CN103085785A - 机电复合制动系统制动操纵机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机电复合制动系统制动操纵机构，旨在克服现有技术存在驾驶员踩下制动踏板后电制动无法实现单独作用的问题，所述的机电复合制动系统制动操纵机构包括有制动踏板、传感器、回位弹簧、电机壳体、电机转子、电机定子与旋转平移传动机构。电机定子固定于电机壳体的内腔，插入电机定子内孔的电机转子采用1号轴承与2号轴承安装在电机壳体的内腔为转动连接，电机转子套装在旋转平移传动机构上为花键副连接，旋转平移传动机构的左端与输入力推杆右端为滑动连接，回位弹簧套装在位于输入力推杆与电机壳体之间的旋转平移传动机构的左端，输入力推杆的左端与制动踏板的中部铰接，制动踏板上端的固定转轴端的一端与传感器的旋转端固定连接。

Description

机电复合制动系统制动操纵机构

技术领域

本发明涉及一种应用于混合动力汽车和电动汽车上的操纵机构，更确切地说，本发明涉及一种可以实现机电复合制动系统中机械制动力与电制动力自由分配的操纵机构。

背景技术

随着环境污染和能源短缺问题越来越受到各国政府的重视，纯电动汽车和混合动力汽车近几年得到了快速的发展，已经初步产生了一定的社会和经济效益。多数的汽车品牌都有相应混合动力和纯电动的展车或产品面市，并得到了社会的广泛关注，新能源汽车的研发也因此成为目前汽车研发的热点之一。

在开发新能源汽车的过程中，各大汽车厂商根据市场定位、成本水平、技术路线的不同，选择了不同的动力总成形式，但基本都属于混合动力和纯电动车的范畴；而他们都面临一个问题——纯电动模式驱动时续驶里程短，针对这一问题，再生制动技术（将制动时的动能回收为电池中的电能以备驱动时使用）已作为提升纯电动模式下续驶里程关键技术越来越受到重视。

然而，新能源车的制动系统由电机的再生制动和机械制动器两部分组成（以下简称机电复合制动），这就使新能源车的制动系统与传统汽车相比更加复杂；新能源车的制动力矩由两部分构成，一是由电机提供的能量回收制动力矩，二是由传统的制动器提供的摩擦制动力矩，二者之和构成了纯电动汽车总的制动力矩，这就涉及到了不同工况下二者间分配的问题。

近些年一些学者的研究结果表明，理想的机电复合制动的制动力分配策略是：低制动强度工况下，完全由电机制动，回收能量；随着制动强度的增大，逐渐增加机械制动力所占的比重。但在现在的各种新能源车中，厂家多采用传统的踏板、真空助力器、主缸结构，故无法实现上述的理想机电复合制动策略。在现有车型的机电复合制动系统中，驾驶员踩下制动踏板后，机械制动系统便立即作用，无法实现低制动强度下电制动的单独作用，故车辆在行驶时回收的能量十分有限，依靠电机再生制动对续驶里程的延长效果也十分有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在驾驶员踩下制动踏板后电制动无法实现单独作用的问题，提供了一种机电复合制动系统制动操纵机构。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的机电复合制动系统制动操纵机构包括制动踏板、传感器、回位弹簧、电机壳体、电机转子、电机定子与旋转平移传动机构。

电机定子固定于电机壳体的内腔，插入电机定子内孔的电机转子采用1号轴承与2号轴承安装在电机壳体的内腔为转动连接，电机转子套装在旋转平移传动机构上为花键副连接，旋转平移传动机构的左端与输入力推杆为滑动连接，回位弹簧套装在位于输入力推杆与电机壳体之间的旋转平移传动机构的左端上，输入力推杆的左端与制动踏板的中部铰接，制动踏板上端的固定转轴的一端与传感器的旋转端固定连接。

技术方案中所述的旋转平移传动机构由滚珠丝杠旋转套筒与输出力推杆组成，输出力推杆插入滚珠丝杠旋转套筒之中，滚珠丝杠旋转套筒与输出力推杆之间安装有滚珠；

所述的旋转平移传动机构的左端是指输出力推杆的左端；

所述的回位弹簧套装在位于输入力推杆与电机壳体之间的旋转平移传动机构的左端上是指：回位弹簧套装在位于输入力推杆与电机壳体之间的输出力推杆的左端上。

技术方案中所述的电机定子位于1号轴承和2号轴承之间，电机定子的两端面和1号轴承与2号轴承的轴承外环的内侧端面接触连接，电机定子、1号轴承与2号轴承的回转轴线共线。

技术方案中所述的旋转平移传动机构的左端与输入力推杆为滑动连接是指：所述的输入力推杆的右端在轴线上设置有光滑圆柱盲孔，旋转平移传动机构中的输出力推杆的左端为光滑圆柱体，输出力推杆的左端插入输入力推杆右端的光滑圆柱盲孔内为间隙配合，在制动踏板无输入力时，输入力推杆右端的光滑圆柱盲孔的底端面与输出力推杆的左端面之间具有5毫米至50毫米的距离。

技术方案中所述的电机壳体采用螺栓连接在车架或副车架上，制动踏板上端的固定转轴的另一端与车体为转动连接，传感器的固定端与车体螺栓连接。

技术方案中所述的旋转平移传动机构的右端即输出力推杆的右端与机械制动系统中的制动主缸铰接，传感器的信号输出端通过线缆与整车控制器的信号输入端口连接，制动操纵机构电机控制器的三相输出端分别与机电复合制动系统制动操纵机构中电机定子的三相绕组的三个输入端相连。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构能使带有机电复合制动系统的汽车在制动时回收更多的能量。在电机性能允许的范围内，该制动操纵系统能够实现再生制动和机械制动的任意比例分配。采用传统制动操纵机构的机电复合制动系统，只要驾驶员踩下制动踏板，就一定会有机械制动力产生，本发明的结构与之相比，在低强度制动时，可实现仅由电机进行电制动而机械制动系统不工作，从而使电动汽车或混合动力汽车可以更大限度地回收制动时的能量，将回收的能量用于驱动工况，延长车辆的续驶里程，降低电动汽车或混合动力汽车的耗电量和油耗。

2.本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构同时具有制动助力的功能，动力源为电机，与传统真空助力器相比，电机助力只有在驾驶员踩下制动踏板时工作，而真空助力泵则需要经常工作，本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构在制动助力时的能耗更低。

3.本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构通过适当的控制，与车距探测器等相配合，可实现主动制动功能（即在紧急情况下，制动操纵机构在驾驶员踩下制动踏板之前做出制动动作），具有更高的主动安全性潜力。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构在踏板行程为0的状态下结构组成的主视图；

图2为本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构开始工作状态下结构组成的主视图；

图3为本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构与汽车其它部件连接关系的示意图；

图中：Ⅰ.机械制动系统，Ⅱ.电制动系统，Ⅲ.机电复合制动系统制动操纵机构，1.制动踏板，2.传感器，3.输入力推杆，4.回位弹簧，5.电机壳体，6.1号轴承，7.电机转子，8.电机定子，9.2号轴承，10.旋转平移传动机构，11.输出力推杆，12.整车控制器，13.制动操纵机构电机控制器，14.电机控制器，15.驱动电机，16.制动主缸，17.1号制动器，18.2号制动器，19.3号制动器，20.4号制动器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构包括制动踏板1、传感器2、输入力推杆3、回位弹簧4、电机壳体5、1号轴承6、电机转子7、电机定子8、2号轴承9、旋转平移传动机构10与输出力推杆11。

所述的制动踏板1由脚踏板、固定转轴与连杆组成，连杆是由一段直杆与一段弧形杆连成一体。脚踏板固定在连杆中弧形杆的一端，固定转轴固定在连杆中直杆的一端，连杆中直杆的中间位置设置有和输入力推杆3左端铰接的长条通孔。

所述传感器2可以选用本领域技术人员常用的各种角度传感器，如电位计式角度传感器、霍尔式角度传感器和光电式角度传感器，在本发明的实施例中，优先选用霍尔式角度传感器，其具有一个固定端和一个旋转端。

所述回位弹簧4可以选用本领域技术人员常用的各种弹簧，如圆柱弹簧、圆锥弹簧等，优先选用圆锥弹簧。

所述的1号轴承6和2号轴承9可以选用本领域技术人员常用的各种轴承，如圆锥滚子轴承、深沟球轴承等，优先选用圆锥滚子轴承。

所述电机转子7为圆筒式结构件，电机转子7的圆柱孔面上沿轴向设置有花键槽，电机转子7优先采用永磁同步电机转子，电机转子7优先采用安装有永磁体的永磁同步电机定子。

所述电机定子8为圆筒式结构件，其上缠绕有3相绕组。

所述的旋转平移传动机构10采用的是滚珠丝杠传动副，即旋转平移传动机构10由滚珠丝杠旋转套筒与输出力推杆11组成，输出力推杆11插入滚珠丝杠旋转套筒之中，输出力推杆11与滚珠丝杠旋转套筒的回转轴线共线，滚珠丝杠旋转套筒与输出力推杆11之间安装有滚珠，滚珠丝杠旋转套筒的外圆柱面上沿轴向设置有和电机转子7上的花键槽配装的花键。该传动副具有双向传动非自锁特性，且具有比较高的双向传动效率。旋转平移传动机构10的平移运动件即为输出力推杆11。

制动踏板1上端的固定转轴的一端连接在车体上为转动连接。制动踏板1上端的固定转轴端与传感器2的旋转端固定连接，连接方式为过盈连接，传感器2的固定端与车体固定连接，连接方式为螺栓连接。制动踏板1的中间位置与输入力推杆3的一（左）端为滑动铰链连接，铰接点可在制动踏板1的连杆上做小范围的滑动。设置有光滑圆柱孔的另一（右）端套装在输出力推杆11的左端为滑动连接。回位弹簧4套装在位于输入力推杆3与电机壳体5之间的输出力推杆11上。

电机定子8固定（焊接方式）于电机壳体5的内腔，插入电机定子8内孔的电机转子7通过1号轴承6和2号轴承9安装在电机壳体5的内腔为转动连接，电机定子8、电机转子7、1号轴承6和2号轴承9的回转轴线共线，1号轴承6和2号轴承9位于电机定子8的左右两侧，电机定子8的两端面和1号轴承6与2号轴承9的轴承外环的内侧端面为接触连接。电机转子7的内圆柱孔与旋转平移传动机构10中的滚珠丝杠旋转套筒的外圆柱面花键副连接。

输出力推杆11左端插入输入力推杆3右端的光滑圆柱孔内，输入力推杆3右端的光滑圆柱孔直径与输出力推杆11左端的光滑圆柱外径之间为间隙配合，以保证输入力推杆3与输出力推杆11可以有相对的轴向移动，为保证轴向移动顺畅，可在二者的连接面上涂抹润滑脂。输出力推杆11的另一（右）端与机械制动系统Ⅰ中的制动主缸16铰接。

电机壳体5采用螺栓连接在车架或副车架上，电机壳体5应可拆解为若干部分，以方便电机壳体5内部的电机定子8、1号轴承6、2号轴承9等其它零件的安装和拆卸。

在制动踏板1无输入力时，回位弹簧4处于自然伸长状态，此时应保证输入力推杆3右端的光滑圆柱孔的底端面与输出力推杆11的左端面之间具有5毫米至50毫米的距离，本实施例采用15毫米至20毫米的距离。

参照图3，本发明所述的机电复合制动系统制动操纵机构Ⅲ应与机械制动系统I、电制动系统Ⅱ、整车控制器12以及制动操纵机构电机控制器13相连接并协同工作。所述的机械制动系统I包括制动主缸16、1号制动器17、2号制动器18、3号制动器19和4号制动器20；所述的电制动系统Ⅱ包括电机控制器14和驱动电机15。

参阅图1和图3，所述机电复合制动系统制动操纵机构Ⅲ的输出力推杆11的输出端与机械制动系统I中的制动主缸16的输入端铰接，制动主缸16的左进出油口和1号制动器17与2号制动器18管路连接，制动主缸16的右进出油口和3号制动器19与4号制动器20管路连接；机电复合制动系统制动操纵机构Ⅲ的传感器2的信号输出端通过线缆与整车控制器12的信号输入端口连接，整车控制器12的制动操纵机构指令输出端与制动操纵机构电机控制器13的指令输入端相连接；整车控制器12的电制动指令输出端与电制动系统Ⅱ中的电机控制器14的指令输入端相连接，电机控制器14的三相输出端按照相序分别和驱动电机15的三相电输入端连接；制动操纵机构电机控制器13的三相输出端分别与机电复合制动系统制动操纵机构Ⅲ中电机定子8的三相绕组的三个输入端相连。

机电复合制动系统制动操纵机构的工作原理：

驾驶员在进行制动时脚踩制动踏板1，对制动踏板1施加踏板力。整套制动操纵系统通过制动踏板1引入驾驶员踏板力。

在一次制动过程中，驾驶员踩下制动踏板1，制动踏板1将驾驶员的踏板力传递给输入力推杆3，推动输入力推杆3沿轴向向前运动，此时输入力推杆3压向回位弹簧4使其压缩。传感器2实时测量制动踏板1与传感器2固定端的相对转角，传感器2将采集到的转角信号换算为制动踏板1的踏板行程并输出踏板行程信号，汽车的整车控制器12根据该信号可判断驾驶员需要的制动强度。

在低强度制动时，驾驶员对制动踏板施加的踏板力较小，因回位弹簧4具有一定刚度，故此时输入力推杆3行程也相应较小，小于输入力推杆3圆柱孔底面与输出力推杆左端面的初始距离，输入力推杆3的圆柱孔底面与输出力推杆11的端面不接触，故无轴向力的传递，此时制动操纵机构电机控制器13不向电机定子8供电，电机定子8不工作，输入力推杆11没有力传递给机械制动系统I的制动主缸16，机械制动系统I不作用。汽车的整车控制器12可以根据传感器2输出的制动踏板行程信号判断驾驶员的制动力需求，通过计算后整车控制器12输出信号给电机控制器14，电机控制器14根据获得的指令向驱动电机15提供电流，控制其施加电制动力（即再生制动），以回收能量。

参阅图2，当驾驶员想获得更大强度制动时，机电复合制动系统制动操纵机构Ⅲ的状态如图中所示，驾驶员会继续施加踏板力以深踩制动踏板1。此时，制动踏板1传递给输入力推杆3的轴向力增大，会进一步压缩回位弹簧4，踏板行程随之增大。随着踏板行程的增加，输入力推杆3的圆柱孔底面与输出力推杆11的左端面相接触，驾驶员的踏板力通过输入力推杆3传递给输出力推杆11，此时，机械制动系统I受到输出力推杆11的作用力开始工作。当机械制动系统I开始工作时，汽车的整车控制器12根据传感器2的行程信号计算所需要施加的电制动力矩的大小，输出相应指令给电机控制器14控制汽车的驱动电机15产生电制动力矩，此时机电复合制动系统一同工作。与此同时，整车控制器12会根据传感器2的行程信号，控制制动操纵机构电机控制器13向电机定子8上的3相绕组输出电流，当电机定子8的绕组通以电流时，会在电机转子7上产生转矩，该转矩通过旋转平移机构10将旋转的转矩转换成沿输出力推杆11轴线的作用力，该作用力作用于输出力推杆11。此时，电机转子7的转矩产生的作用力与输入力推杆3传递给输出力推杆11的作用力一同被传递给与输出力推杆11相连接的机械制动系统I的制动主缸16，这样所需要的驾驶员踏板力就减小了，从而达到了制动助力的效果；此过程中整车控制器12可以根据不同情况自动调节电机定子8的三相绕组中通过的电流，以此来调节电机转子7的输出转矩，从而调节机械制动系统的制动力矩，达到提高制动安全性和驾驶员舒适性的效果。

当汽车需要短时驻车制动（如等待信号灯等情况）时，整车控制器12收到驻车指令控制制动操纵机构电机控制器13向电机定子8提供电流，电子转子7会产生转矩，该转矩通过旋转平移机构10转化为作用在输出力推杆11上的轴向力，该轴向力被传递给机械制动系统I中制动主缸16的输入端，制动主缸16与四个制动器间相连接的管路内产生压力，机械制动系统I的1号制动器17、2号制动器18、3号制动器19和4号制动器20产生驻车制动力。此时驾驶员未对制动踏板1施加踏板力，该机电复合制动系统制动操纵机构控制机械制动系统I可实现驻车制动功能。

在实际使用中，可能出现以下情况：

1.电机转子7上的永磁体出现退磁现象；

2.电机定子8上的绕组因过热或被水侵泡等原因出现绝缘漆破损，从而引起绕组与电机壳体5短路；

3.整车控制器12或制动操纵机构电机控制器13出现故障，无法为电机定子8的绕组提供电流等等。

当这类故障出现时，电机转子7会无法产生转矩。在这种情况下如若需要制动，驾驶员深踩制动踏板1对其施加踏板力，输入力推杆3受到轴向力而压缩回位弹簧4，因这种情况下驾驶员对制动踏板1施加的踏板力较大，会推动输入力推杆3使其右端的圆柱孔底面与输出力推杆11的左端面接触，此时输出力推杆11受到轴向作用力并将其传递给机械制动系统I使其产生制动力。由此可见，本发明所提供的机电复合制动系统制动操纵机构在自身零件或汽车电控系统出现故障时，仍然可以通过驾驶员的踏板力来实现制动功能，可以满足行车安全性的要求。

Claims (6)

1.一种机电复合制动系统制动操纵机构，其特征在于，所述的机电复合制动系统制动操纵机构包括制动踏板（1）、传感器（2）、回位弹簧（4）、电机壳体（5）、电机转子（7）、电机定子（8）与旋转平移传动机构（10）；

电机定子（8）固定于电机壳体（5）的内腔，插入电机定子（8）内孔的电机转子（7）采用1号轴承（6）与2号轴承（9）安装在电机壳体（5）的内腔为转动连接，电机转子（7）套装在旋转平移传动机构（10）上为花键副连接，旋转平移传动机构（10）的左端与输入力推杆（3）为滑动连接，回位弹簧（4）套装在位于输入力推杆（3）与电机壳体（5）之间的旋转平移传动机构（10）的左端上，输入力推杆（3）的左端与制动踏板（1）的中部铰接，制动踏板（1）上端的固定转轴的一端与传感器（2）的旋转端固定连接。

2.按照权利要求1所述的机电复合制动系统制动操纵机构，其特征在于，所述的旋转平移传动机构（10）由滚珠丝杠旋转套筒与输出力推杆（11）组成，输出力推杆（11）插入滚珠丝杠旋转套筒之中，滚珠丝杠旋转套筒与输出力推杆（11）之间安装有滚珠；

所述的旋转平移传动机构（10）的左端是指输出力推杆（11）的左端；

所述的回位弹簧（4）套装在位于输入力推杆（3）与电机壳体（5）之间的旋转平移传动机构（10）的左端上是指回位弹簧（4）套装在位于输入力推杆（3）与电机壳体（5）之间的输出力推杆（11）的左端上。

3.按照权利要求1所述的机电复合制动系统制动操纵机构，其特征在于，所述的电机定子（8）位于1号轴承（6）和2号轴承（9）之间，电机定子（8）的两端面和1号轴承（6）与2号轴承（9）的轴承外环的内侧端面接触连接，电机定子（8）、1号轴承（6）与2号轴承（9）的回转轴线共线。

4.按照权利要求1所述的机电复合制动系统制动操纵机构，其特征在于，所述的旋转平移传动机构（10）的左端与输入力推杆（3）为滑动连接是指：

所述的输入力推杆（3）的右端在轴线上设置有光滑圆柱盲孔，旋转平移传动机构（10）中的输出力推杆（11）的左端为光滑圆柱体，输出力推杆（11）的左端插入输入力推杆（3）右端的光滑圆柱盲孔内为间隙配合，在制动踏板（1）无输入力时，输入力推杆（3）右端的光滑圆柱盲孔的底端面与输出力推杆（11）的左端面之间具有5毫米至50毫米的距离。

5.按照权利要求1所述的机电复合制动系统制动操纵机构，其特征在于，所述的电机壳体（5）采用螺栓连接在车架或副车架上，制动踏板（1）上端的固定转轴的另一端与车体为转动连接，传感器（2）的固定端与车体螺栓连接。

6.按照权利要求1所述的机电复合制动系统制动操纵机构，其特征在于，所述的旋转平移传动机构（10）的右端即输出力推杆（11）的右端与机械制动系统（Ⅰ）中的制动主缸（16）铰接，传感器（2）的信号输出端通过线缆与整车控制器（12）的信号输入端口连接，制动操纵机构电机控制器（13）的三相输出端分别与机电复合制动系统制动操纵机构(Ⅲ)中电机定子（8）的三相绕组的三个输入端相连。

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