CN116080623B - 一种电子机械制动装置及其制动力传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子机械制动装置及其制动力传感系统，涉及电子机械制动技术领域，包括制动盘、制动固定钳和制动浮动钳，制动盘与车轮连接，制动固定钳横跨在所述制动浮动钳两侧，所述制动浮动钳浮动的横跨在所述制动盘两侧，所述制动浮动钳上连接有外制动片和内制动片，外制动片位于所述制动盘一侧，内制动片位于所述制动盘另一侧，所述制动固定钳腔内设有力传感器，内制动片一侧连接有传力螺杆，传力螺杆上设有圆盘结构，所述圆盘结构与所述力传感器的感压面接触，所述力传感器上设有应变计，通过应变计的变形量测定传力螺杆受力的大小。

Description

一种电子机械制动装置及其制动力传感系统

技术领域

本发明属于电子机械制动技术领域，具体涉及一种电子机械制动装置及其制动力传感系统。

背景技术

随着汽车普及率的不断提高，对汽车制动性能的要求也不断提高，防抱死制动系统(ABS)、主动避幢技术(ACC)、牵引力控制系统(TCS)等功能不断的融入到制动系统之中，越来越多的附加机构安装于制动系统中，这导致制动系统的结构更复杂。

电子机械制动(EMB)系统利用电子元件和电控信号进行制动，实现了机电一体化汽车制动系统，以电机驱动元件作为制动执行器,代替传统的液压或气压制动方式，主要包括中央电子控制单元(ECU)、车轮制动模块、电子制动踏板模块、通信网络、整车电源等部分组成。中央控制单元：负责接收信号，判定驾驶员意图，输出制动指令至制动控制器，统筹整个制动系统；制动踏板模块主要包括制动踏板、踏板模拟器、位移(压力)传感器等；车轮制动模块主要由制动执行器、制动控制器，机械传动机构、传感器(主要有制动力传感器、轮速传感器)等组成；通信网络负责将各类信号送至指定部分；电源给整个制动系统提供制动力所需的能量。

电子机械制动(EMB)系统通过电子控制单元对制动电机实施电流大小控制，通过制动器的夹钳从两侧夹紧摩擦盘，实现车轮制动。其工作原理：当汽车在不同工况上行驶时，如有产生减速需求时，驾驶员会踩下制动踏板，电子制动踏板上的制动踏板传感器检测出踏板加速度、位移以及踏板力的大小等制动信号，ECU单元通过车载网络接收制动指令信号，综合当前车辆行驶状态下的其他传感器信号并结合相应的意图识别算法识别出驾驶员的制动意图，计算出每个车轮各自实时所需的最佳制动力。四个车轮独立的制动模块，接受ECU的输出信号将所需制动力大小传递给对应的轮端控制模块，通过制动片最终作用到制动盘上，从而达到制动目的。

由于EMB系统位于轮毂中，轮毂的体积决定了电机大小，进而决定了电机功率不可能太大，所以对刹车力的实时监控显着尤为重要。

如一公开号为CN112105533A的专利申请公开了一种特别用于自动驾驶的制动系统，电机经由插头连接器电连接至分配给车轮制动器的电子开环和闭环控制单元(ECU)的印刷电路板(PCB)，其为电机传感器和具有在主轴上的目标的位置传感器，调节活塞和具有小齿轮的主轴的轴向运动可以通过该位置传感器来测量。

现有的制动系统中，对制动力的监测采用位置传感器，由于制动力是靠制动盘与制动片之间的摩檫力提供，长时间的摩擦会导致制动盘与制动片的磨损，制动片的位移量也会随之变化，这时位置传感器反馈的信号误差变大，导致制动力很难准确的反馈到ECU中。此外，该方案中位置传感器采用外置结构，不利于制动力传感器系统整体结构的集成化、小型化。

又如一公开号为CN114981627A的专利申请公开了一种力传感器设备及其组装方法，四个传感器元件，被直接放置于圆环形金属盘顶部表面上；圆环形金属盘顶部边缘通过接口结构固支，底部表面用于感应外界加载的压力，产生变形，使得其顶部四个传感器元件电阻发生变化，输出与外界力载荷大小相关的信号。

现有的力传感器中，由于四个传感器元件被置于同一应变结构上，当同样大小的力作用在应变结构的不同位点时，力传感器测试值有所差别，在实际使用过程中，尤其是长时间使用后，存在对刹车力大小误判的风险。

发明内容

本发明的目的是，为了解决现有技术的问题，提供一种电子机械制动装置及其制动力传感系统。

一种电子机械制动装置，包括制动盘、制动固定钳和制动浮动钳，制动盘与车轮连接，制动固定钳横跨在所述制动浮动钳两侧，所述制动浮动钳浮动的横跨在所述制动盘两侧，所述制动浮动钳上连接有外制动片和内制动片，外制动片位于所述制动盘一侧，内制动片位于所述制动盘另一侧，所述制动固定钳腔内设有力传感器，内制动片一侧连接有传力螺杆，传力螺杆上设有圆盘结构，所述圆盘结构与所述力传感器的感压面接触，所述力传感器上设有应变计，通过应变计的变形量测定传力螺杆受力的大小。

进一步地，所述传力螺杆分为螺纹段和光滑段，内制动片一侧设有凸台，所述凸台内设有螺纹孔，传力螺杆的所述螺纹段与所述螺纹孔连接，所述传力螺杆的光滑段穿过力传感器和制动固定钳的内壁延伸至制动固定钳外侧，圆盘结构位于所述传力螺杆的光滑段，且所述圆盘结构位于制动固定钳内。

进一步地，所述传力螺杆一端接有制动电机。

进一步地，所述力传感器包括传感器外壳，所述传感器外壳内设有应变结构，所述应变结构和压环接触面上设有力施加位点，且力施加位点呈三角形分布。

进一步地，所述传感器外壳内设有压环，压环内侧设有应变结构，所述传感器外壳设有小通孔、大通孔和凹腔，所述小通孔、大通孔和凹腔三者同轴，小通孔的直径小于大通孔的直径，大通孔的直径小于凹腔的直径，所述压环和应变结构位于所述凹腔内，压环一侧与大通孔相邻，压环的最大直径大于大通孔的直径，压环的最小直径小于大通孔的直径，所述压环与所述大通孔相邻的端面为力传感器的感压面。

进一步地，所述传感器外壳内侧设有支架，用于支撑应变结构，应变结构包括连接外部和变形部，所述支架中间设有凹槽，所述应变结构的连接外部与支架连接，应变结构的变形部与支架的凹槽位置对应。

进一步地，所述应变结构呈圆周布设在压环上。

进一步地，所述应变结构上贴装有应变计，贴装有应变计的应变结构的端面为力传感器的感应面，应变计的数量为四个，所述应变计采用双电阻结构，四个所述应变计的电阻值均相等。

进一步地，所述应变计采用的贴装方式为玻璃烧结。

一种制动力传感系统，使用如上述的电子机械制动装置。

本发明的有益效果是：

采用力传感器内置结构，即力传感器置于制动固定钳内，使制动力传感系统更紧凑；

力传感器的感应面上具有四个独立的电阻应变计，当受力变形时，四个独立的电阻应变计会分别形变，并将形变转化为电阻变化，进而通过惠斯通电桥原理转化为电压信号，当力作用位点发生偏移时，电压输出信号不会受到影响，从而可以及时准确的监测并反馈汽车制动力的大小，提高制动力监测精度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的爆炸结构示意图；

图2是本发明的主视结构示意图；

图3是本发明的传力螺杆结构示意图；

图4是本发明的力传感器主视结构示意图；

图5是本发明的压环右视结构示意图；

图6是本发明的支架轴测结构示意图；

图7是本发明的应变结构俯视结构示意图；

图8是本发明的传感器外壳剖视图；

图9是本发明的四个应变计形成的电路原理图；

图10是本发明的实施例二的传感器外壳剖视结构示意图。

图中标记为：1、制动固定钳；2、制动浮动钳；3、外制动片；4、制动盘；5、内制动片；501、螺纹孔；502、凸台；6、传力螺杆；601、圆盘结构；602、螺纹段；7、力传感器；8、小通孔；9、大通孔；10、凹腔；11、传感器外壳；12、压环；13、应变结构；14、支架；15、力施加位点；21、应变计。

具体实施方式

实施例一

一种电子机械制动装置，如图1所示，包括制动盘4、制动固定钳1和制动浮动钳2，制动盘4与车轮连接。

如图1和图2所示，制动固定钳1横跨在制动浮动钳2两侧，制动浮动钳2浮动的横跨在制动盘4两侧，制动浮动钳2上连接有外制动片3和内制动片5，外制动片3位于制动盘4一侧，内制动片5位于制动盘4另一侧；

外制动片3和内制动片5通过机械结构连接实现两者相对运动，即外制动片3和内制动片5同时向制动盘4移动，当外制动片3和内制动片5与制动盘4接触时产生制动力。

如图1-图3所示，内制动片5一侧设有凸台502，凸台502内设有螺纹孔501，内制动片5一侧还连接有传力螺杆6，传力螺杆6分为螺纹段602和光滑段，传力螺杆6的螺纹段602与螺纹孔501连接，传力螺杆6的光滑段穿过制动固定钳1且延伸至制动固定钳1外侧，位于制动固定钳1外侧的传力螺杆6的一端接有制动电机，通过制动电机提供制动力来源；

制动电机驱动传力螺杆6旋转，螺纹孔501与传力螺杆6上的螺纹段602组成螺纹副，将制动电机驱动力系统扭矩转换为轴向力。

如图2所示，制动固定钳1内壁设有力传感器7，传力螺杆6穿过力传感器7，传力螺杆6上设有圆盘结构601，圆盘结构601位于制动固定钳1内，圆盘结构601位于传力螺杆6的光滑段，且圆盘结构601与力传感器7的感压面接触，力传感器7上设有应变计21，通过应变计21的变形量测定传力螺杆6受力的大小。

力传感器7包括传感器外壳11，传感器外壳11可以采用一体成型制作，也可采用分体焊接工艺。

如图8所示，传感器外壳11设有小通孔8、大通孔9和凹腔10，小通孔8、大通孔9和凹腔10三者同轴，小通孔8的直径小于大通孔9的直径，大通孔9的直径小于凹腔10的直径，小通孔8的直径与传力螺杆6的光滑段的直径对应，传感器外壳11内设有应变结构13，应变结构13位于凹腔10内。

如图4所示，传感器外壳11内设有压环12，压环12内侧设有应变结构13，如图7所示，应变结构13和压环12的接触面上设有力施加位点15，且力施加位点15呈三角形分布，压环12和应变结构13位于凹腔10内，优选地，如图5所示，压环12和应变结构13一体成型，应变结构13呈圆周布设在压环12上，如图6所示，应变结构13包括连接外部和变形部，力施加位点15位于变形部上。

作为进一步技术方案，应变结构13还可单独成型后再和压环12相对位置固定。

压环12一侧与大通孔9相邻，压环12的最大直径大于大通孔9的直径，压环12的最小直径小于大通孔9的直径，压环12与大通孔9相邻的端面为力传感器的感压面。

如图7所示，应变结构13上贴装有应变计21，且贴装有应变计21的应变结构13的端面为力传感器7的感应面，作为优选地技术方案，应变计21采用的贴装方式为玻璃烧结。

应变计21的数量为四个，应变计21采用双电阻结构，四个应变计的电阻值均相等。

四个应变计21形成的电路原理图如图9所示，四个应变计21分别为第一应变计、第二应变计、第三应变计和第四应变计，第一应变计的两个电阻分别用R11、R12表示，第二应变计的两个电阻分别用R21、R22表示，第三应变计的两个电阻分别用R31、R32表示，第四应变计的两个电阻分别用R41、R42表示。

以第一应变计为例，当来自压环12的力施加在指定位点时，应变结构13中间发生机械形变，其上方应变计的两个电阻R11和R12，电阻变化方向相反，例如，R11增大，R12减小。四个应变计互联时，电阻变化方向相同的电阻相互连接，例如第一应变计的R11电阻与第二应变计的R21电阻连接(受力时两者电阻均增大)；第一应变计的R12电阻与第四应变计的R42电阻连接(受力时两者电阻均减小)，最终四个应变计形成八电阻惠斯通电桥电路。一共有四个输出/输出端子，V+为电源正；GND为地；S+为信号正；S-为信号负。

输出电压Vout可由下述公式计算：

上述公式中，R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42阻值相等，受力时各电阻变化率也相等。

此时上述公式计算Vout时，可认为是四个应变计的线性叠加，力的作用位点仅改变线性叠加时四个应变计分量的分配系数，对测试结果的影响很小。

因此，该结构对力作用位点不敏感，即使力作用位点偏离，也不会影响最终的测试结果。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本发明还提供了另一种应变结构的安装方法，如图6和图10所示，传感器外壳11内设有压环12，传感器外壳11内侧还设有支架14，用于支撑应变结构13，支架14中间设有凹槽，如图6所示，应变结构13包括连接外部和变形部，应变结构13的连接外部与支架14连接，应变结构13的变形部与支架14的凹槽位置对应。

本发明的工作原理：

当驾驶员踩下制动踏板，ECU接收到制动指令信号并将制动指令传递给制动模块，制动电机启动，传力螺杆6随着制动电机转动，通过螺纹副的作用，把内制动片5和外制动片3推向制动盘4，当内制动片5、外制动片3与制动盘4接触时产生摩擦力即制动力，制动力的大小与制动片、制动盘之间的压力存在数量关系，压力通过内制动片5和传力螺杆6之间的螺纹副反作用在传力螺杆6上，传力螺杆6上的圆盘结构601与力传感器7的感压面接触，反作用力通过圆盘结构601传递到力传感器7的感应面上，力传感器7感知作用在其感应面上的力，通过算法计算出制动力的大小，并反馈到ECU。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电子机械制动装置，包括制动盘、制动固定钳和制动浮动钳，制动盘与车轮连接，制动固定钳横跨在所述制动浮动钳两侧，所述制动浮动钳浮动的横跨在所述制动盘两侧，所述制动浮动钳上连接有外制动片和内制动片，外制动片位于所述制动盘一侧，内制动片位于所述制动盘另一侧，其特征在于，所述制动固定钳腔内设有力传感器，内制动片一侧连接有传力螺杆，传力螺杆上设有圆盘结构，所述圆盘结构与所述力传感器的感压面接触，所述力传感器上设有应变计，通过应变计的变形量测定传力螺杆受力的大小，所述力传感器包括传感器外壳，所述传感器外壳内设有应变结构，应变结构包括连接外部和变形部，所述应变结构安装在压环或支架上，应变结构安装在压环上时，应变结构呈圆周布设在压环上，所述支架安装在传感器外壳内侧，用于支撑应变结构；

所述应变结构上贴装有应变计，贴装有应变计的应变结构的端面为力传感器的感应面；其中，应变计的数量为四个，分别为第一应变计、第二应变计、第三应变计和第四应变计，所述应变计采用双电阻结构，且当应变结构发生机械形变时，双电阻结构中的两个电阻变化方向相反；四个所述应变计的电阻值均相等，四个所述应变计组成八电阻惠斯特电桥电路，且每条桥臂上的两个电阻变化方向相同，第一应变计连接电源正端，第二应变计连接信号负端，第三应变计连接地端，第四应变计连接信号正端。

2.根据权利要求1所述的电子机械制动装置，其特征在于，所述传力螺杆分为螺纹段和光滑段，内制动片一侧设有凸台，所述凸台内设有螺纹孔，传力螺杆的所述螺纹段与所述螺纹孔连接，所述传力螺杆的光滑段穿过力传感器和制动固定钳的内壁延伸至制动固定钳外侧，圆盘结构位于所述传力螺杆的光滑段，且所述圆盘结构位于制动固定钳内。

3.根据权利要求1或2所述的电子机械制动装置，其特征在于，所述传力螺杆一端接有制动电机。

4.根据权利要求1所述的电子机械制动装置，其特征在于，所述应变结构和压环接触面上设有力施加位点，且力施加位点呈三角形分布，所述传感器外壳设有小通孔、大通孔和凹腔，所述小通孔、大通孔和凹腔三者同轴，小通孔的直径小于大通孔的直径，大通孔的直径小于凹腔的直径，所述压环和应变结构位于所述凹腔内，压环一侧与大通孔相邻，压环的最大直径大于大通孔的直径，压环的最小直径小于大通孔的直径，所述压环与所述大通孔相邻的端面为力传感器的感压面。

5.根据权利要求1所述的电子机械制动装置，其特征在于，所述支架中间设有凹槽，所述应变结构的连接外部与支架连接，应变结构的变形部与支架的凹槽位置对应。

6.根据权利要求1所述的电子机械制动装置，其特征在于，所述应变计采用的贴装方式为玻璃烧结。

7.一种制动力传感系统，其特征在于，使用如权利要求1-2、4-6中任意一项所述电子机械制动装置。