CN112727951B - 一种带有辅助制动功能的制动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有辅助制动功能的制动器，包括制动盘、左摩擦片、右摩擦片、卡钳总成、制动活塞、固定支架、电磁线圈组、电磁吸盘组件、磁流变液制动器、制动泵壳体、第一弹簧、储油室、第一活塞、限位挡圈、第二弹簧、第二活塞、制动踏板、角度传感器、三位三通电磁阀、蓄能器、轮速传感器、控制器；角度传感器、轮速传感器、电磁线圈组、电磁吸盘组件、三位三通电磁阀均与控制器电连接；本发明采用磁流变液制动器作为常规液压制动的辅助制动，不仅可以提高制动响应速度，而且减少摩擦元件损耗；液压制动与磁流体调节制动相结合，能够简洁高效地实现多级制动，对盘式制动器的制动研究具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制动器领域，尤其涉及一种带有辅助制动功能的制动器。
背景技术
车辆制动器是车辆重要的安全部件之一，其性能的好坏直接影响到行车安全性。目前车辆主要采用液压制动器，其工作原理是制动液压油推动摩擦片压紧制动盘来产生制动力。为了有效保障车辆的制动效能，车辆上加装了ABS控制系统，防止车轮发生抱死现象。
由于现有制动器都是利用摩擦原理来进行制动，会导致摩擦片磨损，磨下来的微小颗粒物不仅会污染环境，而且会导致资源浪费。车辆在长时间连续制动时，尤其连续下长坡时，由于摩擦生热产生高温会导致制动失效，影响行车安全性。
磁流体是由基载液体和粒状的磁性固体组成的一种胶体分散体系。基载液体即分散介质，普遍为煤油和机械油等，作为分散相的固体磁性颗粒通常是铁磁性物质，如铁、钻、镍和它们的磁性氧化物等。铁磁流体具有胶体稳定性和组分稳定性，以及具有良好的磁化性能。在不施加外磁场的时候，流变液的粘度越小流变液的磁流变效应越好。当受到外加磁场的作用时，流变液瞬间由Newton流体转变为Bingham流体的行为。磁性颗粒受磁矩作用，颗粒转动速度发生改变，而与基础液间产生摩擦，影响磁流变液粘度，其表观粘度显著增大，且随磁场的增大而增大。在该过程中，磁流变液的粘度保持连续的变化，整个转化过程快速且可控制，能量消耗小。
发明内容
本发明提供一种带有辅助制动功能的制动器，采用磁流变液制动器作为常规液压制动的辅助制动，减少摩擦元件损耗；液压制动与磁流体调节制动相结合，能够简洁高效地实现多级制动方式，对盘式制动器的制动研究具有重要意义。
本发明是通过如下技术措施实现的：
一种带有辅助制动功能的制动器，包括制动盘、左摩擦片、右摩擦片、卡钳总成、制动活塞、固定支架、电磁线圈组、电磁吸盘组件、磁流变液制动器、制动泵壳体、第一弹簧、储油室、第一活塞、限位挡圈、第二弹簧、第二活塞、制动踏板、角度传感器、三位三通电磁阀、蓄能器、轮速传感器、控制器；
所述的制动盘与车轴螺栓连接，左摩擦片、右摩擦片分别安装在制动盘的左、右两侧，左摩擦片、右摩擦片分别通过其上的背钢片安装在卡钳总成上的适配槽中，以进行转动限位；所述的卡钳总成固定安装在车体上；
所述的卡钳总成包括钳体、制动缸、进油嘴；所述的制动缸的左端固定安装在钳体的右侧壁上，制动缸和钳体右侧壁上开有与制动活塞直径尺寸适配的孔；进油嘴布置在制动缸的尾部；
所述的制动活塞适配安装在制动缸和钳体右侧壁的孔中，制动活塞的左端与右摩擦片上的背钢片面接触；制动活塞和制动缸相对的开口环槽中安装有密封圈，用于密封制动液和制动结束时制动活塞复位；
所述的固定支架固定安装在钳体上，电磁线圈组固定安装在固定支架上环形支撑的右侧，磁流变液制动器通过螺栓固定在固定支架上环形支撑的左侧；所述的电磁吸盘组件、磁流变液制动器均套装在制动盘端帽上；
所述的电磁吸盘组件包括电磁吸盘、吸盘轴套；所述的电磁吸盘上安装有电磁铁；电磁吸盘与吸盘轴套固连；电磁吸盘与制动盘的盘面距离为0.2～１mm；吸盘轴套通过轴承套安装在制动盘端帽上，吸盘轴套的外侧加工有花键；
所述的磁流变液制动器包括固定外壳、转子、叶片、磁流变液；所述的转子的轴向孔加工有花键和挡肩；所述转子与吸盘轴套花键连接；转子上的挡肩被制动盘端帽上的挡圈进行轴向移动限位；所述转子上安装有至少2片叶片；转子和固定外壳之间通过密封圈连接，固定外壳中充有磁流变液；
所述的制动泵壳体固定安装在车体上；限位挡圈固定安装在制动泵壳体的内壁上，并将制动泵壳体分成左、右两个腔室；第一弹簧、第一活塞安装在左腔室中，第一弹簧的左端与制动泵壳体左腔室的左端面接触，第一弹簧的右端与第一活塞接触，第一弹簧用于第一活塞复位；第二弹簧、第二活塞安装在右腔室中，第二弹簧的左端与限位挡圈接触，第二弹簧的右端与第二活塞接触，第二弹簧用于第二活塞复位；第一活塞的推杆穿过限位挡圈的中心孔深入到右腔室中，并与第二活塞之间留有一定间隙；第二活塞的推杆与制动踏板铰接；制动踏板与车体铰接处安装有角度传感器；储油室与制动泵壳体左腔室上的进油口管路连接；制动泵壳体左腔室上的出油口与三位三通电磁阀上的P1口管路连接；储油室与三位三通电磁阀上的P2口管路连接；三位三通电磁阀上的P3口与卡钳总成上的进油嘴管路连接；三位三通电磁阀的P1口和P3处于常通状态，P2口和P3处于断开状态；
所述的角度传感器、轮速传感器、电磁线圈组、电磁吸盘组件、三位三通电磁阀均与控制器电连接；所述的轮速传感器固定安装在车轮上；控制器实时采集角度传感器、轮速传感器的信号，并根据控制策略控制电磁线圈组、电磁吸盘组件、三位三通电磁阀；
车辆制动时，驾驶员踩下制动踏板，制动踏板推动第二活塞左移，第二弹簧受到第二活塞的挤压变形产生踏板模拟力；控制器实时采集角度传感器信号判断驾驶员的操作，控制器实时采集轮速传感器信号判断车轮制动工况，并制定控制策略，控制器控制电磁线圈组中电流大小控制磁场强弱，进而控制磁流变液集聚状态，控制器控制电磁吸盘组件的电流大小改变吸附力，进而改变传递力矩大小和转速，进而控制磁流变液制动器转子的转速，进而改变由于磁流变液剪切力产生的制动力大小；
如果驾驶员继续踩制动踏板，第二活塞将会推动第一活塞左移，第一活塞将制动液通过制动泵壳体的出油口经三位三通电磁阀的P1口、P3口进入到卡钳总成上的进油嘴，制动液推动制动活塞左移，制动活塞推动左摩擦片、右摩擦片压紧制动盘产生制动力；
如果控制器根据实时采集的轮速传感器信号判断车轮处于抱死状态，控制器依据控制策略控制三位三通电磁阀的不同工作状态来调节制动缸中的制动液压力，，当三位三通电磁阀的P1口和P3口导通时，进行制动增压；当三位三通电磁阀的P1口、P2口和P3口都处于断开状态时，进行制动保压；当三位三通电磁阀的P2口和P3口导通时，进行制动减压；通过三位三通电磁阀的不同工作状态来实现制动液压力处于增压、保压、减压状态。
本发明的有益效果是：
一种带有辅助制动功能的制动器，采用磁流变液制动器作为常规液压制动的辅助制动，不仅可以提高制动响应速度，而且减少摩擦元件损耗；液压制动与磁流体调节制动相结合，能够简洁高效地实现多级制动方式，对盘式制动器的制动研究具有重要意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的部分结构示意图。
图4为本发明的卡钳总成结构示意图。
图5为本发明的电磁吸盘组件结构示意图。
图6为本发明的制动盘结构示意图。
图7为本发明的部分结构示意图。
图8为本发明的磁流变液制动器外壳结构示意图。
图9为本发明的制动活塞结构示意图。
图10为本发明的磁流变液制动器局部结构示意图。
图11为本发明的液压控制原理示意图。
图12为本发明的控制系统原理示意图。
图中，1-制动盘，2-左摩擦片，3-右摩擦片，4-卡钳总成，401-钳体，402-制动缸，403-进油嘴，5-制动活塞，6-固定支架，7-电磁线圈组，8-电磁吸盘组件，801-电磁吸盘，802-吸盘轴套，9-磁流变液制动器，901-固定外壳，902-转子，903-叶片，10-制动泵壳体，11-第一弹簧，12-储油室，13-第一活塞，14-限位挡圈，15-第二弹簧，16-第二活塞，17-制动踏板，18-角度传感器，19-三位三通电磁阀，20-蓄能器，21-轮速传感器，22-控制器。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合附图，对本方案进行阐述。
一种带有辅助制动功能的制动器，如图1、图2、图3所示，包括制动盘1、左摩擦片2、右摩擦片3、卡钳总成4、制动活塞5、固定支架6、电磁线圈组7、电磁吸盘组件8、磁流变液制动器9、制动泵壳体10、第一弹簧11、储油室12、第一活塞13、限位挡圈14、第二弹簧15、第二活塞16、制动踏板17、角度传感器18、三位三通电磁阀19、蓄能器20、轮速传感器21、控制器22；
所述的制动盘1与车轴螺栓连接，左摩擦片2、右摩擦片3分别安装在制动盘1的左、右两侧，左摩擦片2、右摩擦片3分别通过其上的背钢片安装在卡钳总成4上的适配槽中，以进行转动限位；所述的卡钳总成4固定安装在车体上；
所述的卡钳总成4包括钳体401、制动缸402、进油嘴403；所述的制动缸402的左端固定安装在钳体401的右侧壁上，制动缸402和钳体401右侧壁上开有与制动活塞5直径尺寸适配的孔；进油嘴403布置在制动缸402的尾部；
所述的制动活塞5适配安装在制动缸402和钳体401右侧壁的孔中，制动活塞5的左端与右摩擦片3上的背钢片面接触；制动活塞5和制动缸402相对的开口环槽中安装有密封圈，用于密封制动液和制动结束时制动活塞5复位；
所述的固定支架6固定安装在钳体401上，电磁线圈组7固定安装在固定支架6上环形支撑的右侧，磁流变液制动器9通过螺栓固定在固定支架6上环形支撑的左侧；所述的电磁吸盘组件8、磁流变液制动器9均套装在制动盘1端帽上；
所述的电磁吸盘组件8包括电磁吸盘801、吸盘轴套802；所述的电磁吸盘801上安装有电磁铁；电磁吸盘801与吸盘轴套802固连；电磁吸盘801与制动盘1的盘面距离为0.2～１mm；吸盘轴套802通过轴承套安装在制动盘1端帽上，吸盘轴套802的外侧加工有花键；
所述的磁流变液制动器9包括固定外壳901、转子902、叶片903、磁流变液；所述的转子902的轴向孔加工有花键和挡肩；所述转子902与吸盘轴套802花键连接；转子902上的挡肩被制动盘1端帽上的挡圈进行轴向移动限位；所述转子902上安装有至少2片叶片903；转子902和固定外壳901之间通过密封圈连接，固定外壳901中充有磁流变液；
所述的制动泵壳体10固定安装在车体上；限位挡圈14固定安装在制动泵壳体10的内壁上，并将制动泵壳体10分成左、右两个腔室；第一弹簧11、第一活塞13安装在左腔室中，第一弹簧11的左端与制动泵壳体10左腔室的左端面接触，第一弹簧11的右端与第一活塞13接触，第一弹簧11用于第一活塞13复位；第二弹簧15、第二活塞16安装在右腔室中，第二弹簧15的左端与限位挡圈14接触，第二弹簧15的右端与第二活塞16接触，第二弹簧15用于第二活塞16复位；第一活塞13的推杆穿过限位挡圈14的中心孔深入到右腔室中，并与第二活塞16之间留有一定间隙；第二活塞16的推杆与制动踏板17铰接；制动踏板17与车体铰接处安装有角度传感器18；储油室12与制动泵壳体10左腔室上的进油口管路连接；制动泵壳体10左腔室上的出油口与三位三通电磁阀19上的P1口管路连接；储油室12与三位三通电磁阀19上的P2口管路连接；三位三通电磁阀19上的P3口与卡钳总成4上的进油嘴403管路连接；三位三通电磁阀19的P1口和P3处于常通状态，P2口和P3处于断开状态；
所述的角度传感器18、轮速传感器21、电磁线圈组7、电磁吸盘组件8、三位三通电磁阀19均与控制器22电连接；所述的轮速传感器21固定安装在车轮上；控制器22实时采集角度传感器18、轮速传感器21的信号，并根据控制策略控制电磁线圈组7、电磁吸盘组件8、三位三通电磁阀19；
车辆制动时，驾驶员踩下制动踏板17，制动踏板17推动第二活塞16左移，第二弹簧15受到第二活塞16的挤压变形产生踏板模拟力；控制器22实时采集角度传感器18信号判断驾驶员的操作，控制器22实时采集轮速传感器21信号判断车轮制动工况，并制定控制策略，控制器22控制电磁线圈组7中电流大小控制磁场强弱，进而控制磁流变液集聚状态，控制器22控制电磁吸盘组件8的电流大小改变吸附力，进而改变传递力矩大小和转速，进而控制磁流变液制动器9转子902的转速，进而改变由于磁流变液剪切力产生的制动力大小；
如果驾驶员继续踩制动踏板17，第二活塞16将会推动第一活塞13左移，第一活塞13将制动液通过制动泵壳体10的出油口经三位三通电磁阀19的P1口、P3口进入到卡钳总成4上的进油嘴403，制动液推动制动活塞5左移，制动活塞5推动左摩擦片2、右摩擦片3压紧制动盘1产生制动力；
如果控制器22根据实时采集的轮速传感器21信号判断车轮处于抱死状态，控制器22依据控制策略控制三位三通电磁阀19的不同工作状态来调节制动缸402中的制动液压力，，当三位三通电磁阀19的P1口和P3口导通时，进行制动增压；当三位三通电磁阀19的P1口、P2口和P3口都处于断开状态时，进行制动保压；当三位三通电磁阀19的P2口和P3口导通时，进行制动减压；通过三位三通电磁阀19的不同工作状态来实现制动液压力处于增压、保压、减压状态。
制动结束时，各部件复位。
尽管上面接合附图对本发明的优选实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种带有辅助制动功能的制动器，其特征在于：包括制动盘（1）、左摩擦片（2）、右摩擦片（3）、卡钳总成（4）、制动活塞（5）、固定支架（6）、电磁线圈组（7）、电磁吸盘组件（8）、磁流变液制动器（9）、制动泵壳体（10）、第一弹簧（11）、储油室（12）、第一活塞（13）、限位挡圈（14）、第二弹簧（15）、第二活塞（16）、制动踏板（17）、角度传感器（18）、三位三通电磁阀（19）、蓄能器（20）、轮速传感器（21）、控制器（22）；
所述的制动盘（1）与车轴螺栓连接，左摩擦片（2）、右摩擦片（3）分别安装在制动盘（1）的左、右两侧，左摩擦片（2）、右摩擦片（3）分别通过其上的背钢片安装在卡钳总成（4）上的适配槽中，以进行转动限位；所述的卡钳总成（4）固定安装在车体上；
所述的卡钳总成（4）包括钳体（401）、制动缸（402）、进油嘴（403）；所述的制动缸（402）的左端固定安装在钳体（401）的右侧壁上，制动缸（402）和钳体（401）右侧壁上开有与制动活塞（5）直径尺寸适配的孔；进油嘴（403）布置在制动缸（402）的尾部；
所述的制动活塞（5）适配安装在制动缸（402）和钳体（401）右侧壁的孔中，制动活塞（5）的左端与右摩擦片（3）上的背钢片面接触；制动活塞（5）和制动缸（402）相对的开口环槽中安装有密封圈，用于密封制动液和制动结束时制动活塞（5）复位；
所述的固定支架（6）固定安装在钳体（401）上，电磁线圈组（7）固定安装在固定支架（6）上环形支撑的右侧，磁流变液制动器（9）通过螺栓固定在固定支架（6）上环形支撑的左侧；所述的电磁吸盘组件（8）、磁流变液制动器（9）均套装在制动盘（1）端帽上；
所述的电磁吸盘组件（8）包括电磁吸盘（801）、吸盘轴套（802）；所述的电磁吸盘（801）上安装有电磁铁；电磁吸盘（801）与吸盘轴套（802）固连；电磁吸盘（801）与制动盘（1）的盘面距离为0.2～1mm；吸盘轴套（802）通过轴承套安装在制动盘（1）端帽上，吸盘轴套（802）的外侧加工有花键；
所述的磁流变液制动器（9）包括固定外壳（901）、转子（902）、叶片（903）、磁流变液；所述的转子（902）的轴向孔加工有花键和挡肩；所述转子（902）与吸盘轴套（802）花键连接；转子（902）上的挡肩被制动盘（1）端帽上的挡圈进行轴向移动限位；所述转子（902）上安装有至少2片叶片（903）；转子（902）和固定外壳（901）之间通过密封圈连接，固定外壳（901）中充有磁流变液；
所述的制动泵壳体（10）固定安装在车体上；限位挡圈（14）固定安装在制动泵壳体（10）的内壁上，并将制动泵壳体（10）分成左、右两个腔室；第一弹簧（11）、第一活塞（13）安装在左腔室中，第一弹簧（11）的左端与制动泵壳体（10）左腔室的左端面接触，第一弹簧（11）的右端与第一活塞（13）接触，第一弹簧（11）用于第一活塞（13）复位；第二弹簧（15）、第二活塞（16）安装在右腔室中，第二弹簧（15）的左端与限位挡圈（14）接触，第二弹簧（15）的右端与第二活塞（16）接触，第二弹簧（15）用于第二活塞（16）复位；第一活塞（13）的推杆穿过限位挡圈（14）的中心孔深入到右腔室中，并与第二活塞（16）之间留有一定间隙；第二活塞（16）的推杆与制动踏板（17）铰接；制动踏板（17）与车体铰接处安装有角度传感器（18）；储油室（12）与制动泵壳体（10）左腔室上的进油口管路连接；制动泵壳体（10）左腔室上的出油口与三位三通电磁阀（19）上的P1口管路连接；储油室（12）与三位三通电磁阀（19）上的P2口管路连接；三位三通电磁阀（19）上的P3口与卡钳总成（4）上的进油嘴（403）管路连接；三位三通电磁阀（19）的P1口和P3处于常通状态，P2口和P3处于断开状态；
所述的角度传感器（18）、轮速传感器（21）、电磁线圈组（7）、电磁吸盘组件（8）、三位三通电磁阀（19）均与控制器（22）电连接；所述的轮速传感器（21）固定安装在车轮上；控制器（22）实时采集角度传感器（18）、轮速传感器（21）的信号，并根据控制策略控制电磁线圈组（7）、电磁吸盘组件（8）、三位三通电磁阀（19）；
车辆制动时，驾驶员踩下制动踏板（17），制动踏板（17）推动第二活塞（16）左移，第二弹簧（15）受到第二活塞（16）的挤压变形产生踏板模拟力；控制器（22）实时采集角度传感器（18）信号判断驾驶员的操作，控制器（22）实时采集轮速传感器（21）信号判断车轮制动工况，并制定控制策略，控制器（22）控制电磁线圈组（7）中电流大小控制磁场强弱，进而控制磁流变液集聚状态，控制器（22）控制电磁吸盘组件（8）的电流大小控制吸附力，进而改变传递力矩大小和转速，进而控制磁流变液制动器（9）转子（902）的转速，进而改变由于磁流变液剪切力产生的制动力大小；
如果驾驶员继续踩制动踏板（17），第二活塞（16）将会推动第一活塞（13）左移，第一活塞（13）将制动液通过制动泵壳体（10）的出油口经三位三通电磁阀（19）的P1口、P3口进入到卡钳总成（4）上的进油嘴（403），制动液推动制动活塞（5）左移，制动活塞（5）推动左摩擦片（2）、右摩擦片（3）压紧制动盘（1）产生制动力；
如果控制器（22）根据实时采集的轮速传感器（21）信号判断车轮处于抱死状态，控制器（22）依据控制策略控制三位三通电磁阀（19）的不同工作状态来调节制动缸（402）中的制动液压力，当三位三通电磁阀（19）的P1口和P3口导通时，进行制动增压；当三位三通电磁阀（19）的P1口、P2口和P3口都处于断开状态时，进行制动保压；当三位三通电磁阀（19）的P2口和P3口导通时，进行制动减压；通过三位三通电磁阀（19）的不同工作状态来实现制动液压力处于增压、保压、减压状态。
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