CN102322491A - 汽车电子机械制动系统执行装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车电子机械制动系统执行装置，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)的转子轴(7-1)与滚柱丝杠副丝杠(5)同轴，并由连接部件(6)配合键(6-3)紧固连接；键(6-3)配合对转子轴(7-1)与滚柱丝杠副丝杠(5)周向定位，弹簧挡圈(6-1)对转子轴(7-1)与滚柱丝杠副丝杠(5)轴向定位，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。由于采用永磁无刷直流伺服电机，执行部分选用行星滚柱丝杠，省去了齿轮减速机构，执行装置结构更加简单。

Description

汽车电子机械制动系统执行装置

技术领域

本发明涉及一种制动系统执行装置，特别是涉及一种汽车电子机械制动系统执行装置。

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2008.10P24-27”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，本发明提供一种汽车电子机械制动系统执行装置。该装置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。

本发明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装置，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、滚柱丝杠副丝杠5和连接部件6。所述电机7的转子轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5同轴，并由连接部件6配合键6-3紧固连接。连接套筒6-2与键6-3配合，转子轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5进行周向定位，弹簧挡圈6-1对转子轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5进行轴向定位，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。

所述电机7是永磁无刷直流伺服控制电机。

所述滚柱丝杠副丝杠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。

所述滚柱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的螺距一致。

所述连接部件6包括弹簧挡圈6-1、连接套筒6-2、键6-3、紧定螺钉6-4；所述连接套筒6-2为筒形结构，其轴向有与键6-3匹配的通形键槽。所述键6-3带有螺纹孔，紧定螺钉6-4穿过螺纹孔将键6-3固定于转子轴7-1和滚柱丝杠副丝杠5的对接部分轴端的键槽中，转子轴7-1和滚柱丝杠副丝杠5的对接部分与连接套筒6-2起始位置对应处有环形槽，用来安装弹簧挡圈6-1。

本发明的有益效果是：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发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明汽车电子机械制动系统执行装置的剖视图。

图2是图1中连接部件的剖视放大图。

图3是图2连接套筒的轴侧放大图。

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-连接部件；6-1-弹簧挡圈；6-2-连接套筒；6-3-键；6-4-紧定螺钉；7-电机；7-1-电机轴；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。本发明汽车电子机械制动系统执行装置包括制动盘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、连接部件6和电机7。制动钳块2包夹制动盘1，所述电机7的转子轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5同轴，并由连接部件6配合键6-3紧固连接。连接套筒6-2与键6-3配合，转子轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5进行周向定位，弹簧挡圈6-1对转子轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5进行轴向定位，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。

电机7的转子轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5同轴，转子轴7-1和滚柱丝杠副丝杠5的对接部分轴端均有半圆形键槽，键槽底部有固定键的螺纹孔。键槽内侧车有安装弹簧挡圈6-1的环形槽，弹簧挡圈6-1为标准件，连接套筒6-2基体为筒形结构，并在其内部铣出一通形键槽。

连接部件6包括弹簧挡圈6-1、连接套筒6-2、键6-3、紧定螺钉6-4；所述连接套筒6-2为筒形结构，其轴向有与键6-3匹配的通形键槽。所述键6-3带有螺纹孔，紧定螺钉6-4穿过螺纹孔将键6-3固定于转子轴7-1和滚柱丝杠副丝杠5的对接部分轴端的键槽中，转子轴7-1和滚柱丝杠副丝杠5的对接部分与连接套筒6-2起始位置对应处有环形槽，用来安装弹簧挡圈6-1。

安装时，先将连接套筒6-2穿入滚柱丝杠副丝杠5轴的左侧，然后将滚柱丝杠副丝杠5与电机的转子轴7-1对齐并放入A型键，并分别旋入键槽两端的紧定螺钉6-4。待连接套筒6-2安装完成后，将两个弹簧挡圈6-1分别置于电机的转子轴7-1和滚柱丝杠副丝杠5上的环形槽内。这样，键6-3与连接套筒6-2起到了电机的转子轴7-1和滚柱丝杠副丝杠5两轴间的周向定位，保证了电机轴7-1与滚柱丝杠副丝杠5的同步运转。同时，连接套筒6-2两侧的弹簧挡圈6-1起到了轴向定位，防止连接套筒6-2轴向滑移。

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。

滚柱丝杠副选用丝杠厂家的成型产品。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的螺距一致。

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装置工作流程：

制动时，控制电机7驱动滚柱丝杠副丝杠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驱动滚柱丝杠副丝杠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 (5)

1.一种汽车电子机械制动系统执行装置，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)、滚柱丝杠副丝杠(5)和连接部件(6)；所述电机(7)的转子轴(7-1)与滚柱丝杠副丝杠(5)同轴，并由连接部件(6)配合键(6-3)紧固连接；连接套筒(6-2)与键(6-3)配合，转子轴(7-1)与滚柱丝杠副丝杠(5)进行周向定位，弹簧挡圈(6-1)对转子轴(7-1)与滚柱丝杠副丝杠(5)进行轴向定位，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。

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

3.根据权利要求1所述的汽车电子机械制动系统执行装置，其特征在于：所述滚柱丝杠副丝杠(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。

4.根据权利要求1所述的汽车电子机械制动系统执行装置，其特征在于：所述滚柱(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)的螺距一致。

5.根据权利要求1所述的汽车电子机械制动系统执行装置，其特征在于：所述连接部件(6)包括弹簧挡圈(6-1)、连接套筒(6-2)、键(6-3)、紧定螺钉(6-4)；所述连接套筒(6-2)为筒形结构，其轴向有与键(6-3)匹配的通形键槽；所述键(6-3)带有螺纹孔，紧定螺钉(6-4)穿过螺纹孔将键(6-3)固定于转子轴(7-1)和滚柱丝杠副丝杠(5)的对接部分轴端的键槽中，转子轴(7-1)和滚柱丝杠副丝杠(5)的对接部分与连接套筒(6-2)起始位置对应处有环形槽，用来安装弹簧挡圈(6-1)。

Images