冗余制动系统

1.本发明涉及制动系统技术领域，尤其是涉及一种冗余制动系统。


背景技术：

2.自动驾驶的安全性要求制动系统在存在一处失效时车辆仍具有制动能力，在自动驾驶工况下若控制主动建压的部分出现故障，则车辆的制动能力则会完全丧失，因此在自动驾驶的车辆上通常要求有两个能独立通过电子控制建立压力的建压单元，当一者损坏时，通常需要另一者的介入保证制动压力，该功能称为冗余制动功能。
3.现有技术中的一种在现有的制动系统上并联柱塞泵和电磁阀的构型，该构型需要在液压回路内增加多个电磁阀或其他的回路切换装置，该方式直接导致制动系统的成本增高。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种冗余制动系统，可以实现冗余制动功能，且结构简单、成本低。
5.根据本发明实施例的冗余制动系统，包括储液罐、机械主缸、活塞缸、踏板解耦阀、电缸解耦阀、轮缸和气压系统，所述储液罐、所述机械主缸、所述活塞缸、所述踏板解耦阀、所述电缸解耦阀和所述轮缸均按照原有制动系统的连接方式进行连接，所述气压系统与所述活塞缸连接和/或与所述储液罐连接；
6.所述冗余制动系统的工作模式包括主动制动模式和冗余制动模式，在所述主动制动模式下，所述活塞缸建压，对车轮产生制动压力；
7.在所述冗余制动模式下，当所述气压系统与所述活塞缸连接时，所述气压系统向所述活塞缸输入气体，对所述活塞缸进行增压使得液体流出所述活塞缸进入所述轮缸对车轮产生制动压力；当所述气压系统与所述储液罐连接时，所述气压系统向所述储液罐输入气体，对所述储液罐进行增压使得液体流出所述储液罐进入所述轮缸对车轮产生制动压力。
8.根据本发明实施例的冗余制动系统，通过设置气压系统对活塞缸增压或者对储液罐增压，使得其中的液体可以流出活塞缸或储液罐进入轮缸中对车轮进行制动，从而使得本发明的冗余制动系统具有冗余制动功能。由于本发明仅通过增加气压系统便可以实现冗余制动功能，因此相较于现有技术中的通过在原有制动系统中并联泵单元以及电磁阀实现冗余制动功能的方式，结构更加简单，改进成本更低。
9.根据本发明的一些实施例，所述气压系统包括供压阀、储气罐和气泵，所述储气罐上的第一连接孔与所述供压阀的一端连接，所述气泵的排气口连接在所述储气罐和所述供压阀之间或者与所述储气罐上的第二连接孔连接，所述供压阀的另一端与所述活塞缸连接或所述储液罐连接。
10.根据本发明的一些实施例，所述气压系统为车辆上的空气悬挂系统中的气压系
统。
11.根据本发明的一些实施例，当所述气压系统与所述活塞缸连接时，所述活塞缸包括缸套、活塞和驱动组件，所述活塞可左右移动地设置在所述缸套内，所述缸套和所述驱动组件共同限定出的腔体被所述活塞间隔成互不连通的左腔室和右腔室，所述驱动组件与所述活塞连接用于驱动所述活塞沿所述缸套左右移动，所述缸套上设有与所述左腔室连通的第一孔和第二孔，所述第一孔通过单向阀与所述储液罐连通，所述第二孔与所述电缸解耦阀连通；
12.所述驱动组件为非自锁性驱动组件，所述气压系统与所述活塞缸连接具体为，所述活塞缸上设有第三孔，所述气压系统通过所述第三孔与所述右腔室连通；
13.所述冗余制动模式具体为：所述踏板解耦阀通电切换为关闭状态，所述电缸解耦阀通电切换为打开状态，所述气压系统向所述右腔室输入气体推动所述活塞向左移动，所述左腔室的容积减小，所述左腔室中的液体从所述第二孔流出经过所述电缸解耦阀进入所述轮缸对车轮产生制动压力。
14.根据本发明的一些实施例，所述活塞缸还包括液压块，所述液压块套设在所述缸套的外侧且与所述驱动组件固定，所述液压块上设有连接插针，所述驱动组件远离所述缸套的一端设有端盖，所述连接插针与所述液压块之间、所述端盖与所述驱动组件之间、所述液压块和所述驱动组件之间密封连接。
15.根据本发明的一些实施例，所述连接插针与所述液压块之间、所述端盖与所述驱动组件之间、所述液压块和所述驱动组件之间通过密封件密封连接。
16.根据本发明的一些实施例，所述密封件为密封圈或密封胶形成的密封层。
17.根据本发明的一些实施例，所述驱动组件上设有槽体，所述密封圈设于所述槽体中。
18.根据本发明的一些实施例，所述活塞缸具有与所述腔体连通的第四孔，所述第四孔与所述储液罐上的回油管路通过管路连通，所述第四孔和所述回油管路之间的管路上设有常开阀；在进行所述冗余制动模式时，所述常开阀通电切换为闭合状态。
19.根据本发明的一些实施例，当所述气压系统与所述储液罐连接时，所述储液罐的上部设有气孔，所述气孔与所述气压系统连接；所述冗余制动模式具体为：所述电缸解耦阀不通电保持关闭状态，所述踏板解耦阀不通电保持打开状态，所述气压系统对所述储液罐内上部空间输入气体进行增压使得所述储液罐内部的液体依次经过所述机械主缸、所述踏板解耦阀进入所述轮缸，对车轮产生制动压力。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1为本发明一个实施例的冗余制动系统的结构框图。
23.图2为本发明一个实施例的冗余制动系统中活塞缸的结构示意图。
24.图3为本发明另一个实施例的冗余制动系统的结构框图。
25.附图标记：
26.冗余制动系统1000；储液罐1；机械主缸2；活塞缸3；缸套301；活塞302；
27.驱动组件303；液压块304；连接插针305；端盖306；第一密封圈307；
28.第二密封圈308；第三密封圈309；腔体310；第三孔311；踏板解耦阀4；
29.电缸解耦阀5；轮缸6；气压系统7；供压阀701；储气罐702；气泵703；
30.空气过滤器704；常开阀8；单向阀9；气体g。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.下面结合图1至图3来描述本发明实施例的冗余制动系统1000。
33.如图1至图3所示，根据本发明实施例的冗余制动系统1000，包括储液罐1、机械主缸2、活塞缸3、踏板解耦阀4、电缸解耦阀5、轮缸6和气压系统7，储液罐1、机械主缸2、活塞缸3、踏板解耦阀4、电缸解耦阀5和轮缸6均按照原有制动系统的连接方式进行连接，气压系统7与活塞缸3连接和/或与储液罐1连接。
34.冗余制动系统1000的工作模式包括主动制动模式和冗余制动模式，在主动制动模式下，活塞缸3建压，对车轮产生制动压力。
35.在冗余制动模式下，当气压系统7与活塞缸3连接时，气压系统7向活塞缸3输入气体，对活塞缸3进行增压使得液体流出活塞缸3进入轮缸6对车轮产生制动压力；当气压系统7与储液罐1连接时，气压系统7向储液罐1输入气体，对储液罐1进行增压使得液体流出储液罐1进入轮缸6对车轮产生制动压力。
36.具体而言，储液罐1、机械主缸2、活塞缸3、踏板解耦阀4、电缸解耦阀5和轮缸6均按照原有制动系统的连接方式进行连接。也就是说，本发明实施例的冗余制动系统1000在结构上由对原有制动系统进行改进而得到，例如储液罐1、机械主缸2、活塞缸3、踏板解耦阀4、电缸解耦阀5和轮缸6可以按照图1和图3所示的连接方式进行连接。
37.气压系统7与活塞缸3连接和/或与储液罐1连接。也就是说，如图1所示气压系统7可以与活塞缸3连接，通过向活塞缸3输入气体的方式对活塞缸3中的液体进行增压，从而实现冗余制动功能。也可以如图3所示，气压系统7与储液罐1连接，通过向储液罐1输入气体对储液罐1中的液体进行增压，从而实现冗余制动功能。气压系统7还可以与活塞缸3和储液罐1均连接，这里可以为两个单独的气压系统7分别与活塞缸3和储液罐1连接，还可以为活塞缸3和储液罐1共用一个气压系统7。
38.冗余制动系统1000的工作模式包括主动制动模式和冗余制动模式，在主动制动模式下，活塞缸3建压，对车轮产生制动压力。可以理解的是，主动制动模式为活塞缸3主动建压模式，此时活塞缸3可以正常工作进行建压，将液体泵入轮缸6使得轮缸6对车轮产生制动压力。
39.若活塞缸3的驱动组件303失效使得活塞缸3无法进行工作建压或者在制动车轮时需要更快的制动速度，此时可以执行冗余制动模式。在冗余制动模式下，当气压系统7与活塞缸3连接时，气压系统7向活塞缸3输入气体，对活塞缸3进行增压使得液体流出活塞缸3进
入轮缸6对车轮产生制动压力；当气压系统7与储液罐1连接时，气压系统7向储液罐1输入气体，对储液罐1进行增压使得液体流出储液罐1进入轮缸6对车轮产生制动压力，从而使得本发明的冗余制动系统1000具有冗余制动功能。
40.根据本发明实施例的冗余制动系统1000，通过设置气压系统7对活塞缸3增压或者对储液罐1增压，使得其中的液体可以流出活塞缸3或储液罐1进入轮缸6中对车轮进行制动，从而使得本发明的冗余制动系统1000具有冗余制动功能。由于本发明仅通过增加气压系统7便可以实现冗余制动功能，因此相较于现有技术中的通过在原有制动系统中并联泵单元以及电磁阀实现冗余制动功能的方式，结构更加简单，改进成本更低。
41.根据本发明的一些实施例，气压系统7包括供压阀701、储气罐702和气泵703，储气罐702上的第一连接孔与供压阀701的一端连接，气泵703的排气口连接在储气罐702和供压阀701之间或者与储气罐702上的第二连接孔连接，供压阀701的另一端与活塞缸3连接或储液罐1连接。可以理解的是，气泵703的排气口排出的空气可以通过管路进入储气罐702中，通过设置储气罐702储存高压气体有利于使得气压系统7可以相对持续稳定地输出高压气体，以实现快速高效的建压过程。
42.进一步地，气泵703的进气口上还连接有空气过滤器704，空气过滤器704用于对进入气泵703中的空气进行过滤，减少空气中的杂质进入气压系统7或者活塞缸3中。
43.更为具体地，气压系统7中的管路均为气体管路。
44.根据本发明的一些实施例，气压系统7为车辆上的空气悬挂系统中的气压系统。现有的车辆上的主动悬挂系统多为空气悬挂的形式，本发明提出基于气压系统7的一种制动冗余系统，可以直接利用空气悬挂系统中的气压系统7，即，将空气悬挂系统中的气压系统7与活塞缸3或者储液罐1连接，实现对活塞缸3或者储液罐1的增压目的，极大地降低了使用成本和车辆上空间的占用，具有成本低、结构简单的特点。
45.根据本发明的一些实施例，如图2所示，当气压系统7与活塞缸3连接时，活塞缸3包括缸套301、活塞302和驱动组件303，活塞302可左右移动地设置在缸套301内，缸套301和驱动组件303共同限定出的腔体310被活塞302间隔成互不连通的左腔室和右腔室，驱动组件303与活塞302连接用于驱动活塞302沿缸套301左右移动，缸套301上设有与左腔室连通的第一孔和第二孔，第一孔通过单向阀9与储液罐1连通，第二孔与电缸解耦阀5连通；驱动组件303为非自锁性驱动组件，气压系统7与活塞缸3连接具体为，活塞缸3上设有第三孔311，气压系统7通过第三孔311与右腔室连通。可以理解的是，左腔室为密封液体的液体腔，右腔室为密封气体的气体腔。驱动组件303为非自锁性驱动组件，也就是说，驱动组件303不驱动活塞302运动时，活塞302在外力作用下，仍可以发生移动，从而保证了气压系统7驱动活塞302运动的可行性。
46.冗余制动模式具体为：踏板解耦阀4通电切换为关闭状态，电缸解耦阀5通电切换为打开状态，气压系统7通过第三孔311向右腔室输入气体使得右腔室内的压力增大，从而推动活塞302向左移动，左腔室的容积减小，左腔室中的液体在活塞302的推动下从第二孔流出经过电缸解耦阀5进入轮缸6对车轮产生制动压力。可以理解的是，冗余制动模式的存在保证了活塞缸3的驱动组件303失效时，本发明的冗余制动系统1000仍可以正常对轮缸6进行建压，对车轮制动，另外，当驱动组件303未失效时，主动制动模式可以和冗余制动模式一同进行，以提高建压速度。
47.更为具体地，驱动组件303为电机丝杠组件，即电机丝杠组件为非自锁形式，从而保证了当电机不控制丝杠组件转动时，用外力推动活塞302可以使得活塞302左右移动，同时电机的输出轴也会同步旋转。
48.更为具体地，第三孔311可以位于驱动组件303上，也可以位于缸套301上。当第三孔311位于驱动组件303中电机的外壳上时，气体g进入活塞缸3以及进入活塞缸3后的流动路径如图2所示。
49.具体地，活塞302为一端开口的圆筒形件，活塞302的外径小于左腔室的内径，从而当第一孔和第二孔开设于腔体310的中部时，第一孔和第二孔可以与左腔室保持连通。
50.根据本发明的一些实施例，活塞缸3还包括液压块304，液压块304套设在缸套301的外侧且与驱动组件303固定，这里，液压块304上设有多个孔道，多个孔道的一端分别与第一孔、第二孔、开设在缸套301上的第三孔311相连，多个孔道的另一端分别与对应的管路相连。液压块304上设有连接插针305，驱动组件303远离缸套301的一端设有端盖306，连接插针305与液压块304之间、端盖306与驱动组件303之间、液压块304和驱动组件303之间密封连接。这样保证了活塞缸3整体的密封性，从而有利于保证采用气压系统7进行气体增压的方案的高效性。
51.进一步地，如图2所示，连接插针305与液压块304之间、端盖306与驱动组件303之间、液压块304和驱动组件303之间通过密封件密封连接。具体地，例如密封件为密封圈或密封胶形成的密封层。实际中，可以根据需要进行选择。
52.根据本发明的一些实施例，驱动组件303上设有槽体，密封圈设于槽体中。
53.可选的，如图2所示，驱动组件303中的电机外壳与端盖306之间的连接处设有用于密封的第一密封圈307，端盖306通过螺栓固定在电机外壳上，电机外壳上设有用于设置第一密封圈307的第一环形槽。
54.可选的，如图2所示，电机外壳与液压块304的接触面上设有第二环形槽，第二环形槽内设有第二密封圈308或填充有密封胶，以实现电机外壳与液压块304之间的密封，电机外壳通过螺栓固定在液压块304上。
55.可选的，如图2所示，连接插针305和液压块304之间设有第三密封圈309，以实现连接插针305和液压块304之间的密封。
56.根据本发明的一些实施例，活塞缸3具有与腔体310连通的第四孔，第四孔与储液罐1上的回油管路通过管路连通，第四孔和回油管路之间的管路上设有常开阀8。需要说明的是，设置与储液罐1连接的第四孔的作用是保证因为一些原因活塞缸3中的液体损失之后，活塞缸3能够从储液罐1里吸油。通过设置常开阀8，在进行冗余制动模式时，常开阀8通电切换为闭合状态，这样，气体不会经由第四孔进入储液罐1中，保证气体可以正常对右腔室进行增压。
57.具体地，第四孔设于缸套301上，液压块304上设有与第四孔连通的孔道。
58.根据本发明的一些实施例，如图3所示，当气压系统7与储液罐1连接时，储液罐1的上部设有气孔，气孔与气压系统7连接；冗余制动模式具体为：电缸解耦阀5不通电保持关闭状态，踏板解耦阀4不通电保持打开状态，气压系统7对储液罐1内上部空间输入气体进行增压使得储液罐1内部的液体依次经过机械主缸2、踏板解耦阀4进入轮缸6，对车轮产生制动压力。本发明实施例的冗余制动系统1000结构简单，使用成本低。可以理解的是，储液罐1包
括壶身和壶盖，储液罐1自身具有良好的刚度、强度，在气体压力作用下，不会发生显著的变形和破裂，储液罐1具有良好的气体密封性，在气体压力作用下，不会发生气体泄露。
59.可以理解的是，在一定情况下，对储液罐1进行增压，液体流出储液罐1后也可以进入到活塞缸3中，然后从活塞缸3中流出进行建压，或者，液体流出储液罐1后通过与轮缸6连接的减压阀进入轮缸6进行建压。
60.可选的，当储液罐1中的液体经过踏板解耦阀4流出时，制动踏板处于初始位置即未被踩下的位置。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
62.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种冗余制动系统，其特征在于，包括储液罐、机械主缸、活塞缸、踏板解耦阀、电缸解耦阀、轮缸和气压系统，所述储液罐、所述机械主缸、所述活塞缸、所述踏板解耦阀、所述电缸解耦阀和所述轮缸均按照原有制动系统的连接方式进行连接，所述气压系统与所述活塞缸连接和/或与所述储液罐连接；所述冗余制动系统的工作模式包括主动制动模式和冗余制动模式，在所述主动制动模式下，所述活塞缸建压，对车轮产生制动压力；在所述冗余制动模式下，当所述气压系统与所述活塞缸连接时，所述气压系统向所述活塞缸输入气体，对所述活塞缸进行增压使得液体流出所述活塞缸进入所述轮缸对车轮产生制动压力；当所述气压系统与所述储液罐连接时，所述气压系统向所述储液罐输入气体，对所述储液罐进行增压使得液体流出所述储液罐进入所述轮缸对车轮产生制动压力。2.根据权利要求1所述的冗余制动系统，其特征在于，所述气压系统包括供压阀、储气罐和气泵，所述储气罐上的第一连接孔与所述供压阀的一端连接，所述气泵的排气口连接在所述储气罐和所述供压阀之间或者与所述储气罐上的第二连接孔连接，所述供压阀的另一端与所述活塞缸连接或所述储液罐连接。3.根据权利要求1所述的冗余制动系统，其特征在于，所述气压系统为车辆上的空气悬挂系统中的气压系统。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的冗余制动系统，其特征在于，当所述气压系统与所述活塞缸连接时，所述活塞缸包括缸套、活塞和驱动组件，所述活塞可左右移动地设置在所述缸套内，所述缸套和所述驱动组件共同限定出的腔体被所述活塞间隔成互不连通的左腔室和右腔室，所述驱动组件与所述活塞连接用于驱动所述活塞沿所述缸套左右移动，所述缸套上设有与所述左腔室连通的第一孔和第二孔，所述第一孔通过单向阀与所述储液罐连通，所述第二孔与所述电缸解耦阀连通；所述驱动组件为非自锁性驱动组件，所述气压系统与所述活塞缸连接具体为，所述活塞缸上设有第三孔，所述气压系统通过所述第三孔与所述右腔室连通；所述冗余制动模式具体为：所述踏板解耦阀通电切换为关闭状态，所述电缸解耦阀通电切换为打开状态，所述气压系统向所述右腔室输入气体推动所述活塞向左移动，所述左腔室的容积减小，所述左腔室中的液体从所述第二孔流出经过所述电缸解耦阀进入所述轮缸对车轮产生制动压力。5.根据权利要求4所述的冗余制动系统，其特征在于，所述活塞缸还包括液压块，所述液压块套设在所述缸套的外侧且与所述驱动组件固定，所述液压块上设有连接插针，所述驱动组件远离所述缸套的一端设有端盖，所述连接插针与所述液压块之间、所述端盖与所述驱动组件之间、所述液压块和所述驱动组件之间密封连接。6.根据权利要求5所述的冗余制动系统，其特征在于，所述连接插针与所述液压块之间、所述端盖与所述驱动组件之间、所述液压块和所述驱动组件之间通过密封件密封连接。7.根据权利要求6所述的冗余制动系统，其特征在于，所述密封件为密封圈或密封胶形成的密封层。8.根据权利要求7所述的冗余制动系统，其特征在于，所述驱动组件上设有槽体，所述密封圈设于所述槽体中。9.根据权利要求4所述的冗余制动系统，其特征在于，所述活塞缸具有与所述腔体连通
的第四孔，所述第四孔与所述储液罐上的回油管路通过管路连通，所述第四孔和所述回油管路之间的管路上设有常开阀；在进行所述冗余制动模式时，所述常开阀通电切换为闭合状态。10.根据权利要求1-3中任意一项所述的冗余制动系统，其特征在于，当所述气压系统与所述储液罐连接时，所述储液罐的上部设有气孔，所述气孔与所述气压系统连接；所述冗余制动模式具体为：所述电缸解耦阀不通电保持关闭状态，所述踏板解耦阀不通电保持打开状态，所述气压系统对所述储液罐内上部空间输入气体进行增压使得所述储液罐内部的液体依次经过所述机械主缸、所述踏板解耦阀进入所述轮缸，对车轮产生制动压力。

技术总结
本发明公开了一种冗余制动系统,包括均按照原有制动系统的连接方式进行连接的储液罐、机械主缸、活塞缸、踏板解耦阀、电缸解耦阀和轮缸。本发明的冗余制动系统还包括气压系统，气压系统与活塞缸连接和/或与储液罐连接。冗余制动系统的工作模式包括主动制动模式和冗余制动模式，在主动制动模式下，活塞缸建压，对车轮产生制动压力；在冗余制动模式下，当气压系统与活塞缸连接时，气压系统向活塞缸输入气体，对活塞缸进行增压使得液体流出活塞缸进入轮缸对车轮产生制动压力；当气压系统与储液罐连接时，气压系统向储液罐输入气体，使得液体流出储液罐进入轮缸对车轮产生制动压力。本发明可以实现冗余制动功能，且结构简单、成本低。成本低。成本低。


技术研发人员：魏凌涛 刘子俊 李亮 王翔宇
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.02.13
技术公布日：2023/7/6