阅读说明：本技术 一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机及其控制方法 (Integrated hub motor based on hydraulic braking system and control method thereof ) 是由 冷帅 田丰福 郭其涛 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机,包括：制动踏板；制动主缸总成,其与所述制动踏板相连接；制动油管,其一端与所述制动主缸总成相连接；多个制动轮缸,其均与所述制动油管的另一端相连接；蓄能器,其设置在所述制动油管上靠近所述制动主缸总成一侧；回路控制阀,其设置在所述制动油管上靠近所述多个制动轮缸一侧；多个制动器,其一一对应的分别与所述多个制动轮缸相连接；多个轮毂电机,其输出轴一一对应的分别与所述多个制动器相连接；多个轮毂,其一一对应的分别设置在所述多个制动器、多个轮毂电机的外侧。本发明还公开了一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机的控制方法,通过协调两种制动方式,提高制动效率。(The invention discloses an integrated hub motor based on a hydraulic braking system, which comprises: a brake pedal; the brake master cylinder assembly is connected with the brake pedal; one end of the brake oil pipe is connected with the brake master cylinder assembly; a plurality of brake wheel cylinders which are connected with the other end of the brake oil pipe; the energy accumulator is arranged on one side, close to the brake master cylinder assembly, of the brake oil pipe; a circuit control valve provided on the brake oil pipe on a side close to the plurality of brake wheel cylinders; the brakes are respectively connected with the brake wheel cylinders in a one-to-one correspondence manner; the output shafts of the hub motors are connected with the brakes in a one-to-one correspondence manner; and the hubs are correspondingly arranged at the outer sides of the brakes and the hub motors respectively. The invention also discloses a control method of the integrated hub motor based on the hydraulic braking system, and the braking efficiency is improved by coordinating two braking modes.)

一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源车辆技术领域，更具体的是，本发明涉及一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机及其控制方法。

背景技术

随着世界经济的飞速发展，人们的生活节奏也逐渐加快，汽车的保有率在逐年增高，其中，排放小，污染小的电动汽车在市场上的竞争力越来越大。

轮毂电机又称BLDC，是永磁同步电机中的一种，在控制算法上一般采用先进的矢量控制，效率高、精度高。由于价格低，功率密度大，轮毂电机在电动车、扭扭车、滑板车和机器人等领域有广泛的应用。轮毂电机驱动车辆将动力装置、传动装置以及制动装置都整合到轮毂内，使得车辆的机械部分大为简化，增加了底盘布置的空间灵活度。同时轮毂电机驱动车辆各个车轮转矩由整车控制器分配，且独立可控，所以轮毂电机驱动电动车辆相对于传统车辆，动力学控制能够更好地应用，驾驶者可以体验到更好的动力性能、操纵稳定性能以及制动性能。

再生制动(Regenerative braking)亦称反馈制动，是一种使用在电动车辆上的制动技术。在车辆制动时把车辆的动能转化电能并储存起来。再生制动技术作为新能源汽车的一项关键节能环保技术，越来越受到车辆研发领域的关注。而轮毂电机驱动车辆的另一巨大优势在于可以采用轮毂电机再生制动系统。车辆制动时，轮毂电机处于发电模式，动力电池处于充电模式，将制动能量通过再生制动的方式进行回收，对提高车辆的续驶里程具有重要意义。

但是在现有技术中，应用再生制动系统的车辆上存在制动踏板踏空，对电机的性能要求较高，控制策略复杂等诸多问题，并且在实际应用的装置结构上过于复杂，制造成本过高，而最终的制动效率低下，能量回收率不高。

因此，对于再生自动系统的实际应用还有待研究。

发明内容

本发明的目的是设计开发了一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机，通过液压制动系统和轮毂电机的结合，解决了上述问题，实现了两种制动方式的协调配合，并且轮毂电机采用双级轮边减速器，实现了轮毂电机的减速增扭。

本发明的另一个目的是设计开发了一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机的控制方法，根据车辆行驶过程中的多种状态参数，改变车辆的制动方式，在实现能量回收的基础上提高了车辆的制动效率。

本发明提供的技术方案为：

一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机，包括：

制动踏板；以及

制动主缸总成，其与所述制动踏板相连接；

制动油管，其一端与所述制动主缸总成相连接；

多个制动轮缸，其均与所述制动油管的另一端相连接；

蓄能器，其设置在所述制动油管上靠近所述制动主缸总成一侧；

回路控制阀，其设置在所述制动油管上靠近所述多个制动轮缸一侧，用于控制制动油管的通断；

多个制动器，其一一对应的分别与所述多个制动轮缸相连接；

多个轮毂电机，其输出轴一一对应的分别与所述多个制动器相连接；

多个双级轮边减速器，其一一对应的分别设置在所述多个轮毂电机的输出轴上；

多个轮毂，其一一对应的分别设置在所述多个制动器、多个轮毂电机和双级轮边减速器的外侧，并且所述轮毂与所述双级轮边减速器相连接；

其中，所述双级轮边减速器包括：

第一行星齿轮排，其包括第一太阳轮、第一内齿圈、第一行星轴和第一行星架；

其中，所述第一太阳轮固定套设在所述轮毂电机的输出轴上，能够相对于所述输出轴同速转动，所述第一内齿圈固定安装在所述轮毂电机内侧，所述第一行星轴与所述第一行星架固定连接，且所述第一行星架固定在所述轮毂上；

第二行星齿轮排，其包括第二太阳轮、第二内齿圈、第二行星轴和第二行星架；

其中，所述第二太阳轮可旋转的支撑在所述轮毂电机的输出轴上，能够相对于所述输出轴差速旋转；并且所述第二行星架与所述第一太阳轮相连接，能够与所述第一行星架同步转动，所述第二行星轴与所述第二行星架固定连接，所述第二内齿圈固定在所述第一行星架上。

优选的是，还包括：

车速传感器，其设置在车身上；

车轮传感器，其设置在所述轮毂上，用于检测车辆行驶过程中轮胎的信息；

路面传感器，其设置在所述车辆地盘上，用于检测车辆行驶路面信息；

踏板开度传感器，其设置在所述制动踏板上，用于检测制动踏板开度；

整车控制器，其与所述回路控制阀、车速传感器、车轮传感器、路面传感器和踏板开度传感器相连接，用于控制所述回路控制阀的开启或者关闭。

优选的是，所述制动油管包括：

第一制动总管，其一端与所述制动主缸总成相连接；

第二制动总管，其一端与所述制动主缸总成相连接；

两个第一制动分管，其一端均与所述第一制动总管的另一端相连接，另一端与车辆前轮的两个制动轮缸相连接；

两个第二制动分管，其一端均与所述第二制动总管的另一端相连接，另一端与车辆后轮的两个制动轮缸相连接。

优选的是，所述蓄能器和所述回路控制阀均为两个，所述两个蓄能器分别设置在所述第一制动总管和第二制动总管上，所述两个回路控制阀分别设置在所述第一制动总管和第二制动总管上。

优选的是，所述制动器包括：

制动盘，其同轴固定设置在远离所述轮毂的所述输出轴一侧；

制动卡钳，其与所述制动轮缸相连接，且所述制动卡钳相对所述制动盘轴向运动，用于制动所述制动盘；

制动钳座，其固定设置在远离所述轮毂的所述轮毂电机外侧，用于限制所述制动卡钳的运动。

一种基于液压制动系统的集成式轮毂电机的控制方法，使用基于液压制动系统的集成式轮毂电机，包括如下步骤：

步骤一、在车辆行驶过程中，采集制动踏板开度、车速、车辆轮胎与地面的摩擦系数、车辆轮胎的滚动阻力、车辆前轮的内束脚和路面坡度；

步骤二、当X_ped＝0时，保持回路控制阀关闭使制动油管断开；

当X_ped≠0时，通过整车控制器控制回路控制阀打开：

若车辆所需制动力矩小于制动阈值且制动踏板开度小于踏板开度阈值，则整车制动力以所述轮毂电机输出的制动力矩为主，剩余部分由机械液压制动系统补足；

若车辆所需制动力矩不小于制动阈值或者制动踏板开度不小于踏板开度阈值，则整车制动力全部来自机械液压制动系统。

优选的是，所述制动阈值满足：

式中，M_resh为制动阈值，δ为滑移率，V₁为制动初速度，

为车辆行驶的平均车速，m为车辆的重量，g为重力加速度，f_r为车辆轮胎与地面的摩擦系数，f_v为车辆轮胎的滚动阻力，为车辆前轮的内束脚，γ为路面坡度，K为权重系数；

其中，所述滑移率满足：

式中，δ为滑移率，Vt为车辆的理论速度，Va为车辆的实际速度。

优选的是，所述踏板开度阈值为0.7。

优选的是，所述机械液压制动系统通过在车辆制动时，所述制动踏板推动所述制动主缸总成内的制动液，通过制动油管进入各个车轮的制动轮缸，所述制动轮缸的活塞外涨，推动所述制动器。

本发明所述的有益效果：

(1)本发明提供的基于液压制动系统的集成式轮毂电机，通过对轮毂电机和双级轮边减速器的集成实现了高速内转子式电动轮的减速增扭作用，解决轮毂电机驱动扭矩不足，难以应用于大型重载车辆的问题；

(2)本发明提供的基于液压制动系统的集成式轮毂电机，装置集成度高，紧凑合理，占用空间小，使装备集成式轮毂电机的电动汽车整车结构大大简化，大大缩减了采用本设计构型的集成式轮毂电机驱动电动汽车的整车布置空间需求；

(3)本发明提供的基于液压制动系统的集成式轮毂电机，通过液压制动系统和轮毂电机的结合，实现了两种制动方式的协调配合，将现有的商用车辆从气压制动系统代之以液压制动系统，大幅提升车辆制动安全性。

(4)本发明提供的基于液压制动系统的集成式轮毂电机的控制方法，根据车辆行驶过程中的多种状态参数，改变车辆的制动方式，在实现能量回收的基础上提高了车辆的制动效率。

附图说明

图1是本发明所述基于液压制动系统的集成式轮毂电机的整体结构示意图。

图2为本发明所述基于液压制动系统的集成式轮毂电机的剖面结构示意图。

图3为本发明所述基于液压制动系统的集成式轮毂电机的原理结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明所述的基于液压制动系统的集成式轮毂电机，具体包括：轮辋110、轮毂120、制动器130、2个悬架140、动力端200、第一回路控制阀150a、第二回路控制阀150b、第一蓄能器160a、第二蓄能器160b、两个制动总管170、四个制动分管180、制动踏板191、踏板开度传感器192和制动主缸总成190，其中，所述动力端200和制动器均设置在所述轮毂120的内部容纳腔中，所述轮辋110固定设置在所述轮毂120的外侧，所述轮毂120通过悬架140固定在车辆底盘上。

如图2所示，所述动力端包括：轮毂电机210和双级轮边减速器，所述双级轮边减速器包括：第一太阳轮220、至少一个第一行星轮230、第一内齿圈231、第一行星轴(图中未标出)、第一左端行星架240、第一右端行星架250、第二太阳轮260、第二内齿圈281、第二行星轴270、第二行星轮280、第二左端行星架290a和第二右端行星架290b，其中，所述轮毂电机210的外侧具有电机壳，电机壳的两侧向内凹形成凹腔，以便集成制动器130和双级轮边减速器；第一太阳轮220固定套设在轮毂电机210的输出轴上，与轮毂电机210的输出轴同步旋转，第一左端行星架240套在第一行星轴一端；至少一个第一行星轮230固定套设在所述第一行星轴上；第一左端行星架240支撑在所述轮毂电机210的输出轴上；第一右端行星架250套在第一行星轴的另一端；第一内齿圈231固定在所述第一右端行星架250和第一左端行星架240之间，且第一右端行星架250通过螺栓可拆卸的固定在轮毂120上，轮毂120通过螺栓固定在轮辋110上；第一内齿圈231的主体压装在电机壳凹腔内，第一内齿圈231与电机壳一起固定不定；第二太阳轮260主体空套在轮毂电机210的输出轴上，与轮毂电机210的输出轴差速旋转；第二右端行星架290b套在第二行星轴270一端；第二左端行星架290a套在第二行星轴270的另一端，且第二左端行星架290a与第一太阳轮220通过销固定连接，使得第一太阳轮220和第二左端行星架290a同步旋转；第二内齿圈281通过螺栓与第一右端行星架250连接。

如图2所示，本发明所述的制动器130包括制动盘131、制动卡钳134、制动钳座132，采用浮钳盘式制动器；其中，制动盘131通过渐开线花键连接固定在轮毂电机210的输出轴上，同时通过圆螺母和轮毂电机210的输出轴上的轴肩进行轴向定位；制动卡钳134可在制动钳座132内左右移动，制动卡钳134两侧设置有摩擦片133，且远离制动盘131一侧的摩擦片133连接有制动轮缸135，用于推动摩擦片133运动以进行制动，制动钳座132通过螺栓连接固定在电机壳上。本实施例中所使用的浮钳盘式制动器为现有技术中常用的制动器，因此，其具体结构和工作原理在此不做赘述。

如图2所示，从轮毂电机210输出的功率经由输出轴传递到第一太阳轮220，再到第一行星轮230，所以功率从第一太阳轮220经由第二行星轴270传递到套在其上的第二太阳轮260，再传递到第二行星轮280上，因为第一右端行星架250和第一内齿圈231固定在电机壳上静止不动，所以功率经由第二行星轮280直接传递到第二内齿圈281上，最后经由轮毂120传递到车轮上。

如图3所示，制动踏板191与所述制动主缸总成190的活塞相连接；第一制动总管170a和第二制动总管170b的一端均与制动主缸总成190相连接，两个第一制动分管180a，其一端均与所述第一制动总管170a的另一端相连接，另一端与车辆前轮的两个制动轮缸135相连接；两个第二制动分管180b，其一端均与所述第二制动总管170b的另一端相连接，另一端与车辆后轮的两个制动轮缸135相连接。第一蓄能器160a，其设置在所述第一制动总管170a上靠近所述制动主缸总成190一侧；第二蓄能器160b，其设置在所述第二制动总管170b上靠近所述制动主缸总成190一侧；第一回路控制阀150a，其设置在所述第一制动总管170a上靠近所述前轮的两个制动轮缸135一侧；第二回路控制阀150b，其设置在所述第二制动总管170b上靠近所述后轮的两个制动轮缸135一侧，用于控制制动油管的通断。

本发明还包括：车速传感器、车轮传感器、路面传感器、整车控制器(图中未示出)和踏板开度传感器192；车速传感器，其设置在车身上，且所述车速传感器与所述整车控制器相连接；车轮传感器，其设置在所述车辆轮毂120上，用于检测车辆行驶过程中轮胎的信息；路面传感器，其设置在所述车辆地盘上，用于检测车辆行驶路面信息；踏板开度传感器192，其设置在所述制动踏板上，用于检测制动踏板开度；整车控制器，其与所述回路控制阀、车速传感器、车轮传感器、路面传感器和踏板开度传感器相连接，用于控制所述回路控制阀的开启或者关闭。

本发明所述的基于液压制动系统的集成式轮毂电机，本发明提供的基于液压制动系统的集成式轮毂电机，通过对轮毂电机和双级轮边减速器的集成实现了高速内转子式电动轮的减速增扭作用，并且采用两种制动方式相结合的方式，提高了车辆的制动效率，节约能源。

本发明提供的基于液压制动系统的集成式轮毂电机的控制方法，使用所述的基于液压制动系统的集成式轮毂电机，包括如下步骤：

步骤一、在车辆行驶过程中，采集制动踏板开度、车速、车辆轮胎与地面的摩擦系数、车辆轮胎的滚动阻力、车辆前轮的内束脚和路面坡度；

步骤二、当X_ped＝0时，保持回路控制阀关闭使制动油管断开；

当X_ped≠0时，通过整车控制器控制回路控制阀打开：

若车辆所需制动力矩小于制动阈值且制动踏板开度小于踏板开度阈值，则整车制动力以所述轮毂电机输出的制动力矩为主，剩余部分由机械液压制动系统补足；

若车辆所需制动力矩不小于制动阈值或者制动踏板开度不小于踏板开度阈值，则整车制动力全部来自机械液压制动系统。

其中，所述制动阈值满足：

式中，M_resh为制动阈值，δ为滑移率，V₁为制动初速度，为车辆行驶的平均车速，m为车辆的重量，g为重力加速度，f_r为车辆轮胎与地面的摩擦系数，f_v为车辆轮胎的滚动阻力，为车辆前轮的内束脚，γ为路面坡度，K为权重系数；

所述滑移率满足：

式中，δ为滑移率，Vt为车辆的理论速度，Va为车辆的实际速度。

所述踏板开度阈值为0.7。

所述机械液压制动系统通过在车辆制动时，所述制动踏板推动所述制动主缸总成内的制动液，通过制动油管进入各个车轮的制动轮缸，所述制动轮缸的活塞外涨，推动所述制动器。

本发明提供的基于液压制动系统的集成式轮毂电机的控制方法，根据车辆行驶过程中的多种状态参数，改变车辆的制动方式，在实现能量回收的基础上提高了车辆的制动效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。