CN107435698B - 一种电子机械线控制动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子机械线控制动器，包括电机，传动机构，单向离合器，齿轮，齿条，活塞，摩擦限位装置等。电机通过传动机构驱动单向离合器旋转，单向离合器结合带动齿轮转动，通过齿轮齿条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

一种电子机械线控制动器
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，特指一种电子机械线控制动器。
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线控制动器。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，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：
设有一种电子机械线控制动器，包含活塞，制动钳体，制动盘，摩擦片；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；还包括电机，传动机构，单向离合器，齿轮，齿条，摩擦限位装置，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；所述 的电机连接所述的传动机构的输入元件；所述的传动机构的终端元件连接所述的单向离合器， 所述的单向离合器连接所述的齿轮，所述的齿轮与所述的齿条啮合，所述的齿条有两个，一 个固定安装在所述的制动钳体上，一个固定安装在所述的活塞上；所述的传动机构的终端元 件运动，所述的单向离合器结合时，带动所述的齿轮转动，驱动所述的齿条移动，即所述的 制动钳体和所述的活塞向相反的方向移动，带动所述的摩擦片从两侧压紧所述的制动盘；
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运动，此时所述的单向 离合器结合，带动所述的齿轮转动，通过齿轮齿条机构驱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反向运动，此时 所述的单向离合器分离，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，此时所述的齿轮齿条机构回位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，带动所述的齿轮转动，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，制动效果不佳，此时所述的电 机继续工作，带动所述的齿轮继续转动，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。
还包括在固定安装到活塞上的所述的齿条与所述的制动钳体之间的支承面上采用滚动支 承，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齿轮之间增加传动系统。
还包括在固定安装到活塞上的所述的齿条与所述的制动钳体之间采用压紧机构，以保证 所述的齿轮与所述的齿条的无间隙啮合，防止汽车颠簸时脱离啮合状态。
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， 能够在通电时断开，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。
附图说明
图1是本发明的一种电子机械线控制动器的实施例一的主视图。
图2是本发明的一种电子机械线控制动器的实施例二的俯视图。
附图中标注说明：1-制动钳支架 2-导向销 3-制动钳体 4-齿条(4A：下齿条， 4B：上齿条) 5-驱动齿轮 6-单向离合器 7-蜗轮 8-电机 9-电机轴 10-电磁 制动器 11-蜗杆12-轴 13-密封圈 14-太阳轮 15-活塞 16-摩擦片 17-制动 盘 18-电磁线圈 19-回位弹簧 20-锁止销 21-行星齿轮 22-弹簧 23-卡环 24 -齿圈 25-行星架
具体实施方式
参考附图1，对本发明的一个实施例进行详细描述。
如图1所示，一种电子机械线控制动器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(17)，制动盘(17) 的两侧有摩擦片(16)，一个装在制动钳体(3)上，一个装在活塞(15)上，活塞(15)通过密封圈(13)装在制动钳体(3)上，密封圈(13)和活塞(15)的接触面间有较大的摩擦 力，当活塞(15)的位移在密封圈(13)的弹性变形范围内时，密封圈(13)和活塞(15) 的接触面间无相对运动。活塞(15)的一侧固定安装下齿条(4A)，下齿条(4A)的底面支 承在制动钳体(3)上，制动钳体(3)上与下齿条(4A)对应的位置有上齿条(4B)，下齿 条(4A)和上齿条(4B)之间有齿轮(5)，齿轮(5)内装有单向离合器(6)，单向离合器 (6)内有轴(12)，轴(12)固定连接蜗轮蜗杆传动机构中的蜗轮(7)，蜗杆(11)固定安 装在电机轴(9)上，由电机(8)驱动。
制动工作时，电机(8)带动蜗杆(11)转动，驱动蜗轮(7)及轴(12)减速转动，此 时单向离合器(6)结合，带动齿轮(5)顺时针方向转动，使上齿条(4B)向右移动，下齿 条(4A)向左移动，即活塞(15)和制动钳体(3)向相反的方向移动，带动对应的摩擦片 (16)从两侧以相同的力压向制动盘(17)，实现高效可靠的制动效果。此时，密封圈(13) 发生弹性变形，储存弹性势能，密封圈(13)和活塞(15)的接触面间无相对运动。解除制 动工作时，电机(8)带动蜗杆(11)反向转动，驱动蜗轮(7)及轴(12)也反向转动，此 时，单向离合器(6)分离，齿轮(5)处于自由状态，密封圈(13)储存的弹性势能释放， 使活塞(15)和制动钳体(3)相对运动，带动齿轮(5)在密封圈(13)中的弹性势能作用 下逆时针方向旋转，所有元件恢复初始位置。
当摩擦片(16)磨损，厚度变薄后，制动工作时，电机(8)通过蜗杆(11)、蜗轮(7)、轴(12)带动单向离合器(6)结合，驱动齿轮(5)顺时针方向转动，推动活塞(15)和制 动钳体(3)相对运动，密封圈(13)的弹性变形量达到最大时，由于摩擦片(16)磨损，制 动效果不佳，此时电机(8)继续通过结合的单向离合器(6)驱动齿轮(5)转动，即活塞(15) 和制动钳体(3)继续相对运动，因此，密封圈(13)保持最大弹性变形量，而活塞(15)克 服与密封圈(13)之间的摩擦力，以新的接触面与密封圈(13)相配合，即活塞(15)相对 于制动钳体(3)的位移大于密封圈(13)的最大弹性变形量。解除制动时，电机(8)带动 蜗轮蜗杆机构反转，单向离合器(6)分离，密封圈(13)的弹性势能释放，使活塞(15)和 制动钳体(3)相对运动，带动齿轮(5)逆时针方向旋转，此时密封圈(13)和活塞(15) 以新的接触面配合定位，回位位移量仍然是密封圈(13)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(8)驱动摩擦片(16)压紧制动盘(17)，达到驻车制动要求，当蜗杆(11)和蜗轮(7)的逆效率为零时，可以在电机(8)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(8)断电情况下的驻车制动。也可以利用电磁制动器(10)通电时释放电机轴(9)，断电时锁止电机轴(9)，保持制动效能不变，实现电 机(8)断电情况下的驻车制动。或者利用电控机械制动装置实现驻车制动功能：电磁线圈(18)通电时，锁止销(20)受电磁力作用，压缩回位弹簧(19)，使锁止销(20)与齿轮(5)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(8)驱动摩擦片(16) 压紧制动盘(17)，达到驻车制动要求，然后电磁线圈(18)断电，锁止销(20)在回位弹簧 (19)的弹力作用下插入齿轮(5)的齿中，保持驻车制动效果，即可实现电机(8)断电情 况下的驻车制动功能。
参考附图2，对本发明的另一个实施例进行描述。
附图2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(7)固定连接轴(12)同为传动 机构的终端元件，单向离合器(6)安装在轴(12)和齿轮(5)之间；附图2中采用行星齿 轮机构传动，行星架(25)为传动机构的终端元件，单向离合器(6)安装在行星架(25)和 齿轮(5)之间。
摩擦限位装置不同，附图1中采用密封圈(13)实现摩擦限位功能，利用密封圈(13)的弹性变形储存弹性势能；附图2中采用弹簧(22)和卡环(23)实现摩擦限位功能，利用 弹簧(22)产生弹性变形储存弹性势能。
驻车制动功能实现的方式稍有不同，附图1中，可以利用蜗轮蜗杆机构的逆效率为零， 直接实现电机(8)断电情况下的驻车制动；附图2中，传动机构中无逆效率为零的环节，只 能采用电磁制动器(10)通电时释放电机轴(9)，断电时锁止电机轴(9)实现电机(8)断电情况下的驻车制动；或者采用电控机械制动装置，电磁线圈(18)通电时，锁止销(20) 受电磁力作用，压缩回位弹簧(19)，使锁止销(20)与齿轮(5)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(8)驱动摩擦片(16)压紧制动盘(17)， 达到驻车制动要求，然后电磁线圈(18)断电，锁止销(20)在回位弹簧(19)的弹力作用 下插入齿轮(5)的齿中，保持驻车制动效果，即可实现电机(8)断电情况下的驻车制动功 能。
如图2所示，制动钳体(3)的钳口内有制动盘(17)，制动盘(17)的两侧有摩擦片(16)， 一个装在制动钳体(3)上，一个装在活塞(15)上，活塞(15)通过卡环(23)装在制动钳体(3)上，卡环(23)被弹簧(22)推向远离制动盘(17)的一侧，弹簧(22)安装在制动 钳体(3)上。卡环(23)和活塞(15)的接触面间有较大的摩擦力，当活塞(15)的位移在 弹簧(22)的弹性变形范围内时，卡环(23)和活塞(15)的接触面间无相对运动。活塞(15) 的一侧固定安装下齿条(4A)，下齿条(4A)的底面支承在制动钳体(3)上，制动钳体(3) 上与下齿条(4A)对应的位置有上齿条(4B)，下齿条(4A)和上齿条(4B)之间有齿轮(5)， 齿轮(5)内装有单向离合器(6)，单向离合器(6)内有行星架(25)，行星架(25)上装有 行星齿轮(21)，行星齿轮(21)的内侧与装在电机轴(9)上的太阳轮(14)啮合，外侧与 固定安装在制动钳体(3)上的齿圈(24)啮合。
制动工作时，电机(8)驱动行星齿轮机构中的太阳轮(14)转动，由于齿圈(24)固定， 因此行星架(25)减速转动，带动单向离合器(6)结合，带动齿轮(5)转动，推动活塞(15)和制动钳体(3)向相反的方向移动，带动对应的摩擦片(16)从两侧以相同的力压向制动盘(17)，实现高效可靠的制动效果。此时，卡环(23)和活塞(15)一起移动，压缩弹簧(22)， 弹簧(22)发生弹性变形，储存弹性势能，卡环(23)和活塞(15)的接触面间无相对运动。 解除制动工作时，电机(8)带动行星齿轮机构中的行星架反向转动，此时，单向离合器(6) 分离，齿轮(5)处于自由状态，弹簧(22)储存的弹性势能释放，使活塞(15)和制动钳体 (3)相对运动，带动齿轮(5)在弹簧(22)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(16)磨损，厚度变薄后，制动工作时，电机(8)通过行星齿轮机构带动单向 离合器(6)结合，驱动齿轮(5)转动，推动活塞(15)和制动钳体(3)相对运动，弹簧(22)的弹性变形量达到最大，卡环(23)靠紧在左侧台阶面上时，由于摩擦片(16)磨损，制动 效果不佳，此时电机(8)继续通过结合的单向离合器(6)驱动齿轮(5)转动，即活塞(15) 和制动钳体(3)继续相对运动，因此，弹簧(22)保持最大弹性变形量，而活塞(15)克服 与卡环(23)之间的摩擦力，以新的接触面与卡环(23)相配合。解除制动时，电机(8)带 动行星齿轮机构反转，单向离合器(6)分离，弹簧(22)的弹性势能释放，使活塞(15)和 制动钳体(3)相对运动，带动齿轮(5)旋转，此时卡环(23)和活塞(15)以新的接触面 配合定位，回位位移量仍然是弹簧(22)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(8)驱动摩擦片(16)压紧制动盘(17)，达到驻车制动要求，然后电磁制动器(10)断电，锁止电机轴(9)，保持制动效能不变，此时即可实现电机 (8)断电情况下的驻车制动功能。电磁制动器(10)通电时，释放电机轴(9)，此时制动转 矩大小可由电机(8)自由控制。或者采用电控机械制动装置，通电时，电磁线圈(18)使锁 止销(20)回位，断电时，锁止销(20)插入齿轮(5)的齿中，实现电机(8)断电情况下 的驻车制动功能。
附图1的实施例中，单向离合器(6)还可以设置在蜗轮(7)中，或蜗杆(11)中；附 图2的实施例中，单向离合器(6)还可以设置在太阳轮(14)中，或齿圈(24)中，即为权 利要求3所需要保护的内容。
传动机构除采用涡轮蜗杆机构、行星齿轮机构外还可以采用链传动、带传动、定轴齿轮 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，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 (5)

1.一种电子机械线控制动器，包含活塞，制动钳体，制动盘，摩擦片；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；其特征在于：还包括电机，传动机构，单向离合器，齿轮，齿条，摩擦限位装置，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；所述的电机连接所述的传动机构的输入元件；所述的传动机构的终端元件连接所述的单向离合器，所述的单向离合器连接所述的齿轮，所述的齿轮与所述的齿条啮合，所述的齿条有两个，一个固定安装在所述的制动钳体上，一个固定安装在所述的活塞上；所述的传动机构的终端元件运动，所述的单向离合器结合时，带动所述的齿轮转动，驱动所述的齿条移动，即所述的制动钳体和所述的活塞向相反的方向移动，带动所述的摩擦片从两侧压紧所述的制动盘；
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运动，此时所述的单向离合器结合，带动所述的齿轮转动，通过齿轮齿条机构驱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反向运动，此时所述的单向离合器分离，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，此时所述的齿轮齿条机构回位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，带动所述的齿轮转动，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，制动效果不佳，此时所述的电机继续工作，带动所述的齿轮继续转动，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线控制动器，其特征在于还包括在固定安装到活塞上的所述的齿条与所述的制动钳体之间的支承面上采用滚动支承，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线控制动器，其特征在于还包括在所述的单向离合器和所述的齿轮之间增加传动系统。
4.根据权利要求1所述的一种电子机械线控制动器，其特征在于还包括在固定安装到活塞上的所述的齿条与所述的制动钳体之间采用压紧机构，以保证所述的齿轮与所述的齿条的无间隙啮合，防止汽车颠簸时脱离啮合状态。
5.根据权利要求1或权利要求3所述的一种电子机械线控制动器，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，能够在通电时断开，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。
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