辅助制动装置及车辆制动系统.pdf

本发明公开了一种辅助制动装置，接收用于检测车辆的制动状态的制动状态检测元件的信号，包括：微控制器，接收制动状态检测元件检测到的车辆的制动状态的信号；以及执行单元，被所述微控制器控制，并且包括：电动机；用于将所述电动机的输出转动减速的减速机构；由所述减速机构驱动的从动件，该从动件设在车辆刹车线中途；其中，所述电动机能够经所述减速机构驱动从动件，从而在刹车线中产生辅助制动力。本发明能够可靠地实现实现联动制动，还可车辆制动时的车轮防抱死。

1.  一种辅助制动装置，包括：
微控制器，接收制动状态检测元件检测到的车辆的制动状态的信号；以及
执行单元，被所述微控制器控制，并且包括：电动机；用于将所述电动机的输出转动减速的减速机构；由所述减速机构驱动的从动件，该从动件与车辆刹车线连接；
其中，所述电动机能够经所述减速机构驱动从动件，从而产生辅助制动力。

2.  如权利要求1所述的辅助制动装置，其中，所述从动件被构造成适于被所述减速机构驱动而绕一转动轴线双向转动，以第一方向转动，则产生刹车线的制动力相反的防抱死作用力；以第二方向转动，则在刹车线中产生辅助制动力。

3.  如权利要求2所述的辅助制动装置，其中，所述从动件与所述减速机构输出端的连接。

4.  如权利要求2所述的辅助制动装置，其中，所述从动件安装在所述减速机构的输出轴上，所述从动件为刹车线卷筒，所述刹车线分为前段和后段，所述前段的后端和所述后段的前端沿相反方向绕过刹车线卷筒的相应部分而连接在刹车线卷筒上。

5.  如权利要求2所述的辅助制动装置，其中，所述从动件安装在所述减速机构的输出轴上，所述从动件为刹车线卷筒，所述刹车线与所述从动件之间设置连接线，用以在刹车线中产生辅助制动力。

6.  如权利要求2所述的辅助制动装置，其中，所述从动件安装在所述减速机构的输出轴上，所述从动件为刹车线卷筒，所述刹车线与所述从动 件之间设置两根连接线，所述连接线分别沿相反方向绕过所述刹车线卷筒的相应部分而连接在所述刹车线卷筒上，分别用以在所述刹车线中产生辅助制动力或产生所述刹车线的制动力相反的防抱死作用力。

7.  一种车辆制动系统，包括：
机械制动装置，其包括刹车线和制动毂；
制动状态检测元件，包括轮速传感器，其安装于车辆上，用以检测车轮速度，以及刹把开关传感器，用于检测刹把的状态；以及
如权利要求1-6中任一项所述的辅助制动装置，其与所述机械制动装置相关联，并且在车辆制动过程中能够在刹车线中产生辅助制动力或在刹车线中产生与刹车线的制动力相反的防抱死作用力。

8.  如权利要求7所述的车辆制动系统，其中，仅包括为车辆的前后车轮之一配备的所述机械制动装置和辅助制动装置。

9.  如权利要求8所述的车辆制动系统，其中，在车辆制动时，该辅助制动装置产生辅助制动力而执行联动制动操作。

10.  如权利要求9所述的车辆制动系统，其中，包括为车辆的前后车轮分别配备的所述制动装置和辅助制动装置，并且，同一微控制器被共用于为前车轮配备的辅助制动装置和为后车轮配备的辅助制动装置二者中。

11.  如权利要求10所述的车辆制动系统，其中，在车辆制动时，所述辅助制动装置中的至少一个产生辅助制动力而执行联动制动操作。

辅助制动装置及车辆制动系统
技术领域
本申请涉及一种适用于线刹车辆的辅助制动装置以及包含这种辅助制动装置的车辆制动系统。
背景技术
低速、低载荷车辆，包括主要包括摩托车、三轮摩托车、电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、电动踏板车等通常为线刹车辆。线刹车辆利用刹车线拉动刹车片与车轮上的刹车毂摩擦接触，从而对车轮产生制动力。
以电动自行车为例，车辆驾驶者通过分别操作左右两个刹把而对车辆的前轮或后轮产生制动力。很多驾驶者习惯于仅操作单个刹把进行制动，在通常情况下，单刹把制动操作即可达到驾驶者的制动需求。然而，紧急情况下，不仅需要很大的制动力，也需要同时制动前轮和后轮，以进行减速。当单个刹把所产生的制动力无法满足制动需求时，驾驶者习惯性地继续操作单个刹把而对车辆的单个车轮继续施加制动力，这种操作的制动距离长，且在湿或低摩擦系数路面上单刹把制动操作很容易发生事故。
发明内容
本申请的目的在于克服现有的技术的不足，提供一种用于线刹车辆的辅助制动装置及采用该装置的制动系统，其能够更为可靠地实现车辆制动。
为实现此目的，本申请在一个方面提供了一种辅助制动装置，接收用于检测车辆的制动状态的制动状态检测元件的信号，包括：微控制器，接收制动状态检测元件检测到的车辆的制动状态的信号；以及执行单元，被所述微控制器控制，并且包括：电动机；用于将所述电动机的输出转动减速的减速机构；由所述减速机构驱动的从动件，该从动件与车辆刹车线连接；其中，所述电动机能够经所述减速机构驱动从动件，从而产生辅助制动力。
在所述的辅助制动装置中，可选地，所述从动件被构造成适于被所述减速机构驱动而绕一转动轴线双向转动，以第一方向转动，则产生刹车线的制动力相反的防抱死作用力；以第二方向转动，则在刹车线中产生辅助制动力。
在所述的辅助制动装置中，可选地，所述从动件与所述减速机构输出端的连接。
在所述的辅助制动装置中，可选地，所述从动件安装在所述减速机构的输出轴上，所述从动件为刹车线卷筒，所述刹车线分为前段和后段，所述前段的后端和所述后段的前端沿相反方向绕过刹车线卷筒的相应部分而连接在刹车线卷筒上。
在所述的辅助制动装置中，可选地，所述从动件安装在所述减速机构的输出轴上，所述从动件为刹车线卷筒，所述刹车线与所述从动件之间设置连接线，用以在刹车线中产生辅助制动力。
在所述的辅助制动装置中，可选地，所述从动件安装在所述减速机构的输出轴上，所述从动件为刹车线卷筒，所述刹车线与所述从动件之间设置两根连接线，所述连接线分别沿相反方向绕过刹车线卷筒的相应部分而连接在刹车线卷筒上，分别用以在刹车线中产生辅助制动力或产生刹车线的制动力相反的防抱死作用力。
本申请在其另一方面提供了一种车辆制动系统，包括：机械制动装置，其包括刹车线和制动毂；制动状态检测元件，包括轮速传感器，其安装于车辆上，用以检测车轮速度，以及刹把开关传感器，用于检测刹把的状态；以及如前面所述的辅助制动装置，其与所述机械制动装置相关联，并且在车辆制动过程中能够在刹车线中产生辅助制动力或在刹车线中产生与刹车线的制动力相反的防抱死作用力。
在所述的车辆制动系统中，可选地，仅包括为车辆的前后车轮之一配备的所述机械制动装置和辅助制动装置。
在所述的车辆制动系统中，可选地，在车辆制动时，该辅助制动装置产生辅助制动力而执行联动制动操作。
在所述的车辆制动系统中，可选地，包括为车辆的前后车轮分别配备的所述制动装置和辅助制动装置，并且，同一微控制器被共用于为前车轮配备的辅助制动装置和为后车轮配备的辅助制动装置二者中。
在所述的车辆制动系统中，可选地，在车辆制动时，所述辅助制动装置中的至少一个产生辅助制动力而执行联动制动操作。
本申请的辅助制动装置能够在刹车线中产生辅助制动力，以实施联动制动功能，从而改进车辆的制动效果。
另外，本申请的辅助制动装置及制动系统，能够检测车轮抱死状况，并且通过直接作用于刹车线的辅助制动装置产生与人工制动力相反的作用力，可及时降低存在抱死状况的车轮上的制动力，可靠地解除车轮抱死状况，以提高车辆驾驶的安全性。
附图说明
本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，在附图中：
图1绘示根据本申请的一种可行实施方式的车辆制动系统的基本组成的示意图。
图2绘示图1中的执行单元的基本组成的示意图，其中未图示执行单元的壳体。
图3绘示采用单路制动系统的车辆制动系统的总体构架示意图。
图4绘示采用双路制动系统的车辆制动系统的总体构架示意图。
图5绘示本申请辅助制动装置的另一实施方式的执行单元的示意图。
图6绘示本申请辅助制动装置的又一实施方式的执行单元的示意图。
具体实施方式
下面将对本申请的适用于线刹车辆的辅助制动装置及制动系统进行描述。
总体上讲，根据本申请的车辆制动系统包括机械制动装置和与机械制动装置协作的辅助制动装置。
机械制动装置大体上包括制动触发元件，例如刹把、刹车按钮、刹车踏板等，其可被车辆驾驶者操作而产生制动力。该制动力可以由车辆驾驶者产生，也可以是驱动装置例如电动机产生。制动力通过刹车线传递到车轮处的制动元件。因此，尽管图1中展示了机械制动装置的一个具体实施 例，但可以理解，其它形式的线刹型机械制动装置也可以应用于此。
在图1所示的例子中，机械制动装置主要包括：刹把2，其通过枢轴4安装在车辆的手把6上；刹车线10，其在第一端连接着刹把2，并且朝向车轮10延伸；第二端设在车轮10上的制动毂12，刹车线10可以是钢丝，在其他实施方式中，刹车线10可以是钢筋；刹车杠杆14，其由车轮的制动毂12承载，且在外端连接着刹车线10的第二端，在内端与面对着制动毂12的刹车片（未示出）关联；复位弹簧16，其安装在车辆的车架与刹车杠杆14之间，用以在制动解除时使得刹车杠杆14回归原位。在图示的例子中，复位弹簧16是围绕刹车线10的第二端处从刹车线的线管中露出的部分安装的压缩弹簧；当然，其它形式的复位弹簧也可以采用。
在车辆驾驶者实施制动时，可扳动刹把2使之绕枢轴4朝向手把6转动。刹把2拉动刹车线10的第一端，使得刹车线10沿制动方向移动，而刹车线10的第二端拉动刹车杠杆14，刹车杠杆14摆动而带动刹车片接触到制动毂12。通过刹车片与制动毂12之间的摩擦力，对相关联的车轮8进行制动。
与上述机械制动装置协作的辅助制动装置主要包括微控制器20、制动状态检测元件以及执行单元30等。
微控制器20可以是单独的控制单元，其与车辆的中央控制单元相连或不相连。或者，可以组合在车辆的中央控制单元中。
制动状态检测元件用于检测车辆的制动状态，包括用于检测前、后轮刹把的状态的前、后轮刹把开关传感器22、用于检测车轮速度的轮速传感器24等等，它们连接着微控制器20，并向其发送检测信号。
轮速传感器24用以检测车轮8的速度。轮速传感器24可以是任何速度传感器，例如磁电式传感器、光电式传感器等。在一种可行实施方式中，轮速传感器24是霍尔传感器，车辆的齿圈上的齿经过轮速传感器24时，轮速传感器24发出轮速传感器信号，例如矩形脉冲波。
微控制器20与制动状态检测元件和执行单元30相连，用于接收来自制动状态检测元件的检测信号，由此判断出车辆处于紧急制动状态时，启动执行单元30以增加制动力，判断出车辆处于紧急制动状态而需要与另一车轮相关的制动系统参与联动制动，则启动执行单元30触发联动制动功能，或者判断车辆制动过程中是否发生抱死现象，即车轮被机械制动装置锁死， 并且在发生抱死时启动执行单元30执行防抱死操作。
结合图2所示，在本实施方式中，执行单元30包括壳体32，其固定在车架上，位于刹车线10的中途，其中刹车线10被分为两段，即前段10a和后段10b。前段10a的前端即为刹车线的第一端，后段10b的后端即为刹车线10的第二端。前段10a的后端和后段10b的前端接入壳体32中。
执行单元30还包括：在壳体32（图2未示）外面固定在壳体上、或是安装在壳体32内的电动机34，其用于为执行单元30提供动力；布置在壳体32中、与电动机34的输出轴相连的减速机构36，例如图中所示的齿轮减速机构，优选为多级齿轮减速机构；装于该减速机构36的输出端、例如末级齿轮36a的输出轴上的刹车线卷筒60，刹车线10的前段10a的后端和后段10b的前端分别沿相反方向绕过刹车线卷筒60的一部分而在相应的固定点70连接在刹车线卷筒60上，从而当刹车线10被沿制动方向拉动时，刹车线卷筒60被刹车线10带动而正向转动，但刹车线10被沿制动解除方向拉动时，刹车线卷筒60被刹车线10带动而反向转动。
图1中所示的辅助制动装置可以应用于车辆的前后车轮之一，例如图3所示的单路制动系统，其中该制动系统仅应用于前车轮，后车轮采用人工制动系统。可以理解，这种单路制动系统也可以仅包括应用于后车轮的制动系统，前车轮采用人工制动系统。微控制器20用于控制该单路制动系统，并且监测全车行驶以及制动状态。
或者，可以在车辆的前后车轮均应用辅助制动装置，例如图4所示的双路制动系统，单一的微控制器20用于控制两个制动系统，并且监测全车行驶以及制动状态。该微控制器20从两个制动系统中的制动状态检测元件接收的信号包括前车轮轮速（WssFA），后车轮轮速（WssRA），前后制动信号（Bls），其中前后制动信号包括前轮制动信号或后轮制动信号，用于判断是否发生制动。微控制器20的输出信号（PWM）用于控制两个制动系统中的执行单元30的电动机。
图1中所示的制动系统能够实现如下三种功能：增加制动力操作，防抱死操作，以及联动制动操作。
在常规制动操作时，车辆驾驶者扳动制动系统的刹把2，刹把2将绕枢轴4沿朝向手把6闭合的方向转动，以向刹车线10施加拉力，从而刹车杠杆14被刹车线10拉动，最终制动力将被加载于制动毂12。这样，在常规 制动操作中，通过机械制动装置对相关车轮8实施制动。此时，执行单元30处于非启动状态。
微控制器20确定制动状态，车轮8的速度、减速度和制动滑移率，以及车辆的参考车速，由此判断出制动过程中车辆的运动状态，当微控制器20判断出车辆处于紧急制动状态时，向制动系统的辅助制动装置发送指令，使该辅助制动装置的电动机34正向旋转，电动机34经减速机构36驱动刹车线卷筒60正向转动，该正向转动的作用力经刹车线10的后段10b传递到刹车杠杆14，从而该作用力产生的制动力被加载于车轮上的制动毂12，主动增加制动力，以降低车辆的速度。
轮速传感器24采集车轮8的轮速信号，刹把开关传感器22检测车辆驾驶者的制动指令。微控制器20确定制动状态，车轮8的速度、减速度和制动滑移率，以及车辆的参考车速，由此判断出制动过程中车辆的运动状态，并且在必要的情况下控制辅助制动装置的电动机34反向转动，以便执行防抱死操作。
具体而言，当车辆驾驶者在紧急状况下对车轮8施加全力制动时，尤其是在湿或低摩擦系数表面上时，典型地将产生车轮抱死现象。微控制器20与轮速传感器24和刹把开关传感器22相连，以全时监视车轮8的状态。微控制器20可基于前后车轮速传感器信号和前后刹把开关传感器信号完成前后车轮轮速计算、参考车速计算、车轮滑移率计算，并实时监测车轮状态，以及在车轮出现抱死倾向时向辅助制动装置发送指令以触发防抱死动作。一旦出现车轮抱死的趋势并且进入车轮防抱死条件的阈值被达到或满足，微控制器20将向辅助制动装置发送指令，以控制电动机34反向旋转，电动机34经减速机构36带动刹车线卷筒60反向转动，至少部分地抵消通过刹车线10施加于车轮8的制动力，以便解除抱死现象。
在电动机34执行了上述抱死解除动作之后，如果微控制器20判断出解除车轮防抱死条件的阈值被满足，则微控制器20将切断供应给电动机34的电流，或者使电动机34调转方向而正向旋转回归原位。此时，如果仍然有车辆驾驶者的制动力施加于刹把2，则机械制动装置继续向车轮实施常规制动。然后，当再次出现车轮抱死的趋势时，辅助制动装置再一次重复上述动作。因此，在防抱死制动的整个过程中，辅助制动装置可以重复相同的操作。
此外，上述制动系统还能够实现联动制动操作。
联动制动操作是一种主动制动操作。当车辆驾驶者在一个车轮上施加紧急制动时，与另一个车轮相关的制动系统的辅助制动装置被微控制器20控制而用作联动制动装置，以自动将电动机的输出扭矩转化为施加在所述另一车轮上的机械制动力。这样，制动距离将显著减小。
举例而言，在图3所示的单路制动系统中，当车辆驾驶者对一个车轮（后车轮）实施人工制动时，微控制器20监测车辆制动状态。如果微控制器20判断出车辆处于紧急制动状态而需要与另一车轮相关的制动系统参与联动制动，则触发联动制动功能，其中，微控制器20将向与所述另一车轮相关的制动系统的辅助制动装置发送指令，使该辅助制动装置的电动机34正向旋转，电动机34经减速机构36驱动刹车线卷筒60正向转动，该正向转动的作用力经刹车线10的后段10b传递到所述另一车轮的刹车杠杆14，从而该作用力产生的制动力被加载于所述另一车轮上的制动毂12，使两个车轮同时被制动，以降低车辆的速度。在联动制动过程中，如果微控制器20监测到实施联动制动的所述另一车轮出现抱死现象，则微控制器20可以控制该制动系统实施防抱死操作。
在图4所示的双路制动系统中，当车辆驾驶者对前后车轮之一或二者实施人工制动时，微控制器20监测车辆制动状态。如果微控制器20判断出车辆处于紧急制动状态而需要与前后车轮之一或二者相关的制动系统参与联动制动，则触发联动制动功能，其中，微控制器20将向与前后车轮之一或二者相关的制动系统的辅助制动装置发送指令，使该辅助制动装置自动执行制动动作，以降低车辆的速度。在联动制动过程中，如果微控制器20监测到实施联动制动的车轮出现抱死现象，则微控制器20可以控制相应制动系统实施防抱死操作。
参照图5所示，是本申请辅助制动装置的另一实施方式的执行单元的示意图。可选地，执行单元30并不位于刹车线10的中途不会将刹车线10分为两段。在本实施方式中，刹车线10上设置有连接件121，一连接线120一端固定在刹车线10上的连接件121，另一端固定在刹车线卷筒60上，使刹车线卷筒60与刹车线10连接。当微控制器20判断出一个车轮处于紧急制动状态而需要与另一车轮相关的制动系统参与联动制动，刹车线卷筒60逆时针方向转动产生拉动刹车线10的拉力，增加刹 车蹄块与制动毂12间的接触摩擦，即增加刹车单元的制动力。
当车辆驾驶者仅对一个车轮（后车轮）实施人工制动时，微控制器20监测车辆制动状态。如果微控制器20判断出车辆处于紧急制动状态而需要与另一车轮相关的制动系统参与联动制动，则触发联动制动功能，其中，微控制器20将向与所述另一车轮相关的制动系统的辅助制动装置发送指令，使该辅助制动装置的电动机34正向旋转，电动机34经减速机构36驱动刹车线卷筒60正向转动（逆时针转动），刹车线卷筒60正向转动的作用力经连接线120产生拉动刹车线10的拉力，该拉力经刹车线10传递到所述另一车轮的刹车杠杆14，从而该作用力产生的制动力被加载于所述另一车轮上的制动毂12，使两个车轮同时被制动，以降低车辆的速度。
在常规制动操作中，如前所述，通过机械制动装置对相关车轮8实施制动时，执行单元30处于非启动状态，当刹车线10产生图示向右的制动力时，连接线120可处于松弛状态。
参照图6所示，是本申请辅助制动装置的又一实施方式的执行单元的示意图。在本实施方式中，刹车线10上设置有另一连接件123，连接线122一端固定在刹车线10上的连接件123，另一端固定在刹车线卷筒60上，使刹车线卷筒60与刹车线10连接，即连接线120、122分别沿相反方向绕过刹车线卷筒60的相应部分而连接在刹车线卷筒60上，分别用以在刹车线中产生辅助制动力或产生刹车线的制动力相反的防抱死作用力。当刹车线10产生图示向右的制动力，使车轮存在抱死状况时，刹车线卷筒60顺时针方向转动产生拉力，经连接线122拉动刹车线10，减小或消除刹车蹄块与制动毂12间的接触摩擦，即降低或消除存在抱死状况的车轮上的刹车单元的制动力。而当控制器20判断出一个车轮处于紧急制动状态而需要与另一车轮相关的制动系统参与联动制动，所述另一车轮相关的制动系统的刹车线卷筒60逆时针方向转动产生拉力，经连接线120拉动刹车线10，增加刹车蹄块与制动毂12间的接触摩擦，使两个车轮同时被制动，即增加刹车单元的制动力。因此，在本实施方式中，本申请辅助制动装置具有既具有联动制动的功能也具有防抱死功能。
根据本申请，可以为前车轮和后车轮分别设置根据本申请的制动系统，用以防止前车轮和后车轮抱死。可以理解，根据本申请的制动系统对于安装于其它位置的车轮也可以执行防抱死功能。例如，可根据实际需要，可 仅在前后车轮之一上采用本申请的制动系统。根据另一种可行实施方式，在前后车轮之间具有中间轮的情况下，可在前后车轮和中间轮中的至少一个上采用本申请的制动系统。
本申请的制动系统还能将辅助制动装置用作联动制动装置，以产生与人工制动力相同的辅助制动力，从而能够更快速地使车辆减速或停止。
此外，本申请的制动系统采用微控制器检测车轮抱死状况，通过执行单元直接作用于刹车线以产生与人工制动力相反的作用力，可及时降低存在抱死状况的车轮上的制动力，能够可靠地解除车轮抱死状况。
虽然基于特定的实施方式显示和描述了本申请，但本申请并不限制于所示出的细节。相反地，在权利要求及其等同替换的范围内，本申请的各种细节可以被改造。