城市公交汽车轮边盘式制动与飞轮储能集成制动装置的制作方法

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盘式制动与飞轮储能集成制动装置。

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。

线控制动系统实现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。

技术实现要素：

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盘式制动与飞轮储能集成制动装置，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盘式制动与飞轮储能集成制动装置，包括盘式制动器、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车轮轮毂内侧，车轮轮毂通过半轴凸缘与半轴固定连接，汽车轮胎与车轮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，行星齿轮机构用来提高飞轮组件中储能飞轮的转速，当汽车中的盘式制动器制动时，电磁离合器接合，汽车轮胎通过半轴、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汽车轮胎转速当量时，电磁离合器分离，中断储能飞轮与汽车轮胎的连接；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汽车轮胎提供辅助驱动力矩；当储能飞轮转速低于汽车轮胎转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮与汽车轮胎的连接。

盘式制动器包括摩擦制动组件、制动摩擦块及制动盘，摩擦制动组件带动制动摩擦块压向或远离制动盘实现对摩擦制动力矩的控制。

摩擦制动组件包括制动电机、制动钳体、丝杆和螺母，制动电机通过滑动销与车桥活动连接，制动钳体采用浮钳形式，制动钳体的一侧与制动电机固定连接，制动钳体的另一侧固定连接有一个制动摩擦块，丝杆的一端与制动电机输出轴固定连接、另一端与螺母配合工作，螺母和另一个制动摩擦块固定连接，制动盘布置在两个制动摩擦块之间，制动电机通过丝杆和螺母组成的丝杠螺母机构来推动两个制动摩擦块压向或移离制动盘以实现对摩擦制动力矩的控制。

行星齿轮机构位于电磁离合器和飞轮组件之间，行星齿轮机构包括齿圈、行星齿轮及太阳轮，电磁离合器包括电磁离合器从动盘，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，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，储能飞轮位于汽车轮毂内侧，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，电磁离合器从动盘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，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：本发明集成了线控盘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车轮轮毂内，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，用于提高储能飞轮的转速，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是本发明的实施例一的结构示意图；

图2是电磁离合器的结构示意图；

图3是盘式制动器的结构示意图；

图4是本发明的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盘式制动与飞轮储能集成制动装置，包括盘式制动器、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车轮轮毂11内侧，车轮轮毂11通过半轴凸缘16与半轴7固定连接，汽车轮胎3与车轮轮毂11随着半轴7一起转动，电磁离合器用于控制储能飞轮4与半轴7的连接或分离，行星齿轮机构用来提高飞轮组件中储能飞轮4的转速，当汽车中的盘式制动器制动时，电磁离合器接合，汽车轮胎3通过半轴7、电磁离合器及行星齿轮机构带动储能飞轮4转动，将部分汽车制动能量转变为储能飞轮4动能，从而分担部分制动力矩，降低摩擦制动器磨损，且暂存了部分制动能量。当储能飞轮4转速高于汽车轮胎3转速当量时，电磁离合器分离，中断储能飞轮4与汽车轮胎3的连接；当汽车起步时，电磁离合器接合，储能飞轮4通过行星齿轮机构、电磁离合器及半轴7给汽车轮胎3提供辅助驱动力矩，从而实现制动能量再利用；当储能飞轮4转速低于汽车轮胎3转速当量时，电磁离合分离，中断储能飞轮4与汽车轮胎3的连接。

本发明集成了线控盘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车轮轮毂11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4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4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4的转速，进而提高储能飞轮4的能量密度，降低了储能飞轮4的质量。

盘式制动器包括摩擦制动组件5、制动摩擦块6及制动盘8，摩擦制动组件5带动制动摩擦块6压向或远离制动盘8实现对摩擦制动力矩的控制，从而现实汽车减速、停车。

摩擦制动组件5包括制动电机51、制动钳体52、丝杆53和螺母54，制动电机51通过滑动销与车桥活动连接，制动钳体52采用浮钳形式，制动钳体52的一侧与制动电机51固定连接，制动钳体52的另一侧固定连接有一个制动摩擦块6，丝杆53的一端与制动电机51输出轴固定连接、另一端与螺母54配合工作，螺母54和另一个制动摩擦块6固定连接，制动盘8布置在两个制动摩擦块6之间，制动电机52通过丝杆53和螺母54组成的丝杠螺母机构来推动两个制动摩擦块6压向或移离制动盘8以实现对摩擦制动力矩的控制。

行星齿轮机构位于电磁离合器和飞轮组件之间，行星齿轮机构包括齿圈13、行星齿轮14及太阳轮15，电磁离合器包括电磁离合器从动盘10，电磁离合器从动盘10与四个行星齿轮14固定连接，四个行星齿轮14与齿圈13内啮合、与太阳轮15外啮合，齿圈13与车桥固定连接，太阳轮15与半轴7通过滚动轴承活动连接，飞轮组件包括飞轮支撑架12和储能飞轮4，太阳轮15的一侧与行星齿轮14啮合，太阳轮15的另一侧与飞轮支撑架12通过花键固定连接，储能飞轮4固定在飞轮支撑架12上。当电磁离合器从动盘10转动时，其通过行星齿轮14带动太阳轮15转动，从而将动力传递至飞轮支撑架12和储能飞轮4，实现增加储能飞轮4转速的目的。

飞轮支撑架12采用高强度合金材料制成，储能飞轮4采用高强度碳素纤维复合材料制成，储能飞轮4位于汽车轮毂内侧，飞轮支撑架12上设置有一个用于检测储能飞轮4转速的转速传感器。

电磁离合器包括电磁离合器主动盘9、1号铆钉17、片式弹簧18、连接键19、2号铆钉20、衔铁21、摩擦环片22、电磁线圈23及滚动轴承24，电磁离合器主动盘9通过连接键19与半轴7固定连接，在电磁离合器主动盘9靠近外边缘位置按圆周等份设置有三个1号铆钉17，片式弹簧18为圆环状且位于电磁离合器主动盘9与衔铁21之间，片式弹簧18的一侧与电磁离合器主动盘9通过三个1号铆钉17固定连接，片式弹簧18的另一侧与衔铁21通过三个2号铆钉20固定连接，用于电磁线圈23断电时衔铁21回位，衔铁21为圆环状，衔铁21的另一侧在电磁线圈23通电时可以与电磁离合器从动盘10上的摩擦环片22接触作用，使得电磁离合器主动盘9与电磁离合器从动盘10接合，电磁离合器从动盘10与半轴7通过滚动轴承24活动连接，电磁离合器从动盘10在其靠近外边缘位置内设置有一个电磁线圈23，电磁离合器在其面向衔铁21的一侧设置有一个摩擦环片22，在其另一侧与行星齿轮机构的四个行星齿轮14固定连接，兼作为行星齿轮系统的行星架，当电磁线圈23没有通电时，衔铁21在片式弹簧18的作用下靠近电磁离合器主动盘9并与电磁离合器从动盘10保持一定距离，此时电磁离合器分离；当电磁线圈23有电流通过时，衔铁21在电磁线圈23磁力的作用下，克服片式弹簧18的弹力作用，压向电磁离合器从动盘10上的摩擦环片22，通过摩擦力作用使得电磁离合器接合。

实施例二：

如图4所示，本实施例的集成制动装置的基本结构和原理与实施例一相似，只是对制动盘8直径、飞轮支撑架12以及储能飞轮4等的尺寸和数量作了相应改动。

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。