CN102410325B - 一种电子机械制动器以及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子机械制动器，包括制动钳体、制动盘、摩擦片、以及可推动摩擦片向前运动从而夹紧制动盘的动力机构，所述动力机构包括电机和与电机的输出端相连的运动机构，所述摩擦片设置在运动机构的前方，所述动力机构中还包括有套装在运动机构上并被限制在所述运动机构与制动钳体的内表面之间的弹性机构，在运动机构向前运动之前，弹性机构处于压缩状态，当运动机构向前作直线运动时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动运动机构加速向前运动。相应地，提供一种包含所述制动器的汽车。所述制动器通过弹性机构和电机的耦合输出力矩产生制动夹紧力，在电机输出较小的功率时实现了较大的制动夹紧力，缩短了制动系统的响应时间，制动效果较好。
Description
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，具体涉及一种电子机械制动器，以及包含所述电子机械制动器的汽车。
背景技术
随着汽车技术的发展，人们对汽车的动力性、经济性、安全性、操纵性以及舒适性提出了更高的要求，汽车中的机械系统正在逐渐向电子机械系统转换，出现了更加高效、节能的电子机械制动系统。
电子机械制动系统使用电子元件取代部分机械元件，并通过电线来替代全部制动管路，省掉了很多制动系统的阀类元件，缩短了制动响应时间，提高了制动性能，节省了空间占用；另外，采用电子控制单元ECU进行制动系统的整体控制，每个制动器都有各自的控制单元，在此基础上可以增加各种电子控制功能，便于进行功能的集成与改进。并且，电子机械制动系统改传统液压或气压制动执行元件为电驱动元件，便于实现线控制动，是一种全新的制动技术。由于电驱动元件具有可控性好、响应速度快等特点，电子机械制动系统极大的提高了汽车的制动安全性能，表现出良好的发展前景。
在现有技术中，电子机械制动器在进行制动的过程中，依靠电机输出扭矩带动相应的制动执行机构做直线运动，以消除制动盘与摩擦片之间的制动间隙而产生制动夹紧力，从而实现制动。在进行上述制动的过程中，由于电机传输力矩需经过一系列的传动装置以产生制动夹紧力，其产生制动夹紧力的时间较长，制动效果的实时性较差，不能满足车辆在进行紧急制动时对于制动响应时间的要求。另外，电机传输力矩产生的制动夹紧力较小，不能实现在较大的制动夹紧力下进行制动，制动效果较差。
另外，在长期的制动过程中，摩擦片与制动盘之间的摩擦会使得摩擦片的厚度不断减薄，导致摩擦片与制动执行机构之间的制动间隙会越来越大，而车辆在制动过程中需消除所述制动间隙才能产生制动夹紧力，制动时，当所述制动间隙处于一定范围内，其可满足制动实时性的要求，但是当所述制动间隙超出该范围而变得越来越大时，其制动响应时间过长，影响了制动的实时性，制动效果不佳，因此如何有效地消除制动间隙，实现在较短的制动响应时间内以较大的制动夹紧力进行制动是现有技术中亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种电子机械制动器以及包含该制动器的汽车，其制动响应时间短、能够产生较大的制动夹紧力，制动效果好。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该电子机械制动器包括制动钳体、制动盘、摩擦片、以及可推动摩擦片向前运动从而夹紧制动盘的动力机构，所述动力机构包括电机和与电机的输出端相连的运动机构，所述运动机构能够将电机的旋转运动转换为直线运动，运动机构设于制动钳体内，所述摩擦片设置在运动机构的前方，其中，所述动力机构中还包括有弹性机构，所述弹性机构套装在运动机构上，并被限制在所述运动机构与制动钳体的内表面之间，在运动机构向前运动之前，弹性机构处于压缩状态，当运动机构向前作直线运动时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动运动机构加速向前运动。
优选的是，所述动力机构中还包括有扭矩放大机构，所述扭矩放大机构设置在所述电机与运动机构之间，扭矩放大机构采用减速机构；所述减速机构的输入端与电机的输出轴连接，减速机构的输出端与运动机构的输入端连接。
优选的是，该制动器中还包括有能自动调整运动机构与摩擦片之间制动间隙的间隙自调机构，所述间隙自调机构设置于所述运动机构的前方，其包括与所述运动机构通过非自锁螺纹连接的非自锁螺栓、活塞缸以及设于所述活塞缸内的内卡簧，所述活塞缸套装在运动机构的前端，且活塞缸外表面与制动钳体的内表面间隙配合，非自锁螺栓的前端头设置于活塞缸中，内卡簧将非自锁螺栓的前端头限制在活塞缸内，从而使非自锁螺栓无法相对于活塞缸作轴向运动。
优选的是，所述运动机构包括转轴，所述转轴与电机的输出轴相连或减速机构的输出端相连，电机的输出轴带动转轴相对于制动钳体转动并使转轴向前作直线运动而与摩擦片接触，并推动摩擦片向前运动从而夹紧制动盘。
当然，本发明中的运动机构也可以采用能够实现相同功能的其他结构。
优选的是，所述动力机构中还包括有电磁离合器，电磁离合器活动固定在转轴上，所述电磁离合器断电时吸合在转轴上，使转轴无法转动和移动；电磁离合器通电时与转轴断开，使转轴可自由转动或移动；
或者，电磁离合器活动固定在电机的输出轴上，所述电磁离合器断电时吸合在电机的输出轴上，电机的输出轴被卡死，不能输出力矩；电磁离合器通电时，电磁离合器与电机的输出轴断开，电机的输出轴可自由转动。
优选的是，所述弹性机构中包括弹簧，所述弹簧套装在转轴上，转轴的前端头设置有台阶，所述弹簧的一端顶在制动钳体的内表面上，另一端顶在转轴前端头的台阶上。
进一步优选的是，所述弹簧采用一组或多组蝶形弹簧，所述蝶形弹簧的堆叠方式采用复合式或对合式。所述各组蝶形弹簧由多个蝶形弹簧堆叠而成，且多个蝶形弹簧具有相同的结构。蝶形弹簧组套装在转轴上，且一端顶在制动钳体的内表面上，另一端顶在转轴前端头的台阶上，在运动机构向前运动之前，通过将一定的预紧力作用在蝶形弹簧上使其处在压缩状态，其中转轴对蝶形弹簧起到定位作用。由于碟形弹簧具有体积小、负荷大、组合使用方便等特性，同时还具有载荷集中传递的优点，在载荷作用方向上，蝶形弹簧通过较小的变形就能承受较大的载荷，其轴向空间紧凑，吸收冲击和消散能量的作用更为显著。
优选的是，该制动器中还包括有能自动调整运动机构与摩擦片之间制动间隙的间隙自调机构，所述间隙自调机构包括非自锁螺栓、活塞缸以及设于所述活塞缸内的内卡簧；所述活塞缸套装在转轴的前端，活塞缸的外表面与制动钳体的内表面间隙配合，所述转轴靠近摩擦片的一端的端头中部开有中心孔，所述中心孔内设置有非自锁内螺纹，所述非自锁螺栓上设置有非自锁外螺纹，非自锁螺栓伸入所述中心孔中与转轴通过所述非自锁螺纹连接，非自锁螺栓的前端头从转轴的中心孔中伸出而进入活塞缸中，所述内卡簧将非自锁螺栓的前端头限制在活塞缸的内表面与内卡簧之间，从而使非自锁螺栓无法相对于活塞缸作轴向运动。
优选的是，在内卡簧与非自锁螺栓的前端头之间还安装有推力滚动轴承，其可以减少非自锁螺栓转动时的摩擦力。
一种采用上述电子机械制动器的汽车。
本发明中，蝶形弹簧的压缩过程为：电磁离合器通电后与转轴/电机的输出轴断开，控制电机反转带动转轴相对于制动钳体转动并向碟形弹簧的方向作轴向运动，从而压缩蝶形弹簧直至电机堵转，电机反转产生的力矩压缩蝶形弹簧，使其处于压缩状态；电磁离合器断电后与转轴/电机的输出轴吸合，将转轴卡死，使其无法旋转与移动，并将蝶形弹簧的压缩状态保持在转轴与制动钳体之间，电磁离合器吸合后停止电机的转动，防止存储蝶形弹簧的预紧力反向带动电机转动，以保证蝶形弹簧的预压效果。由于蝶形弹簧顶在转轴前端头的台阶与制动钳体的内表面之间，并通过预紧力使蝶形弹簧处在压缩状态下，产生了弹性势能，当转轴旋转并向前作轴向运动时，该弹性势能可转换为作用在转轴上的向前的推动力，带动转轴加速向摩擦片的方向运动。
在所述电子机械制动器制动过程中，电机正转，蝶形弹簧中的预紧力释放，推动转轴并带动间隙自调机构向摩擦片的方向作进给运动；同时，电机本身的输出力矩经减速机构减速增矩后将力矩传递给转轴，带动转轴转动并向前作进给运动从而推动间隙自调机构向前运动，即蝶形弹簧和电机相耦合共同推动转轴加速向前作进给运动。
所述弹性机构因弹性预紧力而产生的制动力可达到总制动力的5％～100％，这样，在电机输出较小的功率(约为原来功率的40％)时，通过弹性机构的耦合作用实现了以较大的制动夹紧力进行制动，降低了电机的输出功率，同时降低了电机的输出转速要求，且具有良好的制动效果，从而降低了电子机械制动器对电机性能的要求。
本发明的有益效果是：通过弹性机构和电机耦合输出力矩产生制动夹紧力，缩短了整个制动系统的响应时间，在电机输出较小的功率时实现了以较大的制动夹紧力进行制动，降低了电机的输出功率，其制动效果较好。
同时，该电子机械制动器还具有结构紧凑、制动间隙可调、使用寿命长等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1电子机械制动器的结构示意图；
图2为图1中的间隙自调机构的结构示意图；
图3为图1中的蝶形弹簧的结构示意图(对合式)。
图中：1-制动盘；2-摩擦片；3-间隙自调机构；4-制动钳体；5-蝶形弹簧；6-转轴；7-电磁离合器；8-减速机构；9-电机；31-活塞缸；32-推力滚动轴承；33-内卡簧；34-非自锁螺栓。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明电子机械制动器以及汽车作进一步详细描述。
本发明电子机械制动器包括制动钳体4、制动盘1、摩擦片2、以及可推动摩擦片2向前运动从而夹紧制动盘1的动力机构，所述动力机构包括电机9和与电机9的输出端相连的运动机构，所述运动机构可将电机的旋转运动转换为直线运动，运动机构设于制动钳体4内，所述摩擦片2设置在所述运动机构的前方，所述动力机构中还包括有弹性机构，所述弹性机构套装在运动机构上，并被限制在所述运动机构与制动钳体4的内表面之间，在运动机构向前运动之前，弹性机构处于压缩状态，当运动机构向前作直线运动时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动运动机构加速向前运动。
实施例1：
如图1所示，本实施例中，该电子机械制动器包括制动钳体4、制动盘1、摩擦片2、可推动摩擦片2向前运动从而夹紧制动盘1的动力机构、以及能自动调整运动机构与摩擦片2之间制动间隙的间隙自调机构3。
其中，动力机构包括电机9、电磁离合器7、扭矩放大机构、将电机9的旋转运动转换为直线运动的运动机构、以及弹性机构。
本实施例中，所述扭矩放大机构采用减速机构8，所述减速机构8的输入端连接在电机9的输出轴上，减速机构8的输出端连接在运动机构的输入端上，因而电机9的转动输出扭矩经减速机构8减速增矩后输出到运动机构。
本实施例中，运动机构包括转轴6，所述转轴6上设置有非自锁外螺纹，制动钳体4的内表面上设置有与转轴上的非自锁外螺纹配合的非自锁内螺纹，转轴6与制动钳体4通过所述螺纹非自锁连接，转轴6转动的同时能够沿其自身轴向作轴向运动。减速机构8的输出端与转轴6连接，从而可将减速机构8减速增矩后的力矩传递到转轴6上，带动转轴6相对于制动钳体4转动并向前作轴向运动，所述间隙自调机构3位于转轴6前方并且与转轴6的输出端连接，所述摩擦片2位于间隙自调机构3的前方，因此所述转轴6向前作轴向运动时推动间隙自调机构3向前运动与摩擦片2接触，可消除制动盘1与摩擦片2之间的间隙，摩擦片2夹紧制动盘1，产生用于制动的制动夹紧力，以实现制动。
本实施例中，电磁离合器7安装在转轴6上，所述电磁离合器7断电时吸合在转轴6上，使得转轴6被卡死无法转动，也无法作轴向运动；通电时，电磁离合器7松开转轴6，转轴6可自由转动与移动。
弹性机构包括弹簧，所述弹簧套装在转轴6上并间隙配合地设置在制动钳体4内。如图3所示，本实施例中，弹簧采用蝶形弹簧5。所述蝶形弹簧5采用多组，每组蝶形弹簧均由多个蝶形弹簧5堆叠而成，且多个蝶形弹簧具有相同的结构。蝶形弹簧5采用复合式或对合式的堆叠结构，本实施例中碟形弹簧5采用对合式的堆叠结构。
蝶形弹簧组套装在转轴6上，所述蝶形弹簧5的一端顶在制动钳体4的内表面上，另一端顶在转轴6前端头的台阶上，在运动机构向前运动之前，通过将一定的预紧力作用在蝶形弹簧5上使其处在压缩状态，转轴6对蝶形弹簧5起到定位作用。
蝶形弹簧5的压缩过程为：电磁离合器7通电后与转轴6断开，电机9反转带动转轴6相对于制动钳体4转动并向后作轴向运动(即向远离摩擦片的方向运动)，直至电机9堵转，由于制动钳体4固定不动，转轴6前端头的台阶向后运动，从而压缩蝶形弹簧5，即电机9反转产生的力矩压缩蝶形弹簧组，使其处于压缩状态，使蝶形弹簧5顶在制动钳体4的内表面上；电磁离合器7断电后与转轴6吸合，将转轴6卡死，使其无法旋转与移动，并将蝶形弹簧5的压缩状态保持在转轴6与制动钳体4之间，电磁离合器7吸合后电机9停止转动，防止存储蝶形弹簧5的预紧力反向带动电机9转动，以保证蝶形弹簧5的预压效果。由于蝶形弹簧5顶在转轴6前端头的台阶与制动钳体4的内表面之间，并通过预紧力使蝶形弹簧5处在压缩状态下，产生了弹性势能，当转轴6旋转并向前作轴向运动时，该弹性势能可转换为作用在转轴6上的向前的推动力。
如图2所示，间隙自调机构3包括活塞缸31、推力滚动轴承32、内卡簧33、非自锁螺栓34。
活塞缸31套装在转轴6的前端，所述活塞缸31的外表面与制动钳体4内表面间隙配合，推力滚动轴承32和内卡簧33设于活塞缸31内。
转轴6靠近摩擦片2一端的端头中部开有中心孔，所述中心孔内设置有非自锁螺纹，所述非自锁螺栓34上设置有非自锁外螺纹，非自锁螺栓34伸入所述中心孔中与转轴6通过所述非自锁螺纹连接，非自锁螺栓34的前端头从转轴6的中心孔中伸出而进入活塞缸31中，内卡簧33将非自锁螺栓34的前端头限制在活塞缸31的内表面与内卡簧33之间，从而使非自锁螺栓34无法相对于活塞缸31作轴向运动。这样，当电机9反转时，非自锁螺栓34不会随转轴6一起退回，而只能在活塞缸31中旋转。
内卡簧33安装在活塞缸31内，推力滚动轴承32固定安装在卡簧33与非自锁螺栓34的前端头之间，以减少非自锁螺栓34转动时的摩擦力。
本实施例中，所述电子机械制动器的工作过程如下：
在制动器制动过程中，电机9正转，电磁离合器7通电与转轴6断开，存储在蝶形弹簧5中的预紧力得以释放，推动转轴6并带动间隙自调机构3向摩擦片2的方向作进给运动；同时，电机9本身的输出力矩经减速机构8减速增矩后将力矩传递给转轴6，带动转轴6转动并向摩擦片2的方向作进给运动从而推动间隙自调机构3向前运动，即蝶形弹簧5和电机9相耦合共同推动转轴6加速向前(即向摩擦片2的方向)作进给运动。
在转轴6向前运动的同时，转轴6将推力传递给与其通过非自锁螺纹连接的非自锁螺栓34，带动非自锁螺栓34向前进给，并推动非自锁螺栓34顶在活塞缸31的内表面上，进而推动活塞缸31向摩擦片2方向作进给运动，从而消除了制动盘1与摩擦片2之间的间隙，产生用于制动的制动夹紧力，以实现制动。
在制动器制动完成后，电机9反转并通过减速机构8带动转轴6转动并向摩擦片2的反方向轴向运动，即转轴6向后运动，从而带动非自锁螺栓34一起向后运动。此时由于非自锁螺栓34的前端头被限制在活塞缸31的内表面和内卡簧33之间，在转轴6向后运动时，非自锁螺栓34无法随转轴6一起退后，只能在活塞缸31中作旋转运动，这样，非自锁螺栓34和推力滚子轴承32一起相对于非自锁螺母34发生旋转，也就是说，间隙自调机构3在制动的过程中会向前运动，而制动结束时则不会随转轴6退回其原位置。因此，当制动器使用较长一端时间后，尽管摩擦片2的厚度变得越来越薄，但是由于间隙自调机构3也在不断的向前运动而接近摩擦片2，同时由于转轴6是通过间隙自调机构3与摩擦片2进行接触而进行制动的，因而不会出现摩擦片2与间隙自调机构3之间的制动间隙越来越大的现象，从而实现了制动间隙的自动调节效果。
当电机9反转过程结束时，电机9断电，电磁离合器7断电从而吸合在转轴6上，转轴6停止转动。
蝶形弹簧5的弹性势能转化后所产生的作用力为整个制动器的总制动力的5％～100％，这样，在电机9输出较小的功率时，其与蝶形弹簧5的耦合作用实现了以较大的制动夹紧力进行制动，从而降低了电机9的输出功率，同时也降低了电机9的输出转速要求，并具有良好的制动效果，从而降低了电子机械制动器对电机性能的要求；同时，所述制动器在制动过程中蝶形弹簧5的预紧力被释放，加速了转轴6带动间隙自调机构3向摩擦片2的方向作进给运动，从而快速消除了制动盘1与摩擦片2之间的间隙，缩短了制动器进行制动的总时间，实现了在较短的响应时间内以较大的制动夹紧力实现制动，制动效果好。
一种包含有本实施例中所述电子机械制动器的汽车。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中不具有实施例1中的间隙自调机构3。其中，转轴6的前端可直接与摩擦片2接触，通过消除制动盘1与摩擦片2之间的间隙，以实现制动。
本实施例中的其他结构以及使用都与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中不具有实施例1中的弹性机构。
本实施例中的其他结构以及使用都与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4：
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中所述电磁离合器7安装在电机9的输出轴上，所述电磁离合器7断电时吸合在电机9的输出轴上，电机9的输出轴被卡死，不能输出力矩；通电时，电磁离合器7松开电机9的输出轴，使电机9的输出轴可自由转动。
本实施例中的其他结构以及使用都与实施例1相同，这里不再赘述。
由以上对本发明上述实施例的详细描述，可以了解本发明通过弹性机构和电机9耦合输出力矩产生制动夹紧力，并可自动调整摩擦片2与运动机构之间的制动间隙，缩短了制动系统的响应时间，在电机9输出较小的功率时实现了以较大的制动夹紧力进行制动，降低了电机9的输出功率，其制动效果较好。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电子机械制动器，包括制动钳体(4)、制动盘(1)、摩擦片(2)、以及可推动摩擦片(2)向前运动从而夹紧制动盘(1)的动力机构，所述动力机构包括电机(9)和与电机(9)的输出端相连的运动机构，所述运动机构能够将电机的旋转运动转换为直线运动，运动机构设于制动钳体(4)内，所述摩擦片(2)设置在运动机构的前方，其特征在于，所述动力机构中还包括有弹性机构，所述弹性机构套装在运动机构上，并被限制在所述运动机构与制动钳体(4)的内表面之间，在运动机构向前运动之前，弹性机构处于压缩状态，当运动机构向前作直线运动时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动运动机构加速向前运动；
该制动器中还包括有能自动调整运动机构与摩擦片(2)之间制动间隙的间隙自调机构(3)，所述间隙自调机构(3)设置在所述运动机构的前方，其包括与所述运动机构通过非自锁螺纹连接的非自锁螺栓(34)、活塞缸(31)以及设于所述活塞缸(31)内的内卡簧(33)，所述活塞缸(31)套装在运动机构的前端，且活塞缸(31)的外表面与制动钳体(4)的内表面间隙配合，非自锁螺栓(34)的前端头设置于活塞缸(31)中，内卡簧(33)将非自锁螺栓(34)的前端头限制在活塞缸(31)内，从而使非自锁螺栓(34)无法相对于活塞缸(31)作轴向运动。
2.根据权利要求1所述的电子机械制动器，其特征在于，所述动力机构中还包括有扭矩放大机构，所述扭矩放大机构设置在所述电机(9)与运动机构之间，扭矩放大机构采用减速机构(8)；所述减速机构(8)的输入端与电机(9)的输出轴连接，减速机构(8)的输出端与运动机构的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的电子机械制动器，其特征在于，所述运动机构包括转轴(6)，所述转轴(6)与电机(9)的输出轴相连，电机(9)的输出轴带动转轴(6)转动并使转轴向前作直线运动而与摩擦片(2)接触，并推动摩擦片(2)向前运动从而夹紧制动盘(1)。
4.根据权利要求3所述的电子机械制动器，其特征在于，所述动力机构中还包括有电磁离合器(7)，电磁离合器(7)活动固定在转轴(6)或电机(9)的输出轴上，电磁离合器(7)通电时与转轴(6)/电机(9)的输出轴断开；电磁离合器(7)断电时吸合在转轴(6)/电机(9)的输出轴上。
5.根据权利要求3所述的电子机械制动器，其特征在于，所述弹性机构包括弹簧，所述弹簧套装在转轴(6)上，所述转轴(6)的前端头设置有台阶，所述弹簧的一端顶在制动钳体(4)的内表面上，另一端顶在转轴(6)前端头的台阶上。
6.根据权利要求5所述的电子机械制动器，其特征在于，所述弹簧采用一组或多组蝶形弹簧(5)，所述蝶形弹簧(5)采用复合式或对合式的堆叠结构。
7.根据权利要求4-6之一所述的电子机械制动器，其特征在于，所述间隙自调机构(3)中的活塞缸(31)套装在转轴(6)的前端，所述转轴(6)靠近摩擦片(2)的一端的端头中部开有中心孔，所述中心孔内设置有非自锁内螺纹，所述非自锁螺栓(34)上设置有非自锁外螺纹，非自锁螺栓(34)伸入所述中心孔中与转轴(6)通过所述非自锁螺纹连接，非自锁螺栓(34)的前端头从转轴(6)的中心孔中伸出而进入活塞缸(31)中。
8.根据权利要求7所述的电子机械制动器，其特征在于，所述内卡簧(33)与非自锁螺栓(34)的前端头之间还安装有推力滚动轴承(32)。
9.一种汽车，包括制动器，其特征在于，所述制动器采用权利要求1-8之一所述的电子机械制动器。
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