CN116044925A - 一种电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，该方法通过在每次的制动循环中根据电机电流的变化速率确定基准电流值，并以该基准电流值对应的电机输出轴角度位置作为本次制动循环的基准角度位置，在本次制动循环的后续制动阶段以及制动回位及补偿阶段中均以该基准角度位置作为制动力和制动间隙控制的基准。

Description

一种电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法

技术领域

本发明涉及车辆制动器的控制领域，具体涉及一种电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

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)及主动避撞技术(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都有更大的优势。

EMB采用伺服电机来控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

电机堵转是电机在转速为0转时仍然输出扭矩的一种情况，一般都是机械的或者人为的。由于电机负载过大、拖动的机械故障、轴承损坏扫膛等原因引起的电动机无法启动或停止转动的现象。电机堵转时功率因数极低，根据电机容量的大小和加工工艺不同，电机堵转电流一般为电机额定电流的5-12倍，时间稍长就会烧坏电机。因此，电机的一般性试验就包括堵转试验这一项。

电机转动时，定子绕组形成的旋转磁场拖动转子旋转，而转子中感应电流所产生的磁场也在定子绕组感应出反电势，也就是我们说的感抗，起到阻止电机定子电流增加的作用。

如果电机堵转了，上述反电势也没有了，电机就像接在电源中的一个电感元件，只有其自身的电阻和电感，自然电流会大大增加。电机运行时会产生反电动势，这是消耗电压的主要部分。堵转时反电势为零，所有电压都加载在绕组上，所以电流很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，以实现电子机械制动器在制动状态的制动力控制以及制动回位及补偿阶段的制动间隙控制。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，所述的电子机械制动器包括制动钳体，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；定义电机产生制动所旋转的方向为正转，解除制动所旋转的方向为反转；传动机构用于将电机输出轴的正反旋转运动转换为轴向伸缩运动，从而提供摩擦片内片的压紧力和实现的制动回位功能，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；

本控制方法应用于每一次的制动循环中，制动循环包括标定阶段、制动阶段以及制动回位及补偿阶段；

标定阶段中，电子机械制动器接收到制动指令，电子机械制动器的电机输出轴以预设的转速或电流正转，此时实时监测电机的电流值和电机输出轴角度位置；当摩擦片内片及摩擦片外片夹持于制动盘两侧时，电机处于堵转状态，使得电机电流迅速增加，将本次制动循环中电机的电流值随电机输出轴角度位置的变化速率首次超过一设预设阈值的电机电流值定义为本次制动循环的基准电流值，将该基准电流值对应的电机输出轴角度位置定义为本次制动循环的基准角度位置；

制动阶段中，制动力控制方法为，电子机械制动器接收到制动指令后，控制电机正转，当电机输出轴到达本次制动循环的基准角度位置时，电机调用电流环或位置环，使电机的输出扭矩由制动踏板开度大小或与电机电性连接的上位机输入的制动需求扭矩控制；

制动回位及补偿阶段中，制动间隙控制方法为，在制动踏板开度回复至初始位置或上位机输入的制动需求扭矩为0时，电机进入制动回位及补偿阶段，此时电机调用位置环，使电机输出轴反转至本次制动循环的基准角度位置后继续反转一预设的固定角度，并保持该角度位置直至进入下一次制动循环，该固定角度由预设的制动间隙计算得到。

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，所述的传动机构为曲柄连杆、涡轮蜗杆、齿轮齿条、偏心轮/凸轮或半齿加弹簧中的一种。

按上述方案，对电机的位置环进行控制时，通过控制外部输入的脉冲数量来控制电机转动的角度，电机的扭矩随着正转角度增大而增大，直至达到设定的扭矩。

按上述方案，对电机的电流环进行控制时，通过设定与扭矩大小相关联的外部输入模拟量，或者改变与扭矩相对应的地址，从而设定电机轴对外输出的扭矩大小，从而控制制动力的大小。

一种电机控制器，用于在控制电子机械制动器时，实现上文所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

一种新能源汽车，采用了上文所述所述的电机控制器。

一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上文所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其存有计算机程序，所述的计算机程序被电机控制器调用后实现上文所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

本发明的有益效果是：1、本发明提供一种新的制动驱动方式，最终制动力的驱动来源为电机减速后的堵转扭矩，通过传动机构将电机的堵转扭矩转化为制动器的夹紧力。

2、在这种新的制动驱动方式下，可在不同的控制模式下进行预设参数，从而快速响应制动指令。并且，踏板感可调，在对电机位置环的模式控制下，电机旋转位置决定了制动力的大小，而这个位置的变化曲率完全可以自由设定和切换，这样也对应了制动力的大小增加曲率，以获得不同的驾驶制动感受。同时，该制动驱动方式控制精准，电机的位置环和电流环，均非常精准的达到每个踏板角度对应的扭矩和位置，从而满足制动力的精准和稳定控制。

3、实现自动补偿功能，能够保持制动回位及补偿阶段中摩擦盘与制动盘之间间隙的稳定，该间隙不会随摩擦片的使用而产生变化；制动阶段前的标定阶段中，摩擦片与制动盘间隙消除时，电机轴难以继续旋转，电流激增，此时根据电流变化情况标记一个基准角度位置，这个基准角度位置在不同的制动循环中是随着摩擦片的磨损情况实时调整的；当制动结束，电机输出轴反转至这个基准角度位置时，再反转一个预设的角度，即保证了不同制动循环的制动回位及补偿阶段中，摩擦片与制动盘之间间隙的稳定不变。

附图说明

图1是本发明一实施例的电子机械制动器结构示意图；

图2是本发明一实施例的标定阶段电机电流曲线图；

图3是本发明一实施例的电子机械制动器制动循环示意图。

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-卡钳支架，9-制动盘，10-摩擦片外片，11-摩擦片内片。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明所适用的电子机械制动器如图1所示，包括制动钳体(本实施例中为卡钳体1)，和由电机及减速机构7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11接触；定义电机产生制动所旋转的方向为正转，解除制动所旋转的方向为反转；传动机构用于将电机输出轴的正反旋转运动转换为轴向伸缩运动，从而提供摩擦片内片11的压紧力和实现的制动回位功能，同时制动盘9另一侧的摩擦片外片10在制动钳体的滑动机制下移动。

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通过键连接；滚珠丝杠副的丝杠螺母3固定连接或集成有推块2；推块2与所述摩擦片内片11接触；推块2与摩擦片内片11之间、或推块2与卡钳体1之间，设有止转机构，从而保证推块2只沿轴向运动。本发明所述的传动机构不限于本实施例中的滚珠丝杠副，还可以是其他螺纹丝杠、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。

本实施例中的电机及减速机构7选用的是一种直流伺服电机和行星减速机构集成的结构，也可采用其它形式的组合结构。

伺服电机是机械设备常用的配件之一，其主要有三种控制方式，它的速度和转矩控制都是用模拟量来实现的。

1.速度环控制

速度环控制是主要通过模拟量的输入和脉冲的频率来进行转动速度的控制。模拟量的数值就决定了电机的运行速度。

2.电流环控制

电流环控制是主要通过外部的模拟量输入，或者是直接的地址赋值去设定电机轴对外输出的扭矩大小。我们可以通过改变模拟量的设定来改变扭矩设置的大小，也可以通过通讯方式改变相应的地址来改变扭矩的大小。

3.位置环控制

位置环控制是主要通过外部输入的脉冲频率大小来确定转速大小的。主要是通过输入脉冲的个数来决定转动的角度。

参见图3，本发明的制动力及制动间隙控制方法应用于每一次的制动循环中，制动循环包括标定阶段、制动阶段以及制动回位及补偿阶段；

标定阶段中，电子机械制动器接收到制动指令，电子机械制动器的电机输出轴以预设的电流值或转速正转，此时实时监测电机的电流值和电机输出轴角度位置；当摩擦片内片及摩擦片外片夹持于制动盘两侧时，电机处于堵转状态，使得电机电流迅速增加，将本次制动循环中电机的电流值随电机输出轴角度位置的变化速率首次超过一设预设阈值的电机电流值定义为本次制动循环的基准电流值，将该基准电流值对应的电机输出轴角度位置定义为本次制动循环的基准角度位置；其中标定阶段的电机电流随时间变化曲线参见图2；

制动阶段中，制动力控制方法为，电子机械制动器接收到制动指令后，控制电机正转，当电机输出轴到达本次制动循环的基准角度位置时，电机调用电流环或位置环，使电机的输出扭矩由制动踏板开度大小或与电机电性连接的上位机输入的制动需求扭矩控制；

制动回位及补偿阶段中，制动间隙控制方法为，在制动踏板回复至初始位置或上位机输入的制动需求扭矩为0时，电机进入制动回位及补偿阶段，此时电机调用位置环，使电机输出轴转至本次制动循环的基准角度位置后继续反转一预设的固定角度(该预设角度在不同的制动循环中保持不变，通过一预设的制动间隙计算得到，以保证不同制动循环中制动间隙的稳定控制)，并保持该角度位置直至进入下一次制动循环。

在本实施例中，当整车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，电机及减速机构通电开始正转，电机通过行星减速机构增扭后，将扭矩传输至滚珠丝杠轴4，丝杠螺母3和推块2由于止转机构无法转动，则在丝杠轴4的旋转作用下，沿着丝杠轴4向制动盘9方向产生轴向位移，从而推动摩擦片内片11顶住制动盘9，在浮动式盘式制动器滑动机制下，拉动摩擦片外片10，此时无法再产生轴向位移，整体滚珠丝杠副机构及电机轴无法再转动，电机开始堵转，这时摩擦片抱紧制动盘，实现制动。解除制动时，电机通过控制，带动丝杠轴4反转，丝杠螺母3沿丝杠轴4向远离制动盘9方向轴向位移，实现回位。

作为本发明的又一实施例，本发明还提供一种电机控制器，用于在控制电子机械制动器时，实现上文所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

作为本发明的又一实施例，本发明还提供一种新能源汽车，采用了上文所述所述的电机控制器。

作为本发明的又一实施例，本发明还提供一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上文所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法的步骤。

作为本发明的又一实施例，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其存有计算机程序，所述的计算机程序被电机控制器调用后实现上文所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，其特征在于：所述的电子机械制动器包括制动钳体，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；定义电机产生制动所旋转的方向为正转，解除制动所旋转的方向为反转；传动机构用于将电机输出轴的正反旋转运动转换为轴向伸缩运动，从而提供摩擦片内片的压紧力和实现的制动回位功能，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；

本控制方法应用于每一次的制动循环中，制动循环包括标定阶段、制动阶段以及制动回位及补偿阶段；

标定阶段中，电子机械制动器接收到制动指令，电子机械制动器的电机输出轴以预设的转速或电流正转，此时实时监测电机的电流值和电机输出轴角度位置；当摩擦片内片及摩擦片外片夹持于制动盘两侧时，电机处于堵转状态，使得电机电流迅速增加，将本次制动循环中电机的电流值随电机输出轴角度位置的变化速率首次超过一设预设阈值的电机电流值定义为本次制动循环的基准电流值，将该基准电流值对应的电机输出轴角度位置定义为本次制动循环的基准角度位置；

制动阶段中，制动力控制方法为，电子机械制动器接收到制动指令后，控制电机正转，当电机输出轴到达本次制动循环的基准角度位置时，电机调用电流环或位置环，使电机的输出扭矩由制动踏板开度大小或与电机电性连接的上位机输入的制动需求扭矩控制；

制动回位及补偿阶段中，制动间隙控制方法为，在制动踏板开度回复至初始位置或上位机输入的制动需求扭矩为0时，电机进入制动回位及补偿阶段，此时电机调用位置环，使电机输出轴反转至本次制动循环的基准角度位置后继续反转一预设的固定角度，并保持该角度位置直至进入下一次制动循环，该固定角度由预设的制动间隙计算得到。

2.根据权利要求1所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，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1所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，其特征在于：所述的传动机构为曲柄连杆、涡轮蜗杆、齿轮齿条、偏心轮/凸轮或半齿加弹簧中的一种。

4.根据权利要求1所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，其特征在于：对电机的位置环进行控制时，通过控制外部输入的脉冲数量来控制电机转动的角度，电机的扭矩随着正转角度增大而增大，直至达到设定的扭矩。

5.根据根据权利要求1所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法，其特征在于：对电机的电流环进行控制时，通过设定与扭矩大小相关联的外部输入模拟量，或者改变与扭矩相对应的地址，从而设定电机轴对外输出的扭矩大小，从而控制制动力的大小。

6.一种电机控制器，其特征在于：用于在控制电子机械制动器时，实现权利要求1-5任一所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

7.一种新能源汽车，其特征在于：采用了权利要求6所述的电机控制器。

8.一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任意一项所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其存有计算机程序，所述的计算机程序被电机控制器调用后实现权利要求1-5中任意一项所述的电子机械制动器的制动力及制动间隙控制方法。

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