专利名称：人力操纵与线控一体化的制动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机电一体化的车辆多工况制动系统，具体涉及一种机械部分采用杠杆原理的人力操纵与线控一体化的制动系统。
背景技术：
随着日本丰田公司i-unit和i-real这两款可变轴距的单人电动概念车的展出， 这种清洁环保的单人地面交通工具逐渐进入人们的视野。由于该种车辆只处于概念阶段， 且最高时速远低于常规轿车，因此对制动系统的要求不高，单独采用纯机械结构或者线控结构，甚至是采用轮毂电机反转来完成制动，这些设计都是可行的。但是，单一的系统都存在一定的缺陷——机械系统虽然可靠性比较高，但是难以兼备车辆驻车制动和车辆自动驾驶制动等多功能；线控系统虽然能完成所有工况的制动，但是在制动感觉和可靠性上都存在缺陷。目前还没有一套机械和线控一体化的制动系统，既可以实现车辆在所有工况下的制动功能(包括车辆常规行车制动，车辆驻车制动，车辆自动驾驶制动)，又能使驾驶员获得良好的制动感觉，同时，整套制动系统又具有较高的安全性和可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种人力操纵与线控系统一体化的制动系统，完成车辆的多工况制动，包括车辆常规行车制动，车辆驻车制动，车辆智能随行制动，同时保证制动系统的可靠性和制动感觉。为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案一种人力操纵与线控系统一体化的制动系统，包括传动杆组，所述传动杆组通过安装孔设于车架之下，且传动杆组绕安装孔转动，传动杆组的前端为踏板，传动杆组的后端为连接部，所述连接部前侧连接电机组，所述电机组连接ECU控制单元，所述连接部后侧与制动车轮的制动执行器连接。进一步地，还设有回位弹簧，该回位弹簧一端连接着所述连接部后侧，另一端与车架固定连接。进一步地，所述制动执行器包括制动蹄和制动鼓，所述制动蹄与所述连接部后侧连接，所述制动鼓与车轮连接。进一步地，所述连接部后侧通过第一钢丝绳拉动制动执行器。或者，所述连接部后侧通过第一钢丝绳连接制动主缸，所述制动主缸的输出分成两条液压管路分别通过制动轮缸与制动执行器连接。进一步地，所述连接部前侧通过第二钢丝绳与电机组输出端连接。优选地，所述电机组为天窗电机。或者，所述电机组包括制动电机和蜗轮蜗杆，所述E⑶控制单元连接蜗轮蜗杆，所述蜗轮蜗杆连接制动电机，所述制动电机的输出端通过第二钢丝绳与连接部前侧连接。进一步地，所述连接部为传动杆组后端延伸出的连接板，所述连接板后侧分别设有回位弹簧和第一钢丝绳，所述回位弹簧还与车架连接，所述第一钢丝绳与所述制动执行器连接，所述连接板前侧设有第二钢丝绳，所述第二钢丝绳还与所述电机组的输出端连接。进一步地，所述车架前端设有底板，所述底板的前端设有开槽，所述传动杆组的前端在底板下经过，并通过所述开槽，当传动杆组绕安装孔转动时，踏板经开槽藏入底板下。进一步地，所述传动杆组、底板、和电机组偏离车架中心轴、设于车架的一侧，所述传动杆组后端上的连接部后侧上设有第一钢丝绳，所述第一钢丝绳分成两股，分别通过两个绳轮与制动执行器连接。进一步地，所述E⑶控制单元的输入端设传感器。本发明的机械部分主要采用杠杆原理的机构，包括制动踏板，传动杆组，安装孔， 钢丝绳，绳轮，弹簧；电控部分包括制动电机，ECU控制单元，传感器。踏板连接传动杆组， 通过安装孔，传动杆组安装在底盘上，回位弹簧将杆组的一端和车架连接起来，电机连接钢丝绳，也拉动传动杆组，即电机制动与机械踏板制动并联，传动杆组另外一端连接制动执行
ο本发明的有益效果是车辆在常规行驶模式下，可以采用机械制动方式，驾驶员脚踩踏板即可完成制动，通过调整传动杆组在安装孔两端的长度，即可以得到合适的杠杆比， 从而将踏板力控制在所需的范围内；当车辆驻车时，电机通过钢丝绳拉动传动杆组，传动杆组带动制动执行器，同时，踏板由于杠杆原理缓缓收起，直到进入地板内，当用于单人电动车时，可以节省空间，方便驾驶员上下车；车辆自动驾驶时，ECU控制单元接收到测距传感器发来的信号，控制制动电机转动，实现自动驾驶时的制动。另外，所述传动杆组贴合底盘形状设计，大大缩减了对于安装空间的要求。而且，回位弹簧布置在杠杆端，减小了踏板布置所需空间。在底板上设计一个开槽，驻车时制动踏板可收入底板中，方便驾驶员上下车。 最后制动电机与制动踏板并联，使得两者可以独立工作，互不干扰。
图1、图2为本发明涉及的人力操纵与线控系统一体化的制动系统所运用的车体示意图。图3为本发明涉及的人力操纵与线控系统一体化的制动系统的结构示意图。图4为本发明涉及的人力操纵与线控系统一体化的制动系统所运用的车体俯视图。图5为实施例1的运动简图。图6为实施例2的运动简图。图7为实施例3的运动简图。
具体实施例方式参见图1、图2，为本发明涉及的人力操纵与线控系统一体化的制动系统所运用的车体。该车体包括由多根支架组成的车架100、驱动系统、车轮和制动系统。所述车架100 包括车架本体和设于车架本体最前端的底板3，车轮有四个，驱动系统负责提供车轮的动力，制动系统负责各种工况下的制动功能，本文中的前端，后端，前侧，后侧均依循车子的行进方向而定。
参见图3，所述制动系统设于车架100下，并与两后轮连接。制动方式为后轮制动。 包括传动杆组2，所述传动杆组2通过安装孔4设于车架100之下，且传动杆组2绕安装孔 4转动，传动杆组2的前端为踏板1，传动杆组2的后端为连接部17，所述连接部17前侧连接电机组，所述电机组连接E⑶控制单元，所述连接部17后侧与制动车轮的制动执行器连接。本发明通过杠杆原理实现制动力的传递，结合图1、图2，车架100中间有一横杆101，安装孔4设于该横杆101中(图1、2中未示出)，传动杆组2上设有一 U形连接块15，该连接块15与安装孔4连接，并可绕安装孔4转动，即安装孔4为杠杆支点。本制动系统通过驾驶员脚踩所述踏板1完成机械制动。踩动踏板1，传动杆组2绕支点转动，通过位于传动杆组2后端的连接部17，制动力被传递到制动执行器上。所述制动执行器包括制动蹄8和制动鼓9，所述制动蹄8与所述连接部17后侧连接，所述制动鼓9与车轮连接。也可通过线控方式实现制动，ECU控制单元发出指令，电机组接收后，也能带动连接部17转动，这样制动力也会被传递到制动执行器上。参见图4，为车体的俯视图，同时也是制动系统在车上的布置图。所述连接部17后侧可通过第一钢丝绳6拉动制动执行器。而所述连接部17前侧可通过第二钢丝绳5与电机组输出端连接。机械制动时，传动杆组2转动，连接部17后侧向前倾转(主视方向为逆时针)，连接部17后侧通过第一钢丝绳6将制动力传递到制动执行器上。当以线控方式制动时，电机组工作，输出端通过第二钢丝绳5也使传动杆组2转动，连接部17后侧依然向前倾转，还是通过第一钢丝绳6将制动力传递到制动执行器上。所述连接部17后侧还可通过第一钢丝绳6连接制动主缸12，所述制动主缸12的输出分成两条液压管路18分别与两个制动轮缸连接，所述制动轮缸与制动执行器连接，液压传动力大而且易于传递及配置。所述制动系统还设有回位弹簧14，该回位弹簧14 一端连接着所述连接部17后侧， 另一端与车架100固定连接。回位弹簧14用于机械制动，当传动杆组2转动时，回位弹簧 14受压，制动解除后(取消踩踏板1)，借助回位弹簧14作用，可以使传动杆组2回到初始状态。所述电机组既可以是集成电机和蜗轮蜗杆结构的天窗电机，也可以是包括制动电机10和蜗轮蜗杆两个独立部件，所述ECU控制单元连接蜗轮蜗杆，所述蜗轮蜗杆连接制动电机10，所述制动电机10的输出端通过第二钢丝绳5与连接部17前侧连接。结合图3，所述连接部17为传动杆组2后端延伸出的连接板，所述连接板设孔，在后侧方向上分别连接回位弹簧14和第一钢丝绳6，所述回位弹簧14还与车架100连接，所述第一钢丝绳6与所述制动执行器连接，所述连接板还设孔，在前侧方向上连接第二钢丝绳5，所述第二钢丝绳5还与所述电机组的输出端连接。当然，连接部17也可以以其它结构形式，其作用在于在后侧上连接回位弹簧14和制动执行器，在前侧上连接电机组。参见图1、2，所述车架100前端设有底板3，所述底板3的前端设有开槽16，所述传动杆组2的前端在底板3下经过，并通过所述开槽16，当传动杆组2绕安装孔4转动时，踏板1经开槽16藏入底板3下。另外，所述传动杆组2、底板3、和电机组偏离车架中心轴、设于车架100的一侧，所述传动杆组2后端上的连接部17后侧上设有第一钢丝绳6，所述第一钢丝绳6分成两股，分别通过两个绳轮7与制动执行器连接。
所述ECU控制单元的输入端设传感器。在行驶中，当传感器接收到离前车车距过近的信息后，可通知E⑶控制单元发出自行制动指令。以下将通过几个实施例说明各工况制动下的工作原理。实施例1。参见图5，制动系统应用于传统发动机驱动的汽车上，制动执行器采用机械式结构。制动踏板1与传动杆组2焊接在一起，通过安装孔4安装于车架100上，藏于底板3之下。回位弹簧14安装于车架100，与传动杆组2后端的连接部17连接。第一钢丝绳6连接传动杆组2的连接部17后侧，通过制动绳轮7连接制动钳(制动蹄8)，制动钳 (制动蹄8)与制动盘(制动鼓9)连接。常规制动时，驾驶员踩制动踏板1，传动杆组2绕着安装孔4旋转，通过杠杆比作用拉紧第一钢丝绳6，第一钢丝绳6绕过绳轮7拉紧制动钳(制动蹄8)，制动钳(制动蹄8) 夹紧制动盘(制动鼓9)，从而起到制动的作用。只需将杆组的杠杆比调整在合适的范围内， 即调节踏板1与支点间的距离以及支点与连接部17间的距离，就可将制动力控制在所需的范围内，从而轻松的完成常规制动。当车辆时速提高后，制动电机10可以提供辅助制动力， 保证刹车距离的同时使驾驶员操作更加轻松。相较于电子系统，机械系统更加可靠，即使当制动电机10失效时，车辆的制动还是可以通过驾驶员踩踏板1来实现，不会出现危险情况。驻车制动时，驾驶员按下按钮，E⑶接受到信号后即可控制制动电机10正转，制动电机10连接蜗轮11拉紧第二钢丝绳5，第二钢丝绳5拉动传动杆组2，传动杆组2绕安装孔 4转动，传动杆组2拉动第一钢丝绳6，第一钢丝绳6通过绳轮7，拉动制动钳(制动蹄8)， 制动钳(制动蹄8)夹紧制动盘(制动鼓9)。同时制动踏板1在第二钢丝绳5的做用下， 收入底板3中，完成踏板1的折叠功能。ECU控制电机在转动到一定位置后停动，由于蜗轮蜗杆的自锁作用，电机掉电后，第二钢丝绳5保持拉紧状态，驻车制动完成；当ECU接受到指令，控制制动电机10反转，第二钢丝绳5、第一钢丝绳6松开，制动钳(制动蹄8)放开制动盘(制动鼓9)，同时制动踏板1在弹簧14的作用下从底板3中弹出，驻车制动解除。自动行驶制动时，ECU控制单元接收到传感器传来的信号，控制制动电机10正反转，制动电机10连接蜗轮11，蜗轮11通过第二钢丝绳5连接传动杆组2，传动杆组2通过第一钢丝绳6连接制动钳(制动蹄8)，制动钳(制动蹄8)夹紧制动盘(制动鼓9)，完成车辆的自动行驶制动。实施例2。参见图6，制动系统应用于传统发动机驱动汽车上，制动执行器采用液压结构。制动踏板1与传动杆组2焊接在一起，通过安装孔4安装于车架100上，藏于底板 3之下。回位弹簧14安装于车架100，与传动杆组2的连接部17后侧连接。传动杆组2连接制动主缸12，制动主缸12通过液压管路18连接制动轮缸，制动轮缸通过制动钳(或制动蹄总成)与制动盘(或制动鼓9)连接。常规制动时，驾驶员踩制动踏板1，传动杆组2绕着安装孔4旋转，拉动制动主缸 12，制动主缸12通过液压管路18连接制动轮缸，制动轮缸通过制动钳(制动蹄8)与制动盘(制动鼓9)连接，从而起到制动的作用。当车辆时速提高后，制动电机10可以提供辅助制动力。驻车制动时，驾驶员按下按钮，E⑶接受到信号后即可控制制动电机10正转，制动电机连接蜗轮11拉紧第二钢丝绳5，第二钢丝绳5拉动传动杆组2，传动杆组2绕安装孔4 转动，拉动制动主缸12，通过液压管路18连接制动轮缸，制动轮缸带动制动钳(制动蹄8)夹紧制动盘(制动鼓9)，同时制动踏板1在第二钢丝绳5的做用下，收入地板中，完成踏板 1的折叠功能。ECU控制电机在转动到一定位置后停动，由于蜗轮蜗杆的自锁作用，电机掉电后，钢丝绳保持拉紧状态，驻车制动完成；当ECU接受到指令，控制制动电机10反转，第二钢丝绳5松开，制动钳(制动蹄8)放开制动盘(制动鼓9)，同时制动踏板1在回位弹簧14 的作用下从地板中弹出，驻车制动解除。自动行驶制动时，ECU控制单元接收到传感器传来的信号，控制制动电机10正反转，制动电机10连接蜗轮11，蜗轮11通过第二钢丝绳5连接传动杆组2，传动杆组2连接制动主缸12，通过液压管路18连接制动轮缸，制动轮缸带动制动钳(制动蹄8)夹紧制动盘 (制动鼓9)，完成自动行驶制动。实施例3。如图7所示，制动系统用于轮毂电机13驱动的电动车上，制动执行器采用机械式或者液压结构(见图7)。常规制动时，制动过程同实施例1或者实施例2相同。驻车制动时，制动过程同实施例1或者实施例2相同。自动行驶制动时，ECU控制单元接收到传感器传来的信号，控制制动电机10正反转，制动电机10连接蜗轮11，蜗轮11通过第二钢丝绳5连接传动杆组2，传动杆组2连接制动主缸12，通过液压管路18连接制动轮缸，制动轮缸带动制动钳(制动蹄8)夹紧制动盘 (制动鼓9)，完成自动行驶制动。同时，ECU控制单元控制轮毂电机13反转，可以提供一定的制动力矩，帮助制动电机10完成自动行驶制动。
权利要求
1.一种人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是包括传动杆组0)，所述传动杆组( 通过安装孔(4)设于车架(100)之下，且传动杆组( 绕安装孔(4)转动，传动杆组⑵的前端为踏板(1)，传动杆组⑵的后端为连接部(17)，所述连接部(17)前侧连接电机组，所述电机组连接E⑶控制单元，所述连接部(17)后侧与制动车轮的制动执行器连接。
2.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是还设有回位弹簧(14)，该回位弹簧(14) 一端连接着所述连接部(17)后侧，另一端与车架(100)固定连接。
3.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述制动执行器包括制动蹄⑶和制动鼓(9)，所述制动蹄⑶与所述连接部(17)后侧连接，所述制动鼓(9)与车轮连接。
4.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述连接部(17)后侧通过第一钢丝绳(6)拉动制动执行器。
5.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述连接部(17)后侧通过第一钢丝绳(6)连接制动主缸(12)，所述制动主缸(1 的输出分成两条液压管路(18)分别通过制动轮缸与制动执行器连接。
6.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述连接部(17)前侧通过第二钢丝绳( 与电机组输出端连接。
7.根据权利要求6所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述电机组为天窗电机。
8.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述电机组包括制动电机(10)和蜗轮蜗杆，所述ECU控制单元连接蜗轮蜗杆，所述蜗轮蜗杆连接制动电机(10)，所述制动电机(10)的输出端通过第二钢丝绳( 与连接部(17)前侧连接。
9.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述连接部(17)为传动杆组( 后端延伸出的连接板，所述连接板后侧分别设有回位弹簧(14) 和第一钢丝绳(6)，所述回位弹簧(14)还与车架(100)连接，所述第一钢丝绳(6)与所述制动执行器连接，所述连接板前侧设有第二钢丝绳(5)，所述第二钢丝绳( 还与所述电机组的输出端连接。
10.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述车架(100)前端设有底板(3)，所述底板C3)的前端设有开槽(16)，所述传动杆组( 的前端在底板(3)下经过，并通过所述开槽(16)，当传动杆组(2)绕安装孔(4)转动时，踏板(1) 经开槽(16)藏入底板(3)下。
11.根据权利要求10所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述传动杆组O)、底板(3)、和电机组偏离车架中心轴、设于车架100)的一侧，所述传动杆组 (2)后端上的连接部(17)后侧上设有第一钢丝绳(6)，所述第一钢丝绳(6)分成两股，分别通过两个绳轮(7)与制动执行器连接。
12.根据权利要求1所述的人力操纵与线控系统一体化的制动系统，其特征是所述 ECU控制单元的输入端设传感器。
全文摘要
本发明公开了一种人力操纵与线控系统一体化的制动系统，包括传动杆组，所述传动杆组通过安装孔设于车架之下，且传动杆组绕安装孔转动，传动杆组的前端为踏板，传动杆组的后端为连接部，所述连接部前侧连接电机组，所述电机组连接ECU控制单元，所述连接部后侧与制动车轮的制动执行器连接。本发明能实现机械制动、驻车制动、以及自动驾驶制动等多种工况。
文档编号B60T13/74GK102431533SQ20111031744
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者叶大卫, 李涅, 林雨婷, 沈勇, 潘军, 陈辛波 申请人:上海航天汽车机电股份有限公司, 马钧