阅读说明：本技术 一种螺杆自锁式电动缸装置 (Screw self-locking type electric cylinder device ) 是由 邓伟文 丁能根 张凯 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种螺杆自锁式电动缸装置,属于车辆制动控制系统或其部件技术领域。该装置包括电机、传动机构、活塞和壳体,所述传动机构包括联轴器、第一螺杆副、第二螺杆副和螺母弹簧。所述电机带动第一螺杆转动,所述第一螺杆与第二螺杆联接,第一螺母与所述活塞贴合,第二螺母与所述活塞螺栓联接。本发明提供的制动方法包括常规的行车制动模式与驻车制动模式。本发明的优点在于：免去了人力制动装置,结构简单,成本低,布置方便。利用单头螺杆副的自锁作用,实现驻车功能,具有制动响应快、结构简单、可靠性高等优点。(The invention discloses a screw self-locking electric cylinder device, and belongs to the technical field of vehicle brake control systems or parts thereof. The device comprises a motor, a transmission mechanism, a piston and a shell, wherein the transmission mechanism comprises a coupler, a first screw rod pair, a second screw rod pair and a nut spring. The motor drives the first screw rod to rotate, the first screw rod is connected with the second screw rod, the first nut is attached to the piston, and the second nut is connected with the piston bolt. The braking method provided by the invention comprises a conventional service braking mode and a parking braking mode. The invention has the advantages that: the manual braking device is omitted, the structure is simple, the cost is low, and the arrangement is convenient. The parking brake device has the advantages of being fast in brake response, simple in structure, high in reliability and the like.)

一种螺杆自锁式电动缸装置

技术领域

本发明属于车辆制动控制系统或其部件技术领域，特别是涉及一种螺杆自锁式电动缸装置。

背景技术

汽车制动系统与汽车行车安全密切相关。传统汽车的液压制动系统都由驾驶人通过踩下制动踏板施加制动压力于各车轮制动器的轮缸，从而实现制动并使车辆减速。高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统要求制动系统能够对车辆实施自主制动，即在未踩下制动踏板的情况下对部分或全部车轮施加制动。

目前可实施自主制动的制动系统大多采用电动助力，并保留了制动踏板等制动操纵装置。而对于无人物流配送车的发展，由于不再需要制动操纵装置，此方式不适用。且除行车制动外，无人物流配送车等自动驾驶车辆也需要驻车制动。现有的各类机动车辆大多配置了行车制动系统与驻车制动系统两套系统，即现有的电动缸装置只能现实行车制动，而无驻车制动功能，车辆要实现驻车功能需在已有制动电动缸的基础上增加其他驻车机构，使得其结构和相应的控制都比较复杂、成本较高。而对于行车制动和驻车制动，还要求一定的实际应用的可靠性。

因此，如何设计出具有结构简单、使用可靠、成本较低且同时满足行车与驻车制动需要的制动装置是机动车辆自动驾驶系统亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种结构简单、可靠性更高的螺杆自锁式电动缸装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：包括壳体、电机、滑动设置在所述壳体内的活塞、与所述电机联接以驱动所述活塞的传动机构，其特征在于，所述传动机构包括：

第一螺杆副，其包括与所述电机的输出轴联接的第一螺杆，与所述第一螺杆螺纹连接以推动所述活塞的第一螺母，所述第一螺母仅可沿轴向滑动地设置在所述壳体内；

第二螺杆副，其包括第二螺杆和第二螺母，所述第二螺杆与所述第一螺杆联接同步转动并沿同一轴向可相对滑动设置。所述第二螺母与所述活塞固定连接，所述第二螺母在远离所述活塞的一侧侧壁开设有螺纹孔。所述第二螺母内开设有与所述螺纹孔相连通的空腔，所述第二螺杆通过所述螺纹孔活动穿入所述空腔内，所述第二螺杆位于所述空腔内的一端具有与所述螺纹孔相匹配的端部螺纹；

弹性复位件，其设置在所述壳体的内侧壁和所述活塞之间。

进一步地，所述传动机构具有初始位置和自锁位置，在初始位置时，所述第一螺母远离所述电机的一端与所述活塞相抵，所述第二螺杆的端部螺纹与所述螺纹孔分离；在自锁位置时，所述第一螺母远离所述电机的一端与所述活塞分离，所述第二螺杆的端部螺纹与所述螺纹孔相配合连接。

进一步地，所述活塞与所述壳体之间形成有第一腔体与第二腔体。所述壳体上开设有：连通所述储液罐与第一腔体的补偿孔、连通所述储液罐与第二腔体的供液孔以及连通所述第一腔体的排液孔。所述活塞上设置有第一皮碗，所述弹性复位件处于预压状态下时，所述第一皮碗位于所述补偿孔和供液孔之间。皮碗随着活塞的移动，可以实现对补偿孔的开启和关闭。

进一步地，所述活塞上还设有第二皮碗，所述第二腔***于所述第一皮碗和所述第二皮碗之间。

进一步地，所述第一螺杆远离所述电机的一侧开设有连接孔，所述第二螺杆具有穿入所述连接孔的配合部，所述配合部与所述连接孔之间具有预设轴向间隙。所述第二螺杆穿入所述连接孔的配合部的外径大于所述第二螺杆的外径。

进一步地，所述第二螺杆与所述第一螺杆通过花键联接，花键联接使导向性更好。

进一步地，所述第二螺母活动远离所述活塞的端部设置于所述第一螺母内，所述第一螺母的侧壁上开设有沿轴向延伸的滑槽，所述第二螺母的外周具有沿径向延伸并穿过所述滑槽的导向部。所述壳体的内壁上设有限位凹槽，所述导向部滑动设置在所述限位凹槽内，所述小螺母的径向伸出端伸入壳体限位槽限制所述大螺母的转动。

进一步地，所述第一螺母与所述壳体的内壁之间设有第一弹性件，所述第二螺母与所述第一螺母之间设有第二弹性件。

进一步地，所述壳体包括依次联接的主缸壳体、传动壳体和电机壳体。所述活塞设置于所述主缸壳体内。所述电机固定在所述电机壳体的外侧，所述电机壳体的内壁形成有轴承安装部，所述第一螺杆通过轴承支承在所述轴承安装部上。第一螺母的内壁上具有内肩部，所述第一弹性件设置在所述第一螺母内并且两端抵顶在所述内肩部与所述第二螺母之间。所述第一螺母的外壁上具有外肩部，所述第二弹性件的两端抵顶在所述外肩部和所述轴承安装部之间。滑槽位于所述传动壳体的内侧，轴承的安装部在所述电机壳体上。

进一步地，所述第一弹性件与所述第二弹性件均为弹簧。在弹簧的作用下，能保证螺母与螺距螺杆部分始终紧紧贴合在一起。

本发明还提供了一种螺杆自锁式电动缸装置的制动方法，包括以下制动模式。

行车制动模式：当控制器接收到制动信号，驱动电机绕ω1方向旋转，联轴器带动第一螺杆转动。在第一螺母弹簧的作用下，第一螺母与大螺距螺杆部分始终紧紧贴合，让第一螺母立即旋入第一螺杆。第二螺母的径向伸出端深入壳体限位槽限制第一螺母的转动，将第一螺杆的转动转换成第一螺母的向左平动。第一螺母推动活塞至皮碗把补偿孔密封。第一螺母继续推动活塞，开始挤压第一腔体的制动液，让其从排液孔E输出制动压力。

当制动需要解除时，驱动电机断电，在制动压力及弹性复位件的作用下，活塞开始向右推动第一螺母。第一螺杆副是多头螺杆副无法自锁，直至第一螺母回归至初始位置。

驻车制动模式：当控制器接收到自锁信号驱动电机快速旋转，联轴器带动第一螺杆快速转动。第二螺母径向伸出端限制第一螺母转动，将第一螺杆的转动转换成第一螺母的平动。第一螺母推动活塞向左移动，输出驻车压力。第二螺杆与第一螺杆花键联接，电机带动第一螺杆使第二螺杆一起转动。活塞与第二螺母螺栓联接，带动第二螺母一起向左平动。初始时，第二螺杆右端面与第一螺杆的内孔右端面预留小段间隙s，无法限制第二螺杆轴向移动。在第一螺母即将旋出第一螺杆剩余的小段行程s，受第二螺母弹簧的弹簧力作用，第二螺母与第二螺杆螺纹部分开始旋合，第二螺杆可将转动转换至向左平动，即可消除小导程第一螺母与大导程第二螺母导程不一致引起螺纹机构的锁止。

当第一螺母旋出第一螺杆，无法再将电机的转动转换成第一螺母的平动，电动缸达到最大制动压力，第二螺杆的左端螺纹旋入第二螺母内螺纹。第二螺杆右端面与第一螺杆的内孔右端面贴合，预留小段间隙s变为0，第二螺杆无法再向左轴向移动。电机继续转动，第二螺杆的转动转换成第二螺母的平动，推动活塞继续向左平动小行程Δx。活塞与第一螺母脱离接触。电机断电，电动缸的液压反作用力与弹性复位件一起通过活塞作用在第二螺杆副上。借助于第二螺杆副的自锁作用，维持活塞的位置不变，保持电动缸输出压力不变，实现驻车功能。

解除自锁时，电机反转绕ω2方向旋转。受第一螺母弹簧与第二螺母弹簧的共同作用，第一螺母立即与第一螺杆旋合，将第一螺杆转动转换成第一螺母的向右快速移动回位。自锁作用使第二螺母暂时保持位置不变，第二螺杆将电机转动转换成向左移动，直至与第二螺母解除螺纹旋合。在电动缸的液压反作用力与弹性复位件的回复力一起作用，推动第二螺母向右移动，直至第二螺母回归至初始位置，结束驻车。

由于上述技术方案的运用，本发明具有以下优点：结构简单，成本低，安装位置确定，安装方便、建压时间短、制动响应快。采用螺杆副带动活塞制动，当电机断电，利用单头螺杆副的自锁作用，实现驻车功能。

附图说明

附图1为一种螺杆自锁式电动缸装置初始状态的结构示意图；

附图2为一种螺杆自锁式电动缸装置自锁状态的结构示意图；

附图3为本发明中的双腔电动缸的缸体部分的结构示意图。

附图中：101-电机，102-联轴器，103-电机壳体，104-轴用挡圈，105-轴承，106-第一螺母弹簧，107-第一螺杆，108-第一螺母，109-第二螺母弹簧，110-限位螺母，111-传动壳体，112-第二螺母，113-第二螺杆，114-皮碗，115-活塞，116-螺钉，117-弹性复位件，118-主缸壳体，119-储液罐，A-第二腔体，B-供液孔，C-补偿孔，D-第一腔体，E-排液孔，

212-第一活塞，213-第三皮碗，214-连接件，215-第一储液罐，216-第一弹性件；217-电动缸缸体，218-第四皮碗，219-第二活塞，220-第二弹性件，221-限位销；222-限位孔，214a-横杆，214b-隔板，A1-第三腔体，B1-第一供液孔，B2-第二供液孔，C1-第一补偿孔，C2-第二补偿孔，D1-第四腔体，D2-第五腔体；E1-第一排液孔，E2-第二排液孔。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语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。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

实施例一

请参阅图1和图2，本发明一种螺杆自锁式电动缸装置，包括壳体、电机101、滑动设置在壳体内的活塞115、与电机101联接以驱动活塞115的传动机构，其特征在于，传动机构包括：

第一螺杆副，其包括与电机101的输出轴联接的第一螺杆107，与第一螺杆螺纹连接以推动活塞115的第一螺母108，第一螺母108仅可沿轴向滑动地设置在壳体内。本实施例中，第一螺杆107为多头螺杆。

第二螺杆副，其包括第二螺杆113和第二螺母112，第二螺杆113与第一螺杆107联接同步转动并沿同一轴向可相对滑动设置，第二螺母112与活塞115固定连接，活塞115固定有螺钉116，第二螺母112在远离活塞115的一侧侧壁开设有螺纹孔，第二螺母112内开设有与螺纹孔相连通的空腔，第二螺杆113通过螺纹孔活动穿入空腔内，第二螺杆113位于空腔内的一端具有与螺纹孔相匹配的端部螺纹。在本实施例中，第二螺杆为单头螺杆。

弹性复位件117，其设置在壳体的内侧壁和活塞115之间。本实施例中，弹性复位件为弹簧。

传动机构具有初始位置和自锁位置，在初始位置时，第一螺母108远离电机101的一端与活塞115相抵，第二螺杆113的端部螺纹与螺纹孔分离。在自锁位置时，第一螺母108远离电机101的一端与活塞115分离，第二螺杆113的端部螺纹与螺纹孔相配合连接。第一螺杆107远离电机101的一侧开设有连接孔，第二螺杆113具有穿入连接孔的配合部，配合部与连接孔之间具有预设轴向间隙。第二螺杆113与第一螺杆107通过花键连接，第二螺杆113与第一螺杆107之间联接有限位螺母110。第二螺母112活动远离活塞115的端部设置于第一螺母108内，第一螺母108的侧壁上开设有沿轴向延伸的滑槽，第二螺母112的外周具有沿径向延伸并穿过滑槽的导向部，壳体的内壁上设有限位凹槽，导向部滑动设置在限位凹槽内。第一螺母108与壳体的内壁之间设有第一弹性件；第二螺母112与第一螺母108之间设有第二弹性件。第一弹性件为第一弹簧螺母106、第二弹性件为第二弹簧螺母109。

活塞115与壳体之间形成有第一腔体D与第二腔体A。壳体上开设有：连通储液罐119与第一腔体D的补偿孔C、连通储液罐119与第二腔体A的供液孔B以及连通第一腔体D的排液孔E。活塞115上设置有第一皮碗，弹性复位件117处于预压状态下时，第一皮碗位于补偿孔C和供液孔B之间。

壳体包括依次联接的主缸壳体118、传动壳体111和电机壳体103。活塞115设置于主缸壳体118内。电机101固定在电机壳体103的外侧，电机壳体103的内壁形成有轴承安装部，第一螺杆107通过轴承105支承在轴承安装部上，轴承105靠近电机的一端设有轴用挡圈104。第一螺母108的内壁上具有内肩部，第一弹性件设置在第一螺母108内并且两端抵顶在内肩部与第二螺母112之间。第一螺母108的外壁上具有外肩部，第二弹性件的两端抵顶在外肩部和轴承安装部之间。

行车制动模式工作原理：当控制器接收到制动信号，驱动电机101绕ω1方向旋转，联轴器102带动第一螺杆107转动。在第一螺母弹簧106的作用下，第一螺母108与大螺距螺杆部分始终紧紧贴合，让第一螺母108立即旋入第一螺杆107。第二螺母112的径向伸出端深入壳体限位槽限制第一螺母108的转动，将第一螺杆107的转动转换成第一螺母108的向左平动。第一螺母108推动活塞至皮碗114把补偿孔C密封。第一螺母108继续推动活塞115，开始挤压第一腔体D的制动液，让其从排液孔E输出制动压力。

当制动需要解除时，驱动电机101断电，在制动压力及弹性复位件117的作用下，活塞115开始向右推动第一螺母108。第一螺杆副是多头螺杆副无法自锁，直至第一螺母108回归至初始位置。

驻车制动模式工作原理：如图1所示，当控制器接收到自锁信号驱动电机101快速旋转，联轴器102带动第一螺杆107快速转动。第二螺母112径向伸出端限制第一螺母108转动，将第一螺杆107的转动转换成第一螺母108的平动。第一螺母108推动活塞115向左移动，输出驻车压力。第二螺杆113与第一螺杆107花键联接，电机101带动第一螺杆107使第二螺杆113一起转动。活塞115与第二螺母112螺栓联接，带动第二螺母112一起向左平动。初始时，第二螺杆113右端面与第一螺杆107的内孔右端面预留小段间隙s，无法限制第二螺杆113轴向移动。在第一螺母108即将旋出第一螺杆107剩余的小段行程s时，受第二螺母弹簧112的弹簧力作用，第二螺母112与第二螺杆113螺纹部分开始旋合，第二螺杆113可将转动转换至向左平动，即可消除小导程第一螺母108与大导程第二螺母112导程不一致引起螺纹机构的锁止。

如图2所示，当第一螺母108旋出第一螺杆107，无法再将电机101的转动转换成第一螺母108的平动，电动缸达到最大制动压力，第二螺杆113的左端螺纹旋入第二螺母112内螺纹。第二螺杆113右端面与第一螺杆107的内孔右端面贴合，预留小段间隙s变为0，第二螺杆113无法再向左轴向移动。电机101继续转动，第二螺杆113的转动转换成第二螺母112的平动，推动活塞115继续向左平动小行程Δx。活塞115与第一螺母108脱离接触。电机101断电，电动缸的液压反作用力与弹性复位件117一起通过活塞115作用在第二螺杆副上。借助于第二螺杆副的自锁作用，维持活塞的位置不变，保持电动缸输出压力不变，实现驻车功能。

解除自锁时，电机101反转绕ω2方向旋转。受第一螺母弹簧106与第二螺母弹簧109的共同作用，第一螺母108立即与第一螺杆107旋合，将第一螺杆107转动转换成第一螺母108的向右快速移动回位。自锁作用使第二螺母112暂时保持位置不变，第二螺杆113将电机转动转换成向左移动，直至与第二螺母112解除螺纹旋合。在电动缸的液压反作用力与弹性复位件117的回复力一起作用，推动第二螺母112向右移动，直至第二螺母112回归至初始位置，结束驻车。

实施例二

实施例一中的电动缸还可以设置为本实施例中的双腔电动缸；双腔电动缸的缸体217部分如图3所示，其它部分与实施例一一致。

活塞组件包括沿其滑动方向设置的第一活塞212与第二活塞219以及用于连接第一活塞212与第二活塞219的连接件214，第一活塞212、电动缸缸体217的内壁及连接件214之间形成第四腔体D1，第二活塞219与电动缸缸体217的内壁形成第五腔体D2。

电动缸缸体217内设置有第一弹性件216和第二弹性件220，第一弹性件216设置在连接件214与第一活塞212之间，第二弹性件220设置在电动缸缸体217与第二活塞219之间，第一活塞212与连接件214滑动连接；本实施例中，两个弹性件均为弹簧。

连接件214、第二活塞219及电动缸缸体217的内壁之间形成第三腔体A1，连接件214包括用于隔离第四腔体D1与第五腔体D2的隔板214b以及沿隔板214b的两侧向外延伸且连接至第一活塞212与第二活塞219的横杆214a。第一活塞212上设置有第三皮碗213，第二活塞219上设置有第四皮碗218。

隔板214b的规格应当与电动缸缸体217的规格适配，即不能有油液通过，在本实施例中，在隔板214b上也增设有皮碗。横杆214a贯穿隔板214b且其一端与第二活塞219螺纹联接，另一端与第一活塞212滑动联接。

电动缸缸体217上开设有：连通第一储液罐215与第四腔体D1的第一补偿孔C1，连通第一储液罐215的第一供液孔B1，连通第四腔体D1的第一排液孔E1，连通第一储液罐215与第五腔体D2的第二补偿孔C2，连通储液罐215与第三腔体A1的第二供液孔B2，连通第五腔体D2的第二排液孔E2；

第一弹性件216处于预压状态时，第三皮碗213位于第一补偿孔C1和第一供液孔B1之间，第二弹性件220处于预压状态下时，第四皮碗218位于第二补偿孔C2和第二供液孔B2之间。

采用上述结构后的工作原理为：在电机101的作用下，第一活塞212会受到一个向左的力，第一弹性件216与第二弹性件220的压力始终处于平衡状态。第一弹性件216与第二弹性件220在力的作用下，活塞组件向左运动时，第一弹性件216会再次压缩，反作用力也会增大，第二弹性件220也会随着压缩。

在本实施例中，第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数。第一弹性件216的弹性系数大于第二弹性件220的弹性系数，在初始阶段，第一活塞212与第二活塞219均会在力的作用下一起向左运动，压缩第二弹性件220，第一弹性件216不会因力作用而进一步压缩；第二弹性件220的压缩过程中，其弹力会渐渐变大，直至大于第一弹性件216形变所需的力，第一弹性件216便会进行压缩，继续持续上述工作，第一弹性件216与第二弹性件220一直处于平衡状态，当第三皮碗213与第四皮碗218将对应的补偿孔挡住后，第四腔体D1腔与第五腔体D2内建立高压，通过第一排液孔E1与第二排液孔E2将油液排出对汽车进行制动。

在本实施例中，第一活塞212上设置有限位销221，横杆214a上开设有与限位销221配合的限位孔222，限位销221与限位孔222均是沿水平方向设置，沿活塞组件的滑动方向设置。第一活塞212通过限位销221和限位孔222与横杆214a滑动连接。当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，限位销221会在第一活塞212的带动下沿限位孔222向左运动，第二活塞219不动；当压缩第一弹性件216的力小于压缩第二弹性件220的力时，整个活塞组件同时向左运动。

于本实施例中，第一活塞212与实施例一中的第二螺母112固定连接，即第一活塞212可在第二螺母的带动下轴向移动。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。