阅读说明：本技术 一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器 (Unidirectional reinforcement type electromechanical brake actuator based on rotating motor and gear rack ) 是由 杨坤 王杰 陈玉 房永� 郭栋 马超 刘庆新 李红旗 于 2019-10-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种应用于汽车上的基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器,包括旋转电机、安装基体、传动增力机构三部分；传动增力机构包括齿条、增力块、活塞、齿轮、第一圆柱滚子和第二圆柱滚子,齿轮固定在电机轴的端部,齿条固定在增力块下端；增力块第一斜面和增力块第二斜面分别与第一圆柱滚子和第二圆柱滚子接触；当需要施加制动时,电机旋转带动齿轮旋转,齿条往右移动,增力块随之右移,从而推动活塞和第一摩擦片压向制动盘,在反作用力作用下带动执行器沿导轨向电机侧移动,使第二摩擦片压向制动盘,从而施加制动力,通过调节电机力可调节制动力的大小,该方案可为传统制动和未来的智能制动、主动制动提供解决方案。(The invention provides a unidirectional reinforcement type electromechanical brake actuator based on a rotating motor and a gear rack, which is applied to an automobile and comprises three parts, namely the rotating motor, an installation base body and a transmission reinforcement mechanism; the transmission force increasing mechanism comprises a rack, a force increasing block, a piston, a gear, a first cylindrical roller and a second cylindrical roller, wherein the gear is fixed at the end part of a motor shaft, and the rack is fixed at the lower end of the force increasing block; the first inclined surface of the force increasing block and the second inclined surface of the force increasing block are respectively contacted with the first cylindrical roller and the second cylindrical roller; when braking needs to be applied, the motor rotates to drive the gear to rotate, the rack moves rightwards, the force increasing block moves rightwards along with the rack, so that the piston and the first friction plate are pushed to press the brake disc, the actuator is driven to move towards the motor side along the guide rail under the action of reaction force, the second friction plate is pressed towards the brake disc, braking force is applied, the size of the braking force can be adjusted by adjusting the force of the motor, and the scheme can provide a solution for traditional braking and future intelligent braking and active braking.)

一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执 行器

技术领域

本发明属于汽车制动技术领域，具体涉及一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器。

背景技术

制动系统作为直接影响汽车行驶安全的重要组成部分，一直就是各大汽车公司研究的热点；如文献《轻型汽车电子机械制动及稳定性控制系统研究》(杨坤.轻型汽车电子机械制动及稳定性控制系统研究[D].长春：吉林大学，2009)所述，电子机械制动作为新兴的制动系统，摒弃了真空助力器、液压管路等体积较大的部件，使得整车底盘布置更简单、更灵活，更具有压力调节速度快、精确，能够显著提高整车制动性能的优点。

除了具有提高传统汽车制动安全方面的优势外，电子机械制动还能有效解决新能源汽车和自动驾驶汽车对制动系统的要求；如文献《基于EMB的解耦式制动能量回收系统研究》(杨坤,高松,王杰,等.基于EMB的解耦式制动能量回收系统研究[J].汽车工程,2016,38(8):1072-1079.)所述，电子机械制动系统可以满足解耦式制动能量回收系统对制动踏板感觉及车轮制动力精确独立调节的需求，并可实现主动制动功能，因此研究电子机械制动系统对提高电动车的经济性，并促进汽车的电动化和智能化具有重要意义，这也使其再次成为汽车制动系统研究关注的对象。

我国目前电子机械制动尚处于研究阶段，如何在满足整车制动需求的前提下，有效减小电子机械制动执行器的体积和质量成为影响其普及应用的关键，为此，本发明在前期研究的基础上提出一种全新结构的电子机械制动执行器，该电子机械制动执行器可以有效减小电子机械制动执行器的体积，并可有效满足大型车辆的制动需求。

本发明提供一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器，其技术方案如下：

一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器，其特征在于：主要由电机、安装基体、传动增力机构组成。

所述的电机(1)为旋转电机。

电机轴(2)的前部为齿轮安装轴(23)，齿轮安装轴(23)上设有第一键槽(24)，电机轴(2)的中心轴线与齿轮安装轴(23)的中心轴线相重合，齿轮安装轴(23)直径小于电机轴(2)的直径，齿轮安装轴(23)与电机轴(2)形成的凸台用于齿轮(22)的轴向定位。

安装基体包括端盖(4)，执行器外壳和支架；电机轴(2)穿过端盖(4)上电机轴通孔(28)后，通过平键(21)、第一键槽(24)、第二键槽(26)与齿轮(22)中心孔(27)配合连接。

所述的执行器外壳包括增力机构壳体(6)和制动钳(15)；增力机构壳体(6)为筒形结构；增力机构壳体内部端面(B1)上设有第一活塞安装通孔(33)；在增力机构壳体内部端面(B1)上第一活塞安装通孔(33)的两侧固定安装有第一圆柱导轨支座(34)和第二圆柱导轨支座(39)，第一圆柱导轨支座(34)和第二圆柱导轨支座(39)之间固定安装有圆柱导轨(9)。圆柱导轨(9)平行于增力块(8)的上端面，且垂直于电机轴(2)中心轴线。

制动钳(15)为左右对称结构，中间设有第二活塞安装通孔(38)。

制动钳后端面(A2)与增力机构壳体前端面(C1)固定连接。

制动钳(15)上的第二活塞安装通孔(38)的中心轴线与增力机构壳体(6)的第一活塞安装通孔(33)的中心轴线重合且半径相等。

在第二活塞安装通孔(38)上，沿第一摩擦片(14)向增力机构壳体(6)的方向，依次设有第一环形槽(40)和第二环形槽(41)，第一环形槽(40)用于安装防尘圈(13)，第二环形槽(41)用于安装密封圈(12)。

传动增力机构包括齿条(7)、增力块(8)、活塞(11)、齿轮(22)、第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(46)。

增力块(8)的上下端面相互平行，各侧面垂直于其上下端面；增力块左端面(A3)上设有中心轴线与该端面垂直的圆形通孔(44)，圆柱导轨(9)穿过圆形通孔(44)，增力块(8)可沿圆柱导轨(9)轴向移动，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)位于增力块(8)的同一侧，为两个形状相同的斜面，二者相互平行，且斜面垂直于上下端面。

齿条(7)固定于增力块(8)的下端面，齿条(7)的齿垂直于圆柱导轨(9)和圆形通孔(44)的中心轴线；齿轮(22)与齿条(7)配合连接。

活塞(11)主体为圆环形结构，其断面为矩形，活塞前端面(A4)用于固定连接第一摩擦片(14)，在活塞后端面(B4)上固定连接有第一圆柱滚子支座(10)、第二圆柱滚子支座(19)、第三圆柱滚子支座(45)、第四圆柱滚子支座(47)；第一圆柱滚子(20)两端分别通过轴承支撑在第一圆柱滚子支座(10)和第二圆柱滚子支座(19)之间；第二圆柱滚子(46)两端分别通过轴承支撑在第三圆柱滚子支座(45)和第四圆柱滚子支座(47)之间；第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(46)的中心轴线相互平行，且均与活塞后端面(B4)平行。

制动力不为0时，第一圆柱滚子(20)始终与增力块第一斜面(B3)接触，第二圆柱滚子(46)始终与增力块第二斜面(C3)接触；在整个运动过程中，两条接触线相互平行，且与圆形通孔(44)的中心轴线相互垂直，两条接触线所在的平面垂直于活塞(11)的中心轴线。

与传统的制动系统方案相比：本方案可以通过传统旋转电机及相关的传动系统实现传统制动的所有功能，而且可实现主动制动，从而为传统车制动系统、新能源汽车的解耦式制动能量回收和智能驾驶车辆的制动系统提供解决方案。

与现有的电子机械制动执行器相比：本方案采用了齿轮齿条和增力块作为传动增力机构，是一种全新的结构形式；在相同制动力需求时，本方案的结构更紧凑；另外，本方案采用旋转电机和齿轮齿条作为制动执行机构，可满足多款车型的需求，尤其可有效满足大型车辆制动力需求大的问题。

附图说明

图1为基于电机和齿轮齿条的单向单级增力式电子机械制动执行器装配图。

图2为电机(1)正视图。

图3为电机(1)侧视图。

图4为齿轮(22)侧视图。

图5为端盖(4)结构图。

图6为执行器外壳三维图。

图7为执行器外壳剖视图1。

图8为执行器外壳剖视图2(分离状态)。

图9为执行器外壳左视图(A向)。

图10为执行器外壳右视图(B向)。

图11为执行器外壳***图1。

图12为执行器外壳***图2。

图13为传动增力机构三维结构图。

图14为传动增力机构俯视图。

图15为传动增力机构正视图。

图16为传动增力机构侧视图。

图17为活塞机构三维结构图。

图18为活塞机构侧视图。

图19为活塞机构正视图。

图20为传动增力机构增力原理示意图。

图21为支架三维结构示意图。

图22为支架三维结构***图。

图23为支架正视图。

图24为支架俯视图。

图25为支架安装俯视图。

图26为电子机械制动执行器三维图。

图中：1、电机；2、电机轴；3、电机固定螺栓；4、端盖；5、端盖固定螺栓；6、增力机构壳体；7、齿条；8、增力块；9、圆柱导轨；10、第一圆柱滚子支座；11、活塞；12、密封圈；13、防尘圈；14、第一摩擦片；15、制动钳；16、制动钳限位横杆；17、第二摩擦片；18、制动盘；19、第二圆柱滚子支座；20、第一圆柱滚子；21、平键；22、齿轮；23、齿轮安装轴；24、第一键槽；25、第一电机固定螺纹孔；26、第二键槽；27、齿轮中心孔；28、电机轴通孔；29、第二电机固定螺纹孔；30、第一端盖固定螺纹孔；31、第一支撑杆；32、第一支撑杆连接孔；33、第一活塞安装通孔；34、第一圆柱导轨支座；35、第二端盖固定螺纹孔；36、第二支撑杆连接孔；37、第二支撑杆；38、第二活塞安装通孔；39、第二圆柱导轨支座；40、第一环形槽；41、第二环形槽；42、第一圆柱导轨安装孔；43、第二圆柱导轨安装孔；44、圆形通孔；45、第三圆柱滚子支座；46、第二圆柱滚子；47、第四圆柱滚子支座；48、活塞中心孔；49、支架第一安装螺纹孔；50、第一支架臂；51、第二支架臂；52、支架第二安装螺纹孔；53、第一支架轮毂固定螺纹孔；54、支架固定横杆；55、第二支架轮毂固定螺纹孔；56、支架第一固定螺栓；57、支架第二固定螺栓。

图中各端面、夹角的含义如下：

图7～12中：A1、增力机构壳体后端面；B1、增力机构壳体内部端面；C1、增力机构壳体前端面；A2、制动钳后端面。

图13～14、20中：A3、增力块左端面；B3、增力块第一斜面；C3、增力块第二斜面。

图17～18中：A4、活塞前端面；B4、活塞后端面。

图20中：A5、活塞中心轴线；α、活塞中心轴线A5与增力块第一斜面B3或增力块第二斜面C3的夹角。

图21-22中：A6、制动钳限位面；B6、制动钳限位横杆左端面；C6、第二支架臂上端面；D6、第二支架臂前端面；E6、第一支架固定横杆上端面；F6、第二支架固定横杆上端面；G6、第一支架臂前端面；H6、第一支架臂上端面；I6、支架固定横杆前端面。

具体实施方案

本发明提供一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，参照附图并举实例对本发明进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器主要由电机、安装基体及传动增力机构组成。

所述的电机(1)为旋转电机。

如图1-2所示，电机轴(2)的前部为齿轮安装轴(23)，齿轮安装轴(23)上设有第一键槽(24)，电机轴(2)的中心轴线与齿轮安装轴(23)的中心轴线相重合，齿轮安装轴(23)直径小于电机轴(2)的直径，齿轮安装轴(23)与电机轴(2)形成的凸台用于齿轮(22)的轴向定位。

如图1、2、4所示，所述安装基体包括端盖(4)，执行器外壳和支架；电机轴(2)穿过端盖(4)上电机轴通孔(28)后，通过平键(21)、第一键槽(24)、第二键槽(26)与齿轮(22)中心孔(27)配合连接。

如图2、3所示，电机(1)端部的凸台上设有8个第一电机固定螺纹孔(25)，第一电机固定螺纹孔(25)主要起固定电机的作用，数目不限于8。

如图5所示，端盖(4)上设有1个电机轴通孔(28)、8个第二电机固定螺纹孔(29)、11个第一端盖固定螺纹孔(30)；第二电机固定螺纹孔(29)主要起固定电机的作用，数目不限于8，可根据实际安装情况增减；第一端盖固定螺纹孔(30)用于固定端盖，数目不限于11，可根据实际安装情况增减。

如图1、6-12所示，执行器外壳包括增力机构壳体(6)和制动钳(15)。

如图6所示，增力机构壳体(6)为筒形结构，增力机构壳体后端面(A1)上设有与第一端盖固定螺纹孔(30)相配合的第二端盖固定螺纹孔(35)，二者数目相同且位置一一对应。

如图7、8所示，增力机构壳体内部端面(B1)上设有第一活塞安装通孔(33)，第一活塞安装通孔(33)与制动钳(15)上的第二活塞安装通孔(38)中心轴线重合且二者半径相等。

如图6-12，在增力机构壳体内部端面(B1)上第一活塞安装通孔(33)的两侧固定安装有第一圆柱导轨支座(34)和第二圆柱导轨支座(39)，第一圆柱导轨支座(34)和第二圆柱导轨支座(39)之间固定安装有圆柱导轨(9)。

如图1、6-11所示，圆柱导轨(9)平行于增力块(8)的上端面，且垂直于电机轴(2)中心轴线。

如图9-12所示，制动钳(15)为左右对称结构，中间设有第二活塞安装通孔(38)。

如图7-8所示，在第二活塞安装通孔(38)上，沿第一摩擦片(14)向增力机构壳体(6)的方向，依次设有第一环形槽(40)和第二环形槽(41)，第一环形槽(40)用于安装防尘圈(13)，第二环形槽(41)用于安装密封圈(12)。

如图7-8、11-12所示，制动钳后端面(A2)与增力机构壳体前端面(C1)固定连接。

如图7-8所示，增力机构壳体(6)的第一活塞安装通孔(33)与制动钳(15)上的第二活塞安装通孔(38)中心轴线重合且半径相等。

如图9-12所示，制动钳(15)外部左右两侧对称布置有第一支撑杆(31)和第二支撑杆(37)，第一支撑杆(31)上设有第一支撑杆连接孔(32)，第二支撑杆(37)上设有第二支撑杆连接孔(36)。

如图1、13-19所示，传动增力机构包括有齿条(7)、增力块(8)、活塞(11)、齿轮(22)、第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(46)。

如图13-16所示，增力块(8)的上下端面相互平行，各侧面垂直于其上下端面；增力块左端面(A3)上设有中心轴线与该端面垂直的圆形通孔(44)，圆柱导轨(9)穿过圆形通孔(44)，增力块(8)可沿圆柱导轨(9)轴向移动，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)为两个形状相同的斜面，二者相互平行，且斜面垂直于上下端面，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)分别与第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(46)接触，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)与活塞轴线A5成α角，如图20所示。

如图13、15-16所示，齿条(7)固定于增力块(8)下方，齿条(7)的齿垂直于圆柱导轨(9)和圆形通孔(44)的中心轴线；齿轮(22)通过平键(21)、第一键槽(24)、第二键槽(26)安装在齿轮安装轴(23)上，与齿条(7)配合连接。

如图17-19所示，活塞(11)主体为圆环形结构，其断面为矩形，活塞前端面(A4)用于固定连接第一摩擦片(14)，在活塞后端面(B4)上固定连接有第一圆柱滚子支座(10)、第二圆柱滚子支座(19)、第三圆柱滚子支座(45)、第四圆柱滚子支座(47)；第一圆柱滚子(20)两端分别通过轴承支撑在第一圆柱滚子支座(10)和第二圆柱滚子支座(19)之间；第二圆柱滚子(46)两端分别通过轴承支撑在第三圆柱滚子支座(45)和第四圆柱滚子支座(47)之间；第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(46)的中心轴线相互平行，且均与活塞后端面(B4)平行。

制动力不为0时，如图20所示，第一圆柱滚子(20)始终与增力块第一斜面(B3)接触，第二圆柱滚子(46)始终与增力块第二斜面(C3)接触；在整个运动过程中，两条接触线相互平行，且与圆形通孔(44)的中心轴线相互垂直，两条接触线所在的平面垂直于活塞(11)的中心轴线。

如图21～26，支架由第一支架臂(50)、制动钳限位横杆(16)、第二支架臂(51)和支架固定横杆(54)组成，第一支架臂(50)、制动钳限位横杆(16)和第二支架臂(51)均为长方体结构。

如图21-22所示，在第一支架臂(50)的长度方向上设有支架第一安装螺纹孔(49)，支架第一安装螺纹孔(49)的中心轴线垂直于第一支架臂前端面(G6)；在第二支架臂(51)的长度方向上设有支架第二安装螺纹孔(52)，支架第二安装螺纹孔(52)的中心轴线垂直于第二支架臂前端面(D6)；第一支架臂(50)通过与第一支架臂前端面(G6)相对的端面与制动钳限位横杆(16)的制动钳限位面(A6)固定连接；第二支架臂(51)通过与第二支架臂前端面(D6)相对的端面与制动钳限位横杆(16)的制动钳限位面(A6)固定连接；第二支架臂(51)位于制动钳限位横杆左端面(B6)侧，第一支架臂(50)位于与端面(B6)相对的一端；三者组成一个U形支架；支架固定横杆(54)为U型结构，在其前端面(I6)上对称设有中心轴线与前端面(I6)垂直的第一支架轮毂固定螺纹孔(53)和第二支架轮毂固定螺纹孔(55)，可通过第一支架轮毂固定螺纹孔(53)和第二支架轮毂固定螺纹孔(55)及螺栓与轮毂固定连接；第二支架臂(51)通过与第二支架臂上端面(C6)相对的端面与第一支架固定横杆上端面(E6)固定连接；第一支架臂(50)通过与第一支架臂上端面(H6)相对的端面与第二支架固定横杆上端面(F6)固定连接；安装后支架如图21所示。

如图6、24-25所示，第一支撑杆连接孔(32)与支架第二安装螺纹孔(52)相对应，通过支架第二固定螺栓(57)与执行器外壳固定连接；第二支撑杆连接孔(36)与支架第一安装螺纹孔(49)相对应，通过支架第一固定螺栓(56)与执行器外壳固定连接。

本发明提出的一种基于旋转电机和齿轮齿条的单向增力式电子机械制动执行器工作原理如下：

施加制动和调节制动力大小的过程如下：

当驾驶员踩下制动踏板时，电机(1)通电，电机轴(2)旋转，通过平键(21)带动齿轮(22)转动，齿轮(22)带动齿条(7)和增力块(8)移动，增力块(8)在圆柱导轨(9)的限位支撑下可以左右平移，当增力块(8)往右平移时，相应的通过第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(46)推动活塞(11)运动，在第一活塞安装通孔(33)和第二活塞安装通孔(39)的限位作用下，活塞(11)只能向前移动，从而推动第一摩擦片(14)压向制动盘(18)，当第一摩擦片(14)与制动盘(18)接触后，整个执行器在第一摩擦片(14)施加给制动盘(18)正压力的反作用下往电机侧移动，从而使第二摩擦片(17)压向制动盘(18)，最终通过第一摩擦片(14)和第二摩擦片(17)对制动盘施加制动力。

在施加制动的过程中，驾驶员通过制动踏板开度控制电机(1)输出电机力矩的大小，从而可实现对制动力大小的调节。

撤销制动的过程如下：

当驾驶员松开制动踏板时，电机(1)通电，电机轴(2)转动，通过平键(21)带动齿轮(22)转动，齿轮(22)带动齿条(7)和增力块(8)移动，增力块(8)在圆柱导轨(9)的支撑下可以左右平移，当增力块(8)往左平移时，增力块第一斜面(B3)和增力块第二斜面(C3)均往左平移，相应的通过第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(46)减少施加给活塞(11)的压力，即施加给制动盘的压力减小，当电机(1)施加给活塞(11)的压力减为0后，在制动盘的旋转运动下，第一摩擦片(14)和第二摩擦片(17)完全脱离制动盘(18)，施加给制动盘的制动压力减小为0。