CN107284431B - 一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，包括人力机械作用部分、电机作用部分和人力直接作用部分。一种三安全余度电子助力刹车执行器主要机构有：一滚珠丝杠与丝杠螺母、一平行轴轮系、一行星轮系、一梯形丝杠与梯形丝杆螺母、一电机，其特征在于：利用杠杆比和行星减速比对人力放大从而可以机械自锁；可以实现大推力效果，减少电机的作用次数；有三个安全余度，分别为人力通过机械结构实现的机械作用制动刹车、电机作用的主动刹车、人力直接作用的刹车失效备份；本发明提及的结构可以接收卫星信号和传感器信号进行紧急刹车制动。

Description

一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器

技术领域

本发明涉及汽车制动领域，具体来说，涉及一种用于车辆制动系统的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器。

背景技术

传统制动系统已经成为一项非常成熟的技术，但该系统也存在一些问题：比如真空助力器体积比较大，助力大小不可控，无法切断制动器与人力操作的联系。

现在车辆制动系统的研究热点主要是线控制动系统，它分为电子液压制动系统和电子机械式制动系统。EMB取消了传统液压制动管路，具有响应快，结构简单的特点。但是EMB系统中采用了大量的电子器件，因此在制动中失效时备份过于复杂。所以本发明不采用EMB的形式，而采用了电子液压制动系统的模式。

对与本发明相近的专利进行了总结：公开号为CN201410323183一种电动车用线控制动系统采用行星轮系减速增扭再用滚珠丝杠推动主缸，但是为了让电机失效时人力可以作用设置了高压蓄能器使系统体积变大油路增多导致系统变得复杂，同时高压蓄能器会给系统带来一定的安全隐患；公开号为CN201520180279具有人力放大作用的线控及助力复合功能的制动系统采用增加一个液压主缸对人力进行放大，增加了油路和电磁阀使系统变得复杂；公开号为CN201610265555一种新型全解耦电子液压助力制动系统采用蜗轮蜗杆和齿轮齿条机构，把电机的旋转运动变为直线运动，机构结构较复杂。其中利用电机自锁，耗电且可靠性不及人力机械自锁；公开号为CN201611037510一种用于车辆制动系统中的电子控制制动助力器，采用的是电机驱动一对平行轴齿轮，再把动力传递给丝杠螺母，把电机旋转运动转变为直线运动。空间节省，但是此结构采用电机自锁，耗电且可靠性不及人力机械自锁。

发明内容

本发明提出一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，可以实现机械自锁、机械制动、电机主动制动、人力直接制动等多种功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，其特征在于，该执行器所在电子液压制动系统如图1所示，包括制动踏板、电子控制单元(ECU)、主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器、主缸储液罐、液压主缸、液压控制单元(HCU)。所述制动踏板与主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器滚珠丝杠铰接；所述主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器由机械作用部分、电机作用部分、人力直接作用部分组成，如图2所示；所述液压控制单元(HCU)部分接受制动踏板传感器信号及卫星信号驱动执行器中的电机；所述执行器的受力杆306推动液压主缸活塞；所述液压主缸通过液压管路与液压控制单元(HCU)连接；所述液压控制单元(HCU)把来自主缸的液压力分配给四个车轮轮缸进行制动刹车。

所述一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器的机械作用部分的滚珠丝杠101与制动踏板铰接，滚珠丝杠101与滚珠丝杠螺母102连接，制动盘103与滚珠丝杠螺母102用螺钉连接，制动盘103与花键头104用花键连接，螺帽201与丝杠螺母套202用螺钉连接，丝杠螺母套上安装有超越离合器206，踏板输入大齿轮207安装于超越离合器206的外侧，踏板输入大齿轮207与小齿轮208齿轮啮合，小齿轮208用平键安装于齿轮轴210，齿轮轴210上的齿轮与第一大齿轮211齿轮啮合，第一大齿轮211过盈安装于电机转子301上，太阳轮308与电机转子301固定连接，太阳轮308与行星轮309齿轮啮合，行星架310与梯形螺母307花键连接。

所述一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器电机作用部分的电机定子303与定子座304用平键连接，太阳轮308与电机转子301固定连接，太阳轮308与行星轮309齿轮啮合，行星架310与梯形螺母307花键连接。

所述一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器人力直接作用部分的滚珠丝杠101与制动踏板铰接，滚珠丝杠101与滚珠丝杠螺母102连接，制动盘103与滚珠丝杠螺母102用螺钉连接，制动盘103与推力垫105之间安装端面轴承，滚珠丝杠101与受力杆306用螺钉连接。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1.本发明所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器具有机械自锁功能。当电机作用时电机压下主缸，本发明利用的是机械自锁而不是电机自锁，使系统更加牢靠且省电。具体过程为：脚踏在踏板上，踏板机构有一个杠杆比，对踏板力进行放大。动力再传递至行星轮系中，行星轮系有一个减速传动比，对踏板力进行放大。在杠杆比和行星轮系减速比的作用下，初始踏板力得到双重放大，可以直接锁住电机外壳，从而实现机械自锁功能。

2.本发明所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器可以实现大推力的效果，通过杠杆比及行星轮系减速比放大人力，能满足一般制动情况对制动力的需求，减少电机的使用次数，保护电机。

3.本发明所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器有三个安全余度：机械作用人力放大机械制动刹车、电机作用主动制动刹车、人力直接作用失效备份。有三个安全余度，提高了执行器的可靠性和安全性。

4.本发明所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器的电子控制单元(ECU)可接收卫星信号和传感器信号，驱动制动执行部分的电机，在危险情况下可以紧急制动刹车，保障人身安全。

附图说明

图1主动式三安全余度大推力电子助力制动系统图。

图2主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器结构示意图。

图3图3为图2的局部放大图。

图中1-人力直接作用部分，101-滚珠丝杠，102-滚珠丝杠螺母，103-直动连接盘，104-花键头，105-推力垫，106-压簧，2-机械作用部分，201-螺帽，202-丝杠螺母套，203-弹簧挡圈，204-轴承挡圈，205-箱体右端盖，206-超越离合器，207-踏板输入大齿轮，208-小齿轮，209-轴承固定板，210-齿轮轴，211-第一大齿轮，3-电机作用部分，301-电机转子，302-外壳中部，303-电机定子，304-定子座，305-丝杠，306-受力杆，307-梯形螺母，308-太阳轮，309-行星轮，310-输出行星架，311-内齿圈端盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，该执行器所在电子液压制动系统如图1所示，包括制动踏板、电子控制单元(ECU)、主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器、主缸储液罐、液压主缸、液压控制单元(HCU)。制动踏板与主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器与滚珠丝杠铰接；主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器由机械作用部分、电机作用部分、人力直接作用部分组成，如图2所示；电子控制单元(ECU)部分接受制动踏板传感器信号及卫星信号驱动执行器中的电机；执行器的受力杆306推动液压主缸活塞；液压主缸通过液压管路与液压控制单元(HCU)连接；液压控制单元(HCU)把来自主缸的液压力分配给四个轮子进行制动刹车。

一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器的机械作用部分的滚珠丝杠101与制动踏板铰接，滚珠丝杠101与滚珠丝杠螺母102连接，制动盘103与滚珠丝杠螺母102用螺钉连接，制动盘103与花键头104用花键连接，螺帽201与丝杠螺母套202用螺钉连接，丝杠螺母套上安装有超越离合器206，踏板输入大齿轮207安装于超越离合器206的外侧，踏板输入大齿轮207与小齿轮208齿轮啮合，小齿轮208用平键安装于齿轮轴210，齿轮轴210上的齿轮与第一大齿轮211齿轮啮合，第一大齿轮211过盈安装于电机转子301上，太阳轮308与电机转子301固定连接，太阳轮308与行星轮309齿轮啮合，行星架310与梯形螺母307花键连接。

一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器电机作用部分的电机定子303与定子座304用平键连接，太阳轮308与电机转子301固定连接，太阳轮308与行星轮309齿轮啮合，行星架310与梯形螺母307花键连接。

一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器人力直接作用部分的滚珠丝杠101与制动踏板铰接，滚珠丝杠101与滚珠丝杠螺母102连接，制动盘103与滚珠丝杠螺母102用螺钉连接，制动盘103与推力垫105之间安装端面轴承，滚珠丝杠101与受力杆306用螺钉连接。

如图3所示，一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，有三种安全余度，分为人力机械作用的正常制动刹车、电机作用的主动制动刹车和人力直接作用的失效备份制动刹车。同时，本发明提及的执行器具有大推力效果、机械自锁功能和接受卫星信号、传感器信号进行紧急制动的功能。现在分别从主动式三余度大推力电子助力制动执行器的上述功能进行具体实施方式描述。

1.机械自锁功能。当电机作用时电机压下主缸，本发明利用的是机械自锁而不是电机自锁，使系统更加牢靠且省电。具体过程为：脚踏在踏板上，踏板机构有一个杠杆比，对踏板力进行放大。动力再传递至行星轮系中，行星轮系有一个减速传动比，对踏板力进行放大。在杠杆比和行星轮系减速比的作用下，初始踏板力得到双重放大，可以直接锁住电机外壳，从而实现机械自锁功能。

2.具有大推力的特点：通过杠杆比及行星轮系减速比放大人力，能满足一般制动情况对制动力的需求，减少电机的使用次数，保护电机。

3.三个安全余度

(1)机械作用人力放大机械制动刹车：脚踏在踏板上，踏板机构有一个杠杆比，对踏板力进行放大。踏板连接滚珠丝杠(101)，滚珠丝杠(101)通过一个超越离合器(206)把动力传递至踏板输入大齿轮(207)、小齿轮(208)、齿轮轴(210)上的齿轮和第一大齿轮(211)平行轴齿轮机构。再把动力传递至电机转子(301)上，继而把动力传递至行星轮系的太阳轮(308)。动力由太阳轮(308)输入，行星架(310)输出，行星架上做有梯形螺母(307)。梯形螺母(307)旋转，带动梯形丝杆(305)直线移动，梯形丝杆(305)上开有花键进行导向。梯形丝杆(305)移动，推动受力杆(306)压缩液压主缸。主缸与液压控制单元(HCU)用油管连接，液压力通过液压控制单元(HCU)分配给四个车轮的轮缸，从而进行人力制动刹车。

(2)电机作用主动制动刹车：电机转子(301)和电机定子(303)接受液压控制单元(HCU)发来的信号，电机转子(301)开始转动，动力经行星轮系的太阳轮(308)输入，行星架(310)输出。行星架上有梯形螺母(307)，梯形螺母(307)旋转，带动梯形丝杆(305)直线移动，梯形丝杆(305)上开有花键进行导向。梯形丝杆(305)移动，推动受力杆(306)压缩液压主缸。主缸与液压控制单元(HCU)用油管连接，液压力通过液压控制单元(HCU)分配给四个车轮轮缸，从而进行主动制动刹车。

(3)人力直接作用失效备份：当电机断电、机械作用部分卡死时，人力可直接通过受力杆(306)作用进行制动，具有失效备份功能。具体过程为：当驾驶员遇到电机断电和机械作用部分卡死的紧急情况时，驾驶员用力踏下脚踏板。此时由于人力的增大，压簧(106)刚度所产生的弹簧力小于人力，致使压簧压缩。当压簧压缩量大于花键的长度，制动连接盘(103)与花键头(104)之间的花键相互脱开人力不能传递至机械作用部分而直接作用于受力杆(306)。推动受力杆(306)压缩液压主缸，主缸通过油管与液压控制单元(HCU)连接，液压力通过液压控制单元(HCU)分配给四个车轮轮缸，从而进行人力直接作用制动刹车。

4.ECU接受卫星信号和传感器信号，驱动制动执行部分的电机，在危险情况下可以紧急制动刹车。

Claims (6)

1.一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，其特征在于，所述主动式三安全 余度大推力电子助力制动执行器由人力直接作用部分(1)、机械作用部分(2)、电机作用部分(3)组成，其中人力直接作用部分(1)包括滚珠丝杠(101)、滚珠丝杠螺母(102)、制动盘(103)、花键头(104)、推力垫(105)、压簧(106)，机械作用部分(2)包括螺帽(201)、丝杆螺母套(202)、弹簧挡圈(203)、轴承挡圈(204)、箱体右端盖(205)、超越离合器(206)、踏板输入大齿轮(207)、小齿轮(208)、轴承固定板(209)、齿轮轴(210)、第一大齿轮(211)，电机作用部分(3)包括电机转子(301)、外壳中部(302)、电机定子(303)、定子座(304)、梯形丝杆(305)、受力杆(306)、梯形螺母(307)、太阳轮(308)、行星轮(309)、行星架(310)、内齿圈端盖(311)；该主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器所在电子液压制动系统包括制动踏板、电子控制单元(ECU)、主动式三安全 余度大推力电子助力制动执行器、主缸储液罐、液压主缸、液压控制单元(HCU)；

所述一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器人力直接作用部分(1)的滚珠丝杠(101)与制动踏板铰接，滚珠丝杠(101)与滚珠丝杠螺母(102)连接，制动盘(103)与滚珠丝杠螺母(102)用螺钉连接，制动盘(103)与推力垫(105)之间安装端面轴承，制动盘(103)与花键头(104)用花键连接，压簧(106)装在推力垫(105)与丝杆螺母套(202)之间，滚珠丝杠(101)与受力杆(306)用螺钉连接；

所述一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器的机械作用部分(2)的螺帽(201)与丝杠螺母套(202)用螺钉连接，弹簧挡圈(203)安装在丝杠螺母套(202)的环槽内，轴承挡圈(204)与箱体右端盖(205)用螺钉连接，丝杠螺母套上安装有超越离合器(206)，踏板输入大齿轮(207)安装于超越离合器(206)的外侧，踏板输入大齿轮(207)与小齿轮(208)齿轮啮合，轴承固定板(209)用螺钉安装在定子座(304)上，小齿轮(208)用平键安装于齿轮轴(210)，齿轮轴(210)上的齿轮与第一大齿轮(211)齿轮啮合，第一大齿轮(211)过盈安装于电机转子(301)上；

所述一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器电机作用部分(3)的电机定子(303)与定子座(304)用平键连接，太阳轮(308)与电机转子(301)固定连接，外壳中部(302)与内齿圈端盖(311)固定连接，梯形丝杆(305)与梯形螺母(307)通过螺纹连接，太阳轮(308)与行星轮(309)齿轮啮合，行星架(310)与梯形螺母(307)花键连接；

所述电子控制单元(ECU)部分接受制动踏板传感器信号及卫星信号驱动主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器中的电机；所述主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器的受力杆(306)推动液压主缸活塞；所述液压主缸通过液压管路与液压控制单元(HCU)连接；所述液压控制单元(HCU)把来自液压主缸的液压力分配给四个车轮轮缸进行制动刹车。

2.根据权利要求1所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，其特征在于该执行器具有机械自锁功能，具体过程为：当脚踩在踏板上，踏板机构有一个杠杆比，对踏板力进行一次放大；踏板机构推动滚珠丝杠(101)直线运动，经滚珠丝杠螺母(102)将直线运动转换成旋转运动并将踏板力经超越离合器(206)、踏板输入大齿轮(207)、小齿轮(208)、齿轮轴(210)和第一大齿轮(211)进一步放大，作用于电机转子(301)上；同时当脚踩动作保持不变，由液压主缸反作用于受力杆(306)的力经梯形螺母(307)、行星架(310)、行星轮(309)和太阳轮(308)减小后作用于电机转子(301)；来自踏板的作用力与液压缸的反作用力能够相互平衡使电机转子(301)保持稳定实现机械自锁。

3.按照权利要求1所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，其特征在于有三个安全余度：机械作用人力放大机械制动刹车、电机作用主动制动刹车、人力直接作用失效备份，有三个安全余度，提高了执行器的可靠性和安全性。

4.按照权利要求3所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力执行器，其特征在于，上述三个安全余度之一的机械作用人力放大机械制动刹车为：脚踏在踏板上，踏板机构有一个杠杆比，对踏板力进行放大，具体过程为：

踏板连接滚珠丝杠(101)，滚珠丝杠(101)通过一个超越离合器(206)把动力传递至踏板输入大齿轮(207)、小齿轮(208)、齿轮轴(210)上的齿轮和第一大齿轮(211)平行轴齿轮机构，再把动力传递至电机转子(301)上，继而把动力传递至行星轮系的太阳轮(308)，动力由太阳轮(308)输入，行星架(310)输出，行星架上做有梯形螺母(307)，梯形螺母(307)旋转，带动梯形丝杆(305)直线移动，梯形丝杆(305)上开有花键进行导向，梯形丝杆(305)移动，推动受力杆(306)压缩液压主缸，液压主缸与液压控制单元(HCU)用油管连接，液压力通过液压控制单元(HCU)分配给四个车轮的轮缸，从而进行人力制动刹车。

5.按照权利要求3所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，其特征在于，上述三个安全余度之一的电机作用为：电机转子(301)和电机定子(303)接受电子控制单元(ECU)发来的信号，电机转子(301)开始转动，动力经行星轮系的太阳轮(308)输入，行星架(310)输出；行星架上有梯形螺母(307)，梯形螺母(307)旋转，带动梯形丝杆(305)直线移动，梯形丝杆(305)上开有花键进行导向，梯形丝杆(305)移动，推动受力杆(306)压缩液压主缸，主缸与液压控制单元(HCU)用油管连接，液压力通过液压控制单元(HCU)分配给四个车轮轮缸，从而进行主动制动刹车。

6.按照权利要求3所述的一种主动式三安全余度大推力电子助力制动执行器，其特征在于，上述三个安全余度之一的人力直接作用失效备份为：当驾驶员遇到电机断电和机械部分卡死的紧急情况时，驾驶员用力踏下脚踏板，此时由于人力的增大，压簧(106)刚度所产生的弹簧力小于人力，致使压簧压缩，当压簧压缩量大于花键的长度，制动盘(103)与花键头(104)之间的花键相互脱开人力不能传递至机械作用部分而直接作用于受力杆(306)，推动受力杆(306) 压缩液压主缸，主缸通过油管与液压控制单元(HCU)连接，液压力通过液压控制单元(HCU)分配给四个车轮轮缸，从而进行人力直接作用制动刹车。

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