汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构的制作方法

本发明涉及车辆制动技术领域，具体涉及一种汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构。

背景技术：

制动系统是汽车底盘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。虽然传统液压式、气压式制动系统能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着管道布置复杂、依靠真空助力装置、制动响应速度较慢、制动力矩不可主动调节及难于与其它系统集成控制等不足之处，不适合汽车尤其是电动汽车底盘集成化控制的发展要求。

电控制动系统现实了制动系统的解耦，主要有电子液压制动系统(EHB)与电子机械制动系统(EMB)两种，取消了制动踏板与制动轮缸之间的直接连接，以电线为信息传递媒介，电子控制单元根据相关传感器信号识别制动意图，控制制动执行机构动作，实现对车轮制动力的控制，具有不依赖真空助力装置、易于集成控制等优点，弥补了传统制动系统结构原理上的不足。

但是，EHB系统一般采用集中布置方式，仍需布置整车液压管道，动态响应性能可以进一步提高。EMB系统一般采用分布布置方式，无需布置整车制动管道，具有动态性能好、布置容易等优点。但是，目前EMB系统大多为单电机执行机构，未能充分利用汽车制动能量驱动摩擦制动，且不能分流汽车制动负荷而降低摩擦制动副磨损。至目前为止，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构还鲜有提及。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构，采用轮边自供电布置方式，无需布置整车制动管道，动态响应性能好，结构紧凑，布置方便，易于与其它系统集成控制，可将制动能量转变为电能直接驱动制动执行机构动作，且能分担制动负荷降低摩擦副磨损的双电机式制动执行机构。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构，该汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构设置在每个车轮制动盘处，其特征在于：包括再生电机部分和制动执行部分，再生电机部分包括电磁离合器和再生电机，电磁离合器和再生电机均沿车轮制动盘轴向布置，制动执行部分包括电子控制单元、步进电机、行星齿轮机构、丝杆螺母机构、制动钳体和摩擦块，电子控制单元控制电磁离合器结合，车轮制动盘带动再生电机转动，将汽车的制动能量转变为电能并为制动执行部分提供制动力矩，电子控制单元控制步进电机转动，步进电机带动行星齿轮机构的太阳轮转动，行星齿轮机构的行星架与丝杆螺母机构相连，丝杆螺母机构包括左侧螺母和右侧螺母，制动钳体与右侧螺母相连接，摩擦块包括左侧摩擦块和右侧摩擦块，左侧摩擦块和右侧摩擦块分别设置在车轮制动盘的两侧，右侧摩擦块设置在制动钳体的内侧，丝杆螺母机构分别推动左侧摩擦块和右侧摩擦块压向车轮制动盘进行摩擦制动。

作为本发明的优化方案，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构还包括锂电池，锂电池用于为汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构提供电能，锂电池与汽车电源连接线之间设置有二极管，锂电池存储再生电机制动时回收的能量。

作为本发明的优化方案，行星齿轮机构包括左侧行星齿轮机构和右侧行星齿轮机构，丝杆螺母机构包括左侧丝杆和右侧丝杆，步进电机分别与左侧行星齿轮机构的太阳轮和右侧行星齿轮机构的太阳轮连接，左侧行星齿轮机构的行星架与左侧丝杆相连接，右侧行星齿轮机构的行星架与右侧丝杆相连接，左侧螺母和左侧丝杆相连接，右侧螺母与右侧丝杆相连接。

作为本发明的优化方案，制动执行部分还包括摩擦块垫片，左侧螺母与摩擦块垫片连接，左侧摩擦块安装在摩擦块垫片上。

作为本发明的优化方案，制动执行部分还包括左侧位移传感器和右侧位移传感器，左侧位移传感器和右侧位移传感器为电位计式位移传感器，左侧位移传感器的滑片连接在左侧螺母上，右侧位移传感器的滑片连接在右侧螺母上，左侧位移传感器和右侧位移传感器将测得的左侧螺母和右侧螺母的移动位置传输给电子控制单元。

作为本发明的优化方案，制动执行部分还包括左侧位移传感器和右侧位移传感器，左侧位移传感器和右侧位移传感器为电位计式位移传感器，左侧位移传感器的滑片连接在左侧螺母上，右侧位移传感器的滑片连接在右侧螺母上，左侧位移传感器和右侧位移传感器将测得的左侧螺母和右侧螺母的移动位置传输给电子控制单元。

作为本发明的优化方案，制动执行部分还包括左侧限位开关和右侧限位开关，左侧限位开关设置在左侧螺母与摩擦块垫片之间，右侧限位开关设置在右侧螺母与制动钳体的内侧之间。

作为本发明的优化方案，左侧限位开关和右侧限位开关均为常开触点开关，左侧丝杆的前端与左侧限位开关相接触，使得左侧限位开关的触点闭合，左侧限位开关将触点闭合信息传输给电子控制单元，右侧丝杆的前端与右侧限位开关相接触，使得右侧限位开关的触点闭合，右侧限位开关将触点闭合信息传输给电子控制单元，电子控制单元接收到左侧限位开关将触点闭合的信息或右侧限位开关将触点闭合的信息，电子控制单元控制步进电机断电。

作为本发明的优化方案，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构还包括冷却风扇和温度传感器，冷却风扇设置在锂电池的一侧，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构内部还设置有散热通道，散热通道中设置有金属散热细网，温度传感器将所测的温度传输给电子控制单元，电子控制单元判断温度达到一定值时，控制冷却风扇转动工作。

作为本发明的优化方案，制动钳体为浮钳式制动钳体。

本发明具有积极的效果：1)本发明为解耦分布式制动执行机构，无需布置整车制动管道，易于与其它系统集成控制，结构紧凑、布置方便且动态响应迅速；

2)本发明可将制动能量转变为电能，并可直接用于驱动制动执行机构动作，提高制动能量利用效率及降低能源消耗；

3)本发明再生电机工作时，能产生制动转矩分担制动负荷，降低制动盘摩擦副的磨损，提高摩擦副的使用寿命及抗热衰退性能；

4)本发明具有较好的抗失效能力，且各个制动执行机构相对独立，如果其中一个出现故障，其它几个仍可使汽车可靠减速、停车；本发明易于实现应急制动功能，可由汽车自身制动能量驱动制动执行机构动作，实现汽车应急制动；

5)本发明具有检测摩擦块磨损情况的功能；

6)本发明具有自我冷却功能，可防止制动执行机构温度过高而影响制动性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的制动执行部分壳体架构示意图；

图3时本发明的实施例图。

其中：1、车轮制动盘，21、电磁离合器，22、再生电机，31、电子控制单元，32、步进电机，35、制动钳体，341、左侧螺母，342、右侧螺母，361、左侧摩擦块，362、右侧摩擦块，4、锂电池，331、左侧行星齿轮机构，332、右侧行星齿轮机构，343、左侧丝杆，344、右侧丝杆，37、摩擦块垫片，38、左侧位移传感器，39、右侧位移传感器，310、左侧限位开关，311、右侧限位开关，5、冷却风扇，6、温度传感器。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图所示，本发明公开了汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构，该汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构设置在每个车轮制动盘1处，包括再生电机部分和制动执行部分，再生电机部分包括电磁离合器21和再生电机22，电磁离合器21和再生电机22均沿车轮制动盘1轴向布置，制动执行部分包括电子控制单元31、步进电机32、行星齿轮机构、丝杆螺母机构、制动钳体35和摩擦块，电子控制单元31控制电磁离合器21结合，车轮制动盘1带动再生电机22转动，将汽车的制动能量转变为电能并为制动执行部分提供制动力矩，电子控制单元31控制步进电机32转动，步进电机32带动行星齿轮机构的太阳轮转动，行星齿轮机构的行星架与丝杆螺母机构相连，丝杆螺母机构包括左侧螺母341和右侧螺母342，制动钳体35与右侧螺母342相连接，摩擦块包括左侧摩擦块361和右侧摩擦块362，左侧摩擦块361和右侧摩擦块362分别设置在车轮制动盘1的两侧，右侧摩擦块362设置在制动钳体35的内侧，丝杆螺母机构分别推动左侧摩擦块361和右侧摩擦块362 压向车轮制动盘1进行摩擦制动。其中，每个车轮制动盘1处设有一个独立的汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构，各个汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构之间互不干涉，再生电机部分和制动执行部分之间通过导线连接，制动执行部分设置在壳体内，制动执行部分的壳体与车桥固定连接。制动钳体35与制动执行部分的壳体活动连接，步进电机32安装在制动执行部分的壳体内，步进电机32通过一个滑槽连接在制动执行部分的壳体内，即步进电机32可以在制动执行部分的壳体内线性移动。

汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构还包括锂电池4，锂电池4用于为汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构提供电能，锂电池4与汽车电源连接线之间设置有二极管，锂电池4存储再生电机22制动时回收的能量。

行星齿轮机构包括左侧行星齿轮机构331和右侧行星齿轮机构332，丝杆螺母机构包括左侧丝杆343和右侧丝杆344，步进电机32分别与左侧行星齿轮机构331的太阳轮和右侧行星齿轮机构332的太阳轮连接，左侧行星齿轮机构331的行星架与左侧丝杆343相连接，右侧行星齿轮机构332的行星架与右侧丝杆344相连接，左侧螺母341和左侧丝杆343相连接，右侧螺母342与右侧丝杆344相连接。其中，左侧行星齿轮机构331的太阳轮和右侧行星齿轮机构332的太阳轮分别与步进电机32两侧的输出轴固定连接，左侧行星齿轮机构331的行星架与左侧丝杆343相连，右侧行星齿轮机构332的行星架与右侧丝杆344相连接，当步进电机32转动时，通过行星齿轮机构带动丝杆螺母机构转动，起到减速增扭的作用。这样可减小步进电机32的尺寸。

制动执行部分还包括摩擦块垫片37，左侧螺母341与摩擦块垫片37连接，左侧摩擦块361安装在摩擦块垫片37上。丝杆螺母机构可以将丝杆的旋转运动转换为螺母的直线运动。左侧螺母341与摩擦块垫片37刚性连接，摩擦块垫片37与左侧摩擦块361刚性连接，即左侧螺母341移动，带动摩擦块垫片37及左侧摩擦块361跟着一起移动。右侧螺母342与制动钳体35刚性连接，右侧摩擦块362与制动钳体35刚性连接，即右侧螺母342移动，带动制动钳体35及右侧摩擦块362跟着一起移动。因此，当步进电机32转动工作时，通过行星齿轮机构、丝杆螺母机构、摩擦块垫片37及制动钳体35，驱动左侧摩擦块361和右侧摩擦块362压向车轮制动盘1而增加或减小制动力矩。若左侧摩擦块361和右侧摩擦块362接触车轮制动盘1的时间不一致，则当一侧的摩擦块先接触车轮制动盘1后，由于步进电机32可以在制动执行部分壳体内线性滑动，所以，步进电机32转动产生的左侧螺母341或右侧螺母342位移会同时施加于另一侧摩擦块，使另一侧摩擦块快速地与车轮制动盘1接触，左侧摩擦块361和右侧摩擦块362再同时施加制动力矩。这样车轮制动盘1两侧受力平衡，有利于对制动力矩的控制与制动摩擦副的使用寿命。

制动执行部分还包括左侧位移传感器38和右侧位移传感器39，左侧位移传感器38和右侧位移传感器39为电位计式位移传感器，左侧位移传感器38的滑片连接在左侧螺母341上，右侧位移传感器39的滑片连接在右侧螺母342上，左侧位移传感器38和右侧位移传感器39将测得的左侧螺母341和右侧螺母342的移动位置传输给电子控制单元31。当侧螺母341或右侧螺母342移动时，左侧位移传感器38和右侧位移传感器39的滑片跟着移动，从而改变其输出电压值，电子控制单元31由此识别左侧螺母341和右侧螺母342的移动位置。它们可以提供制动执行机构动作控制的反馈信号及摩擦块磨损情况信息。若电子控制单元31检测到摩擦块磨损达到允许上限值时，则发出警告提醒驾驶员注意。

制动执行部分还包括左侧限位开关310和右侧限位开关311，左侧限位开关310设置在左侧螺母341与摩擦块垫片37之间，右侧限位开关311设置在右侧螺母342与制动钳体35的内侧之间。左侧限位开关310和右侧限位开关311均为常开触点开关，左侧丝杆343的前端与左侧限位开关310相接触，使得左侧限位开关310的触点闭合，左侧限位开关310将触点闭合信息传输给电子控制单元31，右侧丝杆344的前端与右侧限位开关311相接触，使得右侧限位开关311的触点闭合，右侧限位开关311将触点闭合信息传输给电子控制单元31，电子控制单元31接收到左侧限位开关310将触点闭合的信息或右侧限位开关311将触点闭合的信息，电子控制单元31控制步进电机32断电。左侧限位开关310和右侧限位开关311受压时触点开关闭合，左侧限位开关310和右侧限位开关311正对左侧丝杆343和右侧丝杆344的中心位置。当左侧丝杆343和右侧丝杆344回位至极限位置时，左侧丝杆343和右侧丝杆344的前端会与左侧限位开关310和右侧限位开关311接触，使左侧限位开关310和右侧限位开关311的触点闭合，同时将信息传给电子控制单元31。电子控制单元31接受到限位开关触点闭合信息，则立即控制步进电机32断电或反向旋转一定角度，防止丝杆螺母机构损坏步进电机32及行星齿轮机构等。

汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构还包括冷却风扇5和温度传感器6，冷却风扇5设置在锂电池4的一侧，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构内部还设置有散热通道，散热通道中设置有金属散热细网，温度传感器6将所测的温度传输给电子控制单元31，电子控制单元31判断温度达到一定值时，控制冷却风扇5转动工作。制动钳体35为浮钳式制动钳体。

车轮制动盘1与电磁离合器21的主动部分固定连接，电磁离合器21的主动部分与车轮制动盘1的半轴通过滚针轴承连接，即车轮制动盘1转动，则电磁离合器21的主动部分转动。电磁离合器21的壳体与再生电机22的壳体固定连接。电磁离合器21的从动部分与再生电机22的转子固定连接，再生电机22的转子与车轮制动盘1的半轴通过滚针轴承连接。当电磁离合器21内的电磁线圈通电时，通过磁场作用电磁离合器21接合，车轮制动盘1可通过电磁离合器21驱动再生电机22的转子转动。当电磁线圈断电时，电磁离合器21分离，车轮制动盘1与再生电机22的转子间动力中断，再生电机22不工作。

再生电机22为电动、发电一体机。当再生电机22的转子被车轮制动盘1带着转动时，即进入发电机模式，在提供部分制动力矩而降低摩擦副负担的同时，将汽车制动能量转变为电能，送向步进电机32、冷却风扇5及锂电池4等，起到高效回收制动能量的作用。当汽车处于急加速、爬坡等工况时，电子控制单元31可控制给再生电机22供电，此时进入电动机模式，再生电机22通过电磁离合器21、车轮制动盘1给车轮提供辅助驱动转矩。再生电机22自带风扇，用于电磁离合器21与再生电机22的散热。

锂电池4为汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构提供电能，并存储再生电机22制动时回收的能量，其电压值略高于汽车的供电电压，且与汽车电源连接线之间加设一个二级管。通常，锂电池电压高于汽车电源电压，二极管截止，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构的电源系统相对独立；当锂电池4的电压低于汽车电源电压时，二级管导通，汽车电源系统给锂电池4供电，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构保持正常性能。这样，若汽车电源系统发生突发故障，汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构仍能正常工作，提高工作可靠性。

整个汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构采用分层式控制结构，设置有制动系统总控制单元及每个电子控制单元31。制动系统总控制单元负责识别驾驶员制动意图、判断制动状态、分配各车轮目标制动力及与汽车其他系统间的信息交互。各个电子控制单元31，用于采集左侧螺母341和右侧螺母342的位移、制动执行部分的壳体温度及限位开关等信息，根据制动系统总控制单元指令控制制动执行机构动作，实现制动能量回收利用及车轮减速、制动，并将相关信息反馈给制动系统总控制单元。

当汽车制动时，电子控制单元31优先根据制动工况控制电磁离合器21的接合，车轮制动盘1通过电磁离合器21带动再生电机22转动，将汽车制动能量转变为电能并提供部分制动力矩，达到回收制动能量，分流制动负荷，降低摩擦副磨损的目的。当再生电机22提供的制动力矩不够时，电子控制单元31控制步进电机转动，通过行星齿轮机构与丝杆螺母机构将摩擦块推向车轮制动盘实施摩擦制动。

如图3，电机再生部分与实施例一相同。制动执行部分包括制动钳体35、摩擦块、摩擦块垫片37、左侧限位开关310、左侧丝杆343、步进电机32、左侧行星齿轮机构331、左侧螺母341、左侧位移传感器38等。相对于实施例一，实施例二的制动执行部分省去了右侧行星齿轮机构332、右侧丝杆344、右侧限位开关311、右侧螺母342、右侧位移传感器39等，整个汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构体积得到减小。各个关键部件的基本作用及整个汽车电子机械制动系统轮边自供电式制动执行机构的基本工作原理与实施一相似，只是由两侧同时驱动改变为单侧驱动。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。