專利名稱：車輪蝸旋彈簧回能及摩擦制動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種儲存車輛剎車的能量并釋放利用的回能裝置，特別是車輪蝸
旋彈簧回能及摩擦制動裝置，屬于載運工具技術領域。
背景技術：
目前剎車回能采用的方式有很多種，如一是將剎車能量轉變為電能，并將電能存 儲；二是采用將剎車能量轉變為壓縮空氣能進行存儲。這兩類回能裝置在能量轉換的過程 中能量損失大，并且結構較復雜，成本較高。從理論講回能效率最高的是機械儲能，但在目 前用于汽車上是不現實的，因為目前機械能存儲機構的結構龐大，回能裝置過于沉重，尤其 是機械儲能剎車扭矩難以控制。因此對于輕型車來說，有必要尋找一種剎車回能效率高、重 量輕、剎車扭矩可以控制的回能裝置。

發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種蝸旋彈簧剎車回能的裝置，其結構簡
單，能量損失小，回能效率高、重量輕，剎車扭矩可以控制，適合在輕型汽車上使用。 解決本實用新型的技術問題所采用的方案是該裝置中，蝸旋彈簧套在車軸上，
在蝸旋彈簧的兩側分別設置電磁鐵有電磁鐵控制的鎖拴式離合機構，車輪上設置轉速傳感
器，蝸旋彈簧處設置扭矩傳感器，剎車位置設置剎車位移傳感器，油門位置設置油門位移傳
感器，各傳感器信號接入汽車的微電腦控制板，控制板的輸出端連接對應的電磁鐵。 當汽車在正常行駛的過程中，油門位移傳感器、剎車位移傳感器及扭矩傳感器給
出零位信號，汽車的微電腦控制板使上述的鎖拴式離合機構不運動，蝸旋彈簧不與車軸連
接，處于自由狀態；當汽車剎車時，剎車位移傳感器使剎車開關打開，剎車開關信號輸入到
控制板中，電磁鐵使回能的鎖拴式離合機構動作，車軸與蝸旋彈簧的中心一端連接，而蝸旋
彈簧的外側端與軸支架一端連接，處于"上發條"的回能狀態；當汽車再起動或加油時，油門
位移傳感器將信號輸入到控制板中，控制板又啟動釋能的鎖拴式離合機，車軸與蝸旋彈簧
的外側端連接，而蝸旋彈簧的中心端與則軸支架一端連接，處于"松發條"的回能狀態。 本實用新型還包括以下具體的技術方案 蝸旋彈簧的內端固定于套在車軸上的內套軸，蝸旋彈簧的外端固定于外殼盤上， 外殼盤的套管又套在車軸上；內套軸及與其配合的車軸端面設置有一系列鎖拴孔，各孔中 裝入彈簧觸壓的回能鎖緊拴，內套軸的鎖拴孔與其兩側對應的回能鎖盤和外殼盤上的鎖拴 孔正對；外殼盤及與其配合的車軸端面設置與前相同的鎖拴式離合機構，外殼盤和車軸端 面中的釋能鎖緊拴正對側面釋能鎖盤的鎖拴孔。 回能的鎖拴離合機構設置在靠車輪一側，在該側的軸支架上通過導桿裝有調速電 機，導桿的上、下兩端都裝有電磁鐵和觸壓著調速電機的彈簧，調速電機的軸上所裝的扭矩 控制輪延伸在內套軸與外殼盤摩擦面之間的環形空腔中，通過調速電機的扭矩控制輪分別 與內套軸或外殼盤的接觸，實現蝸旋彈簧的中心端或外側端與軸支架的連接，同時還可實現剎車力矩的控制。 蝸旋彈簧兩側的回能鎖盤和釋能鎖盤的端面都設置有滾珠及滾珠槽，鎖盤可以很 輕松地自由轉動；扭矩傳感器設置在回能鎖盤或釋能鎖盤上，采用壓電陶瓷制成，扭矩信號 通過回能鎖盤或釋能鎖盤上的導電環傳輸到汽車的微電腦控制板。 本實用新型的有益效果是本裝置由于采用了機械式的發條回能結構，具有結構 簡單，回能效率高的目的；汽車頻繁剎車的距離約在IO米距離內，因此該裝置設計回收的 能量是汽車短距離20米范圍內剎車的能量，所回收的能量是有限的，這樣就避免了機械式 回能裝置過于沉重的缺點。通過引入調速電機，可以控制剎車和回能的力矩。保留了原有 剎車系統，采用電路板統一控制，可以實現ABS功能。

圖1為本實用新型的結構示意圖； 圖2為本實用新型的釋能離合機構局部放大圖； 圖3為本實用新型的發條外殼盤釋能端示意圖； 圖4為本實用新型的釋能鎖盤示意圖； 圖5為本實用新型的裝置電氣控制原理圖。 圖1 5中各標號依次表示車輪1、軸支架2、車輪輻條3、剎車片4、制動盤5、車 軸6、輪輞7、軸承8、回能電磁鐵9、回能鎖盤10、回能鎖緊拴11 、內套軸12、外殼盤13、蝸旋 彈簧14、釋能鎖緊拴15、釋能鎖盤16、釋能電磁鐵17、鎖孔18、轉速傳感器19、扭矩控制輪 20、下位電磁鐵21 、上位電磁鐵22、調速電機23、扭矩傳感器24、導電環25、控制板26、剎車 位移傳感器27、剎車片裝置28、油門位移傳感器29、導桿30、彈簧31。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。 基本結構參見附圖l，在本裝置中，蝸旋彈簧14的內端與內套軸12焊接；蝸旋彈 簧14的外端與外殼盤13焊接，這樣就構成了蝸旋彈簧整體。蝸旋彈簧體的內套軸12的左 端面和相配合的車軸6端面內嵌入若干回能鎖緊拴11 ，外殼盤13右側管狀端面內嵌入若干 釋能鎖緊拴15。在軸支架2的左右兩端分別嵌入了回能電磁鐵9和釋能電磁鐵17。軸支 架2上安裝了調速電機23，可用于蝸旋彈簧14的不同連接以及能量釋放或回收時扭矩調 節。 該裝置中，回能電磁鐵9有多個電磁鐵構成，其分布參見圖1。回能鎖盤10上有多 個鎖孔，與鎖孔對應的是回能鎖緊拴ll，在磁力的作用下插入鎖孔，實現鎖定連接。回能鎖 盤10或釋能鎖盤16下有滾珠，鎖盤可以自由轉動。回能鎖緊拴11根據回能電磁鐵9的磁 力的強、弱、零三種狀態具有左、中、右三個位置。 扭矩傳感器24可以采用壓電陶瓷，壓電信號通過導電環25輸出至外部的汽車微 電腦控制板(參見圖5);轉速傳感器采用齒圈及電磁感應原理，輸出轉速脈沖信號。 調速電機23是通過導桿30安裝的，導桿30的上、下兩端分別裝有上位電磁鐵22 和下位電磁鐵21，調速電機23的上、下側觸壓著的彈簧31，上位電磁鐵22和下位電磁鐵21 使得調速電機可以上下運動。當處于上位時，扭矩控制輪20將軸支架2與外殼盤13連接；當處于下位時，扭矩控制輪20將軸支架2與內套軸12連接。 具體回收和釋能實現過程如下 非工作狀態汽車在正常行駛的過程中，油門和剎車都處于非工作狀態。油門、剎 車的位移傳感器及扭矩傳感器給出零位信號，除回能電磁鐵9之外，所有電磁鐵不通電，此 時，扭矩控制輪20處于中間位置。控制板26輸出弱電流到回能電磁鐵9，回能電磁鐵有磁 性，對回能鎖緊拴11產生吸引力，回能鎖緊拴11克服彈簧彈力，處于中間位置，既不與外殼 盤13接觸也不與回能鎖盤IO接觸，蝸旋彈簧整體處于自由狀態。 剎車能量的回收當汽車剎車時，需要將汽車的動能進行回收。此時，剎車開關K1 打開，剎車開關信號輸入到控制板26中，同時上位電磁鐵22通電，產生磁力，將調速電機23 整體沿導桿30上移，調速電機23處于上位，扭矩控制輪20與外殼盤13接觸，這樣通過調 速電機23整體軸支架2與發條外殼盤13鎖緊；與此同時，控制板26輸出強電流到回能電 磁鐵9，回能電磁鐵9中產生強磁力，對回能鎖緊拴11產生強吸引力，回能鎖緊拴11克服彈 簧彈力，回能鎖緊拴11插入回能鎖盤10的孔眼中，通過回能鎖盤10將內套軸12與外殼盤 13鎖緊，車軸6和內套軸12連為一體。回能鎖盤10下有滾珠，相對于回能電磁鐵9轉動。 車軸6帶動轉動內套軸12轉動，處于"上發條"的狀態，此時進行回能。為了實現 對剎車力矩的控制，采用調速電機23進行調節。剎車位移傳感器27(參見圖5)將剎車的 力度信號、扭矩傳感器24信號及轉速傳感器19信號三種傳輸給控制板26，控制調速電機 23的轉動方向和速度。通過控制調速電機23可以方便的實現剎車力矩的控制。調速電機 23轉動使得發條內套軸12與軸支架2存在相對運動，沿上緊發條方向運動，則力矩變大，反 之變小。 剎車能量的存儲剎車結束，剎車開關K1斷開，剎車位移傳感器27和油門位移傳 感器29給出零位信號；與此同時，扭矩傳感器24給出扭矩信號。這些信號輸入到控制板26 中，控制板判斷處于剎車能量的存儲狀態。所有電磁鐵不通電，控制板26無電流輸出，回能 電磁鐵9無磁性，回能鎖緊拴11復位彈簧的作用下，處于右位位置，回能鎖緊拴11插入內 套軸12的鎖孔中，使得內套軸12與外殼盤13聯為一體，彼此間不發生相對運動，蝸旋彈簧 14處于靜止狀態，即處于儲能狀態。 剎車能量的釋放當汽車啟動或加油時，油門開關K2(參見圖5)打開，油門開關信 號輸入到控制板26中，同時下位電磁鐵21通電，產生磁力，使調速電機23整體沿導桿30 下移，調速電機23處于下位。扭矩控制輪20與套軸12接觸，這樣通過調速電機23整體軸 支架2與內套軸12鎖緊；與此同時，釋能電磁鐵17通電，對釋能鎖緊拴15產生強吸引力， 釋能鎖緊拴15克服彈簧彈力，向磁鐵方向移動，釋能鎖緊拴15插入釋能鎖盤16的鎖孔18 中，通過釋能鎖盤16將車軸6與發條外殼盤13鎖緊，車軸6和外殼盤13連為一體。釋能 鎖盤16下有滾珠，相對于釋能電磁鐵9轉動。外殼盤13帶動車軸6轉動，處于"松發條"的狀態，此時釋放能量。為了實現對油門力矩的控制，采用調速電機23 進行調節。油門位移傳感器29將油門的力度信號、扭矩傳感器24信號及轉速傳感器19信 號三種傳輸給控制板26控制調速電機23的轉動方向和速度。通過控制調速電機23可以 方便的實現油門力矩的控制。調速電機23轉動使得外殼盤13與軸支架2存在相對運動， 沿上緊發條方向運動，則力矩變大，反之變小。通過上述過程，我們可以實現對蝸旋彈簧力 矩的控制。
5[0029] 為了增加該剎車系統的安全性，該系統保留了原先的剎車系統。由于車輪蝸旋彈 簧回收的能量是有限的，在超過幾十米的剎車距離后，動量無法在回收，此時控制板26給 出信號，系統處于儲能狀態，控制板26啟動原有剎車裝置，剎車片4夾緊制動盤5，實現制 動。在緊急剎車時，剎車力度信號、扭矩傳感器24信號及轉速傳感器19信號輸入至控制板 26中，程序自動判斷，通過蝸旋彈簧和摩擦制動共同控制剎車力矩，可以方便的實現防抱死 功能，即ABS功能。
權利要求一種車輪蝸旋彈簧回能及摩擦制動裝置，其特征在于蝸旋彈簧套在車軸上，在蝸旋彈簧的兩側分別設置電磁鐵有電磁鐵控制的鎖拴式離合機構，車輪上設置轉速傳感器，蝸旋彈簧處設置扭矩傳感器，剎車位置設置剎車位移傳感器，油門位置設置油門位移傳感器，各傳感器信號接入汽車的微電腦控制板，控制板的輸出端連接對應的電磁鐵。
2. 按權利要求1所述的車輪蝸旋彈簧回能及摩擦制動裝置，其特征在于蝸旋彈簧的 內端固定于套在車軸上的內套軸，蝸旋彈簧的外端固定于外殼盤上，外殼盤的套管又套在 車軸上；內套軸及與其配合的車軸端面設置有一系列鎖拴孔，各孔中裝入彈簧觸壓的回能 鎖緊拴，內套軸的鎖拴孔與其兩側對應的回能鎖盤和外殼盤上的鎖拴孔正對；外殼盤及與 其配合的車軸端面設置與前相同的鎖拴式離合機構，外殼盤和車軸端面中的釋能鎖緊拴正 對側面釋能鎖盤的鎖拴孔。
3. 按權利要求2所述的車輪蝸旋彈簧回能及摩擦制動裝置，其特征在于回能的鎖拴離合機構設置在靠車輪一側，在該側的軸支架上通過導桿裝有調速電機，導桿的上、下兩端 都裝有電磁鐵和觸壓著調速電機的彈簧，調速電機的軸上所裝的扭矩控制輪延伸在內套軸 與外殼盤摩擦面之間的環形空腔中。
4. 按權利要求3所述的車輪蝸旋彈簧回能及摩擦制動裝置，其特征在于蝸旋彈簧兩 側的回能鎖盤和釋能鎖盤的端面都設置有滾珠及滾珠槽，扭矩傳感器設置在回能鎖盤或釋 能鎖盤上，采用壓電陶瓷制成，扭矩信號通過回能鎖盤或釋能鎖盤上的導電環傳輸到汽車 的微電腦控制板。
專利摘要本實用新型涉及一種儲存車輛剎車的能量并釋放利用的回能裝置，特別是車輪蝸旋彈簧回能及摩擦制動裝置，屬于載運工具技術領域。該裝置中，蝸旋彈簧套在車軸上，在蝸旋彈簧的兩側分別設置電磁鐵有電磁鐵控制的鎖拴式離合機構，車輪上設置轉速傳感器，蝸旋彈簧處設置扭矩傳感器，剎車位置設置剎車位移傳感器，油門位置設置油門位移傳感器，各傳感器信號接入汽車的微電腦控制板，控制板的輸出端連接對應的電磁鐵。本實用新型結構簡單，能量損失小，回能效率高、重量輕，適合在輕型汽車上使用。
文檔編號B60L7/10GK201530371SQ20092016943
公開日2010年7月21日 申請日期2009年10月9日 優先權日2009年10月9日
發明者陳蜀喬, 陳雨彤 申請人:昆明理工大學