CN202743225U - 一种智能手刹装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能手刹装置，包括箱体及设于箱体内的拉紧机构，所述拉紧机构后端连接车辆制动拉线，所述拉紧机构前端由电机驱动拉紧及松开车辆制动拉线，所述电机由电控单元控制，所述拉紧机构后端设置一限位开关，限位开关与电控单元连接，所述电控单元根据采集的电机转速信号、车辆倾角信号、制动拉线位移信号、制动卡钳的蹄片温度信号及限位开关信号控制电机的转动以实施或者解除驻车。本实用新型实现了在全智能模式下根据驾驶员意图智能实施/解除驻车。

Description

一种智能手刹装置

技术领域

本实用新型涉及智能手刹装置，特别是一种汽车智能手刹装置。 

背景技术

汽车制动系统主要分为行车制动系统及驻车制动系统，行车制动指在车辆行进过程中用于实施车辆制动的系统。驻车制动主要在车辆停止后用于车辆长期稳定停车的系统，又称为手刹。 

目前大部分车型的手刹都采用人力拉动手刹拉杆实施驻车制动，在手刹拉动过程中，驾驶员往往根据经验、手感来实施车辆在不同坡道情况下的驻车制动力，或者直接将手刹拉杆拉至最大行程，因而驻车制动大小存在人为的不确定性，驾驶员实施的拉力大小直接影响驻车的安全性及部件的过度使用，从而影响部件的疲劳寿命。 

在坡道起步过程中也需手刹配合方能使车辆正常行驶，且过程繁琐，常因操作生疏引发溜坡乃至熄火等情况，存在安全隐患。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种智能手刹装置，能根据路面坡道角度、车辆行进角度自动计算车辆所需驻车制动力大小。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种智能手刹装置，包括箱体及设于箱体内的拉紧机构，所述拉紧机构后端连接车辆制动拉线，其特征在于：所述拉紧机构前端由电机驱动拉紧及松开车辆制动拉线，所述电机由电控单元控制，所述拉紧机构后端设置一限位开关，限位开关与电控单元连 接，所述电控单元根据采集的电机转速信号、车辆倾角信号、制动拉线位移信号、制动卡钳的蹄片温度信号及限位开关信号控制电机的转动以实施或者解除驻车。 

作为优选，所述拉紧机构包括齿轮变速机构及丝杠螺母机构，电机输出轴连接齿轮变速机构，齿轮变速机构的输出齿轮与丝杠螺母机构中的丝杠固定，丝杠螺母机构中的丝杠螺母连接车辆制动拉线。 

作为优选，所述齿轮变速机构包括安装于电机输出轴上的电机齿轮及一双联齿轮，双联齿轮设于一双联齿轮轴上，双联齿轮由一大齿轮和一小齿轮组成，大齿轮与电机齿轮啮合，小齿轮与一丝杠齿轮啮合。 

作为优选，所述丝杠螺母机构包括一丝杠及与丝杠配合的丝杠螺母，所述丝杠齿轮安装于丝杠上，所述丝杠螺母设于一螺母导向套内，螺母导向套底部设有一弹簧，丝杠螺母套入螺母导向套并顶压弹簧，丝杠螺母顶端的导向块嵌入螺母导向套顶端的导向槽内，丝杠螺母与一拉索固定座紧固，拉索固定座末端设置制动拉线挂槽以连接车辆制动拉线。 

作为优选，所述丝杠前端穿过箱体的前端盖，前端盖内设有端面轴承支撑丝杠，一锁紧螺母与丝杠前端螺纹连接紧固，且锁紧螺母内端面压紧端面轴承外端面，丝杠转动过程中，锁紧螺母压迫端面轴承并随丝杠做旋转运动。 

作为优选，所述双联齿轮轴穿出箱体前端盖，双联齿轮轴端面上加工有与六角扳手配合的六方沉台。 

作为优选，所述电控单元为一单片机，所述单片机与采集电机转速信号的电机转速传感器、采集车辆倾角信号的车辆倾角传感器、采集制动卡钳蹄片温度信号的温度传感器及采集车辆制动拉线位移的位移传感器连接。 

作为优选，所述位移传感器挂扣于丝杠螺母底部，所述位移传感器随丝杠 螺母同步作直线运动并监测位移信号。 

本实用新型还提供了上述智能手刹装置的控制方法：其特征在于： 

电控单元控制实施驻车包括如下步骤；首先，电控单元根据车辆倾角信号计算所需驻车力并控制电机正转，其次，电控单元根据电机转速信号做出控制，如果电机反转，电控单元控制电机停转，如果电机正转，电控单元根据制动拉线位移信号及制动卡钳的蹄片温度信号调整所需驻车力并控制电机转动，最后，如果达到所需驻车力，电控单元控制电机停止转动，制动过程结束，如果达不到所需驻车力，继续实施驻车制动； 

电控单元控制解除驻车包括如下步骤；首先，电控单元控制电机反转，其次，电控单元根据电机转速信号做出控制，如果电机正转，电控单元控制电机停转，如果电机反转，电控单元根据制动拉线位移信号计算所需驻车力并控制电机转动，最后，如果限位开关闭合，电控单元控制电机停止转动，如果限位开关尚未闭合需要判断是否达到所需的解锁门限，如果达到解锁门限，电机继续反转设定的圈数后电机停止转动，制动过程结束。 

本实用新型中拉紧机构由电机驱动拉紧车辆制动拉线，电机的电控单元根据采集的电机转速信号、车辆倾角信号及驻车制动力信号、限位开关信号及制动卡钳的蹄片温度信号控制电机的转动，通过电机的正反转可以实现实施或者解除驻车，因而能根据路面坡道角度、车辆行进角度，自动计算车辆所需驻车制动力大小，还能针对制动蹄片温度变化作出温度补偿，进而实施合适的驻车制动，实现了在全智能模式下根据驾驶员意图智能实施/解除驻车。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述： 

图1为本专利结构总成爆炸图； 

图2为本专利齿轮-丝杠传动爆炸图； 

图3为本专利前端盖组件带丝杠爆炸图； 

图4为本专利拉紧机构爆炸图； 

图5为本专利手动解锁主视图； 

图6为电动驻车制动装置结构框图，其中实线框内为装置的总成，外面为与其相连接的零部件； 

图7为电动驻车制动装置的电路原理框图； 

图8A为控制电路X的电机驱动电路的电机正反转控制部分的原理图； 

图8B为控制电路X的电机驱动电路的电机回路电流检测部分和电机续流控制电路部分的原理图； 

图8C为控制电路X的倾角传感器检测电路的原理图； 

图8D为控制电路X的拉力霍尔传感器检测电路的原理图； 

图8E为控制电路X的温度检测电路检测电路的原理图； 

图9为驻车制动逻辑框图； 

图10为解除驻车制动逻辑框图。 

具体实施方式

首先，参考图1至图6具体说明本实用新型智能手刹装置的机械结构， 

如图1所示，该种智能手刹装置包括：1拉紧机构、2上端盖、3电控单元、4电机、5丝杠齿轮、6双联齿轮、7前端盖、8滑动轴承、9轴承、10箱体、11丝杠、12限位开关、13后端盖。该装置为机电耦合产品，结构紧凑，性能稳定，功能全面，能有效简化驾驶员操作，并提高整车优越性。 

具体的，电机4通过螺栓与箱体10紧固；双联齿轮6通过滑动轴承8安装于箱体10齿轮箱内，并与丝杠齿轮5啮合；丝杠齿轮5通过轴承9安装于箱体 10齿轮箱内，并与双联齿轮6啮合；丝杠11与丝杠齿轮5通过键固定；前端盖7通过螺栓与箱体10紧固连接，连接端面设置端面密封圈；电控单元3通过螺栓与上端盖2紧固连接，且上端盖2与箱体10通过螺栓紧固，并于连接端面设置端面密封圈；拉紧机构1内置丝杠螺母1c与丝杠11啮合传动作直线运动，拉紧机构1后端挂槽可挂扣车辆制动拉线。 

如图2所示，电机齿轮42与电机前端输出轴41连接，传递转矩，电机转速传感器43与电机输出轴41末端相连；电机齿轮42与双联齿轮6中大齿轮啮合，并带动双联齿轮转动；双联齿轮小齿轮与丝杠齿轮5啮合，并随双联齿轮转动；丝杠齿轮5内径设置键槽，丝杠11通过键14与丝杠齿轮连接，并随双联齿轮转动；拉紧机构1内置丝杠螺母1c与丝杠11啮合，并在箱体10内导向槽内滑动做直线位移，拉紧机构设置制动拉线挂槽可挂扣车辆制动拉线；限位开关12通过螺栓安装于箱体10内，并布置于拉紧机构1末端。 

如图3所示，丝杠前端穿过前端盖74，并与端面轴承73相连接，锁紧螺母72与丝杠11前端螺纹连接紧固，且其端面压迫于端面轴承73端面，丝杠11转动过程中，锁紧螺母72压迫端面轴承73并随丝杠做旋转运动，前端盖盖板71通过螺栓与前端盖74紧固连接，密封相应组件，并限制丝杠11做直线运动。 

如图4所示，储能装置1b安装与螺母导向套1a内，储能装置为一弹簧；丝杠螺母1c套入螺母导向套1a并将储能装置1b整体包容，丝杠螺母1c顶端导向块嵌入螺母导向套1a顶端导向槽内；拉索固定座1d顶板与螺母导向套1a端面紧密接触并通过螺栓紧固，拉索固定座1d末端设置制动拉线挂槽；位移传感器1e挂扣于丝杠螺母底部，随丝杠螺母同步作直线运动并监测位移信号。丝杠螺母1c在丝杠11传动并在螺母导向套1a顶端导向槽限位下作直线运动，压迫储能装置1b产生位移并推动螺母导向套1a作直线运动，电控单元3根据该位 移计算制动拉力；同时与螺母导向套1a紧固连接的拉索固定座1d做相同方向直线运动，进而带动挂槽内制动拉线运动作驻车制动。 

螺母导向套与拉线固定座作刚性连接，并与制动拉线处于拉紧状态；丝杠螺母由丝杠驱动作轴向运动，并压迫压缩弹簧，而由于位移传感器因固定在丝杠螺母上，故同时随丝杠螺母做轴向运动，进而产生位移。即此位移对应压缩弹簧压缩量，弹簧压力对应驻车制动所需拉力（也就是驻车力）。 

限位开关12初始状态与拉索固定座1d的顶板相接，在该种智能手刹装置安装、拆卸、调整过程中为制动初始化提供复位信号。 

驻车制动： 

如图1所示，电控单元3控制电机4正转，双联齿轮6、丝杠齿轮5、丝杠11受电机齿轮驱动同时正向转动，进而拉紧机构1作正向直线运动，实施驻车制动。 

如图9所示，电控单元控制实施驻车包括如下步骤； 

首先，电控单元根据车辆倾角信号计算所需驻车力并控制电机正转，其次，电控单元根据电机转速信号做出控制，如果电机反转，电控单元控制电机停转，如果电机正转，电控单元根据制动拉线位移信号及制动卡钳的蹄片温度信号调整所需驻车力并控制电机转动，最后，如果达到所需驻车力，电控单元控制电机停止转动，制动过程结束，如果达不到所需驻车力，继续实施驻车制动； 

解除驻车制动： 

如图1所示，电控单元3控制电机4反转，双联齿轮6、丝杠齿轮5、丝杠11受电机齿轮驱动同时反向转动，进而拉紧机构1作反向直线运动，驻车制动解除。 

如图10所示，电控单元控制解除驻车包括如下步骤；首先，电控单元控制 电机反转，其次，电控单元根据电机转速信号做出控制，如果电机正转，电控单元控制电机停转，如果电机反转，电控单元根据制动拉线位移信号计算所需驻车力并控制电机转动，最后，如果限位开关闭合，电控单元控制电机停止转动，如果限位开关尚未闭合需要判断是否达到所需的解锁门限，如果达到解锁门限，电机继续反转设定的圈数后电机停止转动，制动过程结束。 

检测是否达到逻辑门限a后继续反转N圈即为自动间隙调整功能。该功能在传统制动器上由机械部件提供，在本机构中由控制单元实现，具有更加可靠及准确性。 

手动解除驻车： 

如图5所示，双联齿轮6转轴与前端盖7相通，转轴前端加工有六方沉台16，需手动解除驻车时，插入标准六角扳手15按设定方向转动，双联齿轮6即反向旋转，进而带动丝杠齿轮5、丝杠11反向旋转，达到解除驻车功效。 

参考图6和图7说明电路原理框图及工作原理说明：电路原理框图请参阅图7，图中外线框内表示的是整个电动驻车制动装置中电器件的组成，内线框内表示的是控制电路组件X中电器件的组成，控制电路组件X不包括含有电机X、行程传感器X、限位开关、自动模式开关、手动驻车开关和手动解除开关，但装置中则包含这些电器件；外线框外表示的是外界与装置中电路连接情况，含有点火开关、制动开关等。 

控制电路X中重要的几个功能模块原理，包括电机驱动电路、倾角传感器检测电路、拉力传感器检测电路以及温度传感器检测电路，原理说明如下： 

整个电机驱动电路分为以下几个重要部分：电机正反转控制部分，电机回路电流检测部分，电机续流控制电路部分。电机正反转控制部分请参阅图8A,电机回路电流检测部分和电机续流控制电路部分请参阅图8B。 

电机正反转控制部分：通过单片机的输出端FWD及REV驱动三极管Q1及Q2的导通与截止，来控制继电器中2、3引脚间和4、5引脚间电感线圈是否通电，从而来控制继电器的触点7或8的吸合与断开，继电器的公共端分别连接于电机的两级Motor++和Motor--，进而能够协调控制电机的正反转。电机回路电流检测部分：此部分通过芯片BTS443P检测电机回路电流，根据电机的特性，我们采用两个BTS443P并联，以提高量程。单片机输出Motor_Control信号驱动芯片BTS443P工作，使电机能够正常工作，此时芯片BTS443P即能够感应到电机回路电流，通过芯片引脚4输出相对应的比例反馈电流，反馈电流流经电阻R10，R10即产生电压降，此电压值输入给单片机引脚MotorCurrent_Detection_AD进行检测，即检测了电机回路电流值。电机续流控制电路部分：控制电机停止时，单片机Motor_Control信号控制BTS443P停止，此时，电流流经续流二极管D9或者D10，电机停止后，单片机再停止输出正反转控制信号FWD或者REV。 

电机转速传感器作用： 

a）判断电机正反转，实际当中对应实施驻车/解除制动； 

b）在自动间隙调整功能中（见解除驻车逻辑框图），电机反转N圈由电机传感器识别圈数信号。 

倾角传感器：该部件内置于电路板中，且水平安置，可监测车辆行进方向及前后车辆倾角，为控制单元提供角度信号，车辆行进角度可有倾角传感器提供，车头向前为正倾角，向后为负倾角。 

驻车制动力信号：即丝杠螺母底部位移传感器。控制器根据该位移计算制动力。 

温度传感器：布置于制动卡钳内部，通过导线连接控制单元。该传感器监 测卡钳蹄片温度变化，为控制单元提供温度信号。控制单元据此计算蹄片因温度变化引起的热衰退、蹄片受热膨胀导致的蹄片间隙变化。并据此对执行机构实施反馈控制。 

倾角传感器检测电路请参阅图8C，倾角传感器选用成熟产品SCA60C。此传感器外接5V驱动电源，7脚为模拟电压信号输出引脚。将VOUT连接到MCU的模拟转换引脚，进行电压值采样即可。 

拉力传感器检测电路请参阅图8D，线性霍尔传感器选用SS495A。SS490系列的线性霍尔传感器的输出是与电源电压有关的比率电压输出。正常工作时，其输出信号引脚3连接到MCU的模拟转换引脚，进行电压值采样即可。 

温度传感器检测电路请参阅图8E，温度传感器选用DS1820。此传感器外接5V驱动电源，2脚为数字信号输出引脚。正常工作时，将DQ引脚接入到MCU的引脚，进行数据读取即可。 

综上所述，本实用新型具有以下优点： 

1、能根据车辆行驶路面坡道角度、车辆行进角度自动计算车辆所需驻车制动力大小。 

2、具有自动间隙调整功能。在解除驻车制动过程中采集驻车拉力信号，根据标称拉力设置固定回位行程，从而达到间隙调整。采用传统手刹装置的车辆在长久使用之后，制动拉线往往产生形变，其长度逐步加长，从而影响驻车制动力大小及驻车操作响应。本专利在解除驻车制动过程中采集驻车拉力信号，根据标称拉力设置固定回位行程，从而达到间隙调整。 

3、具有温度补偿功能。能实时监测各部件制动过程中温度的改变，并通过计算得出各部件的形变量，根据该形变量作出温度补偿，进而实施合适的驻车制动。车辆在实施驻车制动前往往先实施行车制动，在不同路况下的行车制动 力大小，制动时间都不尽相同，制动蹄片、制动盘摩擦产热也大不相同，制动蹄片因热形变量也有差异，因此在不同工况下需根据不同热形变量实施驻车力。本专利能实时监测各部件制动过程中温度的改变，并通过计算得出各部件的形变量，根据该形变量作出温度补偿，进而实施合适的驻车制动。该功能在车辆紧急制动中作用尤为明显 

4、具有初始复位功能，限位开关在该种智能手刹装置安装、拆卸、调整过程中实施制动初始化。 

Claims (8)

1.一种智能手刹装置，包括箱体（10）及设于箱体内的拉紧机构（1），所述拉紧机构后端连接车辆制动拉线，其特征在于：所述拉紧机构前端由电机（4）驱动拉紧及松开车辆制动拉线，所述电机由电控单元（3）控制，所述拉紧机构后端设置一限位开关（12），限位开关与电控单元连接，所述电控单元根据采集的电机转速信号、车辆倾角信号、制动拉线位移信号、制动卡钳的蹄片温度信号及限位开关信号控制电机的转动以实施或者解除驻车。

2.根据权利要求1所述的一种智能手刹装置，其特征在于：所述拉紧机构包括齿轮变速机构及丝杠螺母机构，电机输出轴连接齿轮变速机构，齿轮变速机构的输出齿轮与丝杠螺母机构中的丝杠固定，丝杠螺母机构中的丝杠螺母连接车辆制动拉线。

3.根据权利要求2所述的一种智能手刹装置，其特征在于：所述齿轮变速机构包括安装于电机输出轴（41）上的电机齿轮（42）及一双联齿轮（6），双联齿轮设于一双联齿轮轴上，双联齿轮由一大齿轮和一小齿轮组成，大齿轮与电机齿轮啮合，小齿轮与一丝杠齿轮（5）啮合。

4.根据权利要求3所述的一种智能手刹装置，其特征在于：所述丝杠螺母机构包括一丝杠（11）及与丝杠配合的丝杠螺母（1c），所述丝杠齿轮安装于丝杠上，所述丝杠螺母设于一螺母导向套（1a）内，螺母导向套底部设有一弹簧，丝杠螺母套入螺母导向套并顶压弹簧，丝杠螺母顶端的导向块嵌入螺母导向套顶端的导向槽内，丝杠螺母与一拉索固定座（1d）紧固，拉索固定座末端设置制动拉线挂槽以连接车辆制动拉线。

5.根据权利要求4所述的一种智能手刹装置，其特征在于：所述丝杠前端穿过箱体的前端盖（74），前端盖内设有端面轴承（73）支撑丝杠，一锁紧螺母（72）与丝杠前端螺纹连接紧固，且锁紧螺母内端面压紧端面轴承外端面，丝杠转动 过程中，锁紧螺母压迫端面轴承并随丝杠做旋转运动。

6.根据权利要求5所述的一种智能手刹装置，其特征在于：所述双联齿轮轴穿出箱体前端盖，双联齿轮轴端面上加工有与六角扳手（15）配合的六方沉台（16）。

7.根据权利要求6所述的一种智能手刹装置，其特征在于：所述电控单元（3）为一单片机，所述单片机与采集电机转速信号的电机转速传感器（43）、采集车辆倾角信号的车辆倾角传感器、采集制动卡钳蹄片温度信号的温度传感器及采集车辆制动拉线位移的位移传感器（1e）连接。

8.根据权利要求7所述的一种智能手刹装置，其特征在于：所述位移传感器（1e）挂扣于丝杠螺母（1c）底部，所述位移传感器随丝杠螺母同步作直线运动并监测位移信号。 

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