一種改進(jìn)型電子液壓制動(dòng)器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

溫開元

(浙江瑞立集團(tuán)技術(shù)中心新能源開發(fā)部,浙江瑞安 325200)

0 引言

隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,汽車已經(jīng)成為人類密不可分的伙伴，與此同時(shí),人們對(duì)汽車的舒適性和安全性的要求也越來越高。因此,汽車的安全、環(huán)保和節(jié)能成為當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向，越來越受到研究人員的重視。為此，汽車電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車主動(dòng)安全技術(shù)之一將被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的助力方式是采用真空助力器，制動(dòng)系統(tǒng)助力能力受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的影響。電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)以電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)替代真空助力機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的制動(dòng)能力不受發(fā)動(dòng)機(jī)、真空度影響，制動(dòng)踏板在正常工作時(shí)不再直接作用制動(dòng)主缸，駕駛員的操作由位移傳感器采集信息并識(shí)別剎車意圖，完全由電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行器來完成制動(dòng)操作，部件機(jī)械特性的變化可由控制算法進(jìn)行補(bǔ)償，使制動(dòng)壓力等級(jí)和踏板行程始終保持一致。通過正確識(shí)別駕駛員意圖，對(duì)制動(dòng)力(由踏板行程以及踏板加速度來辨別計(jì)算)加以調(diào)整，以避免制動(dòng)力不足。它操作更為簡(jiǎn)單而且省力，控制方便可靠、改善了制動(dòng)效能、有效減輕了制動(dòng)踏板力，在沒有電的情況下，電動(dòng)機(jī)構(gòu)不工作，駕駛員踩下踏板作用力直接作用制動(dòng)主缸，完成制動(dòng)功能。

1 一般電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)

1.1 零部件組成

如圖1所示：電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要由踏板輸入桿組件1、位移傳感器2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、電子控制單元4、無刷電機(jī)5、液壓控制主缸6、油壺7組成。

圖1 一般電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板同時(shí)推動(dòng)輸入桿1向前移動(dòng)，這時(shí)位移傳感器2獲得信號(hào)并發(fā)送到電子控制單元4，電子控制單元4發(fā)出指令起動(dòng)無刷電機(jī)5，無刷電機(jī)5通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3輸出動(dòng)力并作用于液壓控制主缸6活塞動(dòng)作，液壓控制主缸6活塞推動(dòng)剎車油進(jìn)入輪鼓剎車油缸并推動(dòng)輪鼓活塞運(yùn)動(dòng)，輪鼓活塞推動(dòng)剎車片壓緊剎車盤，從而完成制動(dòng)功能。在沒有電的情況下，此時(shí)電動(dòng)機(jī)構(gòu)不工作，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，輸入桿直接作用在制動(dòng)主缸，從而保證在沒有電的情況下也能完成制動(dòng)功能。

1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在的主要問題

一般的電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電機(jī)軸為蝸桿軸，蝸輪軸一端同時(shí)由齒輪、齒條固定在輸入桿上。其傳動(dòng)過程為：電機(jī)帶動(dòng)蝸桿蝸輪，蝸輪軸上的齒輪帶動(dòng)輸入桿上齒條運(yùn)動(dòng)，從而助力踏板完成制動(dòng)功能。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由蝸桿蝸輪及齒輪齒條兩級(jí)傳動(dòng)組成，齒輪齒條采用兩組對(duì)稱徑向部置，故徑向體積較大，占用空間，蝸桿蝸輪軸系是垂直部置，蝸輪支座有較高垂直度要求，從而給零件加工裝配帶來一定的難度。該傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多，零件的加工和裝配要求高。

2 一種改進(jìn)性電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2.1 技術(shù)方案

2.1.1 改進(jìn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

將蝸輪蝸桿及齒輪齒條組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改為行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸入桿組件與電機(jī)中心連接并在法蘭上固定在電機(jī)端面，電機(jī)軸一端有太陽(yáng)齒輪與行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，行星齒輪通過兩級(jí)傳動(dòng)帶動(dòng)輸出螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出螺桿外圓與長(zhǎng)螺母配合，長(zhǎng)螺母在輸出螺桿上做直線運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)螺母推動(dòng)制動(dòng)主缸活塞運(yùn)動(dòng)，從而完成制動(dòng)功能。

2.1.2 改進(jìn)踏板輸入桿結(jié)構(gòu)

在沒有電的情況下，此時(shí)電動(dòng)機(jī)構(gòu)不工作，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，輸入桿必須直接作用在制動(dòng)主缸上，從而保證在沒有電的情況下也能完成制動(dòng)功能。為此，將電機(jī)軸、太陽(yáng)齒輪、輸出螺桿全部改為空心軸，這樣輸入桿穿過電機(jī)及行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空心軸直接作用在制動(dòng)主缸，從而保證在沒有電的情況下也能完成制動(dòng)功能。該機(jī)構(gòu)采用同軸傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，極大地節(jié)約了空間。

2.2 零部件組成

如圖2所示：改進(jìn)性電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特征在于：輸入桿1一端有一小圓軸與踏板相連，另一端有臺(tái)階軸端面與彈簧3配合，長(zhǎng)軸穿過電機(jī)4空心軸及行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6空心軸。彈簧套2一端面開有圓孔，另一端有外法蘭與電機(jī)4連接。彈簧3為圓柱螺旋壓縮彈簧，兩端磨平并保持平行并有良好的塑性變形。電機(jī)4為無刷電機(jī)，其轉(zhuǎn)子采用空心軸，無刷電機(jī)軸5采用空心軸，其右端有太陽(yáng)輪齒輪。行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6為兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一端與無刷電機(jī)4端面連接，另一端固定在外套9的內(nèi)圓中。 行星齒輪輸出螺桿7采用空心軸，一端鑲嵌在第二級(jí)行星支架中心，外表面有梯形螺紋。長(zhǎng)螺母8兩邊有法蘭，在法蘭徑向上下切出兩小平面，它分別與外套9內(nèi)圓平面配合。外套9兩邊有法蘭，它分別將無刷電機(jī)4和制動(dòng)主缸連接并固定，在其內(nèi)圓徑向分別有兩平面。

圖2 改進(jìn)性電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

3 行星齒輪傳動(dòng)及螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件組成及工作原理

3.1 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件組成

行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6包括第一級(jí)行星齒輪、第一級(jí)齒輪支架、第二級(jí)太陽(yáng)齒輪、第二級(jí)行星齒輪、第二級(jí)齒輪支架、第三級(jí)輸出螺桿。其特征在于：第一級(jí)行星齒輪材料為金屬，第一級(jí)齒輪支架材料為塑料，中間通過注塑鑲嵌有第二級(jí)太陽(yáng)齒輪，在其上表面分布有3個(gè)空心圓柱；第二級(jí)太陽(yáng)齒輪是金屬材料，第二級(jí)行星齒輪是金屬材料，第二級(jí)齒輪支架材料為塑料，中間通過注塑鑲嵌有第三級(jí)輸出螺桿，在其上表面分布有4個(gè)空心圓柱；第三級(jí)輸出螺桿是金屬材料，為空心軸，輸出螺桿外圓配合有長(zhǎng)螺母。

3.2 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理

行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在外套內(nèi)，電機(jī)軸太陽(yáng)齒輪帶動(dòng)第一級(jí)行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第一級(jí)行星齒輪通過內(nèi)齒圈帶動(dòng)第一級(jí)齒輪支架及第二級(jí)太陽(yáng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第二級(jí)太陽(yáng)齒輪帶動(dòng)第二級(jí)行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第二級(jí)行星齒輪通過內(nèi)齒圈帶動(dòng)第二級(jí)齒輪支架及第三級(jí)輸出螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，第三級(jí)輸出螺桿帶動(dòng)長(zhǎng)螺母做直線運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)螺母兩邊法蘭有兩小平面與外套內(nèi)圓兩平面相配合，故長(zhǎng)螺母不會(huì)旋轉(zhuǎn)只能做直線運(yùn)動(dòng)。

4 改進(jìn)電子液壓制動(dòng)器的工作原理

如圖3所示：當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板同時(shí)推動(dòng)輸入桿1向前移動(dòng)并壓縮彈簧3，這時(shí)位移傳感器獲得信號(hào)并發(fā)送到電子控制單元，電子控制單元發(fā)出指令起動(dòng)無刷電機(jī)4，無刷電機(jī)軸5是空心軸，在軸的右端有太陽(yáng)齒輪，太陽(yáng)齒輪帶動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6的輸出螺桿7轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出螺桿7帶動(dòng)長(zhǎng)螺母做直線運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)螺母一端推動(dòng)制動(dòng)主缸10的活塞向前運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)主缸活塞推動(dòng)剎車油進(jìn)入輪鼓剎車油缸并推動(dòng)輪鼓活塞運(yùn)動(dòng)，輪鼓活塞推動(dòng)剎車片壓緊剎車盤，從而完成制動(dòng)功能。在沒有電的情況下，此時(shí)電動(dòng)機(jī)構(gòu)不工作，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，輸入桿穿過電機(jī)及行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空心軸直接作用在制動(dòng)主缸上，從而保證在沒有電的情況下也能完成制動(dòng)功能。

圖3 改進(jìn)電子液壓制動(dòng)器的工作原理

5 總結(jié)

一種改進(jìn)電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上將蝸輪蝸桿及齒輪齒條組合傳動(dòng)改為行星齒輪同軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為了在沒有電的情況下腳踏板能制動(dòng)，必須使輸入桿能夠直接作用制動(dòng)主缸，為此，將電機(jī)軸、太陽(yáng)齒輪、輸出螺桿全部改為空心軸。通過對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)，使該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，減少了零件，降低了成本，極大地節(jié)約了空間，降低了零件加工及裝配難度，使得零件的制造加工更加簡(jiǎn)單方便。在沒有電的情況下，輸入桿穿過無刷電機(jī)及行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空心軸直接作用于制動(dòng)主缸，從而保證在沒有電的情況下也能完成制動(dòng)功能。

參考文獻(xiàn):

[1]周曉飛.汽車EPB電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

[2]朱孝錄.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[3]楊汝清.機(jī)電控制技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,2009.

[4]張展.減速器設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

[5]黃志強(qiáng).電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.