CN105805306B - 电动驻车系统的执行器及其自锁机构 - Google Patents

Abstract

一种自锁机构，包括主动轮、从动轮、限位轮及固定轮，主动轮和从动轮具有相互啮合的传动部件，限位轮环绕主动轮和从动轮，限位轮包括支撑座及自支撑座的内壁上沿圆周方向间隔设置的若干凸块，凸块具有一轴向末端延伸至固定轮内，轴向末端设置有转动体，转动体在径向上位于从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间，从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间的间距由中央向其圆周方向上的两侧逐渐减小，该间距的最大间距不小于转动体的直径，最小间距小于转动体的直径，当主动轮驱动从动轮旋转时，转动体始终位于最大间距处，当从动轮自行旋转时，转动体朝最小间距处移动，从而被卡死在固定轮和从动轮的外侧面之间。

Description

电动驻车系统的执行器及其自锁机构

技术领域

本发明涉及汽车的驻车系统，尤其涉及电动驻车系统的执行器及其使用的自锁机构。

背景技术

汽车的驻车系统是用于防止已经停止的车辆溜动，传统的驻车系统是手动操作，俗称“手刹”，驾驶者根据经验控制拉动手刹的力度，对驾驶者的驾驶水平要求较高。

随着技术的发展，电动驻车系统(EPB,Electrical Park Brake)逐渐取代传统的机械手刹，现有的EPB系统包括由电机驱动的执行器、以及安装于汽车车轮上的制动器，所述执行器通过丝杠(lead screw)或滚珠丝杠(ball screw)传动，刹车时，驾驶者仅需按动电动刹车按钮，即可启动电机，执行器动作使丝杠或滚珠丝杠转动，带动制动器移动实现刹车制动。然而，使用丝杠传动其传动效率低下，而使用滚珠丝杠传动虽能提高传动效率，但刹车后无法自锁，汽车在刹车后，特别是在具有一定坡度的路面上，容易发生溜动。

发明内容

有鉴于此，提供一种传功效率高且能实现自锁的电动驻车系统的执行器及其自锁机构。

一种自锁机构，包括共轴设置的主动轮、从动轮、限位轮以及固定轮，所述主动轮和从动轮具有相互啮合的传动部件，所述限位轮环绕所述主动轮以及从动轮，所述限位轮包括支撑座及支撑座的内壁上沿圆周方向间隔设置的若干凸块，所述凸块具有一轴向末端延伸至所述固定轮内，所述凸块的轴向末端设置有转动体，所述转动体在径向上位于从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间，所述从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间的间距由其中央向其圆周方向上的两侧逐渐减小，所述从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁之间的最大间距不小于所述转动体的直径，最小间距小于转动体的直径，当所述主动轮驱动所述从动轮旋转时，所述限位轮被主动轮驱动并同步旋转，且所述转动体大致位于最大间距处，当所述从动轮自行旋转时，所述从动轮的径向外侧面相对所述转动体转动使所述转动体朝所述最小间距处移动，从而被卡死在固定轮和从动轮的外侧面之间。

一种电动驻车系统的执行器，包括电机、输出件以及传动连接于电机和输出件之间的传动装置，其特征在于，所述传动装置一自锁机构，该自锁机构包括共轴设置的主动轮、从动轮、限位轮以及固定轮，所述主动轮和从动轮具有相互啮合的传动部件，所述限位轮环绕所述主动轮以及从动轮，所述限位轮包括支撑座及支撑座的内壁上沿圆周方向间隔设置的若干凸块，所述凸块具有一轴向末端延伸至所述固定轮内，所述凸块的轴向末端设置有转动体，所述转动体在径向上位于从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间，所述从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间的间距由其中央向其圆周方向上的两侧逐渐减小，所述从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁之间的最大间距不小于所述转动体的直径，最小间距小于转动体的直径，当所述主动轮驱动所述从动轮旋转时，所述限位轮被主动轮驱动并同步旋转，且所述转动体大致位于最大间距处，当所述从动轮自行旋转时，所述从动轮的径向外侧面相对所述转动体转动使所述转动体朝所述最小间距处移动，从而被卡死在固定轮和从动轮的外侧面之间。

相较于现有技术，本发明电动驻车系统的执行器在刹车制动以及解除制动时，主动轮、从动轮、限位轮同步转动，没有相对转动，避免了相对转动中的摩擦，传动效率高；在刹车制动后，通过从动轮的驱动块与限位轮的转动体的干涉限制从动轮转动，避免由驱动轮经由行星轮机构、驱动机构至从动轮、主动轮的反向传动，在刹车制动后执行器本身实现自锁，执行器与制动器之间可以选择摩擦低、效率高的传动方式，有效提升整个驻车系统的传动效率。

附图说明

图1为本发明电动驻车系统的执行器的立体图。

图2为图1的剖视图。

图3为图2的正视图。

图4为图1所示执行器的自锁机构的组装图。

图5为图4的剖视图。

图6为图4的分解图。

图7为图5的另一角度视图。

图8为刹车时执行器的自锁机构的状态示意图。

图9为刹车后自锁机构的状态示意图。

图10为刹车后再次启动时自锁机构的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述。

如图1、图2及图3所示，本发明电动驻车系统的执行器包括外壳10、收容于外壳10内的电机20、以及与电机20连接的传动装置30。

所述外壳10包括壳座12以及与壳座12连接的端盖14，所述端盖14和壳座12共同形成容置空间收容所述电机20以及传动装置30。所述电机20包括一转轴22，所述传动装置30连接于转轴22上，电机20启动时转轴22随之转动，带动传动装置30运转，通过输出件79驱动制动器移动实现刹车制动；刹车后，所述传动装置30能够实现自锁，并锁定输出件79防止其反向旋转，防止刹车后溜车；刹车后电机20反向转动带动传动装置30反向转动，通过输出件79反向转动而驱动制动器反向移动解除制动重新启动汽车。为减少本发明操作过程中的振动，在电机20与壳座12之间、以及传动装置30与端盖14之间均设置有环形垫圈16，所述垫圈16可以是橡胶等材料制成，可以吸收以与缓冲电机20和传动装置30的震动。

所述传动装置30包括壳体40、收容于壳体40内的自锁机构50、与所述自锁结构连接的传动机构60、以及与所述传动机构60连接的行星轮机构70。

所述壳体40包括底座42、以及与所述底座42固定连接的上盖44。所述底座42包括基板420、由基板420的边缘垂直朝向上盖44延伸的侧壁422、以及由基板420垂直朝向远离上盖44的方向延伸的下壁424。所述上盖44包括顶板440以及由顶板440的边缘垂直朝向基板420延伸的侧壁442。所述顶板440与基板420的外形、尺寸相当，两者平行间隔设置，上盖44的侧壁442与底座42的侧壁422相抵接，从而上盖44与底座42的侧壁442、422、以及基板420共同形成收容空间。所述自锁机构50以及传动机构60收容于所述收容空间内且并排设置，其中自锁机构50位于电机20的轴向方向上，所述传动机构60则偏离电机20设置。所述底座42的下壁424呈中空圆筒状，由基板420对应传动机构60的位置向外延伸，所述行星轮机构70收容于所述下壁424内。电机20启动，其转动通过自锁机构50、传动机构60以及行星轮机构70逐级传递至输出件79，驱动制动器移动刹车制动或反向移动解除制动；在汽车制动刹车后，所述自锁机构50防止由制动器向电机20的反向传动，避免刹车后溜车。

请同时参阅图4至图7，所述自锁机构50包括主动轮52、从动轮54、限位轮56及固定轮80，四者呈共轴设置。其中，所述主动轮52与从动轮54顺序套接于转轴22上，所述限位轮56环套于主动轮52与从动轮54外，主动轮52与转轴22固定连接并同步转动，从动轮54则可相对转轴22转动地套置于转轴22上，从动轮54在主动轮52的驱动下可随之同步转动。对应所述转轴22，基板420上形成有开口供转轴22穿过，环绕所述开口基板420向收容空间内延伸形成有固定座421，所述固定座421与开口共轴设置，固定座421的内径略大于开口的直径，所述自锁机构50可转动地收容于所述固定座421内。为减少相对转动时的摩擦，所述基板420的开口的直径大于转轴22的直径，优选地不小于从动轮54的外径，而所述自锁机构50的限位轮56的外径略小于固定座421的内径。

所述限位轮56包括支撑座562、以及设置于所述支撑座562上的若干转动体564。所述支撑座562收容于固定座421内并承载于基板420上，为减小接触面积，本实施例中所述支撑座562的内径大于基板420的开口的直径，作为可替代方案，所述支撑座562的内径可以设计为与基板420上的开口的直径相同或略小。所述固定轮80叠设于所述支撑座562上，呈中空环形，方便转轴22穿过与传动机构60枢接。所述固定轮80向外凸出形成有两凸耳82，对应地所述固定座421上形成有凸耳，螺钉等穿过所述固定轮80以及固定座421的凸耳82、将固定轮80固定在固定座421上，从而将所述限位轮56夹置在固定轮80与基板420之间，以在轴向上定位所述限位轮56，避免其在轴向上的移动。

所述支撑座562的内壁径向向内凸出形成有若干凸块563，所述凸块563沿圆周方向均匀间隔设置。较佳地，所述凸块563的内壁面呈圆弧形，所述凸块563的圆弧形内壁面位于一与所述支撑座562共轴的圆柱面上，所述圆柱面的直径小于支撑座562的内径。所述凸块563具有一轴向末端伸出所述支撑座562并伸入至固定轮80内，所述转动体564可转动地设置于凸块563的轴向末端上，每一凸块563上安装一转动体564，对应所述转动体564，每一凸块563上形成有一收容槽，所述收容槽在径向上贯穿所述凸块563，所述转动体564被设置为其轴向与限位轮56的轴向平行。转动体564在径向上的内端和外端均部分伸出至凸块563之外。本实施例中，所述转动体564均呈圆柱状，相对限位轮56的轴线呈对称设置。

所述主动轮52收容于支撑座562内，所述主动轮52包括固定连接于所述转轴22上的固定部522、以及由所述固定部522的外圆周面沿径向向外凸出形成的驱动块524。所述固定部522的外径小于限位轮56的凸块563的内接圆的直径，从而固定部522在转动过程中不会与限位轮56的凸块563发生碰触。所述驱动块524沿固定部522的圆周方向均匀间隔设置，数量与限位轮56的凸块563的数量相当。组装后，每一驱动块524位于相邻的两凸块563之间，从而沿圆周方向，主动轮52的驱动块524与限位轮56的凸块563交替设置。

请同时参阅图8，每一驱动块524包括由固定部522径向向外延伸的第一驱动部526以及由第一驱动部526径向末端进一步向外延伸的第二驱动部528。沿圆周方向，所述驱动块524的第一驱动部526的宽度略小于第二驱动部528的宽度，第二驱动部528的两侧突出于第一驱动部526之外。所述第一驱动部526用于与从动轮54作用。所述第二驱动部528用于与限位轮56的凸块563作用，其末端处的直径大于凸块563的内壁面所在圆柱面的直径，但略小于支撑座562的内径，避免与支撑座562的内壁产生摩擦。本实施例中，所述驱动块524在轴向方向上的高度大于固定部522，驱动块524的顶部伸出至固定部522之外，环绕所述转轴22设置并在两者之间形成环形的安装空间，用于组装所述从动轮54。

所述从动轮54包括可转动地套接于转轴22上的连接部542、以及由所述连接部542的外圆周面径向向外延伸形成的挡块544，所述挡块544沿从动轮54的圆周方向均匀间隔设置，数量与主动轮52的驱动块524的数量相等。本实施例中，所述连接部542伸入至主动轮52的驱动块524与转轴22之间的安装空间内，每一挡块544位于相邻的两驱动块524之间，从而所述主动轮52的驱动块524与从动轮54的挡块544沿圆周方向交替设置，在径向方向上，每一挡块544与限位轮56的一凸块563在径向上相对应。

本实施例中，所述挡块544的横截面大致呈等腰梯形结构，其面向凸块563的外侧面545为平面结构，所述外侧面545与从动轮54的轴线或转轴中心线的距离由其中央向圆周方向上的两侧逐渐增大，因此，所述外侧面545与固定轮80的内壁面的距离由中央向圆周方向上的两侧逐渐减小。所述外侧面545的中央与固定轮80的内壁面之间的距离最大，该距离略大于或相当于转动体564的直径，所述外侧面545的圆周方向上的两侧与固定轮80的内壁面之间的距离小于所述转动体564的直径，因此，当转动体564始终位于对应外侧面545的中央的位置时，从动轮54可相对固定轮80旋转。当限位轮56不动，从动轮54相对限位轮56转动会导致从动轮54运动到其外侧面545的周向一侧与转动体564相对并与之发生干涉；从而阻止从动轮54的进一步旋转。

如图2及图3所示，所述传动机构60为多级齿轮传动，包括依次啮合的输入齿轮62、中间齿轮64、以及输出齿轮66，其中输入齿轮62与所述从动轮54一体而成并环套于转轴22上；所述中间齿轮64通过轴杆65连接于壳体40的顶板440与基板420之间，并在输入齿轮62的驱动下反向转动；所述输出齿轮66通过枢轴67连接于壳体40上，所述枢轴67的顶端与壳体40的顶板440形成固定连接，底端穿过壳体40的底板与行星轮机构70连接，中间齿轮64转动时，输出齿轮66随之以枢轴67为中心反向转动。可以理解地，所述中间齿轮64可以没有，也可以是3个或更多个，根据具体的安装空间而定。

所述行星轮机构70包括齿轮壳72、收容于齿轮壳72内的行星架74、安装于行星架74上的太阳轮76以及多个行星轮78。

所述齿轮壳72承载于传动装置30的壳体40的下壁424内，所述齿轮壳72的外壁面上突出形成有卡块73，所述下壁424上对应所述卡块73形成有相应的卡槽425，所述卡块73卡接于卡槽425内，从而在圆周方向上限定齿轮壳72使其不能转动。所述齿轮壳72的内壁面上形成有与所述行星轮78啮合的一圈内齿。所述行星架74可转动地连接于枢轴67的底端，所述太阳轮76承载于行星架74上并环套所述枢轴67，与传动机构60的输出齿轮66固定连接并随之同步转动，所述多个行星轮78分别通过一支撑轴可转动地连接于行星架74上，所述行星轮78环绕太阳轮76设置，每一行星轮78同时与太阳轮76以及齿轮壳72内壁面上的一圈内齿相啮合，输出件79固定连接于所述行星架74上随行星架74同步转动，作为整个执行器的输出件，穿过传动装置30的底座42的下壁424以及外壳10后与制动器连接。优选地，所述驱动轮79与行星架74一体而成。

当启动本发明电动驻车系统时，电机20驱动转轴22转动，以图8所示顺时针转动方向为例，转轴22转动带动自锁机构50的主动轮52随之沿顺时针方向转动，主动轮52转动时其驱动块524的第一驱动部526与从动轮54的挡块544触碰，其第二驱动部528与限位轮56的凸块563触碰，如此带动从动轮54以及限位轮56同步转动。由于驱动块524的第一驱动部526和第二驱动部528分别抵顶从动轮54的挡块544和限位轮56的凸块563，三者同步旋转，始终将限位轮56上的转动体564保持在与从动轮54的挡块544的中央相对的位置，防止转动体564运动到与挡块544外侧面545的周向两侧相对的位置而与固定轮80的内壁面卡死，确保从动轮54顺利地被主动轮52驱动旋转。

从动轮54的转动带动传动机构60的输入齿轮62同步转动，并通过中间齿轮64传递至输出齿轮66，进而带动与之连接的太阳轮76同步转动，驱动与其啮合的行星轮78自转，由于行星轮78同时与齿轮壳72啮合而齿轮壳72不能转动，行星轮78自转的同时绕太阳轮76公转，从而带动行星架74自转，其转速等于行星轮78相对太阳轮76的公转速度，如此经过齿轮传动结构以及行星轮机构70多级传动，将电机20的高速转动转化为行星架74的低速转动，如此与所述行星架74固定连接的输出件79具有较低的输出转速，驱动制动器制动刹车。

本发明电动驻车系统刹车制动后，如图9所示，此时若输出件79反向转动，并通过行星轮机构70、传动机构60传递至从动轮54使其沿逆时针反向转动，转动开始时，由于主动轮52的驱动块524与从动轮54的挡块544相抵靠，从动轮54的转动推动主动轮52随其沿逆时针反向转动，如此从动轮54带动主动轮52相对限位轮56同步转动。由于从动轮54的挡块544的外侧面545为平面结构，其与固定轮80内壁的距离由中央向两侧逐渐减小，而限位轮56的转动体564与挡块544的外侧面545的中央大致相切，随着从动轮54相对限位轮56的转动，转动体564与挡块544的外侧面545的接触位置朝向外侧面545侧边移动，使转动体564被卡死在挡块544的外侧面545与固定轮80的内壁面之间，迫使从动轮54停止转动，进而通过传动机构60、行星轮机构70反作用于输出件79，使其不能继续转动解除刹车制动，如此本发明电动驻车系统的执行器可以避免由驱动轮79经由行星轮机构70、驱动机构至从动轮54、主动轮52的反向传动，在刹车制动后能够实现自锁，避免溜车。

刹车制动后需要重新启动汽车时，如图10所示，电机20驱动转轴22沿逆时针方向反向转动，带动自锁机构50的主动轮52随之沿逆时针方向转动，如此之前与从动轮54的挡块544以及限位轮56的凸块563触碰的驱动块524分离，此时从动轮54以及限位轮56静止不动，直至主动轮52转过一定角度后其驱动块524与限位轮56上相邻的另一的凸块563以及从动轮54上相邻的另一挡块544触碰。由于驱动块524的第二驱动部528的周向长度大于第一驱动部526的周向长度，因此，第二驱动部528先碰触限位轮56的凸块563，并推动限位轮56相对从动轮54旋转，使限位柱564运动到与挡块544的外侧面545的中央位置相对的位置，实现解锁。此时，驱动块524的第二驱动部526也到达到从动轮54的挡块544接触的位置，并驱动从动轮54随之旋转。如此，主动轮52再次带动从动轮54以及限位轮56同步沿逆时针反向转动，进而通过传动机构60、行星轮机构70使驱动轮79反向转动，使制动器反向移动解除制动，启动汽车。

以上以电机20顺时针转动刹车制动为例说明本发明电动驻车系统的执行器的刹车制动、制动后的自锁、以及制动后的解除，可以理解地，电机20逆时针转动同样可以实现上述功能，仅需对驱动轮79与制动器之间的传动做相应变化即可。本发明的电动驻车系统的执行器在刹车制动后，通过从动轮54的挡块544与限位轮56的转动体564的接触位置的变化，利用转动体564与固定轮80的内壁面的摩擦力，产生干涉限制从动轮54转动，避免由驱动轮79经由行星轮机构70、驱动机构至从动轮54、主动轮52的反向传动，在刹车制动后实现自锁，避免溜车；由于在刹车制动后执行器本身能实现自锁，执行器与制动器之间可以选择摩擦低、效率高的传动方式，相较现有技术中丝杠传动通过牺牲效率的方式来实现自锁，本发明的执行器有效提升整个驻车系统的传动效率。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种自锁机构，包括共轴设置的主动轮、从动轮、限位轮以及固定轮，所述主动轮和从动轮具有相互啮合的传动部件，其特征在于，所述限位轮环绕所述主动轮以及从动轮，所述限位轮包括支撑座及支撑座的内壁上沿圆周方向间隔设置的若干凸块，所述凸块具有一轴向末端延伸至所述固定轮内，所述凸块的轴向末端设置有转动体，所述转动体在径向上位于从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间，所述从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁面之间的间距由其中央向其圆周方向上的两侧逐渐减小，所述从动轮的径向外侧面与固定轮的内壁之间的最大间距不小于所述转动体的直径，最小间距小于转动体的直径，当所述主动轮驱动所述从动轮旋转时，所述限位轮被主动轮驱动并同步旋转，且所述转动体大致位于最大间距处，当所述从动轮自行旋转时，所述从动轮的径向外侧面相对所述转动体转动使所述转动体朝所述最小间距处移动，从而被卡死在固定轮和从动轮的外侧面之间。

2.如权利要求1所述的自锁机构，其特征在于，所述固定轮叠置于所述限位轮的支撑座的轴向末端。

3.如权利要求1所述的自锁机构，其特征在于，所述主动轮上形成有至少一驱动块，所述从动轮上形成有若干挡块，所述主动轮的驱动块与从动轮的挡块共同构成所述传动部件，驱动块可驱动所述挡块从而带动从动轮旋转，所述挡块的外侧面即为从动轮的径向外侧面。

4.如权利要求3所述的自锁机构，其特征在于，沿轴向所述主动轮、从动轮顺序套设于一转轴上，所述主动轮与所述转轴固定连接并随转轴同步转动，所述从动轮可相对所述转轴转动。

5.如权利要求4所述的自锁机构，其特征在于，所述主动轮还包括有固定部，所述固定部与转轴固定连接，所述驱动块由固定部径向向外延伸，所述驱动块在轴向上的高度大于固定部，沿轴向方向驱动块部分伸出至固定部之外并与转轴共同在两者之间形成安装空间，所述从动轮还包括有连接部，所述连接部伸入至所述安装空间内并可转动地套接于转轴上，所述挡块由所述连接部径向向外延伸。

6.如权利要求3所述的自锁机构，其特征在于，所述主动轮的驱动块为多个，沿圆周方向间隔分布，所述驱动块与从动轮的凸块沿圆周方向交替设置，所述驱动块与限位轮的凸块沿圆周方向交替设置。

7.如权利要求3所述的自锁机构，其特征在于，所述从动轮的挡块的横截面呈等腰梯形，挡块面向凸块的外侧面为平面，所述转动体位于所述挡块的外侧面与固定轮的内壁面之间。

8.如权利要求3所述的自锁机构，其特征在于，所述驱动块包括第一驱动部以及由第一驱动部径向向外延伸的第二驱动部，所述第一驱动部用于驱动所述从动轮的挡块，所述第二驱动部用于驱动所述限位轮的凸块，沿圆周方向所述第一驱动部的宽度小于第二驱动部的宽度，第二驱动部的两侧突出于第一驱动部之外。

9.如权利要求1所述的自锁机构，其特征在于，所述转动体呈圆柱状，其轴向与所述限位轮的轴向平行。

10.一种电动驻车系统的执行器，包括电机、输出件以及传动连接于电机和输出件之间的传动装置，其特征在于，所述传动装置包括如权利要求1至9任意一项所述的自锁机构。

11.如权利要求10所述的执行器，其特征在于，所述传动装置还包括传动机构及行星轮机构，所述行星轮机构包括齿轮壳、收容于齿轮壳内的太阳轮、行星架、若干个行星轮、以及驱动轮，所述齿轮壳的外壁上形成有卡块限制齿轮壳的转动，内壁上形成有一圈齿，所述太阳轮与输出齿轮固定连接，所述行星轮可转动地连接于行星架上，每一行星轮与所述太阳轮以及齿轮壳内壁上的一圈齿同时啮合，所述驱动轮与行星轮连接，用于驱动执行器制动。