CN115853927A - 一种电子机械线控制动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子机械线控制动装置及其控制方式，应用于汽车线控领域。本发明采用双电机结构，第一电机用于行车制动，第二电机用于驻车制动，当第一电机及其传动机构损坏时也可用于行车制动；采用了一种楔形机构将旋转运动转化为直线运动并实现增矩效果，该机构具有可切换的三种增矩系数，第一增矩系数和第二增矩系数用于行车制动，第三增矩系数用于驻车制动，通过多重增矩系数的切换可更快速地消除制动间隙，在较低制动力需求下可提高控制精度，当制动力需求较大时也能够保证获得足够大的制动力；通过磨损检测系统可实时检测制动摩擦衬块和制动盘间的磨损情况以修正不同增矩系数的切换条件，在磨损过于严重时会提示驾驶员进行更换。

Description

一种电子机械线控制动装置及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车线控制动技术领域，尤其涉及一种电子机械线控制动装置及其控制方法。

背景技术

线控技术起源于航空领域，伴随着传感器技术和网络通讯技术的飞速发展，汽车领域中也开始出现线控技术的身影，它在底盘领域的应用使得汽车高水平自动驾驶成为了可能，线控底盘取消了传统底盘中许多复杂的机械连接及液压、气压结构，在提高传动效率的同时也降低了制动、转向、驱动、换挡等模块集成化控制及主动控制的难度，是当前汽车底盘技术的主流方向。

线控制动是汽车线控底盘的重要组成部分，相较于传统的制动系统，具有响应速度快，结构简单，质量小，易于集成辅助制动功能等优势，当前的线控制动主要分为电子液压制动和电子机械制动两种类型，其中电子机械制动取消了全部的液压管路，采用电子执行器，实现了制动踏板与制动执行器之间的完全解耦，更能够体现线控制动系统在响应速度，功能集成难易度，结构复杂度方面的优势。

德国威迪欧公司提出过运用楔形机构的电子楔式制动器，该装置的楔形机构由两个带有多个楔面的楔形块，以及两个楔形块间的多个滚柱组成，采用了丝杠螺母机构将电机的旋转运动转化为直线运动，并推动一个带有多个楔面的楔形块横向移动，另一个楔形块固定在钳体上，在楔面以及滚柱的作用下，横移楔形块会同时纵向移动压紧制动盘以实现制动，该制动器具有很好的自增力效果，但增力系数不可调，会受楔形块与制动盘间摩擦因数影响，控制难度大，控制精度差，还可能出现卡死现象。

发明内容

本发明设计了一种电子机械线控制动装置及其控制方法。该电子机械线控制动装置采用双电机结构，第一动力单元中的第一电机用于行车制动，第二动力单元中的第二电机用于驻车制动，双电机结构为电子机械线控制动装置提供了额外的机械冗余，当第一电机及其传动机构损坏时也可通过第二电机进行行车制动，该装置通过具有可切换的多重增矩系数的楔形传动机构来传递电机转矩，并将旋转运动转化为直线运动以实现制动，圆形的楔形机构避免了卡死现象，根据本发明所设计的控制方法可根据驾驶员制动力需求及制动盘和制动摩擦衬块的磨损情况来切换不同制动模式，不同制动模式下具有不同的增矩系数、行程转换系数、最大行程，通过不同制动模式的切换可快速消除制动间隙，提高制动响应速度，在需求制动力较低时保持更高的控制精度，在需求制动力较高时也能够保证获得足够大的制动力，通过磨损检测系统可实时检测制动摩擦衬块和制动盘间的磨损情况以修正不同增矩系数的切换条件，在磨损过于严重时会提示驾驶员进行更换。

根据本发明的第一个方面，本发明设计了一种电子机械线控制动装置。

该电子机械线控制动装置包括制动钳体、两个制动摩擦衬块、制动盘、第一动力单元、第二动力单元、第一传动轴、第二传动轴、楔形传动机构、第一离合器、第二离合器、回转轴承、活塞、压力传感器、旋转编码器、复位弹簧、推力轴承，所述制动钳体包括第一制动钳体、第二制动钳体、第三制动钳体，三个制动钳体通过紧固螺母安装固定在一起，第一动力单元和第二动力单元均由一个电机及一个用于减速增距的行星齿轮组组成，第一动力单元位于制动钳体外部，通过紧固螺母固定在第三制动钳体上，可带动第一传动轴旋转，第二动力单元位于制动钳体内部，通过紧固螺母固定在活塞内部，可带动第二传动轴旋转，活塞外侧有凸起的限位块，第一制动钳体内部开有与其配合的滑槽，活塞可沿着滑槽纵向移动，无法转动，复位弹簧一端压在活塞外侧，另一端放置在第一制动钳体的安装孔中，两个动力单元均可驱动楔形传动机构进行纵向伸缩，以此推动活塞、制动摩擦衬片来实现制动，楔形传动机构可在三种增矩系数下工作，压力传感器安装在活塞与靠近活塞的制动摩擦衬片之间，可测量活塞和制动摩擦衬块之间的压力，旋转编码器与第一传动轴连接，可测量第一传动轴的旋转角度值。

进一步地，楔形传动机构由第一传动块、第二传动块、第三传动块、传动盘、六个滚柱、扭转弹簧组成，第一传动块、第二传动块叠套在第一传动轴上，第一传动块位于靠近活塞一侧，第一传动块上开有与第一传动轴相配合的孔，两者间为过盈配合，可接收第一动力单元传递的扭矩，第二传动块上开有轴承孔，通过所述回转轴承支撑在第一传动轴上，第三传动块分为完全相同的两部分，这两个部分相对楔形传动机构的轴线对称且均通过紧固螺母固定在第三制动钳主体上，传动盘上开有与第二传动轴相配合的孔，两者间为过盈配合，可接收第二动力单元传递的扭矩，第一传动块、第二传动块、第三传动块远离活塞一侧的表面在同一平面上，在该平面上，三个传动块通过所述推力轴承支撑在第三制动钳主体内壁上。

进一步地，第一传动块、第二传动块、第三传动块在靠近活塞一侧的表面上均开有两个三角楔形槽，传动盘远离活塞一侧表面上开有六个用于放置滚柱的圆台形滚柱槽，六个滚柱槽轴线间夹角均为60°，六个滚柱分别放置于这六个滚柱槽中，在推力轴承的支撑下，第一传动块、第二传动块、第三传动块上总计六个三角楔形槽分别压在六个滚柱上，此时，每个三角楔形槽的两个斜面均可与滚柱相切，第一传动块、第二传动块、第三传动块两两间的夹角也为60°，当第一传动块和第二传动块绕楔形传动机构轴线转动，传动盘无法转动时，或者第一传动块和第二传动块不转动，传动盘转动时，传动盘会在滚柱的压力下进行纵向移动。

进一步地，第一传动块靠近活塞一侧表面和第二传动块远离活塞一侧表面上均开有相同的扭转弹簧放置槽，所述扭转弹簧放置于两个扭转弹簧放置槽中，扭转弹簧的弹簧力能够阻碍第一传动块和第二传动块间的角度变化，扭转弹簧带有预紧力，该预紧力使得第一传动块转动时，第二传动块也能随其一起转动且第二传动块能够始终将滚柱压在滚柱槽内。

进一步地，所述第一离合器包括两个摩擦盘和对应的两个电磁铁，一个摩擦盘和一个电磁铁通过紧固螺母固定在第一传动轴上，另一个摩擦盘和另一个电磁铁通过紧固螺母安装在第二传动块上，两个摩擦盘相邻，两者间存在微小间隙，两个电磁铁分别位于两个摩擦盘外侧，电磁通电后相互吸引可推动第二传动块产生微小的纵向位移使得两个摩擦盘间的间隙消除，两个摩擦盘被压紧至可以传递第一动力单元产生的扭矩。

进一步地，所述第二离合器包括电磁铁、6个滑块、压紧弹簧，活塞内部开有与滑块配合的6个滑块槽以及用于放置电磁铁的放置槽，压紧弹簧放置在电磁铁与滑块之间，压紧弹簧将滑块压在滑块槽内，传动盘无法相对活塞进行转动，电磁铁通电后吸引滑块滑出滑块槽，传动盘可相对活塞进行转动。

进一步地，第一传动块、第二传动块、第三传动块上的三角楔形槽具有不同的楔角，第一传动块上三角楔形槽楔角为α，第二传动块三角楔形槽楔角为β，第三传动快三角楔形槽楔角为γ，三个楔角的关系为α＞β＞γ，分别转动三个传动块代表着三种行车制动模式，通过设计楔角的大小，三个传动块三角楔形槽与滚柱配合部分的中间面到传动块中心的距离r₁、r₂、r₃，制动盘与制动摩擦衬块的摩擦系数μ，制动摩擦衬块到车轮中心的距离R，使得楔形传动机构具有三种不同的增矩系数C₁、C₂、C₃，如下式所述：

式中，T_m1为第一动力单元发出的转矩，T_m2为第二动力单元发出的转矩，T_b1、T_b2、T_b3为三种制动模式下施加在制动盘上的制动力矩，三种增矩系数满足C₁和C₃均小于C₂；

进一步地，所述三种制动模式分别对应着三种行程转换系数S₁、S₂、S₃，行程转换系数代表着单位传动轴转角下活塞纵向移动的距离，S₁、S₂对应着单位第一传动轴转角下活塞纵向移动的距离，S₃对应着单位第二传动轴转角下活塞纵向移动的距离，如下式所述：

式中，δ₁代表楔形传动机构中第一传动块与滚柱之间的间隙系数，δ₂代表楔形传动机构中第二传动块与滚柱之间的间隙系数，δ₃代表楔形传动机构中第三传动块与滚柱之间的间隙系数，这三个系数由试验得出，通过式中参数的设计，三种行程转换系数满足S₁＞S₃＞S₂；

进一步地，所述三种制动模式分别对应着三种最大行程L₁、L₂、L₃，最大行程代表着楔形传动机构能够伸缩的最大距离，如下式所述：

式中，r_g为滚柱(95)的最大半径，b₁、b₂、b₃分别为三个楔形传动块上三角楔形槽与滚柱配合表面的最大宽度，通过式中参数设计，三种最大行程满足L₃＞L₁＞L₂，当处于第一传动块转动的行车制动模式，楔形传动机构达到最大行程L₁时，压力传感器获得的压力值为预设切换阈值F_s。

进一步地，活塞内壁与传动盘靠近活塞一侧表面直接接触，两者间存在摩擦配合，摩擦系数为μ_p，满足条件μ_p＞tan(γ)，当第二离合器断开，楔形传动机构通过第二动力单元和传动盘传递的转矩下伸出后，传动盘在第三传动块的支撑下自锁，第二动力单元停转后制动力不会消失。

根据本发明的第二个方面，本发明设计了一种制动盘和制动摩擦衬块的磨损检测方法，用于指示两个制动摩擦衬块和制动盘的磨损情况并提示驾驶员及时进行维修更换，电子控制单元记录旋转编码器在压力传感器所得压力值为F₁、F₂、F₃时采集的总旋转角度值θ₁、θ₂、θ₃并计算出磨损量Δx，若所需制动力F_d＜F_s，则F₁、F₂、F₃由下式取得：

若所需制动力F_d≥F_s，则F₁、F₂、F₃由下式取得：

通过下式计算磨损量Δx：

Δx＝ε₁(θ₁S₁-x_s1)+ε₂(θ₂S₁-x_s2)+ε₃(θ₃S₁-x_s3)

式中，ε₁、ε₂、ε₃为权重因子，满足ε₁+ε₂+ε₃＝1，ε₁＜ε₂＜ε₃，若θ₁ε₁不在设定范围(x_s1,1.3x_s1)内，则取ε₁＝0，若θ₂ε₂不在设定范围(x_s2,1.3x_s2)内，则取ε₂＝0，若θ₃ε₃不在设定范围(x_s3,1.3x_s3)内，则取ε₃＝0，x_s1、x_s1、x_s1分别为未磨损条件下达到压力值F₁、F₂、F₃时活塞的纵向位移值，通过试验得到，当磨损量Δx超过磨损阈值Δx_l时，通过车内音响及仪表指示灯对驾驶人发出声音及灯光提醒信号。

根据本发明的第三各方面，本发明包括所述电子机械线控制动装置的控制方法。

所述电子机械线控制动装置的控制方法包括行车制动控制方法：

步骤1)电子控制单元接收驾驶员传来的制动踏板开度，计算出所需的制动力F_d；

步骤2)检查第一动力单元、第一传动轴、第一传动块、第二传动块是否失效，若上述任意部件失效则进入步骤8)；

步骤3)电子控制单元开始控制第一动力单元旋转，第一离合器不通电，处于断开状态，第二离合器不通电，处于接合状态，此时楔形传动机构在第一制动模式下工作，增矩系数为C₁，行程转换系数为S₁，最大行程为L₁，迅速克服制动间隙施加制动力；

步骤4)电子控制单元进行磨损检测，若磨损超过限定值则通过车内音响及仪表指示灯对驾驶人发出声音及灯光提醒信号；

步骤5)比较所需制动力F_d与切换阈值F_s，若F_d＞F_s，则进入步骤7)；

步骤6)第一动力单元正转增加制动力、反转降低制动力、堵转维持制动力，使得制动力随制动踏板开度成正比变化，直至制动踏板开度为0，行车制动结束；

步骤7)满足第一、第二制动模式切换条件时，第一离合器通电，处于接合状态，第二离合器不通电，处于接合状态，此时楔形传动结构在第二制动模式下工作，增矩系数为C₂，行程转换系数为S₂，最大行程为L₂，返回步骤6)；

步骤8)电子控制单元控制第二动力单元旋转，第二离合器通电，处于断开状态，此时楔形传动机构在第三制动模式下工作，增矩系数为C₃，行程转换系数为S₃，最大行程为L₃；

步骤9)第二动力单元正转增加制动力、反转降低制动力、堵转维持制动力，使得制动力随制动踏板开度成正比变化，直至制动踏板开度为0，行车制动结束。

所述电子机械线控制动装置的控制方法包括驻车制动控制方法：

步骤1)驾驶员按下驻车制动按钮，若此时驾驶员踩住制动踏板，保持行车制动，则进入步骤2)，电子控制单元控制第二动力单元正转，第二离合器通电，处于断开状态，此时楔形传动机构在第三制动模式下工作，活塞推动两个制动摩擦衬块夹紧制动盘，使得车辆静止时在任何坡度下车轮都不会转动，进入步骤4)；

步骤2)第一动力单元保持正向转矩T_d，T_d由电子控制单元根据制动踏板开度计算获得，第二离合器通电，处于断开状态，电子控制单元控制第二动力单元提供正向转矩T_p，第一动力单元的正转方向与第二动力单元的正转方向相反，满足|T_p|＞|T_d|；

步骤3)根据旋转编码器采集的第一传动轴角度值判断第一传动块是否回到初始位置，即三个传动块两两夹角为60°，若回到初始位置，第一离合器断电，处于断开状态，第一动力单元停转，第二动力单元继续驱动传动盘转动，此时楔形传动机构在第三制动模式下工作，活塞推动两个制动摩擦衬块夹紧制动盘，使得车辆静止时在任何坡度下车轮都不会转动；

步骤4)第二动力单元停转，第二离合器断电，活塞与传动盘自锁以维持制动力；

步骤5)驾驶员再度按下驻车制动按钮，电子控制单元控制第二动力单元反转，待传动盘回归驻车制动前初始位置后，第二离合器在压紧弹簧作用下接合，驻车制动结束。

进一步地，所述所述第一、第二制动模式切换条件包括四个子条件：

子条件一：压力传感器采集的压力数值F满足|F_s-(F+kΔx)|＜ρ₁，kΔx表示由于两个制动摩擦衬块、制动盘的磨损所附加的补偿压力值，k为磨损补偿系数，通过试验取得，ρ₁为临界压力差，通过试验取得，使制动模式切换时压力波动最小；

子条件二：旋转编码器采集的角度值θ满足|L₁-θS₁|＜ρ₂，ρ₂为临界位移差，通过试验取得，使制动模式切换时压力波动最小：

子条件三：压力传感器采集的压力数值F满足|F-F_d|＜ρ₃，且F在0.05秒内保持不变，ρ₃表示最大可允许的制动压力偏差，通过试验取得；

子条件四：满足下式：

式中，t为压力传感器采集的压力数值采集的压力数值F满足|F-F_d|＞ρ₃时，F保持不变的时间长度；

当上述四个子条件的任意一个成立时，满足第一、第二制动模式切换条件。

附图说明

为了更清楚说明本申请实施的技术方案，下面对本申请实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，以下附图仅出示了本申请的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域趋同技术人员来讲，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相关附图。

图1为根据本发明的一种电子机械线控制动装置的整体结构爆炸图；

图2为根据本发明的一种电子机械线控制动装置中楔形传动机构的装配图及结构爆炸图；

图3为根据本发明的一种电子机械线控制动装置中第二离合器的结构爆炸图；

图4为根据本发明的一种电子机械线控制动装置中传动盘的零件立体图；

图5为根据本发明的一种电子机械线控制动装置中第一传动块、第二传动块、第三传动块的零件立体图；

图6为根据本发明的一种电子机械线控制动装置中第一传动块、第二传动块、第三传动块的左视图及其剖视图；

图7为根据本发明的一种电子机械线控制动装置中传动盘的侧视图；

图8A为根据本发明的一种电子机械线控制动装置在图7A-A方向上的剖视图；

图8B为根据本发明的一种电子机械线控制动装置在图7B-B方向上的剖视图；

图8C为根据本发明的一种电子机械线控制动装置在图7C-C方向上的剖视图。

图中的零件标记如下：

1制动钳体 2制动摩擦衬块 3制动摩擦衬块 4制动盘 5第一动力单元 6第二动力单元 7第一传动轴 8第二传动轴 9楔形传动机构 10第一离合器 11第二离合器 12回转轴承 13活塞 14压力传感器 15旋转编码器 16复位弹簧 17推力轴承

101第一制动器钳体102第二制动钳体 103第三制动钳体 1011滑槽

91第一传动块 92第二传动块 93第三传动块 94传动盘 95滚柱 96扭转弹簧 911三角楔形槽912扭转弹簧放置槽 921三角楔形槽 922扭转弹簧放置槽 931三角楔形槽 941滚柱槽 942滑块槽

1001摩擦盘 1002摩擦盘 1003电磁铁 1004电磁铁

1101电磁铁 1102滑块 1103压紧弹簧

1301限位块 1302滑块槽 1303放置槽

具体实施方式

在本实施例中提供了一种电子机械线控制动装置及其控制方法，下面接合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参考附图1，一种电子机械线控制动装置，包括制动钳体1、制动摩擦衬块2、制动摩擦衬块3、制动盘3、第一动力单元5、第二动力单元6、第一传动轴7、第二传动轴8、楔形传动机构9、第一离合器10、第二离合器11、回转轴承12、活塞13、压力传感器14、旋转编码器15、复位弹簧16、推力轴承17，所述制动钳体1包括第一制动钳体101、第二制动钳体102、第三制动钳体103，三个制动钳体通过紧固螺母安装固定在一起，，第一动力单元5和第二动力单元6均由一个电机及一个用于减速增距的行星齿轮组组成，第一动力单元5位于制动钳体1外部，通过紧固螺母固定在第三制动钳体103上，可带动第一传动轴7旋转，第二动力单元6位于制动钳体1内部，通过紧固螺母固定在活塞13内部，可带动第二传动轴8旋转，活塞13外侧有凸起的限位块1301，第一制动钳体101内部开有与其配合的滑槽1011，活塞13可沿着滑槽1011纵向移动，无法转动，复位弹簧16一端压在活塞外侧，另一端放置在第一制动钳体101的安装孔中，两个动力单元均可驱动楔形传动机构9进行纵向伸缩，以推动活塞13、制动摩擦衬片3和制动摩擦衬片4来实现制动，楔形传动机构9可在三种增矩系数下工作，压力传感器14安装在活塞13与制动摩擦衬片2之间，可测量活塞13和制动摩擦衬块2之间的压力，旋转编码器15与第一传动轴7连接，可测量第一传动轴7的旋转角度值。

参考附图1、附图2、附图4、附图5，所述楔形传动机构9包括第一传动块91、第二传动块92、第三传动块93、传动盘94、滚柱95、扭转弹簧96，第一传动块91、第二传动块92叠套在第一传动轴7上，第一传动块91位于靠近活塞13一侧，第一传动块91上开有与第一传动轴7相配合的孔，两者间为过盈配合，可接收第一动力单元5传递的扭矩，第二传动块92上开有轴承孔，通过所述回转轴承12支撑在第一传动轴7上，第三传动块93分为完全相同的两部分，这两个部分相对楔形传动机构9的轴线对称且均通过紧固螺母固定在第三制动钳主体103上，传动盘94上开有与第二传动轴8相配合的孔，两者间为过盈配合，可接收第二动力单元6传递的扭矩，第一传动块91、第二传动块92、第三传动块93远离活塞13一侧的表面在同一平面上，在该平面上，三个传动块通过所述推力轴承17支撑在第三制动钳主体103内壁上。

附图2、附图5、附图7、附图8A、附图8B、附图8C，其中附图8A为沿第一传动块91中心线所截的楔形传动机构9的竖直截面，附图8B为沿第二传动块92中心线所截的楔形传动机构9的竖直截面，附图8C为沿第三传动块93中心线所截的楔形传动机构9的竖直截面，第一传动块91、第二传动块92、第三传动块93在靠近活塞13一侧的表面上均开有两个三角楔形槽，传动盘远离活塞13一侧表面上开有六个用于放置滚柱95的圆台形滚柱槽941，六个滚柱槽941轴线间夹角均为60°，六个滚柱95分别放置于这六个滚柱槽941中，在推力轴承17的支撑下，第一传动块91、第二传动块92、第三传动块93上总计六个三角楔形槽分别压在六个滚柱95上，此时，每个三角楔形槽的两个斜面均可与滚柱95相切，第一传动块91、第二传动块92、第三传动块93两两间的夹角也为60°，当第一传动块91和第二传动块92绕楔形传动机构9轴线转动，传动盘94无法转动时，或者第一传动块91和第二传动块92不转动，传动盘94转动时，传动盘94会在滚柱95的压力下进行纵向移动。

第一传动块91靠近活塞13一侧表面和第二传动块92远离活塞13一侧表面上均开有相同的扭转弹簧放置槽，所述扭转弹簧96放置于两个扭转弹簧放置槽中，扭转弹簧96的弹簧力能够阻碍第一传动块91和第二传动块92间的角度变化，扭转弹簧96带有预紧力，该预紧力使得第一传动块91转动时，第二传动块92也能随其一起转动且第二传动块92能够始终将滚柱95压在滚柱槽941内。

参考附图1和附图8B，所述第一离合器10包括摩擦盘1001、摩擦盘1002、电磁铁1003、电磁铁1004，摩擦盘1001和电磁铁1003通过紧固螺母固定在第一传动轴7上，摩擦盘1002和电磁铁1004通过紧固螺母安装在第二传动块8上，两个电磁铁铁芯采用硅钢材料制成，两个摩擦盘相邻，两者间存在微小间隙，两个电磁铁分别位于两个摩擦盘外侧，两个电磁铁通电后相互吸引可推动第二传动块92产生微小的纵向位移使得两个摩擦盘间的间隙消除，两个摩擦盘被压紧至可以传递第一动力单元5产生的扭矩。

参考附图1和附图3，所述第二离合器11包括电磁铁1101、滑块1102、压紧弹簧1103，电磁铁1101铁芯采用硅钢材料制成，滑块1102采用铁镍合金制成，活塞内13部开有与滑块1102配合的6个滑块槽1302以及用于放置电磁铁1101的放置槽1303，压紧弹簧1103放置在电磁铁1101与滑块1102之间，压紧弹簧1103将滑块1102压在滑块槽1302内，传动盘94无法相对活塞13进行转动，电磁铁1101通电后吸引滑块1102滑出滑块槽1302，传动盘94可相对活塞13进行转动。

参考附图6，第一传动块91、第二传动块92、第三传动块93上的三角楔形槽具有不同的楔角，三角楔形槽911楔角为α，三角楔形槽楔角921为β，三角楔形槽931楔角为γ，三个楔角的关系为α＞β＞γ，分别转动三个传动块代表着三种行车制动模式，通过设计楔角的大小，三个传动块三角楔形槽与滚柱95配合部分的中间面到传动块中心的距离r₁、r₂、r₃，制动盘4与两个制动摩擦衬块的摩擦系数μ，制动摩擦衬块2到车轮中心的距离R，使的得楔形传动机构9具有三种不同的增矩系数C₁、C₂、C₃，如下式所述：

式中，T_m1为第一动力单元5发出的转矩，T_m2为第二动力单元6发出的转矩，T_b1、T_b2、T_b3为三种制动模式下施加在制动盘4上的制动力矩，三种增矩系数满足C₁和C₃均小于C₂，在接收相同大小的转矩时，采用第二增矩系数C₂的第二制动模式能够获得更大制动转矩，采用第一增矩系数C₁的第一制动模式由于增矩系数小，对制动力的控制精度更高；

所述三种制动模式分别对应着三种行程转换系数S₁、S₂、S₃，行程转换系数代表着单位传动轴转角下活塞13纵向移动的距离，S₁、S₂对应着单位第一传动轴7转角下活塞13纵向移动的距离，S₃对应着单位第二传动轴8转角下活塞13纵向移动的距离，如下式所述：

式中，δ₁代表楔形传动机构中第一传动块91与滚柱95之间的间隙系数，δ₂代表楔形传动机构9中第二传动块92与滚柱95之间的间隙系数，δ₃代表楔形传动机构9中第三传动块93与滚柱95之间的间隙系数，这三个系数由试验得出，通过式中参数的设计，三种行程转换系数满足S₁＞S₃＞S₂，相较于采用第二行程转换系数S₂的第二制动模式，采用第一行程转换系数S₁的第一制动模式能够使得楔形机构9更加迅速地伸出以克服制动间隙实现制动，提高了响应速度；

所述三种制动模式分别对应着三种最大行程L₁、L₂、L₃，最大行程代表着楔形传动机构9能够伸缩的最大距离，如下式所述：

式中，r_g为滚柱95的最大半径，b₁、b₂、b₃分别为三个楔形传动块上三角楔形槽与滚柱95配合表面的最大宽度，通过式中参数设计，三种最大行程满足L₃＞L₁＞L₂，当处于第一传动块91转动的行车制动模式，楔形传动机构9达到最大行程L₁时，压力传感器14获得的压力值为预设切换阈值F_s。

进一步地，活塞13内壁与传动盘94靠近活塞13一侧表面直接接触，两者间存在摩擦配合，摩擦系数为μ_p，满足条件μ_p＞tan(γ)，当第二离合器11断开，楔形传动机构9在第二动力单元6和传动盘94传递的转矩下伸出后，传动盘94在第三传动块93的支撑下自锁，第二动力单元6停转后制动力不会消失。

根据本发明的第二个方面，本发明设计了一种制动盘4和两个制动摩擦衬块的磨损检测方法，用于指示两个制动摩擦衬块和制动盘4的磨损情况并提示驾驶员及时进行维修更换，电子控制单元记录旋转编码器15在压力传感器14所得压力值为F₁、F₂、F₃时采集的总旋转角度值θ₁、θ₂、θ₃并计算出磨损量Δx，若所需制动力F_d＜F_s，则F₁、F₂、F₃由下式取得：

若所需制动力F_d≥F_s，则F₁、F₂、F₃由下式取得：

通过下式计算磨损量：

Δx＝ε₁(θ₁S₁-x_s1)+ε₂(θ₂S₁-x_s2)+ε₃(θ₃S₁-x_s3)

式中，ε₁、ε₂、ε₃为权重因子，满足ε₁+ε₂+ε₃＝1，ε₁＜ε₂＜ε₃，若θ₁ε₁不在设定范围(x_s1,1.3x_s1)内，则取ε₁＝0，若θ₂ε₂不在设定范围(x_s2,1.3x_s2)内，则取ε₂＝0，若θ₃ε₃不在设定范围(x_s3,1.3x_s3)内，则取ε₃＝0，x_s1、x_s1、x_s1分别为未磨损条件下达到压力值F₁、F₂、F₃时活塞的纵向位移值，通过试验得到，当磨损量Δx超过磨损阈值Δx_l时，通过车内音响及仪表指示灯对驾驶人发出声音及灯光提醒信号。

根据本发明的第三各方面，本发明包括所述电子机械线控制动装置的控制方法。

所述电子机械线控制动装置的控制方法包括行车制动控制方法：

步骤1)电子控制单元接收驾驶员传来的制动踏板开度，计算出所需的制动力F_d；

步骤2)检查第一动力单元5、第一传动轴7、第一传动块91、第二传动块92是否失效，若上述任意部件失效则进入步骤8)；

步骤3)电子控制单元开始控制第一动力单元5旋转，第一离合器10不通电，处于断开状态，第二离合器11不通电，处于接合状态，此时仅有第一传动块91接收第一动力单元5的转矩转动，由于第二离合器11接合，活塞13被限位块1301限制旋转，传动盘94也无法旋转，第一传动块91上的三角楔形槽911在转动时与滚柱95接触位置的厚度会变大从而推动传动盘94和活塞13纵向移动，进行行制动，此时楔形传动机构9在第一制动模式下工作，增矩系数为C₁，行程转换系数为S₁，最大行程为L₁，迅速克服制动间隙施加制动力；

步骤4)电子控制单元进行磨损检测，若磨损超过限定值则通过车内音响及仪表指示灯对驾驶人发出声音及灯光提醒信号；

步骤5)比较所需制动力F_d与切换阈值F_s，若F_d＞F_s，则进入步骤7)；

步骤6)第一动力单元5正转增加制动力、反转降低制动力、堵转维持制动力，使得制动力随制动踏板开度成正比变化，直至制动踏板开度为0，行车制动结束；

步骤7)满足第一、第二制动模式切换条件时，第一离合器10通电，处于接合状态，第二离合器11不通电，处于接合状态，此时第一传动块91依然随第一传动轴7旋转，但滚柱95已滚出第一传动块上91的三角楔形槽912，无法使得楔形传动机构9进一步伸缩，在扭转弹簧96的作用下，第二传动块92上的三角楔形槽921一直与滚柱95紧密接触，当第一离合器10接合，第二传动块92可以接收第一动力单元5的转矩进一步推动传动盘94纵向移动，提供更大的制动力，此时楔形传动机构9在第二制动模式下工作，增矩系数为C₂，行程转换系数为S₂，最大行程为L₂，返回步骤6)；

步骤8)电子控制单元控制第二动力单元6旋转，第二离合器11通电，处于断开状态，由于第二离合器11通电断开，传动盘94可以接收第二单元6的转矩在活塞13内部进行旋转，第三传动块93被固定在第三制动钳体103上无法移动，故在第三传动块93上三角楔形槽931的支撑下，当传动盘94旋转时，传动盘94和活塞13还会进行纵向移动，实现制动，此时楔形传动机构9在第三制动模式下工作，增矩系数为C₃，行程转换系数为S₃，最大行程为L₃；

步骤9)第二动力单元6正转增加制动力、反转降低制动力、堵转维持制动力，使得制动力随制动踏板开度成正比变化，直至制动踏板开度为0，行车制动结束。

所述电子机械线控制动装置的控制方法包括驻车制动控制方法：

步骤1)驾驶员按下驻车制动按钮，电子控制单元控制第二动力单元6正转，第二离合器11通电，处于断开状态，此时楔形传动机构9在第三制动模式下工作，活塞13推动制动摩擦衬块2、制动摩擦衬块3夹紧制动盘4，使得车辆静止时在任何坡度下车轮都不会转动，进入步骤4)；

步骤2)第一动力单元5保持正向转矩T_d，T_d由电子控制单元根据制动踏板开度计算获得，第二离合器11通电，处于断开状态，电子控制单元控制第二动力单元6提供正向转矩T_p，第一动力单元5的正转方向与第二动力单元6的正转方向相反，满足|T_p|＞|T_d|；

步骤3)根据旋转编码器15采集的第一传动轴7角度值判断第一传动块91是否回到初始位置，即三个传动块两两夹角为60°，若回到初始位置，第一离合器10断电，处于断开状态，第一动力单元5停转，第二动力单元6继续驱动传动盘94转动，此时楔形传动机构9在第三制动模式下工作，活塞13推动制动摩擦衬块2、制动摩擦衬块3夹紧制动盘4，使得车辆静止时在任何坡度下车轮都不会转动；

步骤4)第二动力单元6停转，第二离合器11断电，活塞13与传动盘94自锁以维持制动力；

步骤5)驾驶员再度按下驻车制动按钮，电子控制单元控制第二动力单元6反转，待传动盘94回归驻车制动前初始位置后，第二离合器11在压紧弹簧1103作用下接合，驻车制动结束。

所述所述第一、第二制动模式切换条件包括四个子条件：

子条件一：压力传感器14采集的压力数值F满足|F_s-(F+kΔx)|＜ρ₁，kΔx表示由于两个制动摩擦衬块、制动盘4的磨损所附加的补偿压力值，k为磨损补偿系数，通过试验取得，ρ₁为临界压力差，通过试验取得，使制动模式切换时压力波动最小；

子条件二：旋转编码器15采集的角度值θ满足|L₁-θS₁|＜ρ₂，ρ₂为临界位移差，通过试验取得，使制动模式切换时压力波动最小：

子条件三：压力传感器14采集的压力数值F满足|F-F_d|＜ρ₃，且F在0.05秒内保持不变，ρ₃表示最大可允许的制动压力偏差，通过试验取得；

子条件四：满足下式：

式中，t为压力传感器14采集的压力数值采集的压力数值F满足|F-F_d|＞ρ₃时，F保持不变的时间长度；

当上述四个子条件的任意一个成立时，满足第一、第二制动模式切换条件。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制本申请的保护范围，对本领域的技术人员来说，本申请可以有各种改变，比如机构尺寸的变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电子机械线控制动装置，其特征在于，包括制动钳体(1)、制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)、制动盘(4)、第一动力单元(5)、第二动力单元(6)、第一传动轴(7)、第二传动轴(8)、楔形传动机构(9)、第一离合器(10)、第二离合器(11)、回转轴承(12)、活塞(13)、压力传感器(14)、旋转编码器(15)、复位弹簧(16)、推力轴承(17)，所述活塞(13)外表面有限位块(1301)，制动钳体(1)包括第一制动钳体(101)、第二制动钳体(102)和第三制动钳体(103)，第一制动钳体(101)内壁开有与其配合的纵向滑槽(1011)，活塞(13)可沿滑槽(1011)纵向移动，无法转动，第一动力单元(5)和第二动力单元(6)均由一个电机及一个用于减速增距的行星齿轮组组成，第一动力单元(5)通过紧固螺母固定在第三制动钳体(103)上，可带动第一传动轴(7)旋转，第二动力单元(6)通过紧固螺母固定在活塞上(13)，可带动第二传动轴(8)旋转，两动力单元均可驱动楔形传动机构(9)进行轴向伸缩，楔形传动机构(9)可在三种增矩系数下进行工作，压力传感器(14)会采集制动摩擦衬块(2)与制动盘(4)间的压力值，旋转编码器(15)会采集第一传动轴(7)的旋转角度值，两传感器采集的数值经过控制单元处理后会作为控制信号，根据电子机械线控制动装置控制方法，该信号会用以检测制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)、制动盘(4)磨损情况，切换制动模式，所述电子机械线控制动装置的控制方法包括行车制动控制方法和驻车制动控制方法。

2.按照权利要求1所述的一种电子机械线控制动装置，其特征在于，所述楔形传动机构(9)包括第一传动块(91)、第二传动块(92)、第三传动块(93)、传动盘(94)、滚柱(95)、扭转弹簧(96)，第一传动块(91)，第二传动块(92)均开有可供第一传动轴(7)通过的孔，第二传动块(92)通过回转轴承(12)支撑在第一传动轴(7)上，第一传动块(91)与第一传动轴(7)之间为过盈配合，第一传动块(91)两侧各开有一个三角楔形槽(911)，中间开有扭转弹簧放置槽(912)，第二传动块(92)同样开有两个三角楔形槽(921)，中间开有扭转弹簧放置槽(922)，扭转弹簧(96)放置在两个扭转弹簧放置槽中，第三传动块(93)通过紧固螺母安装在第三制动钳体(103)内部，第三传动块(93)也开有两个三角楔形槽(931)，传动盘(94)上开有6个滚柱槽(941)，6个滑块槽(942)，1个与第二传动轴配合的孔，该孔与第二传动轴之间为过盈配合，可传递第二动力单元(6)的转矩，相邻滚柱槽(941)轴线夹角为60°，6个圆台形滚柱(95)分别装于这6个槽内，6个滚柱(95)的大小形状完全相同，6个滚柱(95)分别与三个传动块上的6个三角形楔形槽相切，第二传动块(92)可通过第一离合器(10)与第一传动轴(7)连接，当第一传动块(91)和第二传动块(92)绕楔形传动机构(9)轴线转动，传动盘(94)无法转动时，或者当第一传动块(91)和第二传动块(92)不转动，传动盘(94)绕楔形传动机构(9)轴线转动时，传动盘(94)和活塞(13)会进行纵向移动，当每个传动块上三角楔形槽的两个面都和滚柱(95)相切时，楔形传动结构(9)处于初始位置，此时第一传动块(91)、第二传动块(92)、第三传动块(93)两两间的夹角为60°，扭转弹簧(96)带有预紧力，该预紧力使得第一传动块(91)转动时，第二传动块(92)也能随其一起转动且第二传动块(92)能够始终将滚柱(95)压在滚柱槽(941)内，第一传动块(91)、第二传动块(92)、第三传动块(93)远离活塞(13)一侧的表面均通过推力轴承(17)支撑在第三制动钳体(103)内壁上，传动盘(94)靠近活塞(13)一侧表面与活塞(13)内壁直接接触，两者间的摩擦系数为μ_p。

3.按照权利要求1所述的一种电子机械线控制动装置，其特征在于，所述第一离合器(10)包括摩擦盘(1001)、摩擦盘(1002)、电磁铁(1003)、电磁铁(1004)，摩擦盘(1001)和电磁铁(1003)通过紧固螺母安装在第二传动块(91)上，摩擦盘(1002)和电磁铁(1004)通过紧固螺母安装在第一传动轴(7)上，两个摩擦盘之间存在间隙，电磁铁(1003)和电磁铁(1004)通电后产生吸引力，带动第二传动块(92)产生微小的纵向位移，使得所述两个摩擦盘间的间隙消除，两个摩擦盘被压紧至可以传递第一动力单元(5)发出的转矩，所述第二离合器(11)包括电磁铁(1101)、6个滑块(1102)、压紧弹簧(1103)，活塞(13)内部开有与滑块(1102)配合的6个滑块槽(1302)以及用于放置电磁铁的放置槽(1303)，压紧弹簧(1103)放置在电磁铁(1101)与滑块(1102)之间，压紧弹簧(1103)将滑块(1102)压在滑块槽(1302)内，传动盘(94)无法相对活塞(13)进行转动，电磁铁(1101)通电后吸引滑块(1102)滑出滑块槽(1302)，传动盘(94)可相对活塞(13)进行转动。

4.按照权利要求2所述的一种电子机械线控制动装置，其特征在于，第一传动块(91)，第二传动块(92)，第三传动块(93)上的三角楔形槽具有不同的楔角，三角楔形槽(911)楔角为α，三角楔形槽(921)楔角为β，三角楔形槽(931)楔角为γ，三个楔角的关系为α＞β＞γ，分别转动三个传动块代表着三种行车制动模式，通过设计楔角的大小，三个传动块三角楔形槽与滚柱(95)配合部分的中间面到传动块中心的距离r₁、r₂、r₃，制动盘(4)与制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)的摩擦系数μ，活塞(13)与传动盘(94)之间的摩擦系数μ_p，制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)中间面到车轮中心的距离R，使得楔形传动机构(9)在这三种行车制动模式下具有三种不同的增矩系数C₁、C₂、C₃，如下式所述：

式中，T_m1为第一动力单元(5)发出的转矩，T_m2为第二动力单元(6)发出的转矩，T_b1、T_b2、T_b3为三种行车制动模式下施加在制动盘(4)上的制动力矩，三种增矩系数满足C₁和C₃均小于C₂；

所述三种行车制动模式分别对应着三种行程转换系数S₁、S₂、S₃，行程转换系数代表着单位传动轴转角下活塞(13)纵向移动的距离，S₁、S₂对应着单位第一传动轴(7)转角下活塞(13)纵向移动的距离，S₃对应着单位第二传动轴(8)转角下活塞(13)纵向移动的距离，如下式所述：

式中，δ₁代表楔形传动机构(9)中第一传动块(91)与滚柱(95)之间的间隙系数，δ₂代表楔形传动机构(9)中第二传动块(92)与滚柱(95)之间的间隙系数，δ₃代表楔形传动机构(9)中第三传动块(93)与滚柱(95)之间的间隙系数，这三个系数由试验得出，通过式中参数的设计，三种行程转换系数满足S₁＞S₃＞S₂；

所述三种行车制动模式分别对应着三种最大行程L₁、L₂、L₃，最大行程代表着楔形传动机构(9)能够伸缩的最大距离，如下式所述：

式中，r_g为滚柱(95)的最大半径，b₁、b₂、b₃分别为三个楔形传动块上三角楔形槽与滚柱配合表面的最大宽度，通过式中参数设计，三种最大行程满足L₃＞L₁＞L₂，当处于第一传动块(91)转动的行车制动模式，楔形传动机构(9)达到最大行程L₁时，压力传感器(14)获得的压力值为预设切换阈值F_s。

5.按照权利要求2所述的一种电子机械线控制动装置，其特征在于所述楔形传动机构(9)可以进行自锁，活塞(13)内壁与传动盘(94)形成摩擦配合，参数满足条件：μ_p＞tan(γ)，当第二离合器(11)断开，楔形传动机构(9)在第二动力单元(6)和传动盘(94)传递的转矩下伸出后，传动盘(94)在第三传动块(93)的支撑下自锁，第二动力单元(6)停转后制动力不会消失。

6.按照权利要求1所述的一种电子机械线控制动装置的控制方法，其特征在于：

包括行车制动控制方法：

步骤1)电子控制单元接收驾驶员传来的制动踏板开度，计算出所需的制动力F_d；

步骤2)检查第一动力单元(5)、第一传动轴(7)、第一传动块(91)、第二传动块(92)是否失效，若上述任意部件失效则进入步骤8)；

步骤3)电子控制单元开始控制第一动力单元(5)旋转，第一离合器(10)不通电，处于断开状态，第二离合器(11)不通电，处于接合状态，此时楔形传动机构(9)在第一制动模式下工作，增矩系数为C₁，行程转换系数为S₁，最大行程为L₁，消除制动间隙施加制动力；

步骤4)电子控制单元进行磨损检测，若磨损超过限定值则通过车内音响及仪表指示灯对驾驶人发出声音及灯光提醒信号；

步骤5)比较所需制动力F_d与切换阈值F_s，若F_d＞F_s，则进入步骤7)；

步骤6)第一动力单元(5)正转增加制动力、反转降低制动力、堵转维持制动力，使得制动力随制动踏板开度成正比变化，直至制动踏板开度为0，行车制动结束；

步骤7)满足第一、第二制动模式切换条件时，第一离合器(10)通电，处于接合状态，第二离合器(11)不通电，处于接合状态，此时楔形传动结构(9)在第二制动模式下工作，增矩系数为C₂，行程转换系数为S₂，最大行程为L₂，返回步骤6)；

步骤8)电子控制单元控制第二动力单元(6)旋转，第二离合器(11)通电，处于断开状态，此时楔形传动机构(9)在第三制动模式下工作，增矩系数为C₃，行程转换系数为S₃，最大行程为L₃；

步骤9)第二动力单元(6)正转增加制动力、反转降低制动力、堵转维持制动力，使得制动力随制动踏板开度成正比变化，直至制动踏板开度为0，行车制动结束；

包括驻车制动控制方法：

步骤1)驾驶员按下驻车制动按钮，若此时驾驶员踩住制动踏板，保持行车制动，则进入步骤2)，电子控制单元控制第二动力单元(6)正转，第二离合器(11)通电，处于断开状态，此时楔形传动机构(9)在第三制动模式下工作，活塞(13)推动制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)夹紧制动盘(4)，使得车辆静止时在任何坡度下车轮都不会转动，进入步骤4)；

步骤2)第一动力单元(5)保持正向转矩T_d，T_d由电子控制单元根据制动踏板开度计算获得，第二离合器(11)通电，处于断开状态，电子控制单元控制第二动力单元(6)提供正向转矩T_p，第一动力单元(5)的正转方向与第二动力单元(6)的正转方向相反，满足|T_p|＞|T_d|；

步骤3)根据旋转编码器(15)采集的第一传动轴(7)角度值判断第一传动块(91)是否回到初始位置，即三个传动块两两夹角为60°，若回到初始位置，第一离合器(10)断电，处于断开状态，第一动力单元(5)停转，第二动力单元(6)继续驱动传动盘(94)转动，此时楔形传动机构(9)在第三制动模式下工作，活塞(13)推动制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)夹紧制动盘(4)，使得车辆静止时在任何坡度下车轮都不会转动；

步骤4)第二动力单元(6)停转，第二离合器(11)断电，活塞(13)与传动盘(94)自锁以维持制动力；

步骤5)驾驶员再度按下驻车制动按钮，电子控制单元控制第二动力单元(6)反转，待传动盘(94)回归驻车制动前初始位置后，第二离合器(11)在压紧弹簧(1103)作用下接合，驻车制动结束。

7.按照权利要求6所述的一种电子机械线控制动装置的控制方法，其特征在于，包括磨损检测及警示方法，用于指示制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)、制动盘(4)的磨损情况并提示驾驶员及时进行维修更换，电子控制单元记录旋转编码器(15)在压力传感器(14)所得压力值为F₁、F₂、F₃时采集的总旋转角度值θ₁、θ₂、θ₃并计算出磨损量Δx，若所需制动力F_d＜F_s，则F₁、F₂、F₃由下式取得：

若所需制动力F_d≥F_s，则F₁、F₂、F₃由下式取得：

通过下式计算磨损量Δx：

Δx＝ε₁(θ₁S₁-x_s1)+ε₂(θ₂S₁-x_s2)+ε₃(θ₃S₁-x_s3)

式中，ε₁、ε₂、ε₃为权重因子，满足ε₁+ε₂+ε₃＝1，ε₁＜ε₂＜ε₃，若θ₁ε₁不在设定范围(x_s1,1.3x_s1)内，则取ε₁＝0，若θ₂ε₂不在设定范围(x_s2,1.3x_s2)内，则取ε₂＝0，若θ₃ε₃不在设定范围(x_s3,1.3x_s3)内，则取ε₃＝0，x_s1、x_s1、x_s1分别为制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)、制动盘(4)未磨损条件下达到压力值F₁、F₂、F₃时活塞(13)的纵向位移值，通过试验得到，当磨损量Δx超过磨损阈值Δx_l时，通过车内音响及仪表指示灯对驾驶人发出声音及灯光提醒信号。

8.按照权利要求6所述的一种电子机械线控制动装置的控制方法，其特征在于，所述第一、第二制动模式切换条件包括四个子条件：

子条件一：压力传感器(14)采集的压力数值F满足|F_s-(F+kΔx)|＜ρ₁，kΔx表示由于制动摩擦衬块(2)、制动摩擦衬块(3)，制动盘(4)的磨损所附加的补偿压力值，k为磨损补偿系数，通过试验取得，ρ₁为临界压力差，通过试验取得，使制动模式切换时压力波动最小；

子条件二：旋转编码器(15)采集的角度值θ满足|L₁-θS₁|＜ρ₂，ρ₂为临界位移差，通过试验取得，使制动模式切换时压力波动最小：

子条件三：压力传感器(14)采集的压力数值F满足|F-F_d|＜ρ₃，且F在0.05秒内保持不变，ρ₃表示最大可允许的制动压力偏差，通过试验取得；

子条件四：满足下式：

式中，t为压力传感器(14)采集的压力数值采集的压力数值F满足|F-F_d|＞ρ₃时，F保持不变的时间长度；

当上述四个子条件的任意一个成立时，满足第一、第二制动模式切换条件。

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