CN1757947A - 连杆式电子机械制动(emb)装置 - Google Patents

Abstract

一种连杆式电子机械制动(EMB)装置，属于机械制动系统技术领域，包括：执行机构壳体(1)，偏心轮(2)，连杆(3)，制动钳壳体(4)，活塞(5)，制动块(6)，制动盘(7)，力矩电机(8)；曲柄连杆机构在机构死点附近，整个机构有非常大的力增益系数，以很小的驱动力矩产生非常大的制动力。在实施制动时，力矩电机(8)驱动偏心轮(2)转动，通过连杆(3)和活塞(4)的传递，将制动块(6)压向制动盘(7)，电机的驱动力矩转化为制动压力；在解除制动时，电机(8)反方向转动，机构反方向运动，制动块(6)与制动盘(8)松开。本发明采用全机械结构、构造简单、结构紧凑、成本低廉、容易实现大的力增益效果，大大降低了电子机械制动系统对电机性能的依赖。

Description

连杆式电子机械制动(EMB)装置

技术领域

本发明专利涉及一种全机械结构、构造简单、结构紧凑、成本低廉的新式电子机械制动执行装置，属于机械制动系统技术领域。

背景技术

传统的液压制动系统至今已经有近百年的历史了，包括制动主缸及主缸活塞、制动油管、制动轮缸及活塞、制动块(蹄)和制动盘(毂)等主要部件。由于液压管路的存在，它的主要缺点在于：设计制造复杂，系统响应速度慢，维护保养困难，易泄露，污染环境。随着汽车工业的发展，人们对汽车的主动安全性能的要求和汽车的环保问题的关注日益提高，传统的液压制动系统已经很难满足这些要求。

电子机械制动技术是指利用电机作为系统的动力源，采用纯机械的机构实现运动转换和力的增益，最终实现制动块与制动盘的压紧，进而产生所需要的制动力。这一技术的主要优势在于：设计制造简单，系统响应速度快，保养维护容易，清洁安全，系统控制性能好，容易实现X-By Wire。这一技术的核心部分就是电子机械制动执行机构。

目前比较流行的电子机械制动执行机构，大都采用以滚珠(滚子)螺旋机构为核心，同时配合行星齿轮或蜗轮蜗杆减速机构的设计。

图1所示为一种典型的以滚珠螺旋机构为核心，配合星星齿轮减速机构的电子机械制动执行装置的结构示意图。该结构包括：1制动盘、2制动块、3制动钳、4顶杆、5螺纹芯轴、6滚珠、7推力轴承、8螺母、9转子、10定子、11电磁铁、12限位装置、13齿圈、14行星齿轮、15限位齿轮、16太阳轮、17调节螺钉、18行星架、19轴承等部件。

在实施制动时，定子10通电，转子9旋转，运动通过行星轮减速机构和螺纹传动机构，传递给制动块2，使其与制动盘1压紧，产生制动力。解除制动由电机反向旋转实现。

在转子上还固定连接着一个用于停车制动的齿轮结构，当停车时，电磁铁11磁力消除，棘爪12将与齿轮15啮合，将定子固定，进而将整个传动机构锁死，保持住停车前已经实施的制动力，实现停车制动。

这种设计虽然能够满足电子机械制动对运动转换和力增益的要求，但存在结构复杂、体积大、成本高、对电机性能要求高(由于这种机构很难实现大的力增益，因此对电机输出力矩的要求很高)、能耗高等难以克服的缺点。

发明内容

由于目前力矩电机技术发展的瓶颈，使上述的结构复杂、力增益较低的机械制动装置很难用于实际车辆。采用新的思路，设计结构精简、力增益较大的电子机械制动执行装置是电子机械制动技术能否在短期内实现产业化的关键。

一种连杆式电子机械制动(EMB)装置，该装置包括：

执行机构壳体，通过螺旋结构，与制动钳壳体固连；

偏心轮，其几何中心通过联轴器与力矩电机输出轴连接；

连杆，连接偏心轮与活塞；

制动钳壳体，与执行机构壳体连接；

活塞，与制动块的左侧一块固连；

制动块，有两块，左侧与活塞固连，右侧与制动钳壳体固连；

制动盘，与车轮固连；

力矩电机，与偏心轮的输入轴连接，提供输入转矩。

在实施制动时，力矩电机驱动，偏心轮2转动，通过连杆3和活塞4的传递，将制动块6压向制动盘7，电机的驱动力矩转化为制动压力。由于在设计时，使偏心轮的转动角度在结构的死点附近，因此整个机构具有非常大的力的放大系数。这样就可以大大减小了对电机驱动力矩、驱动功率的要求。

在解除制动时，电机反方向转动，机构反方向运动，制动块与制动盘松开。

由于曲柄连杆机构在死点外的其他位置都是非自锁的机构，所以在制动过程中，如果电机发生故障，机构可以自动脱开，避免发生事故。

该机构的特点为利用连杆机构的运动特性，及在结构死点附近，其力增益系数趋向无穷大的特性，实现电子机械制动执行器运动转换和力增益的功能。

本发明的电子机械制动执行装置采用全机械结构、构造简单、结构紧凑、成本低廉、容易实现大的力增益效果，大大降低了电子机械制动系统对电机性能的依赖。

附图说明

图1是一种典型的以滚珠螺旋机构为核心，配合星星齿轮减速机构的电子机械制动执行装置的结构示意图。

图2是本发明根据连杆机构原理设计连杆式电子机械制动(EMB)装置剖面图。

图3为连杆式电子机械制动(EMB)装置俯视图。

图4为本发明采用的连杆机构受力示意图。

图5为机构力增益特性图。

具体实施方式

图2是本发明根据连杆机构原理设计连杆式电子机械制动(EMB)装置剖面图。图3为连杆式电子机械制动(EMB)装置俯视图。其中，1为执行机构壳体，通过螺旋结构，与4制动钳壳体固连；2偏心轮，其几何中心通过联轴器与力矩电机8输出轴连接；3连杆，连接偏心轮2与活塞5；4制动钳壳体，与执行机构壳体1连接；5活塞，与制动块6的左侧一块固连；6制动块，有两块，左侧与活塞5固连，右侧与制动钳壳体固连；7制动盘，与车轮固连；8力矩电机，与偏心轮1的输入轴连接，提供输入转矩。

在实施制动时，力矩电机8驱动，偏心轮2转动，通过连杆3和活塞4的传递，将制动块6压向制动盘7，电机的驱动力矩转化为制动压力。由于在设计时，使偏心轮的转动角度在结构的死点附近，因此整个机构具有非常大的力的放大系数。这样就可以大大减小了对电机驱动力矩、驱动功率的要求。

在解除制动时，电机8反方向转动，机构反方向运动，制动块6与制动盘8松开。

由于曲柄连杆机构在死点外的其他位置都是非自锁的机构，所以在制动过程中，如果电机发生故障，机构可以自动脱开，避免发生事故。

该机构的特点为利用连杆机构的运动特性，及在结构死点附近，其力增益系数趋向无穷大的特性，实现电子机械制动执行器运动转换和力增益的功能。

图4为本发明采用的连杆机构受力示意图；图5为机构力增益特性图。

利用曲柄连杆机构能够更简单的实现运动的转换和力的增益，选择曲柄连杆的尺寸，利用机构的死点位置的特性，同样可以很容易的实现大的力增益。如图中的曲柄滑块机构中，根据受力关系可以得到：

$\frac{F}{T}=\frac{\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{\sin }^2\mathrm{\θ}}}{r\sin \mathrm{\θ}(\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{\sin }^2\mathrm{\θ}}-\cos \mathrm{\θ})}$ 其中 $\mathrm{\λ}=\frac{r}{l}$

记 $K=\frac{\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{\sin }^2\mathrm{\θ}}}{\sin \mathrm{\θ}(\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{\sin }^2\mathrm{\θ}}-\cos \mathrm{\θ})}$ 为机构的力增益系数，它与机构的绝对尺寸无关，是个无量纲的参数，它表征了机构的力的增益的大小。

由上式可知，当θ＝180°时力增益将趋向无穷大，即工作在结构的死点处，如果将机构的工作状态控制在θ略小于180°附近，则可以在实现较大的力的增益的同时，而避免机构的自锁。和楔形机构相比，力的增益系数只和机构的几何尺寸相关，而与制动块与制动盘之间的摩擦系数无关，从而使控制相对比较简单。另外从制动力增益系数与曲柄转角关系图可以看出，在θ较大时力的增益系数会比较小，这意味着在制动的初期，制动块压向制动盘的速度可以比较快，有利于迅速克服制动间隙，快速建立起制动压力。

与该机构类似也可以采用其他的连杆机构，利用其死点附近的大的力增益实现EMB机构，因此装置有较好的灵活性和可扩展性。

Claims (3)

1、连杆式电子机械制动装置，其特征在于，该装置包括：

执行机构壳体(1)，通过螺旋结构，与制动钳壳体(4)固连；

偏心轮(2)，其几何中心通过联轴器与力矩电机输出轴(8)连接；

连杆(3)，连接偏心轮(2)与活塞(5)；

制动钳壳体(4)，与执行机构壳体(1)连接；

活塞(5)，与制动块(6)的左侧一块固连；

制动块(6)，有两块，左侧与活塞(5)固连，右侧与制动钳壳体(4)固连；

制动盘(7)，与车轮固连；

力矩电机(8)，与偏心轮(1)的输入轴连接；

在实施制动时，力矩电机(8)驱动偏心轮(2)转动，通过连杆(3)和活塞(4)的传递，将制动块(6)压向制动盘(7)，电机的驱动力矩转化为制动压力；

在解除制动时，电机(8)反方向转动，机构反方向运动，制动块(6)与制动盘(8)松开。

2、根据权利要求1所述的连杆式电子机械制动装置，其特征在于，曲柄连杆机构在机构死点附近，整个机构有非常大的力增益系数，以很小的驱动力矩产生非常大的制动力。

3、根据权利要求1所述的连杆式电子机械制动装置，其特征在于，在曲柄连杆机构死点之外位置时，机构非自锁，在力矩电机失效时，机构可以自动松开制动，防止发生危险。

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