CN115853935A - 用于电子机械制动器的执行机构及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电子机械制动器的执行机构，包括制动钳体和电机及减速机构构成的驱动机构，驱动机构的输出轴通过传动机构与摩擦片内片接触；传动机构将输出轴的正反转转换为轴向伸缩运动，从而提供摩擦片的夹紧力和实现回位功能，同时制动盘另一侧的摩擦片外片在制动钳体的滑动机制下移动，完成制动和制动解除动作；电机尾轴通过电磁离合器连接有涡轮，涡轮配有与之啮合的蜗杆；电磁离合器断电吸合，连通电机尾轴与涡轮的连接，电磁离合器通电释放，断开电机尾轴与涡轮的连接。本发明在无制动情况下保持输出轴位置不会随意转动，保证了制动盘与摩擦片之间应有的间隙，进一步提高盘式制动器的可靠性和安全性。

Description

用于电子机械制动器的执行机构及汽车

技术领域

本发明涉及车辆的制动器领域，尤其涉及一种用于电子机械制动器的执行机构及汽车。

背景技术

盘式制动钳在乘用车及商用车均得到长久的应用。目前传统盘式制动钳的传力媒介为液压或气压。传统燃油车通过发动机带动液压泵或空压机工作，将动力能转化为压力能，然后将压力能传导至轮边制动钳进行制动。而传统的商用车气压制动系统将压缩机的压力传导至轮边，整车还需布置相对复杂的气管路、储气筒以及各类控制阀，同时管路中气压的建立和撤销均具有一定的滞后时间，同时还存在较大的噪声问题。液压制动的反应时间比气压制动短，但对回路的密封要求较高。液压制动较气压制动具有操作轻便、易于采用各种优化调节装置等优点，但是其结构复杂、系统中精密件较多，这使得液压制动方式并没有广泛应用于商用车，目前主要应用于乘用车上。

随着新能源汽车的发展，内燃机被电机取代。现阶段新能源汽车液压制动以及气压制动均需在车辆上配备电液压泵或电空压机将电能转化为压力能，然后将压力能传导至轮边。与此同时伴随着汽车电子技术的进步，人们对车辆制动性能的要求越来越高，精确的制动控制将是汽车制动技术不断进步的目标。随着技术的进步，人们开始着眼于线控制动技术(Brake-By-Wire)的研究。所谓线控制动技术，指将一系列智能控制系统集成从而实现一些高级的功能，比如防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)、电子稳定性控制系统(ESP)及自适应巡航控制系统(ACC)等等。线控制动技术的最终目标是取代传统的气压或液压制动系统，进而由更为先进的电子技术代替。作为由传统的气压或液压制动系统向线控制动系统过渡的产品，出现了线控液压制动系统(Electro Hydraulic Brake,简称EHB),简单来说，EHB就是将传统的液压控制系统改为电子控制系统，但其制动器的执行系统仍然为液压形式，即“液控液”的模式改为了“电控液”的模式，当然对于气压制动系统，也可以有相应的存在形式。EHB只是线控制动技术的先期研究，其最终目的还是实现电子机械制动系统，即EMB。不再需要液压或气压系统，是一种通过电信号控制电机的纯机械制动系统。

EMB具有明显的优势，具体说来其性能特点如下：1.由于取消了气管路，大大减少了制动响应时间，有效地缩短了制动距离，为行车安全提供了有力保障；2.取消了空压机、储气筒等部件，使得整车布置更加灵活；3.制动踏板可调，无回弹振动，舒适性和安全性更好；4.通过控制系统即可实现所有附加功能，如ABS,TCS,ESP,ACC等等；5.未来亦可通过车联网系统与国家交通管理系统联网。无论从制动效率及响应时间以及制动系统成本上，EMB都有更大的优势。

发明内容

本发明主要目的在于：提供一种用于电子机械制动器的执行机构及汽车，能够进一步提高盘式制动器的可靠性和安全性。

本发明所采用的技术方案是：一种用于电子机械制动器的执行机构，包括制动钳体和驱动机构；制动钳体上连接有位于制动盘两侧的摩擦片内片和摩擦片外片；驱动机构为电机及减速机构，驱动机构的前端伸出输出轴，驱动机构的末端伸出电机尾轴；其中，所述输出轴通过传动机构与位于制动盘一侧的摩擦片内片接触；将电机产生制动所旋转的方向定义为正转，所述的传动机构将输出轴的正反转转换为轴向伸缩运动，从而推动或退回所述摩擦片内片，同时制动盘另一侧的摩擦片外片在制动钳体的滑动机制下移动，完成制动和制动解除动作；

所述的电机尾轴通过电磁离合器连接有涡轮，涡轮配有与之啮合的蜗杆；其中电磁离合器断电吸合，连通电机尾轴与涡轮的连接，电磁离合器通电释放，断开电机尾轴与涡轮的连接。

按上述方案，所述的传动机构包括滚珠丝杠副，所述的输出轴与滚珠丝杠副的丝杠轴通过键连接，滚珠丝杠副的丝杠螺母固定连接或集成有推块，推块与所述摩擦片内片接触；推块与摩擦片内片之间、或推块与卡钳体之间，设有止转机构，从而保证推块只沿轴向运动。

按上述方案，所述的止转机构为连接推块与摩擦片内片的销钉；所述的键为花键，所述的丝杠螺母与推块通过螺栓固定连接。

按上述方案，所述的电机尾轴穿过轴承与电磁离合器配合；电磁离合器与涡轮固定连接，或集成为一个整体。

按上述方案，所述的蜗杆带有六角头结构，用于故障时手动调节。

按上述方案，所述的输出轴与传动机构之间设有推力轴承及轴套。

按上述方案，所述蜗杆的尾端连接有备份电机。

所述的用于电子机械制动器的执行机构的控制方法，本方法包括：

制动步骤：当电机控制器收到制动指令，电机开始正转，电机通过减速机构增扭后，将扭矩传输至传动机构，传动机构将输出轴输出的正转方向的扭矩转换为轴向推力，推动摩擦片内片顶住制动盘，同时制动盘另一侧的摩擦片外片在制动钳体的滑动机制下被拉动，制动盘在摩擦片内片和外片的夹持作用下被抱紧，完成制动动作；

解除制动步骤：当电机收到解除制动指令反转，传动机构将输出轴的反转运动转换为与制动时相反的轴向运动，摩擦片与摩擦片外片回位，然后电机断电；

驻车步骤：当电机收到驻车指令正转到预设角度，使得达到驻车所需扭矩，制动盘在摩擦片内片和外片的夹持作用下被抱紧；在此状态下，电磁离合器断电吸合，通过涡轮蜗杆自锁特性，将电机尾轴抱死；然后电机断电；

解除驻车步骤：电磁离合器通电释放，解除自锁；电机通电反转所述预设角度。

按上述方法，所述蜗杆的尾端连接有备份电机；本方法还包括应急制动步骤：当驱动机构的电机失效，启动所述备份电机，电磁离合器断电吸合，通过涡轮蜗杆自锁特性，备份电机带动蜗杆从而带动涡轮旋转，涡轮带动电机尾轴旋转，从而带动输出轴转动。

一种新能源汽车，包括所述的用于电子机械制动器的执行机构。

本发明产生的有益效果是：

1、通过在驱动机构的末端增加电磁离合器和蜗轮蜗杆的配合，从而在制动过程中不影响正常制动，在无制动情况下保持输出轴位置不会随意转动，保证了制动盘与摩擦片之间应有的间隙，进一步提高盘式制动器的可靠性和安全性。

2、通过在蜗杆末端增加备份电机，当驱动机构的电机失效时，利用备份电机带动蜗轮蜗杆及电机传动轴，实现应急制动。

3.通过电磁离合器和涡轮蜗杆的自锁作用，实现驻车制动和解除驻车制动功能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例结构的剖面图。

图中：1-卡钳体，2-推块，3-丝杠螺母，4-丝杠轴，5-推力轴承，6-轴套，7、电机及减速机构，8-轴承，9-电磁离合器，10-涡轮，11-备份电机，12-蜗杆，13-卡钳支架，14-制动盘，15-摩擦片外片，16-摩擦片内片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种用于电子机械制动器的执行机构，包括制动钳体和驱动机构；本实施中，制动钳体为卡钳体1，卡钳体1通过卡钳支架13固定。卡钳体1上连接有位于制动盘14两侧的摩擦片内片16和摩擦片外片15；驱动机构为电机及减速机构7，驱动机构的前端伸出驱动机构的输出轴，驱动机构的末端伸出电机尾轴。

所述输出轴通过传动机构与位于制动盘14一侧的摩擦片内片16接触；将电机产生制动所旋转的方向定义为正转，所述的传动机构将输出轴的正反转转换为轴向伸缩运动，从而推动或退回所述摩擦片内片16，同时制动盘14另一侧的摩擦片外片15在制动钳体的滑动机制下移动，完成制动和制动解除动作。本实施例中，所述的传动机构包括滚珠丝杠副，所述的输出轴与滚珠丝杠副的丝杠轴4通过花键连接(也可采用其它连接形式)，滚珠丝杠副的丝杠螺母3固定连接或集成设置有推块2，推块2与所述摩擦片内片16接触；传动机构还包括用于防止推块2和丝杠螺母3转动的止转机构，通常设置在推块与摩擦片内片之间、或推块与卡钳体之间，从而保证推块只沿轴向运动。所述的滚珠丝杠副也可采用其他传动机构代替，例如螺纹丝杠、楔块、曲柄连杆、涡轮蜗杆、齿轮齿条、偏心轮/凸轮、半齿加弹簧等各种转化机械结构。本实施例中，为了加工方便，所述的止转机构为连接推块与摩擦片内片16的销钉，丝杠螺母3与推块2通过螺栓固定连接；限位和固定也可采用其它方式，例如直接粘贴固定。

所述的电机尾轴通过电磁离合器9连接有涡轮10，涡轮10配有与之啮合的蜗杆12；其中电磁离合器9断电吸合，连通电机尾轴与涡轮10的连接，电磁离合器9通电释放，断开电机尾轴与涡轮10的连接。本实施例中，所述的电机尾轴穿过轴承8与电磁离合器9配合，电磁离合器9与涡轮10通过平键固定连接。电磁离合器9与涡轮10还可以集成为一体式结构。

优选的，所述的蜗杆12带有六角头结构。当车辆处于驻车状态时，由于故障原因导致制制动系统无法解除驻车时，由于车轮全部被驻车抱死无法转动，这时可以通过蜗杆12的手动调节六角头，手动解除驻车。

进一步的，所述的输出轴与传动机构之间设有推力轴承5及轴套6，用于丝杠轴4(旋转件)与卡钳体1(不转固定件)之间的配合。

本实施例中的电磁离合器9采用一种牙嵌式断电吸合的电磁离合器，也可采用其它类型的电磁离合器。它的作用是将电机轴与涡轮联系起来，通过断电吸合和通电释放，来将涡轮蜗杆的自锁和备份电机的扭矩传递给电机轴。汽车制动时，电磁离合器通电分离，电机轴与涡轮蜗杆脱离，解除自锁功能，电机轴由电机控制作用于执行机构。解除制动时，电磁离合器9断电吸合，通过涡轮蜗杆自锁特性，将电机轴抱死，防止在行车过程中电机轴随意转动，影响制动盘和摩擦片的应有间隙。

通常，由整车ECU发出制动指令后，该指令可来源于有人驾驶汽车的电子制动踏板通过传感器发出的信号，也可来源于无人驾驶汽车行车电脑直接发出的制动信号，制动器控制器将信号转化处理，将控制指令下达至电机及减速机构。所述的用于电子机械制动器的执行机构采用如下步骤进行与制动相关的过程：

制动步骤：当电机控制器收到制动指令，电机开始正转，电机通过减速机构增扭后，将扭矩传输至滚珠丝杠轴4，丝杠螺母3和推块2由于限位无法转动，则在丝杠轴4的旋转作用下，沿着丝杠轴4向制动盘14方向产生轴向位移，从而推动摩擦片内片16内片顶住制动盘14，在浮动式盘式制动器滑动机制下，拉动摩擦片外片15，抱紧制动盘14，实现制动；在制动步骤中，电磁离合器9始终保持通电释放，电机尾轴与蜗轮蜗杆脱离。

解除制动步骤：当电机控制器收到解除制动指令，电机反转，带动丝杠轴4反转，丝杠螺母3沿丝杠轴4向远离制动盘14方向轴向位移，实现回位。

自锁步骤：电机断电状态下，电磁离合器断电吸合，通过涡轮蜗杆自锁特性，将电机尾轴抱死。

驻车步骤：当电机控制器收到驻车指令，电机正转到预设角度，使得达到驻车所需扭矩，制动盘14在摩擦片内片16和摩擦片外片15的夹持作用下被抱紧；在此状态下，使得电磁离合器9断电吸合，这时涡轮蜗杆自锁无法再转动，这样就将电机轴锁死了；然后电机断电，这样就保持住了驱动机构的输出轴的扭矩，实现驻车。

解除驻车步骤：电磁离合器9通电释放，解除自锁；电机通电反转所述预设角度回到初始位置。

优选的，所述蜗杆的尾端连接有备份电机；本方法还包括应急制动步骤：当所述驱动机构的电机失效，启动所述备份电机，电磁离合器断电吸合，通过涡轮蜗杆自锁特性，备份电机带动蜗杆从而带动涡轮旋转，涡轮带动电机尾轴旋转，从而带动输出轴转动。

本发明还提供一种新能源汽车，采用了上述用于电子机械制动器的执行机构。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电子机械制动器的执行机构，其特征在于，包括制动钳体和驱动机构；制动钳体上连接有位于制动盘两侧的摩擦片内片和摩擦片外片；驱动机构为电机及减速机构，驱动机构的前端伸出输出轴，驱动机构的末端伸出电机尾轴；其中，所述输出轴通过传动机构与位于制动盘一侧的摩擦片内片接触；将电机产生制动所旋转的方向定义为正转，所述的传动机构将输出轴的正反转转换为轴向伸缩运动，从而推动或退回所述摩擦片内片，同时制动盘另一侧的摩擦片外片在制动钳体的滑动机制下移动，完成制动和制动解除动作；

所述的电机尾轴通过电磁离合器连接有涡轮，涡轮配有与之啮合的蜗杆；其中电磁离合器断电吸合，连通电机尾轴与涡轮的连接，电磁离合器通电释放，断开电机尾轴与涡轮的连接。

2.根据权利要求1所述的用于电子机械制动器的执行机构，其特征在于，所述的传动机构包括滚珠丝杠副，所述的输出轴与滚珠丝杠副的丝杠轴通过键连接；滚珠丝杠副的丝杠螺母固定连接或集成有推块；推块与所述摩擦片内片接触；推块与摩擦片内片之间、或推块与卡钳体之间，设有止转机构，从而保证推块只沿轴向运动。

3.根据权利要求2所述的用于电子机械制动器的执行机构，其特征在于，所述的止转机构为连接推块与摩擦片内片的销钉；所述的键为花键，所述的丝杠螺母与推块通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的用于电子机械制动器的执行机构，其特征在于，所述的电机尾轴穿过轴承与电磁离合器配合；电磁离合器与涡轮固定连接，或集成为一个整体。

5.根据权利要求1或4所述的用于电子机械制动器的执行机构，其特征在于，所述的蜗杆带有六角头结构，用于故障时手动调节。

6.根据权利要求1所述的用于电子机械制动器的执行机构，其特征在于，所述的输出轴与传动机构之间设有推力轴承及轴套。

7.根据权利要求1所述的用于电子机械制动器的执行机构，其特征在于，所述蜗杆的尾端连接有备份电机。

8.权利要求1至6中任意一项所述的用于电子机械制动器的执行机构的控制方法，其特征在于，本方法包括：

制动步骤：当电机控制器收到制动指令，电机开始正转，电机通过减速机构增扭后，将扭矩传输至传动机构，传动机构将输出轴输出的正转方向的扭矩转换为轴向推力，推动摩擦片内片顶住制动盘，同时制动盘另一侧的摩擦片外片在制动钳体的滑动机制下被拉动，制动盘在摩擦片内片和外片的夹持作用下被抱紧，完成制动动作；

解除制动步骤：当电机控制器收到解除制动指令，电机反转，传动机构将输出轴的反转运动转换为与制动时相反的轴向运动，摩擦片与摩擦片外片回位，然后电机断电；

驻车步骤：当电机控制器收到驻车指令，电机轴正转到预设角度，使得达到驻车所需扭矩，制动盘在摩擦片内片和外片的夹持作用下被抱紧；在此状态下，电磁离合器断电吸合，通过涡轮蜗杆自锁特性，将电机尾轴抱死；然后电机断电；

解除驻车步骤：电磁离合器通电释放，解除自锁；电机通电反转所述预设角度。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述蜗杆的尾端连接有备份电机；本方法还包括应急制动步骤：当驱动机构的电机失效，启动所述备份电机，电磁离合器断电吸合，通过涡轮蜗杆自锁特性，备份电机带动蜗杆从而带动涡轮旋转，涡轮带动电机尾轴旋转，从而带动输出轴转动。

10.一种新能源汽车，其特征在于：包括权利要求1至7中任意一项所述的用于电子机械制动器的执行机构。

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