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 产生摩擦力制动车轮， 此装置的优点是 ； 系统响 械制动系统直接采用电机作动制动摩擦片， 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。