CN106523551B - 汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构 - Google Patents

汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车辆制动技术领域，一种汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，包括制动盘、制动执行部分和再生电机部分，制动执行部分包括步进电机和制动钳体，制动钳体的两端分别位于制动盘的两侧，制动钳体和步进电机均与制动执行部分的壳体滑动连接，制动钳体一端设置有摩擦块，另一端与步进电机连接；步进电机传动连接有第一丝杠，第一丝杠上设置有第一螺母，第一螺母连接摩擦块，制动钳体上的摩擦块和第一螺母上的摩擦块位于制动盘的两侧；再生电机部分包括电磁离合器、再生电机、电池组和电子控制单元，电池组与步进电机电连接，电子控制单元控制电池组与步进电机之间电流的通断。将制动能量转变为电能作为制动动力，且能分担制动负荷。

Description

汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，具体涉及一种汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构。
背景技术
制动系统是汽车底盘的重要组成部分之一，直接关系到汽车综合性能及生命财产安全。虽然传统液压式、气压式制动系统能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着管道布置复杂、依靠真空助力装置、制动响应速度较慢、制动力矩不可主动调节及难于与其他系统集成控制等不足之处，不适合汽车尤其是电动汽车底盘集成化控制的发展要求。
电控制动系统现实了制动系统的解耦，主要有电子液压制动系统(EHB)与电子机械制动系统(EMB)两种，取消了制动踏板与制动轮缸之间的直接连接，以电线为信息传递媒介，电子控制单元根据相关传感器信号识别制动意图，控制制动执行机构动作，实现对车轮制动力的控制，具有不依赖真空助力装置、易于集成控制等优点，弥补了传统制动系统结构原理上的不足。
但是，EHB系统一般采用集中布置方式，仍需布置整车液压管道，动态响应性能可以进一步提高。EMB系统一般采用分布布置方式，无需布置整车制动管道，具有动态性能好、布置容易等优点。但是，目前EMB系统大多为单电机执行机构，未能充分利用汽车制动能量驱动摩擦制动，且不能分流汽车制动负荷而降低摩擦制动副磨损。至目前为止，汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构还鲜有提及。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的EMB系统未能充分利用汽车制动能量的缺陷，提供一种汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，包括制动盘、制动执行部分和再生电机部分，所述制动执行部分包括设步进电机和制动钳体，所述制动钳体的两端分别位于所述制动盘的两侧，所述步进电机设置在制动钳体与所述制动盘之间，所述制动钳体和步进电机均与所述制动执行部分的壳体滑动连接，所述制动钳体一端设置有摩擦块，另一端与所述步进电机连接；所述的步进电机靠近所述制动盘的一端传动连接有第一丝杠，所述第一丝杠上设置有将其旋转运动转换为直线运动的第一螺母，所述第一螺母通过摩擦垫片连接摩擦块，所述制动钳体一端的摩擦块和第一螺母上的摩擦块位于所述制动盘的两侧；
所述的再生电机部分包括主动部分与所述制动盘传动连接的电磁离合器、与所述电磁离合器的从动部分传动连接的再生电机、电池组和控制所述电磁离合器分离或结合的电子控制单元，所述电子控制单元用于控制所述再生电机向所述电池组充电或控制所述电池组向所述再生电机供电；所述电池组与所述步进电机电连接，所述电子控制单元控制所述电池组与所述步进电机之间电流的通断。
进一步地，作为上述技术方案的一种改进，所述步进电机与所述制动钳体连接的一端设置有第二丝杠，所述第二丝杠与所述步进电机传动连接，所述第二丝杠上设置有将其旋转运动转换为直线运动的第二螺母，所述第二螺母与所述制动钳体一端固定连接。在步进电机两个输出轴驱动下，第一丝杠和第二丝杠分别带动第一螺母和第二螺母直线运动，第一螺母带动摩擦片朝向制动盘靠近，第二螺母带动制动钳体一端远离制动盘运动，从而制动钳体另一端的摩擦块朝向制动盘靠近，最终两个摩擦块压向制动盘增加制动力矩；若两侧摩擦块接触制动盘的时间不一致，则一侧摩擦块先接触制动盘后，由于步进电机可以在制动制动执行部分壳体内线性滑动，所以步进电机转动产生的两侧螺母位移会同时施加于另一侧摩擦块，使另一侧摩擦块快速地与制动盘接触，两侧摩擦块再同时施加制动力矩。这样制动盘两侧受力平衡，有利于对制动力矩的控制与制动摩擦副的使用寿命。解制动时，步进电机反转。
作为优选，所述步进电机具有两个输出轴，其中一个输出轴通过第一行星齿轮机构的行星架与所述第一丝杠传动连接；另一个输出轴通过第二行星齿轮机构的行星架与所述第二丝杠传动连接。步进电机两个输出轴分别与两个行星齿轮机构的太阳轮固定传动连接，两个行星齿轮机构的齿圈与步进电机壳体固定连接，当步进电机转动时，太阳轮带动行星架、丝杠转动，可以起到减速和增扭的作用，可以减少步进电机的尺寸。
进一步地，所述的第一螺母上的摩擦垫片上设置有与所述第一丝杠位置相对应的第一限位开关，所述第二螺母与所述制动钳体连接处设置有与所述第二丝杠位置相对应的第二限位开关，所述第一限位开关和第二限位开关为常开触点开关，受压时触点开关闭合；所述第一限位开关和第二限位开关与所述电子控制单元信号连接，当第一限位开关或第二限位开关闭合时，所述电子控制单元控制步进电机断电或反向旋转。当丝杆螺母机构回位至极限位置时，丝杆前端会与限位开关接触，使限位开关触点闭合，同时将信息传给电子控制单元。电子控制单元接收到限位开关触点闭合信息，则立即控制步进电机断电或反向旋转一定角度，防止丝杆机构损坏步进电机、摩擦垫片及行星齿轮机构等。
进一步地，所述的第一螺母上设置有第一位移传感器，所述第二螺母上设置有第二位移传感器，所述第一位移传感器和第二位移传感器与所述电子控制单元信号连接，用于制动执行机构动作控制的反馈及摩擦块磨损信息的反馈。当螺母移动时，位移传感器滑片跟着移动，从而改变其输出电压值，电子控制单元由此识别两个螺母的移动位置。它们可以提供制动执行机构动作控制的反馈信号及摩擦块磨损情况信息。若电子控制单元检测到摩擦块磨损达到允许上限值时，则发出报警提醒驾驶员注意。
作为优选，为便于制动盘与电磁离合器之间的传动，所述的制动盘通过小齿轮与所述电磁离合器传动连接。
作为优选，所述的制动执行机构还包括冷却风扇和温度传感器，所述冷却风扇靠近汽车车身一侧设置，所述制动执行机构内部设置有散热通道，所述散热通道内设置有金属散热细网，所述电子控制单元通过所述温度传感器的信号控制所述冷却风扇与所述电池组之间电流的通断。利用冷却风扇能够有效将制动时产生的热量及时散出。
作为优选，为使制动执行机构保持正常性能，所述的电池组与汽车电源电连接，且两者之间设置有二极管，当电池组电压高于汽车电源电压时，二极管截止，制动执行机构电池组电源系统相对独立，当电池组电压低于汽车电源时，二极管导通，汽车电源向所述电池组供电。这样，若汽车电源系统发生突发故障，制动执行机构仍能正常工作，提高工作可靠性。本申请中电池组优选为锂电池。
作为优选，每个车轮处均独立设置有所述的制动执行机构。各制动执行机构之间互不干涉，其中一个制动执行机构失效，其他制动执行机构仍能达到制动效果，提高制动可靠性。
进一步地，所述的电子控制单元电连接有总控制单元，所述总控制单元负责识别驾驶员制动意图、判断制动状态、分配各车轮目标制动力、与电子控制单元及汽车其他系统间的信息交互。各个电子控制单元安装于制动执行机构上面，是制动执行机构的一部分，用于采集螺母位移、壳体温度及限位开关等信息，根据制动系统总控制单元指令控制制动执行机构动作，实现制动能量回收利用及车轮减速、制动，并将相关信息反馈给制动系统总控制单元。
有益效果：本发明为解耦分布式制动执行机构，无需布置整车制动管道，易于与其他系统集成控制，结构紧凑、布置方便且动态响应迅速；本发明可将制动能量转变为电能，并可直接用于驱动制动执行机构动作，提高制动能量利用效率及降低能源消耗；本发明再生电机工作时，能产生制动转矩分担制动负荷，降低制动盘摩擦副的磨损，提高摩擦副的使用寿命及抗热衰退性能；本发明具有较好的抗失效能力，且各个制动执行机构相对独立，如果其中一个出现故障，其他几个仍可使汽车可靠减速、停车；本发明易于实现应急制动功能，可由汽车自身制动能量驱动制动执行机构动作，实现汽车应急制动；本发明具有检测摩擦块磨损情况的功能；本发明具有自我冷却功能，可防止制动执行机构温度过高而影响制动性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明制动系统布置结构示意图；
图2是本发明制动执行机构布置示意图；
图3是实施例1制动执行机构的制动执行部分结构示意图；
图4是制动执行机构的再生电机部分结构示意图；
图5是实施例2制动执行机构的制动执行部分结构示意图。
其中:1、车轮，2、制动执行机构，3、制动执行部分，4、再生电机部分，5、制动盘，6、制动钳体，7、摩擦块，8、摩擦垫片，9、第一限位开关，10、第一螺母，11、第二限位开关，12、第二螺母，13、第二位移传感器，14、第二丝杆，15、第二行星齿轮机构，16、制动执行部分壳体，17、步进电机，18、第一行星齿轮机构，19、第一丝杆，20、第一位移传感器，21、步进电机壳体，22、电子控制单元，23、小齿轮，24、电池组，25、温度传感器，26、冷却风扇，27、再生电机，28、电磁离合器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，每个车轮1处独立设置一个制动执行机构2，其中制动执行机构2为汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，如图2所示，包括制动盘5、制动执行部分3和再生电机部分4，如图3所示，所述制动执行部分3包括设步进电机17和制动钳体6，所述制动钳体6的两端分别位于所述制动盘5的两侧，所述步进电机17设置在制动钳体6与所述制动盘5之间，所述制动钳体6和步进电机17均与所述制动执行部分的壳体16滑动连接，所述制动钳体6一端设置有摩擦块7，另一端与所述步进电机17连接；
如图3所示，所述的步进电机17具有两个输出轴，其中靠近所述制动盘5的输出轴通过第一行星齿轮机构18传动连接有第一丝杠19，所述第一丝杠19上设置有将其旋转运动转换为直线运动的第一螺母10，所述第一螺母10通过摩擦垫片8连接摩擦块7，所述制动钳体6一端的摩擦块7和第一螺母10上的摩擦块7位于所述制动盘5的两侧，所述步进电机17另一输出轴通过第二行星齿轮机构15传动连接有第二丝杠14，所述第二丝杠14与所述步进电机17传动连接，所述第二丝杠14上设置有将其旋转运动转换为直线运动的第二螺母12，所述第二螺母12与所述制动钳体6一端固定连接；具体地，其中，第一行星齿轮机构18和第二行星齿轮机构15的齿圈与步进电机17壳体固定连接，第一行星齿轮机构18的太阳轮与步进电机17一个输出轴传动连接，第二行星齿轮机构15的太阳轮与步进电机17另一输出轴传动连接，第一行星齿轮机构18的行星架与第一丝杠19传动连接，第二行星齿轮机构15的行星架与第二丝杠14传动连接。
所述的第一螺母10上的摩擦垫片8上设置有与所述第一丝杠19位置相对应的第一限位开关9，所述第二螺母12与所述制动钳体6连接处设置有与所述第二丝杠14位置相对应的第二限位开关11，所述第一限位开关9和第二限位开关11为常开触点开关，受压时触点开关闭合；所述第一限位开关9和第二限位开关11与所述电子控制单元22信号连接，当第一限位开关9或第二限位开关11闭合时，所述电子控制单元22控制步进电机17断电或反向旋转。所述的第一螺母10上设置有第一位移传感器20，所述第二螺母12上设置有第二位移传感器13，所述第一位移传感器20和第二位移传感器13与所述电子控制单元22信号连接，用于制动执行机构2动作控制的反馈及摩擦块7磨损信息的反馈。
如图4所示，所述的再生电机部分4包括主动部分与所述制动盘5传动连接的电磁离合器28、与所述电磁离合器28的从动部分传动连接的再生电机27、电池组24和控制所述电磁离合器28分离或结合的电子控制单元22；具体地，所述的制动盘5通过小齿轮23与所述电磁离合器28传动连接；所述电子控制单元22用于控制所述再生电机27向所述电池组24充电或控制所述电池组24向所述再生电机27供电；所述电池组24与所述步进电机17电连接，所述电子控制单元22控制所述电池组24与所述步进电机17之间电流的通断。所述的电池组24与汽车电源电连接，且两者之间设置有二极管，当电池组24电压高于汽车电源电压时，二极管截止，当电池组24电压低于汽车电源时，二极管导通，汽车电源向所述电池组24供电。
所述的制动执行机构2还包括冷却风扇26和温度传感器25，所述冷却风扇26靠近汽车车身一侧设置，所述制动执行机构2内部设置有散热通道，所述散热通道内设置有金属散热细网，所述电子控制单元22通过所述温度传感器25的信号控制所述冷却风扇26与所述电池组24之间电流的通断。
所述的电子控制单元22电连接有总控制单元，所述总控制单元负责识别驾驶员制动意图、判断制动状态、分配各车轮1目标制动力、与电子控制单元22及汽车其他系统间的信息交互。
工作原理：当汽车制动时，电子控制元件优先根据工况控制电磁离合器28结合，制动盘5通过小齿轮23、电磁离合器28带动再生电机27转动，再生电机27将汽车制动能量转变为电能给电池组24充电并提供部分制动力矩，达到回收制动能量，分流制动负荷，降低摩擦副磨损的目的。
当再生电机27提供的制动力矩不够时，电子控制单元22控制电池组24与步进电机17导通，步进电机17转动，通过两个行星齿轮机构与丝杆螺母机构将制动盘5两侧的摩擦块7推向制动盘5实施摩擦制动。具体为，步进电机17两个输出轴转动，分别通过第一行星齿轮机构18和第二行星齿轮机构15带动第一丝杠19和第二丝杠14转动，从而第一螺母10和第二螺母12分别将第一丝杠19和第二丝杠14的旋转运动转换为直线运动，进而第一螺母10带动摩擦垫片8和摩擦块7朝向制动盘5移动，第二螺母12带动制动钳体6一端远离制动盘5移动，带有摩擦块7的一端朝向制动盘5移动，最终两个摩擦块7压向制动盘5增加制动力矩；若两侧摩擦块7接触制动盘5的时间不一致，则一侧摩擦块7先接触制动盘5后，由于步进电机17可以在制动制动执行部分3壳体内线性滑动，所以步进电机17转动产生的两侧螺母位移会同时施加于另一侧摩擦块7，使另一侧摩擦块7快速地与制动盘5接触，两侧摩擦块7再同时施加制动力矩。这样制动盘5两侧受力平衡，有利于对制动力矩的控制与制动摩擦副的使用寿命。在此过程中，位移传感器跟着螺母移动，从而改变其输出电压值，电子控制单元22由此识别两个螺母的移动位置。它们可以提供制动执行机构2动作控制的反馈信号及摩擦块7磨损情况信息。若电子控制单元22检测到摩擦块7磨损达到允许上限值时，则发出报警提醒驾驶员注意。解制动时，步进电机17反转，当第一螺母10和第二螺母12回位至极限位置时，丝杆前端会与限位开关接触，使限位开关触点闭合，同时将信息传给电子控制单元22。电子控制单元22接收到限位开关触点闭合信息，则立即控制步进电机17断电或反向旋转一定角度，防止丝杆机构损坏步进电机17、摩擦垫片8及行星齿轮机构等。
当汽车处于急加速、爬坡等工况时，电子控制单元22控制电池组24给再生电机27供电，并控制电磁离合器28的从动部分和主动部分结合，此时再生电机27进入电动机模式，再生电机27通过电磁离合器28、小齿轮23及制动盘5给车轮1提供辅助驱动转矩。
当温度传感器25检测到温度达到预定值以上时，电子控制单元22接收到温度传感器25的信号，即控制冷却风扇26转动工作，将气流由车体外侧吸入，经过制动执行机构2壳体内的气流通道将热量散出，达到控制制动执行机构2温度的目的。
实施例2
与实施例1区别在于，如图5所示，步进电机17仅具有一个输出轴，并省却与其连接的第二行星轮、第二丝杠14、第二螺母12、第二限位开关11和第二位移传感器13，而步进电机17的一端直接与制动钳体6一端固定连接。相对于实施例1制动执行机构2体积得到减小，各部件基本作用和基本工作原理与实施例1类似。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：包括制动盘(5)、制动执行部分(3)和再生电机部分(4)，所述制动执行部分(3)包括步进电机(17)和制动钳体(6)，所述制动钳体(6)的两端分别位于所述制动盘(5)的两侧，所述步进电机(17)设置在制动钳体(6)与所述制动盘(5)之间，所述制动钳体(6)和步进电机(17)均与所述制动执行部分的壳体(16)滑动连接，所述制动钳体(6)一端设置有摩擦块(7)，另一端与所述步进电机(17)连接；所述的步进电机(17)靠近所述制动盘(5)的一端传动连接有第一丝杠(19)，所述第一丝杠(19)上设置有将其旋转运动转换为直线运动的第一螺母(10)，所述第一螺母(10)通过摩擦垫片(8)连接摩擦块(7)，所述制动钳体(6)一端的摩擦块(7)和第一螺母(10)上的摩擦块(7)位于所述制动盘(5)的两侧；所述步进电机(17)与所述制动钳体(6)连接的一端设置有第二丝杠(14)，所述第二丝杠(14)与所述步进电机(17)传动连接，所述第二丝杠(14)上设置有将其旋转运动转换为直线运动的第二螺母(12)，所述第二螺母(12)与所述制动钳体(6)一端固定连接；
所述的再生电机部分(4)包括主动部分与所述制动盘(5)传动连接的电磁离合器(28)、与所述电磁离合器(28)的从动部分传动连接的再生电机(27)、电池组(24)和控制所述电磁离合器(28)分离或结合的电子控制单元(22)，所述电子控制单元(22)用于控制所述再生电机(27)向所述电池组(24)充电或控制所述电池组(24)向所述再生电机(27)供电；所述电池组(24)与所述步进电机(17)电连接，所述电子控制单元(22)控制所述电池组(24)与所述步进电机(17)之间电流的通断；
所述的第一螺母(10)上设置有第一位移传感器(20)，所述第二螺母(12)上设置有第二位移传感器(13)，所述第一位移传感器(20)和第二位移传感器(13)与所述电子控制单元(22)信号连接，用于制动执行机构(2)动作控制的反馈及摩擦块(7)磨损信息的反馈。
2.根据权利要求1所述的汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：所述步进电机(17)具有两个输出轴，其中一个输出轴通过第一行星齿轮机构(18)的行星架与所述第一丝杠(19)传动连接；另一个输出轴通过第二行星齿轮机构(15)的行星架与所述第二丝杠(14)传动连接。
3.根据权利要求1所述的汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：所述的第一螺母(10)上的摩擦垫片(8)上设置有与所述第一丝杠(19)位置相对应的第一限位开关(9)，所述第二螺母(12)与所述制动钳体(6)连接处设置有与所述第二丝杠(14)位置相对应的第二限位开关(11)，所述第一限位开关(9)和第二限位开关(11)为常开触点开关，受压时触点开关闭合；所述第一限位开关(9)和第二限位开关(11)与所述电子控制单元(22)信号连接，当第一限位开关(9)或第二限位开关(11)闭合时，所述电子控制单元(22)控制步进电机(17)断电或反向旋转。
4.根据权利要求1所述的汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：所述的制动盘(5)通过小齿轮(23)与所述电磁离合器(28)传动连接。
5.根据权利要求1所述的汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：所述的制动执行机构(2)还包括冷却风扇(26)和温度传感器(25)，所述冷却风扇(26)靠近汽车车身一侧设置，所述制动执行机构(2)内部设置有散热通道，所述散热通道内设置有金属散热细网，所述电子控制单元(22)通过所述温度传感器(25)的信号控制所述冷却风扇(26)与所述电池组(24)之间电流的通断。
6.根据权利要求1所述的汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：所述的电池组(24)与汽车电源电连接，且两者之间设置有二极管，当电池组(24)电压高于汽车电源电压时，二极管截止，当电池组(24)电压低于汽车电源时，二极管导通，汽车电源向所述电池组(24)供电。
7.根据权利要求1所述的汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：每个车轮(1)处均独立设置有所述的制动执行机构(2)。
8.根据权利要求7所述的汽车解耦分布式制动系统双电机式制动执行机构，其特征在于：所述的电子控制单元(22)电连接有总控制单元，所述总控制单元负责识别驾驶员制动意图、判断制动状态、分配各车轮(1)目标制动力、与电子控制单元(22)及汽车其他系统间的信息交互。
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