CN110469602A - 一种自增力线控制动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自增力线控制动器，包括电机，传动机构，单向离合器，齿轮，齿条，大活塞，小活塞，弹性定位装置等。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大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，实现高效的自增力制动效果，同时避免其他因素造成的错误自主制动。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

一种自增力线控制动器
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，特指一种自增力线控制动器。
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。
当前的电子机械制动器大都基于盘式制动器设计而成，在电子机械制动器中引入楔式机构，可以产生自增力的效果，通过较小的电机驱动力，得到较大的制动效能。盘式制动器的自由间隙很小，当摩擦片和制动盘之间由于杂质、不平度等原因出现接触时，由于楔式机构的自增力特性，很容易出现错误制动的情况。
发明内容
本发明的目的在于提出一种自增力线控制动器。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，同时通过大活塞与安装孔的配合，避免楔式机构产生自增力效果的同时，出现误制动的情况。
实现本发明目的的技术方案如下：
设有一种自增力线控制动器，包含电机，传动机构，单向离合器，齿轮，齿条，弹性定位装置，大活塞，小活塞，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，一个安装在所述的大活塞上，一个安装在所述的制动钳体上；所述的大活塞经由所述的弹性定位装置安装在所述的制动钳体上的安装孔中；所述的弹性定位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的大活塞间有较大的摩擦力，当所述的大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弹性定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，所述的齿条包括一个固定安装在所述的小活塞上的齿条；所述的小活塞安装在所述的制动钳体上，一端与齿条固定连接，另一端包括带有一定斜率的曲面；所述的大活塞一端安装所述的摩擦片，另一端包括带有一定斜率的曲面，与小活塞的曲面端接触配合构成接触曲面。
所述的大活塞与所述的制动钳体上的安装孔之间有间隙，此间隙大小大于制动工作中从摩擦片与制动盘接触到产生最大制动效能时的变形量在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈，小于摩擦片与制动盘之间的自由间隙在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈。即，当制动工作时，摩擦片与制动盘接触，由于摩擦力作用，在大活塞和小活塞之间的曲面上产生相对移动，实现自增力效果，当达到最大制动强度时，大活塞与安装孔不接触。当由于摩擦片与制动盘之间的杂质或不平度等使两者接触时，也可以在大小活塞之间的曲面上产生相对移动，在自由间隙被完全消除之前，大活塞与安装孔接触，因而不会出现自增力效果。
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。
还包括在固定安装到小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。
还包括在所述的大活塞与所述的小活塞曲面配合的位置采用滚子机构，以减小摩擦阻力。
还包括在所述的小活塞与所述的制动钳体之间设置摩擦限位装置，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，另一部分与所述的小活塞间有较大的摩擦力，当所述的小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；当小活塞和大活塞一起移动时，大活塞弹性定位装置的轴向弹力小于小活塞摩擦限位装置的轴向弹力。
所述的大活塞和所述的小活塞之间的接触曲面可以是斜面、圆弧面、双曲线面、抛物线面等曲面或上述曲面的组合。
还包括所述的齿条安装在制动钳体上，所述的齿轮安装在所述的小活塞上。
附图说明
图1是本发明的一种自增力线控制动器的实施例一的主视图。
图2是本发明的一种自增力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-小密封圈 14-太阳轮 15-小活塞 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 26-大活塞 27-锥台卡环 28-斜弹簧 29-大密封圈
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，一种自增力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，一个装在大活塞(26)上，大活塞(26)通过锥台卡环(27)装在制动钳体(3)上，锥台卡环(27)被斜弹簧(28)推向远离制动盘(17)的一侧，斜弹簧(28)安装在制动钳体(3)上。锥台卡环(27)和大活塞(26)的接触面间有较大的摩擦力，当大活塞(26)的位移在斜弹簧(28)的弹性变形范围内时，锥台卡环(27)和大活塞(26)的接触面间无相对运动。大活塞(26)的另一端有斜面，与同样具有斜面的小活塞(15)配合安装，小活塞(15)通过小密封圈(13)安装在制动钳体(3)内，可沿其轴线移动，小密封圈(13)和小活塞(15)的接触面间有较大的摩擦力，当小活塞(15)的位移在小密封圈(13)的弹性变形范围内时，小密封圈(13)和小活塞(15)的接触面间无相对运动。小活塞(15)的另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，即大活塞(26)/小活塞(15)和制动钳体(3)向相反的方向移动，当摩擦片(16)与制动盘(17)接触，产生摩擦力时，由于摩擦力和大小活塞之间的曲面作用，使大活塞(26)相对于小活塞(15)移动，实现自增力效果。达到最大制动强度时，大活塞(26)和安装孔不接触。此时，锥台卡环(27)和大活塞(26)一起移动，压缩斜弹簧(28)，斜弹簧(28)发生弹性变形，储存弹性势能，锥台卡环(27)和大活塞(26)的接触面间无相对运动。同时，小密封圈(13)发生弹性变形，储存弹性势能，小密封圈(13)和小活塞(15)的接触面间也无相对运动。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，斜弹簧(28)和小密封圈(13)储存的弹性势能释放，使大活塞(26)/小活塞(15)和制动钳体(3)相对运动，带动齿轮(5)在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，推动大活塞(26)/小活塞(15)和制动钳体(3)相对运动，斜弹簧(28)和小密封圈(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，即大活塞(26)/小活塞(15)和制动钳体(3)继续相对运动，因此，斜弹簧(28)和小密封圈(13)保持最大弹性变形量，而大活塞(26)克服与锥台卡环(27)之间的摩擦力，小活塞(15)克服与小密封圈(13)之间的摩擦力，以新的接触面相配合，即大活塞(26)/小活塞(15)相对于制动钳体(3)的位移大于斜弹簧(28)/小密封圈(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，斜弹簧(28)/小密封圈(13)的弹性势能释放，使大活塞(26)/小活塞(15)和制动钳体(3)相对运动，带动齿轮(5)逆时针方向旋转，此时锥台卡环(27)和大活塞(26)、小密封圈(13)和小活塞(15)以新的接触面配合定位，回位位移量仍然是小密封圈(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。
弹性定位装置不同，附图1中采用锥台卡环(27)和斜弹簧(28)实现对大活塞(26)的弹性定位功能，附图2中采用大密封圈(29)实现弹性定位功能。
摩擦限位装置不同，附图1中采用小密封圈(13)实现对小活塞(15)的摩擦限位功能，利用小密封圈(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。
齿轮齿条机构的安装方式不同，附图1中，齿轮(5)的位置固定，分别驱动小活塞(15)上的齿条(4A)和制动钳体(3)上的齿条(4B)移动；附图2中，齿轮(5)安装在制动钳体(3)上，与安装在小活塞(15)上的齿条(4)啮合。
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，一个装在大活塞(26)上，大活塞(26)通过大密封圈(29)安装在制动钳体(3)上，大活塞(26)的另一端有斜面，与同样具有斜面的小活塞(15)配合，小活塞(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)和小活塞(15)的接触面间有较大的摩擦力，当小活塞(15)的位移在弹簧(22)的弹性变形范围内时，卡环(23)和小活塞(15)的接触面间无相对运动。小活塞(15)的另一侧固定安装齿条(4)，齿条(4)的底面支承在制动钳体(3)上，制动钳体(3)上装有齿轮(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，推动大活塞(26)/小活塞(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)，实现高效可靠的自增力制动效果。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，大密封圈(29)和弹簧(22)储存的弹性势能释放，使大活塞(26)/小活塞(15)和制动钳体(3)相对运动，带动齿轮(5)在弹性势能作用下反向旋转，所有元件恢复初始位置。
制动间隙的调整方式与实施例一基本相同，这里不再细述。
附图1和附图2的实施例中，还可以单独利用大活塞(26)上的弹性定位装置工作，取消小活塞(15)上的摩擦限位装置。
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，则传动机构包括从电机输出到单向离合器的部分，传动系统包括从单向离合器到齿轮的部分。
传动机构除采用蜗轮蜗杆机构、行星齿轮机构外还可以采用链传动、带传动、定轴齿轮传动、杠杆传动、拉索传动等其他传动方式或上述传动方式的组合，弹性定位装置/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 (10)

1.一种自增力线控制动器，包含电机，传动机构，单向离合器，齿轮，齿条，弹性定位装置，大活塞，小活塞，制动钳体，制动盘，摩擦片；其特征在于：所述的摩擦片有两片，对称布置在所述的制动盘两侧，一个安装在所述的大活塞上，一个安装在所述的制动钳体上；所述的大活塞经由所述的弹性定位装置安装在所述的制动钳体上的安装孔中；所述的弹性定位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的大活塞间有较大的摩擦力，当所述的大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弹性定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，所述的齿条包括一个固定安装在所述的小活塞上的齿条；所述的小活塞安装在所述的制动钳体上，一端与齿条固定连接，另一端包括带有一定斜率的曲面；所述的大活塞一端安装所述的摩擦片，另一端包括带有一定斜率的曲面，与小活塞的曲面端接触配合构成接触曲面。
2.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：所述的大活塞与所述的制动钳体上的安装孔之间有间隙，此间隙大小大于制动工作中从摩擦片与制动盘接触到产生最大制动效能时的变形量在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈，小于摩擦片与制动盘之间的自由间隙在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈。
3.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，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所述的一种自增力线控制动器，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3所述的一种自增力线控制动器，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。
6.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括在固定安装到小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。
7.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括在所述的大活塞与所述的小活塞曲面配合的位置采用滚子机构，以减小摩擦阻力。
8.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括在所述的小活塞与所述的制动钳体之间设置摩擦限位装置，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，另一部分与所述的小活塞间有较大的摩擦力，当所述的小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；当小活塞和大活塞一起移动时，大活塞弹性定位装置的轴向弹力小于小活塞摩擦限位装置的轴向弹力。
9.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：所述的大活塞和所述的小活塞之间的接触曲面可以是斜面、圆弧面、双曲线面、抛物线面等曲面或上述曲面的组合。
10.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括所述的齿条安装在制动钳体上，所述的齿轮安装在所述的小活塞上。
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