CN1262804A - 带有控制传感器的电致动装置和具有这种致动装置的盘式制动器 - Google Patents

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Abstract

一种电致动装置(1)包括壳体(2),壳体装有螺旋丝杆机构(3)和可被驱动地连接到螺旋丝杆机构(3)上的电机(4),螺旋丝杆机构(3)根据电机(4)的旋转运动进行线性运动并包括螺旋丝杆(17)和螺帽(8),螺旋丝杆和螺帽中的一个相对壳体(2)被支撑,设置传感器(28)用于检测有关螺旋丝杆机构(3)的旋转运动和/或线性运动的参数。还设有用于根据来自传感器(28)的信号监控和/或影响螺旋丝杆机构(3)的旋转运动和/或线性运动的控制组件(29)。

Description

带有控制传感器的电致动装置和具有这种致动装置的盘式制动器
本发明涉及一种电致动装置，该致动装置包括一个壳体，该壳体内装有一个螺旋丝杆机构和一个可被驱动地连接到该螺旋丝杆机构上的电机，所述螺旋丝杆机构根据电机的旋转运动进行线性运动并且包括一个螺旋丝杆和一个相对于壳体被支撑的螺帽，还设置有一个传感器，该传感器用于检测有关螺旋丝杆机构的旋转运动和/或线性运动的参数。
可以从WO-A-9403301中了解这种电致动装置。致动装置的电机转动一个螺旋丝杆机构，螺旋丝杆机构在一盘式制动器的制动垫上施加一夹紧力。为了对制动力进行细微调节，精确地控制螺旋丝杆机构的转动是重要的。而且，控制螺旋丝杆机构以补偿盘式制动器使用过程中制动垫的磨损是必要的。
因此，本发明的目的是提供一种上述类型的电致动装置，该致动装置可以对各种驱动条件和例如防盗目的的螺旋丝杆机构进行充分控制。本发明的目的是通过一个用于根据来自传感器的信号影响螺旋丝杆机构的旋转运动和/或线性运动的控制组件来实现的。
当控制组件被连续地提供有关螺旋丝杆机构的位置和转数的信息时，控制组件及时地更新数据，以便以正确方式控制螺旋丝杆机构。
传感器可以位于不同位置。在包括用于相对于壳体支撑螺旋丝杆机构的至少一个轴承的致动装置中，传感器可以连接到轴承圈的至少一个圈上。而且，传感器可以连接到螺旋丝杆、螺帽或壳体上。
在滚动体安放在一个隔圈中的情况下，传感器可以连接到至少一个隔圈上。
对于具有一个滚筒(roller spindle)的一个实施例，该滚筒的滚柱安放在一个滚柱隔圈中，传感器可以连接到滚柱隔圈上。
传感器本身也可以采取几种形式。例如，传感器是一个光学传感器或一个磁性位置编码器，例如包括可相互转动的一个脉冲环和一个部件，脉冲环和另一个部件中的一个相对于壳体是不可移动的。
如上所述，本发明的致动装置优选地用于一个盘式制动器的卡钳式制动装置中，所述卡钳式制动装置具有一个如上所述的电致动装置，该致动装置包括一个壳体，该壳体内装有一个螺旋丝杆机构和一个可被驱动地连接到该螺旋丝杆机构上的电机，所述螺旋丝杆机构根据电机的旋转运动进行线性运动并且包括一个螺旋丝杆和一个螺帽，螺旋丝杆和螺帽中的一个相对于壳体被支撑，该卡钳式制动装置还包括一个壳体连接到其上的轭架以及一对制动盘，该对制动盘中的一个制动盘连接到轭架的一个固定部分上，另一个制动盘连接到螺旋丝杆机构的螺旋丝杆或螺帽上。
这里也可以设置一个控制组件，该控制组件用于根据来自传感器的信号监控和/或影响螺旋丝杆机构的旋转运动和/或线性运动。
该传感器可具有几个基本的功能，例如给出有关磨损补偿、制动力反馈(ABS)和维修指示的信息。另外，还可以具有用于机动车动力和防盗的牵引控制的监控功能。
在使用过程中，制动垫磨损并因而变薄。这意味着滚柱螺旋丝杆必须补偿该磨损，该磨损可以达30mm。但是，为了确保安全运行，制动垫和制动盘之间的距离必须总保持在大约0.2mm。这可以通过滚柱螺旋丝杆编码器来实现，因为脉冲数表示一确定的距离。在制动过程中，制动垫以一定的力压向制动盘。当松开制动时，制动力减小并且当制动力降低到某一最小值以下，当制动垫仍与制动盘接触时，脉冲计数器设定为零。现在电机进一步反向旋转直到已计数了合适的脉冲数。在传感器分辨率为每转400个脉冲的情况下，对于1mm的滚柱螺旋丝杆螺距来说，这表示为1*0.2*400＝80个脉冲。按照这种方式，可以在每次制动操作中进行校准。滚柱螺旋丝杆的优点在于，最大力作用的位置在一转的四百分之一的不连续距离中是在它的全部长度上逐渐移动的。
为了提供这种磨损补偿选择，控制组件可以包括一个计数器，该计数器用于计数螺旋丝杆机构从一个静止位置(rest position)转动到一个完全制动位置所转动的转数；一个存储器，该存储器存有一个固定的转数，该转数表示从静止位置到完全制动位置所需的最大转数；以及一个比较器，该比较器用于对实际转数和所需的最大转数进行比较，并且在实际转数超过所需的最大转数的情况下重新设定静止位置。
在本发明的卡钳式制动装置中的制动垫的更换也可以被监控。
在这方面，也可以提供一个控制组件，该控制组件包括一个第二计数器，该第二计数器用于计数螺旋丝杆机构从一个制动盘没磨损的开始位置到实际完全制动位置所转动的总转数；一个第二存储器，该存储器存有一个最大容许转数；以及一个比较器，该比较器用于确定总转数是否超过最大容许转数，并且在总转数超过最大容许转数的情况下产生一个表示需要进行维修的警告信号。
而且，控制组件可以包括一个第三存储器，该存储器存有显示制动力随转数变化的一组制动特性曲线数据，以便根据实际转数确定实际的制动力。
在如上所述的卡钳式制动装置中，制动垫的相互移动可以通过螺旋丝杆机构来实现。这种机构适合提供相当大的位移和高的载荷。在一个高的工作负载循环环境中，最好使用一个滚筒。螺旋丝杆机构的总行程的相当大的部分被例如卡钳式制动装置本身的挠性和被用于调节制动垫磨损的补偿位移所消耗。
只有在消除了由结构挠性所导致的间隙之后，制动垫才开始传递显著的制动作用。将制动垫作用到制动盘上的最后阶段需要一个相当大的转矩，该转矩可能对已安装的马达的功率和螺旋丝杆的螺纹磨损是不利的。
在这方面，可以在螺旋丝杆机构装配有一个压电材料致动部件的实施例中获得改进。
在该实施例中，螺旋丝杆机构被驱动直到达到某一自持转矩，以消除间隙或游隙。接着，压电材料致动部件被驱动以获得最终的制动位移。
螺旋丝杆最好具有一个在相连的制动垫一侧开口的腔，该腔装有多个压电或磁致伸缩元件，该多个压电或磁致伸缩元件一端支撑在腔的底部，另一端抵靠一个与所述制动垫连接的前部。
本发明还涉及一种控制盘式制动器的方法。所述方法包括如下步骤：计数从一个静止位置到一个完全制动位置的实际转数、将所述实际转数与一个所需的最大转数进行比较、以及在实际转数超过所需的最大转数的情况下重新设定静止位置以便补偿制动盘的磨损；以及该方法包括这个步骤：确定实际转数和所需的最大转数之间的差别，以及在重新设定所述静止位置时利用该差别确定一个重新设定的静止位置。
而且，用于控制卡钳式制动装置的方法可以包括如下步骤：计数螺旋丝杆机构从一个制动盘没磨损的开始位置到实际完全制动位置的实际转数、将所述实际转数与一个最大容许转数进行比较、以及在总转数超过最大容许转数的情况下产生一个警告信号以作为需要维修的指示。
以下将参照附图中所示的一个实施例对本发明作进一步的解释。
图1显示了本发明的一个卡钳式制动装置。
图2显示了该卡钳式制动装置的控制示意图。
图3显示了制动特性曲线图。
图1所示的卡钳式制动装置包括一个致动装置，该致动装置具有一个壳体2，壳体2装有一个螺旋丝杆机构3和一个电机4。电机4的定子5连接到壳体上，电机的可转动部分6连接到一个支撑部件7上，支撑部件7连接到四点接触球轴承9的内圈8上。该内圈具有凹部10，支撑部件7的突起部11连接在凹部10中。
角接触球轴承还包括一个具有两个圈的半个部分12，13的外圈和单一一列滚珠14。角接触球轴承9最好是一个完全互补球轴承，以提供最大的轴向承受能力。由每一对接触点限定的工作线是非对称的，以进一步提高承受能力。
螺旋丝杆机构9是一个滚柱螺旋丝杆机构，并具有一个螺帽8(该螺帽与四点接触球轴承9的内圈8成一体)、一列装在一滚柱隔圈16中的滚柱15和一个螺旋丝杆17。该螺旋丝杆具有一个腔18，腔中装有多个压电元件19。该多个压电元件一端抵靠在腔18的底部20，另一端抵靠一个前部21，前部21与一个制动垫22配合。
另一个制动垫23连接到卡钳式制动装置的一个固定部分24上。制动垫22，23包围着一个制动盘25。致动装置3的内部空间的一端通过一个与前部21相连的皱皮膜26封闭，另一端通过一个支承支撑部件7的滚针轴承27封闭。
在成一体的内轴承圈/螺帽8和壳体1之间，设置有一个环形传感器28，用于检测螺旋丝杆机构9的旋转运动。
本发明的卡钳式制动装置还包括一个控制组件29，如图2所示，其功能如下。
控制组件29通过线路31接受来自传感器的有关螺旋丝杆机构的转动的信息，并因而接受有关螺旋丝杆17的轴向位移的信息。而且，根据来自制动踏板而通过线路32到达的制动信号，控制组件通过线路31控制电机4。
而且，控制组件29通过线路33控制电源34，电源34通过线路35给压电元件19供电。
一旦接受到来自制动踏板的控制信号32，控制组件29首先给马达4通电以移动螺旋丝杆机构。在螺旋丝杆机构进行了预定量的位移之后，该预定量的位移主要目的在于使制动垫22，23与制动盘25接触并除去卡钳式制动装置的挠性，电机4停止并保持通电，以阻挡螺旋丝杆机构。
接着，为了最终运动直到获得充足的制动力，压电元件19被通电并产生0.2mm的最大量位移。因而，通过由螺旋丝杆机构9以及压电元件19引起的两个位移获得充足的制动力。
图3所示的曲线图包括制动特性曲线数据，其中，沿垂直轴线表示的是制动力，而沿水平轴线表示的是致动装置的位移。该特性曲线数据设定值包含在卡钳式制动装置的控制组件中。一旦将来自制动踏板的信号提供到所述控制组件，选择一个相应的制动力。随后从图表上读取相应的位移，然后致动装置被驱动相应的转数，以便提供所需的制动效果。

Claims (21)

1、一种电致动装置(1)，该致动装置包括一个壳体(2)，该壳体内装有一个螺旋丝杆机构(3)和一个可被驱动地连接到该螺旋丝杆机构(3)上的电机(4)，所述螺旋丝杆机构(3)根据电机(4)的旋转运动进行线性运动并且包括一个螺旋丝杆(17)和一个螺帽(8)，螺旋丝杆和螺帽中的一个相对于壳体(2)被支撑，还设置有一个传感器(28)，该传感器用于检测有关螺旋丝杆机构(3)的旋转运动和/或线性运动的参数，其特征在于，该致动装置还包括一个控制组件(29)，该控制组件用于根据来自传感器(28)的信号监控和/或影响螺旋丝杆机构(3)的旋转运动和/或线性运动。
2、如权利要求1所述的致动装置，包括至少一个轴承(9)，该轴承(9)用于相对于壳体(2)支撑螺旋丝杆机构(3)，其中，传感器(28)连接到轴承圈的至少一个圈上。
3、如权利要求1或2所述的致动装置，其中，传感器(28)连接到螺帽(8)上。
4、如权利要求1、2或3所述的致动装置，包括一个滚动体轴承，该轴承的滚动体安放在一个隔圈中，其中，传感器连接到该至少一个隔圈上。
5、如权利要求1、2、3或4所述的致动装置，包括一个滚筒，该滚筒的滚柱(15)安放在一个滚柱隔圈(16)中，其中，传感器连接到该滚柱隔圈(16)上。
6、如前述任一权利要求所述的致动装置，其中，传感器(28)是一个磁性位置编码器或一个光学传感器。
7、如权利要求6所述的致动装置，其中，传感器(28)包括彼此可相对转动的一个脉冲环和一个传感器部件，脉冲环和传感器部件中的一个相对于壳体(2)是不能运动的。
8、如前述任一权利要求所述的致动装置，其中，螺旋丝杆机构(3)装有一个压电致动部件(19)。
9、如权利要求8所述的致动装置，其中，螺旋丝杆(17)具有一个在相连的制动垫(22)一侧开口的腔(18)，腔(18)装有多个压电元件(19)，该多个压电元件一端支撑在腔(18)的底部(20)，另一端抵靠一个前部(21)，该前部与所述制动垫(22)连接。
10、用于盘式制动器的卡钳式制动装置，它包括如前述任一权利要求所述的一个电致动装置(1)，该致动装置(1)包括一个壳体(2)，该壳体内装有一个螺旋丝杆机构(3)和一个可被驱动地连接到该螺旋丝杆机构(3)上的电机(4)，所述螺旋丝杆机构(3)根据电机(4)的旋转运动进行线性运动并且包括一个螺旋丝杆(17)和一个螺帽(8)，螺旋丝杆和螺帽中的一个相对于壳体(2)被支撑，该卡钳式制动装置还包括一个壳体(2)连接到其上的轭架(24)以及一对制动盘(22，23)，该对制动盘中的一个制动盘连接到轭架(24)的一个固定部分上，另一个制动盘连接到螺旋丝杆机构(3)的螺旋丝杆(17)或螺帽(8)上，其特征在于，该卡钳式制动装置还包括一个控制组件(29)，该控制组件用于根据来自传感器(28)的信号监控和/或影响螺旋丝杆机构(3)的旋转运动和/或线性运动。
11、如权利要求10所述的卡钳式制动装置，其中，控制组件包括一个计数器，该计数器用于计数螺旋丝杆机构从一个静止位置转动到一个完全制动位置所转动的转数；一个存储器，该存储器存有一个固定的转数，该转数表示从静止位置到完全制动位置所需的最大转数；以及一个比较器，该比较器用于对实际转数和所需的最大转数进行比较，并且在实际转数超过所需的最大转数的情况下重新设定静止位置，以便补偿制动盘的磨损。
12、如权利要求10或11所述的卡钳式制动装置，其中，控制组件包括一个第二计数器，该第二计数器用于计数螺旋丝杆机构从一个制动盘没磨损的开始位置到实际完全制动位置所转动的总转数；一个第二存储器，该存储器存有一个最大容许转数；以及一个比较器，该比较器用于确定总转数是否超过最大容许转数，并且在总转数超过最大容许转数的情况下产生一个警告信号以作为需要维修的指示。
13、如权利要求10、11或12所述的卡钳式制动装置，其中，控制组件包括一个第三存储器，该存储器存有显示制动力随转数变化的一组制动特性曲线数据，以便根据实际转数确定实际的制动力。
14、如权利要求10-13中任一所述的卡钳式制动装置，其中，控制组件包括一个输入电路(32)，以便输入来自制动踏板的制动信号。
15、如权利要求10-14中任一所述的卡钳式制动装置，其中，螺旋丝杆机构(3)装有一个压电或磁致伸缩的致动部件(19)。
16、如权利要求15所述的卡钳式制动装置，其中，螺旋丝杆(17)具有一个在相连的制动垫(22)一侧开口的腔(18)，腔(18)装有多个压电元件(19)，该多个压电元件一端支撑在腔(18)的底部(20)，另一端抵靠一个前部(21)，该前部与所述制动垫(22)连接。
17、如权利要求15或16所述的卡钳式制动装置，其中，控制组件(29)被设定程序，用于最初给电机(4)通电，以便至少部分地施加制动力；以及用于随后给压电致动部件(19)通电，以便在保持电机(4)通电的同时达到额定制动力。
18、用于控制如权利要求11所述的一种卡钳式制动装置的方法，该方法包括如下步骤：计数从一个静止位置到一个完全制动位置的实际转数；将所述实际转数与一个所需的最大转数进行比较；以及在实际转数超过所需的最大转数的情况下重新设定静止位置，以便补偿制动盘的磨损。
19、如权利要求18所述的方法，该方法包括这个步骤：确定实际转数和所需的最大转数之间的差别，以及在重新设定所述静止位置时利用该差别确定一个重新设定的静止位置。
20、用于控制如权利要求12所述的一种卡钳式制动装置的方法，该方法包括如下步骤：计数螺旋丝杆机构从一个制动盘没磨损的开始位置到实际完全制动位置的实际转数；将所述实际转数与一个最大容许转数进行比较；以及在总转数超过最大容许转数的情况下产生一个警告信号以作为需要维修的指示。
21、用于控制如权利要求13所述的一种卡钳式制动装置的方法，该方法包括如下步骤：
-提供一个有关所需制动效果的信号，所述信号例如来自一个制动踏板；
-确定所述所需制动效果所必须的制动力；
-从第三存储器获得所必须的转数；
-驱动致动装置转动所述所必须的转数。
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