CN111231923A - 电机堵转保护装置和线控液压制动系统 - Google Patents

Abstract

本申请是关于一种电机堵转保护装置和包括该电机堵转保护装置的线控液压制动系统，属于车辆技术领域。所述电机堵转保护装置包括输入轴、主动盘、输出轴、从动盘、壳体和励磁线圈，其中，所述输入轴与所述主动盘固定连接，所述输出轴与所述从动盘固定连接；所述输入轴和所述输出轴穿过所述壳体，所述主动盘和所述从动盘设置在所述壳体内部，所述主动盘与所述从动盘不接触；所述壳体、所述主动盘和所述从动盘之间形成空腔，所述空腔中设置有磁流变液；所述励磁线圈设置在所述壳体中。采用本申请，可以有效减少电机高温烧毁的风险，增大线控液压制动系统的可靠性。

Description

电机堵转保护装置和线控液压制动系统

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，具体涉及一种电机堵转保护装置和线控液压制动系统。

背景技术

汽车制动系统是保障汽车行驶安全性的极为重要的系统，线控液压制动系统作为目前最热门的研究方向之一，其优越性在于制动响应速度快、制动效能好以及易于实现制动防抱死等功能。

相关技术中存在一种线控液压制动系统，该线控液压制动系统包括踏板组件、电子控制单元和制动执行机构三大部分。其中，制动执行机构中多采用电机输出位移和力矩，并经由制动减速器和制动器将电机的旋转运动转换为直线运动，进而输出制动阻力矩。

在实现本申请的过程中，申请人发现相关技术中至少存在以下问题：

在制动强度大时，电机常常需要在堵转工况(即电机的输出轴不能旋转)下工作，长时间处于堵转工况势必会增加电机高温烧毁的风险，进而引起线性液压制动系统失效，驾驶安全受到极大地威胁。

发明内容

本申请实施例提供了一种电机堵转保护装置和线控液压制动系统，可以解决相关技术中存在的技术问题，从而，减少电机高温烧毁的风险，减小线性液压制动系统失效的可能性，有效提高驾驶人员的驾驶安全。所述电机堵转保护装置和线控液压制动系统的技术方案如下：

第一方面，提供了一种电机堵转保护装置，所述电机堵转保护装置包括输入轴、主动盘、输出轴、从动盘、壳体和励磁线圈，其中，

所述输入轴与所述主动盘固定连接，所述输出轴与所述从动盘固定连接；

所述输入轴和所述输出轴穿过所述壳体，所述主动盘和所述从动盘设置在所述壳体内部，所述主动盘与所述从动盘不接触；

所述壳体、所述主动盘和所述从动盘之间形成空腔，所述空腔中设置有磁流变液；

所述励磁线圈设置在所述壳体中。

在一种可能的实现方式中，所述主动盘具有圆环结构，所述主动盘环套在所述从动盘上。

在一种可能的实现方式中，所述主动盘的内壁上设置有多个环状凹槽，所述从动盘的外壁上设置有多个环状凸起，每个环状凸起与一个环状凹槽相对。

在一种可能的实现方式中，所述电机堵转保护装置还包括齿轮，所述齿轮设置在所述输入轴上。

第二方面，提供了一种线控液压制动系统，所述线控液压制动系统包括踏板组件、电子控制单元、制动控制器、位移电机、制动减速器、制动器和第一方面任一项所述的电机堵转保护装置，其中，

所述踏板组件与所述电子控制单元电性连接，所述电子控制单元与所述制动控制器电性连接，所述制动控制器与所述位移电机电性连接；

所述位移电机与所述电机堵转保护装置的输入轴传动连接，所述电机堵转保护装置的输出轴与所述制动减速器的输入轴传动连接，所述制动减速器的输出轴与所述制动器传动连接；

所述电子控制单元与所述电机堵转保护装置电性连接。

在一种可能的实现方式中，所述线控液压制动系统还包括力矩电机，所述制动控制器与所述力矩电机电性连接；

所述力矩电机与所述电机堵转保护装置的输入轴传动连接。

在一种可能的实现方式中，所述线控液压系统还包括力矩传感器，所述力矩传感器设置在所述位移电机的输出轴上，所述力矩传感器与所述电子控制单元电性连接。

在一种可能的实现方式中，所述踏板组件包括制动踏板、输入杆、反馈电机、反馈减速器、反馈电机控制器、踏板位移传感器和踏板速度传感器；

所述制动踏板与所述输入杆连接，所述踏板位移传感器和所述踏板速度传感器设置在所述输入杆上，所述电子控制单元与所述踏板位移传感器、所述踏板速度传感器、所述反馈电机控制器电性连接；

所述反馈电机控制器与所述反馈电机电性连接，所述反馈电机与所述反馈减速器的输入轴传动连接，所述反馈减速器的输出轴与所述输入杆传动连接。

在一种可能的实现方式中，所述线控液压制动系统还包括速度传感器和力传感器，所述速度传感器和所述力传感器设置在所述制动减速器的输出轴上；

所述电子控制单元与所述速度传感器、所述力传感器电性连接。

在一种可能的实现方式中，所述线控液压制动系统还包括车速传感器和轮速传感器，所述电子控制单元与所述车速传感器、所述轮速传感器电性连接。

本申请的实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：

本申请实施例提供了一种电机堵转保护装置，该电机堵转保护装置包括输入轴、主动盘、输出轴、从动盘、壳体和励磁线圈。输入轴与主动盘固定连接，输出轴与从动盘固定连接。输入轴与输出轴穿过壳体，主动盘和从动盘设置在壳体内部，主动盘和从动盘不接触。壳体、主动盘和从动盘之间形成空腔，空腔中设置有磁流变液。励磁线圈设置在壳体中。

该电机堵转保护装置可以用在线控液压制动系统中，并设置在电机和制动减速器之间，电机的转动经电机堵转保护装置后再传递到制动减速器。在正常模式下，励磁线圈产生强磁场使得磁流变液具有高粘度和高剪切屈服极限，此时主动盘和从动盘依靠磁流变液实现固连传动。当接近堵转工况时，励磁线圈中的电流降低，从而降低磁场，以达到降低磁流变液粘度的目的，可以使得电机脱离堵转工况转动。因此，本申请实施例提供的电机堵转保护装置可以减少电机高温烧毁的风险，增大制动系统的可靠性，保证驾驶安全。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例示出的一种电机堵转保护装置的示意图；

图2是本申请实施例示出的一种主动盘和从动盘的结构示意图；

图3是本申请实施例示出的一种线控液压制动系统的示意图。

图例说明

1、输入轴，2、主动盘，3、输出轴，4、从动盘，5、壳体，6、励磁线圈，7、齿轮，8、密封垫圈；

01、踏板组件，02、电子控制单元，03、制动控制器，04、位移电机，05、制动减速器，06、制动器，07、电机堵转保护装置，08、力矩电机，09、力矩传感器，010、速度传感器，011、力传感器，012、车速传感器，013、轮速传感器。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供了一种电机堵转保护装置，如图1和图2所示，电机堵转保护装置包括输入轴1、主动盘2、输出轴3、从动盘4、壳体5和励磁线圈6，其中，输入轴1与主动盘2固定连接，输出轴3与从动盘4固定连接。输入轴1和输出轴3穿过壳体5，主动盘2和从动盘4设置在壳体5内部，主动盘2与从动盘4不接触。壳体5、主动盘2和从动盘4之间形成空腔，空腔中设置有磁流变液。励磁线圈6设置在壳体5中。

其中，主动盘2具有圆环结构，主动盘2环套在从动盘4上。从动盘4可以为盘式结构。

输出轴1上可以设置有齿轮7，便于与电机的输出轴连接。

励磁线圈6中通入电流后可以产生磁场，当电流较大时，磁场较强，当电流较小时，磁场较小。

磁流变液的粘度和剪切屈服极限可以根据磁场的强度变化而变化，当磁场较强时，磁流变液的粘度和剪切屈服极限较高，当磁场较弱时，磁流变液的粘度和剪切屈服极限较低。

本申请实施例提供的电机堵转保护装置可以用在线控液压制动系统中，并设置在电机和制动减速器之间，电机的转动经电机堵转保护装置后再传递到制动减速器。

在正常模式下，励磁线圈6产生强磁场使得磁流变液具有高粘度和高剪切屈服极限，此时主动盘2和从动盘4依靠磁流变液实现固连传动。

当接近堵转工况时，励磁线圈6中的电流降低，从而降低磁场，以达到降低磁流变液粘度的目的，最可以使得电机脱离堵转工况转动。因此，本申请实施例提供的电机堵转保护装置可以减少电机高温烧毁的风险，增大制动系统的可靠性，保证驾驶安全。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，主动盘2的内壁上设置有多个环状凹槽，从动盘4的外壁上设置有多个环状凸起，每个环状凸起与一个环状凹槽相对。

其中，环状凹槽可以为梯形凹槽，环状凸起可以为梯形凸起。

在实施中，如图2所示，主动盘2的内壁上设置的环状凹槽也可以认为是环状凸起，从动盘4外壁上设置的环状凸起也可以认为是环状凹槽。

通过在主动盘2和从动盘4上设置环状凹槽和环状凸起，可以防止磁流变液壁面滑移效应的发生，保证主动盘2和从动盘4可以固定连接。

本申请实施例还提供了一种线控液压制动系统，如图3所示，线控液压制动系统包括踏板组件01、电子控制单元02、制动控制器03、位移电机04、制动减速器05、制动器06和电机堵转保护装置07，其中，踏板组件01与电子控制单元02电性连接，电子控制单元02与制动控制器03电性连接，制动控制器03与位移电机04电性连接。位移电机04与电机堵转保护装置07的输入轴1传动连接，电机堵转保护装置07的输出轴3与制动减速器05的输入轴传动连接，制动减速器05的输出轴与制动器06传动连接。

其中，踏板组件01用于供驾驶员踩踏，并触发踏板位移信号和踏板速度信号。

电子控制单元02的核心为CPU，使用的可以为飞思卡尔单片机，型号可以为16位的MC9S12XEP100。电机控制器MCU可以选用NXP公司生产的16位电机控制器芯片MC9S12ZVMRM。电机驱动电路可以为由六个N沟道MOSFET组成的三相全桥驱动电路，MOSFET由MCU的GDU模块驱动，PWM模块控制通断，MOSFET可以采用Infineon公司的IRLR8743TR。

制动控制器03用于控制位移电机04的输出转速和输出转矩。

位移电机04的输出轴上可以安装有齿轮，便于与电机堵转保护装置07的输入轴1连接。

制动减速器05可以为行星齿轮减速器，该行星齿轮减速器的输出端采用长螺栓与长螺母的配合，将旋转运动转化为直线运动。

制动器06可以为制动液压缸，制动减速器05与制动液压缸的活塞杆机械连接，并可以推动活塞杆压缩液压缸中制动液，实现制动液建压。制动器06可以与车轮连接。

在实施中，驾驶员踩踏制动踏板001时，驾驶员输入的踏板位移信号与踏板速度信号经制动踏板001传入输入杆002，踏板位移传感器006与踏板速度传感器007采集踏板位移信号与踏板速度信号，并将信号传递到电子控制单元02。

电子控制单元02基于接收到的信号生成控制信号，并将控制信号发送给制动控制器03，制动控制器03基于控制信号生成制动信号。并将制动信号发送给位移电机04，使位移电机04按照目标转速和目标转矩转动。

位移电机04的输出轴与电机堵转保护装置07的输入轴1传动连接，可以是在位移电机04的输出轴上设置有齿轮，在电机堵转保护装置的输入轴1上设置有齿轮，两个齿轮相啮合。则位移电机04的转动通过电机堵转保护装置07传递到制动减速器05，制动减速器05的转动传递到制动器06上。从而，完成制动过程。

电子控制单元02与电机堵转保护装置07的励磁线圈6电性连接，从而，电子控制单元02可以控制励磁线圈6中的电流的大小，进而，控制励磁线圈6产生的磁场的大小，以控制磁流变液的粘性和剪切屈服强度。

在正常工作模式下，励磁线圈6中的电流较大，产生强磁场使得磁流变液具有高粘度和高剪切屈服极限，此时主动盘2和从动盘4依靠磁流变液实现固连传动。

在位移电机04接近堵转工况时，电子控制单元02降低励磁线圈6中的电流，从而降低磁场，以达到降低磁流变液粘度和剪切屈服极限的目的，最终使得位移电机04脱离堵转工况转动。即此时，即使电机堵转保护装置07的输出轴3不可以转动，由于磁流变液的粘度较低，则位移电机04也可以转动。

另外，线控液压制动系统还可以包括速度传感器010和力传感器011，速度传感器010和力传感器011设置在制动减速器05的输出轴上。电子控制单元02与速度传感器010、力传感器011电性连接。速度传感器010和力传感器011设置在制动减速器05的输出轴上，从而，可以采集制动减速器05的输出轴的转速信号和力矩信号，并将信号发送给电子控制单元02，使得电子单元控制单元02可以生成更加准确的控制信号。

线控液压制动系统还可以包括车速传感器012和轮速传感器013，电子控制单元02与车速传感器012、轮速传感器013电性连接。车速传感器012可以采集车辆的速度信号，轮速传感器013可以采集车轮的转速信号，并将信号发送给电子控制单元02，使得电子控制单元02可以生成更加准确的控制信号。

在实际应用中，电子控制单元02根据接收到的踏板位移信号、踏板速度信号、车速信号、轮速信号，计算位移电机9的目标输出转矩和目标输出转速，并生成对制动控制器03的控制信号。

在一种可能的实现方式中，为了使得线控液压制动系统的制动力矩和制动位移更加准确，线控液压制动系统还包括力矩电机08，制动控制器03与力矩电机08电性连接。力矩电机08与电机堵转保护装置07的输入轴1传动连接。

其中，力矩电机08的输出轴上也可以设置有齿轮，该齿轮可以与电机堵转保护装置07的输入轴上的齿轮7啮合。

在实施中，现有的线控液压制动系统中往往采用单电机作为动力源，这种制动执行方式下，单电机同时控制位移和转矩两个参数，难免会出现输出转矩或输出位移不稳定、不可靠的现象。例如，在单电机的输出转速为目标速度时，可能无法保证输出转矩为目标转矩。

本申请实施例提供的线控液压系统还可以包括力矩传感器09，力矩传感器09可以设置在位移电机04的输出轴上，力矩传感器09与电子控制单元02电性连接。这样，力矩传感器09可以采集位移电机04的输出转矩，并将输出转矩发送给电机控制单元02，从而，形成闭环控制系统，便于对力矩电机08输出力矩的调节。

具体的，电子控制单元02确定位移电机04和力矩电机08总的目标输出力矩和目标输出转速，并由位移电机04负责输出转速，由力矩电机08和位移电机04负责输出转矩。其中，力矩电机08输出的转矩可以称为补偿转矩，在实际应用中，力矩传感器09检测位移电机04的输出转矩，在确定位移电机04的输出转矩不足时，电子控制单元02控制力矩电机08输出补偿转矩，补偿转矩和位移电机04的输出转矩的和为目标输出转矩，位移电机04的输出转速为目标输出转速。

因此，本申请实施例提供的线控液压制动系统通过设置双电机，使得输出的转速和转矩更加准确。

在一种可能的实现方式中，如图3所示，提供一种踏板组件的具体实现形式：

踏板组件01包括制动踏板001、输入杆002、反馈电机003、反馈减速器004、反馈电机控制器005、踏板位移传感器006和踏板速度传感器007。制动踏板001与输入杆002连接，踏板位移传感器006和踏板速度传感器007设置在输入杆002上，电子控制单元02与踏板位移传感器006、踏板速度传感器007、反馈电机控制器005电性连接。反馈电机控制器005与反馈电机003电性连接，反馈电机003与反馈减速器004的输入轴传动连接，反馈减速器004的输出轴与输入杆002传动连接。

在实施中，制动踏板001与输入杆002连接，踏板位移传感器006和踏板速度传感器007均置于输入杆002上，并与电子控制单元02电性连接。

在驾驶员踩踏制动踏板001时，驾驶员输入的踏板位移信号与踏板速度信号经制动踏板001传入输入杆002，踏板位移传感器006与踏板速度传感器007采集踏板位移信号与踏板速度信号，并将信号传递到电子控制单元02，电子控制单元02发送控制信号到反馈电机控制器005，控制反馈电机003输出转速和转矩，经过反馈减速器004和输入杆002到达制动踏板001，形成踏板感。

本申请实施例提供的线控液压制动系统，与现有线控液压制动系统相比，通过设置电机堵转保护装置07，可以减少位移电机04和力矩电机08因堵转工况而过热烧毁的可能性，提高线控液压制动系统的工作可靠性。

具体的，在正常模式下，励磁线圈6产生强磁场使得磁流变液具有高粘度和高剪切屈服极限，此时主动盘2和从动盘4依靠磁流变液实现固连传动。

当接近堵转工况时，励磁线圈6中的电流降低，从而降低磁场，以达到降低磁流变液粘度的目的，可以使得电机脱离堵转工况转动。

因此，通过设置本申请实施例提供的电机堵转保护装置，可以减少电机高温烧毁的风险，增大线控液压制动系统的可靠性，保证驾驶安全。

另外，通过设置位移电机04和力矩电机08，实现了在线控液压制动系统中由位移电机04控制位移输出，由力矩电机08输出补偿力矩，从而，使得输出的制动位移和制动力矩更加精确，提高了制动响应速度。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机堵转保护装置，其特征在于，所述电机堵转保护装置包括输入轴(1)、主动盘(2)、输出轴(3)、从动盘(4)、壳体(5)和励磁线圈(6)，其中，

所述输入轴(1)与所述主动盘(2)固定连接，所述输出轴(3)与所述从动盘(4)固定连接；

所述输入轴(1)和所述输出轴(3)穿过所述壳体(5)，所述主动盘(2)和所述从动盘(4)设置在所述壳体(5)内部，所述主动盘(2)与所述从动盘(4)不接触；

所述壳体(5)、所述主动盘(2)和所述从动盘(4)之间形成空腔，所述空腔中设置有磁流变液；

所述励磁线圈(6)设置在所述壳体(5)中。

2.根据权利要求1所述的电机堵转保护装置，其特征在于，所述主动盘(2)具有圆环结构，所述主动盘(2)环套在所述从动盘(4)上。

3.根据权利要求2所述的电机堵转保护装置，其特征在于，所述主动盘(2)的内壁上设置有多个环状凹槽，所述从动盘(4)的外壁上设置有多个环状凸起，每个环状凸起与一个环状凹槽相对。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电机堵转保护装置，其特征在于，所述电机堵转保护装置还包括齿轮(7)，所述齿轮(7)设置在所述输入轴(1)上。

5.一种线控液压制动系统，其特征在于，所述线控液压制动系统包括踏板组件(01)、电子控制单元(02)、制动控制器(03)、位移电机(04)、制动减速器(05)、制动器(06)和权利要求1-4任一项所述的电机堵转保护装置(07)，其中，

所述踏板组件(01)与所述电子控制单元(02)电性连接，所述电子控制单元(02)与所述制动控制器(03)电性连接，所述制动控制器(03)与所述位移电机(04)电性连接；

所述位移电机(04)与所述电机堵转保护装置(07)的输入轴(1)传动连接，所述电机堵转保护装置(07)的输出轴(3)与所述制动减速器(05)的输入轴传动连接，所述制动减速器(05)的输出轴与所述制动器(06)传动连接；

所述电子控制单元(02)与所述电机堵转保护装置(07)电性连接。

6.根据权利要求5所述的线控液压制动系统，其特征在于，所述线控液压制动系统还包括力矩电机(08)，所述制动控制器(03)与所述力矩电机(08)电性连接；

所述力矩电机(08)与所述电机堵转保护装置(07)的输入轴(1)传动连接。

7.根据权利要求6所述的线控液压制动系统，其特征在于，所述线控液压系统还包括力矩传感器(09)，所述力矩传感器(09)设置在所述位移电机(04)的输出轴上，所述力矩传感器(09)与所述电子控制单元(02)电性连接。

8.根据权利要求5-7任一项所述的线控液压制动系统，其特征在于，所述踏板组件(01)包括制动踏板(001)、输入杆(002)、反馈电机(003)、反馈减速器(004)、反馈电机控制器(005)、踏板位移传感器(006)和踏板速度传感器(007)；

所述制动踏板(001)与所述输入杆(002)连接，所述踏板位移传感器(006)和所述踏板速度传感器(007)设置在所述输入杆(002)上，所述电子控制单元(02)与所述踏板位移传感器(006)、所述踏板速度传感器(007)、所述反馈电机控制器(005)电性连接；

所述反馈电机控制器(005)与所述反馈电机(003)电性连接，所述反馈电机(003)与所述反馈减速器(004)的输入轴传动连接，所述反馈减速器(004)的输出轴与所述输入杆(002)传动连接。

9.根据权利要求5-7任一项所述的线控液压制动系统，其特征在于，所述线控液压制动系统还包括速度传感器(010)和力传感器(011)，所述速度传感器(010)和所述力传感器(011)设置在所述制动减速器(05)的输出轴上；

所述电子控制单元(02)与所述速度传感器(010)、所述力传感器(011)电性连接。

10.根据权利要求5-7任一项所述的线控液压制动系统，其特征在于，所述线控液压制动系统还包括车速传感器(012)和轮速传感器(013)，所述电子控制单元(02)与所述车速传感器(012)、所述轮速传感器(013)电性连接。

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