CN113401099B - 一种用于行车制动和驻车制动的制动执行器 - Google Patents

Abstract

一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，包括卡钳主缸、行星齿轮机构、驻车制动组件和行车制动组件，卡钳主缸的前表面设置有第一弧面；驻车制动组件包括丝杆和螺母，丝杆贯穿卡钳主缸与行星齿轮机构连接，行星齿轮机构驱动丝杆可转动地设置在卡钳主缸的空腔内；螺母套设在丝杆上并沿着丝杆轴向运动，螺母与卡钳主缸通过导向机构锁定；行车制动组件包括旋转件和滚珠，旋转件的前侧与行星齿轮机构连接；本发明驻车制动使用与行星齿轮机构驱动的丝杆调整盘片间隙并起到制动作用，行车制动由相互配合的滚珠和坡道进行制动，从而通过简单的结构兼具了行车制动和驻车制动。

Description

一种用于行车制动和驻车制动的制动执行器

技术领域

本发明涉及制动系统领域，尤其涉及一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器。

背景技术

随着道路车辆的电气化程度不断提高，如今，在车中使用电子驻车制动器（EPB）在车辆不行驶时使车辆保持静止已经是很常见的做法。同时，由于引入了通过再生制动使车辆减速这种新方式，对行车制动系统的要求正在变化。

虽然使用电控系统的驻车制动器带来了更多功能，但现有的制动卡钳仍然使用液压传动介质来控制行车制动功能。相比于目前新能源汽车对摩擦式制动器的要求日益降低，特别是后轮上的摩擦式制动器，这种制动器结构复杂，无论产品本身的制造成本、还是安装成本、维护成本都较高。

中国发明专利CN104074895公开了一种使用行星齿轮变速器作为最终减速级的驻车制动执行器，其中方案为通过皮带传动和行星齿轮的组合来实现卡钳集成式电子驻车制动器的减速和扭矩转换传递，该解决方案适合于实现驻车制动功能，但是不能满足行车制动的要求。调整机构摩擦力大使其自锁，这有利于驻车制动器，但它与行车制动器的自释放要求背道而驰。此外，由摩擦力引起的低效率降低了制动力，从而导致制动力不能像行车制动操作所要求的那样快速响应。

申请号为WO2010094555的PCT专利公开了一种驻车制动执行器，该驻车制动执行器通过滚珠丝杠将旋转运动转换为线性运动，并通过电磁卡扣将传动机构锁住，以避免其因受夹紧力而旋转，通过使用更高效的滚珠丝杆装置克服了上述问题，该滚珠丝杠装置可以确保行车制动器的自释放行为和快速响应，而驻车制动功能所需的锁止机构是通过电磁卡扣实现的。该解决方案的缺点在于，这种滚珠丝杆的成本较高，并且由于其自释放行为，丝杆无法保证稳定的零点位置。

因此本发明描述了克服上述缺点的解决方案，在所提出的结构中，自锁丝杆的盘片间隙调节和锁止特征与滚珠坡道的高效率和自释放特征结合在一起，在这种布置中，这两个传动元件可以以可控的方式按照实际的制动操作分开操控从而达到行车制动、驻车制动的轻松转换。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，包括卡钳主缸、行星齿轮机构、驻车制动组件和行车制动组件，卡钳主缸的前表面设置有第一弧面； 驻车制动组件包括丝杆和螺母，丝杆贯穿卡钳主缸与行星齿轮机构连接，行星齿轮机构驱动丝杆可转动地设置在卡钳主缸的空腔内；螺母套设在丝杆上并沿着丝杆轴向运动，螺母与卡钳主缸通过导向机构锁定；

行车制动组件包括旋转件和滚珠，旋转件的前侧与行星齿轮机构连接，旋转件的后侧通过轴承件与丝杆连接，旋转件与卡钳主缸前表面的相对侧设有第二弧面；滚珠分别与卡钳主缸和旋转件相接合并通过第一弧面和第二弧面限位导向，第一弧面和第二弧面中至少其一为坡道，行星齿轮机构驱动旋转件沿丝杆轴的周向转动，旋转件的转动带动滚珠沿着坡道滑动，滚珠推动丝杆从而推动螺母沿着制动方向制动。丝杆和旋转件均可通过沿特定方向旋转而在生成制动力的方向上产生螺母的线性运动。对于丝杆和旋转件转动时的方向可以相同或相反，这取决于丝杆、旋转件、行星齿轮机构以及其他附加部件的具体参数。

作为优选，锁止装置，锁止装置包括行车制动锁、驻车制动锁，行车制动锁在驻车制动实施时将旋转件锁定，驻车制动锁在行车制动实施时将丝杠锁定。

作为优选，锁止装置可在锁定状态和非锁定状态切换，行车制动锁、驻车制动锁分别通过电磁行车制动执行器和电磁驻车制动执行器控制其处于锁定状态或非锁定状态，在行车制动锁、驻车制动锁处于锁定状态时，可为连续锁定或非连续锁定。

作为优选，行车制动锁、驻车制动锁分别为单稳态行车制动器锁和单稳态驻车制动器锁或者行车制动锁、驻车制动锁为同一单稳态锁，行车制动锁与旋转件之间设有第一扭矩转换机构，驻车制动锁与丝杠之间设有第二扭矩转换机构。在发生电力故障的时候，丝杆会发生自锁，而单稳态锁在没有通电的默认状态下会保持锁定，在通电状态下可以解除锁定，从而符合车辆制动要求规范。

作为优选，行星齿轮机构包括齿轮架、太阳轮、齿圈、行星齿轮，行星齿轮安装在齿轮架上，行星齿轮与太阳轮和齿圈连接，太阳轮与动力源连接并在动力源的驱动下转动，齿轮架与丝杆连接，齿圈与旋转件连接。

作为优选，卡钳主缸内设有导向机构，导向机构与螺母连接用于锁止螺母的转动。

作为优选，卡钳主缸内设置有活塞，活塞覆盖在螺母的外侧，卡钳主缸的壳体设置有进油口，导向机构设置在活塞内，进油口供制动液进入，当太阳轮无法转动时，活塞通过制动液沿着丝杆轴向运动产生制动力。

作为优选，滚珠设置有若干个，卡钳主缸、旋转件上分别对应设置有若干个第一弧面、第二弧面，滚珠分别在对应的坡道上运动，旋转件上设置有跟随旋转件同步转动的限位凸起，卡钳主缸前表面上设置有挡块，限位凸起与挡块的相对配合用于限制旋转件的转动角度。

作为优选，若第一弧面和第二弧面中的其中之一为坡道，另一个弧面则为用于容置滚珠的球形弧面，旋转件的转动角度不超过360°除以滚珠数，若第一弧面和第二弧面都为坡道，旋转件的转动角度不超过720°除以滚珠数。球形弧面内可通过设置滑动轴承进行导向。

作为优选，丝杆和螺母通过弹簧预紧，弹簧施加压力使螺母与丝杆之间产生初始锁紧摩擦力。给予适当的预紧力，可以消除丝杆和螺母之间的螺纹间隙，预紧后的丝杆反向转动就没有空转行程，从而可以提高其定位的精度，起到充分锁紧的作用。

作为优选，活塞与卡钳主缸之间、卡钳主缸与旋转件之间、丝杆与旋转件之间都可设置密封圈。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

驻车制动使用与行星齿轮机构驱动的丝杆调整盘片间隙并起到制动作用，丝杆能够实现自锁且螺母可以通过导向机构锁住以防止旋转，在驻车制动时通过丝杆、螺母的配合实现锁紧，且在行车制动时锁住丝杆避免其作用；

行车制动由相互配合的滚珠和坡道进行制动，滚珠部分与卡钳壳体相接触，另一侧通过坡道将旋转件的转动转化为其在制动方向上的运动，再通过轴承来推动丝杆，从而使螺母推动摩擦片作用；从而通过简单的结构兼具了行车制动和驻车制动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是滚珠两侧都设置坡道时旋转件的横向剖视图。

图3是滚珠两侧都设置坡道时旋转件、滚珠、卡钳主缸接触的纵向剖视图。

图4是滚珠两侧都设置坡道时卡钳主缸前表面的横向剖视图。

图5是只有卡钳主缸的前表面设置坡道时旋转件的横向剖视图。

图6是只有卡钳主缸的前表面设置坡道时旋转件、滚珠、卡钳主缸接触的纵向剖视图。

图7是只有卡钳主缸的前表面设置坡道时卡钳主缸的横向剖视图。

图8是只有旋转件设置坡道时旋转件的横向剖视图。

图9是只有旋转件设置坡道时旋转件、滚珠、卡钳主缸接触的纵向剖视图。

图10是只有旋转件设置坡道时卡钳主缸的横向剖视图。

图11是本发明设置弹簧进行预紧的结构示意图。

图12是本发明设置单稳态行车制动锁的结构示意图。

图13是本发明设置单稳态行车制动锁和第一扭矩转换机构的结构示意图。

图14是本发明设置单稳态驻车制动锁的结构示意图。

图15是本发明设置单稳态行车制动锁和第二扭矩转换机构的结构示意图。

图16是本发明设置单稳态锁的结构示意图。

图17是本发明设置活塞、进油口的结构示意图。

图18是本发明设置电机控制太阳轮转动的结构示意图。

图19是本发明设置传动件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，包括卡钳主缸3、行星齿轮机构、驻车制动组件和行车制动组件，卡钳主缸3的前表面设置有第一弧面； 驻车制动组件包括丝杆1和螺母2，丝杆1贯穿卡钳主缸3与行星齿轮机构5连接，行星齿轮机构5驱动丝杆1可转动地设置在卡钳主缸3的空腔内；螺母2套设在丝杆1上并沿着丝杆1轴向运动，螺母2与卡钳主缸3通过导向机构锁定；丝杆1和螺母2布置在制动卡钳中的卡钳主缸3内，通过丝杆1的旋转产生制动力，同时螺母2被锁住不会旋转。螺母2用于将摩擦片推至制动盘以产生制动摩擦力。

行车制动组件包括旋转件6和滚珠，旋转件6的前侧与行星齿轮机构5连接，旋转件6的后侧通过轴承件与丝杆1连接，旋转件6与卡钳主缸3前表面的相对侧设有第二弧面；滚珠分别与卡钳主缸3和旋转件相接合并通过第一弧面和第二弧面限位导向，第一弧面和第二弧面中至少其一为坡道，行星齿轮机构5驱动旋转件沿丝杆轴的周向转动，旋转件的转动带动滚珠沿着坡道滑动，滚珠推动丝杆1从而推动螺母2沿着制动方向制动。

滚珠设置有若干个，卡钳主缸3、旋转件上分别对应设置有若干个第一弧面、第二弧面，滚珠分别在对应的坡道上运动，旋转件上设置有跟随旋转件同步转动的限位凸起，卡钳主缸3前表面上设置有挡块，限位凸起与挡块的相对配合用于限制旋转件的转动角度。滚珠坡道一般至少设有三颗滚珠，每颗滚珠都设置在相应的坡道上，因此坡道也至少具有三个，坡道可以设置在滚珠的内侧或外侧，另一侧设置为球形面，使滚珠容置在球形面内，滚珠不会和该球形面产生周向的相对运动，坡道也可以设置在滚珠的内侧和外侧，滚珠和坡道相对运动，会使旋转件转动行程相比较一侧设置坡道的情况时的行程翻倍。若第一弧面和第二弧面中的其中之一为坡道，另一个弧面则为用于容置滚珠的球形弧面，旋转件的转动角度不超过360°除以滚珠数，若第一弧面和第二弧面都为坡道，旋转件的转动角度不超过720°除以滚珠数。

如图1所示，丝杆1布置在行星齿轮机构5的齿轮架51上，行星齿轮机构5具有齿圈53和太阳轮52，它们与由齿轮架51支撑的至少3个行星齿轮54连接。通过动力源驱动太阳轮52，使丝杆1借助行星齿轮机构5旋转，同时齿圈53被锁住不会旋转。旋转件6布置在丝杆1和卡钳主缸3的前表面31之间，丝杆1与旋转件6之间设置有轴承件7，轴承件7设置丝杆1和旋转件6的背面67之间，使二者可以实现互相不干扰的相对旋转，在旋转件6的反面形成至少3个坡道61a，62a，63a，以容纳至少3个滚珠64，65，66，这些滚珠进一步由卡钳主缸3的前表面31进行导向。 下图中都以设置三颗滚珠64，65，66且与坡道一一对应为例，实际上可以设置更多的滚珠，从而旋转件6的可转动角度会更小，在需要提高部分精密度时可以根据需要更改滚珠数量。旋转件6与行星齿轮机构5的齿圈53相连接，通过旋转太阳轮52而使旋转件6旋转，于此同时行星齿轮机构5被锁住而不会旋转。

如图2-4所示，在旋转件6上设有坡道61a，62a，63a，卡钳主缸3的前表面31设置有坡道34a，35a，36a。当滚珠64，65，66沿坡道61a，62a，63a，34a，35a，36a滚动时，它们经过的长度是单个坡道轮廓最大长度的两倍，同时生成旋转件6的线性运动。滚珠通过单个坡道的头尾长度时，旋转件6转动360°除以滚珠数，这意味着旋转件6的最大旋转角度可以为720°除以滚珠数量。为了避免旋转件6旋转超出此范围，在旋转件6上布置了限位凸起68，卡钳主缸3前表面31上设有挡块32，33a，限位凸起68在转动时接触挡块32，33a，从而通过限位凸起和挡块的配合来锁住旋转件6，以防止旋转件6的旋转超出范围，起到控制转动角的作用，比如图中设有3颗滚珠，每次旋转件6转动角度就在240°内，图2中左右两种状态就是分别为限位凸起68在转动过程中分别接触两端挡块32，33a的状态。

如图5-7所示，坡道34a，35a，36a仅布置在卡钳主缸3的前表面31上，布置在旋转件6中的滑动轴承61b，62b，63b对滚珠64，65，66进行导向，滚珠在滑动轴承中可以滚动，但是不能产生径向的相对滑动。滚珠64，65，66分别沿坡道34a，35a，36a滚动，它们经过的长度是单个轮廓的最大长度，即360°除以滚珠数量，同时生成旋转件6的线性运动。这意味着旋转件6的最大旋转角度可以是360°除以滚珠数量。为了避免旋转件6旋转超出此范围，在旋转件6上布置了限位凸起68，卡钳主缸3前表面31上设有挡块32，33b，限位凸起68分别接触挡块32，33b来锁住旋转件6，以防止旋转超出范围。

如图8-10所示，坡道61a，62a，63a仅布置在旋转件6内，由滑动轴承34b，35b，36b对滚珠64，65，66进行导向。滚珠64，65，66沿坡道61a，62a，63a滚动，它们经过的长度是单个轮廓的最大长度，即360°除以滚珠数量，同时生成旋转件6的线性运动。这意味着旋转件6的最大旋转角度可以是360°除以滚珠数量。为了避免旋转件6旋转超出此范围，在旋转件6上布置了限位凸起68，限位凸起68分别通过接触布置在卡钳主缸3前表面31上的对应的挡块32，33b来锁住旋转件6，以防止旋转超出范围。

如图11所示，为了避免丝杆1在旋转件6准备旋转时发生转动，可以通过弹簧8在螺母2和丝杆1之间产生摩擦力，将摩擦片的负载转移到螺母2上，弹簧8在螺母2上产生预负荷，起到预紧作用。

图12-16公开了锁止装置，锁止装置包括行车制动锁、驻车制动锁，行车制动锁、驻车制动锁通过锁止行星齿轮机构的齿圈和齿轮架来分别锁定旋转件和丝杆。行车制动锁在驻车制动实施时将旋转件锁定，驻车制动锁在行车制动实施时将丝杠锁定。锁止装置可在锁定状态和非锁定状态切换，行车制动锁、驻车制动锁分别通过电磁行车制动执行器和电磁驻车制动执行器控制其处于锁定状态或非锁定状态，在行车制动锁、驻车制动锁处于锁定状态时，可为连续锁定或非连续锁定。如图12所示，为了更好地分开控制对应驻车制动的丝杆1旋转和对应行车制动的旋转件6的旋转，布置了单稳态行车制动锁92来阻止旋转件 6或行星齿轮机构5的齿圈53的转动，单稳态行车制动锁92由电磁行车制动执行器91进行控制。

如图13所示，为了降低单稳态行车制动锁92上的转矩负载，在单稳态行车制动锁92与旋转件6或行星齿轮机构5的齿圈53之间布置了另外的第一扭矩转换机构93来阻止转动。

如图14所示，为了更好地分开控制对应驻车制动的丝杆1旋转和对应行车制动的旋转件6的旋转，布置了单稳态驻车制动锁95来阻止丝杆1或行星齿轮机构5的齿轮架51转动。单稳态驻车制动锁95由电磁驻车制动执行器94操作。

如图15所示，为了降低单稳态行车制动锁92上的转矩负载，在单稳态驻车制动锁95与丝杆1或行星齿轮机构5的齿轮架51之间布置了另外的第二扭矩转换机构96来阻止其转动。

如图16所示，为了更好地分开控制对应驻车制动的丝杆1旋转和对应行车制动的旋转件6的旋转，布置了单稳态锁98，在一种状态下阻止丝杆1或行星齿轮机构5的齿轮架51的旋转，在另一种状态下阻止旋转件6或行星齿轮机构5的齿圈53的旋转。单稳态锁98由电磁执行器97操作。单稳态锁98的稳定状态是丝杆1被锁住不会转动的状态。

如图17所示，螺母2的导向机构4布置在1个活塞41内，该活塞由卡钳主缸3导向并且由弹性密封件37密封。卡钳主缸有进油口38，以从制动系统接收制动液。在卡钳主缸3和旋转件6之间还布置有可以进行旋转的密封圈，并且在丝杆1和旋转件6之间布置有丝杆密封件11。如果行星齿轮机构5的太阳轮52无法转动的话，通过进油口，活塞可以沿制动方向运动以产生制动力。活塞覆盖在螺母2的外侧，卡钳主缸3的壳体设置有进油口，导向机构设置在活塞内，进油口供制动液进入，当太阳轮52无法转动时，活塞通过制动液沿着丝杆1轴向运动产生制动力。

如图18所示，行星齿轮机构5的太阳轮52由电机100驱动并旋转。

如图19所示，行星齿轮机构5的太阳轮52和电机100之间的另外设置有传动件101，102，传动件用来转换电机100的扭矩。

旋转件6由电磁行车制动执行器91控制的单稳态行车制动锁92锁止或打开从而控制旋转件是否可以进行转动，单稳态行车制动锁92可以将旋转件6锁定在不连续位置，单稳态行车制动锁92也可以将旋转件6锁定在连续位置，进一步的，单稳态行车制动器锁92可以通过第一扭矩转换机构93锁住旋转件6。

丝杆1通过电磁驻车制动执行器94控制的单稳态驻车制动锁95锁止或打开从而控制丝杆是否可以进行转动，单稳态驻车制动锁95将丝杆1锁定在不连续位置，单稳态驻车制动锁95也可以将丝杆1锁定在连续位置。进一步的，单稳态驻车制动锁95可以通过第二扭矩转换机构96锁住丝杆1。

行车制动锁、驻车制动锁分别为单稳态行车制动器锁和单稳态驻车制动器锁或者行车制动锁、驻车制动锁为同一单稳态锁，行车制动锁与旋转件之间设有第一扭矩转换机构，驻车制动锁与丝杠之间设有第二扭矩转换机构。

行星齿轮机构5包括齿轮架51、太阳轮52、齿圈53、行星齿轮54，行星齿轮54安装在齿轮架51上，行星齿轮54与太阳轮52和齿圈53连接，太阳轮52与动力源连接并在动力源的驱动下转动，齿轮架51与丝杆1连接，齿圈53与旋转件连接。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：包括

卡钳主缸，卡钳主缸的前表面设置有第一弧面；

行星齿轮机构；

驻车制动组件，包括

丝杆，丝杆贯穿卡钳主缸与行星齿轮机构连接，行星齿轮机构驱动丝杆可转动地设置在卡钳主缸的空腔内；

螺母，螺母套设在丝杆上并沿着丝杆轴向运动，螺母与卡钳主缸通过导向机构锁定；

行车制动组件，包括

旋转件，旋转件的前侧与行星齿轮机构连接，旋转件的后侧通过轴承件与丝杆连接，旋转件与卡钳主缸前表面的相对侧设有第二弧面；

滚珠，滚珠分别与卡钳主缸和旋转件相接合并通过第一弧面和第二弧面限位导向，第一弧面和第二弧面中至少其一为坡道，行星齿轮机构驱动旋转件沿丝杆轴的周向转动，旋转件的转动带动滚珠沿着坡道滑动，滚珠推动丝杆从而推动螺母沿着制动方向制动；

锁止装置，锁止装置包括行车制动锁、驻车制动锁，行车制动锁在驻车制动实施时将旋转件锁定，驻车制动锁在行车制动实施时将丝杆锁定；锁止装置可在锁定状态和非锁定状态切换，行车制动锁、驻车制动锁分别通过电磁行车制动执行器和电磁驻车制动执行器控制其处于锁定状态或非锁定状态，在行车制动锁、驻车制动锁处于锁定状态时，可为连续锁定或非连续锁定。

2.根据权利要求1所述的一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：行车制动锁、驻车制动锁分别为单稳态行车制动器锁和单稳态驻车制动器锁或者行车制动锁、驻车制动锁为同一单稳态锁，行车制动锁与旋转件之间设有第一扭矩转换机构，驻车制动锁与丝杆之间设有第二扭矩转换机构。

3.根据权利要求1所述的一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：行星齿轮机构包括齿轮架、太阳轮、齿圈、行星齿轮，行星齿轮安装在齿轮架上，行星齿轮与太阳轮和齿圈连接，太阳轮与动力源连接并在动力源的驱动下转动，齿轮架与丝杆连接，齿圈与旋转件连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：卡钳主缸内设有导向机构，导向机构与螺母连接用于锁止螺母的转动。

5.根据权利要求4所述的一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：卡钳主缸内设置有活塞，活塞覆盖在螺母的外侧，卡钳主缸的壳体设置有进油口，导向机构设置在活塞内，进油口供制动液进入，当太阳轮无法转动时，活塞通过制动液沿着丝杆轴向运动产生制动力。

6.根据权利要求1所述的一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：滚珠设置有若干个，卡钳主缸、旋转件上分别对应设置有若干个第一弧面、第二弧面，滚珠分别在对应的坡道上运动，旋转件上设置有跟随旋转件同步转动的限位凸起，卡钳主缸前表面上设置有挡块，限位凸起与挡块的相对配合用于限制旋转件的转动角度。

7.根据权利要求1所述的一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：若第一弧面和第二弧面中的其中之一为坡道，另一个弧面则为用于容置滚珠的球形弧面，旋转件的转动角度不超过360°除以滚珠数，若第一弧面和第二弧面都为坡道，旋转件的转动角度不超过720°除以滚珠数。

8.根据权利要求1所述的一种用于行车制动和驻车制动的电子制动执行器，其特征在于：丝杆和螺母通过弹簧预紧，弹簧施加压力使螺母与丝杆之间产生初始锁紧摩擦力。