一種自鎖式電子機械制動裝置的製作方法
2023-09-11 22:57:45
本發明屬於汽車制動系統技術領域。更具體地說，本發明涉及一種自鎖式電子機械制動裝置。
背景技術：
傳統的汽車制動系統通常採用液壓制動裝置，其缺點是需要一定數量的管路和閥類元件，使得整個裝置結構複雜，質量大。由於液壓制動裝置的管路長，所以制動壓力產生慢，易產生制動滯後，使消除制動間隙得時間變長，致使安全性降低；如果想要獲得較快的制動響應，液壓制動裝置就必須採用高性能的液壓閥元件，即增加了制動系統本身的成本。
隨著目前汽車產業的總體高速發展，人們對汽車的制動性能以及成本提出了更高的要求，電子機械制動(emb)系統逐漸走進了人們的視野。由於電子機械制動(emb)系統系統屬於機電一體化系統，其工作過程完全由機械結構完成，所以其可以獲得良好的制動響應，並且可以避免液壓系統管路的油液所帶來的汙染，符合當前汽車工業的總體需求和新能源汽車的產業要求。
電子機械制動(emb)系統系統主要是通過電子控制單元對制動電機實施電流控制，使制動電機輸出轉矩，通過系統內的機械傳動機構，將制動電機的輸出轉矩轉化為作用在制動器上的制動力。
現有的電子機械制動裝置由於其制動裝置本身零部件較多，結構優化不夠合理，導致電子機械制動裝置的體積較大，集成度較低，不利於新興汽車產業對高集成度的要求；此外，目前的電子機械制動裝置內均缺少獨立的自鎖機構，很難滿足汽車駐車時的制動要求。
技術實現要素：
針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供了一種自鎖式電子機械制動裝置，能夠有效節省制動裝置在整車布置中所佔的體積，並且可以穩定實現自鎖功能。結合說明書附圖，本發明的技術方案如下：
一種自鎖式電子機械制動裝置，由箱體、第一電機、行星齒輪傳動機構、絲槓軸、第二電機、滾珠絲槓副螺母、彈簧、摩擦片以及制動盤組成；
第一電機1安裝在箱體的外端部，行星齒輪傳動機構的太陽輪設置在電機輸出軸2上，齒圈固定在箱體內，行星架8與絲槓軸19一端同軸傳動連接，絲槓軸19中部與第二電機轉子18同軸連接形成滑動絲槓副，第二電機定子15固定安裝在箱體內側，絲槓軸19的另一端與滾珠絲槓副螺母20同軸連接形成滾動絲槓副，所述滾珠絲槓副螺母20的後端穿過箱體，彈簧21安裝在滾珠絲槓副螺母20的首端外沿端面與箱體內壁之間；兩個摩擦片分別安裝在滾珠絲槓副螺母20的後端面上和位於箱體外側的隔板上，制動盤26安裝在兩個摩擦盤之間；
在第一電機1的驅動下，動力經行星齒輪傳動機構傳遞至絲槓軸19，滾珠絲槓副螺母20在絲槓軸19的帶動下向外運動實現摩擦制動，當第二電機定子和第二電機轉子通電後，第二電機轉子沿著絲槓軸19向外移動並頂靠在外側的滾珠絲槓副螺母20的首端外沿端面上並自鎖實現制動力的保持。
進一步地，所述行星齒輪傳動機構的太陽輪為在電機輸出軸2上加工的齒輪軸，所述行星齒輪傳動機構的齒圈為箱體內側壁上加工的一圈內齒，所述行星齒輪傳動機構的行星齒輪7安裝在行星架8上，並分別與內圈和太陽輪嚙合傳動。
更進一步地，所述行星架8的主體為套筒軸結構，行星架8後端套筒軸的內表面與絲槓軸19的外表面鍵連接；行星架8前端設有外沿，在前端的外沿端面圓周方向均勻分布有三個圓柱，所述行星齒輪7對應安裝在三個圓柱上，且在行星齒輪7的內表面與圓柱的外表面之間均安裝一個軸瓦6，行星架8前側端面上固定安裝有蓋板5；電機輸出軸2端部與行星架8的套筒軸內側之間安裝有深溝球軸承9。
進一步地，所述第二電機由第二電機定子15、定子繞組16、第二電機轉子18以及轉子磁軛17組成，兩組所述第二電機定子15固定安裝在箱體內壁上，定子繞組16安裝在兩組第二電機定子15之間，所述第二電機轉子18與絲槓軸19配合安裝形成滑動絲槓副，所述轉子磁軛17安裝在第二電機轉子18的外表面上，在磁路中進行磁力線傳輸。
進一步地，所述絲槓軸19與第二電機轉子18安裝組成梯形滑動絲槓副。
進一步地，所述行星架8後端套筒軸外側與箱體內壁之間沿反向安裝有兩個圓錐滾子軸承。
進一步地，所述滾珠絲槓副螺母20為首端設有外沿且後端封底的筒狀，在滾珠絲槓副螺母20的外沿圓周側面上均勻設有滑塊，在與滑塊對應的箱體內壁開有滑槽，滑塊安裝在滑槽內，在滑槽的導向作用下，滾珠絲槓副螺母20沿著箱體內壁線性滑移。
進一步地，所述箱體由箱蓋3、前箱體4、中間箱體11和後箱體24組成，所述箱蓋3安裝在整個箱體前端，第一電機1固定安裝在所述箱蓋3上，所述箱蓋3、前箱體4、中間箱體11和後箱體24依次螺栓連接，在後箱體24與滾珠絲槓副螺母20後端連接處安裝有密封圈23。
與現有技術相比，本發明的有益效果在於：
1、本發明所述的一種自鎖式電子機械制動裝置通過將制動裝置本身機械零部件與自鎖部件集成在一個制動裝置中，並採用行星齒輪傳動機構，使得整個裝置的體積較小，集成度較高，該高度集成化的設計能夠有效節省制動裝置在整車布置中所佔的體積，方便布置。
2、本發明所述的一種自鎖式電子機械制動裝置通過滑動絲槓副來實現自鎖，以適應目前制動策略對保壓工況的要求，在有效節省制動裝置在整車布置中所佔的體積基礎上，可以更加穩定地實現自鎖功能
3、本發明所述的一種自鎖式電子機械制動裝置在制動系統工作在駐車制動工況時，通過第一電機與第二電機協調工作，能夠實現對制動器的自鎖控制，其駐車性能較好，能夠有效提高安全性。
4、本發明所述的一種自鎖式電子機械制動裝置其通過電機控制，可以達到良好的制動響應，其可以應用於目前的傳統汽車領域以及新興的電動汽車領域，其制動穩定性好，應用前景較為廣泛。
附圖說明
圖1為本發明所述的自鎖式電子機械制動裝置的正視剖視圖；
圖2為本發明所述的自鎖式電子機械制動裝置的俯視圖；
圖3為本發明所述的自鎖式電子機械制動裝置的a-a方向剖視圖；
圖4為本發明所述的自鎖式電子機械制動裝置的b方向視圖；
圖5為本發明所述的自鎖式電子機械制動裝置中的行星架的結構示意圖；
圖6為本發明所述的自鎖式電子機械制動裝置中的滾珠絲槓副螺母的結構示意圖。
圖中：
1.第一電機，2.電機輸出軸，3.箱蓋，4.前箱體，
5.蓋板，6.軸瓦，7.行星齒輪，8.行星架，
9.深溝球軸承，10.第一圓錐滾子軸承，11.中間箱體，12.第二圓錐滾子軸承，
13.平鍵，14.襯套，15.第二電機定子，16.定子繞組，
17.轉子磁軛，18.第二電機轉子，19.絲槓軸，20.滾珠絲槓副螺母，
21.彈簧，22.滾珠絲槓副滾珠，23.密封圈，24.後箱體，
25.第一摩擦片，26.制動盤，27.第二摩擦片。
具體實施方式
為進一步清楚地闡述本發明的技術方案，結合說明書附圖，本發明的具體實施方式如下：
如圖1所示，本發明提供了一種自鎖式電子機械制動裝置，主要由第一電機1、電機輸出軸2、箱蓋3、前箱體4、蓋板5、軸瓦6、行星齒輪7、行星架8、深溝球軸承9、第一圓錐滾子軸承10、中間箱體11、第二圓錐滾子軸承12、平鍵13、襯套14、定子鐵芯15、定子繞組16、轉子磁軛17、第二電機轉子18、絲槓軸19、滾珠絲槓副螺母20、彈簧21、滾珠絲槓副滾珠22、密封圈23、後箱體24、第一摩擦片25、制動盤26和第二摩擦片27組成。
所述第一電機1選用直流無刷電動機，如圖4所示，第一電機1的後端法蘭盤與箱蓋3之間通過四組螺栓螺母連接件裝配在一起，以保證二者在工作中相對位置保持不變；如圖2所示，所述前箱體4為前後兩端均為環形法蘭盤的套筒狀，箱蓋3與前箱體4前端的環形法蘭盤通過四個螺釘連接件裝配在一起，以保證箱蓋3與前箱體4在工作中相對位置保持不變；所述中間箱體11為前側外圓周上和後端面上均帶有環形法蘭盤的套筒狀結構，中間箱體11的前端部分插裝進前箱體4的後端套筒內，前箱體4後端的環形法蘭盤通過六個螺釘與中間箱體11外圓周上的法蘭盤連接，以保證前箱體4與中間箱體11在工作中相對位置保持不變。
所述前箱體4內表面的中間位置還加工有一圈內齒，形成齒圈結構；
所述行星架8位於前箱體4內，如圖5所示，所述行星架8的主體為套筒軸結構，行星架8後端套筒軸的內表面上加工有平鍵槽，行星架8前端設有外沿，在前端的外沿端面圓周方向均勻分布有三個圓柱，且圓柱的軸線與行星架8的軸線平行，在每個圓柱的外端面中心均加工有一個螺紋盲孔，在每個圓柱的上均套裝一個行星齒輪7，在行星齒輪7的內表面與圓柱的外表面之間均安裝一個軸瓦6，軸瓦6的作用是降低行星齒輪7與行星架8凸臺間的磨損，提高其使用壽命；所述軸瓦6的前端設有外沿，軸瓦6的外沿後端面頂靠在行星齒輪7的前端面上，行星齒輪7的後端面頂靠在行星架8前端外沿後端面上，以便實現行星齒輪7的軸向定位；所述蓋板5為扁圓柱狀，在蓋板5的中心位置加工有中心孔，在蓋板5的圓周方向加工有三個均布的通孔，所述通孔的中心位置分別對應行星架8上三個圓柱的螺紋盲孔的中心，蓋板5的通孔與行星架8圓柱中心的螺紋盲孔通過三個螺釘裝配在一起，以保證蓋板5與行星架8工作中相對位置保持不變。
所述電機輸出軸2為三段階梯齒輪軸，在電機輸出軸2的前段連接第一電機1後穿過蓋板5的中心孔，電機輸出軸2的中間段軸上加工有輪齒，形成齒輪軸，電機輸出軸2的後段伸入行星架8的前端套筒內，電機輸出軸2與行星架8之間安裝有深溝球軸承9，所述深溝球軸承9選用型號為6002型深溝球軸承，深溝球軸承9套裝在電機輸出軸2有段的外側，深溝球軸承9的外圓周面與行星架8套筒結構的內表面相接觸，深溝球軸承9的內圈前端與電機輸出軸2的軸肩相接觸，深溝球軸承9的外圈後端與行星架8套筒的內端面相接觸，深溝球軸承9的作用是保證電機輸出軸2的自由旋轉並起到支撐作用。
如圖3所示，所述前箱體4內表面的齒圈與行星架8上安裝的三個行星齒輪7外側嚙合，三個行星齒輪7內側與電機輸出軸2中間段的齒輪軸嚙合，使前箱體4內表面的齒圈、行星架8、三個行星齒輪7以及電機輸出軸2中間段的齒輪軸(即太陽輪)構成一個完整運行的行星齒輪傳動機構，其作用是將第一電機1輸出的動力由電機輸出軸2中間段的齒輪軸輸入，進行減速增扭後，再通過行星架8進行對外輸出。
如圖1所示，所述絲槓軸19為三段階梯絲槓軸，其前段光軸的軸徑最小，絲槓軸19的前段光軸安裝在行星架8後端的套筒軸內部，所述絲槓軸19前段光軸後側軸肩的的前端面與行星架8的後端面之間裝有一個襯套14，所述襯套14為一圓環形零件，起到軸肩定位的作用；
所述行星架8後端的套筒軸伸至中間箱體11的前端，所述行星架8與中間箱體11之間裝配有兩個圓錐滾子軸承，第一圓錐滾子軸承10與第二圓錐滾子軸承12均選用型號為7006c的圓錐滾子軸承，第一圓錐滾子軸承10與第二圓錐滾子軸承12的裝配方向相反。裝配時，第一圓錐滾子軸承10的內圈與行星架8後端的套筒軸前側軸肩相接觸安裝，第二圓錐滾子軸承12的外圈與第一圓錐滾子軸承10的外圈相接觸安裝，第二圓錐滾子軸承12的內圈後端與襯套14的前端相接觸安裝。
在絲槓軸19的前段光軸的外圓周上加工有一個平鍵槽，鍵槽尺寸與行星架8後端套筒軸的內表面上加工有平鍵槽尺寸相當，絲槓軸19與行星架8後端套筒軸之間通過平鍵13連接，以實現行星架8通過平鍵13對絲槓軸19的動力傳遞；所述絲槓軸19中段滑動絲槓軸的軸徑最大，滑動絲槓軸的外表面加工有螺旋狀梯形槽；所述絲槓軸19的後段滾動絲槓軸的軸徑介於前段光軸與中段滑動絲槓軸的軸徑之間，且後段滾動絲槓軸的外表面加工有螺旋狀弧形槽。
所述的中間箱體11後端的法蘭盤與後箱體24的前端法蘭盤通過六組螺栓螺母連接件裝配在一起，以保證中間箱體11與後箱體24在工作中相對位置保持不變。所述後箱體24中間內表面圓周方向加工有四個矩形長槽，所述後箱體24的後端的箱體外側還設有一個用於安裝摩擦片的隔板。
所述的定子鐵芯15與定子繞組16安裝在中間箱體11與後箱體12的連接處的箱體內壁，定子繞組16位於兩組定子鐵芯15之間共同組成第二電機的定子部分，通過向定子繞組16通電，使第二電機的定子部分產生變化的磁場，以驅動第二電機轉子18旋轉；所述第二電機轉子18為管狀，在第二電機轉子18內表面加工有螺旋狀梯形槽，第二電機轉子18位於第二電機的定子部分內部，並安裝在所述絲槓軸9的中段滑動絲槓軸上，第二電機轉子18內表面的螺旋狀梯形槽尺寸與絲槓軸9中段滑動絲槓軸的螺旋狀梯形槽尺寸相匹配，形成滑動絲槓副結構，保證第二電機轉子18的動力可以傳遞至絲槓軸9上，且由於滑動絲槓副的自鎖功能，絲槓軸9會鎖止第二電機轉子18的軸向滑移運動，從而實現制動裝置在駐車時保持制動力。所述轉子磁軛17安裝在第二電機轉子18的外表面上，轉子磁軛17的作用是在磁路中進行磁力線傳輸。第二電機轉子18位於第二電機的定子部分內部，且與第二電機的定子部分之間保持有一定間隙，以保證第二電機轉子18的正常旋轉。
如圖6所示，所述的滾珠絲槓副螺母20為一端設有外沿，另一端設有封底的筒狀，在滾珠絲槓副螺母20的外沿圓周側面上均勻設有四個矩形滑塊，四個所述矩形滑塊與後箱體24中間內表面的四個矩形長槽滑動連接，在後箱體24內矩形長槽的導向作用下，滾珠絲槓副螺母20沿著後箱體24內的矩形長槽線性滑移，實現滾珠絲槓副螺母20在後箱體24內的平穩滑動；
如圖1所示，滾珠絲槓副螺母20套裝在所述絲槓軸19的後段滾動絲槓軸上，滾珠絲槓副螺母20前端外沿端面與第二電機轉子18的後端面相接觸；在滾珠絲槓副螺母20的內表面加工有螺旋狀弧形槽，滾珠絲槓副螺母20上的螺旋狀弧形槽與絲槓軸19的後段滾動絲槓軸外圓周面上的螺旋狀弧形槽相匹配，滾珠絲槓副螺母20與絲槓軸19裝配在一起形成螺旋滾道，所述螺旋滾道內設有滾珠絲槓副滾珠22，所述滾珠絲槓副螺母20、絲槓軸19和滾珠絲槓副滾珠22形成滾珠絲槓副結構，以保證將絲槓軸19的旋轉運動轉換為滾珠絲槓副螺母20的直線移動。所述滾珠絲槓副螺母20的封底端穿過後箱體24的後側支撐壁，在後箱體24的後側支撐壁與滾珠絲槓副螺母20之間裝有密封圈，以保證制動裝置箱體內的密封性；在滾珠絲槓副螺母20外沿的後端面與後箱體24的後側支撐壁之間安裝有彈簧21。
如圖1所示，第一摩擦片25固連在滾珠絲槓副螺母20的封底端的外端面上，第二摩擦片27固連在後箱體24外側的隔板上，制動盤26位於第一摩擦片25與第二摩擦片27之間，在制動裝置未開始工作時，制動盤26與第一摩擦片25和第二摩擦片27之間均保持一定間隙，以保證制動裝置在不工作時不會與汽車運動發生幹涉。
本發明所述自鎖式電子機械制動裝置得工作原理和工作過程如下：
1.行車制動工作過程：
當行車過程中駕駛員踩動制動踏板，整車ecu控制單元控制第一電機1開始正轉，電機輸出軸2開始旋轉，由於電機輸出軸2上的齒輪軸、行星齒輪7、行星架8、前箱體4上的齒圈組成行星齒輪機構，由於前箱體4在制動裝置中保持固定，故前箱體4上的齒圈也被固定。由於行星齒輪機構的作用，動力由電機輸出軸2上的齒輪軸輸入，經由行星齒輪7減速增扭，從行星架8進行輸出，使行星架8開始正轉，行星架8通過平鍵13帶動絲槓軸19開始正轉。
此時，第二電機定子鐵芯15和定子繞組16均處於斷電狀態，第二電機轉子18在絲槓軸19上自由旋轉不參與傳動；絲槓軸19開始正轉，絲槓軸19、滾珠絲槓副螺母20、和滾珠絲槓副滾珠22形成的滾珠絲槓副將絲槓軸9的旋轉運動轉換為滾珠絲槓副螺母20的向後(向外)直線移動，滾珠絲槓副螺母20推動第一摩擦片25向後移動。由於第二摩擦片27固連在後箱體24外側的隔板上而保持固定不動，第一摩擦片25克服其與制動盤26的間隙，推動制動盤26向後移，直到制動盤26克服其與第二摩擦片27之間的間隙，此時第一摩擦片25與第二摩擦片27均與制動盤26相接觸，通過摩擦作用，使制動盤26開始制動減速，實現行車工況下的制動過程。
2.駐車制動工作過程：
當駕駛員需要駐車制動時，整車ecu控制單元控制第一電機1開始正轉，電機輸出軸2開始旋轉，由於電機輸出軸2上的齒輪軸、行星齒輪7、行星架8、前箱體4上的齒圈組成行星齒輪機構，由於前箱體4在制動裝置中保持固定，故前箱體4上的齒圈也被固定。由於行星齒輪機構的作用，動力由電機輸出軸2上的齒輪軸輸入，經由行星齒輪7減速增扭，從行星架8進行輸出，使行星架8開始正轉，行星架8通過平鍵13帶動絲槓軸19開始正轉。
此時，第二電機定子鐵芯15和定子繞組16均處於斷電狀態，第二電機轉子18在絲槓軸19上自由旋轉不參與傳動；絲槓軸19開始正轉，絲槓軸19、滾珠絲槓副螺母20、和滾珠絲槓副滾珠22形成的滾珠絲槓副將絲槓軸9的旋轉運動轉換為滾珠絲槓副螺母20的向後(向外)直線移動，滾珠絲槓副螺母20推動第一摩擦片25向後移動。由於第二摩擦片27固連在後箱體24外側的隔板上而保持固定不動，第一摩擦片25克服其與制動盤26的間隙，推動制動盤26向後移，直到制動盤26克服其與第二摩擦片27之間的間隙，此時第一摩擦片25與第二摩擦片27均與制動盤26相接觸，通過摩擦作用，使制動盤26開始制動減速，實現行車工況下的制動過程。
當作用在制動盤26上的制動力達到駐車制動需求時，整車ecu控制第一電機1通電但停止轉動保持位置不變，且第二電機定子鐵芯15與定子繞組16均通電，由於第二電機定子鐵芯15和定子繞組16組成第二電機定子部分，第二電機定子部分在電流的作用下產生變化的磁場，該磁場使第二電機轉子18正轉，由於第二電機轉子18與絲槓軸9組成滑動絲槓副，第二電機轉子18相對於絲槓軸9向後產生軸向位移，直至第二電機轉子18後端面頂住滾珠絲槓副螺母20的前端面，此時，整車ecu控制第二電機定子部分斷電，使第二電機停止工作，當第二電機停止工作後，整車ecu控制第一電機1斷電停止工作。此時，由於第二電機轉子18與絲槓軸9組成的滑動絲槓副的自鎖作用，絲槓軸9會鎖止第二電機轉子18的軸向滑移，從而實現制動裝置駐車時的制動力保持作用，實現駐車制動時的制動穩定性。