CN208855607U - 一种应用于车辆线控制动系统的执行机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于车辆线控制动系统的执行机构，转子中设有行星滚柱丝杠总成；行星滚柱丝杠总成设有同轴线分布的螺母和丝杆；螺母通过其外圆紧固在转子内壁上；在螺母与丝杠之间的环形空腔中设置多个滚柱，滚柱的轴线与丝杆平行；滚柱分别与丝杆及螺母啮合。采用上述技术方案，不采用减速增扭的传动机构，简化了执行机构的空间；整个机构简单紧凑，惯量小，反应速度快，满足线控制动更快的反应速度、更高的控制精度的需要；承载能力强，满足了线控制动系统更大的推力的要求；可靠性高，使用寿命长。

Description

一种应用于车辆线控制动系统的执行机构

技术领域

本实用新型属于汽车制动的技术领域。更具体地，本实用新型涉及一种应用于车辆线控制动系统的执行机构。

背景技术

传统的汽车发动机在工作过程中为液压制动提供了真空源，而近年来发展起来的新能源汽车使用的是电机驱动，不具备真空源；新能源汽车为了使用传统的制动系统，必须增加真空泵保持真空度，真空泵导致能源的大量损耗，给本身已经续航能力不足的新能源汽车带来严重影响。

另外，即使是传统燃油车，真空源也受到发动机的影响，不同的发动机转速，真空度并不一致，从而导致制动不够稳定。上述两个原因导致不需要真空源的电动助力器(Ebooster)、电子液压制动系统(EHB)和电子机械式制动系统(EMB)为代表的线控制动被国内外汽车和汽车零部件厂家的列为重点研究课题。尤其是电子液压制动系统(EHB)和电子机械式制动系统(EMB)集成了ABS(制动防抱死系统)、TCS(牵引力控制系统)、ESP(电子稳定程序)、ACC(自适应巡航控制)等多种现有辅助驾驶功能，能够最大程度的满足消费者对汽车主动安全和智能驾驶的需求。

电动助力器(Ebooster)、电子液压制动系统(EHB)和电子机械式制动系统(EMB)为目前线控制动的主要形式。但是，到目前为止，线控制动仍未大量应用，是因为相对于其他类型的线控执系统(如线控驱动系统)，难题在于：线控制动执行机构需要满足以下特点：

1、需要更快的反应速度：反应速度对保证车辆安全无疑是极其重要的；制动执行机构需要在更短的时间内产生刹车需要的力，同样的车速，反应时间越短，制动距离就越短；

2、更高的控制精度：(1)、线控制动可以长时间地实现左右轮制动力不一致，可辅助转向系统，产生更小的转弯半径；因涉及到转向，制动力需要精密控制；(2)、如果是四轮驱动或两轮驱动的电动轮汽车，每个车轮单独驱动，制动时的制动力控制精度不能满足要求，则可能导致转向失控；

3、更大的推力：执行机构推力越大，在产生车辆减速度上更有优势，可以实现更大减速度，满足车辆快速、有效制动的要求；

4、更长的使用寿命：制动系统在行车过程中工作频繁，作为安全产品，使用寿命无疑是非常重要的。

无论是Ebooster、EHB还是EMB，其共同的特征是都需要将回转运动转变为直线运动的传动机构。为了保持高的传动效率，现有技术一般选用齿轮齿条机构、滚珠丝杆机构。但是，这两种传动机构的缺点是承载能力不足、寿命不足，出现了承载力、寿命与反应速度和控制精度的矛盾，无法有效同时满足线控制动的上述四大要求。

对于EMB，承载能力不足的问题更为严重。目前现有技术都仅能满足后轮的制动力，由于前轮制动力比较大，前轮EMB产业化存在困难。

为了弥补承载能力和寿命不足，通常的方法是加大体积和重量，从而导致整个机构臃肿，其质量和惯量增大，导致线控制动执行机构反应速度变慢，并且导致控制精度降低，限制了制动系统的优化空间，出现了承载力、寿命和反应速度的矛盾，这种矛盾不可协调。尤其对于EMB，承载能力不足的问题更为严重。目前能看到的都是只满足后轮的制动力需要，由于前轮制动力比较大，EMB很难达到产业化的要求。

综上所述，目前的困难是缺乏反应迅速、承载能力更强、更大的动力、寿命长、传动效率高且结构紧凑的线控制动执行机构的技术方案。

实用新型内容

本实用新型提供一种应用于车辆线控制动系统的执行机构，其目的是简化制动执行机构并提高制动反应速度。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其中的电机设有转子和定子绕组，所述的转子中设有磁钢；

所述的转子中还设有行星滚柱丝杆总成；所述的行星滚柱丝杆总成设有同轴线分布的螺母和丝杆；

所述的螺母通过其外圆紧固在所述的转子内壁上；

在所述的螺母与丝杆之间的环形空腔中设置多个滚柱，所述的滚柱的轴线与丝杆平行；

所述的滚柱上分别与丝杆及螺母啮合。

所述的滚柱在螺母与丝杆之间的环形空腔中沿圆周方向均匀分布。

所述的滚柱上设有外螺纹和环形齿，所述的外螺纹与丝杆啮合，所述的环形齿与螺母啮合。

所述的滚柱轴向的中间部分为外螺纹、两端为环形齿，外螺纹的齿顶圆大于环形齿的齿顶圆。

所述的转子的轴向中间的内腔直径大于其两端的孔径。

所述的丝杆推力方向的相反一端设有端盖，所述的端盖与电机的主壳体配合，配合后形成的内腔为容纳定子绕组和转子的空间。

在所述的端盖与转子之间设置的轴承采用单列推力球轴承、双列推力球轴承、深沟球轴承和滚针轴承中的一种，或多种轴承组合形式。

所述的端盖与转子上设置角度传感器。

在所述的丝杆输出端位置的主壳体与转子之间设置的轴承采用角接触球轴承。

在所述的转子与角接触球轴承的接触端面之间，设置弹簧垫圈，其弹力方向是将转子顶向端盖的方向。

所述的弹簧垫圈为波纹形弹簧或蝶形弹簧。

在所述的丝杆的输出端与转子圆孔配合表面上设置密封圈。

所述的密封圈为V型密封圈、O型密封圈、矩形密封圈或Y型密封圈中的一种。

本实用新型采用上述技术方案，不采用减速增扭的传动机构，简化了执行机构的空间；整个机构简单紧凑，惯量小，反应速度快，满足线控制动更快的反应速度、更高的控制精度的需要；承载能力强，满足了线控制动系统更大的推力的要求；可靠性高，使用寿命长。

附图说明

附图所示内容及图中标记简要说明如下：

图1为本实用新型的线控制动执行机构的基本实现形式；

图2为本实用新型的线控制动执行机构在EMB上的第一种实施方式；

图3为本实用新型的线控制动执行机构在EMB上的第二种实施方式；

图4为本实用新型的线控制动执行机构在EMB上的第三种实施方式。

图中标记为：

1、端盖；2、角度传感器；3、主壳体；3.1制动钳体；4.1、单列推力球轴承；4.2、双列推力球轴承；4.3、深沟球轴承；4.4、滚针轴承；5、转子；5.1、磁钢；5.2、行星滚柱丝杆总成；5.2.1、滚柱；5.2.2、螺母；5.2.3、丝杆；6、定子绕组；7、角接触球轴承；8、密封圈； 9、弹簧垫圈；10、内制动片；11、制动盘；12、外制动片。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示本实用新型的结构，为一种应用于车辆线控制动系统的执行机构，其中的电机设有转子5和定子绕组6，所述的转子5中设有磁钢5.1。磁钢5.1采用环形或者贴片形式固定在电机空心轴外侧。所述转子5固定磁钢5.1。

在本实用新型中，定子绕组6固定在线控制动执行机构的主壳体3上，定子绕组6的通电情况被电机控制器控制，产生有秩序的电流变化：电流根据不同转子角度变化；不断变化的电流使整个定子绕组6产生匀速旋转的磁场；磁钢5.1在定子绕组6的旋转磁场的激励下产生感应磁场，其相互作用使得转子5旋转，产生制动需要的力矩和转速，转速和力矩可以通过电机控制器控制调节。

为了克服现有技术的缺陷，实现简化制动执行机构并提高制动反应速度的发明目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型的车辆用线控制动执行机构，至少包括电机和将回转运动转变为直线运动的传动机构，该传动机构采用行星滚柱丝杆机构。所述电机的电机轴为电机部分的转子，且电机轴采用内部空心的空心轴结构，电机轴内可以装入传动机构。

本实用新型是将电机技术和行星滚柱丝杆技术的集成。其中行星滚柱丝杆与滚珠丝杆结构相似，但是根据赫兹压力定律可知，行星滚柱丝杆能承受的静载荷为滚珠丝杆的3倍，寿命为滚珠丝杆的15倍，很好地满足了车辆线控制动系统承受更大的推力和更高的寿命的要求。

具体结构如图1所示，本实用新型的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其中，所述的转子5中还设有行星滚柱丝杆总成5.2；所述的行星滚柱丝杆总成5.2设有同轴线分布的螺母5.2.2和丝杆5.2.3；

所述的螺母5.2.2通过其外圆紧固在所述的转子5内壁上；螺母5.2.2附着在转子5内壁且彼此固定在一起。

在所述的螺母5.2.2与丝杆5.2.3之间的环形空腔中设置多个滚柱5.2.1，所述的滚柱5.2.1 的轴线与丝杆5.2.3平行；

所述的滚柱5.2.1上分别与丝杆5.2.3及螺母5.2.2啮合。

行星滚柱丝杆总成5.2中的螺母5.2.2设在转子5的内部，并与电机的空心轴固定在一起；制动动力由行星滚柱丝杆的螺母5.2.2输入，由行星滚柱丝杆总成5.2中的丝杆5.2.3输出。其输出端从电机的主壳体3的一端伸出。

所述的行星滚柱丝杆总成5.2为非循环式行星滚柱丝杆；所述的非循环式行星滚柱丝杆包括丝杆输入型行星式滚柱丝杆、螺母输入型行星式滚柱丝杆、PWG型差动式行星滚柱丝杆。

为了产生更大的推力，行星滚柱5.2.1可以使导程小于1mm，相对于刚刚满足后轮制动承载的导程5mm滚珠丝杆来说，还可以减少一个传动比等于5的传动机构，这样就可以省略减速增扭的传动机构传动级数，可以通过电机直接驱动产生满足要求的推力。

如果按照目前现有技术，线控制动的执行机构不带减速机构，在电压为12V的条件下，直径为85mm的无刷电机，额定力矩为5.3Nm；本实用新型采用差动型PWG滚柱丝杆，导程为0.75mm。假如行星滚柱丝杆的效率为58％，产生的推力大约为2.5吨，完全达到了某些车辆前轮行车制动的要求。12V已经满足EMB的要求，24V和48V的电源理论上推力翻倍和翻两番，完全具备推力的要求。所以说，从推力上讲，本实用新型的线控制动执行机构不仅可以满足电动助力器(Ebooster)、电子液压制动系统(EHB)的要求，还完全具备了满足电子机械式制动系统(EMB)的要求。

线控制动执行机构在最短时间内达到最快前进速度与其零部件的惯量也有很大的关系。本实用新型使用的电机是空心电机轴电机，其转动惯量理论上比实心轴电机小；同时没有现有技术中的减速机构，不但惯量进一步减小，而且也减少了现有技术中减速机构受力的弹性变形量。执行机构系统变形量和惯量的减少，使得丝杆的前进速度进一步加快，体现在整车上是在更短的时间达到满足制动要求的力，做到了同样车速，制动距离减少的目标。线控制动执行机构系统惯量和变形的减少，可以在更短的时间达到需要的制动推力；减少了变形量，电机转动角度和推力的关系更加确定，让整个线控制动控制更加精确，具有更高的控制精度。

综上所述，本实用新型的线控制动执行机构完全具备线控制动执行机构的四大要求。相对于现有技术中的线控制动执行机构，上述技术方案具有以下优点：

1、没有减速增扭的传动机构，简化了执行机构的空间；

2、整个机构简单紧凑，惯量小，反应速度快，满足线控制动需要更快的反应速度，更高的控制精度；

3、承载能力强，可靠性高、寿命长，满足了线控制动的更大的推力，更高的寿命。

所述的滚柱5.2.1在螺母5.2.2与丝杆5.2.3之间的环形空腔中沿圆周方向均匀分布。

所述的滚柱5.2.1上设有外螺纹和环形齿，所述的外螺纹与丝杆5.2.3啮合，所述的环形齿与螺母5.2.2啮合。所述的滚柱5.2.1轴向的中间部分为外螺纹、两端为环形齿，外螺纹的齿顶圆大于环形齿的齿顶圆。

所述的转子5的轴向中间的内腔直径大于其两端的孔径。转子电机轴，采用装配组合的形式，将中空机构做成两端小，中间大的形式。

本实用新型的线控制动执行机构使用电机轴并非传统的实心形式，而是环形中空结构，中空结构不仅仅可以减重，还可在转子5内部布置传动机构。这里中空结构，采用装配组合的形式，将中空机构做成两端小，中间大的形式，其优点是：中间大结构满足了容纳传动机构的空间，两头小满足轴向受力定位和布置轴承的要求。

所述PWG型差动式行星滚柱丝杆使用的滚柱5.2.1被布置在螺母5.2.2与丝杆5.2.3之间的环形腔体中，滚柱5.2.1被绕主轴轴线均布布置；滚柱5.2.1的中间部分为外螺纹、两侧为环形齿，外螺纹的齿顶圆大于环形齿的齿顶圆；滚柱5.2.1上中间外螺纹的螺距与丝杆5.2.3 外螺纹的螺距相同；滚柱5.2.1两端的环形齿的间距与螺母5.2.2内环齿的齿距相同。

所述的丝杆5.2.3推力方向的相反一端设有端盖1，所述的端盖1与电机的主壳体3配合，配合后形成的内腔为容纳定子绕组6和转子5的空间。

所述的端盖1与转子5上设置角度传感器2。

角度传感器2获得转子5的转动角度，也即转子的转动量，反映丝杆5.2.3的推力方向的移动距离，为控制系统作出制动状态的判断提供实时的依据。

本实用新型的具体工作原理和工作过程分析如下：

本实用新型在电机空心轴内部布置的传动机构是将转动转化为直线运动的传动机构；该传动机构选择行星滚柱丝杆，优先选择非循环式行星滚柱丝杆中的PWG型差动式行星滚柱丝杆。

该传动机构的特点是：

滚柱5.2.1被布置在螺母5.2.2与丝杆5.2.3之间的环形腔体中，其被绕主轴轴线均布布置；滚柱5.2.1的中间部分为外螺纹、两侧为环形齿，外螺纹的齿顶圆大于环形齿的齿顶圆，中间螺纹的螺距与丝杆外螺纹的螺距相同，两边环形齿的间距与螺母内环齿的间距相同；PWG型差动式行星滚柱丝杆为现有技术。

本实用新型将行星滚柱丝杆的螺母5.2.2和电机转子5固定在一起，也就是转子5的转动带动了行星滚柱丝杆螺母5.2.2的转动，螺母5.2.2的转动通过环形齿的摩擦力带动了滚柱5.2.1 的转动，由于滚柱5.2.1和螺杆是环形齿配合，所以不会产生轴向的相对运动。滚柱5.2.1的转动和丝杆5.2.3啮合，但丝杆5.2.3由于存在防转力矩不会产生转动，这样丝杆5.2.3只能做直线运动，实现制动需要的运动。

本实用新型的线控制动执行机构并未对丝杆设计防转约束，因为防转约束在具体产品上有可能被省略，如Ebooster和EHB设计有活塞，但活塞与密封圈的摩擦力矩往往大于丝杆的转动力矩。

为了提高线控制动执行机构的反应速度，需要尽可能的消除空行程，本实用新型的方案是增加预紧机构。

在所述的转子5与角接触球轴承7的接触端面之间，设置弹簧垫圈9，其弹力方向是将转子5顶向端盖1的方向。所述的弹簧垫圈9为波纹形弹簧或蝶形弹簧。在主壳体3底部位置采用波形弹簧和蝶型弹簧等弹簧形式，将转子5顶向端盖1方向。

本实用新型在主壳体3底部使用波形弹簧和蝶型弹簧，将转子5顶向端盖1方向。在制动时，在转子5的轴向没有间隙，进一步提高了反应速度。

在所述的丝杆5.2.3输出端位置的主壳体3与转子5之间设置的轴承采用角接触球轴承7。

丝杆5.2.3输出端的轴承选用角接触轴承7，该轴承相对于深沟球轴承可以承受较大轴向力，这样更能保证电机转子5在振动过程中不会脱出。

在所述的丝杆5.2.3的输出端与转子5圆孔配合表面上设置密封圈8。所述的密封圈8为 V型密封圈、O型密封圈、矩形密封圈或Y型密封圈中的一种。为了保证密封性能，本实用新型设计有密封圈8，提高了整个线控制动执行机构防尘防水能力。

下面以线控制动执行机构布置在EMB上为例，并具体说明其工作过程：

如图2所示：

以浮动钳为例，在传统制动钳的缸孔活塞位置布置线控制动执行机构，线性制动的执行机构主壳体3被制动钳体3.1替代，这里制动钳体3.1不仅仅具有传统制动钳体的功能，还给线控制动执行机构做主壳体。这里的丝杆5.2.3与制动钳总成的内制动片10固定在一起，内制动片10在制动钳总成上被限位，不能发生转动和径向运动，仅能做轴向运动。这里所述限位是现有技术，具体实现形式见图2所示。

进行制动时，控制器控制线控制动执行机构动作，丝杆5.2.3可以产生要求的推进速度和推力；这里丝杆5.2.3和内制动片10固定在一起，丝杆5.2.3的向外移动，导致内制动片10 挤压制动盘11，消除了内制动片10与制动盘11的间隙；再继续推进时，在反作用力的条件下，整个制动钳总成朝远离制动盘10的方向浮动(由于是现有技术，浮动的机构和原理图中未示出)，从而消除了制动盘11和外制动片12之间的间隙；然后内制动片10继续挤压制动盘10，制动钳体3.1继续浮动，在丝杆5.2.3的推力和制动钳体3.1的浮动下，内外制动片会进一步挤压制动盘11，产生满足要求的制动力，最终完成满足要求的制动加速度。

解除制动时，电机反向旋转，丝杆5.2.3做拉回动作，内制动片10会不断脱离制动盘11，车辆在行驶过程中，车轮带动制动盘11转动，制动盘11在转动过程中不断的敲打外制动片，外制动片12推动制动钳体3.1回位浮动，最终内外制动片都脱离制动盘11，完成制动释放动作。

在所述的端盖1与转子5之间设置的轴承采用单列推力球轴承4.1、双列推力球轴承4.2、深沟球轴承4.3和滚针轴承4.4中的一种，或多种轴承组合形式。

如图3所示：鉴于不同要求的制动力、寿命和工况要求，本线控制动执行机构可通过更换不同的端盖1和轴承解决：如果制动力要求增大，单列推力球轴承4.1并不能满足要求，可以通过双列推力球轴承4.2来解决，理论上其可承受的压力翻倍，参见图3。

如图4所示：如果需求的制动力更大，可以采用滚针轴承4.4和深沟球轴承4.3组合解决，其中，滚针轴承4.4负责承载压力，深沟球轴承4.3负责承受径向力，参见图4。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种应用于车辆线控制动系统的执行机构，其中的电机设有转子(5)和定子绕组(6)，所述的转子(5)中设有磁钢(5.1)；

其特征在于：

所述的转子(5)中还设有行星滚柱丝杆总成(5.2)；所述的行星滚柱丝杆总成(5.2)设有同轴线分布的螺母(5.2.2)和丝杆(5.2.3)；

所述的螺母(5.2.2)通过其外圆紧固在所述的转子(5)的内壁上；

在所述的螺母(5.2.2)与丝杆(5.2.3)之间的环形空腔中设置多个滚柱(5.2.1)，所述的滚柱(5.2.1)的轴线与丝杆(5.2.3)平行；

所述的滚柱(5.2.1)分别与丝杆(5.2.3)及螺母(5.2.2)啮合。

2.按照权利要求1所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的滚柱(5.2.1)在螺母(5.2.2)与丝杆(5.2.3)之间的环形空腔中沿圆周方向均匀分布。

3.按照权利要求1所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的滚柱(5.2.1)上设有外螺纹和环形齿，所述的外螺纹与丝杆(5.2.3)啮合，所述的环形齿与螺母(5.2.2)啮合。

4.按照权利要求3所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的滚柱(5.2.1)轴向的中间部分为外螺纹、两端为环形齿，外螺纹的齿顶圆大于环形齿的齿顶圆。

5.按照权利要求1所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的转子(5)的轴向中间的内腔直径大于其两端的孔径。

6.按照权利要求1所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的丝杆(5.2.3)推力方向的相反一端设有端盖(1)，所述的端盖(1)与电机的主壳体(3)配合，配合后形成的内腔为容纳定子绕组(6)和转子(5)的空间。

7.按照权利要求6所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：在所述的端盖(1)与转子(5)之间设置的轴承采用单列推力球轴承(4.1)、双列推力球轴承(4.2)、深沟球轴承(4.3)和滚针轴承(4.4)中的一种，或多种轴承组合形式。

8.按照权利要求7所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的端盖(1)与转子(5)上设置角度传感器(2)。

9.按照权利要求6所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：在所述的丝杆(5.2.3)输出端位置的主壳体(3)与转子(5)之间设置的轴承采用角接触球轴承(7)。

10.按照权利要求9所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：在所述的转子(5)与角接触球轴承(7)的接触端面之间，设置弹簧垫圈(9)，其弹力方向是将转子(5)顶向端盖(1)的方向。

11.按照权利要求10所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的弹簧垫圈(9)为波纹形弹簧或蝶形弹簧。

12.按照权利要求1所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：在所述的丝杆(5.2.3)的输出端与转子(5)圆孔配合表面上设置密封圈(8)。

13.按照权利要求12所述的应用于车辆线控制动系统的执行机构，其特征在于：所述的密封圈(8)为V型密封圈、O型密封圈、矩形密封圈或Y型密封圈中的一种。