專利名稱：一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種機(jī)電液一體化的制動(dòng)裝置，特別是一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛行駛安全性要求的不斷提高，推動(dòng)了機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展。為克服現(xiàn)有的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)用于機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)所存在的不足，近年來(lái)線控制動(dòng)(Brake-by-wire)技術(shù)的發(fā)展受到業(yè)內(nèi)的高度重視，成為機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng)域研究的前沿技術(shù)。與防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABQ相比，線控制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)踏板不再起到提供制動(dòng)力的功能，而是起到發(fā)出制動(dòng)強(qiáng)度需求大小指令的作用。線控制動(dòng)系統(tǒng)不僅能夠使車輛制動(dòng)性能以及整車動(dòng)力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高，而且特別適合于在電動(dòng)汽車(包括混合動(dòng)力電動(dòng)車輛)中應(yīng)用。目前實(shí)現(xiàn)線控制動(dòng)的技術(shù)途徑可分為電子液壓制動(dòng)(EHB)和電子機(jī)械制動(dòng)(EMB) 兩大類。如在公幵文獻(xiàn) Yasushi Aoki, et al. Development of Hydraulic Servo Brake System for Cooperative Control with Regenerative Brake. SAE paper 2007-01—0868 中提出了一種EHB線控制動(dòng)系統(tǒng)，以解決混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的制動(dòng)問(wèn)題。該系統(tǒng)的核心部分為液壓伺服單元(由多個(gè)電磁閥和壓力傳感器等組成)和高壓液壓源(由電機(jī)、液壓泵和液壓蓄能器組成)，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)管路內(nèi)壓力的控制調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)制造成本增加，而其制動(dòng)性能雖有提高但不顯著。又如中國(guó)發(fā)明專利CN101596868B公開(kāi)了屬電子機(jī)械制動(dòng)(EMB) 的“一種汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)中電子制動(dòng)器的傳動(dòng)裝置”，制動(dòng)電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾珠絲杠的螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠作直線運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)與滾珠絲杠連接的制動(dòng)缸活塞體作前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剎車或松剎。該裝置采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)加上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，直接通過(guò)制動(dòng)器對(duì)制動(dòng)輪施加作用力。但產(chǎn)生較大的作用力以及增加轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，使該裝置重量增加、體積增大，實(shí)際應(yīng)用較為困難。如何克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，進(jìn)一步提高車輛制動(dòng)效能，已成為當(dāng)今機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的一項(xiàng)重大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，本發(fā)明不僅可以直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器控制制動(dòng)力大小，而且具有自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)間隙的功能，有利于提高機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)性能。根據(jù)本發(fā)明提出的一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，包括制動(dòng)鉗體、 橡膠環(huán)、輪缸活塞、摩擦塊和制動(dòng)盤(pán)，輪缸活塞位于制動(dòng)鉗體內(nèi)部的輪缸內(nèi)，橡膠環(huán)則位于輪缸活塞和輪缸之間，摩擦塊分別對(duì)稱位于制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)，左側(cè)的摩擦塊和輪缸活塞相連， 右側(cè)的摩擦塊與制動(dòng)鉗體相連接，其特征在于還包括電磁直線執(zhí)行器、可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件、連接件、柱塞、補(bǔ)液孔、儲(chǔ)液罐和液壓腔，電磁直線執(zhí)行器與制動(dòng)鉗體連接為一體，可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件通過(guò)連接件與柱塞相連接，當(dāng)柱塞位于最左端位置，儲(chǔ)液罐通過(guò)位于電磁直線執(zhí)行器內(nèi)部的補(bǔ)液孔與液壓腔相連通，液壓腔位于柱塞和輪缸活塞之間。本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明依據(jù)給定的制動(dòng)力需求，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電流作閉環(huán)控制，使直驅(qū)電液制動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的制動(dòng)功能。其中，電磁直線執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電流的大小與其產(chǎn)生的電磁作用力的大小成正比例關(guān)系，在需要制動(dòng)時(shí)，給電磁直線執(zhí)行器提供驅(qū)動(dòng)電流使其產(chǎn)生電磁作用力，推動(dòng)柱塞從左向右運(yùn)動(dòng)，使液壓腔內(nèi)的壓力升高，基于不等缸徑液壓缸的作用力放大原理，存在關(guān)系式 /^ = D2/d2式中和Fd分別為輪缸活塞上作用力和柱塞上作用力，D和d分別為輪缸活塞直徑和柱塞直徑。輪缸活塞上作用力通過(guò)摩擦塊作用在轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)盤(pán)上，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，而所需該制動(dòng)力矩的強(qiáng)弱可通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁直線執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電流的大小來(lái)獲得。輪缸活塞通過(guò)摩擦塊所產(chǎn)生的制動(dòng)力的大小與電磁直線執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電流大小成正比例關(guān)系，即F = KI，式中F和I分別制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電流，K為比例系數(shù)。制動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)給電磁直線執(zhí)行器提供反向的驅(qū)動(dòng)電流使柱塞復(fù)位，液壓腔內(nèi)的壓力下降，而輪缸活塞在橡膠環(huán)的作用下復(fù)位。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)是第一，通過(guò)執(zhí)行器電流大小直接控制制動(dòng)力大小，實(shí)現(xiàn)無(wú)中間環(huán)節(jié)的直接驅(qū)動(dòng)，有利于提高制動(dòng)性能；第二，基于不等缸徑液壓缸的作用力放大原理，有利于降低電磁直線執(zhí)行器的體積、重量；第三，取消了常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)助力、液壓管路、ABS壓力調(diào)節(jié)模塊等，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔化、模塊化，同時(shí)也具備自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)間隙的功能；第四，每輪一直驅(qū)電液制動(dòng)單元并能實(shí)現(xiàn)快速、精確的獨(dú)立調(diào)節(jié)，為滿足汽車整車動(dòng)力學(xué)控制的高要求提供了前提條件。本發(fā)明不僅適用于汽車 (包括常規(guī)汽車和電動(dòng)汽車)，而且還適用于飛機(jī)、軌道車輛、工程機(jī)械等需要線控制動(dòng)系統(tǒng)的領(lǐng)域，滿足預(yù)定的制動(dòng)效能。


圖1為本發(fā)明提出的一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提出的由直驅(qū)電液制動(dòng)單元構(gòu)成的一種線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明提出的由直驅(qū)電液制動(dòng)單元構(gòu)成的另一種線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。結(jié)合圖1，本發(fā)明提出的一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，它包括電磁直線執(zhí)行器1、可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件2、連接件3、柱塞4、補(bǔ)液孔5、儲(chǔ)液罐6、 制動(dòng)鉗體7、橡膠環(huán)8、輪缸活塞9、摩擦塊10、制動(dòng)盤(pán)11和液壓腔12。其中電磁直線執(zhí)行器1為伺服直線電機(jī)，它與制動(dòng)鉗體7連接為一體，固定在車輛車輪附近的適當(dāng)位置上，并可沿其軸線滑動(dòng)；可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件2為動(dòng)圈或動(dòng)鐵，通過(guò)連接件3與柱塞 4相連接，并可沿其軸線運(yùn)動(dòng)；柱塞4的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(運(yùn)動(dòng)方向、位移和速度)受電磁直線執(zhí)行器1驅(qū)動(dòng)電流的方向和大小控制，在柱塞4位于最左端位置時(shí)，儲(chǔ)液罐6內(nèi)的制動(dòng)液通過(guò)位于電磁直線執(zhí)行器1內(nèi)部的補(bǔ)液孔5與液壓腔相連通；輪缸活塞9位于制動(dòng)鉗體7內(nèi)部
4的輪缸內(nèi)，橡膠環(huán)8則位于輪缸活塞9和輪缸之間，起到密封和復(fù)位的作用；摩擦塊10有兩塊分別對(duì)稱位于制動(dòng)盤(pán)11的兩側(cè)，左側(cè)的摩擦塊和輪缸活塞9相連，右側(cè)的摩擦塊與制動(dòng)鉗體7相連接，液壓腔12位于柱塞4和輪缸活塞9之間，制動(dòng)盤(pán)11用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。以提供10000N的最大制動(dòng)力為例，確定直驅(qū)電液制動(dòng)單元的主要參數(shù)如下輪缸活塞9直徑D :38mm;柱塞4直徑d :6mm;液壓腔12內(nèi)的壓力達(dá)到12Mpa時(shí)(摩擦系數(shù) μ = 0.38)，最大制動(dòng)力為:2μ (jiD2/4)p = 10343N;輪缸活塞9作用力為:2(JiD2/4)p = 27219N ；電磁直線執(zhí)行器1提供的電磁作用力為(π d2/4)p = 339N。結(jié)合圖2，本發(fā)明提出的由直驅(qū)電液制動(dòng)單元構(gòu)成的一種線控制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，是在設(shè)計(jì)圖1所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元的基礎(chǔ)上，將主控制器及單元控制器等均連接到數(shù)據(jù)總線上；在每一車輪上均安裝一套直驅(qū)電液制動(dòng)單元及相應(yīng)的單元控制器和驅(qū)動(dòng)模塊；直流電源分別通過(guò)各輪的驅(qū)動(dòng)模塊連接至各輪的電磁直線執(zhí)行器1，在單元控制器的控制下為電磁直線執(zhí)行器1提供驅(qū)動(dòng)電流。其控制原理是線控制動(dòng)系統(tǒng)有一主控制器，主控制器接收制動(dòng)踏板位置、車速、各輪輪速等信號(hào)，通過(guò)處理后得出各輪的制動(dòng)力需求發(fā)送給各單元控制器。主控制器的功能可視實(shí)際需求確定，可以是只完成車輛制動(dòng)功能，也可完成整車動(dòng)力學(xué)控制功能，在電動(dòng)車中還可以完成摩擦制動(dòng)與回饋制動(dòng)協(xié)調(diào)控制的功能。各單元控制器依據(jù)給定的制動(dòng)力需求通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電流作閉環(huán)控制，使直驅(qū)電液制動(dòng)單元1完成相應(yīng)的制動(dòng)功能。結(jié)合圖3，本發(fā)明提出的直驅(qū)電液制動(dòng)單元所構(gòu)成的另一種線控制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，是在設(shè)計(jì)圖1所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元的基礎(chǔ)上，將柱塞4及左、右車輪制動(dòng)器輪缸活塞9間的液壓腔12由液壓管路連通，由一個(gè)電磁直線執(zhí)行器1驅(qū)動(dòng)單一柱塞4，提高液壓腔12的壓力，分別為左、右兩個(gè)車輪的制動(dòng)器提供作用力。這一方案中存在較短的液壓管路，同時(shí)左、右兩個(gè)車輪的制動(dòng)器的制動(dòng)力大小一致，對(duì)比圖2所述的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足了簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和降低成本的需要。
權(quán)利要求
1.一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，包括制動(dòng)鉗體7、橡膠環(huán)8、輪缸活塞 9、摩擦塊10和制動(dòng)盤(pán)11，輪缸活塞9位于制動(dòng)鉗體7內(nèi)部的輪缸內(nèi)，橡膠環(huán)8則位于輪缸活塞9和輪缸之間，摩擦塊10分別對(duì)稱位于制動(dòng)盤(pán)11的兩側(cè)，左側(cè)的摩擦塊10和輪缸活塞9相連，右側(cè)的摩擦塊10與制動(dòng)鉗體7相連接，其特征在于還包括電磁直線執(zhí)行器1、可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件2、連接件3、柱塞4、補(bǔ)液孔5、儲(chǔ)液罐6和液壓腔12，電磁直線執(zhí)行器1與制動(dòng)鉗體7連接為一體，可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件2通過(guò)連接件 3與柱塞4連接，當(dāng)柱塞4位于最左端位置，儲(chǔ)液罐6通過(guò)位于電磁直線執(zhí)行器1內(nèi)部的補(bǔ)液孔5與液壓腔12相連通，液壓腔12位于柱塞4和輪缸活塞9之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，其特征是作為驅(qū)動(dòng)部件的電磁直線執(zhí)行器1為伺服直線電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，其特征是可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件2為動(dòng)圈或動(dòng)鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，其特征是輪缸活塞9和柱塞4之間存在基于不等缸徑液壓缸的作用力放大原理的關(guān)系式T1ZFd = D2M2式中和Fd分別為輪缸活塞9上作用力和柱塞4上作用力，D和d分別為輪缸活塞9直徑和柱塞4直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，其特征是輪缸活塞9和柱塞4之間存在基于不等缸徑液壓缸的作用力放大原理的關(guān)系式T1ZFd = D2M2式中和Fd分別為輪缸活塞9上作用力和柱塞4上作用力，D和d分別為輪缸活塞9直徑和柱塞4直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，其特征是柱塞4的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(運(yùn)動(dòng)方向、 位移和速度)受電磁直線執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電流的方向和大小控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，其特征是摩擦塊10所產(chǎn)生的制動(dòng)力的大小與電磁直線執(zhí)行器1的驅(qū)動(dòng)電流大小成正比例關(guān)系，即F = KI，式中F和I分別制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電流，K為比例系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種機(jī)電液一體化的制動(dòng)裝置，特別是一種用于線控制動(dòng)系統(tǒng)的直驅(qū)電液制動(dòng)單元，它包括制動(dòng)鉗體7、橡膠環(huán)8、輪缸活塞9、摩擦塊10和制動(dòng)盤(pán)11，其特征在于還包括電磁直線執(zhí)行器1、可沿其軸線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)部件2、連接件3、柱塞4、補(bǔ)液孔5、儲(chǔ)液罐6和液壓腔12。本發(fā)明不僅可以直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器控制制動(dòng)力大小，而且具有自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)間隙的功能，有利于提高機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)性能。本發(fā)明廣泛適用于汽車(包括常規(guī)汽車和電動(dòng)汽車)以及飛機(jī)、軌道車輛、工程機(jī)械等需要線控制動(dòng)系統(tǒng)的領(lǐng)域，滿足預(yù)定的制動(dòng)效能。
文檔編號(hào)B60T13/66GK102442291SQ20111033256
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者常思勤, 李小攀, 龔小祥 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)