CN107289044B - 一种电子机械式制动器及控制方法 - Google Patents

一种电子机械式制动器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子机械式制动器及控制方法，包括电机，传动机构，单向离合器，双向螺杆，活塞，摩擦限位装置等。电机通过传动机构驱动单向离合器的外圈旋转，单向离合器带动双向螺杆转动，通过双向螺纹机构分别驱动活塞和制动钳体向相反的方向移动，从制动盘两侧以相同的力将摩擦片压紧，实现高效的制动效果。本发明结构简单，工作可靠，制动效率高，能自动调节制动间隙，并补偿由于摩擦片磨损造成的影响，简化控制系统的设计，可用于行车制动及驻车制动。

Description

一种电子机械式制动器及控制方法
技术领域
本发明涉及制动器领域，具体是能够代替现有的浮钳盘式液压制动器，以电控机械的方式实现摩擦片从两侧以相同的压力夹紧制动盘，同时可以实现制动间隙可调，制动强度可调的线控机械制动器，特指一种电子机械式制动器及控制方法。
背景技术
线控制动技术是近年来出现的一种新型的制动技术，在制动器和制动踏板之间不依靠机械的或是液力的连接，由控制系统接收传感器的信息控制电机工作，实现对于汽车的稳定可靠的制动控制。目前主要有电子液压式制动系统(EHB)和电子机械式制动系统(EMB)两种。线控制动系统有利于整车制动性能的优化，能够方便的与ABS、ASR、ESP等其它电子控制系统整合在一起，因此具有广阔的发展空间。
电子液压式制动系统(EHB)由传统的液压制动系统改造而来，制动过程更加迅速，稳定，提高了汽车的制动安全性和舒适性，但由于保留了液压部件，不具备完全线控制动系统的全部优点，通常被看作是电子机械式制动系统(EMB)的一种先期的产品。
电子机械式制动系统(EMB)通过电机驱动机械机构实现制动过程，大大简化了制动系统的结构，使制动器更加易于布置、装配和检修。但现有的电子机械式制动系统由于在制动器部分往往缺少制动间隙自动调节的功能，使制动器在外部环境变化以及摩擦片磨损的情况下引起制动执行器效率变化不定的问题，从而给制动效能控制带来一定的困难。同时，大部分制动器存在结构比较复杂，安装尺寸较大等问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电子机械式制动器及控制方法。本发明具有结构简单，工作可靠等优点，能够实现制动间隙的自动调节，通过检测摩擦片驱动机构的位移或转角，结合电机的电流大小，即可换算得出制动夹紧力大小，从而使控制系统得以相应的简化。
实现本发明目的的技术方案如下：
设有一种电子机械式制动器，包含电机，传动机构，单向离合器，双向螺杆，活塞，摩擦限位装置，活塞定位装置，制动钳体，制动盘，摩擦片；所述的活塞内部有内螺纹，所述的制动钳体在与活塞相对的位置也有内螺纹，分别与所述的双向螺杆的两端外螺纹相配合，一端为左旋螺纹，一端为右旋螺纹；所述的摩擦片有两片，对称布置在所述的制动盘两侧，一个安装在所述的活塞上，一个安装在所述的制动钳体上；所述的活塞经由所述的摩擦限位装置安装在所述的制动钳体上，所述的活塞定位装置使活塞只能在轴线方向往复运动，无法转动；所述的双向螺杆的中段部分外表面作为所述的单向离合器的内圈，所述的单向离合器的外圈与所述的传动机构的终端元件固定连接；所述的传动机构的终端元件运动，带动所述的单向离合器外圈旋转，单向离合器结合，带动所述的双向螺杆旋转时，所述的活塞和所述的制动钳体同时向相反方向运动，带动所述的摩擦片从两侧压紧所述的制动盘，产生制动效果；所述的电机连接所述的传动机构的输入元件；所述的摩擦限位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的活塞外表面间有较大的摩擦力，当所述的活塞与所述的制动钳体之间有相对位移时，由于摩擦力作用使所述的摩擦限位装置内产生弹性势能；
制动时，所述的电机经由所述的传动机构驱动所述的单向离合器外圈运动，单向离合器结合，带动所述的双向螺杆转动，带动所述的活塞和所述的制动钳体分别向相反的方向运动，使所述的摩擦片压紧在所述的制动盘两侧，得到高效可靠的制动效果，此时，所述的活塞和所述的制动钳体之间有相对位移，在所述的摩擦限位装置内产生弹性势能；当解除制动时，所述的电机经由所述的传动机构驱动所述的单向离合器外圈反向运动，单向离合器分离，所述的摩擦限位装置内部的弹性势能作用，使所述的活塞和所述的制动钳体相对运动，恢复初始位置，此时所述的双向螺杆旋转以适应所述的活塞和所述的制动钳体的相对运动；
当所述的摩擦片有磨损，厚度变薄后，制动工作时，所述的电机经由所述的传动机构驱动所述的单向离合器结合，带动所述的双向螺杆转动，使所述的活塞和所述的制动钳体相对移动，所述的摩擦限位装置内弹性势能达到最大，由于摩擦片变薄，制动效能不佳，此时所述的电机继续工作，带动所述的双向螺杆继续转动，克服所述的活塞的外表面与所述的摩擦限位装置之间的摩擦力，使所述的活塞和所述的制动钳体继续相对移动，压紧制动盘，得到可靠高效的制动效果；解除制动时，所述的摩擦限位装置内的弹性势能作用，使所述的活塞和所述的制动钳体相对运动，此时所述的活塞与所述的摩擦限位装置以新的接触位置相对固定，实现制动间隙的自动调整。
还包括在所述的双向螺杆和所述的活塞的内螺纹、所述的制动钳体的内螺纹之间采用循环球结构，以减小摩擦阻力，提高系统工作效率。
还包括在所述的单向离合器和所述的双向螺杆之间增加传动系统。
还包括将所述的传动机构的终端元件连接所述的单向离合器的内圈，所述的双向螺杆连接所述的单向离合器的外圈，制动工作时，所述的单向离合器结合，解除制动时，所述的单向离合器分离。
当所述的传动机构或所述的传动系统中无逆效率为零的传动环节时，采用锁止机构实现所述的电机断电情况下的驻车制动，所述的锁止机构采用电磁制动器或电控机械制动装置，能够在通电时释放、断电时固定传动环节中的传动元件，保持所述的摩擦片和所述的制动盘间压力的大小，实现驻车制动功能；当所述的传动机构或所述的传动系统中设置有逆效率为零的传动环节时，可以利用所述的锁止机构实现驻车制动，也可以利用逆效率为零，动力和运动无法反向传递，实现所述的电机断电情况下的驻车制动。
一种电子机械式制动器控制方法，其特征在于，采用前述的电子机械式制动器，控制方法包含以下步骤：制动工作时，所述的电机带动所述的传动机构工作，所述的单向离合器结合，驱动所述的双向螺杆转动，带动所述的活塞和所述的制动钳体移动，使所述的摩擦片压紧所述的制动盘两侧，电控单元检测所述的双向螺杆的转动信息，结合所述的电机的电流大小，计算制动夹紧力；当所述的摩擦片磨损时，电控单元控制所述的电机旋转以补偿磨损造成的影响。
附图说明
图1是本发明的一种电子机械式制动器及控制方法的实施例一的主视图。
图2是本发明的一种电子机械式制动器及控制方法的实施例一的A向视图。
图3是本发明的一种电子机械式制动器及控制方法的实施例二的主视图。
图4是本发明的一种电子机械式制动器及控制方法的实施例三的主视图。
附图中标注说明：1-制动钳支架 2-导向销 3-制动钳体 4-靶盘 5-双向螺杆 6-蜗轮 7-单向离合器 8-蜗杆 9-密封圈 10-导向平键 11-活塞 12-摩擦片 13-制动盘 14-电机 15-传感器 16-圆柱滚子 17-弹簧 18-卡环 19-电机轴 20-电磁制动器 21-初级主动齿轮 22-初级从动齿轮 23-次级主动齿轮 24-次级从动齿轮 25-电磁线圈 26-回位弹簧 27-锁止销
具体实施方式
参考附图1和附图2，对本发明的一个实施例进行详细描述。
如图1和图2所示，一种电子机械式制动器及控制方法包含一个可以在导向销(2)上移动的制动钳体(3)，导向销(2)固定在制动钳支架(1)上。制动钳体(3)的钳口内有制动盘(13)，制动盘(13)的两侧有摩擦片(12)，一个装在制动钳体(3)上，一个装在活塞(11)上，制动钳体(3)上与活塞(11)相对的位置有内螺纹。活塞(11)通过导向平键(10)和密封圈(9)装在制动钳体(3)上，导向平键(10)使活塞(11)只能沿轴线方向移动，不能转动，密封圈(9)和活塞(11)的接触面间有较大的摩擦力，当活塞(11)的位移在密封圈(9)的弹性变形范围内时，密封圈(9)和活塞(11)的接触面间无相对运动。活塞(11)的一端安装摩擦片(12)，另一端有内螺纹，与双向螺杆(5)的一端配合安装。双向螺杆(5)的一端为左旋螺纹，与活塞(11)的内螺纹配合；另一端为右旋螺纹，与制动钳体(3)上的内螺纹配合。双向螺杆(5)中段部分的外表面作为单向离合器(7)的内圈，单向离合器(7)的外圈与蜗轮蜗杆传动机构中的蜗轮(6)固定连接，蜗杆(8)与电机(14)的输出轴相连。
制动工作时，电机(14)带动蜗杆(8)转动，驱动蜗轮(6)减速转动，此时单向离合器(7)结合，带动双向螺杆(5)转动，活塞(11)和制动钳体(3)同时被旋出，向外移动，带动对应的摩擦片(12)从两侧以相同的力压向制动盘(13)，实现高效可靠的制动效果。此时，密封圈(9)发生弹性变形，储存弹性势能，密封圈(9)和活塞(11)的接触面间无相对运动。解除制动工作时，电机(14)带动蜗杆(8)反向转动，驱动蜗轮(6)也反向转动，此时，单向离合器(7)分离，双向螺杆(5)处于自由状态，密封圈(9)储存的弹性势能释放，使活塞(11)和制动钳体(3)相对运动，带动双向螺杆(5)在密封圈(9)中的弹性势能作用下反向旋转，所有元件恢复初始位置。
当摩擦片(12)磨损，厚度变薄后，制动工作时，电机(14)通过蜗杆(8)、蜗轮(6)带动单向离合器(7)结合，驱动双向螺杆(5)转动，推动活塞(11)和制动钳体(3)相对运动，密封圈(9)的弹性变形量达到最大时，由于摩擦片(12)磨损，制动效果不佳，此时电机(14)继续通过结合的单向离合器(7)驱动双向螺杆(5)转动，即活塞(11)和制动钳体(3)继续相对运动，因此，密封圈(9)保持最大弹性变形量，而活塞(11)克服与密封圈(9)之间的摩擦力，以新的接触面与密封圈(9)相配合，即活塞(11)相对于制动钳体(3)的位移大于密封圈(9)的最大弹性变形量。解除制动时，电机(14)带动蜗轮蜗杆机构反转，单向离合器(7)分离，密封圈(9)的弹性势能释放，使活塞(11)和制动钳体(3)相对运动，带动双向螺杆(5)旋转，此时密封圈(9)和活塞(11)以新的接触面配合定位，回位位移量仍然是密封圈(9)的最大弹性变形量，因此保持了制动间隙与磨损前相同，实现了制动间隙的自动调整。
当蜗杆(8)和蜗轮(6)的逆效率为零时，可以在电机(14)通电达到驻车制动效果后断电，利用蜗轮蜗杆机构的自锁功能实现电机(14)断电情况下的驻车制动。
参考附图3，对本发明的另一个实施例进行描述。
附图3的实施例与附图1的实施例主要区别如下：
传动机构不同，附图1中采用蜗轮蜗杆机构传动，蜗轮(6)为传动机构的终端元件，单向离合器(7)安装在蜗轮(6)和双向螺杆(5)之间；附图3中采用两级齿轮传动，次级从动齿轮(24)为传动机构的终端元件，单向离合器(7)安装在次级从动齿轮(24)和双向螺杆(5)之间。
摩擦限位装置不同，附图1中采用密封圈(9)实现摩擦限位功能，利用密封圈(9)的弹性变形储存弹性势能；附图3中采用弹簧(17)和卡环(18)实现摩擦限位功能，利用弹簧(17)产生弹性变形储存弹性势能。
活塞定位装置不同，附图1中采用导向平键(10)作为活塞定位装置，使活塞(11)只能沿轴向移动，无法转动；附图3中采用圆柱滚子(16)作为活塞定位装置，使活塞(11)只能沿轴向移动，无法转动。
驻车制动功能实现的方式不同，附图1中，利用蜗轮蜗杆机构的逆效率为零，直接可以实现电机(14)断电情况下的驻车制动；附图3中，采用电磁制动器(20)通电时释放电机轴(19)，断电时锁止电机轴(19)实现电机(14)断电情况下的驻车制动。
如图3所示，一种电子机械式制动器及控制方法包含一个可以在导向销(2)上移动的制动钳体(3)，导向销(2)固定在制动钳支架(1)上。制动钳体(3)的钳口内有制动盘(13)，制动盘(13)的两侧有摩擦片(12)，一个装在制动钳体(3)上，一个装在活塞(11)上，制动钳体(3)上与活塞(11)相对的位置有内螺纹。活塞(11)通过圆柱滚子(16)和卡环(18)装在制动钳体(3)上，卡环(18)被弹簧(17)推向远离制动盘(13)的一侧，弹簧(17)安装在制动钳体(3)上。圆柱滚子(16)使活塞(11)只能沿轴线方向移动，不能转动，卡环(18)和活塞(11)的接触面间有较大的摩擦力，当活塞(11)的位移在弹簧(17)的弹性变形范围内时，卡环(18)和活塞(11)的接触面间无相对运动。活塞(11)的一端安装摩擦片(12)，另一端有内螺纹，与双向螺杆(5)的一端配合安装。双向螺杆(5)的一端为左旋螺纹，与活塞(11)的内螺纹配合；另一端为右旋螺纹，与制动钳体(3)上的内螺纹配合。双向螺杆(5)中段部分的外表面作为单向离合器(7)的内圈，单向离合器(7)的外圈与次级从动齿轮(24)固定连接，次级从动齿轮(24)、次级主动齿轮(23)、初级从动齿轮(22)与初级主动齿轮(21)构成两级齿轮减速机构，初级主动齿轮(21)与电机(14)的电机轴(19)固定连接。
制动工作时，电机(14)通过两级齿轮减速机构带动单向离合器(7)结合，带动双向螺杆(5)转动，推动活塞(11)和制动钳体(3)同时向相反的方向移动，带动对应的摩擦片(12)从两侧以相同的力压向制动盘(13)，实现高效可靠的制动效果。此时，卡环(18)和活塞(11)一起移动，压缩弹簧(17)，弹簧(17)发生弹性变形，储存弹性势能，卡环(18)和活塞(11)的接触面间无相对运动。解除制动工作时，电机(14)带动两级齿轮减速机构反向转动，此时，单向离合器(7)分离，双向螺杆(5)处于自由状态，弹簧(17)储存的弹性势能释放，使活塞(11)和制动钳体(3)相对运动，即双向螺母(5)在弹簧(17)中的弹性势能作用下反向旋转，所有元件恢复初始位置。
当摩擦片(12)磨损，厚度变薄后，制动工作时，电机(14)通过两级齿轮减速机构带动单向离合器(7)结合，驱动双向螺杆(5)转动，推动活塞(11)和制动钳体(3)相对运动，弹簧(17)的弹性变形量达到最大，卡环(18)靠紧在左侧台阶面上时，由于摩擦片(12)磨损，制动效果不佳，此时电机(14)继续通过结合的单向离合器(7)驱动双向螺杆(5)转动，即活塞(11)和制动钳体(3)继续相对运动，因此，弹簧(17)保持最大弹性变形量，而活塞(11)克服与卡环(18)之间的摩擦力，以新的接触面与卡环(18)相配合。解除制动时，电机(14)带动两级齿轮减速机构反转，单向离合器(7)分离，弹簧(17)的弹性势能释放，使活塞(11)和制动钳体(3)相对运动，带动双向螺杆(5)旋转，此时卡环(18)和活塞(11)以新的接触面配合定位，回位位移量仍然是弹簧(17)的最大弹性变形量，因此保持了制动间隙与磨损前相同，实现了制动间隙的自动调整。
当需要驻车制动时，使电机(14)驱动摩擦片(12)压紧制动盘(13)，达到驻车制动要求，然后电磁制动器(20)断电，锁止电机轴(19)，保持制动效能不变，此时即可实现电机(14)断电情况下的驻车制动功能。电磁制动器(20)通电时，释放电机轴(19)，此时制动转矩大小可由电机(14)自由控制。
附图3的实施例中，单向离合器(7)还可以设置在初级主动齿轮(21)中，或初级从动齿轮(22)中，或次级主动齿轮(23)中，即为权利要求3所需要保护的内容。
附图4所示的第三种实施例与附图3所示的第二种实施例基本相同，区别在于：附图3中采用电磁制动器(20)实现电机(14)断电情况下的驻车制动功能；附图4中采用电控机械制动装置实现电机(14)断电情况下的驻车制动功能，具体工作过程如下：
电磁线圈(25)通电时，锁止销(27)受电磁力作用，压缩回位弹簧(26)，使锁止销(27)与次级从动齿轮(24)互不接触，对制动器的制动或释放没有任何影响；当需要驻车制动时，电机(14)驱动摩擦片(12)压紧制动盘(13)，达到驻车制动要求，然后电磁线圈(25)断电，锁止销(27)在回位弹簧(26)的弹力作用下插入次级从动齿轮(24)的齿中，保持驻车制动效果，即可实现电机(14)断电情况下的驻车制动功能。
附图4所示的第三种实施例其他部分的结构与工作过程都与附图3中的实施例相同，这里不再叙述。
参考附图1和附图2，对本发明中一种电子机械式制动器控制方法的实施例进行描述。
如图1所示，一种电子机械式制动器控制方法包含本发明的电子机械式制动器，靶盘(4)，传感器(15)，制动钳支架(1)，电控单元(图中未示出)。靶盘(4)固定安装在双向螺杆(5)中段部分的外表面上，传感器(15)安装在制动钳支架(1)上，与靶盘(4)对应安装，用于检测靶盘(4)的运动状态。制动工作时，电机(14)带动双向螺杆(5)转动，靶盘(4)随双向螺杆(5)一起转动，传感器(15)接收靶盘(4)的转动信息，并传递到电控单元，电控单元结合电机(14)的电流大小，可计算得到制动器的夹紧力大小，并对制动强度进行调整。
传动机构除采用蜗轮蜗杆机构、齿轮机构外还可以采用链传动、带传动、行星齿轮传动等其他传动方式，摩擦限位装置除采用密封圈、弹簧/卡环外也可以采用其他的结构得以实现类似的功能，活塞定位装置除采用导向平键、圆柱滚子外也可以采用花键、销、活塞外表面非圆等多种方式，锁止机构也可以将锁止销作用于其他齿轮上或与齿轮一体的专用锁止棘轮上，或在电机轴上安装棘轮棘爪机构等方式实现锁止功能。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域内的普通技术人员在没有进行创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电子机械式制动器，包含电机，传动机构，单向离合器，双向螺杆，活塞，摩擦限位装置，活塞定位装置，制动钳体，制动盘，摩擦片；所述的活塞内部有内螺纹，所述的制动钳体在与活塞相对的位置也有内螺纹，分别与所述的双向螺杆的两端外螺纹相配合，一端为左旋螺纹，一端为右旋螺纹；所述的摩擦片有两片，对称布置在所述的制动盘两侧，一个安装在所述的活塞上，一个安装在所述的制动钳体上；所述的活塞经由所述的摩擦限位装置安装在所述的制动钳体上，所述的活塞定位装置使活塞只能在轴线方向往复运动，无法转动；所述的双向螺杆的中段部分外表面作为所述的单向离合器的内圈，所述的单向离合器的外圈与所述的传动机构的终端元件固定连接；所述的传动机构的终端元件运动，带动所述的单向离合器外圈旋转，单向离合器结合，带动所述的双向螺杆旋转时，所述的活塞和所述的制动钳体同时向相反方向运动，带动所述的摩擦片从两侧压紧所述的制动盘，产生制动效果；所述的电机连接所述的传动机构的输入元件；所述的摩擦限位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的活塞外表面间有较大的摩擦力，当所述的活塞与所述的制动钳体之间有相对位移时，由于摩擦力作用使所述的摩擦限位装置内产生弹性势能；
制动时，所述的电机经由所述的传动机构驱动所述的单向离合器外圈运动，单向离合器结合，带动所述的双向螺杆转动，带动所述的活塞和所述的制动钳体分别向相反的方向运动，使所述的摩擦片压紧在所述的制动盘两侧，得到高效可靠的制动效果，此时，所述的活塞和所述的制动钳体之间有相对位移，在所述的摩擦限位装置内产生弹性势能；当解除制动时，所述的电机经由所述的传动机构驱动所述的单向离合器外圈反向运动，单向离合器分离，所述的摩擦限位装置内部的弹性势能作用，使所述的活塞和所述的制动钳体相对运动，恢复初始位置，此时所述的双向螺杆旋转以适应所述的活塞和所述的制动钳体的相对运动；
当所述的摩擦片有磨损，厚度变薄后，制动工作时，所述的电机经由所述的传动机构驱动所述的单向离合器结合，带动所述的双向螺杆转动，使所述的活塞和所述的制动钳体相对移动，所述的摩擦限位装置内弹性势能达到最大，由于摩擦片变薄，制动效能不佳，此时所述的电机继续工作，带动所述的双向螺杆继续转动，克服所述的活塞的外表面与所述的摩擦限位装置之间的摩擦力，使所述的活塞和所述的制动钳体继续相对移动，压紧制动盘，得到可靠高效的制动效果；解除制动时，所述的摩擦限位装置内的弹性势能作用，使所述的活塞和所述的制动钳体相对运动，此时所述的活塞与所述的摩擦限位装置以新的接触位置相对固定，实现制动间隙的自动调整。
2.根据权利要求1所述的一种电子机械式制动器，其特征在于还包括在所述的双向螺杆和所述的活塞的内螺纹、所述的制动钳体的内螺纹之间采用循环球结构，以减小摩擦阻力，提高系统工作效率。
3.根据权利要求1所述的一种电子机械式制动器，其特征在于还包括在所述的单向离合器和所述的双向螺杆之间增加传动系统。
4.根据权利要求1所述的一种电子机械式制动器，其特征在于还包括将所述的传动机构的终端元件连接所述的单向离合器的内圈，所述的双向螺杆连接所述的单向离合器的外圈，制动工作时，所述的单向离合器结合，解除制动时，所述的单向离合器分离。
5.根据权利要求1或权利要求3所述的一种电子机械式制动器，其特征在于当所述的传动机构或所述的传动系统中无逆效率为零的传动环节时，采用锁止机构实现所述的电机断电情况下的驻车制动，所述的锁止机构采用电磁制动器或电控机械制动装置，能够在通电时释放、断电时固定传动环节中的传动元件，保持所述的摩擦片和所述的制动盘间压力的大小，实现驻车制动功能；当所述的传动机构或所述的传动系统中设置有逆效率为零的传动环节时，可以利用所述的锁止机构实现驻车制动，也可以利用逆效率为零，动力和运动无法反向传递，实现所述的电机断电情况下的驻车制动。
6.一种电子机械式制动器控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的电子机械式制动器，控制方法包含以下步骤：制动工作时，所述的电机带动所述的传动机构工作，所述的单向离合器结合，驱动所述的双向螺杆转动，带动所述的活塞和所述的制动钳体移动，使所述的摩擦片压紧所述的制动盘两侧，电控单元检测所述的双向螺杆的转动信息，结合所述的电机的电流大小，计算制动夹紧力；当所述的摩擦片磨损时，电控单元控制所述的电机旋转以补偿磨损造成的影响。
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