CN106515700A - 汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆制动技术领域，具体涉及一种汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，包括电磁离合器、再生电机、电磁制动器、行星齿轮机构及冷却风扇等，电磁制动器与再生电机集成于一体。当汽车制动时，电子控制单元优先控制电磁离合器接合，车轮通过行星齿轮机构、电磁离合器带动再生电机转子转动，将汽车制动能量转变为电能并提供制动力矩。当再生电机提供的制动力矩不够时，电子控制单元控制电磁制动器工作。本发明取消了传统的摩擦制动装置，具有结构紧凑、布置方便、动态特性好及易于集成控制等优点，再生电机回收的制动能量可直接驱动电磁制动器工作，且产生的制动转矩可以分担汽车制动负荷而降低电磁制动器工作造成的能源消耗。

Description

汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，具体涉及一种汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构。
背景技术
制动***是汽车底盘的重要组成部分之一，直接关系到汽车综合性能及生命财产安全。虽然传统液压式、气压式制动***能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着管道布置复杂、依靠真空助力装置、制动响应速度较慢、制动力矩不可主动调节及难于与其它***集成控制等不足之处，不适合汽车尤其是电动汽车底盘集成化控制的发展要求。
电控制动***现实了制动***的解耦，主要有电子液压制动***(EHB)与电子机械制动***(EMB)两种，取消了制动踏板与制动轮缸之间的直接连接，以电线为信息传递媒介，电子控制单元根据相关传感器信号识别制动意图，控制制动执行机构动作，实现对车轮制动力的控制，具有不依赖真空助力装置、易于集成控制等优点，弥补了传统制动***结构原理上的不足。
但是，EHB***一般采用集中布置方式，仍需布置整车液压管道，动态响应性能可以进一步提高。EMB***一般采用分布布置方式，无需布置整车制动管道，具有动态性能好、布置容易等优点。但是，目前EMB***大多为单电机执行机构，未能充分利用汽车制动能量驱动摩擦制动，且不能分流汽车制动负荷而降低摩擦制动副磨损。而且，不论是EHB***，还是EMB***，都属于摩擦制动方式，不可避免会出现制动器磨损、摩擦粉尘及制动器热衰退等问题。至目前为止，汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构还鲜有提及。
发明内容
本发明的目的在于提出一种汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，采用电子制动方式，取消传统的摩擦制动装置，无需布置整车制动管道，动态响应性能好，结构紧凑，布置方便，易于与其它***集成控制，可由再生电机将制动能量转变为电能直接驱动电磁制动器工作，且能分担制动负荷而降低电磁制动器能耗。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，包括电磁离合器、电磁制动器、电子控制单元、行星齿轮机构和再生电机，电子控制单元用于控制电磁离合器的结合与断开，行星齿轮机构的行星架连接在车轮轮毂上，电磁离合器包括电磁离合器输入轴和电磁离合器从动部分，电磁制动器包括导磁盘，电磁离合器输入轴连接在行星齿轮机构的太阳轮上，电磁离合器从动部分分别与再生电机的转子和电磁制动器的导磁盘相连接，所述的电子控制单元还用于控制电磁制动器的工作。
作为本发明的优化方案，汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构还包括锂电池，锂电池用于为汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构提供电能，锂电池与汽车电源连接线之间设置有二极管，锂电池存储再生电机制动时回收的能量。
作为本发明的优化方案，电磁离合器和再生电机之间设置有阻隔磁板。
作为本发明的优化方案，汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构还包括冷却风扇和温度传感器，冷却风扇设置在靠近汽车车身的一侧，汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构内部还设置有散热通道，散热通道中设置有金属散热细网，温度传感器将所测的温度传输给电子控制单元，电子控制单元根据所述温度传感器所测的温度控制所述冷却风扇的开启和关闭。
作为本发明的优化方案，电磁离合器为磁粉式离合器，电磁离合器还包括电磁离合器激磁线圈、电磁离合器磁粉、磁粉室、电磁离合器导磁盘和滚动轴承，电磁离合器从动部分通过滚动轴承与电磁离合器输入轴相连接，电磁离合器导磁盘通过花键与电磁离合器输入轴相连接，电磁离合器激磁线圈安装在电磁离合器从动部分，电磁离合器磁粉分布于所述磁粉室内，磁粉室位于电磁离合器激磁线圈和电磁离合器导磁盘之间。
作为本发明的优化方案，电磁离合器激磁线圈通过碳刷与锂电池相连接。
作为本发明的优化方案，电磁制动器为磁粉式制动器。
本发明具有积极的效果：1)本发明为解耦分布式制动执行机构，无需布置整车制动管道，易于与其它***集成控制，结构紧凑、布置方便且动态响应迅速；
2)本发明取消了传统的摩擦制动装置，可避免出现制动器磨损、摩擦粉尘及制动器热衰退等问题；
3)本发明可将制动能量转变为电能，并可直接用于驱动电磁制动器工作，提高制动能量利用效率及降低能源消耗；；
4)本发明的再生电机工作时，能产生制动转矩分担制动负荷，降低电磁制动器能耗；
5)本发明具有较好的抗失效能力，各个制动执行机构相对独立，如果其中一个出现故障，其他几个仍可使汽车可靠减速、停车；；
6)本发明易于实现应急制动功能，可由汽车自身制动能量驱动制动执行机构动作，实现汽车应急制动；；
7)本发明具有自我冷却的功能，可防止制动执行机构温度过高而影响制动性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明电磁离合器的示意图。
其中：1、车轮轮毂，2、电磁离合器，5、行星齿轮机构，6、再生电机，7、阻隔磁板，8、冷却风扇，21、电磁离合器输入轴，22、电磁离合器从动部分，23、电磁离合器激磁线圈，24、电磁离合器磁粉，25、电磁离合器导磁盘，26、滚动轴承，27、碳刷，31、导磁盘，32、激磁线圈，33、磁粉。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-2所示，本发明公开了汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，包括电磁离合器2、电磁制动器、31、导磁盘，、行星齿轮机构5和再生电机6，电子控制单元用于控制电磁离合器2的结合与断开，行星齿轮机构5的行星架连接在车轮轮毂1上，电磁离合器2包括电磁离合器输入轴21和电磁离合器从动部分22，电磁制动器包括导磁盘31，电磁离合器输入轴21连接在行星齿轮机构5的太阳轮上，电磁离合器从动部分22分别与再生电机6的转子和电磁制动器的导磁盘31相连接，电子控制单元还用于控制电磁制动器的工作。其中，汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构设置在每个车轮处，各个汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构之间互不干涉，再生电机6与电磁制动器集成于一体，电磁制动器位于外侧，再生电机6位于内侧；电子控制单元安装在汽车车轮的车架上。行星齿轮机构5与车轮轮毂1固定连接，即车轮转动，行星齿轮机构5的行星架跟着转动，行星齿轮机构5的太阳轮与电磁离合器输入轴21连接，当车轮转动时，行星齿轮机构5的行星架带动行星齿轮机构5的太阳轮及电磁离合器输入轴21转动，起到提高电磁离合器输入轴21转速的作用。
汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构还包括锂电池，锂电池用于为汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构提供电能，锂电池与汽车电源连接线之间设置有二极管，锂电池存储再生电机6制动时回收的能量。其中，再生电机6为电动、发电一体机，当再生电机6的转子被车轮带着转动时，即进入发电机模式，在提供部分制动力矩而降低电磁制动器负担的同时，将汽车制动能量转变为电能，送向电磁离合器2、电磁制动器及锂电池等，起到高效回收制动能量的作用。当汽车处于急加速、爬坡等工况时，电子控制单元可控制给再生电机6供电，此时进入电动机模式，再生电机6通过电磁离合器2、行星齿轮机构5给车轮提供辅助驱动转矩。
锂电池为汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构提供电能，并存储再生电机6制动时回收的能量，其电压值略高于汽车的供电电压，且与汽车电源连接线之间加设一个二级管。通常，锂电池电压高于汽车电源电压，二极管截止，制动执行机构电源***相对独立；当锂电池电压低于汽车电源电压时，二级管导通，汽车电源***给锂电池供电，使制动执行机构保持正常性能。这样，若汽车电源***发生突发故障，制动执行机构仍能正常工作，提高工作可靠性。
汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构还包括冷却风扇8和温度传感器，冷却风扇8设置在靠近汽车车身的一侧，汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构内部还设置有散热通道，散热通道中设置有金属散热细网，温度传感器将所测的温度传输给电子控制单元，电子控制单元根据所述温度传感器所测的温度控制所述冷却风扇8的开启和关闭，其中，冷却风扇8转动工作，将气流由外侧吸入经过汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构内的气流通道将热量散出，达到控制汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构温度的目的。
电磁离合器2为磁粉式离合器，电磁离合器2还包括电磁离合器激磁线圈23、电磁离合器磁粉24、磁粉室、电磁离合器导磁盘25和滚动轴承26，电磁离合器从动部分22通过滚动轴承26与电磁离合器输入轴21相连接，电磁离合器导磁盘25通过花键与电磁离合器输入轴21相连接，电磁离合器激磁线圈23安装在电磁离合器从动部分22，电磁离合器磁粉24分布于所述磁粉室内，磁粉室位于电磁离合器激磁线圈23和电磁离合器导磁盘25之间。电磁离合器激磁线圈23通过碳刷27与锂电池相连接。其中，电磁离合器从动部分22与电磁离合器输入轴21在电磁离合器激磁线圈23没有电流通过时，可以自由转动。电磁离合器磁粉24为可以磁化的30-50μm的钢微粒粉末，当电磁离合器激磁线圈23中没有电流通过时，电磁离合器磁粉24没有受到磁场的作用，松散的分布在磁粉室内，电磁离合器2为分离状态，此时，电磁离合器输入轴21与电磁离合器从动部分22可以自由转动，再生电机6的转子与电磁制动器的导磁盘31不转动；当电磁离合器激磁线圈23有电流通过时，电磁离合器磁粉24在磁场作用下快速凝固，由“松散”状态竖起呈链状，在磁场中形成“固体磁链”，电磁离合器2为接合状态，将电磁离合器输入轴21与电磁离合器从动部分22连接为一体，此时车轮通过电磁离合器2驱动再生电机6的转子、电磁制动器的导磁盘31转动。电磁离合器导磁盘25通过花键与电磁离合器输入轴21相连接，随着电磁离合器输入轴21一起转动。
电磁制动器为磁粉式制动器，其结构原理与电磁离合器2相似，包括激磁线圈32、磁粉33、电磁制动器的导磁盘31等。电磁制动器的导磁盘31与再生电机6的转子、电磁离合器从动部分22固定连接。当激磁线圈32通电时，在磁场及磁粉的作用下，固定电磁制动器的导磁盘31和电磁离合器从动部分22等，从而对车轮实施制动。当激磁线圈32断电时，电磁制动器的导磁盘31可以自由转动，电磁制动器不工作。
电磁制动器与再生电机6集成于一体，电磁制动器位于外侧，再生电机6位于内侧，在两者之间设置有阻隔磁板。这样可以增加电磁制动器的制动力臂，减小电磁制动器的激磁线圈32所需的驱动电流，同时阻隔磁板可以降低电磁制动器与再生电机6的磁场干扰。
整个汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构采用分层式控制结构，汽车设置有制动***总控制单元及每个电子控制单元。制动***总控制单元负责识别驾驶员制动意图、判断制动状态、分配各车轮目标制动力及与汽车其他***间的信息交互。各个电子控制单元，安装车架上，根据制动***总控制单元指令控制汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构动作，实现制动能量回收利用及车轮减速、制动，并将相关信息反馈给制动***总控制单元。
当汽车制动时，电子控制单元优先根据制动工况控制电磁离合器2接合，车轮通过行星齿轮机构5、电磁离合器2带动再生电机6转动，将汽车制动能量转变为电能并提供部分制动力矩，达到回收制动能量，分流制动负荷，降低电磁制动器能耗的目的。当再生电机6提供的制动力矩不够时，电子控制单元控制电磁制动器工作，提供制动力矩使车轮减速、制动。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，其特征在于：包括电磁离合器(2)、电磁制动器、电子控制单元、行星齿轮机构(5)和再生电机(6)，所述的电子控制单元用于控制电磁离合器(2)的结合与断开，行星齿轮机构(5)的行星架连接在车轮轮毂(1)上，电磁离合器(2)包括电磁离合器输入轴(21)和电磁离合器从动部分(22)，所述的电磁制动器包括导磁盘(31)，电磁离合器输入轴(21)连接在行星齿轮机构(5)的太阳轮上，电磁离合器从动部分(22)分别与再生电机(6)的转子和电磁制动器的导磁盘(31)相连接，所述的电子控制单元还用于控制电磁制动器的工作。
2.根据权利要求1所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，其特征在于：所述汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构还包括锂电池，所述的锂电池用于为汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构提供电能，所述的锂电池与汽车电源连接线之间设置有二极管，所述的锂电池存储再生电机(6)制动时回收的能量。
3.根据权利要求2所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，其特征在于：所述的电磁离合器(2)和再生电机(6)之间设置有阻隔磁板(7)。
4.根据权利要求2所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，其特征在于：所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构还包括冷却风扇(8)和温度传感器，所述冷却风扇(8)设置在靠近汽车车身的一侧，所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构内部还设置有散热通道，散热通道中设置有金属散热细网，温度传感器将所测的温度传输给电子控制单元，所述电子控制单元根据所述温度传感器所测的温度控制所述冷却风扇(8)的开启和关闭。
5.根据权利要求2所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，其特征在于：所述电磁离合器(2)为磁粉式离合器，所述的电磁离合器(2)还包括电磁离合器激磁线圈(23)、电磁离合器磁粉(24)、磁粉室、电磁离合器导磁盘(25)和滚动轴承(26)，电磁离合器从动部分(22)通过滚动轴承(26)与电磁离合器输入轴(21)相连接，电磁离合器导磁盘(25)通过花键与电磁离合器输入轴(21)相连接，所述的电磁离合器激磁线圈(23)安装在电磁离合器从动部分(22)，所述电磁离合器磁粉(24)分布于所述磁粉室内，所述磁粉室位于电磁离合器激磁线圈(23)和电磁离合器导磁盘(25)之间。
6.根据权利要求2所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，其特征在于：所述电磁离合器激磁线圈(23)通过碳刷(27)与锂电池相连接。
7.根据权利要求2所述的汽车电机制动与电磁制动集成式制动执行机构，其特征在于：所述的电磁制动器为磁粉式制动器。
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