CN110185724B - 城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆制动技术领域，尤其涉及一种城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置，汽车轮毂通过半轴凸缘与半轴固定连接，车轮与轮毂随着半轴一起转动，电磁离合器用于控制储能飞轮与半轴的连接或分离，当汽车中的鼓式制动器制动时，电磁离合器接合，车轮带动储能飞轮转动，当储能飞轮转速高于车轮转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮与车轮的连接；当汽车起步时，电磁离合器接合，储能飞轮给车轮提供辅助驱动力矩；当储能飞轮转速低于车轮转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮与车轮的连接，本发明结构紧凑、响应迅速、储能高效，易于与车载其他控制系统集成控制，适用于城市公交汽车。

Description

城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，尤其涉及一种城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置。
背景技术
制动系统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、气压式制动系统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他系统集成控制等不足之处，不适合汽车尤其是电动汽车的发展要求。
线控制动系统现实了制动踏板机构与制动执行机构的解耦，主要有电子液压制动系统(EHB)与电子机械制动系统(EMB)两种，取消了制动踏板机构与制动执行机构之间的直接连接，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，实现对各个车轮制动力的控制，具有不依赖真空助力装置、动态响应迅速、易于集成控制等优点，弥补了传统制动系统结构原理上的不足。
城市公交汽车泛指在城市范围内定线运营的公共汽车，具有频繁制动停车、起步加速等特点，致使摩擦制动组件磨损严重和大量制动能量浪费。虽然制动防抱死系统(ABS)、电子制动力分配系统(EBD)等的应用提高了车辆制动的稳定性和可靠性，但是它们对上述问题作用甚微。电机再生制动是当前汽车制动能量回馈的主要形式，可将制动能量转变为电能储存于蓄电池内再利用，然而其只适合于电动汽车，且受到电机、电池等状态的限制。飞轮储能是汽车辅助制动装置中的一种，可以将汽车制动能量转变为飞轮动能加以储存与释放，具有节能环保、响应迅速、转换高效等优点，可以有效分流摩擦制动器负担，实现制动能量再利用，从而提高车辆制动安全性和使用经济性。因此，结合线控摩擦制动与飞轮储能装置的集成制动装置将是城市公交汽车未来制动构型的优选方案之一。
目前，储能飞轮一般被安装于车辆传动系统附近、主减速器之前(例如，授权公告号为CN104097497B的发明专利)，存在只作用于驱动轮，装配相对困难及不适于与摩擦制动高质量集成等问题。结合线控摩擦制动与飞轮储能的轮边集成制动装置融合了线控摩擦制动和飞轮储能的功能与优点，可以分别安装于全部车轮且各个制动力矩可以独立调节，具有结构紧凑、响应迅速、易于集成控制及抗热衰退性好等优点，可以实现制动能量回收利用，降低摩擦制动器磨损。对于电动公交汽车，该集成制动装置可以配合电机再生制动使用，具有更好的制动能量再生与降低摩擦磨损的效果；且在起步加速时，储能飞轮可以提供部分驱动力矩，从而减小电机驱动电流的需求，提高车辆续驶里程及电池使用寿命。但是，至目前为止，上述结合线控摩擦制动与飞轮储能的轮边集成制动装置还鲜有提及。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置，集成线控摩擦制动与飞轮储能功能，独立安装于车轮旁，结构紧凑、响应迅速、转换高效、易于集成控制及抗热衰退性好，可以实现制动能量回收利用，降低摩擦制动器磨损。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置，包括鼓式制动器、电磁离合器、行星齿轮机构及飞轮组件且上述部件采用分布式布置方式独立安装于各个汽车轮毂内侧，汽车轮毂通过半轴凸缘与半轴固定连接，车轮与轮毂随着半轴一起转动，电磁离合器用于控制储能飞轮与半轴的连接或分离，行星齿轮机构用于提高储能飞轮转速，当汽车中的鼓式制动器制动时，电磁离合器接合，车轮通过半轴、电磁离合器及行星齿轮机构带动储能飞轮转动，当储能飞轮转速高于车轮转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮与车轮的连接；当汽车起步时，电磁离合器接合，储能飞轮通过行星齿轮机构、电磁离合器及半轴给车轮提供辅助驱动力矩；当储能飞轮转速低于车轮转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮与车轮的连接。
鼓式制动器采用电子机械制动或电子液压制动方式。
鼓式制动器采用电子机械制动方式，鼓式制动器包括制动电机、丝杆螺母机构、制动蹄、摩擦片及制动鼓，制动电机与制动底板固定连接，制动电机两侧分别连接有一组丝杆螺母机构，制动电机两侧输出轴分别与两个丝杆固定连接，丝杆与螺母配合成丝杆螺母机构，制动蹄为弯弧状，制动蹄的一端与螺母固定连接，制动蹄的另一端铰接在支撑销上，摩擦片为圆弧形且贴附固定在制动蹄的外弧面上，制动鼓为圆筒型结构且将所有的鼓式制动器的部件包围在里面，螺母的移动带动制动蹄绕支撑销在一定角度范围内转动使得摩擦片压向或离开制动鼓而实施或停止摩擦制动作用，制动鼓与半轴固定连接且随着半轴一起转动，制动底板与车桥固定连接，制动底板与半轴通过滚动轴承活动连接。
行星齿轮机构位于电磁离合器和飞轮组件之间，电磁离合器包括电磁离合器从动盘，行星齿轮机构包括,行星齿轮、齿圈及太阳轮，电磁离合器从动盘与四个行星齿轮固定连接，四个行星齿轮与齿圈内啮合、与太阳轮外啮合，齿圈与车桥固定连接、与四个行星齿轮啮合，太阳轮与半轴通过滚动轴承活动连接，飞轮组件包括飞轮支撑架和储能飞轮，太阳轮的一侧与行星齿轮啮合，太阳轮的另一侧与飞轮支撑架通过花键固定连接，储能飞轮固定在飞轮支撑架上。
飞轮支撑架采用高强度合金材料制成，储能飞轮采用高强度碳素纤维复合材料制成，飞轮支撑架上设置有一个用于检测储能飞轮转速的转速传感器。
电磁离合器包括电磁离合器主动盘、1号铆钉、片式弹簧、连接键、2号铆钉、衔铁、摩擦环片、电磁线圈及滚动轴承，电磁离合器主动盘通过连接键与半轴固定连接，在电磁离合器主动盘靠近外边缘位置按圆周等份设置有三个1号铆钉，片式弹簧为圆环状且位于电磁离合器主动盘与衔铁之间，片式弹簧的一侧与电磁离合器主动盘通过三个1号铆钉固定连接，片式弹簧的另一侧与衔铁通过三个2号铆钉固定连接，用于电磁线圈断电时衔铁回位，衔铁为圆环状，衔铁的另一侧在电磁线圈通电时可以与电磁离合器从动盘上的摩擦环片接触作用，使得电磁离合器主动盘与电磁离合器从动盘接合，电磁离合器从动盘与半轴通过滚动轴承活动连接，电磁离合器在其靠近外边缘位置内设置有一个电磁线圈，电磁离合器在其面向衔铁的一侧设置有一个摩擦环片，在其另一侧与行星齿轮机构的四个行星齿轮固定连接，兼作为行星齿轮系统的行星架，当电磁线圈没有通电时，衔铁在片式弹簧的作用下靠近电磁离合器主动盘并与电磁离合器从动盘保持一定距离，此时电磁离合器分离；当电磁线圈有电流通过时，衔铁在电磁线圈磁力的作用下克服片式弹簧的弹力作用并压向电磁离合器从动盘上的摩擦环片，通过摩擦力作用使得电磁离合器接合。
有益效果：本发明集成了线控鼓式摩擦制动与飞轮储能的功能与优点，结构紧凑、响应迅速、储能高效，易于与车载其他控制系统集成控制，适用于城市公交汽车，尤其是电动公交汽车；
本发明采用分布式布置方式，取消了传统的液压或气压管路，集成制动装置独立安装于汽车轮毂内，各个集成制动装置制动力矩可以独立调节，且对原有汽车系统结构改动较小；
本发明汽车制动时，利用储能飞轮可以分担部分制动力矩，降低摩擦制动器磨损，提高其抗热衰退性能及制动安全性能，同时可以暂存部分制动能量；
本发明汽车起步时，利用储能飞轮可以给车轮提供辅助驱动力矩，实现制动能量再利用，从而提高汽车起步性能及使用经济性能；
本发明的集成制动装置采用了一个行星齿轮机构，用于提高储能飞轮转速，进而提高储能飞轮的能量密度，降低了储能飞轮的质量。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是鼓式制动器的结构示意图；
图3是电磁离合器的结构示意图；
图4是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1-4，对本发明作进一步的描述。
实施例一：
一种城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置，包括鼓式制动器、电磁离合器、行星齿轮机构及飞轮组件且上述部件采用分布式布置方式独立安装于各个汽车轮毂13内侧，汽车轮毂13通过半轴凸缘17与半轴9固定连接，车轮3与轮毂13随着半轴9一起转动，电磁离合器用于控制储能飞轮14与半轴9的连接或分离，行星齿轮机构用于提高储能飞轮14转速，当汽车中的鼓式制动器制动时，电磁离合器接合，车轮3通过半轴9、电磁离合器及行星齿轮机构带动储能飞轮14转动，当储能飞轮14转速高于车轮3转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮14与车轮3的连接；当汽车起步时，电磁离合器接合，储能飞轮14通过行星齿轮机构、电磁离合器及半轴9给车轮3提供辅助驱动力矩；当储能飞轮14转速低于车轮3转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮14与车轮3的连接。
本发明集成了线控鼓式摩擦制动与飞轮储能的功能与优点，结构紧凑、响应迅速、储能高效，易于与车载其他控制系统集成控制，适用于城市公交汽车，尤其是电动公交汽车；
本发明采用分布式布置方式，取消了传统的液压或气压管路，集成制动装置独立安装于汽车轮毂13内，各个集成制动装置制动力矩可以独立调节，且对原有汽车系统结构改动较小；
本发明汽车制动时，利用储能飞轮14可以分担部分制动力矩，降低摩擦制动器磨损，提高其抗热衰退性能及制动安全性能，同时可以暂存部分制动能量；
本发明汽车起步时，利用储能飞轮14可以给车轮提供辅助驱动力矩，实现制动能量再利用，从而提高汽车起步性能及使用经济性能；
本发明的集成制动装置采用了一个行星齿轮机构，用于提高储能飞轮转速，进而提高储能飞轮的能量密度，降低了储能飞轮的质量。
进一步的，鼓式制动器采用电子机械制动或电子液压制动方式。
优选的，鼓式制动器采用电子机械制动方式，鼓式制动器包括制动电机21、丝杆螺母机构、制动蹄6、摩擦片5及制动鼓4，制动电机21与制动底板10固定连接，制动电机21两侧分别连接有一组丝杆螺母机构，制动电机21两侧输出轴分别与两个丝杆20固定连接，丝杆20与螺母19配合成丝杆螺母机构，制动蹄6为弯弧状，制动蹄6的一端与螺母19固定连接，制动蹄6的另一端铰接在支撑销18上，摩擦片5为圆弧形且贴附固定在制动蹄6的外弧面上，制动鼓4为圆筒型结构且将所有的鼓式制动器的部件包围在里面，螺母19的移动带动制动蹄6绕支撑销18在一定角度范围内转动使得摩擦片5压向或离开制动鼓4而实施或停止摩擦制动作用，制动鼓4与半轴9固定连接且随着半轴9一起转动，制动底板10与车桥固定连接，制动底板10与半轴9通过滚动轴承活动连接。鼓式制动器工作时，制动电机21接收制动控制单元的指令工作，通过丝杆螺母机构推动两个制动摩擦片5压向或移离制动鼓4，从而实现对摩擦制动力矩的控制，使得车轮减速或停车。
行星齿轮机构位于电磁离合器和飞轮组件之间，电磁离合器包括电磁离合器从动盘12，行星齿轮机构包括,行星齿轮8、齿圈7及太阳轮16，电磁离合器从动盘12与四个行星齿轮8固定连接，四个行星齿轮8与齿圈7内啮合、与太阳轮16外啮合，齿圈7与车桥固定连接、与四个行星齿轮8啮合，太阳轮16与半轴9通过滚动轴承活动连接，飞轮组件包括飞轮支撑架15和储能飞轮14，太阳轮16的一侧与行星齿轮8啮合，太阳轮16的另一侧与飞轮支撑架15通过花键固定连接，储能飞轮14固定在飞轮支撑架15上。当电磁离合器从动盘12转动时，其通过行星齿轮8带动太阳轮16转动，从而将动力传递至飞轮支撑架15和储能飞轮14，实现增加储能飞轮14转速的目的。
飞轮支撑架15采用高强度合金材料制成，用于暂时储存汽车的制动能量。储能飞轮14采用高强度碳素纤维复合材料制成，飞轮支撑架15上设置有一个用于检测储能飞轮14转速的转速传感器。
电磁离合器包括电磁离合器主动盘11、1号铆钉24、片式弹簧23、连接键22、2号铆钉29、衔铁25、摩擦环片26、电磁线圈27及滚动轴承28，电磁离合器主动盘11通过连接键22与半轴9固定连接，在电磁离合器主动盘11靠近外边缘位置按圆周等份设置有三个1号铆钉24，片式弹簧23为圆环状且位于电磁离合器主动盘11与衔铁25之间，片式弹簧23的一侧与电磁离合器主动盘11通过三个1号铆钉24固定连接，片式弹簧23的另一侧与衔铁25通过三个2号铆钉29固定连接，用于电磁线圈27断电时衔铁25回位，衔铁25为圆环状，衔铁25的另一侧在电磁线圈27通电时可以与电磁离合器从动盘12上的摩擦环片26接触作用，使得电磁离合器主动盘11与电磁离合器从动盘12接合，电磁离合器从动盘12与半轴9通过滚动轴承28活动连接，电磁离合器在其靠近外边缘位置内设置有一个电磁线圈27，电磁离合器在其面向衔铁25的一侧设置有一个摩擦环片26，在其另一侧与行星齿轮机构的四个行星齿轮8固定连接，兼作为行星齿轮系统的行星架，当电磁线圈27没有通电时，衔铁25在片式弹簧23的作用下靠近电磁离合器主动盘11并与电磁离合器从动盘12保持一定距离，此时电磁离合器分离；当电磁线圈27有电流通过时，衔铁25在电磁线圈27磁力的作用下克服片式弹簧23的弹力作用并压向电磁离合器从动盘12上的摩擦环片26，通过摩擦力作用使得电磁离合器接合。
实施例二：
见图4，本实施例的集成制动装置基本结构和原理与实施例一相似，只是对制动鼓4的直径、飞轮支撑架15及储能飞轮14等的尺寸或数量作了相应改动。
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 (3)

1.一种城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置，其特征在于：包括鼓式制动器、电磁离合器、行星齿轮机构及飞轮组件且上述部件采用分布式布置方式独立安装于各个汽车轮毂(13)内侧，汽车轮毂(13)通过半轴凸缘(17)与半轴(9)固定连接，车轮(3)与轮毂(13)随着半轴(9)一起转动，电磁离合器用于控制储能飞轮(14)与半轴(9)的连接或分离，行星齿轮机构用于提高储能飞轮(14)转速，当汽车中的鼓式制动器制动时，电磁离合器接合，车轮(3)通过半轴(9)、电磁离合器及行星齿轮机构带动储能飞轮(14)转动，当储能飞轮(14)转速高于车轮(3)转速当量时，电磁离合器 分离，中断储能飞轮(14)与车轮(3)的连接；当汽车起步时，电磁离合器接合，储能飞轮(14)通过行星齿轮机构、电磁离合器及半轴(9)给车轮(3)提供辅助驱动力矩；当储能飞轮(14)转速低于车轮(3)转速当量时，电磁离合器分离，中断储能飞轮(14)与车轮(3)的连接，电磁离合器包括电磁离合器主动盘(11)、1号铆钉(24)、片式弹簧(23)、连接键(22)、2号铆钉(29)、衔铁(25)、摩擦环片(26)、电磁线圈(27)及滚动轴承(28)，电磁离合器主动盘(11)通过连接键(22)与半轴(9)固定连接，在电磁离合器主动盘(11)靠近外边缘位置按圆周等份设置有三个1号铆钉(24)，片式弹簧(23)为圆环状且位于电磁离合器主动盘(11)与衔铁(25)之间，片式弹簧(23)的一侧与电磁离合器主动盘(11)通过三个1号铆钉(24)固定连接，片式弹簧(23)的另一侧与衔铁(25)通过三个2号铆钉(29)固定连接，用于电磁线圈(27)断电时衔铁(25)回位，衔铁(25)为圆环状，衔铁(25)的另一侧在电磁线圈(27)通电时可以与电磁离合器从动盘(12)上的摩擦环片(26)接触作用，使得电磁离合器主动盘(11)与电磁离合器从动盘(12)接合，电磁离合器从动盘(12)与半轴(9)通过滚动轴承(28)活动连接，电磁离合器在其靠近外边缘位置内设置有一个电磁线圈(27)，电磁离合器在其面向衔铁(25)的一侧设置有一个摩擦环片(26)，在其另一侧与行星齿轮机构的四个行星齿轮(8)固定连接，兼作为行星齿轮系统的行星架，当电磁线圈(27)没有通电时，衔铁(25)在片式弹簧(23)的作用下靠近电磁离合器主动盘(11)并与电磁离合器从动盘(12)保持一定距离，此时电磁离合器分离；当电磁线圈(27)有电流通过时，衔铁(25)在电磁线圈(27)磁力的作用下克服片式弹簧(23)的弹力作用并压向电磁离合器从动盘(12)上的摩擦环片(26)，通过摩擦力作用使得电磁离合器接合，所述鼓式制动器采用电子机械制动或电子液压制动方式，所述鼓式制动器采用电子机械制动方式，鼓式制动器包括制动电机(21)、丝杆螺母机构、制动蹄(6)、摩擦片(5)及制动鼓(4)，制动电机(21)与制动底板(10)固定连接，制动电机(21)两侧分别连接有一组丝杆螺母机构，制动电机(21)两侧输出轴分别与两个丝杆(20)固定连接，丝杆(20)与螺母(19)配合成丝杆螺母机构，制动蹄(6)为弯弧状，制动蹄(6)的一端与螺母(19)固定连接，制动蹄(6)的另一端铰接在支撑销(18)上，摩擦片(5)为圆弧形且贴附固定在制动蹄(6)的外弧面上，制动鼓(4)为圆筒型结构且将所有的鼓式制动器的部件包围在里面，螺母(19)的移动带动制动蹄(6)绕支撑销(18)在一定角度范围内转动使得摩擦片(5)压向或离开制动鼓(4)而实施或停止摩擦制动作用，制动鼓(4)与半轴(9)固定连接且随着半轴(9)一起转动，制动底板(10)与车桥固定连接，制动底板(10)与半轴(9)通过滚动轴承活动连接。
2.根据权利要求1所述的城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置，其特征在于：行星齿轮机构位于电磁离合器和飞轮组件之间，电磁离合器包括电磁离合器从动盘(12)，行星齿轮机构包括,行星齿轮(8)、齿圈(7)及太阳轮(16)，电磁离合器从动盘(12)与四个行星齿轮(8)固定连接，四个行星齿轮(8)与齿圈(7)内啮合、与太阳轮(16)外啮合，齿圈(7)与车桥固定连接、与四个行星齿轮(8)啮合，太阳轮(16)与半轴(9)通过滚动轴承活动连接，飞轮组件包括飞轮支撑架(15)和储能飞轮(14)，太阳轮(16)的一侧与行星齿轮(8)啮合，太阳轮(16)的另一侧与飞轮支撑架(15)通过花键固定连接，储能飞轮(14)固定在飞轮支撑架(15)上。
3.根据权利要求2所述的城市公交汽车轮边飞轮储能与鼓式制动集成制动装置，其特征在于：飞轮支撑架(15)采用高强度合金材料制成，储能飞轮(14)采用高强度碳素纤维复合材料制成，飞轮支撑架(15)上设置有一个用于检测储能飞轮(14)转速的转速传感器。
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