CN210461484U - 一种具有自主制动和驻车制动功能的电动缸装置和制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有自主制动和驻车制动功能的电动缸装置，包括主缸壳体、螺杆壳体和电机，主缸壳体内滑动设置有活塞，活塞的前端和中部分别与主缸壳体间形成第一腔体D和第二腔体A；活塞后端中部形成内孔；主缸壳体上开设有连通储液罐与第一腔体D的补偿孔C、连通储液罐与第二腔体A的供液孔B及连通第一腔体D与车轮制动器的排液孔E；活塞前端面上安装有皮碗；螺杆壳体内设置有螺杆副和行星齿轮减速机构，螺杆前端伸入内孔内，螺杆前端面与内孔之间预留间隙；电机经行星齿轮减速机构向螺杆提供旋转动力。本实用新型还公开了一种制动系统，该制动系统具有自主制动和驻车制动功能，结构简单、成本低、制动响应快。

Description

一种具有自主制动和驻车制动功能的电动缸装置和制动系统

技术领域

本实用新型属于汽车制动系统技术领域，具体涉及一种具有自主制动和驻车制动功能的电动缸装置和制动系统。

背景技术

汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。传统汽车的液压制动系统都由驾驶人通过踩下制动踏板施加制动压力于各车轮制动器的轮缸，从而实现制动并使车辆减速。高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统要求制动系统能够对车辆实施自主制动，即在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮施加制动。目前可实施自主制动的制动系统大多采用电动助力，并保留了制动踏板等制动操纵装置。而随着无人物流配送车等的发展，不再需要制动操纵装置、适用于ADS的自主制动系统已经提上议事日程。

除行车制动外，无人物流配送车等自动驾驶车辆当然也需要驻车制动。现有的各类机动车辆大多配置了行车制动系统与驻车制动系统两套系统，其结构和相应的控制都比较复杂、成本较高。

对于行车的自主制动和驻车制动，还要求一定的实际应用的可靠性。因此，如何设计出具有结构简单、使用可靠、成本较低且同时满足行车与驻车制动需要的制动装置是机动车辆自动驾驶系统亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种结构简单、使用可靠、成本较低的集制动及驻车功能于一体的电动缸装置。

本实用新型的另一目的是提供一种具有上述电动缸装置的制动系统。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种具有自主制动和驻车制动功能的电动缸装置，包括主缸壳体、螺杆壳体和电机，所述主缸壳体、螺杆壳体密封连接，所述电机在所述螺杆壳体远离主缸壳体一侧，在所述主缸壳体内滑动设置有一活塞，所述活塞的前端与主缸壳体之间形成第一腔体D；活塞中部的外周面向内凹陷，使其中部与主缸壳体之间形成第二腔体A；活塞的后端面中部向内凹陷形成有一内孔；一复位弹簧设置在所述第一腔体D内，复位弹簧的两端分别连接所述主缸壳体和活塞；在所述主缸壳体上开设有：连通储液罐与所述第一腔体D的补偿孔C、连通储液罐与所述第二腔体A的供液孔B以及连通所述第一腔体D与相应的车轮制动器的排液孔E；在活塞的前端面上安装有用于封闭或开启所述补偿孔C的皮碗，在初始状态下，所述皮碗位于所述补偿孔C和所述供液孔B之间；在所述螺杆壳体内设置有螺杆副和行星齿轮减速机构，所述螺杆副包括由轴承支撑的螺杆和由限位结构限位的螺母，在初始状态下，所述螺杆的前端伸入主缸活塞后端的所述内孔内，且螺杆的前端面与所述内孔之间预留有间隙；所述电机经所述行星齿轮减速机构向所述螺杆提供旋转动力。

在本实用新型的一个实施例中，所述活塞的前端面向前凸出，形成有第一和第二环形台阶，在所述第一环形台阶上设置有弹簧座，所述皮碗安装在第二环形台阶上，所述复位弹簧的一端连接在所述主缸壳体的内壁上，另一端连接在所述弹簧座上。

优选的是，在第二腔体A内远离复位弹簧一端，在活塞壁面与主缸壳体内壁之间设有一皮碗，用于防止该腔体内的制动液泄漏至螺杆壳体内。

其中，所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、3个行星轮、与所述螺杆壳体固装的内齿圈、 3个圆柱销以及行星架，所述太阳轮与所述电机的输出轴过盈连接；3个行星轮在太阳轮的圆周方向均布并与其啮合，同时，3个行星轮均与内齿圈啮合；所述行星架通过圆柱销105与行星轮连接，并经平键与螺杆连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述内齿圈的外周面上形成有凸台，所述凸台的两侧分别形成有环形台阶，凸台的一侧连接所述螺杆壳体远离主缸壳体一端，另一侧连接所述电机，所述凸台两侧的环形台阶的形状分别与所述螺杆壳体的端面和电机的端面形状相适应，三者通过螺栓紧固，并通过密封结构密封连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述螺杆由一对轴承支承在所述螺杆壳体内，一挡圈用于轴承的轴向定位；至少两个定位销穿过所述螺母上形成的圆孔，并分别插入所述螺杆壳体上形成的圆孔内，用于限制螺母绕轴向转动，而只能沿轴向平动。

在本实用新型的一个实施例中，所述主缸壳体和所述螺杆壳体通过螺栓紧固，两者之间通过一密封圈密封连接。

一种具有自主制动和驻车制动功能的制动系统，包括上述的电动缸装置、制动控制器和各车轮制动器，所述电动缸的第一腔体D的制动液经排液孔E、制动管路传输至各车轮制动器，所述制动控制器分别与电源、电机和其它电控系统线连接，所述制动控制器根据电控系统的控制信号对所述电机的动作进行控制，进而对各车轮制动器的制动压力进行控制。

上述制动系统的制动控制方法包括以下步骤：

(a)每当车辆启动时，首先制动控制器检测是否有驻车请求。若有驻车请求，则电机以最大转速正转，输出达到车辆抱死的制动压力，实现驻车；若无驻车请求，则电机以最大转速反转运行0.3s至输出压力为零，确保活塞回至初始位置，实现解除车辆制动器制动力矩，车辆在动力作用下正常行驶。

(b)车辆在行驶过程中，若制动控制器检测到车辆的ADAS或ADS等其它电控系统有自主制动请求时，首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力；进一步地，制动控制器根据制动器制动力计算出的目标转矩，并控制电机输出转矩，经行星传动机构驱动螺杆副推动活塞沿轴向移动；当随活塞一同运动的皮碗将补偿孔C完全覆盖住之后第一腔体D建立起压力，该压力经排液孔E和制动管路传至各个车轮的制动器，从而在各制动器产生制动力矩，实现自主制动。

(c)当其它电控系统请求终止制动时，制动控制器令电动缸的电机的输出轴反转，螺母在螺杆带动下旋转回到初始位置，活塞在螺杆带动下一同回位，第一腔体D内的油液压力逐渐减小，直到皮碗将密封的补偿孔C开启；各制动器的轮缸经制动管路和排液孔E与第一腔体D连通，第一腔体D与储液罐经补偿孔C连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。

(d)车辆在行驶过程中，若制动控制器检测到系统驻车请求时，控制电动缸的电机以最大转速正转，输出最大制动压力，满足车轮抱死的状态，然后所述电机断电。此时制动压力会反作用于所述螺杆，由于所述螺杆与所述螺母的自锁作用，所述螺杆无法向后平移，此时电动缸保持输出压力，实现驻车。

(e)当车辆重新启动时，重复步骤(a)-(d)。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型的电动缸装置可实现自主制动，适用于无人物流配送车等自动驾驶车辆的自主制动要求，其结构简单、成本低、布置方便；

2.本实用新型的电动缸装置由电机经传动装置直接驱动电动缸活塞，建压时间短、制动响应快；

3.本实用新型电动缸装置的传动装置采用行星齿轮结构，增大了传动比，进而增大了螺母行程，产生的制动压力也更大；

4.本实用新型电动缸装置采用螺杆副推动活塞进行制动，当电机停电时，螺杆副自锁，可实现驻车功能。

附图说明

图1为本实用新型的电动缸装置的结构示意图；

图2为装有本实用新型电动缸装置的制动系统的组成示意图；

图3为本实用新型电动缸装置的制动方法流程图。

图中：

101-电机； 102-太阳轮； 103-行星轮； 104-内齿圈； 105-圆柱销；

106-行星架； 107-平键； 108-螺栓； 109-螺杆壳体； 110-轴承；

111-挡圈； 112-定位销； 113-密封圈； 114-螺母； 115-螺杆；

116-螺栓； 117-皮碗； 118-主缸壳体； 119-活塞； 120-皮碗；

121-弹簧座； 122-复位弹簧； 123-储液罐； A-第二腔体； B-供液孔；

C-补偿孔； D-第一腔体； E-排液孔； 1-电动缸装置； 2-制动控制器

3-电源； 4-左前制动器； 5-右前制动器； 6-右后制动器； 7-左后制动器

具体实施方式

本实用新型的集制动及驻车功能的电动缸装置、制动系统及制动控制方法能满足无人物流配送车等自动驾驶车辆的自主制动功能及驻车功能。

下面结合附图对本实用新型的制动装置和制动系统分别进行详细说明。

参见图1和图2，电动缸装置主要包括电动缸1及制动控制器2。所述电动缸1包括两个内部形成圆柱形空腔且连接在一起的壳体，即主缸壳体118和螺杆壳体109，以及电机(101)。电机101设置在螺杆壳体109远离主缸壳体118一侧。

所述主缸壳体118内滑动设置有活塞119，活塞119的前端面向前凸出，形成有第一和第二环形台阶，活塞119的前端与主缸壳体118之间形成第一腔体D；活塞119中部的外周面向内凹陷，使活塞119中部与主缸壳体118之间形成第二腔体A；活塞119的后端面中部向内凹陷形成有内孔。

在第一腔体D内设置有复位弹簧122，在第一环形台阶上设置有弹簧座121，在第二环形台阶上安装有皮碗120。所述复位弹簧122的一端连接在主缸壳体118的内壁上，另一端连接在弹簧座121上。

在所述主缸壳体118上还开设有：连通储液罐123与所述第一腔体D的补偿孔C、连通储液罐123与所述第二腔体A的供液孔B以及连通所述第一腔体D与相应的车轮制动器的排液孔E，所述排液孔E通过连接管道连接至相应制动管路的车轮制动器的轮缸。

当所述复位弹簧122处于预压状态时，所述皮碗120位于所述补偿孔C和所述供液孔B 之间。皮碗120随着活塞119移动，可以实现对补偿孔C的开启和关闭。这里的预压状态是指复位弹簧122不受力时，其所在位置处于的一种初始状态。

在第二腔体A内远离复位弹簧122一端，在活塞119与主缸壳体118之间设有一皮碗117，用于防止该腔体内的制动液泄漏至螺杆壳体109内。

在所述螺杆壳体109内设置有螺杆副和行星齿轮减速机构。所述螺杆副包括螺杆115和螺母114，在初始状态下，螺杆115的前端伸入活塞119后端的内孔内，且螺杆115的前端面与所述内孔之间预留较小的间隙，以确保在无制动需求时螺杆不受液压力作用。所述行星齿轮减速机构主要由太阳轮102、3个行星轮103、与螺杆壳体109固装的内齿圈104、3个圆柱销105以及行星架106组成。

所述内齿圈104的外周面上形成有凸台，所述凸台的两侧分别形成有环形台阶，凸台的一侧连接螺杆壳体109，另一侧连接电机101，凸台两侧环形台阶的形状分别与螺杆壳体109 的端面和电机101的端面形状相适应，三者通过螺栓108紧固，实现固定约束，并通过密封结构密封连接。所述太阳轮102与电机101的输出轴过盈连接；3个行星轮103在太阳轮102 的圆周方向均布并与其啮合，同时，3个行星轮103均与内齿圈104啮合。电机101的驱动扭矩直接传递给太阳轮102，经行星轮103、圆柱销105带动行星架106转动，进而通过平键107带动螺杆115转动，最终将电机扭矩传递给螺杆115。所述电机101与所述制动控制器2电连接。

所述螺杆副由一对轴承110支承在所述螺杆壳体109内部，挡圈111用于轴承110的轴向定位并限制螺母114的轴向移动；主缸壳体118与螺杆壳体109通过螺栓116紧固，紧固后位于两者之间的密封圈113被压紧在接合面处，起密封作用；所述两个定位销112穿过螺母114圆孔，分别插入螺杆壳体109内部圆孔，与壳体结为一体，限制螺母114绕轴向转动，而只能沿轴向平动。

参见图2，电动缸1的第一腔体D的制动液可经排液孔E、制动管路传输至各车轮制动器4-7，制动控制器2分别与电源3、电机101及其它电控系统连接。制动控制器2根据电控系统如ADAS或ADS的控制信号对电机101的动作进行控制，进而对各制动器的制动压力进行控制。

下面对本实用新型的具有自主制动和驻车制动功能的电动缸系统的制动控制方法进行说明。

(a)如图3所示，每当车辆启动时，首先制动控制器检测是否有驻车请求。若有驻车请求，则电机101以最大转速正转，输出达到车辆抱死的制动压力，实现驻车；若无驻车请求，则电机以最大转速反转运行0.3s至输出压力为零，确保活塞119回至初始位置，实现解除车辆制动器制动力矩，车辆在动力作用下正常行驶。

(b)车辆在行驶过程中，若制动控制器检测到车辆的ADAS或ADS等其它电控系统有自主制动请求时，首先根据请求的制动减速度大小换算成制动力；进一步地，制动控制器根据制动器制动力计算出的目标转矩，并控制电机101输出转矩，经行星传动机构驱动螺杆副推动活塞119沿轴向移动；当随活塞119一同运动的皮碗120将补偿孔C完全覆盖住之后第一腔体D建立起压力，该压力经排液孔E和制动管路传至各个车轮的制动器，从而在各制动器产生制动力矩，实现自主制动。

(c)当其它电控系统请求终止制动时，制动控制器令电动缸的电机101的输出轴反转，螺母114在螺杆115带动下旋转回到初始位置，活塞119在螺杆115带动下一同回位，第一腔体D内的油液压力逐渐减小，直到皮碗120将密封的补偿孔C开启；各制动器的轮缸经制动管路和排液孔E与第一腔体D连通，第一腔体D与储液罐123经补偿孔C连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。

(d)车辆在行驶过程中，若制动控制器检测到系统驻车请求时，控制电动缸的电机101 以最大转速正转，输出最大制动压力，满足车轮抱死的状态，然后所述电机101断电。此时制动压力会反作用于所述螺杆115，由于所述螺杆115与所述螺母114的自锁作用，所述螺杆115无法向后平移，此时电动缸保持输出压力，实现驻车。

(e)当车辆重新启动时，重复步骤(a)-(d)。

Claims (8)

1.一种具有自主制动和驻车制动功能的电动缸装置，包括主缸壳体(118)、螺杆壳体(109)和电机(101)，所述主缸壳体(118)、螺杆壳体(109)密封连接，所述电机(101)在所述螺杆壳体(109)远离主缸壳体(118)一侧，其特征在于：

在所述主缸壳体(118)内滑动设置有一活塞(119)，所述活塞(119)的前端与主缸壳体(118)之间形成第一腔体(D)；活塞(119)中部的外周面向内凹陷，使其中部与主缸壳体(118)之间形成第二腔体(A)；活塞(119)的后端面中部向内凹陷形成有一内孔；一复位弹簧(122)设置在所述第一腔体(D)内，复位弹簧的两端分别连接所述主缸壳体(118)和活塞(119)；

在所述主缸壳体(118)上开设有：连通储液罐123与所述第一腔体(D)的补偿孔(C)、连通储液罐(123)与所述第二腔体(A)的供液孔(B)以及连通所述第一腔体(D)与相应的车轮制动器的排液孔(E)；

在活塞(119)的前端面上安装有用于封闭或开启所述补偿孔(C)的皮碗(120)，在初始状态下，所述皮碗(120)位于所述补偿孔(C)和所述供液孔(B)之间；

在所述螺杆壳体(109)内设置有螺杆副和行星齿轮减速机构，所述螺杆副包括由轴承支撑的螺杆(115)和由限位结构限位的螺母(114)，在初始状态下，所述螺杆(115)的前端伸入活塞(119)后端的所述内孔内，且螺杆(115)的前端面与所述内孔之间预留有间隙；

所述电机经所述行星齿轮减速机构向所述螺杆(115)提供旋转动力。

2.根据权利要求1所述的电动缸装置，其特征在于：所述活塞(119)的前端面向前凸出，形成有第一和第二环形台阶，在所述第一环形台阶上设置有弹簧座(121)，所述皮碗(120)安装在第二环形台阶上，所述复位弹簧(122)的一端连接在所述主缸壳体(118)的内壁上，另一端连接在所述弹簧座(121)上。

3.根据权利要求1所述的电动缸装置，其特征在于：在第二腔体(A)内远离复位弹簧(122)一端，在活塞(119)壁面与主缸壳体(118)内壁之间设有一皮碗(117)，用于防止该腔体内的制动液泄漏至螺杆壳体(109)内。

4.根据权利要求1所述的电动缸装置，其特征在于：所述行星齿轮减速机构包括太阳轮(102)、3个行星轮(103)、与所述螺杆壳体(109)固装的内齿圈(104)、3个圆柱销(105)以及行星架(106)，所述太阳轮(102)与所述电机(101)的输出轴过盈连接；3个行星轮(103)在太阳轮(102)的圆周方向均布并与其啮合，同时，3个行星轮(103)均与内齿圈(104)啮合；所述行星架(106)通过圆柱销(105)与行星轮(103)连接，并经平键(107)与螺杆(115)连接。

5.根据权利要求4所述的电动缸装置，其特征在于：所述内齿圈(104)的外周面上形成有凸台，所述凸台的两侧分别形成有环形台阶，凸台的一侧连接所述螺杆壳体(109)远离主缸壳体(118)一端，另一侧连接所述电机(101)，所述凸台两侧的环形台阶的形状分别与所述螺杆壳体(109)的端面和电机(101)的端面形状相适应，三者通过螺栓(108)紧固，并通过密封结构密封连接。

6.根据权利要求1所述的电动缸装置，其特征在于：所述螺杆(115)由一对轴承(110)支承在所述螺杆壳体(109)内，一挡圈(111)用于轴承(110)的轴向定位；至少两个定位销(112)穿过所述螺母(114)上形成的圆孔，并分别插入所述螺杆壳体(109)上形成的圆孔内，用于限制螺母(114)绕轴向转动。

7.根据权利要求1所述的电动缸装置，其特征在于：所述主缸壳体(118)和所述螺杆壳体(109)通过螺栓(116)紧固，两者之间通过一密封圈(113)密封连接。

8.一种具有自主制动和驻车制动功能的制动系统，其特征在于：包括权利要求1-7中任一项所述的电动缸装置(1)、制动控制器(2)和各车轮制动器(4-7)，所述电动缸装置(1)的第一腔体(D)的制动液经排液孔(E)、制动管路传输至各车轮制动器(4-7)，所述制动控制器(2)分别与电源(3)、电机(101)和电控系统线连接，所述制动控制器(2)根据电控系统的控制信号对所述电机(101)的动作进行控制，进而对各车轮制动器的制动压力进行控制。

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