一種改進(jìn)型卡鉗式電子駐車執(zhí)動器

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、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,人們對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，汽車電子駐車制動系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車主動安全技術(shù)之一將被廣泛應(yīng)用。汽車電子駐車制動系統(tǒng)和傳統(tǒng)手剎相比，操作更為簡單而且省力。電子駐車制動使用小巧的按鈕取代了傳統(tǒng)的手剎拉桿，讓車內(nèi)空間得到更好的利用。雖然電子駐車制動系統(tǒng)總成與傳統(tǒng)手剎零部件相比，價格上不一定有優(yōu)勢，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，電子駐車制動系統(tǒng)工作模塊可以應(yīng)用在大部分車型上，從而可以低的生產(chǎn)成本將這個技術(shù)普及到更低一級的車型上。電子駐車制動系統(tǒng)還可以擴(kuò)展到自動駐車功能AUTO HOLD，配合各種電控單元及機構(gòu)，可以在適當(dāng)?shù)臅r候剎車和駐車。對于駕駛者來說，可以減少右腳和右手在塞車時的負(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。而由于電子駐車制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)只接受電信號指令，所以電子手剎在車輛防盜系統(tǒng)中也起到很重要的作用。

1 電子駐車制動系統(tǒng)的工作原理

電子駐車制動系統(tǒng)通過內(nèi)置在電腦中的縱向加速度傳感器來測算坡度，從而算出車輛在斜坡上由于重力而產(chǎn)生的下滑力，電腦通過電機對后輪施加制動力來平衡下滑力，使車輛能停在斜坡上。當(dāng)車輛起步時，電腦通過離合器踏板上的位移傳感器以及油門的大小來測算需要施加的制動力，同時通過高速CAN與發(fā)動機電腦通信來獲知發(fā)動機牽引力的大小。電腦自動計算發(fā)動機牽引力的增加，相應(yīng)地減少制動力。當(dāng)牽引力足夠克服下滑力時，電腦驅(qū)動電機解除制動，從而實現(xiàn)車輛順暢起步。該系統(tǒng)可以保證車輛在30%的斜坡上穩(wěn)定駐車。另外該系統(tǒng)自動實現(xiàn)熱補償，即如果車輛經(jīng)過強制動后駐車，制動盤會因為溫度下降與摩擦片產(chǎn)生間隙，此時電機會自動啟動，驅(qū)動壓緊螺母來補償溫度下降產(chǎn)生的間隙，保證可靠的駐車效果。

2 卡鉗式電子駐車制動系統(tǒng)工作邏輯

駕駛員通過按壓電子駐車制動開關(guān)發(fā)出實施制動命令，當(dāng)車速小于7 km/h時，位于后輪剎車卡鉗上的電子駐車制動控制模塊驅(qū)動電機開始轉(zhuǎn)動，對剎車盤施加制動力；同時傳統(tǒng)的液壓制動也介入工作，讓制動響應(yīng)更加敏捷。當(dāng)車速大于7 km/h時，電子駐車制動控制模塊會通過ESP(Electronic Stability Program)系統(tǒng)(電控車輛穩(wěn)定行駛系統(tǒng))控制行車制動器對4個車輪進(jìn)行制動。駕駛員通過踩油門或者踩剎車能實現(xiàn)自動釋放制動。

3 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器零部件組成及特征

一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器如圖1所示，它包括電機橡膠墊1、下殼體2、電機3、電機固定支架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鑲嵌有第一級太陽齒輪10和行星齒輪傳動機構(gòu)11。其特征在于：電子駐車執(zhí)行器的電機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3上裝有固定支架4，在電機3與齒輪箱傳動機構(gòu)之間有一定位支架5，齒輪箱主軸安裝在定位支架5上凸圓臺凹孔內(nèi)，定位支架5上凸圓臺與上蓋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，它與上蓋6一周凹槽相配合。電機3為直流電機。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帶。大皮帶輪9材料為塑料，齒數(shù)為47。第一級太陽齒輪10材料為金屬，齒數(shù)為8。

圖1 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器結(jié)構(gòu)圖

3.2 行星齒輪傳動機構(gòu)零部件組成及特征

行星齒輪傳動機構(gòu)11結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，它包括齒輪箱上蓋、第一級行星齒輪、第一級齒輪支架、第二級太陽齒輪、第二級行星齒輪、第二級齒輪支架、第三級輸出花鍵齒輪、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個長方形凸臺，長方形凸臺內(nèi)開有3個長方形孔。第一行星齒輪是金屬材料，齒數(shù)為20。第一級齒輪支架材料為塑料，其中間通過注塑鑲嵌有第二級太陽齒輪及主軸，在其上表面分布有3個空心圓柱。第二級太陽齒輪是金屬材料，齒數(shù)為10。第二級行星齒輪是金屬材料，齒數(shù)為17。第二級齒輪支架材料為塑料，其中間通過注塑鑲嵌有第三級輸出花鍵齒輪，在其上表面分布有4個空心圓柱。第三級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個掛扣。

圖2 原行星齒輪箱傳動機構(gòu)示意圖

3.3 行星齒輪傳動機構(gòu)的工作原理

齒輪箱上蓋及齒輪箱下蓋固定不動，由大皮帶輪鑲嵌的第一級太陽齒輪帶動第一級行星齒輪轉(zhuǎn)動，第一級行星齒輪通過齒輪箱上蓋第一級內(nèi)齒輪帶動第一級齒輪支架及第二級太陽齒輪轉(zhuǎn)動，第二級太陽齒輪帶動第二級行星齒輪轉(zhuǎn)動，第二級行星齒輪通過齒輪箱上蓋第二級內(nèi)齒輪帶動第二級齒輪支架及第三級輸出花鍵齒輪轉(zhuǎn)動，從而輸出動力。

3.4 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器的傳動比

(1)皮帶輪傳動比計算

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

(2)第一級齒輪傳動比計算

第一級太陽齒輪齒數(shù)Z1=8，第一級行星齒輪齒數(shù)Z2=20，齒輪箱上蓋第一級內(nèi)齒數(shù)Z3=49。

第一級行星齒輪傳動比i1=1+Z3/Z1=1+49/8=57/8。

(3)第二級齒輪傳動比計算

第二級太陽齒輪齒數(shù)Z4=10，第二級行星齒輪齒數(shù)Z5=17，齒輪箱上蓋第二級內(nèi)齒數(shù)Z6=46。

第二級行星齒輪傳動比i2=1+Z6/Z4=1+46/10=56/10。

(4)執(zhí)動器總傳動比計算：

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

4 一般傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器存在的問題

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的卡鉗式電子駐車制動器通常是電機通過皮帶由小帶輪驅(qū)動大帶輪，大帶輪與行星齒輪傳動機構(gòu)同軸，從而帶動行星齒輪傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動輸出動力。電機上安裝有固定支架，固定支架與行星齒輪箱傳動機構(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凹孔內(nèi)，定位支架上凸圓臺與上蓋內(nèi)凹孔相配合。由于上蓋與下殼體的配合是凹槽與凸臺的間隙配合，當(dāng)采用超聲波焊接后，下殼體電機主軸與行星齒輪傳動機構(gòu)主軸中心距及平行度都難以保證，在皮帶的作用下電機及行星齒輪傳動機構(gòu)主軸作偏心轉(zhuǎn)動，由此電機電流增大，同時傳動噪聲也增大。行星齒輪傳動機構(gòu)的第一、二級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)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器

5.1 一種改進(jìn)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器的技術(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，同時生成內(nèi)接插座與下殼體電機端子牢固接插，省去了連接導(dǎo)線，避免了車子顛簸時震松導(dǎo)線的隱患。在上蓋中心截面有4個定位孔，上蓋左右分別有兩個定位孔與下殼體左右兩個定位圓柱相配合，從而保證上蓋與下殼體電機軸孔與行星齒輪傳動機構(gòu)主軸孔重合；上蓋中間兩個定位孔鑲有銅圈，分別與電機軸及大皮帶輪軸相配合。這樣電機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)有潤滑脂，軸與孔配合精度高，減少了摩擦，銅圈增加了強度抵消了皮帶的拉力。這樣極大地優(yōu)化了傳動結(jié)構(gòu)，同時省去了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的大帶輪軸定位板和電機固定支架兩個零件。行星齒輪減速機構(gòu)第一及第二級的太陽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)第三級輸出花鍵為漸開線花鍵，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度。

5.2 一種改進(jìn)性卡鉗式電子駐車執(zhí)動器零部件組成及特征

一種改進(jìn)性卡鉗式電子駐車執(zhí)動器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，它包括電機橡膠墊1、下殼體2、電機3、小皮帶輪4、上蓋組件5、皮帶6、大皮帶輪7、第一級太陽齒輪8、行星齒輪傳動機構(gòu)9。其特征為：電機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，電機軸穿過小皮帶輪4定位在上蓋組件5的定位銅圈10內(nèi)，電機2通過小皮帶輪4及皮帶6與大皮帶輪7連接，大皮帶輪7的鑲件第一級太陽齒8與行星齒輪傳動機構(gòu)9的軸相配合，行星齒輪傳動機構(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包括兩個定位銅圈及兩個插座。插座內(nèi)鑲有接線端子。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，在上蓋右邊有兩個插座及電機固定支腳。兩個定位銅圈分別鑲嵌在上蓋底部。接線端子鑲嵌在上蓋右端，該接線端子一端插槽與電機連接，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，在其端面左右分別有兩圓柱與凸臺相連。電機3為直流電機，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帶。大皮帶輪7材料為塑料，其圓周開有圓弧槽，其中間通過注塑鑲嵌有第一級太陽齒輪8，齒數(shù)為11。

圖3 改進(jìn)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器結(jié)構(gòu)示意圖

5.3 改進(jìn)性行星齒輪傳動機構(gòu)零部件組成及特征

改進(jìn)性行星齒輪傳動機構(gòu)包括齒輪箱上蓋、第一級行星齒輪、第一級齒輪支架、第二級太陽齒輪、第二級行星齒輪、第二級齒輪支架、第三級輸出花鍵齒輪、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個長方形凸臺，長方形凸臺內(nèi)開有3個長方形孔。第一行星齒輪是金屬材料，齒數(shù)為23。第一級齒輪支架材料為塑料，其中間通過注塑鑲嵌有第二級太陽齒輪及主軸，其上表面分布3個空心圓柱。第二級太陽齒輪是金屬材料，齒數(shù)為11。第二級行星齒輪和第一級行星齒輪相同。第二級齒輪支架材料為塑料，其中間通過注塑鑲嵌有第三級輸出花鍵齒輪，其上表面分布有4個空心圓柱。第三級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個掛扣。

5.4 一種改進(jìn)性卡鉗式電子駐車執(zhí)動器的傳動比

(1)皮帶輪傳動比計算

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

(2)第一級齒輪傳動比計算

第一級太陽齒輪齒數(shù)Z1=11，第一級行星齒輪齒數(shù)Z2=23，齒輪箱上蓋第一級內(nèi)齒數(shù)Z3=57。

第一級行星齒輪傳動比i1=1+Z3/Z1=1+57/11=68/11。

(3)第二級齒輪傳動比計算

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

第二級行星齒輪傳動比i2=1+Z6/Z4=1+57/11=68/11。

(4)執(zhí)動器總傳動比計算：

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

6 總結(jié)

通過對傳統(tǒng)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，獲得了一種改進(jìn)卡鉗式電子駐車執(zhí)動器，它結(jié)構(gòu)緊湊，極大地優(yōu)化了傳動結(jié)構(gòu)，省去了連接導(dǎo)線，避免了車子顛簸時震松導(dǎo)線的隱患。在上蓋中心截面分別有4個定位孔，上蓋與下殼體定位精確，從而保證上蓋與下殼體電機軸與孔配合精度，減少了摩擦，降低了噪聲，同時省去了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的大帶輪軸定位板和電機固定支架兩個零件，節(jié)約了成本。第一級及第二級的太陽齒輪及行星齒輪相同，從而提高了零件的互換性。傳統(tǒng)第三級輸出花鍵為漸開線花鍵，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度。總傳動比由原來的125.02提高到128.3，傳動效率更高。

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