CN109606337B - 一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置及其制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置及其制动方法，包括制动钳端盖和制动盘，制动钳端盖内侧固定有固定杆件，固定杆件通过连接杆件连接电磁线圈，电磁线圈与控制器、ECU依次连接；电磁线圈的下方为衔铁，衔铁与杠杆的一端铰链连接，杠杆中间与固定件连接，并将连接处作为杠杆的支点，杠杆的另一端与推杆的一端连接，推杆的另一端连接楔块B，楔块B与楔块A配合，楔块A固定安装在制动钳端盖侧面，楔块B朝向制动盘的面上设有摩擦片，在与楔块相对面的制动钳端盖侧面上也设有摩擦片，本发明通过电磁装置代替旋转电机，利用杠杆结构和楔式增力结构对电磁力进行双重放大，推动楔块消除制动间隙进行制动。

Description

一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置及其制动方法

技术领域

本发明属于汽车制动技术领域，尤其涉及一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置及其制动方法。

背景技术

目前研究的电子机械制动主要分为EMB制动(Electro-Mechanical Brake)和EWB制动(Electronic Wedge Brake)。

EMB制动主要结构有电机、齿轮减速机构以及滚珠丝杆机构。其工作原理是，当车辆制动时，ECU接收信号控制EMB电机转动，驱动齿轮减速机构和滚珠丝杆机构，使丝杆进行平动并推动摩擦衬片消除制动间隙进行制动。EWB的制动原理与EMB制动类似，只不过EWB制动将齿轮减速机构替换为楔式增力机构，由于楔式增力机构中的楔块与摩擦衬片相连，电机转动时，直接驱动滚珠丝杆推动楔块，消除制动间隙进行制动。

但是，目前开发的电子机械制动无一例外都是使用的旋转电机作为动力源，此类装置必须经过齿轮减速机构来放大转矩，再通过滚珠丝杆或蜗轮蜗杆机构将转矩转化为推力后才能提供制动力。而EWB制动也是需要将转矩转化为推力，再通过楔式增力机构将推力放大后才能制动。因此EMB和EWB同时需要“转矩——力”的转换结构和“增力/增扭”结构，这不仅使制动系统结构复杂、体积和质量增加，而且也使制动力调控难度增加，在一定程度上降低了汽车的制动性能。

发明内容

本发明根据现有技术中所存在的不足，提出了一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置及其制动方法，采用电磁装置代替旋转电机，利用杠杆结构和楔式增力结构对电磁力进行双重放大，推动楔块消除制动间隙进行制动。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置，包括制动钳端盖和制动盘，所述制动钳端盖内侧固定有固定杆件，所述固定杆件通过连接杆件连接电磁线圈，所述电磁线圈与控制器、ECU依次连接；所述电磁线圈的下方为衔铁，所述衔铁与杠杆的一端铰链连接，所述杠杆中间与固定件连接，并将连接处作为杠杆的支点，所述杠杆的另一端与推杆的一端连接，推杆的另一端连接楔块B，所述楔块B与楔块A配合，所述楔块A固定安装在制动钳端盖侧面，所述楔块B朝向制动盘的面上设有摩擦片，在与楔块相对面的制动钳端盖侧面上也设有摩擦片；

进一步，所述杠杆中间与固定件的连接处设有扭力弹簧；

进一步，所述衔铁为永磁体；

进一步，所述电磁线圈在制动时通电，吸引衔铁；解除制动时，电磁线圈排斥衔铁；

一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置的制动控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将传统液压制动中踏板力和制动力的关系，储存在ECU中；

步骤2，根据踏板模拟器提供的踏板力，ECU输出制动力，进而经过控制器输出控制电磁线圈的电流；

步骤3，电磁线圈产生磁性，在于衔铁的相互作用下，带动杠杆推动楔块运动，实现摩擦片与制动盘接触或分离。

进一步，所述踏板力和制动力的关系表示为：

其中，F_P为踏板力，β为制动力分配系数，A₁表示

A₂表示P′₀，A₃表示

η为踏板机构机械效率，i₁为踏杆杠杆比；B为真空助力器助力比；d_B为制动主缸缸径，P′₀为制动系统的结构参数，C₂为后制动器制动因数；d_r为后制动器轮缸缸径；r₂为后制动器有效制动半径；R₂为后车轮滚动半径；η₂为制动系统的机械效率；

进一步，实现制动时，控制器输出电流，使得电磁线圈与衔铁相互吸引，从而实现电磁线圈与衔铁的接触，实现制动；

进一步，解除制动时，控制器输出电流，使得电磁线圈与衔铁相互排斥，从而实现电磁线圈与衔铁的分离，解除制动。

本发明的有益效果：

(1)采用电磁铁作为动力源，不必再进行“扭矩——推力”的转换，并且也无需进行其他力的形式转换，简化了制动装置。

(2)原本的EMB制动和EWB制动只具有一个增扭/增力环节，而本发明设计的新型电子楔式制动装置除了楔式增力结构外，还设计了杠杆增力结构，因此具有两个增力环节。与原有的电子机械制动结构相比，更容易达到目标制动力。

(3)原有的电子机械制动系统中，所用电机转矩大小受其外特性影响，会限制EMB/EWB制动的最大制动力。而本发明设计的新型电子楔式制动装置中的电磁力大小由电流或电压控制，配合杠杆结构，与原有结构相比，能提升最大制动力值。

附图说明

图1是本发明电杆直驱楔式制动器的轴测图；

图2是本发明电杆直驱楔式制动器的正视图；

图3是本发明电杆直驱楔式制动器中杠杆结构的局部放大图；

图4是本发明的控制电路图；

图中，1、固定杆件，2、连接杆件，3、电磁线圈，4、ECU，5、衔铁，6、控制器，7、固定销结构，8、杠杆，9、推杆，10、铰链结构，11、销，12、扭力弹簧，13、楔块A，14、楔块B，15、摩擦片，16、左端面，17、制动钳端盖，18、右端面，19、摩擦片，20、制动盘，21、电源，22、可调电阻，23、固定电阻，24、三极管，25、三极管，26、固定电阻，27、双刀双掷开关。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处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。

如图1、2、3本发明为一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置，包括制动钳端盖17和制动盘20，制动钳端盖17内侧固定有固定杆件1，所述固定杆件1通过连接杆件2连接电磁线圈3，电磁线圈3与控制器6、ECU4依次连接；所述电磁线圈3的下方为衔铁5，衔铁5为永磁体，电磁线圈3不通电时，衔铁5保持与电磁线圈3平行；衔铁5与杠杆8的一端固定销结构7连接，杠杆8中间通过铰链结构11与固定件1连接，杠杆8中间与固定件1的连接处设有扭力弹簧12，并将该连接处作为杠杆的支点，杠杆8的另一端与推杆9的一端连接，推杆9的另一端连接楔块A13，所述楔块A13与楔块B14配合，楔块B14固定安装在制动钳端盖左端面16，楔块A13朝向制动盘的面上设有摩擦片15，在与楔块相对面的制动钳端盖右端面18上也设有摩擦片19；制动盘20位于两个摩擦片15、19中间。

一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置的制动控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将传统液压制动中踏板力和制动力的关系，储存在ECU4中；

将传统液压制动中踏板力和制动力的关系储存在ECU4中，再根据电动汽车中踏板模拟器提供的踏板力，再决定本发明所设计的电杆直驱楔式制动器所要输出的制动力。本发明所设计的电杆直驱楔式制动器能够输出的制动力可做如下计算：

式(1)中，α为楔块14中直角边与斜面的夹角，通常α在45至90°之间，楔块14才能起到增力的作用，并且α越小，楔块14增力效果越好；γ为杠杆9转动点较长一端与较短一端的比值；i为电磁装置中的电流，N为电磁装置中的线圈匝数，φ为磁通量，δ为衔铁和铁芯的间距。

传统液压制动中在传统的踏板特性中，施加踏板力F_P，管路系统所能产生的管路压力：

(2)式中F_P为踏板力；η为踏板机构机械效率；i₁为踏杆杠杆比；B为真空助力器助力比；d_B为制动主缸缸径。因此汽车前后轴产生的制动力为：

前轴：

后轴：

(3)、(4)式中，β为制动力分配系数；P₀、P′₀分别为前、后制动器阀门开启压力；C₁、C₂分别为前、后制动器制动因数；d_f、d_r分别为前、后制动器轮缸缸径；r₁、r₂分别为前、后制动器有效制动半径；R₁、R₂分别为前、后车轮滚动半径；η₂为制动系统的机械效率。

其中η、i₁、B以及d_B在式(2)中均为踏板装置的结构参数，因此可用A1表示

P₀、P′₀、C₁、C₂、d_f、d_r、R₁、R₂以及η₂在式(3)和式(4)中均为制动系统的结构参数，用A2表示P′₀，A3表示

最终后轴制动器制动力可表示为：

式(5)为传统液压制动中，后轴制动力和踏板力的关系，将其储存在ECU4中，当驾驶员踩下制动踏板模拟器时，ECU4可以根据制动踏板模拟器的踏板力得到后轴摩擦制动力的大小，并且ECU4控制电磁装置中的电流，调节电磁吸力的大小，从而使得式(1)表示的制动力公式输出目标制动力。

步骤2，根据踏板模拟器提供的踏板力，ECU4输出制动力，进而经过控制器6输出控制电磁线圈3的电流；

步骤3，电磁线圈3产生磁性，在于衔铁5的相互作用下，带动杠杆8推动楔块B14运动，实现摩擦片15与制动盘20接触或分离；具体地，实现制动时，控制器6输出电流，使得电磁线圈3与衔铁5相互吸引，从而实现电磁线圈3与衔铁5的接触，实现制动；解除制动时，控制器6输出电流，使得电磁线圈3与衔铁5相互排斥，从而实现电磁线圈3与衔铁5的分离，解除制动。

为了更清楚的说明本发明的技术方案，以下结合本发明的工作过程进一步说明：

当采取制动时，根据ECU4输出制动力，经过控制器6输出控制电磁线圈3的电流，当电磁线圈3通电时，衔铁5向电磁线圈3方向运动，带动杠杆8转动，由于电磁装置中的衔铁5在向电磁线圈3运动的时候，会带动推杆9进行旋转运动，而推杆9的旋转会使得楔块B14向下移动向制动盘20靠近。当电磁装置达到最大吸力时，杠杆8达到水平状态，此时，提供一个最大的制动力，此时扭力弹簧12会产生一个阻碍杠杆8转动的扭力。

当制动器解除制动时，电磁线圈3中通的电流方向与制动时的电流方向相反，对衔铁5产生一个斥力，同时扭力弹簧12产生的扭力对解除制动起到辅助作用，楔块B14与摩擦片15连接在一起，可以上下移动。杠杆8的初始状态并不是水平放置，杠杆8的初始状态与水平方向成一定的夹角，杠杆8与水平方向所成的夹角由制动间隙所确定。

楔块A13与制动钳的侧端面16固定在一起，是不能上下移动的，摩擦片15与楔块B14连接在一起，当楔块B14向下运动时，摩擦衬片15会靠近制动盘，直至摩擦片19和摩擦片15都与制动盘20接触，产生摩擦力。

其中，控制器6中的电路如图4所示，21为电源，22为可调电阻，3为电磁线圈，24、25为三极管，23、26为固定电阻，27为双刀双掷开关。当ECU4没有接收制动踏板传感器的信号时，双刀双掷开关27闭合在A、B点处,三极管24、25处于截止状态，此时电磁线圈3中无电流通过；当ECU4接收到制动踏板传感器的信号后，会发出控制指令使三极管24饱和，25截止，此时27闭合在A、B处，电磁线圈3中有正向电流通过，同时ECU4会调整电阻22的大小来改变流经电磁线圈3的电流大小进而改变电磁线圈3对衔铁5产生的吸力。电磁力的变化经推杆8和楔块B14的放大作用后会引起制动力的变化，以匹配不同制动情况的需求；当解除制动时,ECU4发出控制指令使三极管24、25饱和,此时，双刀双掷开关27闭合在C、D点，在电磁线圈3中形成一个与之前相反的电流，对衔铁5产生一个斥力，斥力和扭力弹簧12产生的扭力会迅速把5推开，进而带动楔块B14快速移动,直至摩擦片与制动盘分离。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置，其特征在于，包括制动钳端盖(17)和制动盘(20)，所述制动钳端盖(17)内侧固定有固定杆件(1)，所述固定杆件(1)通过连接杆件(2)连接电磁线圈(3)，所述电磁线圈(3)与控制器(6)、ECU(4)依次连接；所述电磁线圈(3)的下方为衔铁(5)，所述衔铁(5)与杠杆(8)的一端铰链连接，所述杠杆(8)中间与固定杆件(1)连接，并将连接处作为杠杆的支点，所述杠杆(8)的另一端与推杆(9)的一端连接，推杆(9)的另一端连接楔块B(14)，所述楔块B(14)与楔块A(13)配合，所述楔块A(13)固定安装在制动钳端盖侧面，所述楔块B(14)朝向制动盘(20)的面上设有摩擦片，在与楔块相对面的制动钳端盖侧面上也设有摩擦片；当采取制动时，根据ECU(4)输出制动力，经过控制器(6)输出控制电磁线圈(3)的电流，当电磁线圈(3)通电时，衔铁(5)向电磁线圈(3)方向运动，带动杠杆(8)转动，由于电磁装置中的衔铁(5)在向电磁线圈(3)运动的时候，会带动推杆(9)进行旋转运动，而推杆(9)的旋转会使得楔块B(14)向下移动向制动盘(20)靠近；当电磁装置达到最大吸力时，杠杆(8)达到水平状态，此时，提供一个最大的制动力，此时扭力弹簧(12)会产生一个阻碍杠杆(8)转动的扭力；当制动器解除制动时，电磁线圈(3)中通的电流方向与制动时的电流方向相反，对衔铁(5)产生一个斥力，同时扭力弹簧(12)产生的扭力对解除制动起到辅助作用，楔块B(14)与摩擦片(15)连接在一起上下移动；杠杆(8)的初始状态并不是水平放置，杠杆(8)的初始状态与水平方向成一定的夹角，杠杆(8)与水平方向所成的夹角由制动间隙所确定。

2.根据权利要求1所述的一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置，其特征在于，所述杠杆(8)中间与固定杆件(1)的连接处设有扭力弹簧(12)。

3.根据权利要求1所述的一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置，其特征在于，所述衔铁(5)为永磁体。

4.根据权利要求1所述的一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置，其特征在于，所述电磁线圈(3)在制动时通电，吸引衔铁(5)；解除制动时，电磁线圈(3)排斥衔铁(5)。

5.一种根据权利要求1所述的基于电杆直驱的电子楔式制动装置的制动控制方法，其特征在于，将传统液压制动中踏板力和制动力的关系，储存在ECU(4)中；根据踏板模拟器提供的踏板力，ECU(4)输出制动力，进而经过控制器(6)输出控制电磁线圈(3)的电流；电磁线圈(3)产生磁性，在与衔铁(5)的相互作用下，带动杠杆(8)推动楔块B(14)运动，实现摩擦片(15)与制动盘(20)接触或分离；电杆直驱楔式制动器输出的制动力计算如下：

式中，α为楔块B(14)中直角边与斜面的夹角，α在45至90°之间；γ为杠杆(8) 转动点较长一端与较短一端的比值；i为电磁装置中的电流，N为电磁装置中的线圈匝数，φ为磁通量，δ为衔铁和铁芯的间距。

6.根据权利要求5所述的一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置的制动控制方法，其特征在于，所述踏板力和制动力的关系表示为：

其中，F_f为制动力，F_P为踏板力，β为制动力分配系数，A₁表示

A₂表示P′₀，A₃表示

η为踏板机构机械效率，i₁为踏板 杠杆比；B为真空助力器助力比；d_B为制动主缸缸径，P′₀为制动系统的结构参数，C₂为后制动器制动因数；d_r为后制动器轮缸缸径；r₂为后制动器有效制动半径；R₂为后车轮滚动半径；η₂为制动系统的机械效率。

7.根据权利要求5所述的一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置的制动控制方法，其特征在于，实现制动时，控制器(6)输出电流，使得电磁线圈(3)与衔铁(5)相互吸引，从而实现电磁线圈(3)与衔铁(5)的接触，实现制动。

8.根据权利要求5所述的一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置的制动控制方法，其特征在于，解除制动时，控制器(6)输出电流，使得电磁线圈(3)与衔铁(5)相互排斥，从而实现电磁线圈(3)与衔铁(5)的分离，解除制动。

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