CN103486163B - 车辆电子机械制动***压电式制动执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，它包括制动钳体、壳体、活塞、制动活塞组件、回位弹簧、位移放大机构、压电元件及摩擦块，制动活塞组件可滑动地安装在制动钳体上，活塞与压电元件位于壳体内，活塞的一侧与压电元件相抵接，所述的位移放大机构设置在活塞的另一侧与制动活塞组件之间，回位弹簧的一端抵接在制动钳体上，另一端抵接在制动活塞组件上。位移放大机构包括位移放大杠杆、凸点、固定铰链及其底座等，利用杠杆原理对压电元件的小位移量进行放大，满足摩擦块移动位移的需求。本发明通过调节压电元件所施加的电场值，实现对车轮制动力的控制，可以提高制动***的动态响应性能及制动性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，属于车辆制动技术领域。
背景技术
制动***是汽车的重要组成部分之一，直接关系到汽车综合性能及生命财产安全，包括行车制动器、驻车制动器和辅助制动器。行车制动器为汽车主制动器，一般采用鼓式或盘式摩擦制动方式，将汽车的动能、势能通过摩擦转化为热能，实现汽车减速或制动的目的。虽然传统液压式、气压式行车制动器能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着响应速度慢、不可主动调节、不易于集成控制等不足之处，不适合当前汽车的发展要求。
电子机械制动***(EMB)是线控制动***中的一种，由制动踏板模块、电子控制模块、制动执行机构等组成，取消了传统制动***中液压、气压部件，以电线为信息传递媒介，电驱动元件为制动执行机构，控制单元根据制动踏板位置传感器信号识别驾驶员制动意图，控制制动执行机构动作，实现对车轮制动力的控制。EMB***具有没有制动介质、不需真空助力装置、反应快速、可主动调节及易于集成控制等特点，弥补了传统制动***结构原理上的不足，代表着汽车行车制动器的发展趋势。目前，EMB***的制动执行机构普遍由驱动电机、减速增扭机构、运动转换机构等组成，驱动电机经过减速增扭机构增加转矩，再由运动转换机构将旋转运动转换为直线运动，推动摩擦块压向制动盘，实现车轮制动。电机式制动执行机构结构较为复杂，且由于驱动电机工作于“堵转”的环境下，影响了EMB***的工作性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，它能够提高制动***的动态响应性能及制动性能，实现对车轮制动力的控制。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，它包括制动钳体、壳体、活塞、制动活塞组件、回位弹簧、位移放大机构、压电元件和分别位于车辆的制动盘两侧并与制动盘配合制动的摩擦块，制动活塞组件可滑动地安装在制动钳体上，活塞和压电元件位于壳体内，活塞的一侧与压电元件相抵接，所述的位移放大机构设置在活塞的另一侧与制动活塞组件之间以便当压电元件施加外电场产生在活塞轴向方向上的机械变形从而形成该方向上的轴向位移时位移放大机构将其转变为制动活塞组件的轴向位移使制动盘与摩擦块相接触配合产生制动，所述的回位弹簧的一端抵接在制动钳体上，另一端抵接在制动活塞组件上以便当压电元件去除外电场，在活塞轴向方向上的机械变形消失时提供给制动活塞组件的轴向反向推动力以使制动活塞组件回位和使制动盘与摩擦块相分离以使制动消失。
进一步，所述的位移放大机构包括至少两级位移放大单元，每级位移放大单元包括位移放大杠杆、固定底座和凸点，固定底座固定连接在壳体内，位移放大杠杆的固定端铰接在固定底座上以便其自由端绕铰接处转动，所述的凸点设置在相对应的位移放大杠杆的自由端部上，并且该凸点与相邻的位移放大单元的位移放大杠杆上凸点和铰接处之间的部位相接触，所述的最末级的位移放大单元的位移放大杠杆上的凸点与制动活塞组件相抵接，所述的活塞的另一侧抵接在第一级位移放大单元的位移放大杠杆上凸点和铰接处之间的部位上。
进一步，所述的位移放大机构包括中间活塞、支点单元和至少两级位移放大单元，支点单元包括支点固定底座和支点位移放大杠杆，支点位移放大杠杆的中部铰接在支点固定底座上，每级位移放大单元包括位移放大杠杆、固定底座和凸点，固定底座固定连接在壳体内，位移放大杠杆的固定端铰接在固定底座上以便其自由端绕铰接处转动，所述的凸点设置在相对应的位移放大杠杆的自由端部上，并且该凸点与相邻的位移放大单元的位移放大杠杆上凸点和铰接处之间的部位相接触，所述的最末级的位移放大单元的位移放大杠杆上的凸点通过中间活塞与支点位移放大杠杆的一端相抵接，支点位移放大杠杆的另一端与制动活塞组件相抵接，所述的活塞的另一侧抵接在第一级位移放大单元的位移放大杠杆上凸点和铰接处之间的部位上。
进一步，所述的制动活塞组件包括制动活塞和制动活塞杆，制动活塞杆的一端与位移放大机构相活动连接，另一端与制动活塞相固定连接，所述的回位弹簧套装在制动活塞杆上并与其抵接。
进一步，所述的压电元件具有多组主要由压电陶瓷层以及分别形成在压电陶瓷层两侧的正电极层和负电极层构成的压电单元件，并且正电极层和负电极层依次电性连接。
进一步，所述的壳体上设置有连接插头，所述的正电极层和负电极层依次电性连接后与连接插头相连接。
进一步，所述的壳体上设有一个风冷或水冷式散热装置。
更进一步，所述的制动钳体为浮钳盘式，所述的位移放大单元为两个。
采用了上述技术方案后，本发明的压电元件在压电陶瓷极化方向上施加电场，在电场作用下压电陶瓷会发生机械变形或产生机械应力；当外电场撤去时，这些变形或应力也会随之消失，压电陶瓷受电场作用所产生的变形量或应力值与电场的大小成正比。通过调节供给压电元件的电压值或供电脉冲占空比，由位移放大机构将活塞的小位移量放大成制动活塞组件的大位移量，驱动制动活塞动作，实现对车轮制动力的精确控制。基于逆压电效应的车辆电子机械制动***压电式制动执行机构具有极高的动态响应性能，可以增加制动压力调节的频率及控制精度，提高EMB***的动态响应性能及制动性能。本发明可以避免电机式制动执行机构的“堵转”现象，具有结构简单、便于安装、可靠性高等优点。
附图说明
图1为本发明的车辆电子机械制动***压电式制动执行机构的第一种实施例的结构示意图；
图2为本发明的车辆电子机械制动***压电式制动执行机构的第二种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，包括制动钳体4、壳体17、活塞16、制动活塞组件5、回位弹簧3、位移放大机构、压电元件18和分别位于车辆的制动盘1两侧并与制动盘1配合制动的摩擦块2，制动活塞组件5可滑动地安装在制动钳体4上，活塞16和压电元件18位于壳体17内，活塞16的一侧与压电元件18相抵接，位移放大机构设置在活塞16的另一侧与制动活塞组件5之间以便当压电元件18施加外电场产生在活塞16轴向方向上的机械变形从而形成该方向上的轴向位移时位移放大机构将其转变为制动活塞组件5的轴向位移使制动盘1与摩擦块2相接触配合产生制动，回位弹簧3的一端抵接在制动钳体4上，另一端抵接在制动活塞组件5上以便当压电元件18去除外电场，在活塞16轴向方向上的机械变形消失时提供给制动活塞组件5的轴向反向推动力以使制动活塞组件5回位和使制动盘1与摩擦块2相分离以使制动消失。
如图1所示，位移放大机构包括至少两级位移放大单元，每级位移放大单元包括位移放大杠杆15、固定底座11和凸点6，固定底座11固定连接在壳体17内，位移放大杠杆15的固定端通过固定铰链10铰接在固定底座11上以便其自由端绕铰接处转动，凸点6设置在相对应的位移放大杠杆15的自由端部上，并且该凸点6与相邻的位移放大单元的位移放大杠杆15上凸点6和铰接处之间的部位相接触，最末级的位移放大单元的位移放大杠杆15上的凸点6与制动活塞组件5相抵接，活塞16的另一侧抵接在第一级位移放大单元的位移放大杠杆15上凸点6和铰接处之间的部位上。图1的位移放大单元为两个，但不限于此。
如图1所示，回位弹簧3为圆柱螺旋压缩弹簧，安装于制动活塞组件5与制动钳体4之间，初始状态即承受一定压缩力，将制动活塞组件5压至最左侧位置，使摩擦块2与制动盘1分离，制动盘1上没有制动力。
制动活塞组件5包括制动活塞5-1和制动活塞杆20，制动活塞杆20的一端与位移放大机构相活动连接，另一端与制动活塞5-1相固定连接，回位弹簧3套装在制动活塞杆20上并与其抵接。
压电元件18具有多组主要由压电陶瓷层以及分别形成在压电陶瓷层两侧的正电极层和负电极层构成的压电单元件，并且正电极层和负电极层依次电性连接。壳体17上设置有连接插头19，正电极层和负电极层依次电性连接后与连接插头19相连接。压电元件18根据需要供给0~600伏的电压。一般3厘米长的压电元件18可以包含300多层厚度为80微米的压电陶瓷薄片。压电元件18的供电电压由连接插头19接入，直流低电压至直流高电压的转变由DC-DC升压变换器完成。
当压电元件18得电产生机械变形时，输出载荷克服回位弹簧3弹力推动活塞16向右侧移动，通过位移放大机构对活塞16位移进行放大后，由最末级的位移放大单元的位移放大杠杆15推动制动活塞杆20及制动活塞5-1向右侧移动，使摩擦块2与制动盘1接触，制动盘1上产生制动力。产生的制动力大小随压电元件18上所施加的电压值变化而改变。当压电元件18失电时，压电元件18变形消失，在回位弹簧3的作用下，制动活塞杆20及制动活塞5-1向左侧移动，摩擦块2与制动盘1分离，制动盘1上的制动力消失，同时通过第一级位移放大单元的位移放大杠杆15推动活塞16向左侧移动回位，通过连续不断调节压电元件18上所施加的电压值或供电脉冲占空比，可以实现对车轮制动力的精确控制。
壳体17上设有一个风冷或水冷式散热装置，控制本制动执行机构的温度，降低温度对本制动执行机构的影响。
壳体17与制动钳体4按照合理方式可以固定连接为一体。
本压电式制动执行机构的各个部件可以被制成一个整体，每个车轮制动盘的适当位置上安装一个压电式制动执行机构，它们之间相对独立，可以充分发挥各个车轮的附着系数，且若其中一个制动执行机构出现问题，其他几个制动执行机构仍能正常工作，提高了车辆的制动性能及安全性能。
实施例二
如图2所示，一种车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，包括制动钳体4、壳体17、活塞16、制动活塞组件5、回位弹簧3、位移放大机构、压电元件18和分别位于车辆的制动盘1两侧并与制动盘1配合制动的摩擦块2，制动活塞组件5可滑动地安装在制动钳体4上，活塞16和压电元件18位于壳体17内，活塞16的一侧与压电元件18相抵接，所述的位移放大机构设置在活塞16的另一侧与制动活塞组件5之间以便当压电元件18施加外电场产生在活塞16轴向方向上的机械变形从而形成该方向上的轴向位移时位移放大机构将其转变为制动活塞组件5的轴向位移使制动盘1与摩擦块2相接触配合产生制动，回位弹簧3的一端抵接在制动钳体4上，另一端抵接在制动活塞组件5上以便当压电元件18去除外电场，在活塞16轴向方向上的机械变形消失时提供给制动活塞组件5的轴向反向推动力以使制动活塞组件5回位和使制动盘1与摩擦块2相分离以使制动消失。
如图2所示，壳体13固定连接在制动钳体4的上方，并且壳体13和制动钳体4上安装有后端盖9，位移放大机构包括中间活塞12、支点单元和至少两级位移放大单元，支点单元包括支点固定底座8和支点位移放大杠杆7，支点位移放大杠杆7的中部通过一固定铰链10铰接在支点固定底座8上，支点固定底座8固定在后端盖9上，每级位移放大单元包括位移放大杠杆15、固定底座11和凸点6，固定底座8固定连接在壳体17内，位移放大杠杆15的固定端通过另一固定铰链10铰接在固定底座8上以便其自由端绕铰接处转动，凸点6设置在相对应的位移放大杠杆15的自由端部上，并且该凸点6与相邻的位移放大单元的位移放大杠杆上凸点6和铰接处之间的部位相接触，最末级的位移放大单元的位移放大杠杆15上的凸点6通过中间活塞12与支点位移放大杠杆7的一端相抵接，支点位移放大杠杆7的另一端与制动活塞组件5相抵接，活塞16的另一侧抵接在第一级位移放大单元的位移放大杠杆15上凸点6和铰接处之间的部位上。图2的位移放大单元为两个，但不限于此。
压电元件18具有多组主要由压电陶瓷层以及分别形成在压电陶瓷层两侧的正电极层和负电极层构成的压电单元件，并且正电极层和负电极层依次电性连接。
壳体17上设置有连接插头19，正电极层和负电极层依次电性连接后与连接插头19相连接。压电元件18的供电电压由连接插头19接入，直流低电压至直流高电压的转变由DC-DC升压变换器完成。
当压电元件18得电产生机械变形时，输出载荷克服回位弹簧3弹力推动活塞16向左侧移动，通过位移放大机构对活塞16位移进行放大后，由支点位移放大杠杆7推动制动活塞组件5向右侧移动，使摩擦块2与制动盘1接触，制动盘1上产生制动力。产生的制动力大小随压电元件18上所施加的电压值变化而改变。当压电元件18失电时，压电元件18变形消失，在回位弹簧3的作用下，制动活塞组件5向左侧移动，摩擦块2与制动盘1分离，制动盘1上的制动力消失，同时通过第一级位移放大单元的位移放大杠杆15推动活塞16向右侧移动回位，通过连续不断调节压电元件18上所施加的电压值或供电脉冲占空比，可以实现对车轮制动力的精确控制。
当压电元件18得电产生机械变形时，活塞16的小位移量经过第一级位移放大单元的位移放大杠杆15、第二级位移放大单元的位移放大杠杆15、中间活塞12及支点位移放大杠杆7后，放大为制动活塞组件5的大位移量，推动摩擦块2压向制动盘1，实现车轮制动。当压电元件18失电时，压电元件18变形消失，在回位弹簧3的作用下，制动活塞组件5向左侧移动，摩擦块2与制动盘1分离，制动盘1上的制动力消失，同时制动活塞5经过支点位移放大杠杆7、中间活塞12、第二级位移放大单元的位移放大杠杆15及第一级位移放大单元的位移放大杠杆15，推动活塞16向右侧移动回位。
壳体17上设有一个风冷或水冷式散热装置，控制本制动执行机构的温度，降低温度对本制动执行机构的影响。
壳体17与制动钳体4按照合理方式可以固定连接为一体。
本压电式制动执行机构的各个部件被制成一个整体，每个车轮制动盘的适当位置上安装一个本压电式制动执行机构，它们之间相对独立，可以充分发挥各个车轮的附着系数，且若其中一个制动执行机构出现问题，其他几个制动执行机构仍能正常工作，提高了车辆的制动性能及安全性能。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，其特征在于：它包括制动钳体(4)、壳体(17)、活塞(16)、制动活塞组件(5)、回位弹簧(3)、位移放大机构、压电元件(18)和分别位于车辆的制动盘(1)两侧并与制动盘(1)配合制动的摩擦块(2)，制动活塞组件(5)可滑动地安装在制动钳体(4)上，活塞(16)和压电元件(18)位于壳体(17)内，活塞(16)的一侧与压电元件(18)相抵接，所述的位移放大机构设置在活塞(16)的另一侧与制动活塞组件(5)之间以便当压电元件(18)施加外电场产生在活塞(16)轴向方向上的机械变形从而形成该方向上的轴向位移时位移放大机构将其转变为制动活塞组件(5)的轴向位移使制动盘(1)与摩擦块(2)相接触配合产生制动，所述的回位弹簧(3)的一端抵接在制动钳体(4)上，另一端抵接在制动活塞组件(5)上以便当压电元件(18)去除外电场，在活塞(16)轴向方向上的机械变形消失时提供给制动活塞组件(5)的轴向反向推动力以使制动活塞组件(5)回位和使制动盘(1)与摩擦块(2)相分离以使制动消失，所述的位移放大机构包括中间活塞(12)、支点单元和至少两级位移放大单元，支点单元包括支点固定底座(8)和支点位移放大杠杆(7)，支点位移放大杠杆(7)的中部铰接在支点固定底座(8)上，每级位移放大单元包括位移放大杠杆(15)、固定底座(11)和凸点(6)，固定底座(11)固定连接在壳体(17)内，位移放大杠杆(15)的固定端铰接在固定底座(11)上以便其自由端绕铰接处转动，所述的凸点(6)设置在相对应的位移放大杠杆(15)的自由端部上，并且该凸点(6)与相邻的位移放大单元的位移放大杠杆上凸点(6)和铰接处之间的部位相接触，最末级的位移放大单元的位移放大杠杆(15)上的凸点(6)通过中间活塞(12)与支点位移放大杠杆(7)的一端相抵接，支点位移放大杠杆(7)的另一端与制动活塞组件(5)相抵接，所述的活塞(16)的另一侧抵接在第一级位移放大单元的位移放大杠杆(15)上凸点(6)和铰接处之间的部位上。
2.根据权利要求1所述的车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，其特征在于：所述的压电元件(18)具有多组主要由压电陶瓷层以及分别形成在压电陶瓷层两侧的正电极层和负电极层构成的压电单元件，并且正电极层和负电极层依次电性连接。
3.根据权利要求2所述的车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，其特征在于：所述的壳体(17)上设置有连接插头(19)，所述的正电极层和负电极层依次电性连接后与连接插头(19)相连接。
4.根据权利要求3所述的车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，其特征在于：所述的壳体(17)上设有一个风冷或水冷式散热装置。
5.根据权利要求1所述的车辆电子机械制动***压电式制动执行机构，其特征在于：所述的位移放大单元为两级。
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