CN211642151U - 一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车自主制动系统技术领域，具体涉及一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，包括壳体及设置在壳体一侧的电机、滑动设置在壳体内的活塞，壳体内位于活塞与电机之间设有传动机构，壳体内位于活塞与壳体内壁之间设有弹性复位件；传动机构包括设置在壳体内的丝杠副与螺杆副，其中，丝杠副由电机驱动的丝杠以及与丝杠相配合并仅可沿轴向平动设置的丝母；螺杆副包括与丝杠沿同一中心轴线相固定的螺杆以及与螺杆相配合并仅可沿轴向平动设置的螺母；传动机构具有初始位置和自锁位置，在初始位置时，丝母与所述活塞相抵顶；在自锁位置时，丝母与活塞分离，螺母与活塞相抵顶。该电动缸装置免去了人力制动装置，结构简单，成本低，布置方便。

Description

一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置

技术领域

本实用新型涉及汽车自主制动系统技术领域，特别是涉及一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置。

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。而对于无人物流配送车的发展，由于不再需要制动操纵装置，此方式不适用。且除行车制动外，无人物流配送车等自动驾驶车辆也需要驻车制动。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，即现有的电动缸装置只能现实行车制动，而无驻车制动功能，车辆要实现驻车功能需在已有制动电动缸的基础上增加其他驻车机构，使得其结构和相应的控制都比较复杂、成本较高。而对于行车制动和驻车制动，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

本实用新型的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种具有自锁功能，成本低廉的电动缸装置，其用于汽车制动系统时可实现驻车制动。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，包括壳体以及设置在壳体一侧的电机、滑动设置在所述壳体内的活塞；

所述的壳体内位于所述活塞与所述电机之间设有传动机构，所述的壳体内位于所述活塞与壳体内壁之间设有弹性复位件；

所述的传动机构包括设置在壳体内的丝杠副与螺杆副，其中，所述丝杠副由所述电机驱动的丝杠以及与所述丝杠相配合并仅可沿轴向平动设置的丝母；

所述螺杆副包括与所述丝杠沿同一中心轴线相固定的螺杆以及与所述螺杆相配合并仅可沿轴向平动设置的螺母；

所述螺杆的导程大于所述丝杠的导程；

所述传动机构具有初始位置和自锁位置，在初始位置时，所述丝母与所述活塞相贴合；在自锁位置时，所述丝母与所述活塞分离，所述螺母与所述活塞相贴合。

进一步地，所述传动机构还包括转动限制元件，所述转动限制元件一端与所述壳体固定连接，另一端沿与所述同一中心轴线平行的方向活动穿过所述丝母与所述螺母。

进一步地，所述的转动限制元件为圆柱销。圆柱销的结构简单，造价便宜。

进一步地，所述的壳体包括固定连接的传动壳体与主缸壳体，所述的电机设置在传动壳体上远离主缸壳体的一侧，所述丝杠的一端通过轴承支承在所述主缸壳体上并与所述电机的输出轴联接。

进一步地，所述的活塞设置在所述主缸壳体内，所述活塞其中一个端面与所述主缸壳体的内壁之间形成第一腔体，所述活塞中部的外周面向内凹陷，使其与所述主缸壳体内壁之间形成第二腔体，所述的弹性复位件设置在第一腔体内，所述弹性复位件的两端分别与所述活塞以及所述主缸壳体的内壁抵接。

进一步地，所述的主缸壳体上设有油壶，所述的主缸壳体上开设有供液孔、补偿孔以及排液孔，其中，所述供液孔连通所述第二腔体与所述油壶，所述补偿孔连通所述第一腔体与所述油壶，所述排液孔连通所述第一腔体，所述的活塞上设有第一皮碗，在所述弹性复位件的预压状态下，所述第一皮碗位于所述供液孔和补偿孔之间。通过活塞的移动带动第一皮碗的移动，可以实现对补偿孔C的开启和关闭。

进一步地，所述的活塞上设有第二皮碗，所述第二腔体位于所述第一皮碗和所述第二皮碗之间。该第二皮碗用于防止第二腔体内的液体进入主缸壳体内，起到密封的作用。

进一步地，所述丝母朝向所述活塞的一侧开设有容纳所述螺杆副的凹槽。使整个电动缸的内部结构更加紧凑。

进一步地，所述的丝杠远离电机的端面上开设有“一”字型凹槽，所述螺杆与丝杠相连接的端面上设有与所述“一”字型凹槽相配合的“一”字型凸起，所述螺杆的“一”字型凸起插入至丝杠的“一”字型凹槽内。

进一步地，所述的弹性复位件为复位弹簧。

本实用新型应用于汽车制动时的工作原理为：

1、行车制动工况：本实用新型在行车制动工况的工作原理是：控制器接收制动信号驱动电机转动，带动丝杠转动，与丝杠过盈连接的螺杆也随之转动，圆柱销限制了丝母和螺母的转动，使丝母和螺母只能平动，丝母推动活塞向前移动，至第一皮碗把补偿孔密封，此时丝母继续推动活塞，挤压第一腔体的制动液建立高压，从排液孔输出制动压力，实现车辆行车制动。在该种工况下，螺母还没有与活塞接触，对行车制动不起任何作用。

制动需要解除时，驱动电机断电，丝母停止施加轴向力于活塞；活塞和丝母在复位弹簧、主缸液压力的作用下回到初始位置；各制动器的轮缸经制动管路和排液孔与第一腔体连通、第一腔体与油壶经补偿孔连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。在该种工况下，螺母向左轴向运动距离尚未超过行程△x，没有与活塞的右端面接触，不会施加轴向力，对制动没有影响，制动解除时，螺母也在丝杆回位转动驱动下回到初始位置。

2、驻车工况：同行车制动工况相同，丝母将电机转动转换成推力，推动活塞向左移动。丝杠与螺杆相同转速，螺杆副机构的导程比丝杠副机构大，螺母移动的速度比丝母移动的速度快，活塞产生的压力到达指定值时，螺母克服行程△x与活塞的右端面贴合。此时电机断电，制动压力通过活塞作用在螺母上，由于螺杆副为单头螺杆副，而单头螺杆副具有自锁作用，会维持活塞位置不变，保持电动缸输出压力，实现驻车。

驻车制动解除工作原理同行车制动工况解除的工作原理。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，通过丝杠副来实现汽车的行车制动工况，通过丝杠副与螺杆副的配合实现驻车工况。该电动缸装置免去了人力制动装置，结构简单，成本低，布置方便。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型中的双腔电动缸的缸体部分的结构示意图。

附图中：1、电机；2、第一卡簧；3、轴承；4、第二卡簧；5、圆柱销；6、丝杠；7、丝母；8、螺杆；9、螺母；10、传动壳体；11、密封圈；12、第二皮碗；13、活塞；14、第一皮碗；15、复位弹簧；16、主缸壳体；17、油壶；A、第二腔体；B、供液孔；C、补偿孔；D、第一腔体；E、排液孔。

212-第一活塞；213-第三皮碗；214-连接件；215-第一储液罐；216-第一弹性件；217-电动缸缸体；218-第四皮碗；219-第二活塞；220-第二弹性件；221-限位销；222-限位孔；214a-横杆；214b-隔板；A1-第三腔体；B1-第一供液孔；B2-第二供液孔；C1-第一补偿孔；C2-第二补偿孔；D1-第四腔体；D2-第五腔体；E1-第一排液孔；E2-第二排液孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述。

实施例一

如图1所示，一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，包括壳体以及设置在壳体一侧的电机1。本实施例中，电机1为伺服电机。壳体由传动壳体10与主缸壳体16所构成，传动壳体10与主缸壳体16通过紧固件紧固，在传动壳体10与主缸壳体16之间还设有密封圈11使其密封。在本实施例中，紧固件为螺栓。电机1设置在传动壳体10上远离主缸壳体16的一侧。在传动壳体10内设有多个传动装置。

在本实施例中，传动壳体10内部有螺旋传动装置，主要包括一个螺杆副传动机构与一个丝杠副传动机构，本实施例中的螺杆副机构为单头螺杆副机构(单头螺杆副的自锁作用为常规技术手段，这里就不详细说明)，包括螺杆8与螺母9；丝杠副传动机构包括与电机1相联接的丝杠6与仅可沿轴向平动的丝母7。

在本实施例中，丝杠6左端上有一个“一”字型凹槽，螺杆8右端有“一”字型凸起，螺杆8的“一”字型凸起插入至丝杠6的“一”字型凹槽内，本实施例中的“一”型凸起与“一”字型凹槽为过盈连接，如果采用焊接、螺栓连接、键销连接等其他的固定连接方式也应在本实用新型的保护范围之内。丝杠6通过一对轴承3支撑，并且丝杠6与电机1的输出轴一字联接。第一卡簧2与第二卡簧4用于轴承3的轴向定位并限制丝杠6的轴向移动。

在本实施例中，丝母7与螺母9上设有转动限制元件圆柱销5，圆柱销5与丝杠6、螺杆8的轴线均为水平设置，圆柱销5一端与传动壳体10的孔固定连接，在本实施例中，圆柱销5一端与传动壳体10的孔为过盈连接，如果采用焊接、螺栓连接、键销连接等其他的固定连接方式也应在本实用新型的保护范围之内。圆柱销5不仅可以限制丝母7与螺母9的转动，使它们只能平动，而且还对丝母7与螺母9的轴向移动起到了导向作用。

在本实施例中，在主缸壳体16内滑动设置有一个活塞13，活塞13左端面与主缸壳体16内壁之间形成第一腔体D；活塞13中部的外周面向内凹陷，其凹陷面与主缸壳体16内壁之间形成第二腔体A；位于活塞13与主缸壳体16内壁之间还设有弹性复位件，该弹性复位件为复位弹簧15。

在本实施例中，在主缸壳体16上设有一个油壶17，在主缸壳体16上开设有供液孔B、补偿孔C以及排液孔E。其中，供液孔B连通第二腔体A与油壶17，补偿孔连通第一腔体D与所述油壶17，排液孔E连通第一腔体D与相应车轮制动器。在活塞13上位于第一腔体D与第二腔体A之间的环形台阶上设有第一皮碗14。第一皮碗14随着活塞13的移动，可以实现对补偿孔C的开启和关闭。起始状态下，活塞13的右端面与丝母7的左端面接触，丝母7的右端面靠在传动壳体限位凸台上，丝母7与复位弹簧15共同作用使第一皮碗14轴向位于补偿孔C和供液孔B之间。

在本实施例中，在活塞13上设有第二皮碗12，第二腔体A位于第一皮碗14和第二皮碗12之间。该第二皮碗12起到密封的作用，防止第二腔体A内的液体流入到传动壳体10内。

本实用新型的高动态特性主要体现在：从控制器接收信号到驱动伺服电机1旋转(伺服电机的动态响应快)，通过传动机构驱动活塞13移动，整个过程时间短。因此车辆能在最短的时间内完成制动。

本实用新型在行车制动工况的工作原理是：控制器接收制动信号驱动电机1转动，带动丝杠6转动，与丝杠6过盈连接的螺杆8也随之转动，圆柱销5限制了丝母7和螺母9的转动，使丝母7和螺母9只能平动，丝母7推动活塞13向前移动，至第一皮碗14把补偿孔C密封，此时丝母7继续推动活塞13，挤压第一腔体D的制动液建立高压，从排液孔E输出制动压力，实现车辆行车制动。在该种工况下，螺母9还没有与活塞13接触，对行车制动不起任何作用。

制动需要解除时，驱动电机1断电，丝母7停止施加轴向力于活塞13；活塞13和丝母7在复位弹簧15、主缸液压力的作用下回到初始位置；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与油壶17经补偿孔C连通，从而轮缸压力降低后各制动器制动解除。在该种工况下，螺母9向左轴向运动距离尚未超过行程△x，没有与活塞13的右端面接触，不会施加轴向力，对制动没有影响，制动解除时，螺母9也在丝杆6回位转动驱动下回到初始位置。

本实用新型在驻车工况的工作原理是：同行车制动工况相同，丝母7将电机1转动转换成推力，推动活塞13向左移动。丝杠6与螺杆8相同转速，螺杆副机构的导程比丝杠副机构大，螺母9移动的速度比丝母7移动的速度快，活塞13产生的压力到达指定值时，螺母9克服行程△x与活塞13的右端面贴合。此时电机断电，制动压力通过活塞13作用在螺母9上，由于螺杆副为单头螺杆副，而单头螺杆副具有自锁作用，会维持活塞13位置不变，保持电动缸输出压力，实现驻车。

驻车制动解除工作原理同常规制动解除的工作原理。

实施例二

实施例一中的电动缸还可以设置为本实施例中的双腔电动缸；双腔电动缸缸体217部分如图2所示，其它部分与实施例一一致。

活塞组件包括沿其滑动方向设置的第一活塞212与第二活塞219以及用于连接第一活塞212与第二活塞219的连接件214，第一活塞212、电动缸缸体217的内壁及连接件214之间形成第四腔体D1，第二活塞219与电动缸缸体217的内壁形成第五腔体D2。

电动缸缸体217内设置有第一弹性件216和第二弹性件220，第一弹性件216设置在连接件214与第一活塞212之间，第二弹性件220设置在电动缸缸体217与第二活塞219之间，第一活塞212与连接件214滑动连接；

连接件214、第二活塞219及电动缸缸体217的内壁之间形成第三腔体A1，连接件214包括用于隔离第四腔体D1与第五腔体D2的隔板214b以及沿隔板214b的两侧向外延伸且连接至第一活塞212与第二活塞219的横杆214a。

隔板214b的规格应当与电动缸缸体217的规格适配，即不能有油液通过，在本实施例中，在隔板214b上也增设有皮碗。横杆214a贯穿隔板214b且其一端与第二活塞219螺纹联接，另一端与第一活塞212滑动联接。第一活塞212上设置有第三皮碗213，第二活塞219上设置有第四皮碗218。

电动缸缸体217上开设有：连通第一储液罐215与第四腔体D1的第一补偿孔C1，连通第一储液罐215的第一供液孔B1，连通第四腔体D1的第一排液孔E1，连通第一储液罐215与第五腔体D2的第二补偿孔C2，连通储液罐215与第三腔体A1的第二供液孔B2，连通第五腔体D2的第二排液孔E2；

第一弹性件216处于预压状态时，第三皮碗213位于第一补偿孔C1和第一供液孔B1之间，第二弹性件220处于预压状态下时，第四皮碗218位于第二补偿孔C2和第二供液孔B2之间。

采用上述结构后的工作原理为：在电动缸电机1的作用下，第一活塞212会受到一个向左的力，第一弹性件216与第二弹性件220的压力始终处于平衡状态。第一弹性件216与第二弹性件220在力的作用下，活塞组件向左运动时，第一弹性件216会再次压缩，反作用力也会增大，第二弹性件220也会随着压缩。

在本实施例中，第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数。第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数，在初始阶段，第一活塞212与第二活塞219均会在力的作用下一起向左运动，压缩第二弹性件220，第一弹性件216不会因力作用而进一步压缩；第二弹性件220的压缩过程中，其弹力会渐渐变大，直至大于第一弹性件216形变所需的力，第一弹性件216便会进行压缩，继续持续上述工作，第一弹性件216与第二弹性件220一直处于平衡状态，当第三皮碗213与第四皮碗218将相应的补偿孔挡住后，第四腔体D1腔与第五腔体D2内建立高压，通过第一排液孔E1与第二排液孔E2将油液排出对汽车进行制动。

在本实施例中，第一活塞212上设置有限位销221，横杆214a上开设有与限位销221配合的限位孔222，限位销221与限位孔222均是沿水平方向设置，沿活塞组件的滑动方向设置。第一活塞212通过限位销221和限位孔222与横杆214a滑动连接。当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，限位销221会在第一活塞212的带动下沿限位孔222向左运动，第二活塞219不动；当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，整个活塞组件同时向左运动。

于本实施例中，第一活塞212与实施例一中的丝母7及螺母9相抵靠配合，即第一活塞212可在丝母及螺母的推动下轴向移动。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，包括壳体以及设置在壳体一侧的电机(1)、滑动设置在所述壳体内的活塞(13)，其特征在于：

所述的壳体内位于所述活塞(13)与所述电机(1)之间设有传动机构，所述的壳体内位于所述活塞(13)与壳体内壁之间设有弹性复位件；

所述的传动机构包括设置在壳体内的丝杠副与螺杆副，其中，所述丝杠副由所述电机(1)驱动的丝杠(6)以及与所述丝杠(6)相配合并仅可沿轴向平动设置的丝母(7)；

所述螺杆副包括与所述丝杠(6)沿同一中心轴线相固定的螺杆(8)以及与所述螺杆(8)相配合并仅可沿轴向平动设置的螺母(9)；

所述螺杆(8)的导程大于所述丝杠(6)的导程；

所述传动机构具有初始位置和自锁位置，在初始位置时，所述丝母(7)与所述活塞(13)相贴合；在自锁位置时，所述丝母(7)与所述活塞(13)分离，所述螺母(9)与所述活塞(13)相贴合。

2.根据权利要求1所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，所述传动机构还包括转动限制元件，所述转动限制元件一端与所述壳体固定连接，另一端沿与所述同一中心轴线平行的方向活动穿过所述丝母(7)与所述螺母(9)。

3.根据权利要求2所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述的转动限制元件为圆柱销(5)。

4.根据权利要求1所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述的壳体包括固定连接的传动壳体(10)与主缸壳体(16)，所述的电机(1)设置在传动壳体(10)上远离主缸壳体(16)的一侧，所述丝杠(6)的一端通过轴承(3)支承在所述主缸壳体(16)上并与所述电机(1)的输出轴联接。

5.根据权利要求4所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述的活塞(13)设置在所述主缸壳体(16)内，所述活塞(13)其中一个端面与所述主缸壳体(16)的内壁之间形成第一腔体(D)，所述活塞(13)中部的外周面向内凹陷，使其与所述主缸壳体(16)内壁之间形成第二腔体(A)，所述的弹性复位件设置在第一腔体(D)内，所述弹性复位件的两端分别与所述活塞(13)以及所述主缸壳体(16)的内壁抵靠。

6.根据权利要求5所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述的主缸壳体(16)上设有油壶(17)，所述的主缸壳体(16)上开设有供液孔(B)、补偿孔(C)以及排液孔(E)，其中，所述供液孔(B)连通所述第二腔体(A)与所述油壶(17)，所述补偿孔连通所述第一腔体(D)与所述油壶(17)，所述排液孔(E)连通所述第一腔体(D)，所述的活塞(13)上设有第一皮碗(14)，在所述弹性复位件的预压状态下，所述第一皮碗(14)位于所述供液孔(B)和补偿孔(C)之间。

7.根据权利要求6所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述的活塞(13)上设有第二皮碗(12)，所述第二腔体(A)位于所述第一皮碗(14)和所述第二皮碗(12)之间。

8.根据权利要求1所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述丝母(7)朝向所述活塞(13)的一侧开设有容纳所述螺杆副的凹槽。

9.根据权利要求1所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述的丝杠(6)远离电机(1)的端面上开设有“一”字型凹槽，所述螺杆(8)与丝杠(6)相连接的端面上设有与所述“一”字型凹槽相配合的“一”字型凸起，所述螺杆(8)的“一”字型凸起插入至丝杠(6)的“一”字型凹槽内。

10.根据权利要求1所述的一种极限位置自锁的高动态特性的电动缸装置，其特征在于，所述的弹性复位件为复位弹簧(15)。

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