一種改進(jìn)型卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器

溫開(kāi)元

(浙江瑞立集團(tuán)技術(shù)中心新能源開(kāi)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(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)密不可分的伙伴，與此同時(shí),人們對(duì)汽車(chē)的舒適性和安全性的要求也越來(lái)越高。因此,汽車(chē)的安全、環(huán)保和節(jié)能成為當(dāng)前汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的主要方向，越來(lái)越受到研究人員的重視。為此，汽車(chē)電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)之一將被廣泛應(yīng)用。汽車(chē)電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)手剎相比，操作更為簡(jiǎn)單而且省力。電子駐車(chē)制動(dòng)使用小巧的按鈕取代了傳統(tǒng)的手剎拉桿，讓車(chē)內(nèi)空間得到更好的利用。雖然電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)總成與傳統(tǒng)手剎零部件相比，價(jià)格上不一定有優(yōu)勢(shì)，但省下的空間(通常都是前排中間的位置)可以有更大的用處，電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)工作模塊可以應(yīng)用在大部分車(chē)型上，從而可以低的生產(chǎn)成本將這個(gè)技術(shù)普及到更低一級(jí)的車(chē)型上。電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)還可以擴(kuò)展到自動(dòng)駐車(chē)功能AUTO HOLD，配合各種電控單元及機(jī)構(gòu)，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候剎車(chē)和駐車(chē)。對(duì)于駕駛者來(lái)說(shuō)，可以減少右腳和右手在塞車(chē)時(shí)的負(fù)擔(dān)，杜絕了由于力量不夠拉不緊手剎(特別是一些嬌小的女士)而造成的不便。而由于電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只接受電信號(hào)指令，所以電子手剎在車(chē)輛防盜系統(tǒng)中也起到很重要的作用。

1 電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置在電腦中的縱向加速度傳感器來(lái)測(cè)算坡度，從而算出車(chē)輛在斜坡上由于重力而產(chǎn)生的下滑力，電腦通過(guò)電機(jī)對(duì)后輪施加制動(dòng)力來(lái)平衡下滑力，使車(chē)輛能停在斜坡上。當(dāng)車(chē)輛起步時(shí)，電腦通過(guò)離合器踏板上的位移傳感器以及油門(mén)的大小來(lái)測(cè)算需要施加的制動(dòng)力，同時(shí)通過(guò)高速CAN與發(fā)動(dòng)機(jī)電腦通信來(lái)獲知發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力的大小。電腦自動(dòng)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力的增加，相應(yīng)地減少制動(dòng)力。當(dāng)牽引力足夠克服下滑力時(shí)，電腦驅(qū)動(dòng)電機(jī)解除制動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛順暢起步。該系統(tǒng)可以保證車(chē)輛在30%的斜坡上穩(wěn)定駐車(chē)。另外該系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱補(bǔ)償，即如果車(chē)輛經(jīng)過(guò)強(qiáng)制動(dòng)后駐車(chē)，制動(dòng)盤(pán)會(huì)因?yàn)闇囟认陆蹬c摩擦片產(chǎn)生間隙，此時(shí)電機(jī)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)壓緊螺母來(lái)補(bǔ)償溫度下降產(chǎn)生的間隙，保證可靠的駐車(chē)效果。

2 卡鉗式電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)工作邏輯

駕駛員通過(guò)按壓電子駐車(chē)制動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出實(shí)施制動(dòng)命令，當(dāng)車(chē)速小于7 km/h時(shí)，位于后輪剎車(chē)卡鉗上的電子駐車(chē)制動(dòng)控制模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)剎車(chē)盤(pán)施加制動(dòng)力；同時(shí)傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)也介入工作，讓制動(dòng)響應(yīng)更加敏捷。當(dāng)車(chē)速大于7 km/h時(shí)，電子駐車(chē)制動(dòng)控制模塊會(huì)通過(guò)ESP(Electronic Stability Program)系統(tǒng)(電控車(chē)輛穩(wěn)定行駛系統(tǒng))控制行車(chē)制動(dòng)器對(duì)4個(gè)車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)。駕駛員通過(guò)踩油門(mén)或者踩剎車(chē)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)釋放制動(dòng)。

3 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器零部件組成及特征

一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器如圖1所示，它包括電機(jī)橡膠墊1、下殼體2、電機(jī)3、電機(jī)固定支架4、定位支架組件5、上蓋6、小皮帶輪7、皮帶8、大皮帶輪9，大皮帶輪9鑲嵌有第一級(jí)太陽(yáng)齒輪10和行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11。其特征在于：電子駐車(chē)執(zhí)行器的電機(jī)3安裝在下殼體2圓孔內(nèi)，其下端裝有橡膠墊1，固定在下殼體2的底部，其上端安裝有小皮帶輪7；電機(jī)3上裝有固定支架4，在電機(jī)3與齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間有一定位支架5，齒輪箱主軸安裝在定位支架5上凸圓臺(tái)凹孔內(nèi)，定位支架5上凸圓臺(tái)與上蓋6內(nèi)凹孔相配合。上蓋6材料為塑料，其端面有一周凹槽；下殼體2材料為塑料，其端面有一周凸臺(tái)，它與上蓋6一周凹槽相配合。電機(jī)3為直流電機(jī)。小皮帶輪4材料為塑料，齒數(shù)為15。皮帶8為圓弧齒同步帶傳動(dòng)帶。大皮帶輪9材料為塑料，齒數(shù)為47。第一級(jí)太陽(yáng)齒輪10材料為金屬，齒數(shù)為8。

圖1 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

3.2 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件組成及特征

行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，它包括齒輪箱上蓋、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)輸出花鍵齒輪、齒輪箱下蓋。其特征在于：齒輪箱上蓋材料為塑料，其圓周內(nèi)部有兩級(jí)不同模數(shù)的內(nèi)齒輪，齒數(shù)分別是49與46，在中間有一圓孔，在外圓四周分別分布3個(gè)長(zhǎng)方形凸臺(tái)，長(zhǎng)方形凸臺(tái)內(nèi)開(kāi)有3個(gè)長(zhǎng)方形孔。第一行星齒輪是金屬材料，齒數(shù)為20。第一級(jí)齒輪支架材料為塑料，其中間通過(guò)注塑鑲嵌有第二級(jí)太陽(yáng)齒輪及主軸，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，齒數(shù)為10。第二級(jí)行星齒輪是金屬材料，齒數(shù)為17。第二級(jí)齒輪支架材料為塑料，其中間通過(guò)注塑鑲嵌有第三級(jí)輸出花鍵齒輪，在其上表面分布有4個(gè)空心圓柱。第三級(jí)輸出花鍵齒輪是金屬材料，齒數(shù)為12。齒輪箱下蓋材料為塑料，在其外圓分部有3個(gè)掛扣。

圖2 原行星齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

3.3 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理

齒輪箱上蓋及齒輪箱下蓋固定不動(dòng)，由大皮帶輪鑲嵌的第一級(jí)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(guò)齒輪箱上蓋第一級(jí)內(nèi)齒輪帶動(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(guò)齒輪箱上蓋第二級(jí)內(nèi)齒輪帶動(dòng)第二級(jí)齒輪支架及第三級(jí)輸出花鍵齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸出動(dòng)力。

3.4 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器的傳動(dòng)比

(1)皮帶輪傳動(dòng)比計(jì)算

小皮帶輪齒數(shù)位15，大皮帶輪齒數(shù)為47，則i帶=47/15。

(2)第一級(jí)齒輪傳動(dòng)比計(jì)算

第一級(jí)太陽(yáng)齒輪齒數(shù)Z1=8，第一級(jí)行星齒輪齒數(shù)Z2=20，齒輪箱上蓋第一級(jí)內(nèi)齒數(shù)Z3=49。

第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比i1=1+Z3/Z1=1+49/8=57/8。

(3)第二級(jí)齒輪傳動(dòng)比計(jì)算

第二級(jí)太陽(yáng)齒輪齒數(shù)Z4=10，第二級(jí)行星齒輪齒數(shù)Z5=17，齒輪箱上蓋第二級(jí)內(nèi)齒數(shù)Z6=46。

第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比i2=1+Z6/Z4=1+46/10=56/10。

(4)執(zhí)動(dòng)器總傳動(dòng)比計(jì)算：

總傳動(dòng)比iΣ=i帶×i1×i2=(47/15)×(57/8)×(56/10)=125.02。

4 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的卡鉗式電子駐車(chē)制動(dòng)器通常是電機(jī)通過(guò)皮帶由小帶輪驅(qū)動(dòng)大帶輪，大帶輪與行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同軸，從而帶動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出動(dòng)力。電機(jī)上安裝有固定支架，固定支架與行星齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間有一定位支架，齒輪箱主軸安裝在定位支架上凸圓臺(tái)凹孔內(nèi)，定位支架上凸圓臺(tái)與上蓋內(nèi)凹孔相配合。由于上蓋與下殼體的配合是凹槽與凸臺(tái)的間隙配合，當(dāng)采用超聲波焊接后，下殼體電機(jī)主軸與行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主軸中心距及平行度都難以保證，在皮帶的作用下電機(jī)及行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主軸作偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，由此電機(jī)電流增大，同時(shí)傳動(dòng)噪聲也增大。行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一、二級(jí)行星齒輪一般是兩種不同模數(shù)的齒輪，內(nèi)齒輪上蓋有兩種不同的內(nèi)齒輪，齒輪互換性不好，該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多，難于保證裝配要求。

5 一種改進(jìn)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器

5.1 一種改進(jìn)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器的技術(shù)方案

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提出一種新的技術(shù)方案，此技術(shù)方案是：將外接插座集成在上蓋，同時(shí)生成內(nèi)接插座與下殼體電機(jī)端子牢固接插，省去了連接導(dǎo)線(xiàn)，避免了車(chē)子顛簸時(shí)震松導(dǎo)線(xiàn)的隱患。在上蓋中心截面有4個(gè)定位孔，上蓋左右分別有兩個(gè)定位孔與下殼體左右兩個(gè)定位圓柱相配合，從而保證上蓋與下殼體電機(jī)軸孔與行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主軸孔重合；上蓋中間兩個(gè)定位孔鑲有銅圈，分別與電機(jī)軸及大皮帶輪軸相配合。這樣電機(jī)軸及大皮帶輪軸中心距保持不變，加上定位孔鑲有銅圈，銅圈孔內(nèi)有潤(rùn)滑脂，軸與孔配合精度高，減少了摩擦，銅圈增加了強(qiáng)度抵消了皮帶的拉力。這樣極大地優(yōu)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)省去了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的大帶輪軸定位板和電機(jī)固定支架兩個(gè)零件。行星齒輪減速機(jī)構(gòu)第一及第二級(jí)的太陽(yáng)齒輪及行星齒輪相同，從而大大地提高了零件的互換性。傳統(tǒng)第三級(jí)輸出花鍵為漸開(kāi)線(xiàn)花鍵，齒數(shù)為12，齒厚單薄，為此將花鍵改為普通花鍵，齒數(shù)改為6，這樣齒加厚，提高了花鍵的抗彎強(qiáng)度。

5.2 一種改進(jìn)性卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器零部件組成及特征

一種改進(jìn)性卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，它包括電機(jī)橡膠墊1、下殼體2、電機(jī)3、小皮帶輪4、上蓋組件5、皮帶6、大皮帶輪7、第一級(jí)太陽(yáng)齒輪8、行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9。其特征為：電機(jī)2安裝在下殼體3圓孔內(nèi)，其下端裝有橡膠墊1，固定在下殼體3的底部，其上端安裝有小皮帶輪4，電機(jī)軸穿過(guò)小皮帶輪4定位在上蓋組件5的定位銅圈10內(nèi)，電機(jī)2通過(guò)小皮帶輪4及皮帶6與大皮帶輪7連接，大皮帶輪7的鑲件第一級(jí)太陽(yáng)齒8與行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9的軸相配合，行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9的軸上端定位在上蓋組件5的另一定位銅圈內(nèi)。上蓋組件5包括兩個(gè)定位銅圈及兩個(gè)插座。插座內(nèi)鑲有接線(xiàn)端子。上蓋材料為塑料，其端面有一周凹槽，在端面左右分別有兩圓孔與凹槽相連，在上蓋的底部有兩圓孔，在上蓋右邊有兩個(gè)插座及電機(jī)固定支腳。兩個(gè)定位銅圈分別鑲嵌在上蓋底部。接線(xiàn)端子鑲嵌在上蓋右端，該接線(xiàn)端子一端插槽與電機(jī)連接，另一端與外接電源插頭連接。下殼體2材料為塑料，其端面有一周凸臺(tái)，在其端面左右分別有兩圓柱與凸臺(tái)相連。電機(jī)3為直流電機(jī)，其下端裝有橡膠墊1，固定在下殼體3的底部，上端有兩插頭。小皮帶輪4材料為塑料，在其圓周開(kāi)有圓弧槽，在中心上部有一凹圓孔。 皮帶6為圓弧齒同步帶傳動(dòng)帶。大皮帶輪7材料為塑料，其圓周開(kāi)有圓弧槽，其中間通過(guò)注塑鑲嵌有第一級(jí)太陽(yáng)齒輪8，齒數(shù)為11。

圖3 改進(jìn)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

5.3 改進(jìn)性行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件組成及特征

改進(jìn)性行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括齒輪箱上蓋、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)輸出花鍵齒輪、齒輪箱下蓋。其特征為：齒輪箱上蓋材料為塑料，其圓周內(nèi)有一種內(nèi)齒輪，齒數(shù)為57，中間有一圓孔，在外圓四周分別分布3個(gè)長(zhǎng)方形凸臺(tái)，長(zhǎng)方形凸臺(tái)內(nèi)開(kāi)有3個(gè)長(zhǎng)方形孔。第一行星齒輪是金屬材料，齒數(shù)為23。第一級(jí)齒輪支架材料為塑料，其中間通過(guò)注塑鑲嵌有第二級(jí)太陽(yáng)齒輪及主軸，其上表面分布3個(gè)空心圓柱。第二級(jí)太陽(yáng)齒輪是金屬材料，齒數(shù)為11。第二級(jí)行星齒輪和第一級(jí)行星齒輪相同。第二級(jí)齒輪支架材料為塑料，其中間通過(guò)注塑鑲嵌有第三級(jí)輸出花鍵齒輪，其上表面分布有4個(gè)空心圓柱。第三級(jí)輸出花鍵齒輪是金屬材料，齒數(shù)為6。齒輪箱下蓋材料為塑料，在其外圓分部有3個(gè)掛扣。

5.4 一種改進(jìn)性卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器的傳動(dòng)比

(1)皮帶輪傳動(dòng)比計(jì)算

小皮帶輪齒數(shù)位14，大皮帶輪齒數(shù)為47，則i帶=47/14。

(2)第一級(jí)齒輪傳動(dòng)比計(jì)算

第一級(jí)太陽(yáng)齒輪齒數(shù)Z1=11，第一級(jí)行星齒輪齒數(shù)Z2=23，齒輪箱上蓋第一級(jí)內(nèi)齒數(shù)Z3=57。

第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比i1=1+Z3/Z1=1+57/11=68/11。

(3)第二級(jí)齒輪傳動(dòng)比計(jì)算

第二級(jí)太陽(yáng)齒輪齒數(shù)Z4=11，第二級(jí)行星齒輪齒數(shù)Z5=23，齒輪箱上蓋內(nèi)齒數(shù)Z6=57。

第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比i2=1+Z6/Z4=1+57/11=68/11。

(4)執(zhí)動(dòng)器總傳動(dòng)比計(jì)算：

總傳動(dòng)比iΣ=i帶×i1×i2=(47/14)×(68/11)×(68/11)=128.3。

6 總結(jié)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，獲得了一種改進(jìn)卡鉗式電子駐車(chē)執(zhí)動(dòng)器，它結(jié)構(gòu)緊湊，極大地優(yōu)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，省去了連接導(dǎo)線(xiàn)，避免了車(chē)子顛簸時(shí)震松導(dǎo)線(xiàn)的隱患。在上蓋中心截面分別有4個(gè)定位孔，上蓋與下殼體定位精確，從而保證上蓋與下殼體電機(jī)軸與孔配合精度，減少了摩擦，降低了噪聲，同時(shí)省去了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的大帶輪軸定位板和電機(jī)固定支架兩個(gè)零件，節(jié)約了成本。第一級(jí)及第二級(jí)的太陽(yáng)齒輪及行星齒輪相同，從而提高了零件的互換性。傳統(tǒng)第三級(jí)輸出花鍵為漸開(kāi)線(xiàn)花鍵，齒數(shù)為12，齒厚單薄，為此將花鍵改為普通花鍵，齒數(shù)改為6，這樣齒加厚，提高了花鍵的抗彎強(qiáng)度?？倐鲃?dòng)比由原來(lái)的125.02提高到128.3，傳動(dòng)效率更高。

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