CN102401046A - 车用叶轮式磁流变液制动器 - Google Patents

Abstract

一种车用叶轮式磁流变液制动器，由壳体、制动叶轮、电磁装置、承载轴、圆锥滚子轴承、密封圈及端盖、辅助电磁离合器组成。所述电磁装置包括励磁线圈和隔磁铜套，承载轴可以由驱动轮上的半轴或非驱动轮上的转向节充当，制动叶轮的圆盘两侧周布有矩形截面的叶片，辅助电磁离合器由主、从动盘及横跨制动器壳体的两分盘构成的中间盘组成，两分盘由导向轴连接并与离合器主、从动盘形成共轭摩擦副，其闭、合状态由壳体两侧的预紧弹簧组预紧力与离合器电磁力合力控制使制动器在车辆正常行驶时能有效避免磁流变液的零场损失而在制动时能实现车辆实时、主动和连续的ABS制动过程，在低附着力路面上提供比液压机械式制动系统更高性能的制动控制过程。

Description

车用叶轮式磁流变液制动器

所属技术领域

本发明涉及一种车用轮内制动器，特别是一种通过与辅助电磁离合器工作结合来实现车辆正常制动的叶轮式磁流变液制动器。

背景技术

磁流变液是一种新兴的智能材料，在外加磁场作用下可在极短的时间内实现由低粘度易流动的牛顿流体与高粘度难流动的塑性Bingham流体之间的连续可逆流变，从而改变剪切力。磁流变液的这一特性被应用于航天航空、机械仪表、石油化工与交通运输等诸多领域，并被认为是实现机-电-液一体化的一项新型的关键技术。

磁流变液也可以用来设计车辆的制动器，特别是可连续控制制动力的制动器，如汽车制动防抱死系统：利用合适的结构和信息反馈，能够实现车用制动器的制动力自动适应、匹配地面附着力的变化，并且可达到实时主动和底盘集成控制，从而提高制动效能。磁流变液制动器的已有技术中，中国专利公告号为CN1482376的“结构可变的旋转式磁流变液制动器”主要包括两个转盘、转轴、电磁线圈、导磁内筒、导磁外筒、磁流变液、轴承及端盖、密封材料、密封盖、定位键等，导磁内筒设有分隔结构，可应根据需要使用一个或者两个转盘，以提高磁流变的效率，增加制动器的最大阻尼力矩。但类似于上述这种磁流变液制动器一般都工作在单一的剪切模式下，当应用于汽车制动时，又由于车辆轮内空间的限制，磁流变液制动器的结构尺寸受到制约，往往不能提供足够大的制动力矩。而且，由磁流变液本身的粘度所产生的零场损失一直是其在汽车上应用亟待解决的难题。

发明内容

为使磁流变液制动器在有限的悬架空间内满足车辆制动力矩的需求，本发明采取了一种如下的叶轮式磁流变液制动器的设计方案：制动器包括壳体、嵌于壳体内部的电磁装置部分、承载轴(转向节或半轴)、与承载轴固定连接的制动叶轮、位于叶轮两侧并套在承载轴上支承制动器壳体的一对圆锥滚子轴承和覆盖在制动器壳体两侧的密封端盖以及辅助电磁离合器，制动器壳体与被其包容的叶轮、叶轮两侧的密封圈及电磁装置部分形成一个密封腔室，磁流变液作为工作液充满在腔室内。制动叶轮的圆盘两侧周布有矩形截面的叶片，叶片垂直于圆盘端面且成辐射状分布。电磁装置部分中的励磁线圈在制动器圆周方向呈均匀分布。外部控制电路通过壳体圆柱外缘部分的滑环向励磁线圈输入电流。为保护和支撑线圈以及防止制动器过热，在电磁装置部分和壳体端面分别设有隔磁铜套和散热片。这种结构能使叶轮式磁流变液制动器工作在剪切和流动的复合模式下，从而在不增加制动器的结构尺寸的前提下，大幅提升了制动器所能提供的最大制动力矩。同时，为解决叶轮式磁流变液制动器在汽车上的零场随动损失，本发明采用与辅助电磁离合器工作相结合的技术方案：辅助电磁离合器实际上由主动盘、从动盘以及中间盘三部分组成，主、从动盘分置于制动器两侧与中间盘的两分盘形成共轭摩擦副。在驱动轮上，离合器从动盘与半轴花键联接并同时与轮毂刚性连接，离合器主动盘采用过盈花键联接固定在桥壳上；在非驱动轮上，离合器从动盘与转向节由过盈花键固定连接，离合器主动盘与轮毂刚性连接并依靠一对圆锥滚子轴承支承在转向节末端。中间盘的两分盘通过贯穿制动器壳体的导向轴连接，在主动盘电磁力与导向轴上制动器壳体两侧端面的预紧弹簧组的弹簧力的作用下实现共轭摩擦副的结合与分离，可以改变制动器工作时动力传递的路径，避免磁流变液零场随动损失的产生。

本发明的有益效果是，使车辆实现一个连续、精准、无脉动的ABS制动过程，尤其在冰雪、湿滑等低附着系数路面上提供比液压机械式制动系统更高性能的ABS制动控制；实现汽车制动过程的全部电控以及车辆底盘的集成化控制；解决了车用磁流变液制动器的零场随动损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

图1是车用叶轮式磁流变液制动器总成布置的结构示意图；

图2是制动叶轮的结构示意图；

图中1，16-电磁离合器主动盘2，15-电磁离合器线圈外接头3，10-左摩擦副4，12-导向轴5，13-滑环6，11-中间盘7，14-右摩擦副8，9-离合器从动盘17，44-散热片18，32-磁流变液19，43-螺钉20，39-密封圈21-桥壳22，41-制动器支承轴承23，40-密封端盖24，38-电磁离合器线圈25-半轴26，33-右预紧弹簧组27，34-叶轮28，36-电磁装置部分(28-1，36-1为隔磁铜套；28-2，36-2为励磁线圈)29，35-制动器壳体30，37-左预紧弹簧组31-转向节42-离合器支承轴承。

具体实施方式

图1所示，本发明包括制动器壳体(29或35)、置于壳体内部的电磁装置部分(28或36)、承载轴(半轴25或转向节31)、与承载轴(25或31)固定连接的制动叶轮(27或34)、位于叶轮(27或34)两侧支承制动器壳体(29或35)的一对圆锥滚子轴承(22或41)和覆盖在制动器壳体(29或35)两侧的密封端盖(23或40)以及辅助电磁离合器。制动叶轮(27或34)的圆盘两侧周布有矩形截面的叶片，叶片垂直于圆盘端面且成辐射状分布。磁流变液(18或32)工作在壳体(29或35)、叶轮(27或34)及其两侧的密封圈(20或39)和隔磁铜套(28-1或36-1)包围形成的密封腔内，外部控制电路可以通过制动器外缘的滑环(5或13)向由隔磁铜套(28-1或36-1)支撑的励磁线圈(28-2或36-2)输入电流，使磁流变液(18或32)发生流变效应。辅助电磁离合器由主动盘(1或16)、从动盘(8或9)及横跨制动器的两个分盘构成的中间盘(6或11)组成。两分盘通过贯穿制动器壳体的导向轴(4或12)连接，与离合器主动盘(1或16)、从动盘(8或9)形成左右两个摩擦副(3、7或10、14)即共轭摩擦副。导向轴(4或12)可以在导向轴孔内自由滑动。辅助电磁离合器采用通电结合式，为克服磁流变液的零场随动损失，其主动盘(1或16)和从动盘(8或9)需在车辆的非驱动轮(a)和驱动轮(b)上分别布置：

在非驱动轮(a)上，离合器从动盘(8)与转向节(31)由过盈花键连接，因此可以与制动叶轮(34)同轴转动；离合器主动盘(1)与轮毂刚性连接并依靠一对圆锥滚子轴承支承(42)在转向节(31)末端，实现与转向节(31)的相对转动。导向轴(4)上两分盘与制动器壳体(35)端面形成的间隙中设有预紧弹簧组(26、30)。调定制动器壳体左右两侧预紧弹簧组(37、33)的预紧力，使离合器从动盘(8)一侧的弹簧组(33)预紧力大于主动盘(1)一侧的弹簧组(37)预紧力。左侧摩擦副(3)因而处于常开的状态，右侧摩擦副(7)处于常闭的状态。正常行驶时，即离合器不工作时，离合器主动盘(1)随车轮一体转动，制动器整体、中间盘(6)和离合器从动盘(8)与转向节(31)保持静止状态，可以有效避免制动器的能量耗损；制动时，电磁离合器吸合，中间盘(6)随导向轴(4)向左窜动，摩擦副(3)随即接合，而摩擦副(7)则分离开来，于是制动器壳体(35)在导向轴(4)的带动下随车轮转动，充当转子，而与静止的、相当于定子叶轮(34)之间产生相对运动，同时制动器内磁流变液(32)在磁场的激励下发生流变效应，产生阻碍壳体(35)与叶轮(34)相对转动的制动力矩，车轮因而受到制动。

在驱动轮(b)上，离合器从动盘(9)与半轴(25)花键联接并同时与轮毂刚性连接，离合器主动盘(16)采用过盈花键联接固定在桥壳(21)上。调定壳体(29)左侧的预紧弹簧组(30)预紧力使其大于右侧预紧弹簧组(26)的预紧力，使左侧摩擦副(10)处于常闭的状态，而右侧摩擦副(14)处于常开的状态。在车辆正常行驶时，驱动半轴(25)带动制动器整体和中间盘(11)与车轮一体转动，制动器叶轮(27)与壳体(29)相对静止；得到制动信号后，电磁离合器工作，中间盘(11)向右窜动，左侧摩擦副(10)分离，而右侧摩擦副(14)接合，于是制动器壳体(29)实现与电磁离合器主动盘(16)的联接，由转动变为静止，制动器壳体(29)因而产生与叶轮(27)的相对运动，同时控制电路由滑环(13)向制动器励磁线圈(28-2)通入电流，磁流变液发生流变效应，产生制动力矩。

Claims (7)

1.一种车用叶轮式磁流变液制动器，包括制动器壳体(29或35)、嵌于壳体内部的电磁装置部分(28或36)、承载轴(半轴25或转向节31)、与承载轴(25或31)固定连接的制动叶轮(27或34)、位于叶轮(27或34)两侧并套在承载轴(25或31)上支承制动器壳体(29或35)的一对圆锥滚子轴承(22或41)和覆盖在制动器壳体(29或35)两侧的密封端盖(23或40)以及辅助电磁离合器，制动器壳体(29或35)与被其包容的叶轮(27或34)、叶轮(27或34)两侧的密封圈(20或39)及电磁装置部分(28或36)形成一个密封腔室，磁流变液(18或32)作为工作液充满在腔室内，其特征是：电磁装置部分(28或36)包括励磁线圈(28-2或36-2)和支撑保护线圈的隔磁铜套(28-1或36-1)，上述励磁线圈(28-2或36-2)在制动器圆周方向呈均匀分布，制动器壳体(29或35)圆柱外缘部分设有滑环(5或13)，两侧端面设有散热片(17或44)。

2.根据权利要求1所述的车用叶轮式磁流变液制动器，其特征是：辅助电磁离合器包括主动盘(1或16)、从动盘(8或9)及中间盘(6或11)，且主动盘(1或16)、从动盘(8或9)分置于磁流变液制动器两侧，具体结构由于其布置在非驱动轮(a)或者驱动轮(b)上的不同而略有不同。在非驱动轮(a)上，离合器从动盘(8)与转向节(31)由过盈花键固定连接，离合器主动盘(1)与轮毂刚性连接并依靠一对圆锥滚子轴承支承(42)在转向节(31)末端；在驱动轮(b)上，离合器从动盘(9)与半轴(25)花键联接并同时与轮毂刚性连接，离合器主动盘(16)采用过盈花键联接固定在桥壳(21)上。

3.根据权利要求1所述的车用叶轮式磁流变液制动器，其特征是：制动叶轮(27或34)的圆盘两侧周布有矩形截面的叶片，叶片垂直于圆盘端面且成辐射状分布。

4.根据权利要求1、2所述的车用叶轮式磁流变液制动器，其特征是：辅助电磁离合器的中间盘(6或11)包括两个分盘，分置在磁流变液制动器两侧，与离合器主动盘(1或16)、从动盘(8或9)形成共轭摩擦副(3、7或10、14)，两分盘通过导向轴(4或12)连接。

5.根据权利要求1、2、4所述的车用叶轮式磁流变液制动器，其特征是：辅助电磁离合器的中间盘(6或11)的导向轴(4或12)贯穿制动器壳体(29或35)，并在壳体(29或35)端面的圆周上均匀分布。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的车用叶轮式磁流变液制动器，其特征是：辅助电磁离合器中间盘(6或11)在导向轴(4或12)上两分盘与制动器壳体(29或35)端面形成的间隙中设有预紧弹簧组(26、30或33、37)。

7.根据权利要求6所述的车用叶轮式磁流变液制动器，其特征是：上述预紧弹簧组(26、30或33、37)在离合器从动盘(8或9)一侧的弹簧组(30或33)预紧力大于主动盘(1或16)一侧的弹簧组(26或37)预紧力，且每组采用2至3个螺旋弹簧同组中相邻弹簧的旋向相反。

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