CN104553744A - 一种基于轮毂电机的驱动与制动集成*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于轮毂电机的驱动与制动集成***,包括轮毂电机驱动***、电磁与摩擦制动***和整车控制***,轮毂电机驱动***包括车轴,与所述车轴同轴焊接的电机定子,通过轴承与电机定子连接的轮毂,电机转子和制动盘,所述电机转子的外壳与轮毂固定连接,电子转子与制动盘固定连接。本发明采用电机转子直接驱动轮毂,结构简单,传动效率高,减少了汽车的转动力矩和转动惯量,提高了汽车的舒适性和安全性,同时由于增加了电磁制动***,有效地提高车辆能源利用率,缩短制动作用时间,提高整车制动性能和行车安全。
Description
技术领域
本发明属于车辆驱动与制动集成***领域,尤其是一种基于轮毂电机的驱动与制动集成***。
背景技术
目前使用电机驱动的电动汽车,通常采用电机替换内燃机,使用一个电机通过传动机构驱动左右两侧车轮,离合器、变速器等传动机构均存在,这样的电机驱动***由于传动机构需要消耗能量,所以传递的效率很低,不利于车辆能源高效利用。目前大多数所使用的轮毂电机驱动电动汽车是电机的转子轴与车轴刚性连接,给定子线圈通入一定的电流,使得转子转动,转动的转子带动车轴转动,转动的车轴驱动车轮行驶,这样的连接方式和普通的电动汽车一样,都会通过车轴的转动来驱动车轮行驶,但是车轴是和整个汽车联系在一起的,车轴转动意味着会产生很大的转动力矩和转动惯量,会影响汽车的舒适性和安全性;再者,需要更大功率的电机才能够实现电动汽车的驱动,会使得经济性降低和能量的浪费;同时在制动情形时,也需要提供更大的制动力矩才能够达到制动的目的,这就会因为制动力矩的过大而使得摩擦盘过度磨损,久而久之不利于汽车的安全性。
目前轿车盘式制动器大多是通过液压油来推动制动钳内的活塞运动,活塞把制动块压向制动盘,通过制动盘与制动块的摩擦来实现车辆制动停车。汽车高速行驶或者紧急制动时,直接通过活塞把制动块压向制动盘,频繁长时间的制动会造成制动块与制动盘的过度磨损以及摩擦副的过热,造成制动器的热衰退,从而影响整车制动性能甚至造成制动失效。
发明内容
针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种基于轮毂电机的驱动与制动集成***,该***采用电机直接驱动轮毂进而驱动电动汽车,能够改善制动性能、减轻制动副的磨损,同时还增加了电磁制动功能,有效地提高车辆能源利用率,缩短制动作用时间,提高整车制动性能和行车安全。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于轮毂电机的驱动与制动集成***,包括轮毂电机驱动***、电磁与摩擦制动***和整车控制***,所述轮毂电机驱动***包括车轴,与所述车轴同轴固定连接的电机定子、轮毂、电机转子和制动盘,所述轮毂、电机转子和制动盘依次安装在电机定子上、且与电机定子转动连接,所述轮毂与电机转子固定连接,所述电机转子与制动盘固定连接,电磁与摩擦制动***包括电磁与摩擦集成制动器、第一电控液压阀、第二电控液压阀、高压储油罐、推杆、气缸和金属杆,所述电磁与摩擦集成制动器有两个,分别安装在制动盘的两侧、并通过导管与第一电控液压阀连接,所述气缸为两个,均布与制动盘两侧,所述推杆位于气缸内,并通过导管与第二电控液压阀连接,第一电控液压阀和第二电控液压阀均通过导管与所述高压储油罐连接,所述金属杆有两个、并在中部交叉铰接,所述两个金属杆的一端分别与两个推杆铰接、另一端分别与两个电磁与摩擦制动器铰接,所述整车控制***与第一电控液压阀和第二电控液压阀电连接。
进一步地,所述电磁与摩擦集成制动器包括永磁体、导磁套、导磁板、摩擦块、回位弹簧,所述导磁套一面开口、与导磁板接触构成封闭空间,导磁板的一侧固定连接永磁体,所述永磁***于导磁套内、并与导磁套的侧面、底面构成一与高压储油罐连通的密闭空间,永磁体与导磁套的底面之间设有回位弹簧,在所述导磁套与高压储油罐之间设有与第一电控液压阀;在所述导磁板的另一侧固定连接摩擦块,且所述摩擦块靠近制动盘。
进一步地,所述导磁套与高压储油罐间还设有限压阀。
进一步地,所述两个金属杆之间铰接点到推杆的距离大于到电磁与摩擦集成制动器的距离。
进一步地,所述轮毂、电机转子和制动盘均通过轴承与电机定子连接。
进一步地,所述电机转子与制动盘采用长螺栓固定连接。
进一步地,所述制动盘的端面采用耐磨材料。
在本发明中,轮毂电机驱动***用电机的转子直接驱动轮毂,结构简单,传动效率高,由于车轴是不转动的,减少了汽车的转动力矩和转动惯量,提高了汽车的舒适性和安全性。电机制动***设置了电磁与摩擦集成制动器、两个电控液压阀以及金属杆,整车控制器根据采集到的信号判断制动强度来控制液压阀的开启和断开,由于存在金属杆,不需要增加高压油的压力就可以实现制动情形的切换;先进行电磁制动,使得车轮先减速,有需要的话再进行摩擦制动,使汽车停车,降低了制动器的磨损程度,能够快速的实现所设置的制动情形,制动效果好。
附图说明
图1为本发明所述基于轮毂电机的驱动与制动集成***的结构图。
附图标记说明如下:
1-电机定子;2-轮毂;3-电机转子;4-制动盘;5-车轴;6-轴承;7-高压储油罐;8-第一电控液压阀;9-第二电控液压阀;10-推杆;11-气缸;12-导管;13-永磁体;14-导磁套;15-导磁板;16-螺栓;17-摩擦块;18金属杆;19-螺丝;20-限压阀;21-回位弹簧
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示,本发明的基于轮毂电机的驱动与制动集成***包括轮毂电机驱动***、电磁与摩擦制动***和整车控制***,轮毂电机驱动***包括车轴5,与所述车轴5同轴焊接的电机定子1,轮毂2,电机转子3和制动盘4,所述轮毂2、电机转子3和制动盘4依次安装在电机定子1上、且与电机定子1通过轴承6转动连接,电机转子3与轮毂2采用螺栓固定连接,电子转子3与制动盘4用长螺栓16固定连接。在本发明中,轮毂电机驱动***采用电机转子3直接驱动轮毂2,结构简单,传动效率高,同时由于车轴固定不转动,减少了汽车的转动力矩和转动惯量,提高了汽车的舒适性和安全性。所述制动盘4采用耐摩材料制成,延长制动盘4的使用寿命。
电磁与摩擦制动***包括电磁与摩擦集成制动器、高压储油罐7、第一电控液压阀8、第二电控液压阀9、推杆10、气缸11、和金属杆18。电磁与摩擦集成制动器有两个,分别安装在制动盘4的两侧,每个电磁与摩擦集成制动器包括永磁体13、导磁套14、导磁板15、摩擦块17、回位弹簧21和限压阀20,所述导磁套14一面开口、与导磁板15接触构成封闭空间,导磁板15的一侧固定连接永磁体13,所述永磁体13位于导磁套14内、并与导磁套14的侧面、底面构成一与高压储油罐7连通的密闭空间,使得永磁体13在汽车行驶状态时在导磁套14里面,导磁套14与导磁板15密封永磁体13,永磁体13对外不显磁性,永磁体13与导磁套14的底面之间设有回位弹簧21,在所述导磁套14与高压储油罐7之间设有与第一电控液压阀8;在所述导磁板15的另一侧固定连接摩擦块17,且所述摩擦块17靠近制动盘4。所述导磁套14与高压储油罐7之间还设有限压阀20。
所述气缸11为两个,均布与制动盘4的两侧,所述推杆10位于气缸11内,并通过导管12与第二电控液压阀9连接,第一电控液压阀8和第二电控液压阀9通过导管12与高压储油罐7连接,所述金属杆18有两个、并在中部交叉铰接,所述两个金属杆18的一端分别与两个推杆10铰接、另一端分别与两个永磁体13铰接,两个金属杆18之间通过螺丝19交叉铰接,且所述螺丝19到推杆10的距离大于螺丝19到永磁体13的距离。整车控制***与第一电控液压阀8和第二电控液压阀9电连接。本发明轮毂电机制动***设置了电磁与摩擦集成制动器,第一电控液压阀8、第二电控液压阀9以及金属杆18,整车控制器根据采集到的信号判断制动强度来控制液压阀的开启和断开,由于存在金属杆18,不需要增加高压油的压力就可以实现制动情形的切换;先进行电磁制动,使得车轮先减速,根据需要再进行摩擦制动,使汽车停车,降低了制动器的磨损程度,能够快速的实现所设置的制动情形,制动效果好。
整车控制***包括轮速传感器、制动踏板力矩传感器、制动踏板位移传感器和电子控制单元(ECU),ECU接收来自轮速传感器、制动踏板力矩传感器和制动踏板位移传感器的信号,经综合所收集的信号判断制动强度Z的大小,并根据制动强度Z的不同范围控制第一电控液压阀8和第二电控液压阀9的开启与关闭,从而开启不同的制动模式。
当整车控制***判断制动强度Z=0时,关闭第一电控液压阀8和第二电控液压阀9,此时导磁套14与导磁板15密封永磁体13,永磁体13对外不显磁性,给轮毂电机通入电流,电机转子3转动,转动的转子带动与之用螺栓固定连接的轮毂2和制动盘4转动,转动的轮毂2驱动汽车行驶。
当整车控制***判断制动强度Z<0.2时,开启电涡流制动模式:即ECU控制开启第一电控液压阀8,关闭第二电控液压阀9,高压油从高压储油罐7沿着导管12进入第一电控液压阀8、进而流入导磁套14的腔内,克服与导磁套内壁相连的回位弹簧22的预紧力推动永磁体13向着制动盘4移动,使永磁体13沿着导磁套14移动,与永磁体13螺栓连接的导磁板15也移动,此时导磁板15与导磁套14不能封闭永磁体13,从而使得永磁体13产生的磁场对外显磁性,第一电控液压阀8通过控制通入电流的大小来控制流入导管12内的高压油的量,从而控制永磁体13的移动量,进而控制制动盘4与永磁体13之间的间隙,制动盘4和永磁体13之间的间隙决定着永磁体13的磁场强度,旋转的制动盘4在永磁体13产生的磁场中产生电涡流,电涡流和磁场间因相互作用而产生制动力矩使制动盘4减速,随着永磁体13的继续移动,磁场强度愈来愈强,产生的制动力矩也不断加大而使得制动盘4不断减速直至车辆减速停车。
当整车控制***判断制动强度0.2<Z<0.7,如果电机的再生制动力能够满足车辆制动需求、车速高于电机有效制动车速时,开启电机的回馈制动模式:即整车控制***控制轮毂电机进入发电机状况,进行电机的回馈制动,回收车辆制动能量;如果电机能够提供的最大再生制动力不能满足车辆制制动需求,则电机提供最大再生制动力的同时整车控制***控制第一电控液压阀8开启,第二电控液压阀9不开启,其余的制动力由电涡流产生的制动力矩来提供。
当整车控制***接收轮速传感器信号、制动踏板力矩传感器信号以及制动踏板位移传感器信号,ECU综合所收集的信号判断汽车处于下长坡恒速制动时,开启电磁与摩擦联合制动模式:即整车控制器控制开启第一电控液压阀8,关闭第二电控液压阀9,轮速传感器时刻检测汽车的车速,并把信号反馈给整车控制器,整车控制器根据轮速传感器的信号不断调整通入第一电控液压阀8电流的大小来控制流入导管12内的高压油的量,高压油顺着导管12流入导磁套14的腔内,克服与导磁套内壁相连的回位弹簧22的预紧力推动永磁体13向着制动盘4移动,使永磁体13沿着导磁套14移动,与永磁体13螺栓连接的导磁板15也移动,此时导磁板15与导磁套14不能封闭永磁体13,从而使得永磁体13产生的磁场对外显磁性,旋转的制动盘4在永磁体13产生的磁场中产生电涡流,电涡流和磁场间因相互作用而产生制动力矩使制动盘4减速,随着永磁体13的继续移动,磁场强度愈来愈强,产生的制动力矩也不断加大而使得制动盘4不断减速,导磁板15的外侧还固结有摩擦块17,随着导磁板15与永磁体13的继续移动,摩擦块17与制动盘4接触,产生摩擦制动,在此过程中轮速传感器检测到车速降低至接近目标稳定车速时,整车控制器重新控制第一电控液压阀8开启,并控制通入第一电控液压阀8的电流,之后关闭第一电控液压阀8,重复上面的制动过程直到轮速传感器检测到汽车的车速位置在目标稳定车速,此时在制动盘4产生的电磁制动力矩和摩擦块17产生的摩擦制动力矩与汽车在坡道上所受的沿坡道上的重力分量的力矩平衡,汽车以目标稳定车速下长坡行驶。
当整车控制器判断车辆制动强度Z>0.7时,开启紧急制动模式:即ECU控制第一电控液压阀8关闭,开启第二电控液压阀9,高压油从高压储油罐7经过导管12进入第二电控液压阀9,进而沿着导管12推动推杆10移动,由于金属杆18的一端用铰链铰接着推杆10,另一端用铰链铰接着永磁体13,两根金属杆18的重叠部分打孔用螺丝19固定,并且螺丝19到推杆10的金属杆长度大于螺丝19到永磁体13的金属杆长度,这就形成了剪刀原理,当高压油推动推杆10移动时,金属杆18以螺丝19为支点,推动与之铰接的永磁体13向着制动盘4移动,由于永磁体13在汽车行驶状态时在导磁套14里面,导磁套14与导磁板15密封永磁体13,使得永磁体13对外不显磁性,现在由于高压油的推动作用,使永磁体13沿着导磁套14移动,与永磁体13螺栓连接的导磁板15也移动,此时导磁板15与导磁套14不能封闭永磁体13,从而使得永磁体13产生的磁场在对外显磁性,旋转的制动盘4在永磁体13产生的磁场中产生电涡流,电涡流和磁场间因相互作用而产生制动力矩使制动盘4减速,随着永磁体13的继续移动,磁场强度愈来愈强,产生的制动力矩也不断加大而使得制动盘4不断减速,导磁板,15的外侧还固结有摩擦块17,随着导磁板15与永磁体13的继续移动,摩擦块17与制动盘4接触,产生摩擦制动;由于螺丝19的圆心到推杆10铰接点的金属杆长度大于螺丝19的圆心到永磁体13铰接点的金属杆长度,所以同样的高压油能够提供更大的推力,迅速的推动导磁板15和摩擦块17移向制动盘4,此时制动盘4处于的磁场强度变化很大,产生的电涡流很大,大的电涡流在变化大的磁场中产生很大的制动力矩,再加上制动块的摩擦制动的制动力矩,两种制动力矩叠加使得汽车迅速制动。
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于轮毂电机的驱动与制动集成***,包括轮毂电机驱动***、电磁与摩擦制动***和整车控制***,其特征在于:所述轮毂电机驱动***包括车轴(5),与所述车轴(5)同轴固定连接的电机定子(1)、轮毂(2)、电机转子(3)和制动盘(4),所述轮毂(2)、电机转子(3)和制动盘(4)依次安装在电机定子(1)上、且与电机定子(1)转动连接,所述轮毂(2)与电机转子(3)固定连接,所述电机转子(3)与制动盘(4)固定连接,电磁与摩擦制动***包括电磁与摩擦集成制动器、第一电控液压阀(8)、第二电控液压阀(9)、高压储油罐(7)、推杆(10)、气缸(11)和金属杆(18),所述电磁与摩擦集成制动器有两个,分别安装在制动盘(4)的两侧、并通过导管(12)与第一电控液压阀(8)连接,所述气缸(11)为两个,均布与制动盘(4)两侧,所述推杆(10)位于气缸(11)内,并通过导管(12)与第二电控液压阀(9)连接,第一电控液压阀(8)和第二电控液压阀(9)均通过导管(12)与所述高压储油罐(7)连接,所述金属杆(18)有两个、并在中部交叉铰接,所述两个金属杆(18)的一端分别与两个推杆(10)铰接、另一端分别与两个电磁与摩擦制动器铰接,所述整车控制***与第一电控液压阀(8)和第二电控液压阀(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的基于轮毂电机的驱动与制动集成***,其特征在于:所述电磁与摩擦集成制动器包括永磁体(13)、导磁套(14)、导磁板(15)、摩擦块(17)、回位弹簧(21),所述导磁套(14)一面开口、与导磁板(15)接触构成封闭空间,导磁板(15)的一侧固定连接永磁体(13),所述永磁体(13)位于导磁套(14)内、并与导磁套(14)的侧面、底面构成一与高压储油罐(7)连通的密闭空间,永磁体(13)与导磁套(14)的底面之间设有回位弹簧(21),在所述导磁套(14)与高压储油罐(7)之间设有与第一电控液压阀(8);在所述导磁板(15)的另一侧固定连接摩擦块(17),且所述摩擦块(17)靠近制动盘(4)。
3.根据权利要求2所述的基于轮毂电机的驱动与制动集成***,其特征在于:所述导磁套(14)与高压储油罐(7)之间还设有限压阀(20)。
4.根据权利要求1所述的基于轮毂电机的驱动与制动集成***,其特征在于:所述两个金属杆(18)之间铰接点到推杆(10)的距离大于到电磁与摩擦集成制动器的距离。
5.根据权利要求1所述的基于轮毂电机的驱动与制动集成***,其特征在于:所述轮毂(2)、电机转子(3)和制动盘(4)均通过轴承(6)与电机定子(1)连接。
6.根据权利要求1所述的基于轮毂电机的驱动与制动集成***,其特征在于:所述电机转子(3)与制动盘(4)采用长螺栓(16)固定连接。
7.根据权利要求1所述的基于轮毂电机的驱动与制动集成***,其特征在于:所述制动盘(4)的端面采用耐磨材料。
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