CN109515418B - 一种电子液压制动***的机械执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种电子液压制动***的机械执行机构，包括减速增扭机构、运动转换机构、间隙调整机构、剖分式壳体、液压缸以及电机；本发明利用行星轮系作为减速增扭机构，将电机的扭矩增大后传递给圆筒，圆筒上开设四道从下到上斜率逐渐变小的圆弧型轨道，上下两轨道面带一定斜度；圆台滚动体置于圆弧形轨道内；通过圆筒周向旋转，驱动圆台滚动体从圆筒上圆弧形轨道下轨道面的最低处沿着轨道面向上滚动，推动支架、推杆与推板产生轴向位移，进一步推动活塞向上移动，产生作用在制动轮缸上的液压力。本发明公开的电子液压制动***机械执行机构具有制动可靠、间隙可调、响应速度快等优点。

Description

一种电子液压制动***的机械执行机构

技术领域

本发明涉及汽车线控制动领域，更具体地涉及一种电子液压制动***领域。

背景技术

随着科学与技术的不断进步和汽车保有量的不断增加，人们对汽车安全性能的要求与日俱增。优异的制动性能和一体化的底盘综合控制技术是现代汽车安全性的一个重要评价指标。传统的车辆制动***虽然能满足现有制动法规关于制动性能的各项要求，但还存在制动效能低、响应慢、结构复杂、维修困难、制动液污染环境等缺点。为此，人们提出了有望解决以上问题的线控***，线控制动***应运而生。

线控制动***主要分为两类：电子机械制动***和电子液压制动***。

电子机械制动***主要由电源、电机、减速增扭机构、运动转换装置、传感器以及电子控制单元组成。制动时，驾驶员踩下制动踏板，踏板压力传感器和踏板位移传感器将踏板力和踏板位移信号传递给电子控制单元。电子控制单元经过计算，给电机输入相应的电流控制电机输出一定的转速和扭矩，该转速和扭矩经过减速增扭机构将转速降低扭矩增大后传递给运动转换机构，运动转换机构将来自电机的转动运动转换为平动运动，进一步地推动摩擦片与制动盘接触产生制动。电子机械制动，由于采用电子与机械结合的方式进行制动，在能量传递方面，彻底抛弃了传统的液压管路和真空制动器，用电机作为制动的驱动机构，具有质量轻、制动迅速的特点。电子机械制动***曾被认为是未来制动执行***的主要形式，但仍需要解决车载42V电源、可靠性、容错性、抗干扰等诸多关键问题，因此一直得不到广泛应用

电子液压制动***是在传统的液压制动器的基础上发展起来的，电子液压制动***是由制动踏板单元、液压驱动单元、传感器、制动执行单元、电子控制单元组成。制动时，驾驶员踩下制动踏板，踏板单元产生反力,模拟踏板感觉。踏板压力传感器和踏板位移传感器将踏板力和踏板位移信号传递给电子控制单元，电子控制单元经过计算，控制液压驱动单元产生相应的液压力，液压力作用在制动执行单元上产生制动效果。液压驱动单元产生液压力通常有两种方案，一种是采用液压泵+高压蓄能器，通过高压蓄能器的高压能量来提供主缸压力或轮缸压力。一种是电动机+减速机构，通过电动机将力矩转化成直线运动机构上的推力从而推动主缸或液压缸活塞产生制动压力。电子液压制动具有结构紧凑、改善制动效能、噪声小且具有更好的踏板感觉。

电子液压制动***作为一种比较新型的制动***，发展时间较短，但是发展前景十分广阔，各大汽车厂商和研究机构都在积极开发这一***。电子液压***是在原有的液压制动***上发展起来的，因此市面上较多采用的是液压泵+高压蓄能器作为液压驱动力的来源。采用液压泵+高压蓄能器方案的电子液压制动***需要额外的高压源，其液压滞后特性很难完全体现线控制动***的响应快速性。为此，各大高校开始了新形式电子液压制动***的相关研究。例如，同济大学于卓平团队研发了一种具有新型解耦方式的电子液压制动***，申请了相关专利。如申请号：201510123264.0，该专利采用带插销的制动踏板，将驾驶员的制动意图输入控制单元，插销与螺杆的滑槽配合实现机械解耦。带滑槽的推杆，通过铰接方式和滚珠丝杠的螺杆机械连接。滚珠丝杠螺杆推动主缸活塞产生制动力。清华大学王之中团队研发了一种用于汽车分布式电子液压制动***，申请了相关专利。如申请号201110095263.1，该专利采用直流电机作为驱动源，电机轴的旋转运动通过滚珠丝杠副带动活塞运动，活塞产生制动压力通过管路作用在制动轮缸上。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足，提出了一种电子液压制动***的机械执行机构。

为了实现上述的目的，本发明采用如下的技术方案:

一种电子液压制动***的机械执行机构，包括减速增扭机构、运动转换机构、间隙调整机构、剖分式壳体、液压缸和电机；减速增扭机构用于将电机的转速降低和扭矩增大大，包括一个太阳轮、三个大行星齿轮、三个小行星齿轮、行星架和齿圈；运动转换机构将电机的旋转运动转换为直线运动，包括圆筒、带小锥度的圆台滚动体和支架；间隙调整机构用于调整活塞在液压缸的初始位置，包括联轴器、推杆和推板；剖分式壳体用于保护内部机械结构。液压缸充满制动液，制动液在活塞的推动下通过制动管路进入制动器，产生液压力。

减速增扭机构的太阳轮的轴直接与电机轴相连，太阳轮与三个大行星齿轮啮合，三个大行星齿轮以中心轴线等角分布，大行星齿轮绕太阳轮公转，同时自转；三个大行星齿轮与三个小行星齿轮分别固定连接，大行星齿轮和小行星齿轮具有相同的转速和旋转方向；三个小行星齿轮与齿圈啮合；齿圈固定在剖分式壳体上；行星架用于支撑大行星齿轮和小行星齿轮，跟随大行星齿轮和小行星齿轮转动，旋转速度与大行星齿轮和小行星齿轮公转速度相同；行星架靠近小行星齿轮的一端嵌入运动转换机构的圆筒的下端，带动圆筒周向转动，行星架与电机之间安装有一个推力球轴承，用于抵消制动反力。

运动转换机构的圆筒上开设四道从下到上斜率逐渐变小的圆弧形轨道，四道所述圆弧形轨道贯穿圆筒内壁且以中心轴线沿圆周等角分布，进一步的各个所述圆弧形轨道上下两轨道面带一定斜度，倾斜方向均向里；圆台滚动体置于圆弧形轨道内，圆台滚动体大端朝外，小端朝里；圆台滚动体的锥度大小与上下两轨道面斜度大小在数值上一致；圆台滚动体两端采用销钉连接方式与支架下端相连。

进一步的，推杆上端制有一段小螺距螺纹，推杆上端颈部预先旋入两个螺母内。推板上制有螺纹孔，螺纹孔与推杆上端螺纹相配合,推杆上端旋入螺纹孔且贯穿推板。旋下推板上端颈部两个螺母，可将推杆与推板锁死。推杆下端为光杆，通过联轴器与支架上端相连，

进一步的，四个支架上端与联轴器之间布置有固定架，防止支架在制动过程中产生摆动，提高机械执行机构的稳定性。

进一步的剖分式壳体的剖分面上左右对称布置各有五个螺纹孔，通过外六角铰制孔螺栓定位连接，组合成整体壳体。

进一步的，活塞固定在推板上，推板边缘开设四道沿圆周等角分布的半圆形凹槽，所述的半圆形凹槽剖分式壳体凸起的半圆形导轨间隙配合，防止推板周向转动。所述半圆形导轨顶端开设有螺纹孔，液压缸通过螺栓固定在剖分式壳体上。

本发明的有益效果：本发明机械执行机构采用行星齿轮系作为减速增扭机构，相比于用齿轮作为减速增扭机构能缩小机械执行机构径向尺寸，与此同时，行星齿轮系传动具有传动比大、效率高的优点，能达到较好的减速增扭效果；运动转换机构利用圆台滚动体在开设有从下到上斜率逐渐变小的圆弧型轨道内滚动，产生轴向位移，实现制动功能；进一步的，轨道从下到上斜率逐渐变小，圆台滚动体在制动初始阶段轨道斜率较大能产生较大的轴向位移，此时制动衬片与制动盘尚未接触，制动阻力小，有利于快速消除制动衬片与制动钳之间的间隙；随着圆台滚动体继续滚动，轨道面的斜率逐渐变小，轴向力增益效果变大，产生的制动力增大；圆台滚动体与轨道面的接触为线接触，能提高疲劳强度；汽车的长时间使用，制动衬片磨损，造成制动性能下降，推板与推杆采用小螺距的螺纹联接的方式，通过调节推杆调整活塞在液压缸的相对位置，恢复制动性能。

附图说明

图1为本发明实施例中机械执行机构的剖面结构示意图。

图2为本发明实施例中机械执行机构的行星轮系安装示意图。

图3为本发明实施例中机械执行机构的剖分式壳体。

图4为本发明实施例中机械执行机构的推板。

图5为本发明实施例中机械执行机构的液压缸。

图6为本发明实施例中机械执行机构的推杆。

图7为本发明实施例中机械执行机构的固定架。

图8为本发明实施例中机械执行机构的支架。

图9为本发明实施例中机械执行机构的圆筒。

图10为本发明实施例中机械执行机构的圆台滚动体。

图中：1-电机；6-剖分式壳体；21-太阳轮；22-大行星齿轮；25-小行星齿轮；46-联轴器；42-推板；31-支架；5-液压缸；51-活塞；52-密封圈；44-推杆；45-螺母；43-固定架；33-圆筒；32-圆台滚动体；23-齿圈；24-行星架；7-推力球轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的解释和说明：

实施例1，如图1所示，包括减速增扭机构2、运动转换机构3、间隙调整机构4、剖分式壳体6、液压缸5和电机1；减速增扭机构2用于将电机1的转速降低和扭矩增大，包括一个太阳轮21、三个大行星齿轮22、三个小行星齿轮25、行星架24和齿圈23；运动转换机构3用于将来自电机1的旋转运动转换为直线运动，包括圆筒33、带小锥度的圆台滚动体32和支架31；间隙调整机构4用于调整活塞51在液压缸5的初始位置，包括联轴器46、推杆44、推板42和活塞51；剖分式壳体6用于保护内部机械结构。

减速增扭机构2主要由行星轮系构成，行星轮系的安装示意图如图2所示。太阳轮21的轴直接与电机1的轴相连，太阳轮21与三个大行星齿轮22啮合，三个大行星齿轮22以中心轴线等角分布，大行星齿轮22绕太阳轮21公转同时自转；三个大行星齿轮22与三个小行星齿轮25分别固定连接；剖分式壳体6内壁上制有一道沟槽，齿圈置于沟槽内，并固定；行星架24用于支撑大行星齿轮22和小行星齿轮25，跟随大行星齿轮22和小行星齿轮25转动，旋转速度与大行星齿轮22和小行星齿轮25的公转速度相同；行星架24靠近小行星齿轮25的一端嵌入运动转换机构3的圆筒33的下端，带动圆筒33周向转动；行星架24与电机1之间安装有一个推力球轴承7，用于抵消制动反力。

本发明圆筒33结构如图9所示，圆筒33上开设四道从下到上斜率逐渐变小的圆弧形轨道，四道所述圆弧形轨道贯穿圆筒33内壁，且以中心轴线沿圆周等角分布，进一步的各个所述圆弧形轨道上下两轨道面带一定斜度，倾斜方向均向里；圆台滚动体32置于圆弧形轨道内，圆台滚动体32大端朝外，小端朝里；圆台滚动体32的锥度大小与上下两轨道面斜度大小在数值上一致；圆台滚动体32两端采用销钉连接方式与支架31下端相连。

本发明推杆44结构如图6所示，推杆44上端制有一段小螺距螺纹，推杆44上端颈部预先旋入两个螺母45内。推板42上制有螺纹孔，螺纹孔与推杆44上端螺纹相配合，推杆44上端旋入螺纹孔且贯穿推板42。通过调节推杆44的旋进量可以调节活塞51的相对位置。调节完成后，旋下推杆44上端颈部两个螺母，可将推杆44与推板42锁死。推杆44下端为光杆，通过联轴器46与支架31上端相连，圆柱推块固定在推板42上。

本发明圆台滚动体32结构如图10所示，由于圆台滚动体32有一定的锥度。制动时，将产生向内的弯矩。解除制动时，将产生向外的弯矩。为了消除弯矩，在支架与联轴器之间设置有固定架43，抵消弯矩，同时防止支架在制动过程中产生摆动，提高电子机械制动器的稳定性。

本发明采用的是剖分式壳体6，剖分式壳体6结构如图3所示，剖分式壳体6的剖分面上左右对称布置有五个螺纹孔，通过外六角铰制孔螺母定位连接，组合成整体壳体。

本发明推板结构如图4所示，推板42边缘开设四道沿圆周等角分布的半圆形凹槽，半圆形凹槽与剖分式壳体6上凸起的半圆弧轨道间隙配合，防止推板42产生周向转动。

进一步的，活塞5固定在推板42上，推板42边缘开设四道等角分布的半圆形凹槽，剖分式壳体2内壁上设置有半圆形导轨，防止推板42周向转动。所述半圆形导轨顶端开设有螺纹孔，液压缸5通过螺栓固定在剖分式壳体2上。

本发明的工作原理：电机1带动太阳轮21旋转，同时带动相啮合的三个大行星齿轮22绕太阳轮21公转。三个大行星齿轮22与三个小行星齿轮25固定连接，即大行星齿轮22与小行星齿轮25具有相同的转速和旋转方向。小行星齿轮25与齿圈23啮合，齿圈23固定在剖分式壳体6上，圆筒33与行星架24固定，随同行星架24一起周向转动。实现了将电机1输出力矩经增大传递到圆筒33上。当行星架24带动圆筒33周向转动时，驱动圆台滚动体32从圆筒33上圆弧形轨道的下轨道面的最低处沿着轨道面向上滚动。由于推板42上半圆形凹槽与剖分式壳体的凸起轨道间隙配合，因此推板42、推杆44以及支架31不会发生周向转动。支架31下端连接圆台滚动体32两端，圆台滚动体32的滚动推动支架31产生轴向位移，该轴向位移通过推杆44作用在推板42上，推板42再推动活塞51产生制动压力。由于轨道从下到上斜率逐渐变小，圆台滚动体32在制动初始阶段能产生较大的轴向位移，有利于快速消除制动衬片与制动盘的间隙。随着圆台滚动体32继续滚动，轨道面的斜率逐渐变小，轴向位移变慢，轴向力增益效果变大，产生的液压力增大。

制动时，通过调节电机1的输入电流和占空比，控制电机1的输出扭矩。电机1的扭矩通过减速增扭机构放大传递给圆筒33，进而驱动布置在圆筒33上的圆弧形轨道内的圆台滚动体32滚动至相应的位置，产生一定的轴向位移，由此调节制动轮缸的液压力。

解除制动时，控制电机1反向转动，输出扭矩经过放大后传递给圆筒33，圆筒33反向转动，驱动圆台滚动体32沿着圆筒32上轨道的上轨道面滚动，将支架31拉回，进一步的将推板42和活塞51拉回，轮缸压力下降。

为了在描述上更加简洁，以上实施方法仅为了表达本发明的原理而采取示例性实施方式，本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的前提下对本发明的改进，也视为在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电子液压制动***的机械执行机构，其特征在于：包括减速增扭机构（2）、运动转换机构（3）、间隙调整机构（4）、剖分式壳体（6）、液压缸（5）和电机（1）；减速增扭机构（2）用于将电机（1）的转速降低和扭矩增大，包括一个太阳轮（21）、三个大行星齿轮（25）、三个小行星齿轮（25）、行星架（24）和齿圈（23）；运动转换机构（3）将来自电机（1）的旋转运动转换为直线运动，包括圆筒（33）、带小锥度的圆台滚动体（32）和支架（31）；间隙调整机构（4）用于调整活塞（51）在液压缸（5）的初始位置，包括联轴器（46）、推杆（44）、推板（42）和活塞（51）；剖分式壳体（6）用于保护内部机械结构；液压缸（5）充满制动液，制动液在活塞（51）的推动下通过制动管路进入制动器，产生液压力；

减速增扭机构（2）的太阳轮（21）的轴直接与电机（1）的轴相连，太阳轮（21）与三个大行星齿轮（25）啮合，三个大行星齿轮（25）以中心轴线等角分布，大行星齿轮（25）绕太阳轮（21）公转，同时自转；三个大行星齿轮（25）与三个小行星齿轮（25）分别固定连接，大行星齿轮（25）和小行星齿轮（25）具有相同的转速和旋转方向；三个小行星齿轮（25）与齿圈（23）相啮合；齿圈（23）固定在剖分式壳体（6）上；行星架（24）用于支撑大行星齿轮（25）和小行星齿轮（25），跟随大行星齿轮（25）和小行星齿轮（25）转动，旋转速度与大行星齿轮（25）和小行星齿轮（25）的公转速度相同；行星架（24）靠近小行星齿轮（25）的一端嵌入运动转换机构（3）的圆筒（33）的下端，带动圆筒（33）周向转动；行星架（24）与电机（1）之间安装有一个推力球轴承，用于抵消制动反力；

运动转换机构（3）的圆筒（33）上开设四道从下到上斜率逐渐变小的圆弧形轨道，四道所述圆弧形轨道贯穿圆筒（33）内壁，且以中心轴线沿圆周等角分布，进一步的各个所述圆弧形轨道上下两轨道面带一定斜度，倾斜方向均向里；圆台滚动体（32）置于圆弧形轨道内，圆台滚动体大端朝外，小端朝里；圆台滚动体（32）的锥度大小与上下两轨道面斜度大小在数值上一致；圆台滚动体（32）两端采用销钉连接方式与支架（31）下端相连；

推杆（44）上端制有一段小螺距螺纹，推杆（44）上端颈部预先旋入两个螺母内；推板（42）上制有螺纹孔，螺纹孔与推杆（44）上端螺纹相配合，推杆（44）上端旋入螺纹孔且贯穿推板（42）；旋下推杆（44）上端颈部两个螺母（45），可将推杆（44）与推板（42）锁死；推杆（44）下端为光杆，通过联轴器（46）与支架（31）上端相连- 。

2.如权利要求1所述的一种电子液压制动***的机械执行机构，其特征在于：四个支架（31）上端与联轴器（46）之间布置有固定架（43），防止支架（31）在制动过程中产生摆动，提高机械执行机构的稳定性。

3.如权利要求1所述的一种电子液压制动***的机械执行机构，其特征在于：剖分式壳体（6）的剖分面上左右对称布置有五个螺纹孔，通过外六角铰制孔螺母定位连接，组合成整体壳体。

4.如权利要求1所述的一种电子液压制动***的机械执行机构，其特征在于：圆柱推块固定在推板（42）上，推板（42）边缘开设四道沿圆周等角分布的半圆形凹槽，剖分式壳体（6）设置有半圆形导轨，防止推板（42）周向转动；所述半圆形导轨顶端开设有螺纹孔，液压缸（5）通过螺栓固定在剖分式壳体（6）上。

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