一种制动钳、制动系统、汽车和设计方法与流程

1.本发明涉及汽车，具体涉及一种制动钳、制动系统、汽车和设计方法。


背景技术：

2.在社会经济和科学技术飞速发展的今天，人们在追求汽车动力性和舒适性的同时，对汽车安全性的关注程度也越来越高。这其中对汽车的制动性能尤其重视，因为汽车的制动性直接关系到生命和财产的安全，良好的制动性能是汽车安全行驶的基本保障。
3.现有的汽车上得到广泛应用的液压制动系统，主要由制动踏板、制动主缸、真空助力器、液压管路、制动轮缸、制动器等几部分组成。需要汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板，在一系列机械结构及真空助力器的作用下，制动主缸内的油液以一定压力通过制动管路流入各轮缸，最终驱动盘式或鼓式制动器完成制动动作，从而实现车轮的制动。液压制动经过漫长的发展，已经成为了一项非常成熟的技术，现有的轿车基本全部采用液压制动系统。
4.虽然液压制动系统得到了广泛的应用，但液压制动系统存在如下的一些问题：液压制动系统的机械部件及液压管路较多，真空助力器体积较大，尤其是在集成abs、tcs、esp等电控功能后，液压制动系统更加复杂，布置装配难度大；液压制动系统的液压油需要进行定期更换，并且在使用过程中存在液压油泄露的隐患，容易造成环境污染；对于具有制动能量回收系统并且缺少助力真空源的新能源汽车来说，液压制动系统的使用受到限制，匹配难度大。
5.随着科学技术的发展，结构更加紧凑、输出制动力更大、运行更可靠的电子机械制动系统应运而生。由于可以解决上述困扰液压制动系统多年的问题，电子机械制动系统已经成为制动技术研究的趋势之一。电子机械制动系统与传统液压制动系统对比，电子机械制动系统以电能作为能量来源，电机驱动制动片压紧制动盘实现制动功能，由电线传递能量，数据线传递信号。电子机械制动系统简洁的结构、高效的性能极大地提高了汽车的制动安全性。
6.为保证制动安全，汽车制动系统需要一定的冗余度，电子机械制动系统由于取消了制动踏板与制动器间的机械液压连接，因此无法利用传统制动系统的冗余结构，这就要求从结构和控制上重新考虑电子机械制动统冗余度的设计，来保证电子机械制动系统的可靠性，进而保证制动安全性。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提出一种制动钳、制动系统、汽车和设计方法，有利于提升制动安全性。
8.本发明所述的一种制动钳，包括外壳、制动盘和制动片，其特征在于，还包括设置在所述外壳中的致动组件，所述致动组件包括传动机构、转换机构、减速机构和至少两个电机，至少两个所述电机的动力输出端均通过所述传动机构与所述减速机构的动力输入端传动连接，所述减速机构的动力输出端与所述转换机构的动力输入端传动连接，所述转换机
构能够将其动力输入端的旋转运动转化成其动力输出端的直线运动，所述转换机构的动力输出端做直线运动能够驱动所述制动片抵紧所述制动盘。
9.可选的，所述制动盘的两侧各设置有一个所述制动片，所述外壳中设置有两个所述致动组件，一个所述致动组件能够驱动一个所述制动片抵紧所述制动盘，另一个所述致动组件能够驱动另一个所述制动片抵紧所述制动盘。
10.可选的，所述制动钳为固定式制动钳。
11.可选的，至少两个所述电机分别设置在所述转换机构的外围，至少两个所述电机的中心轴线均与所述转换机构的中心轴线平行。
12.可选的，所述传动机构为定轴轮系传动机构。
13.可选的，所述传动机构包括至少两个电机输出齿轮、至少两个双联齿轮、一个第三传动齿轮以及一根与所述第三传动齿轮连接的传动输出轴，至少两个所述电机输出齿轮分别安装在至少两个所述电机的电机输出轴上，至少两个所述双联齿轮上均设置有第一传动齿轮和第二传动齿轮，至少两个所述第一传动齿轮分别与至少两个所述电机输出齿轮啮合，至少两个所述第二传动齿轮均与所述第三传动齿轮啮合，所述传动输出轴与所述减速机构的动力输入端传动连接。
14.可选的，所述第三传动齿轮的齿数大于所述第二传动齿轮的齿数。
15.可选的，所述转换机构为反转式行星滚柱丝杠。
16.可选的，所述减速机构为两级行星齿轮减速机构。
17.可选的，至少两个所述电机均为无刷直流电机。
18.可选的，所述无刷直流电机的定子环绕在所述无刷直流电机的转子的外围，所述无刷直流电机的永磁体设置在所述无刷直流电机的转子上，所述无刷直流电机的定子与所述外壳上的电机安装孔配合。
19.可选的，所述外壳包括制动钳壳体和固定连接在所述制动钳壳体上的减速箱壳体，所述转换机构和至少两个所述电机均设置在所述制动钳壳体中，所述传动机构和所述减速机构均设置在所述减速箱壳体中。
20.可选的，所述致动组件还包括以能够沿一直线运动的方式设置在所述外壳中的活塞，所述活塞设置在所述转换机构的动力输出端和所述制动片之间，所述转换机构的动力输出端通过推动所述活塞来驱动所述制动片抵紧所述制动盘。
21.本发明所述的一种制动系统，包括上述任一项所述的制动钳。
22.本发明所述的一种汽车，包括上述任一项所述的制动钳。
23.本发明所述的一种制动钳的设计方法，用于设计上述任一项所述的制动钳，所述转换机构为行星滚柱丝杠，所述减速机构为行星齿轮减速机构；包括以下步骤：
24.s1、根据整车参数计算制动钳的最大夹紧力以及盘片间隙消除时间，所述盘片间隙为制动盘和制动片之间的间隙；
25.s2、根据法规要求校核制动钳的制动能力；
26.s3、初选行星滚柱丝杠的传动比和导程，计算行星滚柱丝杠的额定动载荷；
27.s4、确定行星滚柱丝杠的结构造型，选择的行星滚柱丝杠；
28.s5、计算行星滚柱丝杠的驱动转矩、传动效率和传动比；
29.s6、对行星滚柱丝杠进行强度校核，根据整车参数校核行星滚柱丝杠强度；
30.s7、判断行星滚柱丝杠强度是否满足要求，若不满足要求则返回s3调整行星滚柱丝杠的传动比和导程，直至行星滚柱丝杠强度满足要求，计算出行星滚柱丝杠最大驱动力矩，选出行星齿轮减速机构的传动比；
31.s8、行星轮减速机构选型及强度校核；
32.s9、计算电机的输出功率、转速和转矩；
33.s10、电机选型；
34.s11、确定制动钳的技术参数及结构尺寸，基于s1-s10的设计结果，从制动钳的最大夹紧力反推确定制动钳减速比和电机的输出特性，确定制动钳的技术参数及结构尺寸；
35.s12、制作制动钳样件进行强度校核和试验验证。
36.本发明通过合理设置制动钳的结构，能够提升电子机械式的制动钳的可靠性，能够提高电子机械制动系统的制动安全性，能够减轻或消除致动组件因设置至少两个电机而产生拖滞力的问题。
附图说明
37.图1为具体实施方式中所述的制动钳的结构示意图；
38.图2为图1中a部分的放大视图；
39.图3为具体实施方式中所述的制动钳的设计方法的流程图；
40.图4为具体实施方式中所述的制动系统的功能逻辑图；
41.图5为具体实施方式中所述的附加功能模块的信息表；
42.图6为具体实施方式中所述的反转式行星滚柱丝杠的结构示意图；
43.图7为具体实施方式中所述的反转式行星滚柱丝杠的原理图。
44.图中：1—制动钳壳体；2—制动盘；3—制动片；4—电机；5—传动机构；6—减速机构；7—行星滚柱丝杠；8—活塞；9—减速箱壳体；10—铜套；
45.41—定子；42—转子；
46.51—电机输出齿轮；52—中间轴；53—第一传动齿轮；54—第二传动齿轮；55—第三传动齿轮；56—传动输出轴；
47.61—第一太阳轮；62—第一内齿圈；63—第一行星轮；64—第一行星架；65—第二太阳轮；66—第二内齿圈；67—第二行星轮；68—第二行星架；
48.71—丝杠；72—滚柱；73—螺母；74—滚柱齿轮；75—滚柱行星架。
具体实施方式
49.下面结合附图对本发明作进一步说明。
50.如图1和图2所示的一种制动钳，包括外壳、制动盘2和制动片3，还包括设置在外壳中的致动组件，致动组件包括传动机构5、转换机构、减速机构6和两个电机4，两个电机4的动力输出端均通过传动机构5与减速机构6的动力输入端传动连接，减速机构6的动力输出端与转换机构的动力输入端传动连接，转换机构能够将其动力输入端的旋转运动转化成其动力输出端的直线运动，转换机构的动力输出端做直线运动能够驱动制动片3抵紧制动盘2，以实现制动。
51.采用上述的技术方案，通过两个电机4驱动一个制动片3来实现制动，两个电机4互
为安全备份，能够提升制动钳的可靠性，能够提高电子机械制动系统的制动安全性；
52.两个电机4通过同一个减速机构6进行减速增矩，一方面具有结构简单和零部件少的优点，有利于控制成本和减少故障率；
53.另一方面，如果每个电机各设置一个减速机构进行减速增矩，再通过传动机构将两个减速机构输出的转矩传递至转换机构的话，由于两个电机难以保证同步转动，而后转的电机对应的减速机构会阻碍先转的电机带后转的电机，因此会出现较大的拖滞力，尤其是两个减速机构均采用行星齿轮减速机构时，非常容易产生较大的拖滞力；因此每个电机各设置一个减速机构，再通过传动机构将两个减速机构输出的转矩传递至转换机构的方案难以实际实施，难以满足实车使用需求；而采用两个电机4通过同一个减速机构6进行减速增矩的方案，能够减轻或消除致动组件因为设置两个电机4而产生拖滞力的问题，在实现安全备份、提升冗余度的同时还能够减轻或消除出现拖滞力的问题，能够满足实车的使用要求，能够实际运用在实车上。
54.在一些实施例中，制动盘2的两侧各设置有一个制动片3，外壳中设置有两个致动组件，一个致动组件能够驱动一个制动片3抵紧制动盘2，另一个致动组件能够驱动另一个制动片3抵紧制动盘2，利用两个制动片3夹紧制动盘2来实现制动。通过设置两个制动片3，并利用两个致动组件分别作用于两个制动片3，一方面，能够提升制动钳的制动力，提升制动钳的制动性能，另一方面，两个致动组件互为安全备份，能够提升制动钳的可靠性，能够提高电子机械制动系统的制动安全性。在具体实施时，两个制动片3分别相对于制动盘2设置在靠车外方向的一侧和靠车内方向的一侧，两个致动组件分别相对于制动盘2设置在靠车外方向的一侧和靠车内方向的一侧。
55.作为一种优选实施例，制动钳为固定式制动钳，可以作为行车制动钳使用。在固定式制动钳中，外壳与车身固定连接，制动盘2的两侧各设置有一个制动片3，外壳中设置有两个致动组件，一个致动组件能够驱动一个制动片3抵紧制动盘2，另一个致动组件能够驱动另一个制动片3抵紧制动盘2，利用两个制动片3夹紧制动盘2来实现制动。
56.在一些实施例中，每个致动组件的两个电机4分别设置在转换机构的外围，两个电机4的中心轴线均与转换机构的中心轴线平行。通过合理设置电机4的位置，能够减小制动钳的体积，降低传动机构5和减速机构6的布置难度。显然，在其他实施例中，可以根据实际需求设置电机4的个数。
57.在一些实施例中，传动机构5为定轴轮系传动机构；两个电机4通过定轴轮系传动机构与减速机构6传动连接，有利于减轻或消除致动组件因为设置两个电机4而产生拖滞力的问题。作为一种具体的示例，传动机构5包括两个电机输出齿轮51、两个双联齿轮、一个第三传动齿轮55以及一根与第三传动齿轮55连接的传动输出轴56，两个电机输出齿轮51分别安装在两个电机4的电机输出轴上，两个双联齿轮上均设置有第一传动齿轮53和第二传动齿轮54，两个第一传动齿轮53分别与两个电机输出齿轮51啮合，两个第二传动齿轮54均与第三传动齿轮55啮合，传动输出轴56与减速机构6的动力输入端传动连接。在具体实施时，第一传动齿轮53和第二传动齿轮54通过中间轴52连接以形成双联齿轮。在具体实施时，齿轮可以通过键连接的方式安装在轴件上以实现同步转动。中间轴52、电机输出轴以及传动输出轴56均可以通过轴承可旋转的安装在外壳中。采用上述的方案，利用一个传动机构5便可以在至少两个电机4和减速机构6之间传动。通过双联齿轮在电机输出齿轮51和第三传动
齿轮55之间传动，能够降低传动机构5的布置难度，有利于防止产生拖滞力。并且定轴轮系传动机构能够传递较大的力矩，能够满足自重较大的汽车的使用需求。
58.作为一种优选方案，第三传动齿轮55的齿数大于第二传动齿轮54的齿数，使得传动机构5能够起到减速增矩的作用，能够降低对减速机构6的传动比的要求
59.在一些实施例中，转换机构为行星滚柱丝杠，行星滚柱丝杠能够将旋转运动转化为直线运动，作为一种优选，为了防止行星滚柱丝杠出现卡滞的现象，转换机构为反转式行星滚柱丝杠7。作为一种具体示例，如图6和图7所示，反转式行星滚柱丝杠7包括丝杠71、螺母73和多根滚柱72，多根滚柱72分别与丝杠71和螺母73螺纹配合，且滚柱72的两端设置有滚柱齿轮74，螺母73的内圆面上设置有与各个滚柱齿轮74相啮合的内齿圈或者丝杠71的外圆面上设置有与各个滚柱齿轮74相啮合的外齿圈，螺母73与外壳内的滑孔滑动配合且周向固定，丝杠71与减速机构6的动力输出端连接且同步转动，反转式行星滚柱丝杠7用于保持各个滚柱72位置的滚柱行星架75。当丝杠71旋转时，滚柱72在圆周方向做类似行星运动，既能公转又能自转，同时通过螺旋传动将丝杠71的回转运动转换为螺母73的直线往复运动。通过在滚柱72的两端设置滚柱齿轮74，利用滚柱齿轮74来保证滚柱72与丝杠71、螺母73间啮合传动的同步性和在节圆处为纯滚动，可以避免由于个别滚柱72打滑所造成的干涉现象。螺旋传动是利用螺杆和的啮合来传递动力和运动的一种机械传动方式，按照工作特点螺旋传动可以分为传力螺旋传动、传导螺旋传动和调整螺旋传动，传力螺旋传动适合间歇工作、工作速度不高的场合，可以由较小的输入转矩产生较大的轴向推力，且传动平稳，满足电子机械执行机构的设计要求。螺旋传动机构按螺杆和螺母之间摩擦形式的不同还可分为滑动丝杠机构和滚柱丝杠机构。滑动丝杠副传动效率低、易产生自锁、易磨损、而且往返运动时有轴向窜动，传动精度低。滚柱丝杠机构是在丝杠与螺母旋合螺旋槽之间放置适当的滚柱作为中间传动体，借助滚柱返回通道，构成滚柱可在闭合回路中反复循环运动的螺旋传动机构，借助于滚柱链的作用，丝杠与螺母相对运动过程中的滑动接触变成了滚动接触，即用滚动摩擦代替了滑动摩擦。行星滚柱丝杠主要有以下优点：行星滚柱丝杠传动效率高，行星滚柱丝杠的传动效率高达90％～98％，为传统的滑动丝杠系统的2-4倍，所以能以较小的力矩得到较大的推力，并且运动可逆，即可由直线运动转化为旋转运动；行星滚柱丝杠运动平稳，行星滚柱丝杠为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高，启动时无振颤，低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给；行星滚柱丝杠高精度，行星滚柱丝杠运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度；行星滚柱丝杠高耐用性，滚柱滚动接触处均经硬化(hrc58～63)处理及精密磨削，循环运动过程属纯滚动，相对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性；行星滚柱丝杠可靠性高，与其它机械或液压传动相比，行星滚柱丝杠故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘，并且在特殊场合可在无润滑状态下工作。行星滚柱丝杠无背隙与高刚性，行星滚柱丝杠使滚柱与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当的预紧力，消除背隙，可使滚柱有更佳的刚性，减少滚柱和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。
60.在一些实施例中，减速机构6为行星齿轮减速机构。行星齿轮减速机构能够起到减速增矩的作用，行星齿轮减速机构的传动比一般较大，相同传动比的前提下行星齿轮减速机构的体积要远远小于普通圆柱齿轮减速器；并且行星齿轮减速机构的动力输入端与动力
输出端具有同轴的特点，行星齿轮减速机构运动平稳、抗冲击能力强和抗振动能力强。行星齿轮减速机构具有以下优点：传动比范围大，承载能力强，体积小，重量轻，传动平稳，效率高，工作可靠，使用寿命长。作为一种优选方案，为了实现更大的传动比，减速机构6可以采用两级行星齿轮减速机构。在具体实施时，两级行星齿轮减速机构包括第一太阳轮61、第一内齿圈62、第一行星架64、多个第一行星轮63、第二太阳轮65、第二内齿圈66、第二行星架68和多个第二行星轮67，第一内齿圈62和第二内齿圈66固定连接在外壳中，第一太阳轮61与传动机构5的动力输出端连接且同步转动，多个第一行星轮63可旋转的安装在第一行星架64上，多个第一行星轮63啮合在第一内齿圈62和第一太阳轮61之间，第二太阳轮65与第一行星架64连接且同步转动，多个第二行星轮67可旋转的安装在第二行星架68上，多个第二行星轮67啮合在第二内齿圈66和第二太阳轮65之间，第二行星架68与反转式行星滚柱丝杠7的动力输入端连接且同步转动，第一太阳轮61作为减速机构6的动力输入件，第二行星架68作为减速机构6的动力输出件。
61.在一些实施例中，两个电机4均为无刷直流电机。无刷直流电机用电子换向替代了电刷和换向器，不产生火花和磨损，因而可靠性高、寿命长。无刷直流电机在重量和尺寸上要比有刷直流电机小得多，大约减重70％，而转动惯量可减少约40％～50％。此外，无刷直流电机也具有与普通直流电机类似的直线转矩速度特性。无刷直流电机根据所采用的永磁材料不同又可分为多种，其中，稀土永磁无刷直流电机具有启动转矩大、过载能力强、调速方便、运转平稳、噪音低、工作可靠等优点，是理想的节能、降噪、环保型产品；作为一种优选示例，两个电机4均为稀土永磁无刷直流电机。
62.在一些实施例中，无刷直流电机的定子41环绕在无刷直流电机的转子42的外围，无刷直流电机的永磁体设置在无刷直流电机的转子42上，无刷直流电机的定子41与外壳上的电机安装孔配合，无刷直流电机的电机输出轴与无刷直流电机的定子41固定连接。采用上述的方案，将永磁体装在无刷直流电机的转子42上，使无刷直流电机的转子42不产生热量，从而减少了无刷直流电机的损耗，提高了效率。无刷直流电机的定子41可通过外壳散热，散热条件有所改善。
63.在一些实施例中，外壳包括制动钳壳体1和固定连接在制动钳壳体1上的减速箱壳体9，转换机构和两个电机4均设置在制动钳壳体1中，传动机构5和减速机构6均设置在减速箱壳体9中，两个电机4的电机输出轴伸入减速箱壳体9中，减速机构的第二行星架68伸入制动钳壳体1中或者转换机构的丝杠伸入减速箱壳体9中。通过设置减速箱壳体9，利用减速箱壳体9来为传动机构5和减速机构6提供支撑，能够降低传动机构5和减速机构6的布置难度，具有便于装配和拆卸的优点，在具体实施时，传动机构5和减速机构6的各轴件可以采用旋转连接的方式设置在减速箱壳体9内，旋转连接的方式可以通过在轴件和减速箱壳体9之间设置轴承来实现，减速机构6的第一内齿圈62和第二内齿圈66可以通过过盈配合的方式固定连接在减速箱壳体9内。制动钳壳体1能够在制动时传递力，支撑活塞8产生制动力，提供与整车羊角固定安装的硬点或接口。在制动钳壳体1内设置有滑孔和电机安装孔，无刷直流电机的定子41与电机安装孔过盈配合，反转式行星滚柱丝杠7的螺母73与制动钳壳体1中的滑孔滑动配合且周向固定。作为一种优选方案，反转式行星滚柱丝杠7的丝杠71和制动钳壳体1之间设置有减少摩擦的铜套10。
64.在一些实施例中，致动组件还包括以能够沿一直线运动的方式设置在外壳中的活
塞8，活塞8设置在转换机构的动力输出端和制动片3之间，活塞8的一端用于与转换机构的动力输出端接触，活塞8的另一端用于与制动片3接触，转换机构的动力输出端通过推动活塞8来驱动制动片3抵紧制动盘2。在具体实施时，活塞8可以设置成与制动钳壳体1中的滑孔滑动配合。
65.在一些实施例中，外壳、制动盘2和制动片3的设置方式可以参考现有技术中的方案，制动片3可以通过直线运动结构与外壳滑动连接，利用活塞8推动制动片3来使得制动片3抵紧制动盘2，从而实现制动。在制动片3和外壳之间和/或活塞8与外壳之间可以设置弹性复位件，在解除制动的时候可以利用弹性复位件来驱动制动片3和/或活塞8复位。
66.采用上述的制动钳，通电后电机4产生转矩和转速输出，通过传动机构5传动和减速机构6减速增距后，驱动反转式行星滚柱丝杠7的丝杠71旋转，从而推动螺母73直线移动，将活塞8推出产生制动力，制动力的大小和方向可以通过电机4的输入电流的大小和方向来控制。
67.本发明还提出了一种制动系统，包括上述任一项所述的制动钳。作为一种优选示例，制动系统包括制动四个制动钳、制动踏板、中央控制器和abs控制模块，四个制动钳、制动踏板、中央控制器和abs控制模块通过通讯线路连接。制动踏板可以采用电子机械踏板模拟器。
68.本发明提出的制动系统为电子机械制动系统，与传统液压制动系统对比，电子机械制动系统以电能作为能量来源，电机4驱动制动片3压紧制动盘2实现制动功能，由电线传递能量，数据线传递信号。电子机械制动系统简洁的结构、高效的性能极大地提高了汽车的制动安全性。相对传统液压制动系统，电子机械制动系统具有以下优点：机械连接少，没有液压制动管路，可有效降低整车质量；结构简洁，体积小，易于布置；采用机械和电气连接，信号传递迅速，制动响应快，反应灵敏；传动效率高，节省能源；电子智能控制功能强大，可以通过修改ecu中的软件程序，配置相关的参数来实现abs、tcs、esp、acc等复杂的电控功能，并且易于和具有制动能量回收系统的新能源汽车进行匹配；电子机械制动系统采用模块化结构，装配简单，维修方便；采用电子踏板，取消了制动踏板与制动执行机构的机械和液压连接，一方面，在执行abs等动作时制动踏板不会有回弹振动，提高了制动舒适性；另一方面，在车辆发生碰撞时冲击力也不会通过制动系统传到驾驶室内，提高了汽车的被动安全性；没有液压制动管路和制动液，不存在更换液压油及液压油泄漏的问题，利于环保，电子机械制动系统没有不可回收部件对环境几乎没有污染；可拓展更多的通讯接口，提升了制动系统与整车智能网联的集成度，车辆四轮制动可以独立控制，从而实现更高级别的无人驾驶。
69.本发明还提出了一种汽车，包括上述的制动系统。在具体实施时，可以在汽车的四个车轮处均设置制动钳。
70.在具体实施时，在汽车在制动时，驾驶员踩踏制动踏板，制动踏板上的踏板传感器的信号发送给中央控制器，中央控制器对踏板传感器的信号进行制动意图的分析，并通过车辆can信号结合当前车速、车身运动姿态、路面实时场景等信息制定合理的制动力输出给各制动钳的制动控制器，实时控制各制动钳的制动力，当制动控制器收到来至中央控制器的制动力命令后，制动控制器通过对制动钳的电机4的转速和转矩的控制，来实现行车制动及abs防抱死功能，如图4所示，制动工作场景中主要分为三个模块：制动意图识别模块、制
动钳和abs控制模块。
71.制动意图识别模块，制动意图识别模块包括踏板传感器和中央控制器，驾驶员制动时踩踏制动踏板，而踏板传感器的信号变化间接地体现了驾驶员的制动意图，对传感信号分析的过程就是制动意图识别的过程。在汽车运行时，一方面，中央控制器或制动控制器可以进行踏板传感器的信号采集，并进行踏板传感器的信号分析、决策并分配制动力，另一方面，中央控制器可以采集车身上各传感器的信号，分析得出车身姿态信息，分析车身姿态信息来进行制动意图识别，在具体实施时，也可以结合车身姿态信息和踏板传感器的信号来进行动意图识别。
72.制动钳，通过制动控制器控制制动钳的电机4，实现制动力的精确输出和制动开始、结束时的制动间隙调整。为了实现制动力的精确输出，需要采用闭环控制，而制动力是闭环反馈中的关键环节控制物理量，制动控制器可根据驾驶意图或中央控制器的信号输入精确控制电机4的转速和输出转矩，实时精准产生相应的制动力及四轮制动力分配。
73.abs控制模块，在制动过程中，abs控制模块的作用是让汽车轮胎处于最大附着系数，实现最短的制动距离。abs控制模块启用时，制动系统对制动钳的电机4输出的制动力进行偏正修复，将轮胎滑移率作为目标控制量，通过控制算法使轮胎处于当前路面下的最佳滑移率，使轮胎尽可能处于最大附着系数状态。
74.驾驶员踩下制动踏板后，通过踏板传感器检测出踏板加速度、位移以及踏板力的大小等制动信号，汽车的中央控制器通过车载网络接收制动指令信号，且综合当前汽车行驶状态下的其他传感器信号计算出每个车轮各自实时所需的最佳制动力矩，制动控制器接收到控制信号后完成扭矩和转速响应，制动钳的四个电机4的驱动力矩经过传动机构5和减速机构6传递放大后，通过第二行星架68驱动反转式行星滚柱丝杠7的丝杠71旋转，将反转式行星滚柱丝杠7的螺母73旋出，推动活塞8使得两片制动片3夹紧制动盘2，从而产生制动力矩，为了保证汽车制动平稳可靠，中央控制器将实时监测各制动钳、各传感器的反馈信息，及时调整制动力的大小，另外，在制动过程中，通过控制电机4的输入电流的大小或方向使车辆产生abs功能，从而让汽车的轮胎处于最大附着系数，实现最短的制动距离。abs启用时，制动系统对制动钳的电机4输出的制动力进行偏正修复，将轮胎滑移率作为目标控制量，通过控制算法使轮胎处于当前路面下的最佳滑移率，使轮胎尽可能处于最大附着系数状态。
75.进一步的，如图4所示，制动系统还可以与其他附加功能模块配合使用，以实现多种附加功能，在具体实施时，可与制动系统配合使用的附加功能模块的类型以及功能如附图5中的表格所示。
76.本发明提出的制动钳作为汽车产生制动力矩的执行器，取消了传统制动系统中的制动液/气体等中间介质，将驾驶员制动意图或中央控制器分配给制动系统的通讯信号转换为模拟电信号，可拓展更多的通讯接口，提升了制动系统与整车智能网联的集成度，汽车四轮制动可以独立控制，从而实现更高级别的无人驾驶，为底盘线控制动提供零部件解决方案，另外，本发明提出的制动钳以电能作为能量来源，并用导线来替代传统制动系统中复杂的管路，实现汽车四轮制动冗余控制，提高汽车安全性能及响应速度，本发明所述的制动钳采用两侧双电机4安全备份，制动钳的可靠性更高。
77.本发明提出的制动钳来构成制动系统，取消了传统制动系统中的制动液/气体等
中间介质，便于维护保养；制动系统中没中间介质，全为模拟电信号，无泄漏问题；制动系统为通信网络，没有管路和气路，便于维修；结构紧凑，所需布局空间比较灵活；制动钳由电机4驱动，响应速度快，控制精度高，可调范围较广，可满足各种舒适性风格要求；制动系统以电流为传导介质，响应快、效率高；电机4控制精度高，输出的制动力精确性和稳定性好；提高了制动系统的故障诊断能力；便于与其他系统集成，例如防抱死系统、电子稳定性程序等，只需要通过软件集成操作。
78.如图3所示，本发明还提出了一种制动钳的设计方法，用于设计上述任一项所述的制动钳，所述转换机构为行星滚柱丝杠，所述减速机构为行星齿轮减速机构；包括以下步骤：
79.s1、根据整车参数计算制动钳的最大夹紧力以及盘片间隙消除时间，所述盘片间隙为制动盘和制动片之间的间隙。
80.具体的，整车参数包括整车重量、质心高度、轮胎滚动半径和制动钳有效制动半径，制动钳的反映时间由盘片间隙消除时间和制动力增长时间两部分组成，本发明制动钳的电机即要有较高的空转转速和良好的响应性能，尽快消除盘片间隙，又要能在堵转状态下迅速地输出所需要的电机转矩，以减小制动力增长时间。另外，传统液压盘式制动钳盘片间隙一般为0.1mm-0.3mm(单侧为0.05mm-0.15mm)，消除盘片间隙的时间为0.05s-0.15s。故本发明初步设计制动钳的盘片间隙(制动间隙)为0.2mm(双侧)，消除盘片间隙的时间为≤0.1s。
81.具体的，传统液压盘式制动器是通过液体压力推动活塞，将位于制动盘两侧的制动垫块压紧到制动盘上，在摩擦力的作用下实现车轮制动。而本发明设计的制动钳，通过电机驱动制动片压紧制动盘实现车轮制动。故制动钳设计时必须保证制动片与制动盘之间至少可以产生与传统液压制动系统液压力相当的夹紧力，以满足车辆的制动需求。传统液压盘式制动器制动管路内最大液压力通常为8-20mpa,传统液压盘式制动器的活塞直径通常在20-50mm。故根据整车参数算出传统液压盘式制动器的液压力p
max
，选定传统液压盘式制动器的活塞直径ф，估算传统液压盘式制动器的制动垫块与制动盘之间的最大正压力f
max
，从而确定制动钳的最大夹紧力；传统液压盘式制动器的最大正压力传统液压盘式制动器的制动盘上制动力矩ff＝u
m f
max
；传统液压盘式制动器的制动力矩tu＝2ffrb；传统液压盘式制动器的制动力fu＝tu/r
t
；
82.[0083][0084]
s2、根据法规要求校核制动钳的制动能力；
[0085]
法规要求如下表所示
[0086]
表2.3 轿车制动规范对行车制动器制动性能的部分要求
[0087][0088]
具体的，按照我国zbt24007-89制动法规要求，轿车在满载状态80km/h速度下实施制动，制动距离应不大于50.7m，验证s1中确定的最大夹紧力以及盘片间隙消除时间是否满足要求。若最大夹紧力以及盘片间隙消除时间满足要求，则可以基于zbt24007-89制动法规要求和制动钳的最大夹紧力以及盘片间隙消除时间，可以计算出车辆最小减速度a，有助于选择适当的电机额定功率。
[0089]
车辆最小减速度a的计算公式为：其中v0为制动初速度，v
t
制动2秒后的速度，2s为2秒。
[0090]
假设在汽车制动过程中，制动减速度完全由路面制动力提供，计算满足法规要求所需要的最小路面制动力f
min
：f
min
＝m
满载
a。
[0091]
s3、初选行星滚柱丝杠的传动比和导程，计算行星滚柱丝杠的额定动载荷；
[0092]
具体的，由盘片间隙0.2mm，盘片间隙消除时间0.1s，可知消除制动间隙阶段螺母轴向移动平均速度为2mm/s，进而选择行星滚柱丝杠的传动比及导程，计算出行星滚柱丝杠的额定动载荷。
[0093]
s4、确定行星滚柱丝杠的结构造型，选择的行星滚柱丝杠；
[0094]
根据行星滚柱丝杠的传动比和导程以及行星滚柱丝杠的额定动载荷，选择合适的
行星滚柱丝杠的结构造型，实现对行星滚柱丝杠的选型。
[0095]
s5、计算行星滚柱丝杠的驱动转矩、传动效率和传动比；对s4中选择的行星滚柱丝杠进行计算分析，获得行星滚柱丝杠的驱动转矩、传动效率和传动比。
[0096]
s6、对行星滚柱丝杠进行强度校核，根据整车参数校核行星滚柱丝杠强度；
[0097]
具体的，行星滚柱丝杠在力矩和轴向载荷作用下，行星滚柱丝杠危险剖面上受有剪应力和压应力，根据整车参数校核行星滚柱丝杠强度。
[0098]
s7、判断行星滚柱丝杠强度是否满足要求，若不满足要求则返回s3调整行星滚柱丝杠的传动比和导程，直至行星滚柱丝杠强度满足要求，然后便可根据制动钳的减速比和行星滚柱丝杠的技术参数，计算出的行星滚柱丝杠的最大驱动力矩，选出行星齿轮减速机构的传动比，可得电机最大连续堵转转矩；考虑到电机采用车载12v蓄电池供电，故连续堵转电压不能大于12v；根据盘片间隙及其消除时间，通过计算可知电机转速应大于288r/min。
[0099]
s8、行星轮减速机构选型及强度校核；根据行星齿轮减速机构的传动比，以及制动钳产品结构、底盘安装硬点、整车制动载荷需求、轮辋包络等要求，进行行星轮减速机构选型，判断行星轮减速机构强度是否满足要求，若不满足要求则返回前面步骤调整行星滚柱丝杠的技术参数或调整行星轮减速机构的技术参数后重新进行行星轮减速机构选型，直至行星轮减速机构强度满足要求；在具体实施时，行星轮减速机构强度若不满足要求，可以调小行星轮减速机构的传动比设计要求，调大定轴轮系传动机构的传动比设计要求，从而降低行星轮减速机构的选型难度。
[0100]
定轴轮系传动机构
[0101]
s9、计算电机的输出功率、转速和转矩；
[0102]
具体的，基于整车制动载荷需求、选定的行星轮减速机构、选定的行星滚柱丝杠，计算电机的输出特性，进而选定电机的额定功率。
[0103]
s10、电机选型；基于电机的输出特性和电机的额定功率，选择合适的无刷直流电机，若没有满足需求的无刷直流电机，则返回前面s9调整调整行星滚柱丝杠的技术参数并重新进行行星滚柱丝杠选型和/或调整行星轮减速机构的技术参数并重新进行行星轮减速机构选型，直至选出合适的无刷直流电机。
[0104]
s11、确定制动钳的技术参数及结构尺寸，执行s1-s10后，从制动钳的最大夹紧力可以确定活塞的目标制动力矩，进而反推确定制动钳减速比和电机的输出特性，基于整车制动载荷需求、选定的行星轮减速机构、选定的行星滚柱丝杠和选定的无刷直流电机，确定制动钳的技术参数及结构尺寸，形成制动钳设计方案；
[0105]
s12、制作制动钳样件进行试验验证；基于制动钳设计方案制作制动钳样件，利用制动钳样件进行产品台架和/或demo车试验，对制动钳样件进行强度校核和功能检验，判断制动钳样件是否满足设计要求，若不满足，则返回前面步骤调整设计参数从新进行制动钳设计，例如可以返回s9调整调整行星滚柱丝杠的技术参数并重新进行行星滚柱丝杠选型和/或调整行星轮减速机构的技术参数并重新进行行星轮减速机构选型，直至制动钳样件满足设计要求，完成制动钳设计。
[0106]
本发明提出的制动钳的设计方法通过先计算制动钳的最大夹紧力以及盘片间隙消除时间，然后依次反推行星滚柱丝杠、行星轮减速机构和电机的设计参数，依次进行行星
滚柱丝杠、行星轮减速机构和电机的选型，再基于选型结果确定制动钳的技术参数及结构尺寸，能够提升制动钳的设计效率。
[0107]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。