一种电机驱动的制动执行器及其制动方法与流程

本发明涉及汽车制动领域，特别是一种电机驱动的制动执行器。

背景技术：

随着技术的不断进步，电驱动机在车辆中大量地应用，针对电子驱动装置或混合动力驱动装置的车辆验证，电驱动机车辆或混合动力车辆的制动执行器使得常规的制动液压系统变得多余，车辆驾驶员照常操作车辆的制动踏板，但其克服弹簧或由弹簧产生的弹力，产生类似传统车辆制动踏板的感觉。在车辆的控制单元中，由驾驶员踩踏制动踏板的力计算出针对车辆每个轮子的制动力，在单个车轮处通过控制单元产生制动单元的压紧力。然而，目前，关于电机驱动的制动执行器的控制单元的发展并不成熟。急需一种稳定、可靠且耐久力强的制动执行器控制单元填补技术空白。

技术实现要素：

本发明第一方面提供一种电机驱动的制动执行器，其包括电机、油杯、驱动机构、液压泵，所述驱动机构包括：齿轮箱后盖、滚珠丝杆轴、滚动轴承、齿轮ii、齿轮i、齿轮箱壳体、滚珠丝杆螺母、内挡圈i、壳体密封圈i、丝杆定位套、丝杆定位销，所述滚珠丝杆轴末端装有丝杆定位销，该滚珠丝杆轴的一部分与丝杆定位销套装于丝杆定位套内，所述丝杆定位套的末端抵靠于齿轮箱后盖内部，所述丝杆定位套的首端还设置滚珠丝杆螺母，所述滚珠丝杆螺母外侧套装滚动轴承，所述滚珠丝杆螺母外侧还装有齿轮ii，该齿轮ii与电机的驱动轴末端套装的齿轮i啮合，所述齿轮箱后盖连接齿轮箱壳体。

齿轮ii、滚珠丝杆螺母、滚动轴承通过过盈或者其它固定方式，使其成为一组件。丝杆定位套通过过盈或者其它固定方式与齿轮箱后盖进行配合。

电机设在齿轮箱壳体左端，齿轮i与电机通过过盈配合或者其它配合方式成为一个组件，实现传动功能。

液压泵设在驱动机构的左端，与电机错开，所述液压泵包括泵体，该泵体与驱动机构中的齿轮箱壳体连接，液压泵还包括限位螺丝、复位弹簧ii、从动活塞i、活塞固定销、杯状密封件i、活塞限动销、杯状密封件ii、弹簧座i、从动活塞ii、复位弹簧i、弹簧座ii、从动活塞iii。泵体设有出油口i和出油口ii，进油口i和进油口ii；所述从动活塞iii上装有杯状密封件i，从动活塞iii左端依次装有弹簧座ii、限位螺丝、复位弹簧ii、从动活塞i、活塞固定销、杯状密封件i、活塞限动销、杯状密封件ii、弹簧座i、从动活塞ii、复位弹簧i；从动活塞i通过限位螺丝与从动活塞iii连接在一起，从动活塞i和从动活塞ii通过活塞固定销固定在一起，使其成为一组件，限位螺丝可以调节复位弹簧ii的初始力。

所述泵体内由左向右依次设置复位弹簧i，该复位弹簧i的一端套装于从动活塞ii的左端，该从动活塞ii的右端连接从动活塞i；

从动活塞ii左端与泵体之间构成腔v，所述从动活塞ii中部与所述泵体之间构成腔iv，从动活塞i包括液压口，所述从动活塞ii内部构成腔iii，所述从动活塞ii外部与所述泵体之间构成腔ii。所述从动活塞i右端的泵体内还装有从动活塞iii，该从动活塞iii与所述从动活塞i之间设置复位弹簧ii，从动活塞iii与所述泵体之间构成腔i。

上述各处的杯状密封件i和杯状密封件ii把缸体分为腔i、腔ii、腔iii、腔ⅳ、腔ⅴ共五个腔室，相邻腔室间制动液的流向都是单向的。

所述从动活塞iii右端包括凹槽，该凹槽内容纳所述滚珠丝杆轴左端的光轴部分。

泵体上还包括至少一个进油口和至少一个出油口，所述进油口与所述油杯连通。

油杯设在液压泵的上方。

本发明所述电机驱动的制动执行器的工作原理：

制动踏板踩下，控制系统根据霍尔传感器(传感器根据驾驶员踩踏板的开度)的信号，使电机转动，带动安装在电机输出轴上的齿轮i转动。齿轮i转动带动与之啮合的齿轮ii转动，滚珠丝杆螺母与齿轮ii过盈配合到一起转动，实现滚珠丝杆轴左右滑动(没有转动)，制动时，滚珠丝杆轴向左滑动。

限位螺丝与从动活塞iii通过螺纹连接在一起进行左右滑动。

制动液从油杯经进油口i、进油口ii分别进入腔ⅰ、腔ⅳ。经杯状密封件i、杯状密封件ii到达腔ii。滚珠丝杆轴向左滑动，带动从动活塞iii与限位螺丝向左一起滑动，限位螺丝向左滑动，压缩腔iii空间，导致腔iii液压增大，制动液经口压入腔ii，与此同时，由于从动活塞iii向左运动压缩腔ii，导致液压增大，腔ii制动液从出油口ii输出。

从动活塞i、从动活塞ii通过活塞固定销进行连接，从动活塞i、从动活塞ii、活塞固定销三者一起进行左右滑动，称之为活塞组件。

此外，从动活塞ii设有活塞限动销，该活塞限动销限制从动活塞ii的滑动范围，阻止该从动活塞ii过度向右滑动。由此，尤其当智能液压助力系统失效时，采用液压式进行制动时，当一个系统失效时，阻止另一系统失效，启动保护作用。以活塞组件作为对象，未开始制动时，活塞组件处于最左侧，复位弹簧i作用于活塞组件的力大于等于复位弹簧ii作用于活塞组件的力。制动时，从动活塞iii向左压缩腔ii及复位弹簧ii，当活塞组件右侧所受压力大于左侧所受压力时，活塞组件向左滑动，压缩腔ⅴ，导致液压增大，腔ⅴ制动液从出油口i输出。

制动踏板释放，解除制动，控制系统根据霍尔传感器(传感器根据驾驶员踩踏板的开度)的信号，使电机反向转动，带动安装在电机输出轴上的齿轮i转动。齿轮i转动带动与之啮合的齿轮ii转动，滚珠丝杆螺母与齿轮ii过盈压合到一起转动，实现滚珠丝杆轴向右滑动。此时，从动活塞iii左侧压力大于右侧，从动活塞iii也一起向右滑动，复位弹簧ii逐步复位，弹簧力逐步减小，此时，活塞组件左侧压力大于右侧压力，活塞组件向右侧滑动，腔ⅴ、腔ii、腔iii液压减小，制动液从出油口i、出油口ii口分别回流至腔ⅴ、腔ii、腔iii，油杯沿箭头方向释放补充制动液至腔ⅳ、腔i，腔ⅳ、腔i通过杯状密封件i、杯状密封件ii将制动液补充至腔ⅴ、腔ii、腔iii，最终达到初始状态。

本发明第二方面提供一种电机驱动的制动执行器的制动方法，其包括：

步骤s1:制动踏板踩下，控制系统根据传感器的信号，使电机转动；带动安装在电机输出轴上的齿轮i转动。

步骤s2:齿轮i转动带动与之啮合的齿轮ii转动，滚珠丝杆螺母与齿轮ii过盈配合到一起转动，实现滚珠丝杆轴左右滑动，制动时，滚珠丝杆轴向左滑动；限位螺丝与从动活塞iii通过螺纹连接在一起进行左右滑动。

步骤s3:制动液从油杯经进油口分别进入腔i、腔ⅳ，并经杯状密封件i、杯状密封件ii到达腔ii。

步骤s4:滚珠丝杆轴向左滑动，带动从动活塞iii与限位螺丝向左一起滑动，限位螺丝向左滑动，压缩腔iii空间，导致腔iii液压增大，制动液经口压入腔ii，与此同时，由于从动活塞iii向左运动压缩腔ii，导致液压增大，腔ii制动液从出油口ii输出。

步骤s5:从动活塞i、从动活塞ii通过活塞固定销进行连接，从动活塞i、从动活塞ii、活塞固定销三者一起进行左右滑动。从动活塞ii的活塞限动销限制从动活塞ii的滑动范围，阻止该从动活塞ii过度向右滑动。由此，尤其当智能液压助力系统失效时，采用液压式进行制动时，当一个系统失效时，阻止另一系统失效，启动保护作用。

步骤s6:制动踏板释放，解除制动，控制系统根据霍尔传感器的信号，使电机反向转动，带动安装在电机输出轴上的齿轮i转动；齿轮i转动带动与之啮合的齿轮ii转动，滚珠丝杆螺母与齿轮ii过盈压合到一起转动，实现滚珠丝杆轴向右滑动。此时，从动活塞iii左侧压力大于右侧，从动活塞iii也一起向右滑动，复位弹簧ii逐步复位，弹簧力逐步减小，此时，活塞组件左侧压力大于右侧压力，活塞组件向右侧滑动，腔ⅴ、腔ii、腔iii液压减小，制动液从出油口回流至腔ⅴ、腔ii、腔iii，油杯释放补充制动液至腔ⅳ、腔i，腔ⅳ、腔i通过杯状密封件i、杯状密封件ii将制动液补充至腔ⅴ、腔ii、腔iii，最终达到初始状态。

以活塞组件作为对象，未开始制动时，活塞组件处于最右侧，复位弹簧i作用于活塞组件的力大于等于复位弹簧ii作用于活塞组件的力。制动时，从动活塞iii向左压缩腔ii及复位弹簧ii，当活塞组件右侧所受压力大于左侧所受压力时，活塞组件向左滑动，压缩腔ⅴ，导致液压增大，腔ⅴ制动液从出油口i输出。

依次执行步骤s1-步骤s6。

本发明所述电机驱动的制动执行器具备以下积极效果：

1.采用电机驱动，响应速度快，其响应时间为120毫秒到150毫秒左右，比esp模块的响应时间要短200到300毫秒。

2.电机驱动，ecu控制，可以安装在自动驾驶的车上，是一种未来发展趋势。

3.结构紧凑，降低零部件成本，在尺寸和重量上也有一定减小，符合现在汽车发展的趋势。

4.本装置所使用的直流无刷电机设计出一种参数自适应的模糊pid控制策略，克服传统的电机本身的参数和拖动负载的参数在运行过程中会发生变化，使得固定参数的pid控制器不能使系统在各种工况下都保持设计时的性能指标的缺点。

附图说明

图1为本发明所述电机驱动的制动执行器的一优选实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的内部剖面结构示意图；

具体实施方式

实施例1.1:一种电机驱动的制动执行器，如图1所示其包括电机7、油杯20、驱动机构30、液压泵31，如图2所述驱动机构30包括：齿轮箱后盖1、滚珠丝杆轴2、滚动轴承3、齿轮ii4、齿轮i5、齿轮箱壳体6、滚珠丝杆螺母24、内挡圈i25、壳体密封圈i26、丝杆定位套27、丝杆定位销28，所述滚珠丝杆轴2末端装有丝杆定位销28，该滚珠丝杆轴2的一部分与丝杆定位销28套装于丝杆定位套27内，所述丝杆定位套27的末端抵靠于齿轮箱后盖1内部，所述丝杆定位套27的首端还设置滚珠丝杆螺母24，丝杆定位套27与滚珠丝杆螺母24之间设置内挡圈i25，所述滚珠丝杆螺母24外侧压合两个滚动轴承3，所述滚珠丝杆螺母24外侧还装有齿轮ii4，该齿轮ii4与电机7的驱动轴末端套装的齿轮i5啮合，所述齿轮箱后盖1连接齿轮箱壳体6，该齿轮箱壳体6还套装于所述电机7的输出轴外侧，且齿轮箱壳体6将齿轮ii4与齿轮i5包覆其中。齿轮箱壳体6和齿轮箱后盖1通过螺栓进行连接，并用壳体密封圈i26进行密封。齿轮箱壳体6设有齿轮i5、齿轮ii4、滚动轴承3、滚珠丝杆螺母24。齿轮ii4和滚珠丝杆轴2通过滚珠丝杆螺母24连接，并用滚动轴承3支持。齿轮ii4、滚珠丝杆螺母24、滚动轴承3通过过盈或者其它固定方式，使其成为一组件。丝杆定位套27通过过盈或者其它固定方式与齿轮箱后盖1进行配合，丝杆定位销28与滚珠丝杆轴2过盈配合，在其右端，使滚珠丝杆轴2沿丝杆定位套27上的槽进行左右滑动，不转动。

电机7设在齿轮箱壳体6左端。电机7通过螺栓固定在驱动机构中的齿轮箱壳体6上，齿轮i5与电机转轴通过过盈配合，成为一组件，实现传动功能。

液压泵31设在驱动机构30的左端，与电机7错开，所述液压泵31包括泵体18，该泵体18与驱动机构中的齿轮箱壳体6通过法兰面连接，液压泵31还包括限位螺丝8、复位弹簧ii9、从动活塞i10、活塞固定销11、杯状密封件i12、活塞限动销13、杯状密封件ii14、弹簧座i15、从动活塞ii16、复位弹簧i17、弹簧座ii21、从动活塞iii22。泵体18设有出油口i29a和出油口ii29b，进油口i32a和进油口ii32b；所述从动活塞iii22上装有杯状密封件i12和杯状密封件ii14，两个密封件起到单向密封的作用，从动活塞iii22左端依次装有弹簧座ii21、复位弹簧ii9、从动活塞i10、活塞固定销11、活塞限动销13、从动活塞ii16、复位弹簧i17；从动活塞i10通过限位螺丝8与从动活塞iii22连接在一起，从动活塞i10和从动活塞ii16通过活塞固定销11固定在一起，使其成为一组件，限位螺丝8可以调节复位弹簧ii9的初始力。

所述泵体18内由左向右依次设置复位弹簧i17，该复位弹簧i17的一端套装于从动活塞ii16的左端，该从动活塞ii16的右端连接从动活塞i10。

从动活塞ii16与从动活塞ii10的连接处设置活塞固定销11，从动活塞ii16左端还设置杯状密封件ii14，所述从动活塞ii16左端与所述复位弹簧ii17之间还装有弹簧座ii15。

从动活塞ii16左端与泵体18之间构成腔v，所述从动活塞iii16右端设置杯状密封件iii12，所述从动活塞iii16中部与所述泵体18之间构成腔iv。

从动活塞ii10包括液压口10a，所述从动活塞ii10内部构成腔iii，所述从动活塞ii10外部与所述泵体18之间构成腔ii，液压口10与腔iii及腔ii之间连通。所述从动活塞ii10右端的泵体18内还装有从动活塞iii22，该从动活塞iii22与所述从动活塞ii10之间设置复位弹簧ii9，从动活塞iii22与所述泵体18之间构成腔iii。

上述各处的杯状密封件i12和杯状密封件ii14把缸体分为腔i、腔ii、腔iii、腔ⅳ、腔ⅴ共5个腔室，相邻腔室间制动液的流向都是单向的，如图2中箭头所示方向。

所述复位弹簧ii9通过弹簧座ii21抵靠在所述从动活塞iii22左端，该从动活塞iii22左端还设置杯状密封件iii14，所述从动活塞iii10与所述从动活塞iii22之间还设置有限位螺丝8。所述从动活塞iii22的右端也设有杯状密封件ii12，所述从动活塞iii22右端包括凹槽，该凹槽内容纳所述滚珠丝杆轴2左端的光轴部分。

泵体18上还包括至少一个进油口和至少一个出油口，所述进油口与所述油杯连通。

油杯20设在液压泵31的上方，通过螺栓与泵体18连接一起，同时通过油杯密封件19密封泵体。

上述实施例所述电机驱动的制动执行器的工作原理：

制动踏板踩下，控制系统根据霍尔传感器(传感器根据驾驶员踩踏板的开度)的信号，使电机7转动，带动安装在电机7输出轴上的齿轮i5转动。齿轮i5转动带动与之啮合的齿轮ii4转动，滚珠丝杆螺母24与齿轮ii4过盈配合到一起转动，实现滚珠丝杆轴2左右滑动(没有转动)，制动时，滚珠丝杆轴2向左滑动。限位螺丝8与从动活塞iii22通过螺纹连接在一起进行左右滑动。

制动液从油杯20经进油口i32a、进油口ii32b分别进入腔i、腔ⅳ。经杯状密封件i12、杯状密封件ii14到达腔ⅱ。滚珠丝杆轴2向左滑动，带动从动活塞iii22与限位螺丝8向左一起滑动，限位螺丝8向左滑动，压缩腔iii空间，导致腔iii液压增大，制动液经10a口压入腔ii，与此同时，由于从动活塞iii22向左运动压缩腔ii，导致液压增大，腔ii制动液从出油口ii29b输出。

从动活塞i10、从动活塞ii16通过活塞固定销11进行连接，从动活塞i10、从动活塞ii16、活塞固定销11三者一起进行左右滑动，称之为活塞组件。

此外，从动活塞ii16设有活塞限动销13，该活塞限动销13限制从动活塞ii16的滑动范围，阻止该从动活塞ii16过度向右滑动。由此，尤其当智能液压助力系统失效时，采用液压式进行制动时，当一个系统失效时，阻止另一系统失效，启动保护作用。以活塞组件作为对象，未开始制动时，活塞组件处于最左侧，复位弹簧i17作用于活塞组件的力大于等于复位弹簧ii9作用于活塞组件的力。制动时，从动活塞iii22向左压缩腔ⅱ及复位弹簧ii9，当活塞组件右侧所受压力大于左侧所受压力时，活塞组件向左滑动，压缩腔ⅴ，导致液压增大，腔ⅴ制动液从出油口i29a输出。

制动踏板释放，解除制动，控制系统根据霍尔传感器(传感器根据驾驶员踩踏板的开度)的信号，使电机7反向转动，带动安装在电机7输出轴上的齿轮i5转动。齿轮i5转动带动与之啮合的齿轮ii4转动，滚珠丝杆螺母24与齿轮ii4过盈压合到一起转动，实现滚珠丝杆轴2向右滑动。此时，从动活塞iii22左侧压力大于右侧，从动活塞iii22也一起向右滑动，复位弹簧ii9逐步复位，弹簧力逐步减小，此时，活塞组件左侧压力大于右侧压力，活塞组件向右侧滑动，腔ⅴ、腔ii、腔iii液压减小，制动液从29a、29b口分别回流至腔ⅴ、腔ii、腔iii，油杯20沿箭头方向释放补充制动液至腔ⅳ、腔i，腔ⅳ、腔i通过杯状密封件i12、杯状密封件ii14将制动液补充至腔ⅴ、腔ii、腔iii，最终达到初始状态。

实施例2.1:一种电机驱动的制动执行器的制动方法，其包括

步骤1:制动踏板踩下，控制系统根据传感器检测到的驾驶员踩踏板的开度信号，使电机7转动；带动安装在电机7输出轴上的齿轮i5转动。

步骤2:齿轮i5转动带动与之啮合的齿轮ii4转动，滚珠丝杆螺母24与齿轮ii4过盈配合到一起转动，实现滚珠丝杆轴2左右滑动，制动时，滚珠丝杆轴2向左滑动，且没有转动；限位螺丝8与从动活塞iii22通过螺纹连接在一起进行左右滑动。

步骤3:制动液从油杯20经进油口i32a和进油口ii32b分别进入腔i、腔ⅳ，并经杯状密封件i12、杯状密封件ii14到达腔ii。

步骤4:滚珠丝杆轴2向左滑动，带动从动活塞iii22与限位螺丝8向左一起滑动，限位螺丝8向左滑动，压缩腔iii空间，导致腔iii液压增大，制动液经10a口压入腔ii，与此同时，由于从动活塞iii22向左运动压缩腔ii，导致液压增大，腔ii制动液从出油口29b输出。

步骤5:从动活塞i10、从动活塞ii16通过活塞固定销11进行连接，从动活塞i10、从动活塞ii16、活塞固定销11三者一起进行左右滑动。从动活塞ii16的活塞限动销13限制从动活塞ii16的滑动范围，阻止该从动活塞ii16过度向右滑动。由此，尤其当智能液压助力系统失效时，采用液压式进行制动时，当一个系统失效时，阻止另一系统失效，启动保护作用。

步骤6:制动踏板释放，解除制动，控制系统根据霍尔传感器的信号，使电机7反向转动，带动安装在电机7输出轴上的齿轮i5转动；齿轮i5转动带动与之啮合的齿轮ii4转动，滚珠丝杆螺母24与齿轮ii4过盈压合到一起转动，实现滚珠丝杆轴2向右滑动。此时，从动活塞iii22左侧压力大于右侧，从动活塞iii22也一起向右滑动，复位弹簧ii9逐步复位，弹簧力逐步减小，此时，活塞组件左侧压力大于右侧压力，活塞组件向右侧滑动，腔ⅴ、腔ii、腔iii液压减小，制动液从出油口i29a、出油口ii29b口分别回流至腔ⅴ、腔ii、腔iii，油杯20沿箭头方向释放补充制动液至腔ⅳ、腔i，腔ⅳ、腔i通过杯状密封件i12、杯状密封件ii14将制动液补充至腔ⅴ、腔ii、腔iii，最终达到初始状态。

依次执行步骤1-步骤6。

以活塞组件作为对象，未开始制动时，活塞组件处于最左侧，复位弹簧i17作用于活塞组件的力大于等于复位弹簧ii9作用于活塞组件的力。制动时，从动活塞iii22向左压缩腔ii及复位弹簧ii9，当活塞组件右侧所受压力大于左侧所受压力时，活塞组件向左滑动，压缩腔ⅴ，导致液压增大，腔ⅴ制动液从出油口i29a输出。