CN202431807U - 汽车电子机械制动系统执行机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车电子机械制动系统执行机构，用于解决现有的汽车电子机械制动执行器结构复杂的技术问题。技术方案是电机(7)的转子(7-1)、电机输出轴(6)与滚柱丝杠副丝杠(5)是一体化同轴结构；滚柱丝杠副丝杠(5)与滚柱丝杠副螺母(3)均布数个滚柱(4)，滚柱(4)的外部有单线的螺纹牙，其螺距与滚柱丝杠副丝杠(5)及滚柱丝杠副螺母(3)的螺距相同；滚柱丝杠副丝杠(5)的螺纹牙和滚柱丝杠副螺母(3)均与滚柱(4)相啮合；制动钳块(2)与滚柱丝杠副螺母(3)紧固为一体。由于采用永磁无刷直流伺服控制电机，执行部分选用行星滚柱丝杠，省去了齿轮减速机构，使得执行装置结构更加简单。

Description

汽车电子机械制动系统执行机构

技术领域

本实用新型涉及一种制动系统执行机构，特别是涉及一种汽车电子机械制动系统执行机构。 

背景技术

为了提高汽车的主动安全性能，近年来广泛开展了采用电子机械制动(以下简称EMB)系统代替传统的液压制动系统的研究。现有EMB一般采用直流无刷伺服控制电机或开关磁阻电机作为驱动装置，经过齿轮减速机构实现减速增扭的功能，最后由执行机构实现摩擦制动。 

常见的执行机构又有两种形式，即楔形机构和滚珠丝杠副。楔形机构一般与尺寸较大的从动齿轮一体，楔块随齿轮一起转动并产生轴向位移从而推动制动钳块实现制动。采用滚珠丝杠副作为制动执行机构的EMB一般是将丝杠与输出齿轮相连，丝杠螺母与制动钳块一体，最终将丝杠的旋转运动转化为螺母和衬块的轴向移动。 

参照图9。文献“汽车电子机械制动执行器的研制及压力估算研究[J]杨坤等汽车技术2008.10 P24-27”公开了一种汽车电子机械制动执行器，该汽车电子机械制动执行器包括电机、行星减速机构和滚珠丝杠三部分。其中电机转子9做成空心式，其内部嵌套有滚珠丝杠副螺母8并保证滚珠丝杠副螺母8的轴向移动，滚珠丝杠副螺母8左端固定制动钳块2。电机转子9的右端与行星轮系的太阳轮15固接，两部件一起旋转；电机定子10的右端与行星轮系的齿圈11固接。行星轮12安装于太阳轮15与齿圈11内部并由行星架13保持其公转。滚珠丝杠副丝杠14与行星架13一体并随其转动。 

制动系统工作时，电机转子9与太阳轮15一起旋转，通过行星轮系减速增扭后由保持架13输出转矩。保持架13与滚珠丝杠副丝杠14一起旋转，滚珠丝杠副螺母8将滚珠丝杠副丝杠14的旋转运动转化为滚珠丝杠副螺母8的直线运动并推动制动钳块2压紧制动盘1，实现制动。 

解除制动时，电机转子9与太阳轮15一起反向旋转，通过行星轮系减速增扭后由保持架13输出转矩。保持架13与滚珠丝杠副丝杠14一起旋转，滚珠丝杠副将滚珠丝杠副丝杠14的旋转运动转化为滚珠丝杠副螺母8的直线运动并带动制动钳块2放松对 制动盘1的压紧，解除制动。 

文献中公开的电机转子9空心，内部嵌套有滚珠丝杠副螺母8，采用行星齿轮减速机构实现减速增扭。其中行星轮系的太阳轮15要与电机转子9固定，行星轮系的齿圈11要与电机定子10固定，行星轮系的保持架13要与滚珠丝杠副的丝杠14固定。由于要考虑行星轮系各零件与电机、丝杠等部件的固接，系统的机械结构复杂。 

发明内容

为了克服现有的汽车电子机械制动执行器结构复杂的不足，本实用新型提供一种汽车电子机械制动系统执行机构。该执行机构采用无刷直流电机驱动，执行部分选用行星滚柱丝杠，由于省去了齿轮减速机构，可以使执行装置结构更加简单。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种汽车电子机械制动系统执行机构，包括制动盘1、制动钳块2和电机7，制动钳块2包夹制动盘1，其特点是还包括滚柱丝杠副螺母3、滚柱4和滚柱丝杠副丝杠5。所述电机7的转子7-1、电机输出轴6与滚柱丝杠副丝杠5同轴，并为一体化结构。滚柱丝杠副丝杠5与滚柱丝杠副螺母3有相同旋向、相同螺距、相同导程的螺旋线，滚柱丝杠副螺母3为内螺纹，滚柱丝杠副丝杠5为外螺纹。滚柱丝杠副丝杠5与滚柱丝杠副螺母3均布数个滚柱4，滚柱4的外部有单线的螺纹牙，其螺距与滚柱丝杠副丝杠5及滚柱丝杠副螺母3的螺距相同。滚柱丝杠副丝杠5的螺纹牙和滚柱丝杠副螺母3均与滚柱4相啮合。制动钳块2与滚柱丝杠副螺母3紧固为一体。 

所述电机7是永磁无刷直流伺服控制电机。 

本实用新型的有益效果是：由于采用永磁无刷直流伺服控制电机，执行部分选用行星滚柱丝杠，省去了齿轮减速机构，使得执行装置结构更加简单。 

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。 

附图说明

图1是本实用新型汽车电子机械制动系统执行机构的剖视图。 

图2是图1中滚柱丝杠副丝杠、电机输出轴和电机转子一体化结构图。 

图3是图2的轴侧放大图。 

图4是图1中滚柱丝杠副螺母的轴测放大图。 

图5是图1中滚柱丝杠副螺母与制动钳块装配后的轴测放大图。 

图6是图1中滚柱丝杠副结构放大图。 

图7是制动时单个车轮的受力图。 

图8是制动时制动盘与制动钳的受力图。 

图9是背景技术汽车电子机械制动系统执行器的剖视图。 

图中，1-制动盘；2-制动钳块；3-滚柱丝杠副螺母；4-滚柱；5-滚柱丝杠副丝杠；6-电机输出轴；7-电机；7-1-转子；8-滚珠丝杠副螺母；9-电机转子；10-电机定子；11-齿圈；12-行星轮；13-保持架；14-滚珠丝杠副丝杠；15-太阳轮；V是汽车行驶方向；F_xb为地面制动力；W为车轮的垂直载荷；Tp为车轴对车轮的推力；Fz为地面对车轮的法向支持力；F为制动钳块对制动盘的正压；r为车轮的滚动半径。 

具体实施方式

本实施例以上汽桑塔纳2000车型取单侧前轮为例进行设计计算，其各项参数如下表1所示： 

表.1主要参数表 

项目	车辆整备质量	轮胎型号	制动盘外径	工作半径R
					参数	1140kg	185/70 R13 86T	256mm	106mm

假设车辆静止时前轴轴荷为60％，左右两轮负荷相同。制动时，车轮的受力情况如图2所示。Fxb为地面制动力，W为车轮的垂直载荷、Tp为车轴对车轮的推力、Fz为地面对车轮的法向支持力、F为磨擦衬片对制动盘的正压力，单位均为N。r为车轮的滚动半径，R为制动盘的有效工作半径，单位为mm。 

考虑到制动过程中轴荷前移的影响，前轮法向作用力将比静止时增加50％。因此可计算出Fz。 

假设制动过程在干的沥青或混凝土路面，轮胎滑动率15％-20％，则路面的峰值附着系数 

为0.9。则路面最大制动力： 

由于制动时是两块制动钳块卡紧制动盘，为了充分发挥制动模块的效能，制动盘上的制动力必须大于地面制动力。即： 

2FμR≥F_xbr                                                      (2) 

F为制动衬块正压力、μ为制动摩擦因数，取0.4、R为制动盘工作半径、r为车轮滚动半径。 

由式(1)计算得地面最大制动力为4617N。由表1可计算出为轮胎滚动半径r为 294.48mm。将相关数据带入式(2)计算可得F≥16000N。 

1)滚柱丝杠选用。 

滚柱丝杠具有传动效率高、精度高、同步性好、使用寿命长等优点。因此本制动模块中采用滚珠丝杠副将电机的旋转运动转化为螺母的直线运动。 

已知数据如下： 

最大轴向工作载荷F＝16000N，材料选用GCr15，HRC＝60-62。将最大轴向工作载荷视为最大动载C，查表选择所用滚柱丝杠型号为RV20X2。 

EMB工作时，滚柱丝杠副丝杠转矩应按公式： 

$T=\frac{\mathrm{pF}}{2000\mathrm{\π\η}}---\left(3\right)$

计算。将丝杠螺距p＝2mm，丝杠效率副效率η＝0.82，螺母轴向工作载荷F＝16000N代入上式得T＝6.214Nm。 

2)电机的选用。 

电子机械制动系统要求电机具有高频响、低惯性等特点。而且能够满足最大刹车力矩要求，因此优先选用永磁无刷直流伺服控制电机。 

电机功率应满足： 

$P=\frac{\mathrm{Tn}}{9550}---\left(4\right)$

其中T＝6.214Nm，n为电机的额定转速设定为2000r/m。代入上式求的电机的功率为1.3kw。 

参照图1～8。本实用新型汽车电子机械制动系统执行机构包括制动盘1、制动钳块2、滚柱丝杠副螺母3、滚柱4、滚柱丝杠副丝杠5、电机输出轴6和电机7。制动钳块2包夹制动盘1，所述电机7的转子7-1和输出轴6与滚柱丝杠副丝杠5同轴，并为一体。滚柱丝杠副丝杠5与滚柱丝杠副螺母3均布数个滚柱4，滚柱丝杠副丝杠5的螺纹牙和滚柱丝杠副螺母3均与滚柱4相啮合。制动钳块2与滚柱丝杠副螺母3紧固为一体。 

安装时，先将转子7-1置于电机定子内部，完成电机的装配。然后将滚柱丝杠副的滚柱4周向均匀的置于滚柱丝杠副螺母3的内侧。待螺母3与滚柱4装配完成后，将滚柱丝杠副的丝杠5与电机输出轴6一同旋入由滚柱4组成的螺旋圆周内(和螺栓、螺母连接类似)。 

制动钳块2与滚柱丝杠副螺母3的外径均为圆形。制动钳块2的圆周均布四个安装内六角螺钉的沉头光孔。而在滚柱丝杠副螺母3的左侧，则有四个螺纹孔。安装时，将制动钳块2和滚柱丝杠副螺母3上的孔对齐后旋入内六角螺钉，这样制动钳块2和滚柱丝杠副螺母3紧固为一体。因此，制动钳块2可随滚柱丝杠副螺母3一起实现轴向做动。 

滚柱丝杠副丝杠5与滚柱丝杠副螺母3含有相同旋向，相同螺距、相同导程的螺旋线。所不同的是滚柱丝杠副螺母3为内螺纹，而滚柱丝杠副丝杠5为外螺纹。在滚柱丝杠副丝杠5与滚柱丝杠副螺母3均布着5-13个数目不同的圆形滚柱4，滚柱4的外部有单线的螺纹牙，其螺距和滚柱丝杠副丝杠5及滚柱丝杠副螺母3的螺距相同。 

工作时，滚柱丝杠副丝杠5为主动件作旋转运动，由于滚柱丝杠副丝杠5的螺纹牙与滚柱4相啮合，带动滚柱4绕着滚柱丝杠副丝杠5公转且自转，类似于行星轮系中的行星轮。滚柱4运动的同时又带动滚柱丝杠副螺母3产生轴向位移。最终，滚柱丝杠副螺母3带动其左端的制动钳块2一起实现制动与解除制动。 

电子机械制动系统执行机构工作流程： 

制动时，控制电机7的输出轴6与滚柱丝杠副丝杠5一起旋转，滚柱丝杠副丝杠5与滚柱4的螺纹牙相啮合，驱动滚柱4产生自转及公转。滚柱4在运动的过程中驱动滚柱丝杠副螺母3产生向左的轴向位移。由于滚柱丝杠副螺母3与制动钳块2一体，所以制动钳块2随滚柱丝杠副螺母3一起向左运动并对制动盘1实施正压力从而实现系统的制动功能。 

解除制动时，控制电机7的输出轴6与滚柱丝杠副丝杠5一起反向旋转，滚柱丝杠副丝杠5与滚柱4的螺纹牙相啮合，驱动滚柱4产生自转及公转。滚柱4在运动的过程中驱动滚柱丝杠副螺母3产生向左的轴向位移。由于滚柱丝杠副螺母3与制动钳块2一体，所以制动钳块2随滚柱丝杠副螺母3一起向左运动并对制动盘1实施正压力从而实现系统的制动功能。 

本实施例将原有电机-减速机构-执行机构的形式改变为电机-执行机构的结构形式，不再采用减速机构。 

Claims (2)

1.一种汽车电子机械制动系统执行机构，包括制动盘(1)、制动钳块(2)和电机(7)，制动钳块(2)包夹制动盘(1)，其特征在于：还包括滚柱丝杠副螺母(3)、滚柱(4)和滚柱丝杠副丝杠(5)；所述电机(7)的转子(7-1)、电机输出轴(6)与滚柱丝杠副丝杠(5)同轴，并为一体化结构；滚柱丝杠副丝杠(5)与滚柱丝杠副螺母(3)有相同旋向、相同螺距、相同导程的螺旋线，滚柱丝杠副螺母(3)为内螺纹，滚柱丝杠副丝杠(5)为外螺纹；滚柱丝杠副丝杠(5)与滚柱丝杠副螺母(3)均布数个滚柱(4)，滚柱(4)的外部有单线的螺纹牙，其螺距与滚柱丝杠副丝杠(5)及滚柱丝杠副螺母(3)的螺距相同；滚柱丝杠副丝杠(5)的螺纹牙和滚柱丝杠副螺母(3)均与滚柱(4)相啮合；制动钳块(2)与滚柱丝杠副螺母(3)紧固为一体。

2.根据权利要求1所述的汽车电子机械制动系统执行机构，其特征在于：所述电机(7)是永磁无刷直流伺服控制电机。 

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