CN103343788A - 一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，主要由楔块上外罩、楔块下外罩、外楔形块、内楔形块、比例电磁铁定子、比例电磁铁永磁体、滚珠、制动钳支架、制动钳、浮动活塞、内制动衬片、外制动衬片和制动盘组成。该机构中的楔形摩擦自增力机构实现摩擦自增力作用，大幅降低制动器促动力。楔形机构的促动力由浮动式比例电磁铁提供，可双向加力，实现对汽车前进和倒车两种工况的制动力控制。采用活塞、内外制动衬片的浮动式支撑实现制动过程摩擦力和正压力的准确传递，保证制动力控制精度，采用回位橡胶密封圈实现制动间隙自调整，保留了传统盘式制动器的大部分部件，结构简单，系统紧凑，成本低且易于实现。

Description

一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置

技术领域

本发明涉及一种汽车制动装置，特别是一种应用于汽车电子制动系统的基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置。

背景技术

采用电磁力促动的汽车电子制动系统，相比于传统的机械液压式制动系统，以及电液控制式制动系统而言具有诸多优势。它取消了制动主缸、真空助力器和制动管路，使制动系统的布置更为简化。此外，它还具有响应速度快，便于实现ABS和ESP等控制功能，便于和底盘其它控制系统集成等优点，对于提高汽车安全性至关重要。

西门子VDO公司于2006年推出一种基于电磁力的汽车电子制动系统促动机构——电子楔形制动器（EWB）。它采用了楔形机构实现摩擦增力作用，大幅降低了促动力。但该机构采用双电机以及一套复杂力矩耦合系统实现汽车前进和倒车时的制动力控制，体积大，结构复杂，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种结构紧凑的基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动器机构，采用比例电磁铁作为电磁力促动部件，通过合理的结构设计实现汽车前进和倒车时的制动力控制。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，主要由楔形机构、楔块上外罩2、楔块下外罩8、比例电磁铁定子1、比例电磁铁永磁体3、制动钳支架20、制动钳13、浮动活塞9、内制动衬片17、外制动衬片19和制动盘18组成，其特征在于：

所述楔形机构由内楔形块7、滚珠6、外楔形块4组成；所述楔块上外罩2与楔块下外罩8固定连接并形成U型框架；所述外楔形块4可在楔块上外罩2与楔块下外罩8形成的U型框架内左右移动；所述比例电磁铁定子1固定在楔块上外罩2上；所述制动钳13的右端分别与楔块下外罩8、制动钳支架导向销16固定连接，所述制动钳13的左端跨过制动盘18且压靠在外制动衬片19上；所述制动钳支架导向销16安装在制动钳支架20的销孔内并可沿销孔左右移动；

所述内楔形块7、浮动活塞9、内制动衬片17、制动盘18、外制动衬片19之间依次通过相邻部件间的正压力传递摩擦力。

所述楔块下外罩8上设置间隙调整螺钉5，间隙调整螺钉5的内端面抵靠在所述外楔形块4的外侧面上，通过旋转间隙调整螺钉5调整制动间隙。

所述制动钳13与所述浮动活塞9之间安装回位橡胶密封圈11，所述回位橡胶密封圈11靠近内制动衬片17端，用于调整制动间隙。

所述浮动活塞9用支撑弹簧10实现浮动支撑；所述支撑弹簧10一端嵌入浮动活塞9上，另一端靠在制动钳13内壁上。

所述比例电磁铁定子1、比例电磁铁永磁体3和内楔形块7构成浮动式比例电磁铁，防止内楔形块7在制动时发生轴向和侧向运动干涉。

所述内楔形块7有双工作面，内楔形块7与外楔形块4、滚珠6构成楔形摩擦自增力机构。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

采用基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动器机构，使盘式制动器的促动力大幅减小，结构紧凑，便于在车轮上安装。同时，采用比例电磁铁作为促动元件，相比于电机促动方式也大幅降低了制动器的制造成本。该机构保留了传统盘式制动器的大部分部件，结构简单，系统紧凑，成本低且易于实现。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置的结构示意图；

图2是图1中所示A-A向局部视图；

图3是图1中所示B-B向局部视图；

图4为汽车前进制动过程的受力分析示意图。

图中：1—比例电磁铁定子，2—楔块上外罩，3—比例电磁铁永磁体，4—外楔形块，5—间隙调整螺钉，6—滚珠，7—内楔形块，8—楔块下外罩，9—浮动活塞，10—支撑弹簧，11—回位橡胶密封圈，12—紧固螺栓，13—制动钳，14—紧固螺栓，15—防尘罩，16—制动钳支架导向销，17—内制动衬片，18—制动盘，19—外制动衬片，20—制动钳支架，21—比例电磁铁导磁材料，22—比例电磁铁线圈，23—比例电磁铁工作气隙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明所公开的机构由比例电磁铁定子1，比例电磁铁永磁体3，外楔形块4，滚珠6，内楔形7，制动钳支架20，制动钳13，浮动活塞9，内制动衬片17，外制动衬片19，以及制动盘18等主要部件组成。比例电磁铁定子1通过螺栓固定在楔块上外罩2上，楔块上外罩2和楔块下外罩8也通过螺栓固联。楔块下外罩8与制动钳13通过紧固螺栓12固联。制动钳13通过紧固螺栓14与制动钳支架导向销16固联，制动钳支架导向销16安装在制动钳支架20的销孔内并可沿销孔左右移动。制动钳13跨过制动盘，其右侧边缘压靠在外制动衬片19上。内楔形块7、浮动活塞9、内制动衬片17、外制动衬片19、制动盘18之间通过相邻部件间的正压力传递摩擦力。间隙调整螺钉5通过螺纹连接在楔块下外罩8上，间隙调整螺钉5的内端面抵靠在外楔形块4的外侧面上，通过旋转间隙调整螺钉5实现制动间隙调整。利用外楔形块4、滚珠6和内楔形块7构成的楔形机构实现摩擦自增力作用，大幅降低制动器促动力。楔形机构的促动力由比例电磁铁提供，可双向加力，实现对前进和倒车两种工况的制动力控制。

采用支撑弹簧10实现浮动活塞9在制动钳13上的浮动支撑，保证制动过程中准确传递摩擦力和正压力。

采用制动钳13内壁上安装的回位橡胶密封圈11实现制动间隙自调整，采用安装在楔块下外罩8上的间隙调整螺钉5进行过大制动间隙的补偿。

以汽车前进制动为例说明制动力控制过程。驾驶员施加在制动踏板上的控制信号传递到电子制动系统的ECU，通过计算得出由比例电磁铁应施加的促动力。汽车前进制动时，比例电磁铁定子1给内楔形块7施加向下的促动力，滚珠6与内楔形块7的上工作面接触，推动内楔形块7向左压靠浮动活塞9，浮动活塞9进一步压靠内制动衬片17，从而压靠在制动盘18上，产生制动力。此时制动盘施加在内制动衬片17上的制动力向下，该制动力通过浮动活塞9施加到内楔形块7上，其方向与比例电磁铁施加在其上的促动力方向相同，从而形成自增力作用。

根据作用力与反作用力大小相等方向相反的原理，由内楔形块7施加在浮动活塞9上的正压力，同时也通过滚珠6施加在外楔形块4上，进一步又施加到楔块下外罩8上，楔块下外罩8与制动钳13通过螺栓12固联，从而使制动钳13沿着制动钳支架导向销16向右侧移动，使制动钳爪带动外制动衬片19从左侧夹紧制动盘18，实现浮钳式自动对中夹紧。

制动过程中，浮动式活塞9靠近内制动衬片17端设有回位橡胶密封圈11，该密封圈的刃边在浮动式活塞9移动过程中产生弹性变形，极限摩擦力时橡胶密封圈11的极限变形量等于制动器间隙为设定值时完全制动所需的活塞行程。因此，当解除制动时，浮动式活塞9在橡胶密封圈11的弹力作用下退回，直到密封圈变形完全消失为止。此时，制动盘18与制动衬片17之间的制动间隙为设定值，从而实现了间隙自动调整。当系统有过大的间隙时，可通过安装在楔块下外罩8上的间隙调整螺钉5进行补偿。

图2表示了比例电磁铁的结构，21为比例电磁铁定子的导磁材料，22为线圈，23为比例电磁铁工作气隙。比例电磁铁定子1、比例电磁铁永磁体3以及内楔形块7共同构成了浮动式比例电磁铁。通过控制线圈22中的电流大小和方向，可以控制施加在内楔形块7上的促动力的大小和方向，从而实现对制动力的控制。由于对内楔形块7施加促动力时内楔形块7会有小幅的左右移动，通过这种浮动结构避免了比例电磁铁轴向运动和侧向运动的干涉。

在制动过程中要求浮动活塞9和内制动衬片17、外制动衬片19必须都是浮动的。参阅图3，利用一个支撑弹簧10，一端嵌入在浮动活塞9上，另一端靠在制动钳13内壁上，实现浮动支撑。内外侧的制动衬片17、19的浮动支撑也采用支撑弹簧抵靠到制动钳13上（与传统盘式制动器相同）。由于采用浮动支撑，可以保证准确地传递摩擦力和正压力。

图4是汽车前进制动时制动器内部的受力情况。比例电磁铁施加在内楔形块7上的促动力为Fa，制动盘施加到内制动衬片上的制动力为Fb，该制动力通过浮动活塞9施加到内楔形块7，大小和方向不变。由于内楔形块7的上楔形面工作，滚珠6施加在内楔形块7上的正压力为Fn，楔形机构的楔形角为α，制动盘与制动衬片间的摩擦系数为μ，则有：

F_b＝F_n·cosα·μ    （1）

F_a+F_b＝F_n·sinα    （2）

通过（1）和（2）式可得到：

$F_b=\frac{\mathrm{\μ}}{\tan \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}}\·F_a---\left(3\right)$

式（3）表明了制动力Fb与促动力Fa的关系。可以看出，只要合理选择楔形机构的楔形角α以及制动盘与制动衬片间的摩擦系数μ，就可以得到很高的制动器制动效能。综合考虑制动稳定性和制动效能，推荐选择最大促动力为100N时获得最大的制动力。

汽车倒车制动时，比例电磁铁施加在内楔形块7上的促动力与前进制动时相反，内楔形块7的下楔形面工作，依然可以得到式（3）所表达的制动力Fb与促动力Fa的关系。可见无论前进制动还是倒车制动都能获得很高的制动器制动效能，只需采用促动力很小的比例电磁铁就可以实现对制动力的精确控制。

采用本发明基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动器机构，使盘式制动器的促动力大幅减小，结构紧凑，便于在车轮上安装。同时，采用比例电磁铁作为促动元件，相比于电机促动方式也大幅降低了制动器的制造成本。

Claims (6)

1.一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，主要由楔形机构、楔块上外罩（2）、楔块下外罩（8）、比例电磁铁定子（1）、比例电磁铁永磁体（3）、制动钳支架（20）、制动钳（13）、浮动活塞（9）、内制动衬片（17）、外制动衬片（19）和制动盘（18）组成，其特征在于：

所述楔形机构由内楔形块（7）、滚珠（6）、外楔形块（4）组成；所述楔块上外罩（2）与楔块下外罩（8）固定连接并形成U型框架；所述外楔形块（4）在楔块上外罩（2）与楔块下外罩（8）形成的U型框架内左右移动；所述比例电磁铁定子（1）固定在楔块上外罩（2）上；所述制动钳（13）的右端分别与楔块下外罩（8）、制动钳支架导向销（16）固定连接，所述制动钳（13）的左端跨过制动盘（18）且压靠在外制动衬片（19）上；所述制动钳支架导向销（16）安装在制动钳支架（20）的销孔内并沿销孔左右移动；

所述内楔形块（7）、浮动活塞（9）、内制动衬片（17）、制动盘（18）、外制动衬片（19）之间依次通过相邻部件间的正压力传递摩擦力。

2.根据权利要求1所述的一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，其特征在于：

所述楔块下外罩（8）上设置间隙调整螺钉（5），间隙调整螺钉（5）的内端面抵靠在所述外楔形块（4）的外侧面上，通过旋转间隙调整螺钉（5）调整制动间隙。

3.根据权利要求1所述的一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，其特征在于：

所述制动钳（13）与所述浮动活塞（9）之间安装回位橡胶密封圈（11），所述回位橡胶密封圈（11）靠近内制动衬片（17）端，用于调整制动间隙。

4.根据权利要求1所述的一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，其特征在于：

所述浮动活塞（9）用支撑弹簧（10）实现浮动支撑；所述支撑弹簧（10）一端嵌入浮动活塞（9）上，另一端靠在制动钳（13）内壁上。

5.根据权利要求1所述的一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，其特征在于：

所述比例电磁铁定子（1）、比例电磁铁永磁体（3）和内楔形块（7）构成浮动式比例电磁铁，防止内楔形块（7）在制动时发生轴向和侧向运动干涉。

6.根据权利要求1所述的一种基于比例电磁铁驱动的楔形汽车制动装置，其特征在于：

所述内楔形块（7）有双工作面，内楔形块（7）与外楔形块（4）、滚珠（6）构成楔形摩擦自增力机构。

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