CN101535100A - 一种机动车辆刹车系统 - Google Patents

Abstract

本发明所述的机动车辆刹车系统，包括供能装置、控制装置，其特征在于，还包括耐磨部件和联动部件，在刹车时耐磨部件附于车轮上与地面相接触，联动部件连接耐磨部件，并与车轮外部固定在车架上的轴联动，在控制装置的控制下供能装置与车轮外部的轴联动，制动力通过联动部件和耐磨部件作用于车轮上。其供能装置可以包括弹性部件，并将刹车时的动能转化为弹性势能，在刹车抬起时弹性势能重新转化为动能。本发明不同于以往的设计思路，既可以有效提高交通工具的安全性，又可以节约能源，是刹车技术领域一项重大创新。它可以用于电动自行车、摩托车、汽车等机动车辆。

Description

一种机动车辆刹车系统 技术领域

本发明涉及一种刹车系统，特别涉及一种面向机动车辆（包括但不限于摩托 车、 汽车、 电动自行车等） 的刹车系统。

背景技术

现在机动车辆的刹车系统， 比如电动自行车、 摩托车、 汽车等， 一般都是靠 摩擦力来刹车。 制动系统通过刹车片与车轮的摩擦力阻止车轮转动， 车轮通过 与接触面的摩擦力阻止交通工具移动。

单靠刹车片与轮胎的摩擦力， 对于重量大、速度高的交通工具， 刹车往往力 不从心。 为解决这个问题， 生产厂商和有关科研技术人员往往从两个方面考虑， 一是增大轮胎与地面的摩擦力， 比如设计生产有较高摩擦系数的轮胎、 在轮胎 上缠绕铁链等等； 二是从更安全灵活地控制刹车片与轮胎的摩擦力入手， 比如 装配改良刹车片、 弓 I入 EBV电子制动力分配功能和 ABS防抱死制动装置等。 这 只是在一定程度上改善了刹车性能。

也有一些发明（具体参见下述的引证文件）力图改善刹车性能， 比如向车轮 下抛障碍物、 抛下钩状物钩住地面等。 但这些改进往往只能用于紧急情况， 且 可能引起诸多不良后果。

引证文件- 汽车超短距离对地直接刹车系统，中国，公开号： CN1621286A,公开日： 2005 年 6月 1曰

汽车链式刹车装置， 中国， 授权公告号： CN1637270Y, 授权公告日： 2004 年 9月 1曰

总体而言， 现有的机动车辆刹车技术存在如下的几个问题：

1. 刹车距离过长问题

现在的车辆， 特别是汽车、 火车， 即使装备有 ABS等先进的刹车系统， 制动 距离仍然很长， 汽车 100公里 /小时时的制动距离超过 30米。 刹车效率低， 是 发生交通事故的主要原因之一。

2. 能源浪费问题

现在机动车燃油能量有两处是白白浪费了。一是怠速能量，发动机在起动前、 驻车时空转造成的浪费。 由于起步需要的力量很大， 为防止发动机熄火， 怠速 往往调得很高； 二是刹车的能量， 车辆行驶的动能刹车时全部转化为热能散发 了， 没有将刹车能量储存再利用。 这一是造成了浪费， 二是增加了污染。

究其原因， 当前的交通工具， 行车时和刹车时用同一轮胎。这就要求轮胎与 地面的摩擦力不能太大， 否则油耗过大， 速度也上不去； 也不能太小， 否则刹 车性能差。 安全性和燃油经济性处于跷跷板的两端。 各种车辆只能针对车型、 客户的不同在摩擦力大与小的问题上寻求平衡。 但这个平衡往往是顾此失彼， 既浪费了一定的动力， 也使刹车效果很不理想。

发明内容

鉴于现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的 机动车辆刹车系统。 该机动车辆刹车系统能够使机动车辆获得较佳的刹车效果， 并能节约能源。

为实现上述的发明目的， 本发明采用了下述的技术方案：

一种机动车辆刹车系统， 包括供能装置和控制装置， 其特征在于， 还包括 耐磨部件和联动部件；

在刹车时， 所述耐磨部件附于车轮上与地面相接触；

所述联动部件一方面连接所述耐磨部件， 另一方面与车架上的固定轴联动； 所述供能装置在所述控制装置的控制下与车架上的所述固定轴联动， 通过 联动部件和耐磨部件将制动力作用于车轮上。

其中， 供能装置是指提供制动力的装置； 控制装置是指控制制动力作用时 间和程度的装置。

所述制动力为弹性变形力时， 所述供能装置为弹性部件。

所述弹性部件为一组并列的平面涡卷弹簧， 控制装置控制作用于所述固定 轴的平面涡卷弹簧的数量。

刹车抬起时， 所述弹性部件可选择牵引车轮上部或下部的所述联动部件， 以便使机动车辆倒退或前进。

刹车抬起时， 所述弹性部件作用于发动机与变速箱之间的传动轴。

所述耐磨部件在没有刹车时隐藏于车轮的凹纹里。

所述耐磨部件是履带， 其两侧连接联动部件。

或者， 所述耐磨部件为中间以弹性部件相连的多层结构。

所述耐磨部件与车轮一侧的所述联动部件固定连接， 与另一侧的所述联动 部件活动连接； 所述活动连接为在刹车时实现连接， 不刹车时断开连接。 或者， 所述耐磨部件在刹车时与所述联动部件相连， 覆盖于车轮上， 经过 车轮下部后与车轮分离。

所述耐磨部件与地面接触的一侧摩擦系数大于与车轮一侧的摩擦系数。 所述固定轴的轴向有一自表面至轴心的凹槽，所述凹槽内有若干凸块，所述 轴心有一插条， 所述凸块随插条插入或抽出而相应突起或陷入。

本发明所提供的刹车系统可以解决人们一直渴望解决的几个技术问题。这些 问题包括：

1. 安全性能问题

由于刹车时车轮上附加有耐磨部件，与地面的摩擦系数很大， 同时可以提供 车轮外阻止车轮移动的牵引力， 使制动的可控性增加， 提高了刹车效率， 大大 縮短了刹车距离， 提高了行车安全性能。 当用弹性部件提供制动力时， 不会再 出现因路面积水或者连续刹车摩擦片过热而影响刹车性能的情况， 有效提高刹 车的可靠性。

2. 节约能源问题

安全问题解决后，行驶时车轮的摩擦系数可以设计得很小。这可以有效降低 行驶阻力， 节省动力， 节约能源。 在用弹性部件制动时， 由于有弹性部件储存 的能量辅助启动， 车辆的怠速可以调得很低， 进一步节约能源。

3. 操控性能问题

在使用弹性部件时，刹车时车辆的动能可以一部分转化为弹性势能，在刹车 抬起时， 弹性势能又可以转化为汽车的动能。 这提高了车辆的操控性能。

4. 个性化选择问题

现在车辆的轮胎只有一套， 无论雪天雨天、冬天夏天没有选择的可能。而本 发明耐磨部件很容易更换， 每辆车可以装备几套不同的耐磨部件， 以适应不同 的路面和不同驾驶习惯的驾驶者。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图 1是实施例 1刹车系统中联动部件相关部分位置示意图；

图 2是实施例 2刹车系统中联动部件相关部分位置示意图；

图 3是实施例 3刹车系统中轮胎局部结构示意图；

图 4是实施例 3刹车系统中联动部件相关部分位置示意图；

图 5是实施例 4刹车系统中联动部件相关部分位置示意图； 图 6是实施例 4刹车系统中轴 5局部结构示意图。

具体实施方式

本发明是在现有机动车辆刹车装置的基础上，增加独立的耐磨部件和联动部 件。 在刹车时， 耐磨部件附于车轮上与地面相接触， 联动部件连接耐磨部件， 并与车轮外部固定在车架上的轴联动。 在控制装置的控制下， 供能装置与车轮 外部固定在车架上的轴联动， 制动力通过联动部件和耐磨部件作用于车轮上。

作用在轴或联动部件上的制动力有多种，可以是弹性变形力、刹车作用力或 者是发动机排气所产生的制动力等， 也可能是上述几种力的合力。

弹性变形力是指弹性部件在车辆转动或者滑动时受联动部件牵引而变形，因 其变形而产生的阻止轴和联动部件转动的反作用力。 利用弹性变形力的装置有 能量存储功能。 当刹车抬起时， 它可以选择性牵引车轮上部或下部的联动部件， 从而使交通工具前进或倒退。 储存的能量也可以与发动机和变速箱之间的传动 轴联动， 在刹车抬起时驱动车辆。

此处的弹性部件可以为一组并列的平面涡卷弹簧，控制装置控制作用于轴承 的平面涡卷弹簧数量。 刹车抬起时， 弹性部件的弹性复原力可选择牵引车轮上 部或下部的联动部件， 同时也可以作用于发动机与变速箱之间的传动轴， 输出 其储存的能量。

刹车作用力是指制动系统直接阻止联动部件转动的作用力。制动系统和现有 交通工具类似， 区别是前者通过车轮外部的轴和联动部件作用于车轮， 后者直 接作用于车轮。

发动机排气制动是当前常见的一种辅助制动方式，是指由联动部件或轴承反 向拖动发动机， 发动机相当于一空气压缩机而给汽车以制动作用。

刹车时附加于车轮上的耐磨部件，行驶时可以在车轮外，如摩擦片、履带等， 只在刹车时附加在车轮上； 也可以行驶时在车轮上， 如收藏于轮胎的凹纹里， 刹车时才展开附加在车轮外。

摩擦片不必采用紧密排列， 以便在车轮滚动时有较大的滚动摩擦系数，产生 较大的滚动摩擦力； 在车轮滑动时因其与地面有较大的摩擦系数而产生较大的 滑动摩擦力。 这有利于快速阻止交通工具移动。

耐磨部件与车轮之间的紧密程度，和机动车辆的动能转化为弹性部件的势能 的比例相关。 对耐磨部件与车轮之间的紧密程度的调节， 可以调节联动部件长 度、 耐磨部件厚度和车轮外与车架固定的轴与车轮之间的距离等。 对后者的调 节可以由驾驶者在行驶过程中根据刹车时情况组合调整。

本机动车辆刹车系统不同于人们改进刹车系统时的惯常设计思路。它采用刹 车时临时附加于车轮上的耐磨部件， 使刹车时和不刹车时车轮相对地面有完全 不同的技术参数。

这种刹车系统的优点是可以大大增加刹车时车辆与地面的摩擦力。不仅可以 增加地面与车辆的滑动摩擦力， 也增加滚动摩擦力。 根据滑动摩擦力公式： ί= , 摩擦片可以增大 μ 值； 根据滑动摩擦力公式： Μ= δ Ν， 有适当间隔的摩 擦片可以增大 δ 值。 同时可以通过自由收放对联动部件的控制， 使耐磨部件与 地面始终处于将滑动而未滑动的状态， 地面对车辆的摩擦力始终保持为最大值 (类似于 ABS装置所起的作用）。

这种刹车系统还可以大大降低行驶时轮胎与地面之间的摩擦力。通过选用合 适的轮胎材料， 完全可以实现这一目标。 因为这时不必担心摩擦力过小影响刹 车时的安全性。

在实际使用过程中，考虑到大多数汽车和摩托车的后轮不是转向轮， 故可以 让后轮使用本刹车系统， 前轮使用现有刹车系统。

下面结合附图列举几种实施方式对本发明进一步描述。

实施例 1

如图 1所示， 在车轮 2的两侧设可随车轮转动的齿轮 1， 其半径略小于车轮 半径。 齿轮 1上作为联动部件的链条 3与车轮 2后方一个固定于车架上的轴 5 上的齿轮联动。 链条 3上有活动的挂钩， 不刹车时挂钩伏在链条 3上， 刹车时 挂钩在横杆的拨动下伸出。

在车轮的上方车架上安装作为耐磨部件的摩擦片盒 6，摩擦片盒类似弹匣装 置， 内有弹簧， 可将摩擦片推向装置出口处。 摩擦片盒尾部在车轮后部开口， 上设栏杆 7， 可从作为联动部件的链条 4上卸下的摩擦片， 并将其挤入摩擦片盒 摩擦片呈浅 U形， 耐磨材料制成， 有一定的强度， 外侧表面比内侧粗糙。 浅 U形的底部内侧宽度和车轮宽度相当，两侧外缘高度为挂钩伸出位置到车轮外缘 的高度。 两侧外缘有开口， 可和挂钩相接。

横杆固定在车轮两侧的车架上，受作为控制装置的继电器控制，和刹车尾灯 用同一电路。 刹车时， 电路接通， 尾灯亮， 横杆伸出， 拨动链条 3 上挂钩， 挂 钩钩住摩擦片两侧的开口， 使摩擦片附加在车轮 2 上向下转动； 摩擦片向下转 动时带动链条 3转动， 链条 3、 齿轮、 轴 5三者联动， 并在刹车作用力下轴 5和 供能装置的转动部分啮合联动。

抬起刹车时， 电路断开， 横杆縮回， 挂钩靠弹力伏下， 摩擦片收入摩擦片盒 6中； 同时供能装置的转动部分和轴 5的联动因刹车抬起而分开， 轴 5空转。

实施例 2

如图 2所示， 车轮 2两侧径向圆周方向分设两个凹槽 8， 凹槽 8半径略小于 车轮 2半径。 车轮上方设一个滑动轴承 10， 上覆作为耐磨部件的履带 11， 履带 11两侧为作为联动部件的钢索 9， 钢索 9绕在车轮 2前部、 下部的凹槽 8以及 车轮 2后部固定在车架上的轴 5和上部的滑动轴承 10上。 履带 11前端约半个 车轮周长的部分钢索 9与履带 11间可滑动，但有弹力绳将钢索 9头部和履带 11 头部相连。 履带 11后部与相应位置的钢索连接。 滑动轴承 10前方有一个挡板 12, 车辆正常行驶时， 挡板 12伸下， 挡住履带 11随钢索 9向下。 刹车时， 挡 板 12收起， 弹力绳迅速牵引履带 11 向下， 并随车轮 2和轴承一起转动， 将地； 面对履带 11的摩擦力传递到轴 5。

对轴 5转动的抑制方法和常用的制动系统对车轮的抑制一样，靠摩擦力。同 时， 轴 5和转动部分联动， 即利用排气制动。

对挡板 12的控制利用作为控制装置的继电器，和刹车尾灯使用同样的电路。 - 刹车时， 电路打开， 挡板 12收起， 刹车作用力阻止轴 5转动； 刹车抬起时， 挡 板 12在履带 11开口转到时落下， 挡住履带 11继续转动， 同时不再有阻止轴 5 转动的刹车作用力， 钢索 9不再转动。

实施例 3

如图 3、 图 4所示， 车轮 2外周径向中部设一个凹槽 17， 内设一个飞轮 16， 飞轮 16上有一根作为联动部件的链条 18。 内外两侧外周径向各设一道凹槽 13。 车轮外周面轴向设若干凹紋 15， 凹紋 15 内有作为耐磨部件的摩擦索 14。 摩擦 索 14一端和飞轮 16上可转动部分相连， 另一端连接于车轮两侧凹槽 13里， 可 在凹槽 13里滑动。 链条 18经车轮 2外后上方固定与车架上的轴上的单向齿轮 20在滑环 21上转动。 滑环上有一组另一端固定在车架上的弹簧 22。

如图 4所示， 刹车时， 在弹簧 22的向右牵引力作用下， 摩擦索 14从凹纹 13中露出。摩擦索 14与地面的摩擦力牵动弹簧 22进一步形变， 阻止车辆移动。 刹车抬起后， 由于有单向齿轮 20， 弹性部件 21的牵引力只对下部链条 19起作 用， 可以使车轮 2向前滚动， 也摩擦索 14回到凹纹 13里。 弹力释放后， 飞轮 16不再转动。

驾驶员此时可以替代控制装置直接对该刹车系统进行干预， 控制单向齿轮 20在何时转动， 向哪一方向转动， 来控制弹性复原力何时释放， 如何释放。 该 刹车系统可以由弹性复原力单独制动， 也可以有刹车作用力作用于齿轮 20所在 的轴上组合制动。

实施例 4

如图 5所示，车轮 2内外侧各设一个半径略小于车轮且随车轮转动的圆盘 1， 圆盘 1上有凸齿， 凸齿上啮合有作为联动部件的链条 3。两侧链条均与车轮后上 方与车架固定的轴 5上的齿轮联动。 车轮内侧圆盘上链条上有 T型突起 24， 连 接有作为耐磨部件的摩擦片 23， 摩擦片 23可以在突起 24上做 90度转动， 摩擦 片 23另一端的卡口与另一条链条连接。

在车轮后部车架上 25处设一个受继电器控制的电磁铁， 电磁铁电源与刹车 电源一致， 其可移动部连接有横杆， 横杆伸出时可以将链条 3上的摩擦片 23拨 开， 使其和另一侧链条上突起卡接。 不刹车时横杆缩回， 摩擦片 23伏在链条 3 上， 摩擦片 23与外侧链条分开， 不再处于车轮 2之下与地面相接触。

如图 6所示， 与车架固定的轴 5上有一组平面涡卷弹簧 28， 轴 5轴向有一 个凹槽 26， 自表面至轴心， 凹槽 26内有若干凸块 29， 轴心有一条插条 27， 随 插条插入， 凸块 29依次在轴表面突起； 随插条 27抽出， 凸块 29复又陷入凹槽 26。 当凸块 29突起时， 平面涡卷弹簧 28与轴 5连接， 可以阻止或者带动轴 5 转动。 插条 27移动由刹车的深浅来控制。

齿轮所在轴上有单向阀，使储蓄的弹性势能不直接推动车轮反转，而是经过 传动， 与发动机和变速箱之间的传动轴联动， 弹性势能可以替代发动机推动车 辆转动。

这种刹车系统的特点是刹车和释放弹性势能的速度和程度可自主控制，弹性 势能可使车辆前进， 也可使车辆后退。

在本实施例中， 摩擦片与地面接触的一面的摩擦系数大于轮胎与地面摩擦 系数。 摩擦片本身要求有一定厚度， 以增大滚动摩擦系数。 另外， 摩擦片在车 轮前的厚度要大于在车轮下的厚度， 这样在车轮前时有一定的刚性或弹性， 阻 止车轮向前滚动。 符合这一要求的摩擦片可以是中间以弹性部件相联的多层结 构， 两层之间可以移位， 但位移时厚度变薄， 且有抵抗力。 车时附加于车轮上的摩擦部件也不只有摩擦索、 摩擦片和履带三种， 这都是本 领域一般技术人员能够根据经验衍生出来的， 此处不再一一赘述。

上面虽然通过实施例描绘了本发明， 但本领域普通技术人员知道， 本发明 有许多变形和变化而不脱离本发明的精神， 所附的权利要求将包括这些变形和 变化。

Claims (12)

1. 权 利 要 求 书

   1. 一种机动车辆刹车系统， 包括供能装置和控制装置， 其特征在于， 还包 括耐磨部件和联动部件；

   在刹车时， 所述耐磨部件附于车轮上与地面相接触；

   所述联动部件一方面连接所述耐磨部件， 另一方面与车架上的固定轴联动； 所述供能装置在所述控制装置的控制下与车架上的所述固定轴联动， 通过 联动部件和耐磨部件将制动力作用于车轮上。
2. 2. 根据权利要求 1所述的机动车辆刹车系统， 其特征在于， 所述制动力为 弹性变形力时， 所述供能装置为弹性部件。
3. 3. 根据权利要求 2所述的机动车辆刹车系统， 其特征在于， 所述弹性部件 为一组并列的平面涡卷弹簧， 控制装置控制作用于所述固定轴的平面涡卷弹簧 的数量。
4. 4. 根据权利要求 2所述的机动车辆刹车系统， 其特征在于， 刹车抬起时， 所述弹性部件可选择牵引车轮上部或下部的所述联动部件， 以便使机动车辆倒 退或前进。
5. 5. 根据权利要求 2所述的机动车辆刹车系统， 其特征在于， 刹车抬起时， 所述弹性部件作用于发动机与变速箱之间的传动轴。
6. 6. 根据权利要求 1所述的机动车辆刹车系统， 其特征在于， 所述耐磨部件 在没有刹车时隐藏于车轮的凹纹里。
7. 7.根据权利要求 1至 5中任意一项所述的机动车辆刹车系统，其特征在于， 所述耐磨部件是履带， 其两侧连接联动部件。
8. 8.根据权利要求 1至 5中任意一项所述的机动车辆刹车系统，其特征在于， 所述耐磨部件为中间以弹性部件相连的多层结构。
9. 9.根据权利要求 1至 5中任意一项所述的机动车辆刹车系统，其特征在于， 所述耐磨部件与车轮一侧的所述联动部件固定连接， 与另一侧的所述联动部件 活动连接； 所述活动连接为在刹车时实现连接， 不刹车时断开连接。
10. 10. 根据权利要求 1至 5中任意一项所述的机动车辆刹车系统， 其特征在 于， 所述耐磨部件在刹车时与所述联动部件相连， 覆盖于车轮上， 经过车轮下 部后与车轮分离。
11. 11. 根据权利要求 1至 5任意一项所述的机动车辆刹车系统， 其特征在于， 所述耐磨部件与地面接触的一侧摩擦系数大于与车轮一侧的摩擦系数。
12. 12. 根据权利要求 1 所述的机动车辆刹车系统， 其特征在于， 所述固定轴 的轴向有一自表面至轴心的凹槽， 所述凹槽内有若干凸块， 所述轴心有一插条， 所述凸块随插条插入或抽出而相应突起或陷入。