CN103507801B - 机电式制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机电式制动系统，包括底座支架、制动钳壳体、挤压组件、力传感器、电动机和减速器。所述底座支架带有一对垫板，用于对制动盘施加压力；所述制动钳壳体由底座支架所支撑，以便前后移动，从而对垫板施加压力；所述挤压组件包括滚珠螺母和滚珠丝杆，滚珠螺母安装于制动钳壳体上，用于将旋转运动转化为直线运动从而对垫板施加压力，滚珠丝杆被结合到滚珠螺母上；所述力感应器安装于滚珠螺母处，以检测由滚珠螺母产生的负载；所述电动机产生旋转力从而操作挤压组件，以及减速器连接到电动机的旋转轴从而将驱动力转移至挤压组件；其中，减速器可适于在力传感器检测到负载的存在时改变减速比。

Description

机电式制动系统

技术领域

本发明的实施方式涉及机电式制动系统，其设置有减速器，该减速器具有改变速度的功能，由此可通过根据车辆制动时的负载条件改变减速比从而提高响应能力。

背景技术

随着电子技术的快速发展，车辆正在经历从混合动力汽车到电动车的演变，驻车制动器的驱动也由液压制动系统向机电式制动系统转化。这种机电式制动系统被安装在普通盘式制动器上作为驻车制动器使用。

图1是示出了采用传统的机电式制动系统的电子盘式制动器的视图。

参照图1，该机电式制动系统包括：制动盘1、底座支架10、制动钳壳体20、电动机50、减速器40和挤压组件30。所述制动盘1随车辆车轮旋转；一对垫板11和12安装于底座支架10处，位于制动盘1的两侧，以向所述制动盘1施压；所述制动钳壳体20可滑动地安装于底座支架10处，以对垫板11和12施压；所述电动机50用于产生驱动力；所述减速器40用于放大由电动机50产生的驱动力；所述挤压组件30用于将电动机50的旋转力从减速器40转化为直线运动，以对垫板11施压。

垫板11和12可分为内垫板11和外垫板12，所述内垫板11与挤压组件30相邻，所述外垫板12设置于内垫板11的对侧。用于安装挤压组件30的组件23，位于制动钳壳体20的一侧，一体连接到组件23的向下弯曲的指状组件22，位于制动钳壳体20的另一侧，从而在制动钳壳体20滑动时，该指状组件22抵着制动盘1挤压外垫板12。

所述底座支架10固定在车身上，以防止垫板11与12分离，并引导垫板11和12朝向以及远离制动盘1的运动。

所述挤压组件30设置有滚珠丝杆32和滚珠螺母31。所述滚珠丝杆螺接至减速器40的齿轮托架43的中心旋转轴（其具体结构将在下文中描述），以接收电动机50的旋转力。所述滚珠螺母31被结合到滚珠丝杆32上，以通过直线运动向内垫板11施加压力。轴承25安装于组件23的内部，以用于支撑滚珠丝杆32。

所述减速器40包括：中心齿轮41、多个行星齿轮42、内齿轮44和齿轮托架43。中心齿轮41安装在电动机50的旋转轴上；行星齿轮42围绕中心齿轮41设置，以与该中心齿轮41啮合；内齿轮44固定在行星齿轮42的外部，以与行星齿轮42啮合；齿轮托架43将行星齿轮42的轴42a连接至挤压组件30。

也就是说，在上述机电式制动系统的情况下，当电动机50的运转引起中心齿轮41的旋转时，与固定的内齿轮44啮合的行星齿轮42围绕内齿轮44转动。行星齿轮42的转动通过齿轮托架43传递至滚珠丝杆32，从而允许滚珠丝杆32减速旋转。当滚珠丝杆32旋转时，滚珠螺母31轴向移动，对内垫板11施加压力，从而执行制动。

然而，当利用上述机电式制动系统10进行制动时，与固定的内齿轮44接触的行星齿轮42将发生转动。行星齿轮42的转动通过齿轮托架43传递给滚珠丝杆32，从而减小转速。也就是说，传统的机电式制动系统配备的减速器40无法改变速度，因此在施加和释放制动时，这种制动系统的响应能力降低，所以不可能通过传统的机电式制动系统实现快速的控制。

除此之外，由于电动机50的扭矩被放大以产生轴向力，可能会在制动过程中产生噪声。

发明内容

因此，本发明的一个方面在于提供这样一种机电式制动系统，其设置有改进的减速器，该减速器具有允许改变速度的减速结构，因此该系统具有提高的响应能力。

本发明的另一方面在于提供这样一种机电式制动系统，其可减少由电动机产生的噪声。

本发明的其他方面将在随后的说明书中部分地得以阐明，且将通过以下说明书而变得显而易见或可由本发明的实践习得。

依据本发明的一个方面，一种机电式制动系统包括：底座支架、制动钳壳体、挤压组件、力传感器、电动机和减速器。所述底座支架带有一对垫板，其被安装为可前后移动，以对制动盘施加压力；所述制动钳壳体由底座支架所支撑，从而可前后移动，以对垫板施加压力；所述挤压组件包括滚珠螺母和滚珠丝杆，滚珠螺母安装于制动钳壳体上，用于将旋转运动转化为直线运动，从而向垫板施加压力，滚珠丝杆被结合到滚珠螺母上；所述力传感器安装于滚珠螺母上，以检测由滚珠螺母的运转所产生的负载；所述电动机用于产生旋转力，以驱动挤压组件；所述减速器连接至电动机的转轴，以将驱动力传递给挤压组件；其中，减速器可适于在力传感器检测到存在负载时改变减速比。

所述减速器可包括：中心齿轮、多个行星齿轮、齿轮托架和内齿轮组。所述中心齿轮安装于电动机的转轴上；所述行星齿轮设置在中心齿轮周围并与之啮合；所述齿轮托架用于旋转与行星齿轮连接的滚珠丝杆；所述内齿轮组用于通过与行星齿轮啮合而放大电动机的旋转力或用于将该旋转力传递至滚珠丝杆而不改变减速比。

所述内齿轮组可包括：第一内齿轮、第二内齿轮和换挡组件。所述第一内齿轮被固定在行星齿轮外侧；所述第二内齿轮与第一内齿轮间隔开，并与行星齿轮和齿轮托架啮合；所述换挡组件位于第一内齿轮上，用于在力传感器检测到存在负载时带动第二内齿轮的前、后移动。其中，第二内齿轮可向前或向后移动，以与行星齿轮和齿轮托架啮合从而传导旋转力或被置于行星齿轮和第一内齿轮之间并与两者啮合从而放大旋转力。

所述换挡组件可包括：导杆、导槽、支撑弹簧和螺线管线圈。所述导杆设置于位于第一内齿轮上的容纳部件上，导杆的一端朝向第二内齿轮弯曲；所述导槽形成于第二内齿轮上，从而使得该弯曲的一端被插入导槽中；所述支撑弹簧位于导杆的另一端，用于朝向制动盘挤压该导杆；所述螺线管线圈用于由施加在其上的电流产生磁场，从而在滚珠螺母中产生负载时朝向该支撑弹簧的方向移动该导杆。

所述第二内齿轮的内圆周面可设有第一轮齿，以与齿轮托架和行星齿轮的轮齿啮合；并且所述第二内齿轮的外圆周面可设有第二轮齿，以与第一内齿轮的轮齿啮合。

在电动机的旋转引起滚珠螺母与垫板的接触之前，所述第二内齿轮可与齿轮托架和行星齿轮啮合。

当滚珠螺母开始与垫板接触时，所述第二齿轮可向后移动，以与行星齿轮和第一内齿轮啮合。

所述第一内齿轮可以是固定的内齿轮；并且所述第二内齿轮可以是旋转的内齿轮，以通过与齿轮托架和行星齿轮的啮合而旋转。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面将会更加清晰明确，并易于理解；附图中：

图1是示意性地示出了传统的机电式制动系统的横截面视图；

图2是示意性地示出了依据本发明典型实施例的机电式制动系统的横截面视图；

图3是示出了图2中机电式制动系统的一部分的放大图；

图4是依据本发明典型实施例的机电式制动系统中产生负载的情况下，减速器进行变速时的横截面视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各个实施例，已在附图中例示了这些实施例的示例。需要说明的是，以下描述中使用的术语和随附权利要求书不应只局限于通用含义及字典含义，而应在发明人被允许进行适当的术语定义以进行最佳说明的原则下、依据本发明的技术原理对其进行解释。在说明书中描述并在附图中示出的优选实施例仅用于说明本发明，但不代表本发明的所有方面，使得可在不脱离本发明的精神的前提下实施若干等同方案和变型方案。

图2是示意性地示出了依据本发明典型实施例的机电式制动系统的侧剖视图，图3是示出了图2中机电式制动系统的一部分的放大图，图4是例示了依据本发明典型实施例的机电式制动系统在产生负载的情况下减速器进行变速时的横截面视图。

参照图2至图4，依据例示的实施例的机电式制动系统包括：制动盘1、底座支架110、制动钳壳体120、挤压组件130、减速器140及电动机150。所述制动盘1随车辆车轮转动；一对垫板111和112设置于底座支架110处，以对制动盘1的两侧施加压力从而执行制动；所述制动钳壳体120安装于底座支架110处，可前后移动，以对垫板111和112施加压力；所述挤压组件130安装于制动钳壳体120处，用于将旋转运动转化为直线运动；所述减速器140与挤压组件130同轴连接；所述电动机150可带动减速器140正反向旋转。

垫板111和112分为内垫板111和外垫板112，内垫板111与挤压组件130邻接设置，外垫板112则与指状组件122连接设置，所述指状组件122将在之后介绍。垫板111和112可移动地安装在固定于车身的底座支架110处，从而可朝向和远离制动盘1的两侧移动。制动钳壳体120也安装于底座支架110处，从而可以在对垫板111和112施加压力的方向上前后移动。

组件123位于制动钳壳体120的背面，其内安装有该挤压组件130；向下弯曲以操作外垫板112的指状组件122，位于制动钳壳体120的正面并与组件123成为一个整体。

挤压组件130设置有滚珠丝杆132和滚珠螺母131，所述滚珠丝杆132螺接至减速器140（其将在之后阐明）的托架143的中心旋转轴，以接收电动机150的旋转力；所述滚珠螺母131被结合至滚珠丝杆132，以通过直线运动对内垫板111施加压力。

滚珠螺母131安装于组件123中，使得滚珠螺母131可前后移动但其旋转受限。限制滚珠螺母131旋转的结构可通过以下方式实现：将挤压组件130的外表面和组件123的相应内表面（其与挤压组件130结合）制成多边形；或者在挤压组件130的外表面和组件123的内表面安装形成为键槽状的楔构件和导向构件（未示出）。滚珠螺母131通过接触内垫板111而对制动盘1施加压力。

滚珠丝杆132贯穿组件123而安装以便位于其内部，而且滚珠丝杆132可旋转地设于组件123内以平行于滚珠螺母131前后移动的方向。滚珠丝杆132和滚珠螺母131设有半圆形的凹槽133和134，其允许多个滚珠在其内移动。此处的滚珠丝杆132也可由滚柱丝杆替代。

为支撑所述滚珠丝杆132，第一轴承125和第二轴承126被安装在组件123内部彼此间隔的位置处。第一轴承125支撑滚珠丝杆132，使其能转动。第二轴承126是推力轴承，其在制动时接收通过滚珠丝杆132传导的、在滚珠螺母131的前后运动方向上而产生的反作用力。

同时，力传感器160位于滚珠螺母131的一侧，面向滚珠螺母131向前运动的方向。在制动过程中，力传感器160检测随滚珠螺母131的运动产生的负载。此处，接收电动机150的旋转力并移动的滚珠螺母131的向前移动的距离可以分为两个阶段：无负载阶段和负载阶段，无负载阶段是滚珠螺母131尚未接触内111的阶段，负载阶段是滚珠螺母131对内垫板111施压以实质上产生制动力的阶段。也就是，力传感器160检测从无负载阶段到负载阶段的转变，并向减速器140输出信号，由此促使减速器140改变速度。这种减速机制将在后面详细阐述。力传感器160是当前公知的技术，在此恕不赘述。

根据例示实施例的减速器140包括：中心齿轮141、多个行星齿轮142、齿轮托架143、内齿轮组145和换挡组件。所述中心齿轮141安装于电动机150的转轴151上；所述行星齿轮142设置于中心齿轮141周围并与之啮合；所述齿轮支架143与每个行星齿轮142的轴142a连接，以带动挤压组件130旋转；所述内齿轮组145包括第一内齿轮145-1和第二内齿轮145-2，第一内齿轮145-1固定于行星齿轮142的外侧，第二内齿轮145-2与行星齿轮142和齿轮托架143啮合；所述换挡组件用于带动第二内齿轮145-2前后移动。

内齿轮组145适于：通过前后移动第二内齿轮145-2来放大电动机150的旋转力并将放大的力传递至滚珠丝杆132；或者传递电动机150的旋转力而不改变减速比。

具体而言，第一内齿轮145-1是固定的内齿轮。也就是，第一内齿轮145-1被固定于组件123的外侧并被设置于行星齿轮142的外侧。此时，第一内齿轮145-1的轮齿145-1b与行星齿轮142隔有一段距离，因此其不会与行星齿轮142啮合。在第一内齿轮145-1上形成有容纳部件，从而允许安装换挡组件的导杆146，这一内容将在随后阐明。

第二内齿轮145-2是旋转的内齿轮，其在与第一内齿轮145-1相间隔的同时旋转。也就是，第二内齿轮145-2形成为环状并与齿轮托架143和行星齿轮142啮合。此处，第二内齿轮145-2的内圆周面设有与齿轮托架143和行星齿轮142啮合的第一轮齿145-2a，而第二内齿轮145-2的外圆周面设有与第一内齿轮145-1的轮齿145-1b啮合的第二轮齿145-2b。第一轮齿145-2a与齿轮托架143和行星齿轮142的轮齿处于同一直线上，而第二轮齿145-2b与第一内齿轮145-1的轮齿145-1b处于同一直线上。

此外，第二内齿轮145-2上设有导槽147，前面所述的导杆146插入其中。也就是说，第二内齿轮145-2适于随插入导槽147中的导杆146的移动而一起移动。

在例示的实施例中，换挡组件适于根据力传感器160检测到的滚珠螺母131上的负载而带动第二内齿轮145-2前后移动。所述换挡组件设有导杆146、导槽147、支撑弹簧148和螺线管线圈149。所述导杆146设于容纳部件145-1a处，而该容纳部件145-1a形成于第一内齿轮145-1处；所述导槽147形成于第二内齿轮145-2处，其允许导杆146的一端插入其中；所述支撑弹簧148位于导杆146的另一端；所述螺线管线圈149用于由施加在其上的电能产生磁力。

导杆146的长度是预先确定的，其一端朝向第二内齿轮145-2弯曲。也就是说，是导杆146的这一端插入位于第二内齿轮145-2处的导槽147中。

由于支撑弹簧148位于导杆146的另一端，通过支撑弹簧148导杆146朝向制动盘1按压。因此，在滚珠螺母131随电动机150的旋转而开始与内垫板111接触之前，第二内齿轮145-2保持与齿轮托架143和行星齿轮142的啮合。

同时，螺线管线圈149位于支撑弹簧148的一端，其由施加在其上的电能产生磁力。当上述磁力产生时，导杆146朝向支撑弹簧148移动。也就是说，如图4所示，第二内齿轮145-2随着导杆146一起移动，因此第二内齿轮145-2的第一轮齿145-2a与行星齿轮142啮合，而第二轮齿145-2b与第一内齿轮145-1的轮齿145-1b啮合。

进一步而言，在滚珠螺母131上产生负载的时间与对螺线管线圈149通电的时间相同。也就是说，当滚珠螺母131接触内垫板111并向其施加压力时产生了轴向力，增大了滚珠螺母131中的负载。然后向螺线管线圈149施加电能以产生磁力。相应地，第二内齿轮145-2被固定在固定的第一内齿轮145-1上并开始与行星齿轮142接触。然后，行星齿轮142转动，并且其转动通过齿轮托架143传导至滚珠丝杆132，致使滚珠丝杆132的转速降低。也就是说，通过行星齿轮142的减速比（齿轮传动比）放大电动机150的扭矩，从而产生轴向力以实现必要的制动。

同时，如上所述，在施加轴向力至内垫板111的滚珠螺母131与内垫板111接触之前，第二内齿轮145-2与行星齿轮142和齿轮托架143啮合，由此使滚珠丝杆132以电动机150的转速旋转，但不改变行星齿轮142的减速比，这减少了滚珠螺母131接触到内垫板111所花费的时间。

接下来，将对具有上述结构的机电式制动系统的操作进行描述。

当电动机150开始运转以执行制动时，其带动了与电动机150连接的减速器140旋转。减速器140通过电动机150的旋转力而旋转，放大由电动机150传递给滚珠丝杆132的旋转力或仅传递电动机150的旋转力而不改变减速比。旋转滚珠丝杆132带动滚珠螺母131旋转，使其接触到内垫板111。然后，内垫板111通过滚珠螺母131挤压制动盘1。

具体而言，电动机150带动与其转轴151连接的中心齿轮141旋转。中心齿轮141又带动与其啮合的行星齿轮142旋转。行星齿轮142带动与其转轴142a和第二内齿轮145-2连接的齿轮托架143旋转。齿轮托架143带动与其螺接的滚珠丝杆132旋转。

在以上过程中，行星齿轮142和齿轮托架143均与第二内齿轮145-2啮合，所以滚珠丝杆132接收电动机150的旋转并以电动机150的转速旋转，而行星齿轮142的减速比不发生变化。

也就是说，在例示的实施例中，行星齿轮142的减速比不发生变化，允许滚珠丝杆132以电动机150的转速旋转，因此滚珠螺母131接触到内垫板111所花费的时间减少了。

此外，在上述操作中，当滚珠螺母131通过滚珠丝杆132的持续旋转而接触到内垫板111时，施加在内垫板111上的压力引起了反作用力，并在滚珠螺母131上产生了负载，施加在电动机150上的电流随之增大。因此，在螺线管线圈149上施加了电能，产生了磁力，在磁场力作用下，与第二内齿轮145-2的导槽147啮合的导杆146与第二内齿轮145-2一起移动。也就是说，如图4所示，第二内齿轮145-2被置于行星齿轮142和第一内齿轮145-1之间，并与两者啮合。在这种啮合方式下，通过行星齿轮142的减速比，滚珠丝杆132放大了电动机150的扭矩，从而产生轴向力。

也就是说，电动机150的驱动力经由减速器140而放大，并被传递至滚珠丝杆132。然后，随着滚珠丝杆132的旋转方向，滚珠螺母131线性往返，使内垫板111朝制动盘1的方向挤压，这又促使制动钳壳体120发生滑动，迫使外垫板112与制动盘1接触。由此执行制动。

同时，当滚珠螺母131中不产生负载时，即，当滚珠螺母131不承受负载时，施加在螺旋管线圈149上的电能被切断。然后，导杆146通过位于其另一端的支撑弹簧148回到原位。也就是说，如图2所示，当导杆146回到其原位时，第二内齿轮145-2也移动以与齿轮托架143和行星齿轮142啮合。

因此，根据例示的实施例，在随电动机150的旋转向内垫板111施加压力的过程中，在滚珠螺母131未与内垫板111接触的无负载阶段中，第二内齿轮145-2与齿轮托架143和行星齿轮142啮合，并得以将电动机150的转速传递给滚珠丝杆132，而不改变行星齿轮142的减速比；在滚珠螺母131与内垫板111接触并产生反作用力的负载阶段，第二内齿轮145-2通过磁力向后移动，置于行星齿轮142和第一内齿轮145-1之间，并分别与两者啮合，从而通过行星齿轮142的减速比放大电动机150的扭矩并将放大的扭矩传递至滚珠丝杆132。也就是说，通过仅允许在产生了反作用力的负载阶段降低速度，可提高机电式制动系统的响应能力。

通过以上描述，显而易见的是，依据本发明的机电式制动系统配备了允许改变速度的减速器，从而在未产生负载的阶段中传递电动机的驱动力而不改变减速比，并且在产生了负载的阶段中放大并传递电动机的旋转力。因此提高了制动系统的响应能力。

除此之外，由于仅允许在产生了负载的阶段中放大旋转力，降低了制动中的噪声。

尽管已示出并描述了本发明一些实施例，但本领域技术人员应该能理解，在不脱离本发明的原理和精神的前提下，还可以对这些实施例进行修改，本发明的保护范围由权利要求书及其等同方案限定。

Claims (6)

1.一种机电式制动系统，其包括：

底座支架，其设有一对用于向制动盘施加压力的垫板，一对垫板被安装为可前后移动；

制动钳壳体，其由所述底座支架支撑，可前后移动，以对所述垫板施加压力；

挤压组件，其包括滚珠螺母和滚珠丝杆，所述滚珠螺母安装在制动钳壳体处，用于将旋转运动转化为直线运动从而对所述垫板施加压力，所述滚珠丝杆被结合到所述滚珠螺母上；

力传感器，其安装于滚珠螺母处，以检测由滚珠螺母的操作所产生的负载；

电动机，其用于产生旋转力，以操作所述挤压组件；以及，

减速器，其连接至所述电动机的转轴，以将驱动力传递给所述挤压组件；

其中，所述减速器适于在力传感器检测到负载的存在时改变减速比；

其中，所述减速器包括：

中心齿轮，其安装于电动机的转轴处；

多个行星齿轮，其设置于中心齿轮周围并与之啮合；

齿轮托架，其带动与所述行星齿轮连接的滚珠丝杆旋转；以及

内齿轮组，其通过与所述行星齿轮啮合而放大所述电动机的旋转力，或者将所述旋转力传递给滚珠丝杆而不改变减速比；

其中，所述内齿轮组包括：

第一内齿轮，其被固定在行星齿轮的外侧；

第二内齿轮，其与第一内齿轮间隔开，并与行星齿轮和齿轮托架啮合；以及

换挡组件，其位于第一内齿轮上，以在力传感器检测到的负载的存在时带动第二内齿轮前后移动；

其中，所述第二内齿轮向前或者向后移动，以便与行星齿轮和齿轮托架啮合从而传导旋转力，或者被置于行星齿轮和第一内齿轮之间并与两者啮合从而放大旋转力。

2.如权利要求1所述的机电式制动系统，其特征在于，所述换挡组件包括：

导杆，其设置于形成在第一内齿轮处的容纳部件处，所述导杆的一端朝向所述第二内齿轮弯曲；

导槽，其形成于第二内齿轮处，从而允许弯曲的一端被插入导槽中；

支撑弹簧，其位于导杆的另一端，用于朝向制动盘挤压导杆；以及

螺线管线圈，其用于由施加在其上的电能产生磁力，从而在滚珠螺母中产生负载时带动导杆朝向所述支撑弹簧移动。

3.如权利要求1所述的机电式制动系统，其特征在于，所述第二内齿轮的内圆周面设有第一轮齿，以便与齿轮托架和行星齿轮的轮齿啮合，且所述第二内齿轮的外圆周面设有第二轮齿，以便与第一内齿轮的轮齿啮合。

4.如权利要求1所述的机电式制动系统，其特征在于，在所述滚珠螺母通过电动机的旋转而与垫板接触之前，所述第二内齿轮与齿轮托架和行星齿轮啮合。

5.如权利要求1所述的机电式制动系统，其特征在于，当所述滚珠螺母与垫板接触时，所述第二内齿轮向后移动，以与行星齿轮和第一内齿轮啮合。

6.如权利要求1所述的机电式制动系统，其特征在于，

所述第一内齿轮是固定的内齿轮；并且，

所述第二内齿轮是旋转的内齿轮，其通过与齿轮托架和行星齿轮啮合而旋转。