CN102518716B - 一种电制动器以及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电制动器，其包括壳体(17)、刹车盘(15)、刹车片、以及能够推动所述刹车片向前运动从而夹紧刹车盘的动力机构，所述动力机构包括电机(1)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，所述刹车片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扭矩放大机构，所述扭矩放大机构设于所述电机与运动机构之间，所述扭矩放大机构的输入端与电机的输出轴连接，其输出端与所述运动机构连接。该电制动器结构紧凑、且其制动响应时间短、能产生较大的制动夹紧力。
Description
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，具体涉及一种电制动器，以及采用所述电制动器的汽车。
背景技术
目前，国内外大多车用制动系统还是采用基于液压控制机械压力来达到制动目的的液压制动系统。传统液压制动系统通过电磁阀(包括增压阀、减压阀等)来实现制动力的控制。上述液压制动系统存在着结构复杂、安装不便、价格昂贵、不能实时监测故障，制动响应慢等缺陷。
而新型电子机械制动系统才刚刚起步，它通过踏板感觉模拟器来模拟踏板力感觉，通过脚踏板位移传感器采集踏板位移并经过相应的电子控制单元处理得到输出制动扭矩。新型电子机械制动系统可以实现制动信号由嵌入式控制器采集并做出相应处理。其中制动器的性能至关重要，电制动系统普遍采用电机驱动机械装置实现制动。当使用大功率电机直接驱动机械装置时，优点是控制灵活，响应时间短，缺点是体积大，成本高。另外，电子机械制动系统除了实现电子驻车和常规制动外，如果要实现ABS(Anti-locked Braking System，即防抱死刹车系统)制动，则电制动器必须满足ABS制动力调节周期时间响应要求，而电机换向时间长达200ms，远远不能满足ABS制动需要的10～20ms的调节周期。所以，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运动机构做直线运动，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。
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，提供一种电制动器以及包含该电制动器的汽车，所述电制动器体积小、制动响应时间短、且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制动器包括壳体、刹车盘、刹车片、以及能够推动所述刹车片向前运动从而夹紧刹车盘的动力机构，所述动力机构包括电机和运动机构，所述运动机构能够将电机的旋转运动转换为直线运动，所述刹车片设置在运动机构的前方，其中，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于所述电机与运动机构之间，所述扭矩放大机构的输入端与电机的输出轴连接，其输出端与所述运动机构连接。
其中，所述运动机构采用丝杆机构，所述丝杆机构包括滚珠丝杆轴、套装在滚珠丝杆轴上的丝杆螺母、以及限制滚珠丝杆轴只能平动而不能转动的限位机构，所述丝杆螺母与所述扭矩放大机构的输出端连接，通过电机转动带动扭矩放大机构进而带动丝杆螺母转动，丝杆螺母转动可推动丝杆向前作直线运动而与刹车片接触，并推动刹车片向前运动从而夹紧刹车盘。
优选的是，所述扭矩放大机构采用星型减速机构，所述星型减速机构包括固定连接在电机输出轴上的第一行星轮、与第一行星轮咬合的第一太阳轮、与第一太阳轮同轴连接的第二行星轮、与第二行星轮咬合的第二太阳轮，所述第二太阳轮与所述丝杆螺母固定连接。通过第二太阳轮转动带动丝杆螺母转动，丝杆螺母转动推动丝杆向前作直线运动与刹车片接触，并推动刹车片向前运动从而夹紧刹车盘。通过采用所述星型减速机构进行减速增矩后，使电机所输出的小扭矩转变为运动机构输入端上的大扭矩。
所述运动机构设置在壳体内，进一步优选的是，所述动力机构中还包括有储能机构，所述储能机构采用弹性机构，所述弹性结构套装在所述运动机构上并顶在壳体的内壁上，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，所述弹性机构中包括有弹簧，所述弹簧套装在丝杆螺母上，并处于丝杆螺母远离刹车片的一端。优选所述弹簧采用一组或多组蝶形弹簧，所述蝶形弹簧采用复合式或对合式的堆叠结构。采用该蝶形弹簧的作用是一方面可以加大行车夹紧力输出，另一方面可以实现驻车制动。
优选的是，该电制动器中还包括有保压机构，所述保压机构包括电磁离合器，所述电磁离合器活动安装在电机的输出轴上，电磁离合器断电时吸合在电机的输出轴上，电磁离合器通电时与电机的输出轴断开。当制动力需要保持时，从电机和驱动电路发热损耗和散热等原因考虑，制动力的保持不能通过电机长时间的堵转实现，采用电磁离合器实现断电自锁保压，当需要保压时，通过给电磁离合器断电，将电机输出轴端锁死，从而将滚珠丝杆轴纵向锁死，实现夹紧力保持的目的。
一种汽车，包括电制动器，所述电制动器采用上述的电制动器。
本发明电制动器中通过采用滚珠丝杆和滚珠轴承6组成的非自锁机构作为运动机构，在电机停止输出扭矩时，滚珠丝杆轴在刹车片反作用力的作用下带动丝杆螺母反向转动，从而实现反退卸力的目的。当ABS快速调节制动力输出时，电机便可只进行正转而不反转，通过较小电机输出扭矩，非自锁机构轻微回退从而实现制动力的快速调节。当制动结束时，电机反转将制动力彻底卸载。这样，既避免了电机在制动力调节时，电机换向带来的时间延迟，提高了制动力矩输出调节的响应时间，满足了ABS调节的时间性能要求，同时也避免了电机反复换向对电机的耗损。故在行车制动时，电机只正转增力，卸力由非自锁机构实现，只需减小电机制动力输出扭矩即可。针对下坡和驻车的需求以及电机不能长时间堵转的情况，在非自锁机构的基础上增加自锁保压机构实现自锁保压功能，便可以实现驻车。
另外，通过弹性机构和电机耦合输出力矩产生制动夹紧力，缩短了整个电制动器的响应时间，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，该电制动器还具有结构紧凑、使用寿命长等优点。
附图说明
图1是本发明实施例1中电制动器的结构示意图；
图2是图1中电制动器的立体图。
图中：1-电机；2-第一行星轮；3-电磁离合器；4-星型减速机构；5-第一太阳轮；6-滚珠轴承；7-第二太阳轮；8-丝杆螺母；9-限位机构；10-滚珠丝杆轴；11-蝶形弹簧；12-浮动钳体；13、14-刹车片；15-刹车盘；16-第二行星轮；17-壳体。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明电制动器包括壳体17、刹车盘15、刹车片13、14、以及能够推动所述刹车片13、14向前运动从而夹紧刹车盘15的动力机构，所述动力机构包括电机1和运动机构，所述运动机构能够将电机1的旋转运动转换为直线运动，所述刹车片13、14设置在运动机构的前方，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于所述电机1与运动机构之间，所述扭矩放大机构的输入端与电机1的输出轴连接，其输出端与所述运动机构连接。
其中，所述运动机构采用丝杆机构，所述丝杆机构包括滚珠丝杆轴10、套装在滚珠丝杆轴10上的丝杆螺母8、以及限制滚珠丝杆轴10只能平动而不能转动的限位机构9，所述丝杆螺母8与所述扭矩放大机构的输出端连接，通过电机1转动带动扭矩放大机构进而带动丝杆螺母8转动，丝杆螺母8转动可推动丝杆向前作直线运动而与刹车片14接触，并推动刹车片14向前运动从而夹紧刹车盘15。
所述运动机构设置在壳体17内。所述动力机构中还包括有储能机构，所述储能机构采用弹性机构，所述弹性结构套装在所述运动机构上并顶在壳体17的内壁上，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。
本发明提出的一种电制动器的工作原理是：电机1输出小的扭矩，通过减速增矩机构放大，然后通过滚珠丝杆机构将电机1的转动转化为平动，同时增加传动比从而增大推力，该推力推动刹车片13、14从而实现制动。当需要减小制动力矩时，只需减小电机1输出力矩，这样滚珠丝杆构成的非自锁机构在刹车片13、14和刹车盘15的反作用力的作用下自动回退，从而实现电机1在不反转的情况下，实现自动卸力的目的，当两边力平衡发生偏移时该装置能够实现前进和后退而不锁死的情况。当需要长时间保持制动力时，关闭电磁离合器3将电制动器从电机1输出轴端锁死，从而将制动力保持。需要增力或者卸力时给电磁离合器3通电即打开电磁离合器3即可解除自锁，电机1可以正常旋转。
实施例1：
如图1、2所示，本实施例中，该电制动器包括壳体17、刹车盘15、刹车片13、14、浮动钳体12、动力机构、保压机构、以及储能机构。所述动力机构中包括有电机1、扭矩放大机构和运动机构，所述扭矩放大机构设于所述电机1与运动机构之间，所述扭矩放大机构的输入端与电机1的输出轴连接，其输出端与所述运动机构连接。
本实施例中，运动机构设置在壳体17内，所述运动机构采用非自锁的丝杆机构，所述丝杆机构包括滚珠丝杆轴10、丝杆螺母8、滚珠轴承6、以及限位机构9。所述丝杆螺母8套装在滚珠丝杆轴10上，滚珠轴承6的内侧与丝杆螺母8铆合，滚珠轴承6的外侧与浮动钳体12的内缸铆合，所述限位机构9用于限制滚珠丝杆轴10只能平动而不能转动。
本实施例中，所述扭矩放大机构采用星型减速机构4，所述星型减速机构4包括固定连接在电机1输出轴上的第一行星轮2、与第一行星轮2咬合的第一太阳轮5、与第一太阳轮5同轴连接的第二行星轮16、与第二行星轮16咬合的第二太阳轮7，所述第二太阳轮7与所述丝杆螺母8铆合在一起。
所述保压机构包括电磁离合器3，所述电磁离合器3活动安装在电机1的输出轴上，电磁离合器3断电时吸合在电机1的输出轴上，从而将电机1的输出轴锁死；电磁离合器3通电时与电机1的输出轴断开，电机1的输出轴可以自由转动。
所述储能机构采用弹性机构，其设于外壳17中，所述弹性结构套装在所述运动机构上并顶在壳体17的内壁上，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。
其中，所述弹性机构中包括有弹簧，所述弹簧套装在丝杆螺母8上，并处于丝杆螺母8远离刹车片14的一端。本实施例中，所述弹簧采用一组或多组蝶形弹簧11，所述蝶形弹簧11采用复合式或对合式的堆叠结构。
本发明电制动器的工作过程如下：
当给电磁离合器3通电时，电机1的输出轴可以自由转动，电机1高速转动时与其同轴连接的第一行星轮2也高速转动，第一行星轮2通过咬合第一太阳轮5，带动第一太阳轮5转动，第一太阳轮5转动的同时带动同轴连接的第二行星轮16转动，第二行星轮16通过咬合第二太阳轮7，带动第二太阳轮7转动，第二太阳轮7转动时带动丝杆螺母8转动，而滚珠丝杆轴10通过限位机构9限位，使滚珠丝杆轴10只能平动而不能转动，当丝杆螺母8转动，滚珠丝杆轴10平动，其向前推进时推力作用在刹车片13，14上，刹车片13，14通过浮动钳体12将刹车盘15夹紧从而实施制动。同时，当电机1正转时，蝶形弹簧11中储存的能量释放，滚珠丝杆轴10在蝶形弹簧11和丝杆螺母8的正转力的推动下正向推进作用于刹车片13、14以实现制动。当需要更大的夹紧力时，电机1增大输出扭矩，带动丝杆螺母8转动，从而推动滚珠丝杆轴10正向推进从而产生更大的夹紧力。当刹车片13，14反作用于滚珠丝杆轴10，使滚珠丝杆轴10能够反向推进。当滚珠丝杆轴10反向推进时，会反压蝶形弹簧11，将弹簧的弹性势能储存起来。在关闭电机1输出时，使电磁离合器3断电，因而蝶形弹簧11中的弹性能量得以储存。
综上所述，本发明提供的电制动器，能将电子行车和电子驻车集成到一起，既满足了ABS制动调节时间的要求，同时经过减速增矩机构能输出较大的扭矩，而且在保持夹紧力同时能实现电子驻车，比传统的制动器具有更优的制动效果。
一种采用本实施例中电制动器的汽车。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：不具有储能机构。
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。
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 (6)
1.一种电制动器，包括壳体(17)、刹车盘(15)、刹车片、以及能够推动所述刹车片向前运动从而夹紧刹车盘(15)的动力机构，所述动力机构包括电机(1)和运动机构，所述运动机构能够将电机的旋转运动转换为直线运动，所述刹车片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扭矩放大机构，所述扭矩放大机构设于所述电机与运动机构之间，所述扭矩放大机构的输入端与电机的输出轴连接，其输出端与所述运动机构连接；所述运动机构采用非自锁的丝杆机构，所述丝杆机构包括滚珠丝杆轴(10)、套装在滚珠丝杆轴(10)上的丝杆螺母(8)、以及限制滚珠丝杆轴(10)只能平动而不能转动的限位机构(9)，所述丝杆螺母(8)与所述扭矩放大机构的输出端连接，通过电机转动带动扭矩放大机构进而带动丝杆螺母(8)转动，丝杆螺母(8)转动可推动丝杆向前作直线运动而与刹车片接触，并推动刹车片向前运动从而夹紧刹车盘；当刹车片反作用于滚珠丝杆轴，使滚珠丝杆轴能够反向推进；
该电制动器中还包括有保压机构，所述保压机构包括电磁离合器(3)，所述电磁离合器(3)活动安装在电机的输出轴上，当电磁离合器(3)通电时与电机的输出轴断开，电机的输出轴可以自由转动；当需要长时间保持制动力时，电磁离合器(3)断电吸合在电机的输出轴上，从而将电机的输出轴锁死。
2.根据权利要求1所述的电制动器，其特征在于，所述扭矩放大机构采用星型减速机构(4)，所述星型减速机构(4)包括固定连接在电机输出轴上的第一行星轮(2)、与第一行星轮(2)咬合的第一太阳轮(5)、与第一太阳轮(5)同轴连接的第二行星轮(16)、与第二行星轮(16)咬合的第二太阳轮(7)，所述第二太阳轮(7)与所述丝杆螺母(8)固定连接。
3.根据权利要求2所述的电制动器，其特征在于，所述运动机构设置在壳体(17)内，所述动力机构中还包括有储能机构，所述储能机构采用弹性机构，所述弹性机构套装在所述运动机构上并顶在壳体的内壁上，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。
4.根据权利要求3所述的电制动器，其特征在于，所述弹性机构中包括有弹簧，所述弹簧套装在丝杆螺母(8)上，并处于丝杆螺母(8)远离刹车片的一端。
5.根据权利要求4所述的电制动器，其特征在于，所述弹簧采用一组或多组蝶形弹簧(11)，所述蝶形弹簧(11)采用复合式或对合式的堆叠结构。
6.一种汽车，包括电制动器，其特征在于，所述电制动器采用权利要求1-5之一所述的电制动器。
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