CN110469600B - 一种自增力线控制动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自增力线控制动器，包括电机，传动机构，单向离合器，凸轮，大活塞，小活塞，弹性定位装置等。电机通过传动机构驱动单向离合器旋转，单向离合器结合带动凸轮运动，驱动大活塞和制动钳体向相反的方向移动，从制动盘两侧以相同的力将摩擦片压紧，实现高效的自增力制动效果，同时避免其它因素造成的错误自主制动。本发明结构简单，工作可靠，制动效率高，能自动调节制动间隙，并补偿由于摩擦片磨损造成的影响，简化控制***的设计，可用于行车制动及驻车制动。

Description

一种自增力线控制动器
技术领域
本发明涉及制动器领域，具体是能够代替现有的浮钳盘式液压制动器，以电控机械的方式实现摩擦片从两侧以相同的压力夹紧制动盘，同时可以实现制动间隙可调，制动强度可调的线控机械制动器，特指一种自增力线控制动器。
背景技术
线控制动技术是近年来出现的一种新型的制动技术，在制动器和制动踏板之间不依靠机械的或是液力的连接，由控制***接收传感器的信息控制电机工作，实现对于汽车的稳定可靠的制动控制。目前主要有电子液压式制动***(EHB)和电子机械式制动***(EMB)两种。线控制动***有利于整车制动性能的优化，能够方便的与ABS、ASR、ESP等其它电子控制***整合在一起，因此具有广阔的发展空间。
电子液压式制动***(EHB)由传统的液压制动***改造而来，制动过程更加迅速，稳定，提高了汽车的制动安全性和舒适性，但由于保留了液压部件，不具备完全线控制动***的全部优点，通常被看作是电子机械式制动***(EMB)的一种先期的产品。
电子机械式制动***(EMB)通过电机驱动机械机构实现制动过程，大大简化了制动***的结构，使制动器更加易于布置、装配和检修。但现有的电子机械式制动***由于在制动器部分往往缺少制动间隙自动调节的功能，使制动器在外部环境变化以及摩擦片磨损的情况下引起制动执行器效率变化不定的问题，从而给制动效能控制带来一定的困难。同时，大部分制动器存在结构比较复杂，安装尺寸较大等问题。
当前的电子机械制动器大都基于盘式制动器设计而成，在电子机械制动器中引入楔式机构，可以产生自增力的效果，通过较小的电机驱动力，得到较大的制动效能。盘式制动器的自由间隙很小，当摩擦片和制动盘之间由于杂质、不平度等原因出现接触时，由于楔式机构的自增力特性，很容易出现错误制动的情况。
发明内容
本发明的目的在于提出一种自增力线控制动器。本发明具有结构简单，工作可靠等优点，能够实现制动间隙的自动调节，同时通过大活塞与安装孔的配合，避免楔式机构产生自增力效果的同时，出现误制动的情况。
实现本发明目的的技术方案如下：
设有一种自增力线控制动器，包含电机，传动机构，单向离合器，凸轮，大活塞，小活塞，弹性定位装置，制动钳体，制动盘，摩擦片；所述的摩擦片有两片，对称布置在所述的制动盘两侧，一个安装在所述的大活塞上，一个安装在所述的制动钳体上；所述的大活塞经由所述的弹性定位装置安装在所述的制动钳体上的安装孔中；所述的弹性定位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的大活塞间有较大的摩擦力，当所述的大活塞与所述的制动钳体之间有相对位移时，由于摩擦力作用使所述的弹性定位装置内产生弹性势能；所述的电机连接所述的传动机构的输入元件；所述的传动机构的终端元件连接所述的单向离合器，所述的单向离合器连接所述的凸轮；所述的凸轮与所述的小活塞/制动钳体接触；所述的小活塞安装在所述的制动钳体上，一端与所述的凸轮连接，另一端包括带有一定斜率的曲面；所述的大活塞一端安装所述的摩擦片，另一端包括带有一定斜率的曲面，与小活塞的曲面端接触配合构成接触曲面。
所述的大活塞与所述的制动钳体上的安装孔之间有间隙，此间隙大小大于制动工作中从摩擦片与制动盘接触到产生最大制动效能时的变形量在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈，小于摩擦片与制动盘之间的自由间隙在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈，即，当制动工作时，摩擦片与制动盘接触，由于摩擦力作用，在大活塞和小活塞之间的曲面上产生相对移动，实现自增力效果，当达到最大制动强度时，大活塞与安装孔不接触。当由于摩擦片与制动盘之间的杂质或不平度等使两者接触时，也可以在大小活塞之间的曲面上产生相对移动，在自由间隙被完全消除之前，大活塞与安装孔接触，因而不会出现自增力效果。
还包括在所述的单向离合器和所述的凸轮之间增加传动***。
所述的凸轮结构对称。
当所述的传动机构或所述的传动***中无逆效率为零的传动环节时，采用锁止机构实现所述的电机断电情况下的驻车制动，所述的锁止机构采用电磁制动器或电控机械制动装置，能够在通电时断开，断电时固定传动环节中的传动元件，保持所述的摩擦片和所述的制动盘间压力的大小，实现驻车制动功能；当所述的传动机构或所述的传动***中设置有逆效率为零的传动环节时，可以利用所述的锁止机构实现驻车制动，也可以利用逆效率为零，动力和运动无法反向传递，实现所述的电机断电情况下的驻车制动。
还包括所述的凸轮支承在所述的制动钳体上，所述的凸轮工作面与所述的小活塞接触；或者所述的凸轮支承在小活塞上，所述的凸轮的工作面与所述的制动钳体接触。
还包括在所述的小活塞与所述的制动钳体之间设置摩擦限位装置，所述的摩擦限位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的小活塞间有较大的摩擦力，当所述的小活塞与所述的制动钳体之间有相对位移时，由于摩擦力作用使所述的摩擦限位装置内产生弹性势能；当小活塞和大活塞一起移动时，大活塞弹性定位装置的轴向弹力小于小活塞摩擦限位装置的轴向弹力。
所述的大活塞和所述的小活塞之间的接触曲面可以是斜面、圆弧面、双曲线面、抛物线面等曲面或上述曲面的组合。
还包括在所述的小活塞与所述的凸轮、所述的制动钳体与所述的凸轮之间采用滚子结构，以减小摩擦阻力，提高***工作效率。
还包括在所述的大活塞与所述的小活塞曲面配合的位置采用滚子机构，以减小摩擦阻力。
附图说明
图1是本发明的一种自增力线控制动器的实施例一的主视图。
图2是本发明的一种自增力线控制动器的实施例二的主视图。
附图中标注说明：1-制动钳体 2-凸轮 3-蜗轮 4-主动齿轮 5-芯轴 6-小活塞 7-蜗杆 8-单向离合器 9-锁止轮 10-电机 11-电机轴 12-电磁制动器 13-小密封圈 14-大活塞 15-摩擦片 16-制动盘 17-卡环 18-弹簧 19-从动齿轮 20-电磁线圈 21-回位弹簧22-锁止销 23-大密封圈 24-斜弹簧 25-锥台卡环
具体实施方式
参考附图1，对本发明的一个实施例进行详细描述。
如图1所示，一种自增力线控制动器包含一个制动钳体1，制动钳体1的钳口内有制动盘16，制动盘16的两侧有摩擦片15，一个装在制动钳体1上，一个装在大活塞14上，大活塞14通过大密封圈23装在制动钳体1上，大密封圈23和大活塞14的接触面间有较大的摩擦力，当大活塞14的位移在大密封圈23的弹性变形范围内时，大密封圈23和大活塞14的接触面间无相对运动。大活塞14的另一端有斜面，与同样具有斜面的小活塞6配合安装，小活塞6通过卡环17装在制动钳体1上，卡环17被弹簧18推向远离制动盘16的一侧，弹簧18安装在制动钳体1上。卡环17和小活塞6的接触面间有较大的摩擦力，当小活塞6的位移在弹簧18的弹性变形范围内时，卡环17和小活塞6的接触面间无相对运动。小活塞6的另一侧与凸轮2直接接触，制动钳体1在凸轮2的另一侧与凸轮2直接接触。凸轮2的中心通过单向离合器8与芯轴5相连，芯轴5与蜗轮3固定连接，与蜗轮3配合工作的蜗杆7由电机10驱动。
制动工作时，电机10带动蜗轮蜗杆机构转动，此时单向离合器8结合，带动凸轮2转动，凸轮2推动制动钳体1向右运动，大活塞14/小活塞6向左运动，当摩擦片15与制动盘16接触，产生摩擦力时，由于摩擦力和大小活塞之间的曲面作用，使大活塞14相对于小活塞6移动，实现自增力效果。达到最大制动强度时，大活塞14和安装孔不接触。此时，大密封圈23发生弹性变形，储存弹性势能，大密封圈23和大活塞14的接触面间无相对运动，同时，卡环17和小活塞6一起移动，压缩弹簧18，弹簧18发生弹性变形，储存弹性势能，卡环17和小活塞6的接触面间也无相对运动。解除制动工作时，电机10带动蜗轮蜗杆机构反向转动，此时，单向离合器8分离，凸轮2处于自由状态，大密封圈23和弹簧18储存的弹性势能释放，使大活塞14/小活塞6和制动钳体1相对运动，带动凸轮2在弹性势能作用下反向旋转，所有元件恢复初始位置。
当摩擦片15磨损，厚度变薄后，制动工作时，电机10通过蜗轮蜗杆机构带动单向离合器8结合，驱动凸轮2转动，推动大活塞14/小活塞6和制动钳体1相对运动，大密封圈23和弹簧18的弹性变形量达到最大时，由于摩擦片15磨损，制动效果不佳，此时电机10继续通过结合的单向离合器8驱动凸轮2转动，即大活塞14/小活塞6和制动钳体1继续相对运动，因此，大密封圈23和弹簧18保持最大弹性变形量，而大活塞14克服与大密封圈23之间的摩擦力，小活塞6克服与卡环17之间的摩擦力，以新的接触面相配合，即大活塞14/小活塞6相对于制动钳体1的位移大于大密封圈23/弹簧18的最大弹性变形量。解除制动时，电机10带动蜗轮蜗杆机构反转，单向离合器8分离，大密封圈23/弹簧18的弹性势能释放，使大活塞14/小活塞6和制动钳体1相对运动，带动凸轮2反向旋转，此时大密封圈23和大活塞14、卡环17和小活塞6以新的接触面配合定位，回位位移量仍然是弹簧18的最大弹性变形量，因此保持了制动间隙与磨损前相同，实现了制动间隙的自动调整。
当需要驻车制动时，使电机10驱动摩擦片15压紧制动盘16，达到驻车制动要求，利用逆效率为零的蜗轮蜗杆传动机构实现电机10断电情况下的驻车制动。或者利用锁止机构实现驻车制动功能。
参考附图2，对本发明的另一个实施例进行描述。
附图2的实施例与附图1的实施例主要区别如下：
传动机构不同，附图1中采用蜗轮蜗杆机构传动，与蜗轮3固定连接的芯轴5为传动机构的终端元件，单向离合器8安装在芯轴5和凸轮2之间；附图2中采用齿轮机构传动，与从动齿轮19固定连接的芯轴5为传动机构的终端元件，单向离合器8安装在芯轴5和凸轮2之间。
弹性定位装置不同，附图1中采用大密封圈23实现弹性定位功能，利用大密封圈23的弹性变形储存弹性势能；附图2中采用斜弹簧24和锥台卡环25实现弹性定位功能，利用斜弹簧24产生弹性变形储存弹性势能。
摩擦限位装置不同，附图1中采用卡环17和弹簧18实现小活塞6的摩擦限位功能，利用弹簧18产生弹性变形储存弹性势能；附图2中采用小密封圈13实现摩擦限位功能，利用小密封圈13的弹性变形储存弹性势能。
驻车制动功能实现的方式不同，附图1中，采用逆效率为零的蜗轮蜗杆机构时，可以直接利用蜗轮蜗杆机构实现驻车制动功能，也可以利用锁止机构，即所述的电磁制动器、电控机械制动装置等实现驻车制动功能；附图2中，表示了采用电磁制动器12通电时释放电机轴11，断电时锁止电机轴11实现电机10断电情况下的驻车制动方式，还表示了采用电控机械制动装置的驻车制动方式，电磁线圈20通电时，锁止销22受电磁力作用，压缩回位弹簧21，使锁止销22与锁止轮9互不接触，对制动器的制动或释放没有任何影响；当需要驻车制动时，电机10驱动摩擦片15压紧制动盘16，达到驻车制动要求，然后电磁线圈20断电，锁止销22在回位弹簧21的弹力作用下***锁止轮9的齿中，保持驻车制动效果，即可实现电机10断电情况下的驻车制动功能。
结构与运动特点不同，附图1中，凸轮2与小活塞6和制动钳体1同时接触，凸轮2旋转时对两个方向小活塞、制动钳体都产生推动行程，凸轮2的升程曲线为中心对称形式，凸轮2的安装定位以及运动状态与制动钳体1是相对独立的，互不影响；附图2中，凸轮2的工作面只与小活塞6接触，凸轮2转动时只对一个方向产生推动升程，凸轮2可以做成轴对称形式，如偏心轮等，也可以做成不对称形式，只在驱动小活塞的工作面上有相应的升程曲线，凸轮2通过单向离合器8以芯轴5支承在制动钳体1上，工作过程中，凸轮2除绕自身轴线的运动外，还和制动钳体1一起移动。
如图2所示，制动钳体1的钳口内有制动盘16，制动盘16的两侧有摩擦片15，一个装在制动钳体1上，一个装在大活塞14上，大活塞14通过锥台卡环25装在制动钳体1上，锥台卡环25被斜弹簧24推向远离制动盘16的一侧，斜弹簧24安装在制动钳体1上。锥台卡环25和大活塞14的接触面间有较大的摩擦力，当大活塞14的位移在斜弹簧24的弹性变形范围内时，锥台卡环25和大活塞14的接触面间无相对运动。大活塞14的另一端有斜面，与同样有斜面的小活塞6配合，小活塞6通过小密封圈13安装在制动钳体1上，小活塞6的另一侧与凸轮2直接接触，凸轮2的中心通过单向离合器8与芯轴5相连，芯轴5安装在制动钳体1上，只能绕自身轴线转动，芯轴5与从动齿轮19固定连接，从动齿轮19与主动齿轮4啮合，主动齿轮4固定安装在电机轴11上。
制动工作时，电机10驱动主动齿轮4转动，带动从动齿轮19转动，即芯轴5转动，此时单向离合器8结合，带动凸轮2转动，推动大活塞14/小活塞6向左运动，同时，凸轮2、芯轴5和制动钳体1一起向右移动，带动对应的摩擦片15从两侧以相同的力压向制动盘16，通过大小活塞之间的接触曲面实现高效可靠的自增力制动效果。此时，锥台卡环25和大活塞14一起移动，压缩斜弹簧24，斜弹簧24发生弹性变形，储存弹性势能，锥台卡环25和大活塞14的接触面间无相对运动。同时，小密封圈13发生弹性变形，储存弹性势能，小密封圈13和小活塞6的接触面间也无相对运动。解除制动工作时，电机10带动从动齿轮19反向转动，此时，单向离合器8分离，凸轮2处于自由状态，斜弹簧24和小密封圈13储存的弹性势能释放，使大活塞14/小活塞6和制动钳体1相对运动，带动凸轮2在弹性势能作用下反向旋转，所有元件恢复初始位置。
当摩擦片15磨损，厚度变薄后，制动工作时，电机10通过齿轮机构带动单向离合器8结合，驱动凸轮2转动，推动大活塞14/小活塞6和制动钳体1相对运动，斜弹簧24和小密封圈13的弹性变形量达到最大时，由于摩擦片15磨损，制动效果不佳，此时电机10通过结合的单向离合器8驱动凸轮2继续转动，斜弹簧24和小密封圈13保持最大弹性变形量，而大活塞14克服与锥台卡环25之间的摩擦力，小活塞6克服与小密封圈13之间的摩擦力，以新的接触面相配合。解除制动时，电机10带动齿轮机构反转，单向离合器8分离，斜弹簧24和小密封圈13的弹性势能释放，使大活塞14/小活塞6和制动钳体1相对运动，带动凸轮2旋转，此时小密封圈13和小活塞6以新的接触面配合定位，回位位移量仍然是小密封圈13的最大弹性变形量，因此保持了制动间隙与磨损前相同，实现了制动间隙的自动调整。
当需要驻车制动时，使电机10驱动摩擦片15压紧制动盘16，达到驻车制动要求，然后电磁制动器12断电，锁止电机轴11，保持制动效能不变，此时即可实现电机10断电情况下的驻车制动功能。或者采用电控机械制动装置，在电机轴11上安装锁止轮9，通电时，电磁线圈20使锁止销22回位，断电时，锁止销22***锁止轮9的齿中，实现电机10断电情况下的驻车制动功能。
此实施例中，电控机械制动装置还可以直接作用在主动齿轮4上，或从动齿轮19上，可得到类似的驻车制动效果。
附图1和附图2的实施例中，还可以单独利用大活塞14上的弹性定位装置工作，取消小活塞6上的摩擦限位装置。
在附图1的实施例中，单向离合器8还可以设置在蜗轮3中，或设置在蜗杆7中；在附图2的实施例中，单向离合器8还可以设置在主动齿轮4中，或从动齿轮19中，则传动机构包括从电机输出到单向离合器的部分，传动***包括从单向离合器到凸轮的部分。
传动机构除采用定轴齿轮机构、蜗轮蜗杆机构外还可以采用直接传动、杠杆传动、拉索传动、链传动、带传动、行星齿轮传动等其他传动方式或上述传动方式的组合，弹性定位装置/摩擦限位装置除采用密封圈、弹簧/卡环外也可以采用其他的结构得以实现类似的功能，锁止机构也可以将锁止销作用于其他齿轮上或与齿轮一体的专用锁止棘轮上，或在电机轴上安装棘轮棘爪机构等方式实现锁止功能。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域内的普通技术人员在没有进行创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自增力线控制动器，包含电机，传动机构，单向离合器，凸轮，大活塞，小活塞，弹性定位装置，制动钳体，制动盘，摩擦片；所述的电机连接所述的传动机构的输入元件；所述的传动机构的终端元件连接所述的单向离合器，所述的单向离合器连接所述的凸轮；其特征在于：所述的摩擦片有两片，对称布置在所述的制动盘两侧，一个安装在所述的大活塞上，一个安装在所述的制动钳体上；所述的大活塞经由所述的弹性定位装置安装在所述的制动钳体上的安装孔中；所述的弹性定位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的大活塞间有较大的摩擦力，当所述的大活塞与所述的制动钳体之间有相对位移时，由于摩擦力作用使所述的弹性定位装置内产生弹性势能；所述的凸轮与所述的小活塞/制动钳体接触；所述的小活塞安装在所述的制动钳体上，一端与所述的凸轮连接，另一端包括带有一定斜率的曲面；所述的大活塞一端安装所述的摩擦片，另一端包括带有一定斜率的曲面，与小活塞的曲面端接触配合构成接触曲面；所述的大活塞与所述的制动钳体上的安装孔之间有间隙，此间隙大小大于制动工作中从摩擦片与制动盘接触到产生最大制动效能时的变形量在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈，小于摩擦片与制动盘之间的自由间隙在大活塞和小活塞接触曲面上的反馈。
2.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括在所述的单向离合器和所述的凸轮之间增加传动***。
3.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：所述的凸轮结构对称。
4.根据权利要求2所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：当所述的传动机构或所述的传动***中无逆效率为零的传动环节时，采用锁止机构实现所述的电机断电情况下的驻车制动，所述的锁止机构采用电磁制动器或电控机械制动装置，能够在通电时断开，断电时固定传动环节中的传动元件，保持所述的摩擦片和所述的制动盘间压力的大小，实现驻车制动功能；当所述的传动机构或所述的传动***中设置有逆效率为零的传动环节时，利用所述的锁止机构实现驻车制动，或者利用逆效率为零，动力和运动无法反向传递，实现所述的电机断电情况下的驻车制动。
5.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括所述的凸轮支承在所述的制动钳体上，所述的凸轮工作面与所述的小活塞接触；或者所述的凸轮支承在小活塞上，所述的凸轮的工作面与所述的制动钳体接触。
6.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括在所述的小活塞与所述的制动钳体之间设置摩擦限位装置，所述的摩擦限位装置一部分固定安装在所述的制动钳体上，另一部分与所述的小活塞间有较大的摩擦力，当所述的小活塞与所述的制动钳体之间有相对位移时，由于摩擦力作用使所述的摩擦限位装置内产生弹性势能；当小活塞和大活塞一起移动时，大活塞弹性定位装置的轴向弹力小于小活塞摩擦限位装置的轴向弹力。
7.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：所述的大活塞和所述的小活塞之间的接触曲面采用斜面/圆弧面/双曲线面/抛物线面其中一种曲面或上述曲面的组合。
8.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括在所述的小活塞与所述的凸轮、所述的制动钳体与所述的凸轮之间采用滚子结构，以减小摩擦阻力，提高***工作效率。
9.根据权利要求1所述的一种自增力线控制动器，其特征在于：还包括在所述的大活塞与所述的小活塞曲面配合的位置采用滚子机构，以减小摩擦阻力。
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