CN113700776A

CN113700776A - 一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器

Info

Publication number: CN113700776A
Application number: CN202111144753.6A
Authority: CN
Inventors: 汪选要; 魏星; 周俊; 卫明
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2021-11-26

Abstract

本发明公开了一种电子机械鼓式制动器，包括第一壳体、第二壳体、储能机构、减速机构、力矩电机、制动机构，所述储能机构包括挡板、弹簧、第一滚珠丝杠轴、第一滚珠丝杠螺母和电磁离合器，所述挡板的一侧与弹簧的一端固定连接，所述弹簧的另一端与第一壳体的内壁固定连接，所述挡板的另一侧与第一滚珠丝杠螺母固定连接，所述第一滚珠丝杠轴依次穿过第一滚珠丝杠螺母、挡板、弹簧与电磁离合器固定连接。本发明通过储能机构释放弹性势能，该势能经过减速机构、滚珠丝杠副和连杆机构转化为凸轮旋转的动能，进而使制动蹄扩张，最终使摩擦衬片压紧制动鼓实现驻车制动。本发明制动性能好、响应速度快、可靠性高、改装方便。

Description

一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器

技术领域

本发明涉及车辆制动器技术领域，具体指代一种商用车电子机械盘式制动器。

背景技术

汽车线控制动技术作为一种更加安全、高效、环保的新型制动技术，其在整车上的应用日益广泛。线控制动技术主要分为电子液压制动(EHB)和电子机械制动(EMB)。相较于电子液压制动，电子机械制动完全抛弃了液压元件，用导线替代传动制动系统中的制动液或空气等传动介质，整个系统中没有连接制动管路，具有结构简单、体积小、响应速度快、控制精度高等优点。尤其对于因为采用气压制动而具有相应延迟特点的重型半挂车而言，电子机械制动的独特优势对改善其行驶稳定性、避免相关事故的发生具有重要意义。

专利申请号为CN110848296A的发明专利公开了一种电子机械制动器，由单个电机作为主动件，通过滚珠丝杠机构将电机轴的转动转化为楔形制动块的直线运动，该结构质量轻便，模块化程度高，但是单个电机的设计显然未考虑电机失效的情况。电机频繁正反转温度会升高，进而导致电机效率下降，严重时会损坏电机。此外，该发明在制动盘下方设计了一个固定制动块，但是在制动过程中，其并未与制动盘实现接触。

专利申请号为CN111122176A的发明专利，公开了一种具有制动失效冗余功能的车辆制动系统及控制方法。该发明能够实现车辆的制动助力和主动制动等功能，在双执行器制动系统中的一个制动执行器发生失效时另一个制动可立即介入工作，完成制动请求，提高车辆制动冗余安全性能，但是其依然采用液压制动的方式，相较于完全抛弃液压管路与制动轮缸的电子机械制动器，在结构复杂性和轻量化方面具有明显的劣势。

发明内容

为结局背景技术中存在的问题，本发明的目的是提出一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器，采用双电机协调制动以及双自由度多连杆机构，可解决半挂车因为气压制动而具有的响应延迟特性，同时具有一定的冗余防失效功能，保证车辆的制动稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：包括双自由度多连杆，其特征在于：所述双自由度多连杆机构由传动块、制动钳、弹簧、摩擦衬片底座、摩擦衬片和制动盘组成。所述传动块为一个三角形凸台，传动块的左端与活塞的右端铰接，传动块下端与下连杆铰接，传动块的上端与上连杆铰接，上连杆的另一端与左制动钳的上端铰接，下连杆的另一端与右制动钳的右端铰接，左制动钳的左端与壳体上的固定铰支座铰接，右制动钳的上端与壳体上的固定铰支座铰接。所述制动钳的下端均铰接有摩擦衬片底座，且所述制动臂与所述摩擦衬片底座之间通过弹簧进行限位连接。

优选的，所述两个摩擦片之间设置有制动盘，所述制动盘固定安装在汽车轮毂上。

优选的，所述壳体的一端设置有两个固定铰支座，另一端固定安装有第一力矩电机定子，第一力矩电机转子的轴心与行星齿轮系中心齿轮固定连接，中心齿轮空套在滚珠丝杆轴上，中心齿轮与三个行星齿轮啮合，行星齿轮的轴心空套在行星齿轮架的外端，齿轮架空套在滚珠丝杆轴上，齿轮架的轴心右端与第一电磁离合器的一部分连接，第一电磁离合器的剩余部分通过键与滚珠丝杆轴连接。所述第一力矩电机集成有温度监测模块。

优选的，所述滚珠丝杆轴一端连接丝杆螺母，另一端通过键与蜗轮连接，所述蜗轮与蜗杆啮合，所述蜗杆的一端连接有第二电磁离合器，所述第二电磁离合器的另一端与第二力矩电机的输出轴连接。

优选的，所述制动间隙调节机构包括活塞、密封圈、丝杆螺母、滚珠丝杆轴和弹簧。所述活塞置于壳体的圆柱形凹槽中，所述密封圈置于壳体的环形凹槽中，其的外圈与壳体紧密接触，其内圈与活塞的外壁紧密接触。所述活塞与丝杆螺母通过一圆锥面连接，所述丝杆螺母另一侧与弹簧接触，所述弹簧另一侧与壳体接触，弹簧始终处于压缩状态。

优选的，所述控制模块包括：主控制单元、第一力矩电机控制单元、第二力矩电机控制单元。

本发明的技术效果和优点：

1.本发明采用双自由度连杆机构作为制动器的执行机构，每一个制动钳都可以独立运动，两个制动钳的其中之一无论是在失效的情况下，还是率先完全接触制动盘，另外一个制动臂都能够继续运动，达到制动效果。在制动力输出端具有一定的失效冗余功能。

2.本发明采用双自由度连杆机构作为制动器的执行机构，在制动器无故障的情况下，可以实现摩擦片双面夹紧制动盘的制动效果，在获得相同制动力矩的情况下，相较于单面夹紧制动盘可以使得制动盘受力更均匀，受热更加分散，进而使得制动效能更加稳定。

3.本发明通过采用电机、行星齿轮机构和滚珠丝杠机构的组合方式给行车制动提供主要的动力来源，相较于传统的液压以及气压制动，简化了底盘结构，减轻自重，并且为更高程度的线控化提供可能。

4.本发明通过采用在行星齿轮架与滚珠丝杠轴之间加装电磁离合器的方式，以及在主电机安装温度传感器，实时监控主电机的温度，在其达到设定值时，控制系统介入，关闭电磁离合器，中断滚珠丝杠轴与行星齿轮机构之间的连接，一定程度上延长了电机的使用寿命。

5.本发明通过采用电机、蜗轮蜗杆机构和常开式电磁离合器的组合方式给行车制动提供部分动力，在主电机达到设定温度或者因故障失效时，由控制系统介入，闭合电磁离合器，将第二电机输出的转矩传递给滚珠丝杠轴，进而保证制动器执行机构正常运动，在制动力输出端具有一定的失效冗余功能。

6.本发明通过利用具备自锁功能的蜗轮蜗杆，无需加装额外系统即可实现驻车制动功能，降低了生产成本，而且使整体结构变得简单。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的双自由度多连杆机构的结构示意图。

图3为本发的双自由度多连杆机构的原理图。

图4为本发明的滚珠丝杆副与活塞、弹簧、密封圈的连接结构示意图。

图5为本发明的第一力矩电机与行星齿轮减速机构的结构示意图。

图6为本发明的第二力矩电机与蜗轮蜗杆机构的结构示意图。

附图标记为：101壳体、102左固定铰支座、103右固定铰支座、201传动块、202上连杆、203下连杆、204左制动钳、205右制动钳、206左制动钳铰支座、207右制动钳铰支座、208左制动钳弹簧、209右制动钳弹簧、210左摩擦衬片底座、211右摩擦衬片底座、212左摩擦衬片、213右摩擦衬片、3制动盘、4活塞、5密封圈、6弹簧、701滚珠丝杆轴、702丝杆螺母、801第一力矩电机定子、802第一力矩电机转子、803第一电磁离合器、804外齿圈、805行星齿轮、806中心轮、807齿轮架、901第二力矩电机、902第二电磁离合器、903蜗杆、904蜗轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，两个摩擦衬片212、213分别与两个摩擦衬片底座210、211正面粘接，两摩擦衬片底座通过固定铰支座206、207分别与左制动钳204和右制动钳205铰接，同时摩擦衬片底座与制动钳之间还通过弹簧208和209连接，左制动钳204的上端与上连杆202的右端铰接，左制动钳204的左端与壳体101上的固定铰支座102铰接，上连杆202的右端与传动块201的上端连接，右制动钳205的右端与下连杆203的右端铰接，右制动钳205的上端与壳体101上的固定铰支座103铰接，下连杆203的左端与传动块201的下端铰接，传动块201的左端与活塞4的右端铰接。

活塞4置于壳体101的通孔中，可沿通孔的中心轴线做直线移动，通孔的避免上设置有环形凹槽，密封圈5置于凹槽中，与活塞的外表面以及凹槽的表面紧密接触，活塞4的左端为向内倾斜的斜面，可与丝杆螺母702裙部的外表面紧密接触，丝杆螺母702的左端与弹簧6的右端面接触，弹簧6的左端面与壳体101接触。滚珠丝杆轴701的左端通过键连接有第一电磁离合器803，可将齿轮架807的转动传递给滚珠丝杆轴，齿轮架807、中心轮806、外齿圈804以及3个行星齿轮805构成行星齿轮减速器，其中中心轮806和齿轮架807均空套在滚珠丝杆轴701的中端上，中心轮806与第一力矩电机的转子802固定连接，第一力矩电机定子801固定在壳体101上，滚珠丝杆的左端与蜗轮904通过键连接，蜗轮904与蜗杆903啮合，蜗杆903的一端与第二电磁离合器902连接，第二电磁离合器902的另一端与第二力矩电机901的输出轴连接。

本发明的具体实施工作过程如下：

行车制动过程：

在驾驶员踩下制动踏板时，置于第一力矩电机上的温度传感器会检测电机的温度，然后将数据传递给ECU进行分析处理，若温度未超过设定的危险阈值，ECU会输出命令启动第一力矩电机，并且闭合第一电磁离合器803，此时第二电磁离合器902处于断开状态，从而将第一力矩电机输出的转矩通过行星齿轮组放大后传递到滚珠丝杆轴701；若温度超过设定的危险阈值，ECU会输出命令启动第二力矩电机901，并且闭合第二电磁离合器，此时第一电磁离合器803处于断开状态，第二力矩电机901将转矩通过第二力矩电机902、蜗杆903、涡轮904传递给滚珠丝杆轴701，同时将电机输出的力矩放大。滚珠丝杆副将滚珠丝杆轴701的转动转变为丝杆螺母702的直线运动，丝杆螺母702推动活塞4，活塞4进而推动传动块201，带动整个连杆机构运动使得摩擦衬片211、212与制动盘3接触挤压，从而产生制动力。

当活塞4沿着通孔中心线向右做直线运动时，带动传动块201、上连杆202、下连杆203一起运动，进而带动左制动钳204绕固定铰支座102做逆时针的旋转运动，当左摩擦衬片底座210的下端接触到制动盘3时，左摩擦衬片底座210会绕着铰支座206顺时针旋转，直至左摩擦衬片212与制动盘3完全接触，此时左制动钳完全停止运动；与此同时，在下连杆203的带动下，右制动钳205绕固定铰支座103做顺时针的旋转运动，当右摩擦衬片底座211的下端接触到制动盘3时，右摩擦衬片底座211会绕着铰支座207逆时针旋转，直至右摩擦衬片213与制动盘3完全接触，此时右制动钳完全停止运动。根据图三的原理和平面机构自由度计算公式：F＝3*n-2*P_l-P_h计算得出上连杆202以及与其相连的左制动钳204与下连杆203以及与其相连的右制动钳205之间相互独立运动，其中一组杆件因为损坏或者摩擦衬片率先与制动盘接触而停止运动，不会影响另一组杆件继续完成运动。

释放制动过程：

当驾驶员松开制动踏板时，制动踏板传感器采集的信号传递给ECU，如果之前启动的是第一力矩电机，ECU会给第一力矩电机传递信号让电机反转，通过行星齿轮减速机构和第一电磁离合器803将反向转矩传递给滚珠丝杆轴701，整个滚珠丝杆副做逆运动，使得丝杆螺母702沿通孔轴线向左直线运动，丝杆螺母702不再对活塞4施加推力，又由于密封圈5在制动过程中发生弹性形变，所以在密封圈5释放弹性势能作用下，活塞4向左直线运动，进而带动双侧独立制动臂机构完成复位运动，制动释放过程结束。如果之前启动的是第二力矩电机，ECU会给第二力矩电机901传递信号让电机停止工作，同时断开第二电磁离合器902，中断第二力矩电机901与蜗杆903之间的动力传输，然后密封圈5释放弹性势能，带动活塞4沿通孔轴线向左运动，使得双侧独立制动臂机构和滚珠丝杆副复位，制动释放过程结束。

驻车制动过程：

当驾驶员按下驻车制动按钮时，驻车制动信号传递给ECU，然后ECU给第二力矩电机901传递信号，控制电机正转，同时闭合第二电磁离合器902，电机轴输出的动力经第二电磁离合器902、蜗轮蜗杆机构、滚珠丝杆副以及双自由度多连杆机构进行增力和运动转换后，两制动钳向内夹紧，最终使得两摩擦衬片完全接触挤压制动盘3，产生制动力，当制动力满足驻车制动所需时ECU控制第二力矩电机901断电，同时保持第二电磁离合器902闭合，由于所选的蜗轮蜗杆传动机构具有自锁特性，不会进行逆传动，整个机械结构锁止，从而实现驻车制动功能。解除驻车制动只需断开第二电磁离合器902，滚珠丝杆副、双侧独立制动臂机构各结构复位，驻车制动释放结束。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制：尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器，包括双自由度多连杆机构，其特征在于：

所述双自由度多连杆机构由传动块201、上连杆202、下连杆203、左制动钳204、右制动钳205、弹簧(208、209)、摩擦衬片底座(210、211)、摩擦衬片(212、213)、制动盘3组成；

所述双自由度多连杆由传动块201、制动钳(204、205)、弹簧(208、209)、摩擦衬片底座(210、211)、摩擦衬片(212、213)和制动盘3组成。所述传动块201为一个三角形凸台，传动块的左端与活塞4的右端铰接，传动块下端与下连杆203铰接，传动块的上端与上连杆202铰接，上连杆的另一端与左制动钳204的上端铰接，下连杆的另一端与右制动钳205的右端铰接，左制动钳204的左端与壳体上的固定铰支座102铰接，右制动钳205的上端与壳体上的固定铰支座103铰接。所述制动钳(204、205)的下端均铰接有摩擦衬片底座(210、211)，且所述制动钳与所述摩擦衬片底座之间通过弹簧(208、209)进行限位连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器，其特征在于：

所述两个摩擦衬片(212、213)之间设置有制动盘3，所述制动盘固定安装在汽车轮毂上。

3.根据权利要求1所述的一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器，其特征在于：

所述壳体的一端设置有两个固定铰支座(102、103)，另一端固定安装有第一力矩电机定子801，第一力矩电机转子802的轴心与行星齿轮系中心齿轮806连接，中心齿轮806空套在滚珠丝杆轴701上，中心齿轮与三个行星齿轮805啮合，行星齿轮的轴心空套在行星齿轮架807的外端，齿轮架空套在滚珠丝杆轴701上，齿轮架804的轴心右端与第一电磁离合器803的一部分连接，第一电磁离合器的剩余部分通过键与滚珠丝杆轴连接。

所述第一力矩电机集成有温度监测模块。

4.根据权利要求1所述的一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器，其特征在于：

所述滚珠丝杆轴701一端连接丝杆螺母702，另一端通过键与蜗轮904连接，所述蜗轮904与蜗杆903啮合，所述蜗杆903的一端连接有第二电磁离合器902，所述第二电磁离合器902的另一端与第二力矩电机901的输出轴连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器，其特征在于：

所述制动间隙调节机构包括活塞4、密封圈5、丝杆螺母702、滚珠丝杆轴701和弹簧6。所述活塞4置于壳体的圆柱形凹槽中，所述密封圈5置于壳体的环形凹槽中，其的外圈与壳体紧密接触，其内圈与活塞4的外壁紧密接触。所述活塞4与丝杆螺母702通过一圆锥面连接，所述丝杆螺母702另一侧与弹簧6接触，所述弹簧6另一侧与壳体101接触，弹簧6始终处于压缩状态。

6.根据权利要求1所述的一种具有冗余防失效功能的商用车电子机械制动器，其特征在于：

所述控制模块包括：主控制单元、第一力矩电机控制单元、第二力矩电机控制单元。