào)節(jié)所施加的電場值，通過調(diào)節(jié)供給壓電元件的電壓值或供電脈沖占空比，驅(qū)動活塞動作，實現(xiàn)對車輪制動力的精確控制，提高了 EHB系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能及制動性能。
[0009]2、本發(fā)明制動液壓力傳感器為制動壓力控制的反饋信號，制動液補償箱通過微小阻尼孔與執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)腔相連接，彌補因溫度變化引起的制動液體積及壓力變化而產(chǎn)生的影響。
[0010]3、本發(fā)明具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、不需要在車上布置長的液壓管道、易于實現(xiàn)應(yīng)急制動功能等優(yōu)點，可以提高制動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能、制動性能及安全性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明所述車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)與車輪制動盤的安裝結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明使用于車輛的整體布置示意圖；
圖3是本發(fā)明與應(yīng)急制動系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標(biāo)記如下:
1.車輪制動盤；2.摩擦塊；3.密封圈；4.第一活塞；5.制動液壓力傳感器；6.制動鉗體；7.制動液管道；8.殼體；9.回位彈簧；10.阻尼孔；11.制動液補償箱；12.第二活塞；13.壓電元件；14.連接插頭；15.汽車；16.車輪；17.右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)；18.右后輪制動執(zhí)行機構(gòu)；19.左后輪制動執(zhí)行機構(gòu)；20.左前輪制動執(zhí)行機構(gòu)；21.制動踏板；22.制動模擬主缸；25.第一電磁閥；26.第二電磁閥。
【具體實施方式】
[0012]參見圖1，本發(fā)明具有兩個密封的腔室，分別第一腔室與第二腔室，這兩個腔室通過一個短的制動液管道7相連接。在制動液管道7上設(shè)置制動液壓力傳感器5，用于反饋制動壓力控制信號。第一腔室設(shè)在制動鉗體6上，第一腔室中有第一活塞4，第一活塞4與制動鉗體6內(nèi)壁之間設(shè)置密封圈3。在第一活塞4的右側(cè)面上固定連接一個摩擦塊2，摩擦塊2位于車輪制動盤1的左右側(cè)。第一活塞4左側(cè)的腔室連通液壓管道7，第一活塞4左側(cè)的第一腔室中有制動液。制動鉗體6及摩擦塊2等與傳統(tǒng)液壓盤式制動器相似。
[0013]第二腔室設(shè)在執(zhí)行機構(gòu)殼體8中，第二腔室中有第二活塞12、回位彈簧9以及壓電元件13。第二活塞12外壁與執(zhí)行機構(gòu)殼體8的內(nèi)壁之間安裝另一個密封圈3。第二活塞12的右側(cè)面緊貼壓電元件13，第二活塞12左側(cè)的腔室連通液壓管道7，第二活塞12左側(cè)的第二腔室中是制動液與回位彈簧9，回位彈簧9左端接觸在第二腔室內(nèi)壁上，回位彈簧9右端壓靠在第二活塞12左側(cè)面上。
[0014]第一活塞4與第二活塞12采用不同的截面積，第一活塞4的截面積小于第二活塞12的截面積，將第二活塞12的小位移進(jìn)行放大，滿足第一活塞4移動位移的需求。
[0015]回位彈簧9初始狀態(tài)即承受一定壓縮力，將第二活塞12壓至最右側(cè)位置，第一活塞4位于最左側(cè)，摩擦塊2與制動盤1分離，制動盤1上沒有制動力。
[0016]壓電元件13采用壓電薄層技術(shù)的多層結(jié)構(gòu)，包括多層陶瓷體面和多層電極面，每層陶瓷體面的兩側(cè)分別設(shè)有一層正電極面與一層負(fù)電極面，所有正電極面、負(fù)電極面分別用引線連接在一起，通過位于第二腔室外部的連接插頭14根據(jù)需要供給0-600伏的電壓。一般3厘米長的壓電元件13可以包含300多層厚度為80微米的壓電陶瓷薄片。
[0017]位于第二活塞12左側(cè)的第二腔室的室壁上開有微小的阻尼孔10，阻尼孔10連接位于第二腔室外部的制動液補償箱11，制動液補償箱11通過阻尼孔10補償制動液。制動液補償箱11安裝于制動執(zhí)行機構(gòu)上方，與制動執(zhí)行機構(gòu)固定連接，內(nèi)有一定量的制動液。當(dāng)制動液溫度緩慢升高時，制動液體積及壓力變大，制動液通過阻尼孔10進(jìn)入制動液補償箱11;當(dāng)制動液溫度緩慢降低時，制動液體積及壓力變小，制動液補償箱11中的制動液進(jìn)入第二腔室，從而彌補因溫度變化引起的制動液體積及壓力變化而對制動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生的影響。在制動執(zhí)行機構(gòu)正常工作過程中，由于壓電元件13推動第二活塞12移動很快，阻尼孔10制動液流動量很小，所以對制動執(zhí)行機構(gòu)工作沒有影響。
[0018]本發(fā)明可在第一腔室與第二腔室間的制動液管道7外側(cè)裝有一個風(fēng)冷或水冷式散熱裝置，用于控制執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)腔中制動液的溫度，使制動液溫度趨向穩(wěn)定。
[0019]制動液壓力傳感器5安裝于靠近第一腔室的制動液管道7上，用于檢測第一腔室內(nèi)制動液的壓力，作為該車輪制動壓力控制的反饋信號。若制動液壓力高于目標(biāo)壓力，則控制單元給壓電元件13供給大些的電壓或提高壓電元件13供電脈沖的占空比，使制動液壓力增加；若制動液壓力低于目標(biāo)壓力，則控制單元給壓電元件13供給小些的電壓或降低壓電元件13供電脈沖的占空比，使制動液壓力降低。此外，若制動液壓力傳感器5檢測的制動液壓力超出允許的極限范圍，則控制單元認(rèn)為該制動執(zhí)行機構(gòu)存在故障，通過聲音或指示燈報警提醒駕駛員注意，及時停車、修復(fù)。
[0020]當(dāng)壓電元件13得電產(chǎn)生機械變形時，輸出載荷克服回位彈簧9彈力推動第二活塞12向左側(cè)移動，第二腔室中的制動液經(jīng)過制動液管道7，流向第一腔室中，推動第一活塞4向右側(cè)移動，使摩擦塊2與車輪制動盤1接觸，車輪制動盤1上產(chǎn)生制動力。產(chǎn)生的制動力大小隨壓電元件13上所施加的電壓值變化而改變。當(dāng)壓電元件13失電時，壓電元件13變形消失，在回位彈簧9的作用下，第二活塞12向右側(cè)移動，因第二腔室中有制動液的體積變大，產(chǎn)生吸力，使第一腔室內(nèi)的制動液流回至第二腔室，第一活塞4向左側(cè)移動，帶動摩擦塊2與車輪制動盤I分離，車輪制動盤I上的制動力消失。通過不斷調(diào)節(jié)壓電元件13上所施加的電壓值，可以實現(xiàn)對車輪制動壓力的精確控制。
[0021]參見圖2，壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)的各個部件被制成一個整體，汽車15的四個車輪16中的每個車輪制動盤I的相應(yīng)位置都安裝一個制動執(zhí)行機構(gòu)，分別是右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)17、右后輪制動執(zhí)行機構(gòu)18、左后輪制動執(zhí)行機構(gòu)19、左前輪制動執(zhí)行機構(gòu)20，取消現(xiàn)有EHB系統(tǒng)中的長的液壓管道，每個車輪制動執(zhí)行機構(gòu)相對獨立?？梢猿浞职l(fā)揮每個車輪16的附著系數(shù)，且若其中一個制動執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)問題，其他幾個制動執(zhí)行機構(gòu)仍能正常工作，提高了車輛的制動性能及安全性能。
[0022]參見圖3，在左前輪制動執(zhí)行機構(gòu)20與右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)17的制動液管道7上留有接口，并分別設(shè)有一個單向閥。制動模擬主缸22的前端室分別通過第一電磁閥25與第二電磁閥26經(jīng)由單向閥、接口與左前輪制動執(zhí)行機構(gòu)20與右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)17的內(nèi)腔相連通。當(dāng)EHB系統(tǒng)失效時，第一電磁閥25與第二電磁閥26得電導(dǎo)通，駕駛員通過用力踩踏制動踏板21，單向閥導(dǎo)通，可以使制動模擬主缸22前端室內(nèi)的制動液通過第一電磁閥25與第二電磁閥26進(jìn)入左前輪制動執(zhí)行機構(gòu)20與右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)17的內(nèi)腔，推動兩個執(zhí)行機構(gòu)的第一活塞4移動，壓緊摩擦塊2與車輪制動盤I，實現(xiàn)車輛應(yīng)急制動功能。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛電子液壓制動系統(tǒng)的壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，其特征是:具有兩個密封的腔室，兩個腔室通過制動液管道(7)相連接，第一腔室設(shè)在制動鉗體(6)上，其中有第一活塞(4)，第一活塞(4)右側(cè)面上固定連接摩擦塊(2)，第一活塞(4)左側(cè)的腔室中有制動液并連通液壓管道(7);第二腔室設(shè)在執(zhí)行機構(gòu)殼體(8)中，其中有第二活塞(12)、回位彈簧(9)及壓電元件(13)，第二活塞(12)右側(cè)面緊貼壓電元件(13)、左側(cè)的腔室連通液壓管道(7)，第二活塞(12)左側(cè)的腔室中是制動液與回位彈簧(9)，回位彈簧(9)左端接觸第二腔室內(nèi)壁、右端壓靠在第二活塞(12)左側(cè)面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，其特征是:第一活塞(4)的截面積小于第二活塞(12)的截面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，其特征是:回位彈簧(9)初始狀態(tài)承受一定壓縮力且第二活塞(12)壓至最右側(cè)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，其特征是:靠近第一腔室的制動液管道(7)上設(shè)置制動液壓力傳感器(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，其特征是:壓電元件(13)包括多層陶瓷體面和多層電極面，每層陶瓷體面的兩側(cè)分別設(shè)有一層正電極面與一層負(fù)電極面，所有正電極、負(fù)電極接0-600伏的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，其特征是:位于第二活塞(12)左側(cè)的第二腔室的室壁上開有阻尼孔(10)，阻尼孔(10)連接位于第二腔室外部的制動液補償箱(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)，其特征是:制動液管道(7)外側(cè)設(shè)有一個風(fēng)冷或水冷式散熱裝置。
8.—種如權(quán)利要求1所述壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)的使用方法，其特征是:在汽車的四個車輪中的每個車輪制動盤的相應(yīng)位置均安裝一個壓電式制動執(zhí)行機構(gòu)；在左、右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)的制動液管道(7)上各留有接一口，并分別設(shè)有一個單向閥；制動模擬主缸的前端室分別通過電磁閥經(jīng)由單向閥、接口與左、右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)的內(nèi)腔相連通，當(dāng)車輛電子液壓制動系統(tǒng)失效時，電磁閥得電導(dǎo)通，駕駛員通過用力踩踏制動踏板，單向閥導(dǎo)通，使制動模擬主缸前端室內(nèi)的制動液通過電磁閥進(jìn)入左、右前輪制動執(zhí)行機構(gòu)的內(nèi)腔，推動兩個執(zhí)行機構(gòu)的第一活塞(4)右移，壓緊摩擦塊(2)與車輪制動盤(1)，實現(xiàn)車輛應(yīng)急制動。
【文檔編號】B60T13/66GK103640565SQ201310676959
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】何仁, 王奎洋 申請人:江蘇大學(xué)