CN101913348A - 轮边驱动式车轮制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮边驱动式车轮制动装置，属于汽车制造技术领域。包括传动机构，用于将车轮旋转的动能传递给轮边液压控制单元，以及轮边液压控制单元，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮旋转的动能传递给汽车制动轮缸。本发明轮边驱动式车轮制动装置，直接获取车轮旋转动能，为制动系统工作提供液体动能，在制动过程中，采用汽车已有的防抱死制动或者电子稳定控制等控制策略，实现主动安全控制，为车辆动力学控制提供方便简单的解决方案；缩短了汽车的制动距离，提高了驾驶的安全性；在工作过程中不会因为液压系统的压力变化而给驾驶员带来冲击，因此使驾驶员更感舒适；可以用于辅助驾驶员在坡道起步以及辅助驻车。

Description

轮边驱动式车轮制动装置

技术领域

本发明涉及一种轮边驱动式车轮制动装置，属于汽车制造技术领域。

背景技术

在车轮制动系统的发展演化中，开发性能可靠、能效高的制动装置，一直贯穿于整个过程。当前，由于电子技术的飞跃发展，制动装置开始尝试采用线控技术(DBW，Drive ByWire)，亦即制动踏板与传感器连接，提供制动强度信号，具体的制动动作由制动装置作动。当前车轮的制动系统种类有：普通的真空助力制动装置，电子液压制动装置(EHB，E1ectric Hydraulic Brake)，电子机械制动装置(EMB，Electro Mechanical Brake)等。其中，普通的真空助力装置使用驾驶员踩制动踏板的力并通过真空助力器的助力作用驱动制动主缸，产生制动液压力，然后通过液压管路以及液压阀传送到制动轮缸，为车轮制动提供压力。普通的真空助力装置优点为成本低，技术成熟以及可靠性好；缺点是：在频繁制动的工况会消耗驾驶员大量体力，增加驾驶员的工作强度；在防抱死制动系统(ABS)或者电子稳定控制程序(ESP)工作时，随着制动压力波动，踩在制动踏板上的脚受到相应的冲击，驾驶舒适感不好。针对上面的缺点，当前已开发出电子液压制动装置以及电子机械制动装置。电子液压制动装置采用线控技术，将制动踏板与制动压力作动系统分开，从制动踏板获取驾驶员对制动强度的要求，通过制动压力作动系统来实现驾驶员的目标制动强度。按照制动压力作动系统结构的不同，电子液压制动装置又可以分为两类。一类以Bosch公司开发的EHB为代表，依靠一个电机带动一个柱塞泵，将制动液泵入一个高压储能器，从而在高压储能器中产生很高的制动液压以供制动时使用。高压的制动液通过液压控制单元(Hydraulic Control Unit)及相应的制动管路进入四个轮缸。这种装置的优点是：在现有汽车液压控制单元基础上改进开发，制造加工工艺成熟；缺点是：依靠高压储能器产生制动液压，一旦高压储能器失效，则会严重影响制动系统的制动效能。另一类电子液压制动装置的制动压力作动系统由四个相同的车轮制动执行机构组成，每一个制动执行机构由一个电动机驱动一个诸如活塞作动缸或者泵等类似的制动压力产生装置，然后通过压力管路将压力输送到制动轮缸用于车轮制动。这种装置的优点是：克服了制动踏板上制动压力的冲击问题，电动机控制技术成熟，控制方便，系统可靠性较高；缺点是：电动机价格较高导致成本高。上述两种电子液压制动装置的执行机构位于车辆的悬置以上，不能够和制动轮缸集成一体，因此结构不紧凑；此外，制动管路中都使用了制动软管，增加了制动压力响应时间；而且电机所用的电能来源于发动机驱动发电机，在能量转换过程中导致能量利用效率低。电子机械制动系统，与电子液压制动系统一样，都采用线控技术，不同的地方是：电子机械制动系统直接采用电机作动制动摩擦片，产生摩擦力制动车轮，此装置的优点是；系统响应快；缺点是：电机成本高，电机所消耗的电能来自于发动机，同样导致能量利用效率低，制动强度小，所以通常用于坡道起步以及临时驻车等辅助功能。

发明内容

本发明的目的是提出一种轮边驱动式车轮制动装置，该装置不需要车载电源为其提供能量来源，其制动能量直接来自于车轮自身转动的能量回收；所回收车轮的动能不用转化成电能等其它能量形式，而是直接转换为制动装置所需要的流体动能。

本发明提出的轮边驱动式车轮制动装置，有两种不同的结构形式，第一种结构形式的制动装置包括：

传动机构，用于将车轮旋转的动能传递给轮边液压控制单元，所述的传动机构包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮与汽车车轮同轴安装，从动齿轮与轮边液压控制单元相连；

轮边液压控制单元，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮旋转的动能传递给汽车制动轮缸，轮边液压控制单元包括油泵、高压储能器、泄荷阀、增压阀、限压阀、减压阀、滤清器和储油壶，所述的油泵的驱动轴与传动机构中的从动齿轮相连，油泵的出口通过油路分别与高压储能器的进口和泄荷阀的进口相连，油泵的进口通过滤清器与储油壶相连；高压储能器的出口通过油路分别与增压阀的进口和限压阀的进口相连；增压阀的出口通过油路分别与汽车制动轮缸和减压阀的进口相连；泄荷阀的出口、限压阀的出口以及减压阀的出口分别通过油路与储油壶相连。

第二种结构形式的制动装置包括：

传动机构，用于将车轮旋转的动能传递给轮边液压控制单元，所述的传动机构包括一个凸轮，凸轮与汽车车轮同轴安装，并与轮边液压控制单元相接触；

轮边液压控制单元，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮旋转的动能传递给汽车制动轮缸，轮边液压控制单元包括油泵、高压储能器、泄荷阀、增压阀、限压阀、减压阀、滤清器和储油壶，所述的油泵的柱塞与传动机构中的凸轮相接触，油泵的出口通过油路分别与高压储能器的进口和泄荷阀的进口相连，油泵的进口通过滤清器与储油壶相连；高压储能器的出口通过油路分别与增压阀的进口和限压阀的进口相连；增压阀的出口通过油路分别与汽车制动轮缸和减压阀的进口相连；泄荷阀的出口、限压阀的出口以及减压阀的出口分别通过油路与储油壶相连。

此外，可以本发明制动装置第一种结构形式的传动机构和第二种结构形式的传动机构进行组合，形成本发明制动装置的另一种结构形式。

本发明提出的一种轮边驱动式车轮制动装置，具有以下优点：

1、本发明提出的轮边驱动式车轮制动装置，直接获取车轮旋转动能，为制动系统工作提供液体动能，在制动过程中，不需要额外提供电能或者驾驶员的人力等其它形式的能量；也不需要将车轮旋转的动能通过发电机等部件转化为电能，然后再用电能来给制动装置供应能量。

2、本发明制动装置仅需要修改控制策略，就可以采用汽车已有的防抱死制动或者电子稳定控制等控制策略，实现主动安全控制，为车辆动力学控制提供方便简单的解决方案。

3、本发明制动装置，其中没有采用制动软管，因此降低了制动装置的成本，而且也提高了制动系统的压力响应速度，因而缩短了汽车的制动距离，提高了驾驶的安全性。

4、本发明制动装置，在工作过程中不会因为液压系统的压力变化而给驾驶员带来冲击，因此使驾驶员更感舒适。

5、本发明的制动装置，可以用于辅助驾驶员在坡道起步以及辅助驻车。

附图说明

图1为本发明制动装置的第一种结构示意图。

图2是图1所示的制动装置中轮边液压控制单元的详细结构示意图。

图3为本发明制动装置的第二种结构示意图。

图4是图3所示的制动装置中轮边液压控制单元的详细结构示意图。

图5为本发明装置的另一种结构示意图，其传动机构是图1所示的本发明制动装置的第一种结构和图3所示的本发明制动装置的第二种结构的组合。

图6是图5所示的制动装置中轮边液压控制单元的详细结构示意图。

图1-图6中，1是车轮，2是制动盘，3是传动机构，其中31是主动齿轮，32是从动齿轮，4是轮边液压控制单元，其中41是储油壶，42是滤清器，43是油泵，44是高压储能器，45是增压阀，46是泄荷阀，47是限压阀，48是减压阀，5是制动轮缸，6是制动摩擦片，7是凸轮。

具体实施方式

本发明提出的轮边驱动式车轮制动装置，可以有多种不同的结构形式，

第一种结构形式的制动装置，如图1所示，包括：传动机构3，用于将车轮1旋转的动能传递给轮边液压控制单元4。传动机构3包括主动齿轮31和从动齿轮32，主动齿轮31与汽车车轮1同轴安装，从动齿轮32与轮边液压控制单元4相连；以及轮边液压控制单元4，其结构如图2所示，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮旋转的动能传递给汽车制动轮缸5。轮边液压控制单元包括油泵、高压储能器44、泄荷阀46、增压阀45、限压阀47、减压阀48、滤清器42和储油壶41。如图2所示，油泵43的驱动轴与传动机构3中的从动齿轮32相连，油泵的出口通过油路分别与高压储能器44的进口和泄荷阀46的进口相连，油泵的进口通过滤清器42与储油壶41相连。高压储能器44的出口通过油路分别与增压阀45的进口和限压阀47的进口相连；增压阀45的出口通过油路分别与汽车制动轮缸5和减压阀48的进口相连；泄荷阀46的出口、限压阀47的出口以及减压阀48的出口分别通过油路与储油壶41相连。

本发明的轮边驱动式车轮制动装置的第二种结构形式，如图3所示，包括：传动机构3，用于将车轮旋转的动能传递给轮边液压控制单元，所述的传动机构包括一个凸轮7，凸轮7与汽车车轮1同轴安装，并与轮边液压控制单元4相接触；以及轮边液压控制单元4，其结构如图4所示，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮旋转的动能传递给汽车制动轮缸5，轮边液压控制单元4的结构与第一种结构形式中的大致相同，所不同的是所述的油泵43的柱塞与传动机构中的凸轮7相接触。

本发明的车轮制动装置中，传动机构3用于将车轮1旋转的动能传递给轮边液压控制单元4。传动机构3包括主动齿轮31和从动齿轮32，主、从动齿轮相互啮合，根据系统设计需要可以合理配置它们之间的传动比，主动齿轮31与汽车车轮1同轴安装，由车轮1带动旋转，从动齿轮32与轮边液压控制单元4相连，驱动轮边液压控制单元4中的油泵43。轮边液压控制单元4安装在制动轮缸5上。第一种结构中，轮边液压控制单元4的油泵43是一个齿轮泵。第二种结构中，轮边液压控制单元4的油泵43是一个柱塞泵，油泵43的柱塞与传动机构3中的凸轮7相接触。

将本发明制动装置第一种结构形式的传动机构和第二种结构形式的传动机构进行组合，形成本发明制动装置的另一种结构形式，该结构形式和第二种结构形式相比，可以合理配置传动机构3的传动比，优化传动机构3和轮边液压控制单元4之间的结构布置，该结构形式如图5所示，包括：

传动机构3，用于将车轮1旋转的动能传递给轮边液压控制单元4。传动机构3包括主动齿轮31、从动齿轮32和凸轮7，主、从动齿轮相互啮合，根据系统设计需要可以合理配置它们之间的传动比，主动齿轮31与汽车车轮1同轴安装，由车轮1带动旋转，从动齿轮32与凸轮7同轴安装，凸轮7与轮边液压控制单元4相接触，在从动齿轮32的带动下驱动轮边液压控制单元4中的油泵43；以及轮边液压控制单元4，其结构如图6所示，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮1旋转的动能传递给汽车制动轮缸5。轮边液压控制单元4安装在制动轮缸5上。轮边液压控制单元4包括油泵43、高压储能器44、泄荷阀46、增压阀45、限压阀47、减压阀48、滤清器42和储油壶41，其中油泵43是一个柱塞泵。如图6所示，油泵43的柱塞与传动机构3中的凸轮7相接触，油泵43的出口通过油路分别与高压储能器44的进口和泄荷阀46的进口相连，油泵43的进口通过滤清器42与储油壶41相连；高压储能器44的出口通过油路分别与增压阀45的进口和限压阀47的进口相连；增压阀45的出口通过油路分别与汽车制动轮缸5和减压阀48的进口相连；泄荷阀46的出口、限压阀47的出口以及减压阀48的出口分别通过油路与储油壶41相连。

本发明制动装置的上述各种结构形式中：

油泵43用于将由传动机构3传来的车轮1的旋转动能转换为液压系统中的液体动能。

高压储能器44是一种液压储能元件，可以使用Bosch公司开发的EHB的高压储能器。Bosch公司的EHB的高压储能器为4个车轮提供制动液压，而本发明制动装置中的高压储能器44仅为一个车轮1提供制动液压，故本发明制动装置所使用的高压储能器体积可以比Bosch公司开发的EHB的高压储能器小很多。制动液被油泵43泵入高压储能器44，在其内部形成高压，用于提供车轮1制动时需要的制动液压。由于高压储能器44中制动液保持一定的压力，所以可以在制动时快速消除制动摩擦片6和制动盘2之间的间隙，缩短制动时间。

泄荷阀46是一种通流能力不小于油泵43的常开电磁阀，当需要增加液压系统压力时关闭。在车轮1正常转动时，通过泄荷阀46泄掉油路中的压力，减小油泵43的无功损失。

增压阀45是常闭电磁阀，采用常见的2位2通电磁阀即可。车轮1制动时，打开增压阀45，使高压储能器44中的制动液通过增压阀45进入制动轮缸5实现制动；可以采用脉宽调制(PWM)方法控制增压阀45阀口开度。

限压阀47是一种常值溢流阀，用于当液压系统压力超过安全设定值后，其自动开启泄流，保持整个液压系统的压力在安全压力之下。

减压阀48是常开电磁阀，采用常见的2位2通电磁阀即可。当制动轮缸5需要减压时，保持减压阀48开启，使制动轮缸5中的制动液通过减压阀48流回储油壶41，实现减压；可以采用脉宽调制(PWM)方法控制减压阀48阀口开度。

滤清器42用于过滤制动液中的杂质。

储油壶41用于储存车轮1制动所需要的制动液。

制动盘2是现有汽车上普遍使用的制动盘。通过制动摩擦片6对制动盘2施加摩擦制动力，实现对车轮1的制动。

制动轮缸5是现有汽车上普遍使用的制动轮缸。

制动摩擦片6是现有汽车上普遍使用的制动摩擦片。

以下介绍本发明制动装置的工作过程：

如图1-图6所示，传动机构3将车轮1的旋转运动传递给油泵43；油泵43通过滤清器42将储油壶41中的制动液泵入高压储能器44，制动液在高压储能器44中建立液压供车轮1制动时使用。当车轮1旋转但不需要制动时，泄荷阀46开启，通过泄荷阀46将油泵43泄荷。制动轮缸5需要增压时，关闭泄荷阀46，打开增压阀45，关闭减压阀48，则高压储能器44中的高压制动液通过增压阀45流入制动轮缸5，从而给制动轮缸5增加压力，推动制动摩擦片6向前运动与制动盘2接触产生摩擦制动力，实现对车轮1制动的功能；制动轮缸6需要减压时，关闭泄荷阀46，打开减压阀48，关闭增压阀45，则制动轮缸5中的制动液通过减压阀48流入储油壶41，从而实现制动轮缸5的减压功能。当同时关闭增压阀45和减压阀48时，则实现制动轮缸5的保压功能。可以通过脉宽调制(PWM)的方法控制泄荷阀46的阀口开度，从而控制高压储能器44的压力；当高压储能器44的压力超过系统设定的安全阈值时，限压阀47打开，将液压系统压力控制在安全范围以内。

最后应该说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照具体的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种轮边驱动式车轮制动装置，其特征在于该制动装置包括：

传动机构，用于将车轮旋转的动能传递给轮边液压控制单元，所述的传动机构包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮与汽车车轮同轴安装，从动齿轮与轮边液压控制单元相连；

轮边液压控制单元，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮旋转的动能传递给汽车制动轮缸，轮边液压控制单元包括油泵、高压储能器、泄荷阀、增压阀、限压阀、减压阀、滤清器和储油壶，所述的油泵的驱动轴与传动机构中的从动齿轮相连，油泵的出口通过油路分别与高压储能器的进口和泄荷阀的进口相连，油泵的进口通过滤清器与储油壶相连；高压储能器的出口通过油路分别与增压阀的进口和限压阀的进口相连；增压阀的出口通过油路分别与汽车制动轮缸和减压阀的进口相连；泄荷阀的出口、限压阀的出口以及减压阀的出口分别通过油路与储油壶相连。

2.一种轮边驱动式车轮制动装置，其特征在于该制动装置包括：

传动机构，用于将车轮旋转的动能传递给轮边液压控制单元，所述的传动机构包括一个凸轮，凸轮与汽车车轮同轴安装，并与轮边液压控制单元相接触；

轮边液压控制单元，用于根据汽车电子控制单元的指令将来自车轮旋转的动能传递给汽车制动轮缸，轮边液压控制单元包括油泵、高压储能器、泄荷阀、增压阀、限压阀、减压阀、滤清器和储油壶，所述的油泵的柱塞与传动机构中的凸轮相接触，油泵的出口通过油路分别与高压储能器的进口和泄荷阀的进口相连，油泵的进口通过滤清器与储油壶相连；高压储能器的出口通过油路分别与增压阀的进口和限压阀的进口相连；增压阀的出口通过油路分别与汽车制动轮缸和减压阀的进口相连；泄荷阀的出口、限压阀的出口以及减压阀的出口分别通过油路与储油壶相连。

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