CN114954405A - 一种电机冗余的商用车emb线控机械制动系统执行器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，涉及车辆工程技术领域。在满足了电机冗余需求的前提下，不仅机械结构简单、体积较小，且通用性强。该EMB线控机械制动系统执行器中的活塞组件和制动块连接；动力机构包括第一电机和第二电机；第二电机包括定子和转子；传动机构包括第一丝杠、第一螺母、第一滚柱和第二滚柱；第一丝杠、第一螺母和第一滚柱共同组成第一行星滚柱丝杠副；第一丝杠连接第一电机的输出端；第一螺母上设有推杆，推杆连接压力臂，压力臂通过活塞组件推动盘式制动器的制动块运动产生制动力；空心转子内设有内螺纹，第一螺母的外圆柱面上设有外螺纹，第一螺母、空心转子和第二滚柱共同组成第二行星滚柱丝杠副。

Description

一种电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器
技术领域
本申请涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器。
背景技术
随着社会的发展，市场的电动化、网联化、智能化和共享化需求推动着汽车从单纯的机械结构向机械、电气、大数据、人工智能等多学科多产业交叉综合体发展。
为了保障电动化和智能化汽车对于主动安全和操控稳定方面的需求，工程师们将线控技术从航天领域应用到了汽车底盘中。其中，线控制动系统相比于传统制动系统结构更加简单，控制更加灵活，响应更加迅速，且便于与动力系统、转向系统、悬架系统进行集成控制。而在商用车领域，EMB电子机械线控制动器利用电机和简单的传动机构取代了庞大而繁杂的气压管路、储气筒、空气压缩机及各类电磁阀等元件，在降低了整车质量和养护难度的同时，提升了操控稳定性、响应速度以及控制精度，是商用车制动系统发展的必然趋势。
通常情况下，商用车在制动过程中需要电机频繁正反转，极易造成电机过热发生损坏，这就要求电机具有较高的可靠性和稳定性，同时也体现出了电机冗余的必要性。但是，现有具有电机冗余结构的线控制动构型方案大多采用一个电机加一套机械结构，该结构的缺点是：1、执行机构尺寸较大且机械结构复杂；2、需要改变现有的制动器结构，通用性较差。
发明内容
本申请的实施例提供一种电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，在满足了电机冗余需求的前提下，不仅机械结构简单、体积较小，且通用性强。
为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，包括壳体、动力机构、传动机构、压力臂、活塞组件和盘式制动器；所述活塞组件和所述盘式制动器的其中一个制动块连接；所述动力机构包括第一电机和第二电机；所述第二电机包括定子和空心转子；所述定子固定在所述壳体上，所述空心转子嵌套在所述定子内，且与所述壳体转动连接；所述传动机构包括第一丝杠、第一螺母、多个第一滚柱和多个第二滚柱；多个所述第一滚柱沿周向均布在所述第一丝杠和第一螺母之间；所述第一丝杠、第一螺母和多个所述第一滚柱共同组成第一行星滚柱丝杠副；所述第一丝杠连接所述第一电机的输出端；所述第一螺母的端部设有推杆，所述推杆连接所述压力臂，所述压力臂通过所述活塞组件推动所述盘式制动器的制动块运动产生制动力；所述空心转子内设有内螺纹，所述第一螺母的外圆柱面上设有外螺纹，多个所述第二滚柱沿周向均布在所述第一螺母和所述空心转子之间，所述第二滚柱的外螺纹与所述第一螺母的外螺纹和所述空心转子的内螺纹均适配，所述第一螺母、所述空心转子和多个所述第二滚柱共同组成第二行星滚柱丝杠副。
进一步地，所述壳体内设有轴承，所述空心转子的两端通过轴承架设在所述壳体内。
进一步地，所述第二电机、所述传动机构、所述压力臂、所述活塞组件和所述盘式制动器均设置在所述壳体内，所述第一电机设置在所述壳体外。
进一步地，所述壳体远离所述盘式制动器的一端设有开口，所述开口处设有端盖，所述端盖上设有通孔，所述第一电机的输出轴穿过所述通孔后与所述第一丝杠连接。
进一步地，所述压力臂包括上端的推杆连接部和下端的活塞连接部，所述推杆连接部与所述推杆相抵接；所述活塞连接部与所述活塞组件相抵接，所述活塞连接部为偏心轴结构。
进一步地，所述推杆的端部设有球形凸起；所述压力臂的推杆连接部上设有与所述球形凸起相适配的球形凹槽，所述球形凸起伸入所述球形凹槽内，并与所述球形凹槽的槽壁相抵接。
进一步地，所述壳体内设有滚轴；所述活塞连接部包括前端的偏心凸弧面和后端的第一弧面凹槽，所述第一弧面凹槽与所述滚轴转动连接；所述偏心凸弧面与所述活塞组件转动连接。
进一步地，所述第一弧面凹槽内设有第一轴瓦和第一轴承滚子，所述压力臂的活塞连接部能够绕所述滚轴的轴线转动；所述活塞组件的后端面设有第二弧形凹槽，所述第二弧形凹槽内设有第二轴瓦和第二轴承滚子，所述偏心凸弧面能够在所述第二弧形凹槽内滚动，并推动所述活塞组件向靠近所述盘式制动器的方向运动。
进一步地，所述活塞组件包括活塞本体和回位弹簧，所述活塞本体安装在壳体内对应的安装槽内，所述活塞本体的前端连接盘式制动器的制动块，所述回位弹簧安装在活塞本体前端的弹簧安装槽内，回位弹簧的一端顶靠在壳体上，回位弹簧的另一端顶靠在弹簧安装槽的底部。
本申请相比现有技术具有以下有益效果：
1、本申请实施例包括冗余设置的第一电机和第二电机，第二电机为空心电机，其空心转子内设有内螺纹，当第二电机启动时，空心转子同时作为第二行星滚柱丝杠副的螺母可直接通过第二滚柱驱动第一螺母沿轴向运动，省去了螺母结构；第一螺母的内外表面分别设有内螺纹和外螺纹，端部设有推杆，即第一螺母集成了第一滚柱丝杠副的螺母、第二滚柱丝杠副的丝杠和推杆三种功能，相当于在一套电机加传动结构的基础上，仅增加了一个空心电机和数个滚柱就组成了双冗余结构，结构简单、占用空间小。
2、本申请实施例能够满足中大型客车、货车及其他商用车的制动需求，且不需要改变传统商用车盘式制动器的卡钳结构，只需将气压盘式制动器的气室换成本申请中的动力机构和传动机构即可，具有良好的通用性。
3、本申请实施例采用了行星滚柱丝杠结构替代了传统的行星齿轮加滚珠丝杠的结构，由于行星滚柱丝杠结构固有的接触面数量更多，轴向刚度更大且承载能力更强，所以能够延长制动器的使用寿命，具有运行噪音低、功率密度高、安装空间小的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请实施例中的第一电机和第二电机分别通过对应的行星滚柱丝杠副与推杆驱动连接，无论启动第一电机或第二电机，推杆均能在启动的电机驱动下依次带动压力臂和活塞组件运动，最终通过活塞组件推动盘式制动器的制动块从而加紧制动盘产生制动力。
参照图1，本申请实施例提供了一种电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，包括壳体1、动力机构2、传动机构3、压力臂4、活塞组件5和盘式制动器6。动力机构2包括第一电机21和第二电机22，且第二电机22中的转子为中空结构。第二电机22、传动机构3、压力臂4、活塞组件5和盘式制动器6均设置在壳体1内部，第一电机21设置在壳体1外部。
第二电机22包括定子221和空心转子222。定子221通过过盈配合的方式固定在壳体1的侧壁上。空心转子222嵌套在定子221内，且与定子221同轴设置。壳体1内设有轴承7，空心转子222的两端通过轴承7架设在壳体1内，由此，空心转子222可在壳体1内转动。
传动机构3包括第一丝杠31、第一螺母32、多个第一滚柱33和多个第二滚柱34。第一螺母32和第一丝杠31依次嵌套在空心转子222内，且均与空心转子222同轴设置。空心转子222内设有内螺纹，第一螺母32的外圆柱面上设有外螺纹，第一滚柱33和第二滚柱34的外圆柱面上均设有外螺纹。多个第一滚柱33沿周向均布在第一丝杠31和第一螺母32之间。
第一丝杠31连接第一电机21的输出端，具体的，壳体1的后端设有开口，开口处设有端盖8，端盖8上设有通孔9，第一电机的输出轴穿过通孔9后与第一丝杠31连接。具体的，第一丝杠31与第一电机的输出轴通过平键10连接。
当第一电机21启动时，第一丝杠31、第一螺母32和多个第一滚柱33共同组成第一行星滚柱丝杠副。
多个第二滚柱34沿周向均布在第一螺母32和空心转子222之间，第二滚柱34的外螺纹与第一螺母32的外螺纹和空心转子222的内螺纹均适配，当第二电机22启动时，第一螺母32、空心转子222和多个第二滚柱34共同组成第二行星滚柱丝杠副。
第一螺母32的前端设有推杆35，推杆35的端部设有球形凸起351。推杆35连接压力臂4，压力臂4包括上端的推杆连接部和下端的活塞连接部。其中，活塞连接部为上端大下端小的偏心轴结构。推杆连接部上设有与球形凸起351相适配的球形凹槽41，球形凸起351伸入球形凹槽41内，并与球形凹槽41的槽壁相抵接。
壳体1内固连或一体成型滚轴12。活塞连接部包括前端的偏心凸弧面42和后端的第一弧面凹槽43，第一弧面凹槽43与滚轴12之间设有第一轴瓦44和第一轴承滚子45，第一弧面凹槽43通过第一轴瓦44和第一轴承滚子45与滚轴12转动连接。
活塞组件5的后端面设有第二弧形凹槽55，第二弧形凹槽55内设有第二轴瓦56和第二轴承滚子57，当推杆35推动压力臂4上端的推杆连接部时，下端的活塞连接部能够绕滚轴12的轴线转动一定角度。即，第一弧面凹槽沿滚轴12的外圆柱面小幅转动，同时，偏心凸弧面42在第二弧形凹槽55内小幅滚动，由于偏心凸弧面42的上端大于下端，因此，偏心凸弧面42能够推动活塞组件5和制动块61向靠近盘式制动器6的方向运动产生制动力。
活塞组件5包括活塞本体51和回位弹簧52，活塞本体51安装在壳体1内对应的安装槽53内，回位弹簧52安装在活塞本体51的弹簧安装槽54内，回位弹簧52的一端抵靠在壳体1上，回位弹簧52的另一端抵靠在弹簧安装槽54的底部。盘式制动器6后端的制动块61连接在活塞本体51的前端面上。
继续参照图1，本申请实施例电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器的工作原理如下：
第一电机21正常工作时的制动过程：
第一电机21通电正转，其输出轴带动第一丝杠31同轴同步转动，第一丝杠31通过第一滚柱33带动第一螺母32向前平移，第一螺母32前端的推杆35顶动压力臂4，使压力臂4在第一轴承滚子45的作用下绕滚轴12转动，同时利用压力臂4下半部分的偏心轴结构使活塞本体51压缩回位弹簧52与制动块61向前移动，从而消除制动间隙并压紧制动块产生制动力矩。制动结束后，第一电机21通电反转，其输出轴带动第一丝杠31同轴同步转动，第一丝杠31通过第一滚柱33带动第一螺母32向后平移，失去推力的活塞本体51及制动块61在回位弹簧52的作用下向后回到初始位置并带动压力臂4归位。需要说明的是，此时空心转子222虽然也转动，但是不输出转矩。
第一电机21失效时的制动过程：
第二电机22的定子221通电带动第二电机22的空心转子222正转，此时，空心转子222兼具第二行星滚柱丝杠副中螺母的功能，空心转子222通过第二滚柱34带动第一螺母32向前平移，第一螺母32前端的推杆35顶动压力臂4，使压力臂4在第一轴承滚子45的作用下绕滚轴12转动，同时利用压力臂4下半部分的偏心轴结构使活塞本体51压缩回位弹簧52与制动块61向前移动，从而消除制动间隙并压紧制动块产生制动力矩。此时的第一螺母32兼具第二行星滚柱丝杠副中丝杠的功能。制动结束后，第二电机22的定子221通电带动第二电机22的空心转子222反转，空心转子222通过第二滚柱34带动第一螺母32向后平移，失去推力的活塞本体51及制动块61在回位弹簧52的作用下向后回到初始位置并带动压力臂4归位。需要说明的是，此时第一丝杠31虽然也转动，但是不输出转矩。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，包括壳体、动力机构、传动机构、压力臂、活塞组件和盘式制动器；所述活塞组件和所述盘式制动器的其中一个制动块连接；
所述动力机构包括第一电机和第二电机；
所述第二电机包括定子和空心转子；所述定子固定在所述壳体上，所述空心转子嵌套在所述定子内，且与所述壳体转动连接；
所述传动机构包括第一丝杠、第一螺母、多个第一滚柱和多个第二滚柱；
多个所述第一滚柱沿周向均布在所述第一丝杠和第一螺母之间；所述第一丝杠、第一螺母和多个所述第一滚柱共同组成第一行星滚柱丝杠副；
所述第一丝杠连接所述第一电机的输出端；所述第一螺母的端部设有推杆，所述推杆连接所述压力臂，所述压力臂通过所述活塞组件推动所述盘式制动器的制动块运动产生制动力；
所述空心转子内设有内螺纹，所述第一螺母的外圆柱面上设有外螺纹，多个所述第二滚柱沿周向均布在所述第一螺母和所述空心转子之间，所述第二滚柱的外螺纹与所述第一螺母的外螺纹和所述空心转子的内螺纹均适配，所述第一螺母、所述空心转子和多个所述第二滚柱共同组成第二行星滚柱丝杠副。
2.根据权利要求1所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，所述壳体内设有轴承，所述空心转子的两端通过轴承架设在所述壳体内。
3.根据权利要求1所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，所述第二电机、所述传动机构、所述压力臂、所述活塞组件和所述盘式制动器均设置在所述壳体内，所述第一电机设置在所述壳体外。
4.根据权利要求1所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，所述壳体远离所述盘式制动器的一端设有开口，所述开口处设有端盖，所述端盖上设有通孔，所述第一电机的输出轴穿过所述通孔后与所述第一丝杠连接。
5.根据权利要求3所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，所述压力臂包括上端的推杆连接部和下端的活塞连接部，所述推杆连接部与所述推杆相抵接；所述活塞连接部与所述活塞组件相抵接，所述活塞连接部为偏心轴结构。
6.根据权利要求3所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，所述推杆的端部设有球形凸起；所述压力臂的推杆连接部上设有与所述球形凸起相适配的球形凹槽，所述球形凸起伸入所述球形凹槽内，并与所述球形凹槽的槽壁相抵接。
7.根据权利要求3所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，所述壳体内设有滚轴；所述活塞连接部包括前端的偏心凸弧面和后端的第一弧面凹槽，所述第一弧面凹槽与所述滚轴转动连接；所述偏心凸弧面与所述活塞组件转动连接。
8.根据权利要求7所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，
所述第一弧面凹槽内设有第一轴瓦和第一轴承滚子，所述压力臂的活塞连接部能够绕所述滚轴的轴线转动；
所述活塞组件的后端面设有第二弧形凹槽，所述第二弧形凹槽内设有第二轴瓦和第二轴承滚子，所述偏心凸弧面能够在所述第二弧形凹槽内滚动，并推动所述活塞组件向靠近所述盘式制动器的方向运动。
9.根据权利要求1所述的电机冗余的商用车EMB线控机械制动系统执行器，其特征在于，所述活塞组件包括活塞本体和回位弹簧，所述活塞本体安装在壳体内对应的安装槽内，所述活塞本体的前端连接盘式制动器的制动块，所述回位弹簧安装在活塞本体前端的弹簧安装槽内，回位弹簧的一端顶靠在壳体上，回位弹簧的另一端顶靠在弹簧安装槽的底部。
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