專利名稱：一種電子機械制動裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于汽車制造中的汽車線控制動技術領域，具體涉及一種電子機械制動裝置。
背景技術：
隨著消費者對車輛安全性日益提高的重視，車輛制動系統也歷經了數次變遷和 改進。從最初的皮革摩擦制動，到后來出現鼓式、盤式制動器，再到后來出現機械式 ABS制動系統，緊接著伴隨電子技術的發展又出現了模擬電子ABS制動系統、數字式電 控ABS制動系統等等。近10年來西方發達國家又興起了對車輛線控系統(x-by-wire) 的研究，進而由線控制動系統(brake-by-wire)展開了對電子機械制動器的研究。簡單地 說，電子機械制動器就是把制動系統中原來由液壓或者壓縮空氣驅動的部分改為由電動 機來驅動，以提高響應速度、增加制動效能等，同時也簡化了結構、降低了裝配和維護 的難度。由于人們對制動性能要求的不斷提高，傳統的液壓或者空氣制動系統在加入了 大量的電子控制系統如ABS (防抱死剎車系統)、TCS(牽引力控制系統)、ESP(車身電 器穩定系統)后，結構和管路布置越發復雜，液壓(空氣)回路泄露的隱患也加大，同時 裝配和維修的難度也隨之提高。因此，功能集成可靠的電子機械制動系統越來越受到青 睞。但是現有的電子機械制動系統中，制動裝置的結構復雜、占用空間大、且制造 成本高，在實際使用時很難實現裝車應用。比如，美國專利US6405836中公開了一種 電子機械制動器，該制動器結構復雜，徑向尺寸大，需要設計專門的力矩電機，成本較
尚ο
發明內容
本發明所解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種結構簡 單緊湊、空間占用尺寸小的電子機械制動裝置，該裝置具有非自鎖功能，從而可對制動 盤的制動壓緊力進行自適應調節。解決本發明技術問題所采用的技術方案是該電子機械制動裝置包括分設于制動 盤兩側的兩摩擦片以及可使兩摩擦片夾緊制動盤的制動執行機構，其中，所述制動執行 機構包括滾珠絲桿機構和動力機構，所述滾珠絲桿機構中包括有絲桿和設于絲桿上的螺 母，所述絲桿與所述動力機構的輸出端相連，由動力機構帶動絲桿轉動，當絲桿上的螺 母在絲桿上做直線運動時，螺母可與設于制動盤其中一側的摩擦片接觸。所述動力機構采用電動機構，所述電動機構可采用電機，電機通過扭矩放大機 構與滾珠絲桿機構相連。電機可采用大功率無刷直流電機，也可采用交流電機。對于制動器而言，其輸出的制動夾緊力通常需要達到30000N以上，而其輸入扭矩一般為0.5-2Nm，這就需要采用一個大傳動比的傳動機構，傳動比應達到20-50。而 具有這種大傳動比的傳送機構如減速齒輪，其從動輪的尺寸很大。而汽車制動器所在的 位置要求制動器的空間尺寸必須小巧，因而需要采用體積小、且傳動比大的扭矩放大機 構。優選的是，所述扭矩放大機構采用行星齒輪機構，所述行星齒輪機構與絲桿固 定連接，從而帶動絲桿轉動。進一步優選的是，所述扭矩放大機構中還可包括有減速機構，以進一步增大扭 矩。所述減速機構設于電機與行星齒輪機構之間，減速機構的輸入端與電機的輸出軸相 連，其輸出端與行星齒輪機構的輸入端相連。進一步優選的是，所述制動裝置中還包括有可調節電機輸出轉矩大小的控制機 構，所述控制機構與電機電連接。所述控制機構包括可有用于實時監測汽車四輪輪速的輪速傳感器、與所述輪速 傳感器電連接的控制器，制動開始后，輪速傳感器將所監測到的汽車車輪輪速的信號傳 送給控制器，當車輪的滑移率達到控制器中預設的一定值，再由控制器根據車輪的減速 度計算出摩擦片對車輪的實際夾緊力，控制器根據該值對電機的輸出轉矩進行調節。優選的是，當控制器計算出車輪的滑移率大于20%時，由控制器控制電機減少 輸出扭矩。所述控制器采用汽車系統中的電控單元ECU，所述電控單元ECU通過調節電機 輸出電壓的占空比來調節其輸出轉矩。本發明電子機械制動裝置以滾珠絲桿機構為核心，由滾珠絲桿機構將動力機構 的輸出力矩轉化為對制動盤的極大夾緊力輸出，從而達到行車制動的目的。由于滾珠絲 桿機構的摩擦系數小，故能夠在保持輸出扭矩不變的情況下極大的減小輸入扭矩，從而 可減小整個制動裝置的體積。其中，滾珠絲桿機構還具有非自鎖特性。滾珠絲桿機構的非自鎖特性指的是絲 桿的輸入扭矩大于螺母的反向扭矩時，絲桿會推動螺母沿軸向前進。當摩擦片傳遞給螺 母的反向扭矩大于絲桿的輸入扭矩時，螺母會沿著絲桿的軸向后退。這樣，當汽車駕駛 者踩下電子踏板較大行程時，電機正轉，本發明電子機械制動裝置迅速制動至抱死制動 盤；此時，由電控單元ECU通過減小電機輸入電壓的占空比從而控制電機輸出相應較 小的力矩，降低輸出的制動夾緊力，也就是說，使摩擦片與制動盤之間的夾緊力減小， 從而實現制動力的平衡調節。即在不需要電機不停的正、反轉的情況下，通過調節電機 的輸入電壓的占空比，從而調節其輸出力矩，控制摩擦片與制動盤之間制動夾緊力的大 小，從而可實現汽車中ABS調節器的調節功能。由于本發明中的滾珠絲桿機構具有非自鎖特性，使得當汽車駕駛員需要減小剎 車力時，只需踩住剎車板不動，由電控單元ECU控制電機輸出相應較小的轉矩，摩擦力 會自動減小，因而當本發明電子機械制動器需要減小摩擦力時，不需要通過使電機反轉 來達到減小制動夾緊力的目的。因為如果使電機不停的正轉和反轉，會產生諸多不良后果第一，電機的轉動 慣量大，響應時間長；第二，進行正反轉時的電機功率大，發熱嚴重等。而在本發明電 子機械制動裝置中，電機只有在制動結束(停車)或人為松開踏板時才進行反轉，在其他情況下都不會反轉，從而可有效避免以上不利后果。另外，在行車制動中，利用本發明中滾珠絲桿機構的非自鎖特性，通過電控單 元ECU調節電機輸入電壓的占空比，實時的調節制動壓緊力，由于動力機構采用電機， 與液壓制動器相比，電機的響應時間要遠小于液壓油的響應時間，因而極大地縮短了制 動力的調節時間。本發明電子機械制動裝置將旋轉運動轉換為直線運動的機構采用的是滾珠絲桿 機構，通過電控單元ECU可實現制動間隙調節，使制動變得更加準確、迅速；無需制動 液，有利于生態環境的保護并減少所需的維護；相對于現有的采用液壓制動結構的汽車 制動器而言，取消了真空助力器、液壓管道等體積較大的部件，所需空間顯著減小；相 對于現有的電子機械制動器而言，其結構也更簡單緊湊，從而使該制動裝置在汽車中的 布置更簡單、靈活。
圖1為本發明電子機械制動器的結構示意2為圖1的A-A剖面中1-摩擦片；2-制動盤；3-摩擦片；4-絲桿；5-滾珠；6_螺母；7_電 機殼體；8-電機；9-制動器鉗體；10-行星架；11-行星齒輪；12-齒輪安裝支架； 13-減速齒輪；14-端蓋。
具體實施例方式為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施 例對本發明作進一步詳細描述。如圖1、2所示，本發明電子機械制動裝置主要包括電控單元ECU、動力機構、 扭矩放大機構、滾珠絲桿機構、活動設于制動盤2兩側可夾緊制動盤的摩擦片1和摩擦片 3、以及可實時監測汽車四輪輪速的輪速傳感器(圖1、2中未示出)。本實施例中，動力機構采用電機8，電機8采用大功率無刷直流電機；扭矩放大 機構采用依次相連的減速齒輪機構和行星齒輪機構。減速齒輪機構中包括有依次嚙合的 多個減速齒輪，其中第一級減速齒輪與電機8的輸出軸相連，最后一級減速齒輪為減速 齒輪13。行星齒輪機構中包括有太陽輪、行星齒輪11以及行星架10，所述太陽輪與減 速齒輪13固定連接。所述滾珠絲桿機構中的絲桿4與行星齒輪機構中的行星架10通過行星架上自帶 的矩形花鍵固定連接，當電機8將其輸出力矩傳遞到絲桿4從而帶動絲桿4轉動時，絲桿 4上的螺母6在絲桿4上做直線運動時，使螺母6與設于制動盤2 —側的摩擦片3接觸。電機8的輸出軸依次與減速機構、行星齒輪機構、滾珠絲桿機構相連，并且最 后將其力矩傳遞給滾珠絲桿機構。制動器鉗體9套于滾珠絲桿機構的外部，用于承受制動夾緊力的反作用力。本實施例中，電控單元ECU作為調節電機8輸出轉矩大小的控制器使用。電機 8、輪速傳感器都與電控單元ECU電連接，輪速傳感器可將其實時監測到的汽車車輪輪 速的信號傳送給電控單元ECU，電控單元ECU根據此信號計算車輪的滑移率，當車輪的滑移率達到電控單元ECU中預設的一定值時，再由電控單元ECU根據車輪的減速度計算 出摩擦片對車輪的實際夾緊力，然后電控單元ECU根據以上這些參數來控制電機的輸出 轉矩。其中電控單元ECU是通過調節電機8的輸出電壓的占空比來調節其輸出轉矩的。本發明制動裝置的工作原理如下電機8轉動時，帶動減速齒輪13轉動(其減速比一般為2-3)，從而帶動行星齒 輪11旋轉，行星齒輪11帶動行星架10轉動，行星架10再將力矩傳動到滾珠絲桿機構的 絲桿4上，絲桿4旋轉推動螺母6向摩擦片3的方向作進給運動，使摩擦片1和摩擦片3 同時向制動盤2的方向移動，消除制動盤2與摩擦片1、3之間的間隙，產生用于制動車 輪的夾緊力，最后實現制動。當制動夾緊力足夠大(此制動夾緊力是由汽車制造商根據不同的路面條件及環 境溫度等條件自行設定)并使車輪產生一定的滑移率(比如滑移率大于20% )時，電控單 元ECU自動進行ABS調節，調整電機輸入電壓的占空比，降低其輸出轉矩，從而降低制 動盤2與摩擦片1、3之間的制動夾緊力，制動器摩擦片1、3在制動盤2的反作用力下， 通過螺母6自動卸力，從而實現夾緊力的平衡調節。即在不需要電機不停的正、反轉的 情況下，通過調節電機的輸入電壓的占空比，從而調節電機的輸出轉矩，控制摩擦片1、
3與制動盤2之間制動夾緊力的大小，從而可實現ABS調節器的調節功能。整個過程中，電控單元ECU通過調節電機8輸入電壓的占空比，從而控制電機 8的輸出轉矩，進行調節。同理，即可實現驅動防滑(ASR)等功能。本發明的間隙調節原理如下在制動器安裝完成后，首先需要進行由電控單元ECU進行控制的首次制動，并 在電控單元ECU收到制動結束的指令后，使電機反轉。由于電機反轉開始時，負載重， 電流會很大，當制動器與制動盤松開時，負載瞬間降低為低負載，電流急劇下降，設定 電控單元ECU在檢測到這個低電流一定時間后使電機停止工作。這樣，就完成了制動間 隙的電子調節。在后續行車中的制動結束都是如此操作，以實現間隙的電子調節。在安裝本發明電子機械制動器時，為了方便安裝，此時需要加大摩擦片與制動 盤之間的距離，否則無法進行安裝。當安裝完之后，制動間隙就要調整到平時制動狀態 下才有的距離。可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實 施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發 明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的 保護范圍。
權利要求
1.一種電子機械制動裝置，包括分設于制動盤(2)兩側的兩摩擦片(1、3)以及可使 兩摩擦片夾緊制動盤的制動執行機構，其特征在于所述制動執行機構包括滾珠絲桿機構 和動力機構，所述滾珠絲桿機構中包括有絲桿(4)和設于絲桿上的螺母(6)，所述絲桿 (4)與所述動力機構的輸出端相連，由動力機構帶動絲桿(4)轉動，當絲桿上的螺母(6) 在絲桿(4)上做直線運動時，螺母(6)可與設于制動盤一側的摩擦片(3)接觸。
2.根據權利要求1所述的電子機械制動裝置，其特征在于所述動力機構采用電動機 構，所述電動機構采用電機(8)，電機(8)通過扭矩放大機構與滾珠絲桿機構相連。
3.根據權利要求2所述的電子機械制動裝置，其特征在于所述扭矩放大機構采用行星 齒輪機構，所述行星齒輪機構與絲桿(4)固定連接，從而帶動絲桿(4)轉動。
4.根據權利要求3所述的電子機械制動裝置，其特征在于所述扭矩放大機構中還包括 有減速機構，所述減速機構設于電機(8)與行星齒輪機構之間，減速機構的輸入端與電 機(8)的輸出軸相連，其輸出端與行星齒輪機構的輸入端相連。
5.根據權利要求2-4之一所述的電子機械制動裝置，其特征在于所述制動裝置中還包 括有可調節電機(8)輸出轉矩大小的控制機構，所述控制機構與電機(8)電連接。
6.根據權利要求5所述的電子機械制動裝置，其特征在于所述控制機構包括有用于實 時監測汽車四輪輪速的輪速傳感器、與所述輪速傳感器電連接的控制器，制動開始后， 輪速傳感器將所監測到的汽車車輪輪速的信號傳送給控制器，由控制器計算出車輪的滑 移率，當車輪的滑移率達到控制器中預設的一定值，并由控制器根據車輪的減速度計算 出摩擦片對車輪的實際夾緊力，控制器根據該值對電機的輸出轉矩進行調節。
7.根據權利要求6所述的電子機械制動裝置，其特征在于當控制器計算出車輪的滑移 率大于20%時，由控制器控制電機(8)減少輸出扭矩。
8.根據權利要求7所述的電子機械制動裝置，其特征在于所述控制器采用汽車系統中 的電控單元ECU，所述電控單元ECU通過調節電機(8)輸出電壓的占空比來調節其輸出 轉矩。
全文摘要
本發明提供一種電子機械制動裝置，包括分設于制動盤(2)兩側的兩摩擦片(1、3)以及可使兩摩擦片夾緊制動盤的制動執行機構，所述制動執行機構包括滾珠絲桿機構和動力機構，所述滾珠絲桿機構中包括有絲桿(4)和設于絲桿上的螺母(6)，所述絲桿(4)與所述動力機構的輸出端相連，由動力機構帶動絲桿(4)轉動，當絲桿上的螺母(6)在絲桿(4)上做直線運動時，螺母(6)可與設于制動盤其中一側的摩擦片(3)接觸。該電子機械制動裝置結構簡單緊湊、空間占用尺寸小、且具有非自鎖功能，可對制動盤的制動壓緊力進行自適應調節。
文檔編號B60T13/74GK102009647SQ20101055372
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月17日 優先權日2010年11月17日
發明者高國興 申請人:奇瑞汽車股份有限公司