CN102287460A - 磁制动与摩擦制动结合的混合制动器及工作模式切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁制动与摩擦制动结合的混合制动器及工作模式切换方法，制动钳体侧旁是固接转向节的磁制动固定架，磁制动固定架轴向固接永磁体和导磁块的外端，永磁体的内端旁设置铁芯，铁芯的内端固接导磁板且铁芯的侧面与推杆上端连接，推杆下端伸入油缸中，铁芯外绕有线圈绕组；永磁体、铁芯、导磁板、线圈绕组、推杆与油缸均各有一对且均对称分布在制动盘的两侧；油缸两端各开有油路接口；缓速制动可以在电磁制动与永磁制动和电磁永磁制动之间来回切换，满足汽车在不同工况下的制动要求，电磁永磁叠加制动制动力比仅仅永磁制动要大，可以更多承担汽车制动时所需要的制动力矩；提高了制动器的抗热衰退性和乘坐舒适性。

Description

磁制动与摩擦制动结合的混合制动器及工作模式切换方法

技术领域

本发明涉及一种用于汽车制动或减速的混合型磁制动与摩擦制动相结合的混合制动器，特别涉及的是电磁制动与永磁制动之间的模式切换以及运动的导磁体在磁场中高速旋转产生阻力矩来达到汽车制动目的的一种制动装置。

背景技术

制动系统的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速。任何制动系统都应有足够的制动效能，操纵轻便，工作可靠且热稳定性要好，制动时产生的噪声应尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的粉尘等物质。制动器是制动系统中至关重要的组成部分，一般制动器都是通过摩擦材料与运动元件之间的摩擦力矩来降低车速。

目前，各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类，摩擦制动过程实际上是将汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，导致制动器温度升高，影响制动性能。由于盘式制动器与鼓式制动器相比有抗热衰退性强、尺寸和质量较小及制动效能稳定等优点，所以盘式制动器在汽车上应用逐渐增多。然而无论是盘式制动器还是鼓式制动器都会产生噪声以及散发出粉尘之类的有害物质，尤其在长下坡或频繁制动工况下，摩擦制动器温度急剧上升，抗热衰退性急剧下降。

近年来电涡流缓速器与永磁涡流缓速器得到发展，它们都能有效地弥补现有制动器系统在技术性能上的不足，提高了汽车行驶的安全性。涡流缓速制动是非接触式制动，可以有效地解决噪声和粉尘问题，而且缓速制动的制动力矩为连续变化力矩，制动性能稳定。但是由于涡流缓速器体积和质量较大，涡流缓速器现在大多用在货车和客车上，而且安装位置一般为传动轴与主减速器之间。

有文献公开一种采用永磁制动与传统摩擦制动相组合的制动器,在一定程度上解决了现有技术中存在的一些问题，但是此组合制动器的缓速制动部分为永磁制动，所以缓速制动力矩小，而且制动力矩大小不容易调节，当制动结束时，会有漏磁现象产生，给正常行驶中的车辆带来不必要的能量损失。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可延长摩擦制动器的使用寿命、降低噪声及粉尘的产生、提高制动器抗热衰退性的混合型制动器，此混合型制动器保留了传统的摩擦制动系统，并在此装置之上设计了一套混合磁制动装置。本发明同时还提供该混合制动器的工作模式切换方法，此混合制动器可以在传统摩擦制动、电磁缓速制动、永磁缓速制动和电磁永磁缓速制动四种工作状态之间来回切换，使车辆在各种工况下都能表现出较好的制动性能，提高了汽车的制动安全性与经济性。

本发明混合型制动器采用的技术方案是：包括制动钳支架，转向节和制动钳体，制动钳支架连接转向节，制动钳体连接制动钳支架，制动钳体侧旁是固接转向节的磁制动固定架，磁制动固定架轴向固接永磁体和导磁块的外端，永磁体的内端旁设置铁芯，铁芯的内端固接导磁板且铁芯的侧面与推杆上端连接，推杆下端伸入油缸中，油缸固接磁制动固定架；铁芯外绕有线圈绕组；永磁体、铁芯、导磁板、线圈绕组、推杆与油缸均各有一对，且均对称分布在制动盘的两侧；制动盘位于一对导磁板之间；永磁体、导磁块和铁芯的截面形状均为圆形，永磁体与导磁块的轴线相互平行且分布在铁芯的移动方向上；油缸两端各开有第一、第二油路接口。

本发明混合型制动器的工作模式切换方法是：1）当车速小于30km/h时，踩下制动踏板，选择摩擦制动单独工作；2）当车速大于30km/h且需长时间但制动力矩不大时，选择永磁制动和摩擦制动共同制动，控制通入油缸两端的油压大小使推杆带动铁芯和线圈绕组运动到与永磁体同轴的位置，线圈绕组内不通励磁电流，永磁体产生的磁场通过永磁体、铁芯、导磁板、制动盘和磁制动固定架构成的磁路回路，制动盘受到与旋转方向相反的制动力矩；3）当车速大于30km/h且需短时间的频繁制动时，选择电磁制动和摩擦制动共同制动，线圈绕组通入励磁电流，铁芯与导磁块处在同轴位置上，磁力线通过铁芯、导磁块、磁制动固定架、导磁板及制动盘形成磁路回路，制动盘受到与旋转方向相反的制动力矩；4）当紧急制动时，选择电磁永磁叠加制动和摩擦制动共同制动，控制通入油缸两端的油压大小使铁芯运动到与永磁体同轴位置的同时，给线圈绕组通入励磁电流，使永磁体与铁芯结合处的磁极性相反，形成电磁磁场和永磁磁场两个磁场相互叠加，叠加磁场通过永磁体、铁芯、导磁板、制动盘和磁制动固定架形成磁路回路，制动盘受到与旋转方向相反的制动力矩；5）当汽车长下坡制动时，只用电磁永磁叠加制动；控制永磁体与铁芯的接触面积并控制励磁电流的大小来控制制动力大小；6）当解除制动时，切断通入线圈绕组的励磁电流，控制通入油路接口的油压压力差使铁芯与导磁块相结合，制动力消失，磁制动解除。

 

本发明的优点是：1、缓速制动可以分担相当一部分制动力，摩擦制动的制动强度降低，大大减少了传统摩擦制动器使用的次数，避免制动器热衰退引发的安全事故，可以延长摩擦制动器的使用寿命，提高了车辆的运输经济性。2、由于缓速制动可以分担相当大一部分制动力矩，故摩擦制动器的使用强度也降低很多，制动器温升变小，避免制动器热衰退可能引发的安全事故，提高了车辆的行驶安全性。 3、缓速制动为非接触式制动，尤其当下长坡或需要频繁制动情况下，用磁制动代替原来的摩擦制动，可以减少制动噪声和粉尘的产生，提高了制动器的抗热衰退性，提高了车辆的环保性。4、缓速制动工作平稳，能提供连续的制动力矩，可以提高车辆的乘坐舒适性。5、本发明的混合制动器的缓速制动可以在电磁制动与永磁制动和电磁永磁制动之间来回切换，协调工作，一方面可以满足汽车在不同工况下的制动要求，另一方面，电磁永磁叠加制动制动力比仅仅永磁制动要大，可以更多的承担汽车制动时所需要的制动力矩。

附图说明

图1是混合制动器的总装图；

图2是永磁制动时图1的A-A视图；

图3是永磁和电磁叠加制动时图1的A-A视图；

图4是电磁制动时图1的B-B视图；

图5是图2和图3的C-C视图；

图6是图4的C-C视图；

图7是图2和图3的D-D视图；

图8是图4的D-D视图；

图9是图7和图8的E-E放大视图；

    图中：1、制动盘；2、转向节；3、螺栓；4、制动钳支架；5、制动钳体；6、螺栓；7、第一油路接口；8、固定套；9、油缸；10、第二油路接口；11、螺钉；12、磁制动固定架；13、永磁体；14、导磁块；15、铁芯；16、螺钉；17、导磁板；18、推杆；19、线圈绕组；20、螺栓；21、螺母。

具体实施方式

下面结合附图来描述具体实施方式：

如图1所示，传统的摩擦制动器包括制动钳支架4、转向节2和制动钳体5，制动钳支架4通过螺栓3连接在转向节2上，制动钳体5安装于制动钳支架4上。在制动钳体5侧旁是磁制动固定架12，磁制动固定架12通过另一螺栓6固定连接在转向节2上，在磁制动固定架12上固定连接油缸9，油缸9通过固定套8固定在磁制动固定架12上。

如图1-4所示，磁制动固定架12通过螺钉11轴向固定连接永磁体13的外端，磁制动固定架12通过另一个螺钉11轴向固定连接导磁块14的外端。永磁体13和导磁块14的大小和形状完全相同。永磁体13的内端旁设置铁芯15，铁芯15的内端通过螺钉16固定连接导磁板17，同时，铁芯15的侧面通过过盈配合与推杆18上端连接，推杆18下端伸入油缸9中。永磁体13、铁芯15、以及导磁板17各有一对，均对称地分布在制动盘1的两侧。相应地，推杆18与油缸9也是一对，均对称地分布在制动盘1的两侧。一对铁芯15外各绕有线圈绕组19。制动盘1位于一对导磁板17之间，一对导磁板17相对于制动盘对称，并且，使导磁板17与制动盘1之间的间隙保持在0.5mm-1.5mm之间。永磁体13、导磁块14和铁芯15的截面形状均为圆形。永磁体13与导磁块14的轴线相互平行且两者分布在铁芯15的移动方向上，相对于油缸9的轴向距离相等。

如图5-8所示，油缸9两端开有两个油路接口，分别第一油路接口7和第二油路接口10，推杆18的下端是活塞，活塞可在油缸9中轴向移动。

如图9所示，固定套8紧箍在油缸9和磁制动固定架12外部，形状呈上圆下方状，上圆状与油缸9的外形相配，下方状与磁制动固定架12的外形相配，具体形状尺寸根据油缸9的大小和磁制动固定架12的大小来定，固定套8结合处通过螺栓20与螺母21起紧固作用，从而将油缸9和磁制动固定架12固定在一起。

通过控制通入第一油路接口7和第二油路接口10的油压大小来控制推杆18沿油缸9的轴向运动，从而可以带动铁芯15与永磁体13和导磁块14的连接。如果要控制推杆18快速运动，则增大通入第一油路接口7和第二油路接口10的油压的压力差，可以通过增加一个油路接口的油压压力和同时减少另一个油路接口的油压压力来实现。两油路接口油压压力差越大，推杆18运动速度越快,其中一个油路接口的油压为零而另一个油路接口为最大油压时推杆18运动最快；如果要保持推杆18静止，则保持通入第一油路接口7和第二油路接口10的油压压力大小相等即可。

本发明是在原有摩擦制动器基础上加装一套永磁制动和电磁制动的混合磁制动装置，可以在空挡、电磁制动、永磁制动和电磁永磁叠加制动四种工作状态下相互切换。磁制动装置的空挡、电磁制动、永磁制动和电磁永磁叠加制动的模式切换是通过驾驶员选择对应的选择按钮来进行切换的，选择按钮位于驾驶室的仪表台上，分为空挡、电磁制动、永磁制动和电磁永磁叠加制动四个选择按钮，每个选择按钮处都连接一个对应的压力传感器，各个对应的压力传感器均连接电子控制器，压力传感器将相应的动作信号传给电子控制器。

制动时，当踩下制动踏板并且不按下任何选择按钮时，为传统摩擦制动单独工作；当踩下制动踏板并同时按下电磁制动按钮时，为摩擦制动与电磁制动联合制动；当踩下制动踏板并同时按下永磁制动按钮时，为摩擦制动与永磁制动联合制动；当踩下制动踏板并按下电磁永磁叠加制动按钮时，为摩擦制动与电磁永磁制动联合制动；当释放制动踏板并按下空挡按钮时，混合制动解除。不踩下制动踏板时，只有磁制动装置工作，按下电磁制动选择按钮时为电磁制动模式；按下永磁制动选择按钮时为永磁制动模式；按下电磁永磁叠加制动选择按钮时为电磁永磁叠加制动模式；按下空挡选择按钮，制动解除。

当车速小于30km/h时，无论什么情况下，均使用摩擦制动器来制动车辆，而磁制动此时不应该起作用。电子控制器根据轮速传感器传来的信号计算出车速，如果车速小于30km/h，电子控制器只向摩擦制动发出信号，此时只有摩擦制动器起制动作用，而磁制动处于原始非制动状态，摩擦制动力大小的调节与传统摩擦制动相同。当不按下任何按钮时，汽车制动仅仅是传统摩擦制动。

当车速大于30km/h，且需要长时间但不是很大的制动力矩时，选择永磁制动和摩擦制动共同制动。因为电磁制动时间长了温度升高明显，会产生退磁现象，而永磁制动长时间制动温升很低，可以保证制动器的抗热衰退性。此时，驾驶员按下永磁制动选择按钮并踩下制动踏板进行制动。永磁制动选择按钮处的压力传感器把相应的动作信号传给电子控制器，电子控制器控制通入油缸9两端的油压的大小来使推杆8运动，如图2，通过推杆8运动带动铁芯15和线圈绕组19运动，使铁芯15运动到与永磁体13同轴的位置，此时线圈绕组19内不通励磁电流。永磁体13产生的磁场通过永磁体13、铁芯15、导磁板17、制动盘1和磁制动固定架12构成的磁路回路，制动盘1在永磁磁场中高速旋转切割磁力线，在制动盘1内会形成电涡流，制动盘1就会受到与旋转方向相反的制动力矩，从而起到对车辆制动的作用。驾驶员踩下制动踏板的同时，摩擦制动器起作用。制动过程中，电子控制器根据轮速传感器传来的信号计算出各个车轮的滑移率，并根据滑移率来控制摩擦制动力和永磁制动力的大小。摩擦制动力的大小可以通过控制各个轮缸的油压大小来实现。永磁制动力可以通过控制磁通量的大小来控制，电子控制器控制通入油缸9的两端的油路接口的油压大小来控制推杆8运动，推杆8带动铁芯15运动，从而永磁体13与铁芯15的接触面积变化，磁通变化，则磁制动力的大小也变化。电子控制器通过协调摩擦制动力与永磁制动力的大小来避免车轮抱死现象的发生。

当需要紧急制动时，需要最大的制动力矩，此时需要选择电磁永磁叠加制动和摩擦制动共同作用。此时，驾驶员按下电磁永磁叠加制动选择按钮并踩下制动踏板进行制动。当按下电磁永磁叠加制动选择按钮时，压力传感器将相应动作信号传给电子控制器，电子控制器在控制通入油缸9两端的油压大小使铁芯15运动到与永磁体13同轴位置的同时，也发出命令给线圈绕组19通入励磁电流，此时会形成电磁磁场和永磁磁场两个磁场，应保证电磁磁场与永磁磁场相互叠加，如图3所示，即应让永磁体13与铁芯15结合处的磁极性相反。此时，叠加磁场通过永磁体13、铁芯15、导磁板17、制动盘1和磁制动固定架12形成磁路回路，制动盘1在叠加磁场中高速旋转切割磁力线，制动盘1内会形成电涡流，制动盘1就会受到与旋转方向相反的制动力矩，从而起到对车辆制动的作用。驾驶员踩下制动踏板时，摩擦制动同时起作用。制动过程中，电子控制器根据轮速传感器传来的信号计算出各个车轮的滑移率，并根据滑移率来控制永磁体13与铁芯15的接触面积的大小、线圈绕组19中励磁电流的大小以及各个轮缸的油压大小来控制整个制动器的制动力大小，通过协调磁制动力与摩擦制动力的大小，将车轮的滑移率控制在最佳工作范围之内，使各车轮处于不抱死的最佳制动状态。

当车速大于30km/h，且需要短时间的并且频繁制动时，此时要求制动器反应时间要快，制动力大小要可以灵活控制，所以此时选用电磁制动和摩擦制动共同作用。此时，驾驶员按下电磁制动选择按钮并踩下制动踏板进行制动。当按下电磁制动选择按钮时，压力传感器把相应的动作信号传给电子控制器，电子控制器发出命令给线圈绕组19通入励磁电流，从而产生电磁场。此时，铁芯15与导磁块14处在同轴位置上，磁力线通过铁芯15、导磁块14、磁制动固定架12、导磁板17以及制动盘1形成磁路回路，制动盘1在电磁磁场中高速旋转切割磁力线，在制动盘1内会形成电涡流，制动盘1就会受到与旋转方向相反的制动力矩，从而起到对车辆制动的作用。驾驶员踩下制动踏板的同时，摩擦制动器起作用。制动过程中，电子控制器根据轮速传感器传来的信号计算出各个车轮的滑移率，并根据滑移率来控制通入线圈绕组内的励磁线圈的大小以及控制摩擦制动各个轮缸的油压的大小来控制整个制动器制动力的大小，从而防止车轮抱死。

当汽车长下坡制动时，需要持续的能够根据车速变化而变化的制动力矩，此时可以只用电磁永磁叠加制动而不用摩擦制动。电子控制器控制切断各个摩擦制动器轮缸内的油压，摩擦制动器不工作。此时电子控制器控制永磁体13与铁芯15的接触面积并控制励磁电流的大小来控制制动力大小，从而使汽车保持在适当的稳定车速。

    当需要解除制动时，需要使磁制动装置和摩擦制动器都停止工作。解除磁制动时，可以按下位于仪表台上的空挡选择按钮来实现，如果驾驶员在制动结束时忘记按下空挡选择按钮，汽车也可以根据制动踏板回位信号来自动解除磁制动。当按下空挡选择按钮，压力传感器将相应信号传给电子控制器，电子控制器控制切断通入线圈绕组19的励磁电流，并控制通入油路接口的油压压力差使铁芯15与导磁块14相结合，制动力消失，磁制动解除。同时汽车也可以根据制动踏板回位信号来自动解除制动。制动结束时，驾驶员释放制动踏板，制动踏板回位，位于制动踏板处的位置传感器把制动踏板的回位信号传给电子控制器，电子控制器控制切断通入线圈绕组19的励磁电流，并控制通入油路接口的压力使铁芯15与导磁块14结合，磁制动装置停止工作。摩擦制动的解除过程与传统摩擦制动器解除制动的过程相同，通过驾驶员释放制动踏板来完成。驾驶员释放制动踏板时，摩擦制动块也同时回位，制动块远离制动盘，摩擦力矩消失，摩擦制动器停止工作。当磁制动装置和摩擦制动器均恢复到制动前的非制动状态时，混合制动器停止工作，对汽车不起制动作用。

Claims (5)

1.一种磁制动与摩擦制动结合的混合制动器，包括制动钳支架（4），转向节（2）和制动钳体（5），制动钳支架（4）连接转向节（2），制动钳体（5）连接制动钳支架（4），其特征是：制动钳体（5）侧旁是固接转向节（2）的磁制动固定架（12），磁制动固定架（12）轴向固接永磁体（13）和导磁块（14）的外端，永磁体（13）的内端旁设置铁芯（15），铁芯（15）的内端固接导磁板（17）且铁芯（15）的侧面与推杆（18）上端连接，推杆（18）下端伸入油缸（9）中，油缸（9）固接磁制动固定架（12）；铁芯（15）外绕有线圈绕组（19）；永磁体（13）、铁芯（15）、导磁板（17）、线圈绕组（19）、推杆（18）与油缸（9）均各有一对，且均对称分布在制动盘（1）的两侧；制动盘（1）位于一对导磁板（17）之间；永磁体（13）、导磁块（14）和铁芯（15）的截面形状均为圆形，永磁体（13）与导磁块（14）的轴线相互平行且分布在铁芯（15）的移动方向上；油缸（9）两端各开有第一、第二油路接口（7、10）。

2.根据权利要求1所述的磁制动与摩擦制动结合的混合制动器，其特征是：油缸（9）通过固定套（8）固接磁制动固定架（12），固定套（8）紧箍在油缸（9）和磁制动固定架（12）外部。

3.根据权利要求1所述的磁制动与摩擦制动结合的混合制动器，其特征是：永磁体（13）和导磁块（14）的大小和形状相同。

4.根据权利要求1所述的磁制动与摩擦制动结合的混合制动器，其特征是：导磁板（17）与制动盘（1）之间的间隙为0.5mm-1.5mm。

5.一种如权利要求1所述混合制动器的工作模式切换方法，其特征是有如下步骤：

1）当车速小于30km/h时，踩下制动踏板，选择摩擦制动单独工作；

2）当车速大于30km/h且需长时间但制动力矩不大时，选择永磁制动和摩擦制动共同制动，控制通入油缸（9）两端的油压大小使推杆（8）带动铁芯（15）和线圈绕组（19）运动到与永磁体（13）同轴的位置，线圈绕组（19）内不通励磁电流，永磁体（13）产生的磁场通过永磁体（13）、铁芯（15）、导磁板（17）、制动盘（1）和磁制动固定架（12）构成的磁路回路，制动盘（1）受到与旋转方向相反的制动力矩；

3）当车速大于30km/h且需短时间的频繁制动时，选择电磁制动和摩擦制动共同制动，线圈绕组（19）通入励磁电流，铁芯（15）与导磁块（14）处在同轴位置上，磁力线通过铁芯（15）、导磁块（14）、磁制动固定架（12）、导磁板（17）及制动盘（1）形成磁路回路，制动盘（1）受到与旋转方向相反的制动力矩；

4）当紧急制动时，选择电磁永磁叠加制动和摩擦制动共同制动，控制通入油缸（9）两端的油压大小使铁芯（15）运动到与永磁体（13）同轴位置的同时，给线圈绕组（19）通入励磁电流，使永磁体（13）与铁芯（15）结合处的磁极性相反，形成电磁磁场和永磁磁场两个磁场相互叠加，叠加磁场通过永磁体（13）、铁芯（15）、导磁板（17）、制动盘（1）和磁制动固定架（12）形成磁路回路，制动盘（1）受到与旋转方向相反的制动力矩；

5）当汽车长下坡制动时，只用电磁永磁叠加制动；控制永磁体（13）与铁芯（15）的接触面积并控制励磁电流的大小来控制制动力大小；

6）当解除制动时，切断通入线圈绕组（19）的励磁电流，控制通入油路接口的油压压力差使铁芯（15）与导磁块（14）相结合，制动力消失，磁制动解除。

Images