В электромобилях для стоянки предусматриваются электрический стояночный тормоз и стояночная блокировка. При использовании селектора в положение «P» сначала включается электрический стояночный тормоз, а затем стояночная блокировка. Для включения блок управления электродвигателем обменивается данными с блоком управления антиблокировочной системой тормозов по сети FlexRay. Блок управления электродвигателем получает сигнал от противобуксовочной системы по высокоскоростной шине CAN систем режима питания для управления стояночной блокировкой. Работа стояночной блокировки и блока управления электродвигателем зависит от скорости движения электромобиля. Электрический стояночный тормоз можно включить для остановки автомобиля при скорости движения до 3 км/час. Стояночная блокировка включается только после остановки автомобиля.
Электрический стояночный тормоз. В электромобилях применяются стояночные тормоза с электроприводом.
Общая компоновка стояночного тормоза с электроприводом показана на рис. 8.15.
1 – тормозной диск; 2 – тормозная колодка; 3 – подвижная скоба; 4 – редуктор; 5 – электродвигатель; 6 – подвод электроэнергии; 7 – шестерня электродвигателя; 8 – электродвигатель; 9 – ведущая шестерня привода; 10 – качающаяся шестерня; 11 – ведомая шестерня электропривода
Включение и выключение стояночного тормоза производится посредством специального выключателя. Снятие с тормоза производится нажатием движка выключателя при одновременном воздействии на педаль тормоза или акселератора.
Стояночный тормоз можно привести в действие также при выключенном зажигании, если потянуть на себя движок его выключателя. Снятие автомобиля с тормоза осуществляется только при включенном зажигании.
Принцип действия. Для выполнения основной функции стояночного тормоза необходимо преобразовать вращение вала электродвигателя в небольшое поступательное движение поршня тормозного механизма. Это достигается применением редуктора 4 с качающейся шестерней в сочетании с винтовой передачей.
В приводе реализовано трехступенчатое снижение частоты вращения. Первая ступень образована передачей зубчатым ремнем, связывающей электродвигатель с редуктором (с передаточным отношением 1:3). Вторая ступень – с помощью редуктора с качающейся шестерней (с передаточным отношением 1:50) или планетарным редуктором. Вследствие применения двойного редуктора частота вращения выходного вала редуктора в 150 раз меньше частоты вращения вала электродвигателя.
На ведущем валу редуктора установлена жестко связанная с ним качающаяся коническая шестерня 4 (рис. 8.16). Ось вращения этой шестерни пересекает ось ведущего вала редуктора под углом, поэтому при вращении ведущего вала шестерня совершает круговое качательное движение. Качающаяся шестерня вращается на ступице ведущей шестерни привода и снабжена двумя поводками 2 и 5, которые входят в направляющие пазы корпуса редуктора, которые не допускают ее вращения относительно корпуса редуктора, поэтому она качается, не вращаясь.
1 – ведомый вал; 2,5 – поводок; 3 – ведущая шестерня привода; 4 – качающаяся шестерня; 6 – ведомая шестерня; а – редуктор; б – зацепление качающейся шестерни с ведомой шестерней
Kачающаяся шестерня 4 имеет 51 зуб, а на ведомой шестерне предусмотрено 50 зубьев. Из-за этой так называемой «ошибки шага» зуб качающейся шестерни всегда прижимается к боковой поверхности зуба ведомой шестерни и никогда не попадает точно в проем между зубьями.
При вращении ведущего вала редуктора постоянно находятся в зацеплении два зуба качающейся шестерни с двумя зубьями ведомой шестерни (рис. 8.17, а). При повороте ведущего вала на пол-оборота входит в зацепление другая пара зубьев (рис. 8.17, б). В этом положении зуб качающейся шестерни входит в зацепление с зубом ведомой шестерни, взаимодействуя с его боковой поверхностью. В результате этого, при повороте ведущего вала на пол-оборота при каждом качании ведущей шестерни, ведомая шестерня и вместе с ней ходовой винт поворачиваются на очень маленький угол, соответствующий половине ширины зуба, что позволяет производить плавное торможение.
1,5 – ведомый вал; 2 – ступица; 3 – наклон ступицы; 4,6 – находящиеся в зацеплении зубья качающейся и ведомой шестерни
Преобразование вращательного движения в поступательное движение производится посредством ходового винта 3, связанного с поршнем тормозного механизма 5 (рис. 8.18). Ходовой винт приводится непосредственно от редуктора с качающейся шестерней. В полости поршня тормоза расположен цилиндр 6. В утолщение головной части цилиндра запрессована нажимная гайка 2. Нажимная гайка и связанный с ней цилиндр могут свободно скользить вдоль поршня тормозного механизма, не вращаясь относительно него. Вращение гайки невозможно ввиду специальной формы внутренней поверхности поршня, взаимодействующей с фигурной поверхностью нажимной гайки.
Число оборотов вала электродвигателя определяется посредством датчика Холла. Благодаря этому блок управления может вычислить ход поршня.
При затяжке стояночного тормоза вращение ходового винта 3 преобразуется в поступательное движение нажимной гайки связанной с цилиндром 6, который упирается в поршень тормозного механизма и прижимает через него колодки к тормозному диску (рис. 8.18, а). При этом происходит деформация уплотнительного кольца поршня 7 в направлении к колодкам. По мере повышения усилия прижима колодок к тормозному диску возрастает потребления тока электродвигателем. Блок управления электромеханическим стояночным тормозом контролирует в течение всего процесса затяжки тормоза величину потребляемого тока и при достижении этим током определенной величины выключает электродвигатели.
Резьба винта является самотормозящей. Благодаря этому после сведения тормозных колодок и прекращения подачи напряжения на электромотор тормоз остается затянутым.
При снятии с тормоза (рис. 8.18, б) гайка перемещается по ходовому винту назад вследствие вращения ходового винта в обратном направлении. Давление на цилиндр прекращается. Поршень отходит от тормозного диска под действием упругих сил уплотнения уплотнительного кольца 7 стремящегося занять исходное положение и биения тормозного диска. При этом колодки также отходят от тормозного диска.
1 – тормозной диск; 2 – нажимная гайка; 3 – ходовой винт; 4 – редуктор; 5 – поршень тормозного механизма; 6 – цилиндр; 7 – уплотнительное кольцо; а – затяжка тормоза; б – снятие с тормоза
В качестве редуктора в стояночном тормозном механизме с электроприводом может использоваться планетарный редуктор. Использование такого редуктора снижает уровень шума и экономит компоновочное пространство. Общее передаточное отношение 1:150 реализуется тремя ступенями: первая – при помощи зубчатого ремня от двигателя на вход редуктора (1:3); вторая – при помощи планетарного редуктора (1:50); третья – при помощи винтового привода(1:1,25) Большое передаточное число технически достигается за счёт двух последовательно включённых планетарных редукторов.
Приводимая в движение зубчатым ремнём первичная шестерня редуктора 1 (рис. 8.19) вращает жестко закрепленную с ней солнечную шестерню 9 первого планетарного ряда, с которой в зацеплении находятся сателлиты 2 первого планетарного ряда. Вращаясь, сателлиты 2 обкатываются по внутренним зубьям коронной шестерни 3 меньшего диаметра, которая жестко закреплена на корпусе. Водило первого планетарного ряда 8 при этом также вращается, приводя во вращение другую солнечную шестерню с наружной стороны водила, связанную с ним (на рис. не показана). Вокруг этой шестерни и внутренних зубьев коронной шестерни 3 большего диаметра обкатываются сателлиты 4 второго планетарного ряда, которые приводят во вращение водило 7 второго планетарного ряда.
В водиле 7 на ступице 5 жестко закреплена выходная шестерня 6 редуктора, соединенная непосредственно с винтовым приводом.
1 – шестерня редуктора; 2 – сателлиты первого планетарного ряда; 3 – коронная шестерня; 4 – сателлиты второго планетарного ряда выходная шестерня редуктора; 5 – ступица; 6 – выходная шестерня; 7 – водило второго планетарного ряда; 8 – водило первого планетарного ряда; 9 – солнечная шестерня первого ряда
Некоторые производители для электромеханических стояночных тормозов применяют редуктор червячного типа (рис. 8.20)
Преобразование вращательного движения вала электродвигателя в поступательное движение в редукторе червячного типа происходит в несколько этапов: этап 1– от вала электродвигателя к шестерне 1; этап 2 – от червяка к шестерне 2; этап 3 – через шестерню на ходовой винт, преобразующий вращательное движение в поступательное.
1 – вращательное движение червяка; 2 – шестерня 1; 3 – вал электродвигателя; 4 – вращательное движение вала электродвигателя; 5 – вращательное движение ходового винта; 6 – червяк; 7 – шестерня 2; 8 – ходовой винт; 9 – поступательное движение ходового винта; 10 – электродвигатель
Стояночная блокировка. Устройство стояночного парковочного замка, являющегося основным компонентом стояночной блокировки показано на рис. 8.21.
1 – вал; 2 – шестерня привода замка; 3 – червяк; 4 – датчик блокировки трансмиссии при парковке; 5 – защитный колпачок; 6 – электронная плата блока управления; 7 – электродвигатель парковки с напряжением 12 В; 8 – малая шестерня привода механизма блокировки; 9 – большая шестерня привода механизма блокировки; 10 – возвратная пружина; 11 – привод корпуса роликового механизма; 12 – стопорный рычаг с собачкой; 13 – парковочная блокировочная шестерня; 14 – роликовый прижимной механизм; 15 – шестерни коробки передач; 16 – исполнительная пружина; 17 – опорная пластина
Механизм стояночной блокировки электромобиля оснащен парковочным замком с электромеханическим приводом. Стояночный замок встроен в привод/трансмиссию на ведущий мост или коробку передач и управляется с помощью электропривода. Привод замка стоянки управляет обычным замком стоянки. механизм, обычно используемый в автоматических коробках передач. Электродвигатель 7 используется для электромеханического зацепления собачки стопорного рычага 12. Двухступенчатый редуктор, состоящий из шестерен 8 и 9 приводит во вращение червяк 3, шестерню 2 привода замка и вал 1. Последний обеспечивает необходимое передвижение корпуса роликового механизма с роликами. Положение парковочного замка контролируется с помощью датчика 4 блокировки трансмиссии.
Имеется 3 положения стопорного рычага с собачкой (рис. 8.22) Первое положение (рис. 8.22, а) при положении селектора «P-OFF». Между собачкой стопорного рычага и зубом парковочной блокировочной шестерни существует зазор. Это является исходным положением и блокировки трансмиссии при этом не происходит.
7 – электродвигатель парковки; 10 – возвратная пружина; 12 – стопорный рычаг с собачкой; 13 – парковочная блокировочная шестерня; 14 – роликовый прижимной механизм; 16 – исполнительная пружина; 17 – стопорная пластина. Примечание: позиции рис. совпадают с позициями рис.
Второе положение (рис. 8.22, б). Электродвигатель парковки, при положении селектора «P-ON», приводит во вращение шестерни цилиндрической и червячной передач, вращая вал 1 и сжимая исполнительную пружину 16. В этом положении механизм блокировки стояночного тормоза находится в положении «зуб в зуб». Исполнительная пружина сжимаясь оказывает сильное прижатие собачки стопорного рычага на парковочную блокировочную шестерню13, обеспечивая относительную неподвижность трансмиссии, а значит и электромобиля.
Третье положение (рис. 8.22, в). Если после второго положения автомобиль немного тронется с места, собачка стопорного рычага защелкивается полностью, блокируя трансмиссию, обеспечиваю неподвижность электромобиля.