CN110686027A - 一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器 - Google Patents

一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种应用于汽车上的基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器，属于汽车制动技术领域；它包括电机、安装基体、增力机构三部分；电机为直线电机；增力机构包括增力块、活塞、第一圆柱滚子和第二圆柱滚子；增力块第一斜面和二级增力块第二斜面分别与第一圆柱滚子和第二圆柱滚子接触；当需要施加制动时，电机通电，电机轴向右平移，增力块随之右移，从而推动活塞和第一摩擦片压向制动盘，在反作用力作用下带动执行器沿导轨向电机侧平移，使第二摩擦片压向制动盘，从而施加制动力，通过调节电机力可调节制动力的大小，该方案可为传统制动系统和未来的主动制动提供解决方案，并可有效解决紧凑型车辆制动布置空间狭小的问题。

Description

一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器
技术领域
本发明属于汽车制动技术领域，具体涉及一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器。
背景技术
制动系统作为直接影响汽车行驶安全的重要组成部分，一直就是各大汽车公司研究的热点；如文献《轻型汽车电子机械制动及稳定性控制系统研究》(杨坤.轻型汽车电子机械制动及稳定性控制系统研究[D].长春：吉林大学，2009)所述，电子机械制动作为新兴的制动系统，摒弃了真空助力器、液压管路等体积较大的部件，使得整车底盘布置更简单、更灵活，更具有压力调节速度快、精确，能够显著提高整车制动性能的优点。
除了具有提高传统汽车制动安全方面的优势外，电子机械制动还能有效解决新能源汽车和自动驾驶汽车对制动系统的要求；如文献《基于EMB的解耦式制动能量回收系统研究》(杨坤,高松,王杰,等.基于EMB的解耦式制动能量回收系统研究[J].汽车工程,2016,38(8):1072-1079.)所述，电子机械制动系统可以满足解耦式制动能量回收系统对制动踏板感觉及车轮制动力精确独立调节的需求，并可实现主动制动功能，因此研究电子机械制动系统对提高电动车的经济性，并促进汽车的电动化和智能化具有重要意义，这也使其再次成为汽车制动系统研究关注的对象。
我国目前电子机械制动尚处于研究阶段，如何在满足整车制动需求的前提下，有效减小电子机械制动执行器的体积和质量成为影响其普及应用的关键，为此，本发明在前期研究的基础上提出一种全新结构的电子机械制动执行器，该电子机械制动执行器可以有效减小电子机械制动执行器的体积，并可有效满足紧凑型车辆的对电子机械制动执行器的需求。
发明内容
本发明提供一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器，其技术方案如下：
一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器，其特征在于：主要由安装基体、电机、增力机构组成。
所述安装基体包括端盖(1)，执行器外壳和支架。
所述的执行器外壳包括增力机构壳体(3)、制动钳(11)、增力块支撑座(17)。
所述的增力机构壳体(3)为筒形结构，增力机构壳体左端面(B1)上设有电机轴通孔(21)；增力机构壳体内部端面(D1)上设有第一活塞安装通孔(24)；在增力机构壳体(3)内侧的底部固定安装有增力块支撑座(17)，增力块支撑座(17)顶部设有半圆导向槽(23)，半圆导向槽(23)的中心轴线与电机轴(33)的中心轴线平行，且垂直于第一活塞安装通孔(24)的中心轴线。
所述的制动钳(11)为左右对称结构，中间设有第二活塞安装通孔(28)。
制动钳(11)外部左右两侧对称布置有第一支撑杆(19)和第二支撑杆(27)，第一支撑杆(19)上设有第一支撑杆连接孔(20)，第二支撑杆(27)上设有第二支撑杆连接孔(26)；
制动钳(11)第二活塞安装通孔(28)的对侧为U形槽结构，U形槽用来固定第二摩擦片(13)，这与传统制动钳结构类似。
在第二活塞安装通孔(28)上，沿第一摩擦片(10)向增力机构壳体(3)的方向，依次设有第二环形槽(30)和第一环形槽(29)，第二环形槽(30)用于安装防尘圈(9)，第一环形槽(29)用于安装密封圈(8)。
制动钳(11)通过制动钳后端面(A2)与增力机构壳体前端面(C1)固定连接，增力机构壳体(3)的第一活塞安装通孔(24)与制动钳(11)上的第二活塞安装通孔(28)中心轴线重合且半径相等。
所述的增力块(5)的上下端面相互平行，各侧面垂直于其上下端面；增力块左端面(A3)上设有中心轴线与该端面垂直的螺纹孔(4)，在增力块(5)下端面上固定有半圆导轨(18)，半圆导轨的中心轴线与螺纹孔(4)的中心轴线平行，也与电机轴(33)的中心轴线平行；在与增力块左端面(A3)相邻的侧面设有增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)为两个形状相同的斜面，二者相互平行，且斜面垂直于上下端面，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)与活塞(7)的中心轴线成α角。
所述的半圆导轨(18)和半圆导向槽(23)半径相同，半圆导轨(18)置于半圆导向槽(23)中，从而实现对增力块(5)的支撑和运动限位。
所述的电机(35)为直线电机，电机轴(33)上设有外螺纹，电机轴(33)穿过电机轴通孔(21)与螺纹孔(4)固定连接。
所述的活塞(7)主体为圆环形结构，其断面为矩形，活塞前端面(A4)用于固定连接第一摩擦片(10)，在活塞后端面(B4)上固定连接有第一圆柱滚子支座(6)、第二圆柱滚子支座(15)、第三圆柱滚子支座(38)、第四圆柱滚子支座(40)；第一圆柱滚子(16)两端分别通过轴承支撑在第一圆柱滚子支座(6)和第二圆柱滚子支座(15)之间；第二圆柱滚子(39)两端分别通过轴承支撑在第三圆柱滚子支座(38)和第四圆柱滚子支座(40)之间；第一圆柱滚子(16)和第二圆柱滚子(39)的轴线相互平行，且均与活塞后端面(B4)平行。
制动力不为0时，第一圆柱滚子(16)始终与增力块第一斜面(B3)接触，第二圆柱滚子(39)始终与增力块第二斜面(C3)接触，在整个运动过程中，两条接触线始终相互平行，且与螺纹孔(4)的中心轴线相互垂直，两条接触线所在的平面垂直于活塞(7)的中心轴线，且平行于与两斜面对侧的平面。
与传统的制动系统方案相比：本方案可以通过传统旋转电机及相关的传动系统实现传统制动的所有功能，而且可实现主动制动，从而为传统车制动系统、新能源汽车的解耦式制动能量回收和智能驾驶车辆的制动系统提供解决方案。
与现有的电子机械制动执行器相比：本方案采用了直线电机、增力机构，是一种全新的结构形式；在相同制动力需求时，本方案的结构更紧凑；另外，本方案采用直线电机和增力块作为制动执行机构，可满足多款车型的需求，尤其可有效满足紧凑型车辆的制动需求。
附图说明
图1为基于直线电机的单向增力式电子机械制动执行器装配图。
图2为执行器外壳三维结构图。
图3为执行器外壳剖视图1。
图4为执行器外壳剖视图2(分离状态)。
图5为执行器外壳左视图(A向)。
图6为执行器外壳右视图(B向)。
图7为执行器外壳爆炸图1。
图8为执行器外壳爆炸图2。
图9为执行器外壳A-A向剖视图。
图10为电机(1)左视图。
图11为端盖(4)右视图。
图12为增力机构增力块(5)三维结构图。
图13为增力机构增力块(5)俯视图。
图14为增力机构增力块(5)正视图。
图15为增力机构增力块(5)侧视图。
图16为增力机构活塞(7)三维结构示意图。
图17为增力机构活塞(7)侧视图。
图18为增力机构活塞(7)正视图。
图19为增力机构增力原理示意图。
图20为支架(12)三维结构图。
图21为支架(12)三维结构爆炸图。
图22为支架(12)正视图。
图23为支架(12)俯视图。
图24为支架(12)安装俯视图。
图25为电子机械制动执行器三维图。
图中：1.端盖；2.端盖固定螺栓；3.增力机构壳体；4.螺纹孔；5.增力块；6.第一圆柱滚子支座；7.活塞；8.密封圈；9.防尘圈；10.第一摩擦片；11.制动钳；12.制动钳限位横杆；13.第二摩擦片；14.制动盘；15.第二圆柱滚子支座；16.第一圆柱滚子；17.增力块支撑座；18.半圆导轨；19.第一支撑杆；20.第一支撑杆连接孔；21.电机轴通孔；22.固定电机螺纹孔；23.半圆导向槽；24.第一活塞安装通孔；25.第一端盖固定螺纹孔；26.第二支撑杆连接孔；27.第二支撑杆；28.第二活塞安装通孔；29.第一环形槽；30.第二环形槽；31.支架第一螺栓；32.支架第二螺栓；33.电机轴；34.电机固定螺栓；35.电机；36.电机凸台螺纹孔；37.第二端盖固定螺纹孔；38.第三圆柱滚子支座；39.第二圆柱滚子；40.第四圆柱滚子支座；41.活塞中心孔；42.支架第一安装螺纹孔；43.第一支架臂；44.第二支架臂；45.支架第二安装螺纹孔；46.第一支架轮毂固定螺纹孔；47.支架固定横杆；48.第二支架轮毂固定螺纹孔。
图中各端面、夹角的含义如下：
图2～8中：A1.增力机构壳体后端面；B1.增力机构壳体左端面；C1.增力机构壳体前端面；A2.制动钳后端面。
图12～13中：A3.增力块左端面；B3.增力块第一斜面；C3.增力块第二斜面。
图16～17中：A4.活塞前端面；B4.活塞后端面。
图19中：A5.活塞中心轴线；α.活塞中心轴线A5与增力块第一斜面B3、增力块第二斜面C3的夹角。
图20-21中：A6、制动钳限位面；B6、制动钳限位横杆左端面；C6、第二支架臂上端面；D6、第二支架臂前端面；E6、第一支架固定横杆上端面；F6、第二支架固定横杆上端面；G6、第一支架臂前端面；H6、第一支架臂上端面；I6.支架固定横杆前端面。
具体实施方案
本发明提供一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，参照附图并举实例对本发明进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器主要由安装基体、电机、增力机构组成。
如图1所示，所述安装基体包括端盖(1)，执行器外壳和支架。
如图1-9所示，执行器外壳包括增力机构壳体(3)、制动钳(11)、增力块支撑座(17)。
如图2所示，增力机构壳体(3)为筒形结构；增力机构壳体左端面(B1)上设有电机轴通孔(21)和8个固定电机螺纹孔(22)，固定电机螺纹孔(22)用于固定电机(35)，其数目不限于8。
如图2-4所示，增力机构壳体内部端面(D1)上设有第一活塞安装通孔(24)。
如图2-4、7所示，在增力机构壳体(3)内侧的底部固定安装有增力块支撑座(17)，增力块支撑座(17)顶部设有半圆导向槽(23)，半圆导向槽(23)的中心轴线与电机轴(33)的中心轴线平行，且垂直于第一活塞安装通孔(24)的中心轴线。
如图2所示，增力机构壳体后端面(A1)上设有8个第一端盖固定螺纹孔(25)，用于固定端盖(1)，第一端盖固定螺纹孔(25)的数目不限于8。
如图5-8所示，制动钳(11)为左右对称结构，中间设有第二活塞安装通孔(28)。
如图5-7所示，制动钳(11)外部左右两侧对称布置有第一支撑杆(19)和第二支撑杆(27)，第一支撑杆(19)上设有第一支撑杆连接孔(20)，第二支撑杆(27)上设有第二支撑杆连接孔(26)。
如图3、5、8所示，制动钳(11)第二活塞安装通孔(28)的对侧为U形槽结构，U形槽用来固定第二摩擦片(13)，这与传统制动钳结构类似。
如图3-4所示，在第二活塞安装通孔(28)上，沿第一摩擦片(10)向增力机构壳体(3)的方向，依次设有第二环形槽(30)和第一环形槽(29)，第二环形槽(30)用于安装防尘圈(9)，第一环形槽(29)用于安装密封圈(8)。
如图3所示，制动钳(11)通过制动钳后端面(A2)与增力机构壳体前端面(C1)固定连接，增力机构壳体(3)的第一活塞安装通孔(24)与制动钳(11)上的第二活塞安装通孔(28)中心轴线重合且半径相等。
如图10所示，电机(35)的凸台上设有数目与固定电机螺纹孔(22)相同的电机凸台螺纹孔(36)；如图25所示，电机(35)通过电机固定螺栓(34)、固定电机螺纹孔(22)和电机凸台螺纹孔(36)与增力机构壳体(3)实现固定连接。
如图11所示，在端盖(1)上设有8个与第一端盖固定螺纹孔(25)对应的第二端盖固定螺纹孔(37)，端盖(1)通过端盖固定螺栓(2)、第一端盖固定螺纹孔(25)和第二端盖固定螺纹孔(37)与增力机构壳体(3)固定连接，第一端盖固定螺纹孔(25)和第二端盖固定螺纹孔(37)的数目相同且位置一一对应，但数目不限于8。
如图12-15所示，增力块(5)的上下端面相互平行，各侧面垂直于其上下端面；增力块左端面(A3)上设有中心轴线与该端面垂直的螺纹孔(4)，在增力块(5)下端面上固定有半圆导轨(18)，半圆导轨的中心轴线与螺纹孔(4)的中心轴线平行，也与电机轴(33)的中心轴线平行；在与增力块左端面(A3)相邻的侧面设有增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)为两个形状相同的斜面，二者相互平行，且斜面垂直于上下端面，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)与活塞(7)的中心轴线成α角，如图19所示。
如图1所示，半圆导轨(18)和半圆导向槽(23)半径相同，半圆导轨(18)置于半圆导向槽(23)中，从而实现对增力块(5)的支撑和运动限位。
电机(35)为直线电机，电机轴(33)上设有外螺纹，如图1-2、9所示，电机轴(33)穿过电机轴通孔(21)与螺纹孔(4)固定连接。
如图16-18所示，活塞(7)主体为圆环形结构，其断面为矩形，活塞前端面(A4)用于固定连接第一摩擦片(10)，在活塞后端面(B4)上固定连接有第一圆柱滚子支座(6)、第二圆柱滚子支座(15)、第三圆柱滚子支座(38)、第四圆柱滚子支座(40)；第一圆柱滚子(16)两端分别通过轴承支撑在第一圆柱滚子支座(6)和第二圆柱滚子支座(15)之间；第二圆柱滚子(39)两端分别通过轴承支撑在第三圆柱滚子支座(38)和第四圆柱滚子支座(40)之间；第一圆柱滚子(16)和第二圆柱滚子(39)的轴线相互平行，且均与活塞后端面(B4)平行。
制动力不为0时，如图19所示，第一圆柱滚子(16)始终与增力块第一斜面(B3)接触，第二圆柱滚子(39)始终与增力块第二斜面(C3)接触，在整个运动过程中，两条接触线始终相互平行，且与螺纹孔(4)的中心轴线相互垂直，两条接触线所在的平面垂直于活塞(7)的中心轴线，且平行于与两斜面对侧的平面。
如图20-25，支架由第一支架臂(43)、制动钳限位横杆(12)、第二支架臂(44)和支架固定横杆(47)组成，第一支架臂(43)、制动钳限位横杆(12)和第二支架臂(44)均为长方体结构。
如图20-21所示，在第一支架臂(43)的长度方向上设有支架第一安装螺纹孔(42)，支架第一安装螺纹孔(42)的中心轴线垂直于第一支架臂前端面(G6)；在第二支架臂(44)的长度方向上设有支架第二安装螺纹孔(45)，支架第二安装螺纹孔(45)的中心轴线垂直于第二支架臂前端面(D6)；第一支架臂(43)通过与第一支架臂前端面(G6)相对的端面与制动钳限位横杆(12)的制动钳限位面(A6)固定连接；第二支架臂(44)通过与第二支架臂前端面(D6)相对的端面与制动钳限位横杆(12)的制动钳限位面(A6)固定连接；第二支架臂(44)位于制动钳限位横杆左端面(B6)侧，第一支架臂(43)位于与端面(B6)相对的一端；三者组成一个U形支架；支架固定横杆(47)为U型结构，在其前端面(I6)上对称设有中心轴线与前端面(I6)垂直的第一支架轮毂固定螺纹孔(46)和第二支架轮毂固定螺纹孔(48)，可通过第一支架轮毂固定螺纹孔(46)和第二支架轮毂固定螺纹孔(48)及螺栓与轮毂固定连接；第二支架臂(44)通过与第二支架臂上端面(C6)相对的端面与第一支架固定横杆上端面(E6)固定连接；第一支架臂(43)通过与第一支架臂上端面(H6)相对的端面与第二支架固定横杆上端面(F6)固定连接；安装后支架如图20所示。
如图23-25所示，第一支撑杆连接孔(20)与支架第二安装螺纹孔(45)相对应，通过支架第一螺栓(31)与执行器外壳固定连接；第二支撑杆连接孔(26)与支架第一安装螺纹孔(42)相对应，通过支架第二螺栓(32)与执行器外壳固定连接。
本发明提出的基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器工作原理如下：
施加制动和调节制动力大小的过程如下：
当驾驶员踩下制动踏板时，电机(35)通电，电机轴(33)往前移动，在半圆导轨(18)和半圆导向槽(23)的限位作用下，增力块(5)相应往前移动，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)均往右平移，相应的通过第一圆柱滚子(16)和第二圆柱滚子(39)推动活塞(7)运动，在第一活塞安装通孔(24)和第二活塞安装通孔(28)的限位作用下，活塞(7)只能向前移动，从而推动第一摩擦片(10)压向制动盘(14)，当第一摩擦片(10)与制动盘(14)接触后，整个执行器在第一摩擦片(10)施加给制动盘(14)正压力的反作用下往电机侧移动，从而使第二摩擦片(13)压向制动盘(14)，最终通过第一摩擦片(10)和第二摩擦片(13)对制动盘施加制动力。
在施加制动的过程中，驾驶员可通过制动踏板开度控制电机(35)输出电机力的大小，从而实现对制动力大小的调节。
撤销制动的过程如下：
当驾驶员减小制动踏板开度时，电机(35)通电，电机轴(33)往后移动，在半圆导轨(18)和半圆导向槽(23)的限位作用下，增力块(5)相应往后移动，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)均往左平移，相应的通过第一圆柱滚子(16)和第二圆柱滚子(39)减少施加给活塞(7)的压力，即施加给制动盘的压力减小，当电机(35)通过上述传动装置施加给活塞(7)的压力减为0后，在制动盘的旋转运动下，第一摩擦片(10)和第二摩擦片(13)脱离制动盘(14)，施加给制动盘的制动压力减小为0。

Claims (3)

1.一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器，其特征在于：主要由安装基体、电机、增力机构组成；
所述安装基体包括端盖(1)，执行器外壳和支架；
所述的执行器外壳包括增力机构壳体(3)、制动钳(11)、增力块支撑座(17)；
所述的增力机构壳体(3)为筒形结构；增力机构壳体左端面(B1)上设有电机轴通孔(21)；增力机构壳体内部端面(D1)上设有第一活塞安装通孔(24)；在增力机构壳体(3)内侧的底部固定安装有增力块支撑座(17)，增力块支撑座(17)顶部设有半圆导向槽(23)，半圆导向槽(23)的中心轴线与电机轴(33)的中心轴线平行，且垂直于第一活塞安装通孔(24)的中心轴线；
所述的制动钳(11)为左右对称结构，中间设有第二活塞安装通孔(28)；制动钳(11)通过制动钳后端面(A2)与增力机构壳体前端面(C1)固定连接，增力机构壳体(3)的第一活塞安装通孔(24)与制动钳(11)上的第二活塞安装通孔(28)中心轴线重合且半径相等；所述的增力块(5)的上下端面相互平行，各侧面垂直于其上下端面；增力块左端面(A3)上设有中心轴线与该端面垂直的螺纹孔(4)，在增力块(5)下端面上固定有半圆导轨(18)，半圆导轨的中心轴线与螺纹孔(4)的中心轴线平行，也与电机轴(33)的中心轴线平行；在与增力块左端面(A3)相邻的侧面设有增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)为两个形状相同的斜面，二者相互平行，且斜面垂直于上下端面；
所述的电机(35)为直线电机，电机轴(33)上设有外螺纹，电机轴(33)穿过电机轴通孔(21)与螺纹孔(4)固定连接；
所述的活塞(7)主体为圆环形结构，其断面为矩形，活塞前端面(A4)用于固定连接第一摩擦片(10)，在活塞后端面(B4)上固定连接有第一圆柱滚子支座(6)、第二圆柱滚子支座(15)、第三圆柱滚子支座(38)、第四圆柱滚子支座(40)；第一圆柱滚子(16)两端分别通过轴承支撑在第一圆柱滚子支座(6)和第二圆柱滚子支座(15)之间；第二圆柱滚子(39)两端分别通过轴承支撑在第三圆柱滚子支座(38)和第四圆柱滚子支座(40)之间；第一圆柱滚子(16)和第二圆柱滚子(39)的轴线相互平行，且均与活塞后端面(B4)平行；
制动力不为0时，第一圆柱滚子(16)始终与增力块第一斜面(B3)接触，第二圆柱滚子(39)始终与增力块第二斜面(C3)接触，在整个运动过程中，两条接触线始终相互平行，且与螺纹孔(4)的中心轴线相互垂直，两条接触线所在的平面垂直于活塞(7)的中心轴线，且平行于与两斜面对侧的平面。
2.根据权利要求1所述的一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器，其特征在于：在第二活塞安装通孔(28)上，沿第一摩擦片(10)向增力机构壳体(3)的方向，依次设有第二环形槽(30)和第一环形槽(29)，第二环形槽(30)用于安装防尘圈(9)，第一环形槽(29)用于安装密封圈(8)。
3.根据权利要求1所述的一种基于直线电机的单向单级增力式电子机械制动执行器，其特征在于：所述的半圆导轨(18)和半圆导向槽(23)半径相同，半圆导轨(18)置于半圆导向槽(23)中，从而实现对增力块(5)的支撑和运动限位。
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