汽车储能式刹车盘创业计划书.docx

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汽车储能式刹车盘创业计划书

汽车储能式刹车盘创业计划书

1背景技术1

2发明内容2

2.1结构装配2

2.1.1滚动系统2

2.1.2固定系统2

2.1.3储能系统2

2.1.4滑动系统2

2.1.5控制系统3

2.2设计图纸3

2.3附图说明8

2.3.1图纸名称8

2.3.2标注名称9

3具体实施方式9

3.1主机构工作原理9

3.1.1减速工作原理10

3.1.2储能工作原理10

3.1.3加速工作原理11

3.2配合机构工作原理12

3.2.1间隙尺寸12

3.2.2卡齿与卡槽12

3.2.3ECU工作状态控制13

4设计参数14

4.1储能式刹车盘结构尺寸14

4.2储能器规格15

摘要：

本发明属于一种汽车储能装置，在以往的汽车刹车装置的基础上进行改进，将固定盘固定在轮辋或者是刹车盘上，就可将此装置完美地并入鼓式刹车或盘式刹车系统中，发挥其功效。

在固定盘上加工有卡槽并安装磁控阀，增加了一个固定壳，其中装有内外磁固圈和弹性曲片，并在固定壳内侧加工有卡槽也装有磁控阀。

通过芯片处理各个传感器的数据，通过磁控阀控制内外磁固圈在刹车盘卡槽与固定壳卡槽间滑动，使两者在相对静止与相对转动间转变，从而使连接两者的弹性曲片完成弹性势能的收集与释放。

关键词：

混合动力车储能器刹车盘环保节能

1背景技术

汽车的发展已经进入了混合动力的时代，在这个新的领域，日本的油电混合动力系统和欧洲的飞轮动能回收系统，在国际上都已占据了领先的地位，国内在汽车节能环保上一直把精力投入在电动汽车上，我开发的储能式刹车盘在较少改变汽车结构原有布局的情况下完成将普通汽车向节能汽车的转变。

只要将固定盘固定在轮辋或者是刹车盘上，就可将此装置完美地并入鼓式刹车或盘式刹车系统中，发挥其功效。

2发明内容

2.1结构装配

本发明装置包括5个系统：

2.1.1滚动系统

包括结构：

1轮胎2轮辋4固定螺栓5固定盘

固定盘通过固定螺栓固定在轮辋上或者是刹车盘。

2.1.2固定系统

包括结构：

3轮轴6固定壳

轮轴、固定壳、制动钳均固定在汽车地盘上。

2.1.3储能系统

包括结构：

7外磁固圈8弹簧圈9内磁固圈

弹簧圈是由8条弹性曲片构成，由内向外逆时针弯曲构成，两端分别固定在内外磁固圈上。

（因为弹簧圈的结构在画剖面图时会使图面显得比较乱，所以在画剖面图时用一条细线代替。

如图三所示）磁固圈是由机械强度高，磁性强的材料制成。

2.1.4滑动系统

包括结构：

7外磁固圈8弹簧圈9内磁固圈11卡槽12磁控阀

卡槽是在固定盘和固定壳上为防止与磁固圈接触时发生滑动的槽沟，槽沟内的齿纹与磁固圈上的齿纹相吻合，内外槽沟的尺寸与内外磁固圈尺寸为间隙配合。

磁控阀安装在卡槽底部。

2.1.5控制系统

包括结构：

12磁控阀14减速压力传感器15加速压力传感器16处理芯片

分别安装在刹车踏板与加速踏板的压力传感器，传感器将接受的压力信号转化为电信号来控制磁控阀，磁控阀通过改变磁极来产生对磁固圈的引力或斥力，从而使磁固圈在制动盘的卡槽与固定壳的卡槽间固定和滑动。

制动钳仍是由刹车踏板通过液压传动装置控制。

（以上结构参照图一、二、三、四）

2.2设计图纸

汽车储能式刹车盘实体设计图

图一装配结构简单示意图

图二储能式刹车盘结构示意图

图三储能弹簧结构图

图四能量转换系统结构放大图

图五磁固圈与磁控阀的配合原理图（匀速行驶或静止状态）

图六磁固圈与磁控阀的配合原理图（减速行驶状态）

图七磁固圈与磁控阀的配合原理图（加速行驶状态）

图八防止磁固圈自转原理图（卡齿与卡槽形状）

图九磁控阀控制系统原理图

2.3附图说明

2.3.1图纸名称

图一装配结构简单示意图

图二储能式刹车盘结构示意图

图三储能弹簧结构图

图四能量转换系统结构放大图

图五磁固圈与磁控阀的配合原理图（匀速行驶或静止状态）

图六磁固圈与磁控阀的配合原理图（减速行驶状态）

图七磁固圈与磁控阀的配合原理图（加速行驶状态）

图八防止磁固圈自转原理图（卡齿与卡槽形状）

图九磁控阀控制系统原理图

2.3.2标注名称

1轮胎2轮辋3轮轴4固定螺栓5固定盘6固定壳7外磁性固定圈（简称外磁固圈）8弹簧圈9内磁性固定圈（简称内磁固圈）10自由间隙11卡槽12磁控阀13a固定盘卡槽内卡齿13b外磁固圈齿槽13c固定壳卡槽内卡齿14减速压力传感器15加速压力传感器16处理芯片

3具体实施方式

3.1主机构工作原理为：

（如图九所示）需要减速时踩踏减速踏板，减速压力传感器14将信号传给处理芯片16，处理芯片16控制各个磁控阀12使外磁固圈7被推进固定盘的卡槽跟随车轮一起转动，而内磁固圈9仍在固定壳的卡槽内不动，从而使连接内外磁固圈的弹簧圈8被压缩，将汽车的动能转化为储存在弹簧圈8的势能。

需要加速时踩踏加速踏板，加速压力传感器15将信号传给处理芯片16，处理芯片16控制各个磁控阀12使内磁固圈9被推进固定盘的卡槽，而外磁固圈7在固定壳的卡槽内不动，从而使连接内外磁固圈的弹簧圈8中的能量得以释放，使弹性势能转化为汽车的动能。

在匀速行驶时，内外磁固圈受磁控阀控制均被固定在固定壳的卡槽内不动，保持弹性势能不损失。

3.1.1减速工作原理

当需要减速时，轻微踩下刹车踏板，因压力较小，制动钳对刹车盘的作用较小，而压力传感器接受到信号，将信号传给磁控阀，使储能装置先于刹车系统发挥作用，即在刹车系统发挥作用前，储能系统已经将车的动能转化为储能器中的弹性势能储存起来，汽车的速度便有所下降，起到了减速作用。

当需要紧急刹车时，将刹车踏板塌下，液压传动装置控制制动钳发挥作用，则按照传统方式将车停下来。

因用压力传感器接受刹车踏板的信号，所以不会因为安装能量储存系统而对原来的刹车系统产生任何影响，不需要驾驶员做任何刹车习惯的改变，更不会延长了刹车距离，降低制动效果。

3.1.2储能工作原理

上一段从宏观角度讲述了这套装置的减速工作原理，下面讲一下储能原理。

储能阶段主要是由内外磁固圈在固定盘卡槽与固定壳卡槽间滑动完成的，由于内外磁固圈是由弹性曲片连接而成，所以通过改变作用力的方向，在轴方向上，内外磁固圈可以少量滑动，从而完成储能与释能。

在车辆匀速行驶或者静止时，受芯片控制各个磁控阀产生如（图五）的磁场，根据“异性相吸同性相斥”的原理，内外磁固圈均因受磁力作用而被推向固定壳，不与正在高速转动的固定盘接触，因相互间齿纹作用和自锁装置而使内外磁固圈固定在固定壳上。

减速制动时，塌下制动踏板，芯片收到刹车压力传感起传来的信号，使各个磁控阀产生如（图六）的磁场，外磁固圈被推进固定盘的卡槽，而使外磁固圈跟随车轮一起转动（在图三中体现为外磁固圈7逆时针转动，图八中为7跟随着5向上运动，而且7与6分离不接触），而此时内磁固圈仍被固定在固定壳上保持静止，从而使弹性曲片发生形变，阻碍外磁固圈转动，使汽车的动能转化为弹性曲片的弹性势能。

当制动踏板松开时，芯片收不到刹车压力传感起传来的信号，则使各个磁控阀恢复到初始状态（即匀速行驶状态如图五），则外磁固圈又被推回到固定壳的卡槽中，这样一个减速储能过程就完成了。

3.1.3加速工作原理

完成了能量的收集之后，剩下的任务就是要把储存的能量在需要的时候释放出来。

与减速控制系统相似，加速控制系统也是由加速踏板控制加速压力传感器和进气量来完成。

当塌下加速踏板时，进气量增大，ECU接受到信号后，经过计算来控制喷油量使车加速，与此同时加速压力传感器将压力信号转化为电信号传给芯片，芯片控制各个磁控阀产生如（图七）的磁场，而使内磁固圈被推入固定盘的卡槽内，而外磁固圈仍然被固定在固定壳上，从而使在刹车时外磁固圈逆时针转动所储存的弹性势能得以释放，弹性曲片促使内磁固圈逆时针转动，带动固定盘逆时针转动，对车产生向前的推动力。

便达到了用较少的油获得更大加速的目的。

3.2配合机构工作原理：

为了使主机构工作正常，必须设计配合机构来辅助主机构。

配合机构主要包括固定盘卡齿、磁固圈、固定壳卡齿相互间隙，卡槽与卡尺形状设计，自锁装置，以及ECU芯片对于特殊事件的应急反应等。

3.2.1间隙尺寸

因为储能器的能量收集与释放是依靠平移内外磁固圈使卡槽、卡齿相互啮合、分离来完成的，轮辋在高速旋转时的必须要保证卡槽与卡齿的准确啮合与分离，所以必须要控制好固定盘卡齿、磁固圈、固定壳卡齿相互的间隙，如果过大会给磁控阀控制平移带来困难，而且磁固圈在滑动过程中会发生太多的转动而使储存的能量流失，如果过小，在剧烈的震动中会发生车轮卡死状态，造成危险。

经计算研究，如（图八）所示：

固定盘卡齿、磁固圈、固定壳卡齿相互间隔2mm。

这样只有磁固圈在正中间位置时才与两个卡槽都不接触，因为磁固圈受到平衡力作用的时间极短，而且相互间隔距离很小，使磁固圈在滑动过程中损失的旋转量很小，即可保证最小的能量损失。

3.2.2卡齿与卡槽

现在以（图八）所示为例讲解卡齿与卡槽的工作原理。

当13a与13b相啮合时，即外磁固圈6进入固定盘5的卡槽内，为减速阶段。

外磁固圈跟随固定盘运动（在图八中为向上运动）。

当减速阶段结束时，外磁固圈受力向固定壳7的卡槽内运动，因三者在装配时留有间隙，外磁固圈不能在离开固定盘的卡槽的同时进图固定壳的卡槽内，因此外磁固圈会有少量顺时针转动，转动后恰好使固定壳上卡槽的卡齿进入外磁固圈上的卡槽，阻止外磁固圈自转。

如图所示卡齿与卡槽的形状设计是为了更好地完成卡齿与卡槽的啮合与分离。

齿槽的设计特征为前角为80°，后角45°，圆角处理。

这样的角度设计既满足了啮合时强压力的需要，又使分离时简单易行。

3.2.3ECU工作状态控制

因为储能弹簧安装的旋转方向以及卡槽与卡齿的设计方向所限，所以在倒车时无法储能，此时ECU芯片不会发出储能指令。

因为储能弹簧的最大形变尺度等限制，不同型号的储能器会有其自身的储能极限，当汽车在长时间处于下坡状态时，储能器达到其储能极限，极限压力传感器会将信息传给芯片，芯片在此状态下不再发出储能指令，此时踏下刹车踏板将只会带动传统刹车机构而不会再向储能器发出发出指令。

在储能器将其储存能量全部释放后，ECU芯片处理原理将与储满时同理。

当汽车在颠簸路面行驶时，车轮会发生剧烈震动，可能使磁固圈与固定壳的卡齿与卡槽分离，发生意外，所以在匀速行驶时，ECU芯片会控制自锁装置，锁住磁固圈，为防止磁固圈从固定壳上弹出，保证正常行驶的安全。

传统制动结构图

4设计参数

4.1储能式刹车盘结构尺寸

结构名称

尺寸位置

尺寸大小

固定盘

直径

35cm

固定壳

外直径

32cm

内直径

30cm

轴向长度

10cm

外磁固圈

外直径

28cm

内直径

26cm

轴向长度

8cm

内磁固圈

外直径

14cm

内直径

12cm

轴向长度

8cm

弹簧圈

轴向长度

6cm

4.2储能器规格

对于储能器来说，弹簧圈材料选择较为广泛，主要限制因素在于电磁铁将磁固圈压紧在固定盘卡槽内的轴向推力

，轴向推力

直接决定了储能器在前进方向上给予汽车最大的弹性阻力。

外磁固圈的外径为14厘米，内径为13厘米。

那么可求得外固定壳的横截面积：

s=π

—π

=π*

—π*

=84.792786

=0.0084792786

当使用推力为1公斤的电磁铁时，能够提供的压力强度为100000pa。

那么外磁固圈轴向所受的电磁铁推力为：

=PS=100000pa*0.00847927

=847.927N

因为卡尺设计前角为80°，轴向力

与径向力

的关系为：

=

*tan80°=847.927N*5.67=4808.8N

径向力

则为固定盘对磁固圈的最大作用力，若四个车轮均安装此装置则可产生

=4*

=4*4808.8N=19235.2N

所以综上可知推力为1公斤的电磁铁可对车产生19235.2N前进方向上的弹性阻力。

假设一辆自重为2000kg汽车以72km/h（20m/s）的时速行驶，制动距离为20m，则可知此汽车所具有的动能为：

=0.5*2000*

=400000J

假设为匀减速，则平均需要的阻力为

=

=400000/20=20000N

因为推力为1公斤的电磁铁可对车产生19235.2N前进方向上的弹性阻力，所以此车需要安装推力为2公斤的电磁铁来满足需求。