专利名称：一种电子机械制动装置的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车制造中的汽车线控制动技术领域，具体涉及一种电子机械制动装置。
背景技术：
随着消费者对车辆安全性日益提高的重视，车辆制动系统也历经了数次变迁和 改进。从最初的皮革摩擦制动，到后来出现鼓式、盘式制动器，再到后来出现机械式 ABS制动系统，紧接着伴随电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电 控ABS制动系统等等。近10年来西方发达国家又兴起了对车辆线控系统(x-by-wire) 的研究，进而由线控制动系统(brake-by-wire)展开了对电子机械制动器的研究。简单地 说，电子机械制动器就是把制动系统中原来由液压或者压缩空气驱动的部分改为由电动 机来驱动，以提高响应速度、增加制动效能等，同时也简化了结构、降低了装配和维护 的难度。由于人们对制动性能要求的不断提高，传统的液压或者空气制动系统在加入了 大量的电子控制系统如ABS (防抱死刹车系统)、TCS(牵引力控制系统)、ESP(车身电 器稳定系统)后，结构和管路布置越发复杂，液压(空气)回路泄露的隐患也加大，同时 装配和维修的难度也随之提高。因此，功能集成可靠的电子机械制动系统越来越受到青 睐。但是现有的电子机械制动系统中，制动装置的结构复杂、占用空间大、且制造 成本高，在实际使用时很难实现装车应用。比如，美国专利US6405836中公开了一种 电子机械制动器，该制动器结构复杂，径向尺寸大，需要设计专门的力矩电机，成本较
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发明内容
本发明所解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种结构简 单紧凑、空间占用尺寸小的电子机械制动装置，该装置具有非自锁功能，从而可对制动 盘的制动压紧力进行自适应调节。解决本发明技术问题所采用的技术方案是该电子机械制动装置包括分设于制动 盘两侧的两摩擦片以及可使两摩擦片夹紧制动盘的制动执行机构，其中，所述制动执行 机构包括滚珠丝杆机构和动力机构，所述滚珠丝杆机构中包括有丝杆和设于丝杆上的螺 母，所述丝杆与所述动力机构的输出端相连，由动力机构带动丝杆转动，当丝杆上的螺 母在丝杆上做直线运动时，螺母可与设于制动盘其中一侧的摩擦片接触。所述动力机构采用电动机构，所述电动机构可采用电机，电机通过扭矩放大机 构与滚珠丝杆机构相连。电机可采用大功率无刷直流电机，也可采用交流电机。对于制动器而言，其输出的制动夹紧力通常需要达到30000N以上，而其输入扭矩一般为0.5-2Nm，这就需要采用一个大传动比的传动机构，传动比应达到20-50。而 具有这种大传动比的传送机构如减速齿轮，其从动轮的尺寸很大。而汽车制动器所在的 位置要求制动器的空间尺寸必须小巧，因而需要采用体积小、且传动比大的扭矩放大机 构。优选的是，所述扭矩放大机构采用行星齿轮机构，所述行星齿轮机构与丝杆固 定连接，从而带动丝杆转动。进一步优选的是，所述扭矩放大机构中还可包括有减速机构，以进一步增大扭 矩。所述减速机构设于电机与行星齿轮机构之间，减速机构的输入端与电机的输出轴相 连，其输出端与行星齿轮机构的输入端相连。进一步优选的是，所述制动装置中还包括有可调节电机输出转矩大小的控制机 构，所述控制机构与电机电连接。所述控制机构包括可有用于实时监测汽车四轮轮速的轮速传感器、与所述轮速 传感器电连接的控制器，制动开始后，轮速传感器将所监测到的汽车车轮轮速的信号传 送给控制器，当车轮的滑移率达到控制器中预设的一定值，再由控制器根据车轮的减速 度计算出摩擦片对车轮的实际夹紧力，控制器根据该值对电机的输出转矩进行调节。优选的是，当控制器计算出车轮的滑移率大于20%时，由控制器控制电机减少 输出扭矩。所述控制器采用汽车系统中的电控单元ECU，所述电控单元ECU通过调节电机 输出电压的占空比来调节其输出转矩。本发明电子机械制动装置以滚珠丝杆机构为核心，由滚珠丝杆机构将动力机构 的输出力矩转化为对制动盘的极大夹紧力输出，从而达到行车制动的目的。由于滚珠丝 杆机构的摩擦系数小，故能够在保持输出扭矩不变的情况下极大的减小输入扭矩，从而 可减小整个制动装置的体积。其中，滚珠丝杆机构还具有非自锁特性。滚珠丝杆机构的非自锁特性指的是丝 杆的输入扭矩大于螺母的反向扭矩时，丝杆会推动螺母沿轴向前进。当摩擦片传递给螺 母的反向扭矩大于丝杆的输入扭矩时，螺母会沿着丝杆的轴向后退。这样，当汽车驾驶 者踩下电子踏板较大行程时，电机正转，本发明电子机械制动装置迅速制动至抱死制动 盘；此时，由电控单元ECU通过减小电机输入电压的占空比从而控制电机输出相应较 小的力矩，降低输出的制动夹紧力，也就是说，使摩擦片与制动盘之间的夹紧力减小， 从而实现制动力的平衡调节。即在不需要电机不停的正、反转的情况下，通过调节电机 的输入电压的占空比，从而调节其输出力矩，控制摩擦片与制动盘之间制动夹紧力的大 小，从而可实现汽车中ABS调节器的调节功能。由于本发明中的滚珠丝杆机构具有非自锁特性，使得当汽车驾驶员需要减小刹 车力时，只需踩住刹车板不动，由电控单元ECU控制电机输出相应较小的转矩，摩擦力 会自动减小，因而当本发明电子机械制动器需要减小摩擦力时，不需要通过使电机反转 来达到减小制动夹紧力的目的。因为如果使电机不停的正转和反转，会产生诸多不良后果第一，电机的转动 惯量大，响应时间长；第二，进行正反转时的电机功率大，发热严重等。而在本发明电 子机械制动装置中，电机只有在制动结束(停车)或人为松开踏板时才进行反转，在其他情况下都不会反转，从而可有效避免以上不利后果。另外，在行车制动中，利用本发明中滚珠丝杆机构的非自锁特性，通过电控单 元ECU调节电机输入电压的占空比，实时的调节制动压紧力，由于动力机构采用电机， 与液压制动器相比，电机的响应时间要远小于液压油的响应时间，因而极大地缩短了制 动力的调节时间。本发明电子机械制动装置将旋转运动转换为直线运动的机构采用的是滚珠丝杆 机构，通过电控单元ECU可实现制动间隙调节，使制动变得更加准确、迅速；无需制动 液，有利于生态环境的保护并减少所需的维护；相对于现有的采用液压制动结构的汽车 制动器而言，取消了真空助力器、液压管道等体积较大的部件，所需空间显著减小；相 对于现有的电子机械制动器而言，其结构也更简单紧凑，从而使该制动装置在汽车中的 布置更简单、灵活。
图1为本发明电子机械制动器的结构示意2为图1的A-A剖面中1-摩擦片；2-制动盘；3-摩擦片；4-丝杆；5-滚珠；6_螺母；7_电 机壳体；8-电机；9-制动器钳体；10-行星架；11-行星齿轮；12-齿轮安装支架； 13-减速齿轮；14-端盖。
具体实施例方式为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施 例对本发明作进一步详细描述。如图1、2所示，本发明电子机械制动装置主要包括电控单元ECU、动力机构、 扭矩放大机构、滚珠丝杆机构、活动设于制动盘2两侧可夹紧制动盘的摩擦片1和摩擦片 3、以及可实时监测汽车四轮轮速的轮速传感器(图1、2中未示出)。本实施例中，动力机构采用电机8，电机8采用大功率无刷直流电机；扭矩放大 机构采用依次相连的减速齿轮机构和行星齿轮机构。减速齿轮机构中包括有依次啮合的 多个减速齿轮，其中第一级减速齿轮与电机8的输出轴相连，最后一级减速齿轮为减速 齿轮13。行星齿轮机构中包括有太阳轮、行星齿轮11以及行星架10，所述太阳轮与减 速齿轮13固定连接。所述滚珠丝杆机构中的丝杆4与行星齿轮机构中的行星架10通过行星架上自带 的矩形花键固定连接，当电机8将其输出力矩传递到丝杆4从而带动丝杆4转动时，丝杆 4上的螺母6在丝杆4上做直线运动时，使螺母6与设于制动盘2 —侧的摩擦片3接触。电机8的输出轴依次与减速机构、行星齿轮机构、滚珠丝杆机构相连，并且最 后将其力矩传递给滚珠丝杆机构。制动器钳体9套于滚珠丝杆机构的外部，用于承受制动夹紧力的反作用力。本实施例中，电控单元ECU作为调节电机8输出转矩大小的控制器使用。电机 8、轮速传感器都与电控单元ECU电连接，轮速传感器可将其实时监测到的汽车车轮轮 速的信号传送给电控单元ECU，电控单元ECU根据此信号计算车轮的滑移率，当车轮的滑移率达到电控单元ECU中预设的一定值时，再由电控单元ECU根据车轮的减速度计算 出摩擦片对车轮的实际夹紧力，然后电控单元ECU根据以上这些参数来控制电机的输出 转矩。其中电控单元ECU是通过调节电机8的输出电压的占空比来调节其输出转矩的。本发明制动装置的工作原理如下电机8转动时，带动减速齿轮13转动(其减速比一般为2-3)，从而带动行星齿 轮11旋转，行星齿轮11带动行星架10转动，行星架10再将力矩传动到滚珠丝杆机构的 丝杆4上，丝杆4旋转推动螺母6向摩擦片3的方向作进给运动，使摩擦片1和摩擦片3 同时向制动盘2的方向移动，消除制动盘2与摩擦片1、3之间的间隙，产生用于制动车 轮的夹紧力，最后实现制动。当制动夹紧力足够大(此制动夹紧力是由汽车制造商根据不同的路面条件及环 境温度等条件自行设定)并使车轮产生一定的滑移率(比如滑移率大于20% )时，电控单 元ECU自动进行ABS调节，调整电机输入电压的占空比，降低其输出转矩，从而降低制 动盘2与摩擦片1、3之间的制动夹紧力，制动器摩擦片1、3在制动盘2的反作用力下， 通过螺母6自动卸力，从而实现夹紧力的平衡调节。即在不需要电机不停的正、反转的 情况下，通过调节电机的输入电压的占空比，从而调节电机的输出转矩，控制摩擦片1、
3与制动盘2之间制动夹紧力的大小，从而可实现ABS调节器的调节功能。整个过程中，电控单元ECU通过调节电机8输入电压的占空比，从而控制电机 8的输出转矩，进行调节。同理，即可实现驱动防滑(ASR)等功能。本发明的间隙调节原理如下在制动器安装完成后，首先需要进行由电控单元ECU进行控制的首次制动，并 在电控单元ECU收到制动结束的指令后，使电机反转。由于电机反转开始时，负载重， 电流会很大，当制动器与制动盘松开时，负载瞬间降低为低负载，电流急剧下降，设定 电控单元ECU在检测到这个低电流一定时间后使电机停止工作。这样，就完成了制动间 隙的电子调节。在后续行车中的制动结束都是如此操作，以实现间隙的电子调节。在安装本发明电子机械制动器时，为了方便安装，此时需要加大摩擦片与制动 盘之间的距离，否则无法进行安装。当安装完之后，制动间隙就要调整到平时制动状态 下才有的距离。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实 施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发 明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的 保护范围。
权利要求
1.一种电子机械制动装置，包括分设于制动盘(2)两侧的两摩擦片(1、3)以及可使 两摩擦片夹紧制动盘的制动执行机构，其特征在于所述制动执行机构包括滚珠丝杆机构 和动力机构，所述滚珠丝杆机构中包括有丝杆(4)和设于丝杆上的螺母(6)，所述丝杆 (4)与所述动力机构的输出端相连，由动力机构带动丝杆(4)转动，当丝杆上的螺母(6) 在丝杆(4)上做直线运动时，螺母(6)可与设于制动盘一侧的摩擦片(3)接触。
2.根据权利要求1所述的电子机械制动装置，其特征在于所述动力机构采用电动机 构，所述电动机构采用电机(8)，电机(8)通过扭矩放大机构与滚珠丝杆机构相连。
3.根据权利要求2所述的电子机械制动装置，其特征在于所述扭矩放大机构采用行星 齿轮机构，所述行星齿轮机构与丝杆(4)固定连接，从而带动丝杆(4)转动。
4.根据权利要求3所述的电子机械制动装置，其特征在于所述扭矩放大机构中还包括 有减速机构，所述减速机构设于电机(8)与行星齿轮机构之间，减速机构的输入端与电 机(8)的输出轴相连，其输出端与行星齿轮机构的输入端相连。
5.根据权利要求2-4之一所述的电子机械制动装置，其特征在于所述制动装置中还包 括有可调节电机(8)输出转矩大小的控制机构，所述控制机构与电机(8)电连接。
6.根据权利要求5所述的电子机械制动装置，其特征在于所述控制机构包括有用于实 时监测汽车四轮轮速的轮速传感器、与所述轮速传感器电连接的控制器，制动开始后， 轮速传感器将所监测到的汽车车轮轮速的信号传送给控制器，由控制器计算出车轮的滑 移率，当车轮的滑移率达到控制器中预设的一定值，并由控制器根据车轮的减速度计算 出摩擦片对车轮的实际夹紧力，控制器根据该值对电机的输出转矩进行调节。
7.根据权利要求6所述的电子机械制动装置，其特征在于当控制器计算出车轮的滑移 率大于20%时，由控制器控制电机(8)减少输出扭矩。
8.根据权利要求7所述的电子机械制动装置，其特征在于所述控制器采用汽车系统中 的电控单元ECU，所述电控单元ECU通过调节电机(8)输出电压的占空比来调节其输出 转矩。
全文摘要
本发明提供一种电子机械制动装置，包括分设于制动盘(2)两侧的两摩擦片(1、3)以及可使两摩擦片夹紧制动盘的制动执行机构，所述制动执行机构包括滚珠丝杆机构和动力机构，所述滚珠丝杆机构中包括有丝杆(4)和设于丝杆上的螺母(6)，所述丝杆(4)与所述动力机构的输出端相连，由动力机构带动丝杆(4)转动，当丝杆上的螺母(6)在丝杆(4)上做直线运动时，螺母(6)可与设于制动盘其中一侧的摩擦片(3)接触。该电子机械制动装置结构简单紧凑、空间占用尺寸小、且具有非自锁功能，可对制动盘的制动压紧力进行自适应调节。
文档编号B60T13/74GK102009647SQ20101055372
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者高国兴 申请人:奇瑞汽车股份有限公司