CN103010186B

CN103010186B - 一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置

Info

Publication number: CN103010186B
Application number: CN201210588668.3A
Authority: CN
Inventors: 李跃武; 袁敏
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2032-12-29
Also published as: CN103010186A

Abstract

本发明公开了一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置，其特点是，包含起降控制机构、分别对称设置在起降控制机构两侧的一对齿轮传动系、一对曲柄滑块机构及一对飞轮；当汽车制动时，起降控制机构通过齿轮传动系带动曲柄滑块机构及飞轮，将汽车的动能传递给曲柄滑块机构及飞轮；该装置能够将行使汽车的动能转换为汽车的重力势能，飞轮的动能以及刹车板产生的热能，从而使汽车快速减速并停驶。

Description

一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置

技术领域

本发明涉及一种紧急制动装置，具体涉及一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置。

背景技术

汽车的制动系统是汽车必不可少的一部分，汽车的减速，停驶，以及已停驶汽车的驻留原地都离不开汽车的制动系统。汽车的制动系统一般包括行车制动系统和驻车制动系统，前者用于将行使中的汽车减速并安全停驶，后者用于使以停驶的汽车能够稳定的驻留在原地。他们的基本原理是通过安装在车轮内的摩擦片与车轮产生摩擦，从而消耗汽车的动能，转换为热能，最终实现汽车的减速或停止。但是由于制动最终的受力点是汽车轮胎与路面之间的摩擦，当路面比较滑时，刹车效果往往不好，而且在汽车高速行驶过程中，需要紧急刹车时，并不能够在短距离内使车停止，往往会造成交通事故。

发明内容

本发明提供了一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置，该装置能够将行使汽车的动能转换为汽车的重力势能，飞轮的动能以及刹车板产生的热能，从而使汽车快速减速并停驶。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置，其特点是，包含起降控制机构、分别对称设置在起降控制机构两侧的一对齿轮传动系、一对曲柄滑块机构及一对飞轮；

当汽车制动时，所述的起降控制机构通过齿轮传动系带动曲柄滑块机构及飞轮，将汽车的动能传递给曲柄滑块机构及飞轮。

所述的起降控制机构包含：

触地轮支撑，其与外部的起降装置相连；

触地轮轮轴，其与触地轮支撑相连；

触地轮，其安装在触地轮轮轴的中间部位；

一对第一直齿圆柱齿轮，其对称安装在触地轮轮轴的两端；

传动轴，其水平安装在触地轮轮轴的上部；

一对第二直齿圆柱齿轮，其安装在传动轴上，且分别与所述的第一直齿圆柱齿轮相对应，所述的第一直齿圆柱齿轮通过链条与第二直齿圆柱齿轮相互传动；以及

一对第一圆锥齿轮，其分别安装在触地轮轮轴的两端。

所述的齿轮传动系包含：

第二圆锥齿轮，其与第一圆锥齿轮相互啮合；

第三圆锥齿轮，其与第二圆锥齿轮位于同一轴上；

第四圆锥齿轮，其与第三圆锥齿轮相互啮合；

第三直齿圆柱齿轮，其与第四圆锥齿轮位于同一轴上；

所述的第二圆锥齿轮转动可以带动第三直齿圆柱齿轮。

所述的曲柄滑块机构包含：

依次连接设置的固定支撑、第一曲柄、第二曲柄及齿条；所述的固定支撑设置在汽车底盘上；所述的齿条与第三直齿圆柱齿轮啮合。

所述的曲柄滑块机构还包含：

滚轮轴，其连接在第一曲柄与第二曲柄连接位置处

滚轮，其套置在滚轮轴上；

归位弹簧，其两端分别与滚轮轴及汽车底盘相连；

固定挡块，其固定在第一曲柄的外侧，且对准齿条的端部。

所述的飞轮与第三圆锥齿轮共轴。

本发明一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置与现有技术相比具有以下优点：

本发明设计在汽车原有制动系统的基础上，在汽车底盘安装一个包括齿轮系，飞轮以及曲柄滑块机构的机械装置，实现了汽车的短距离紧急制动，将行驶汽车的动能转换为汽车的重力势能，飞轮的动能以及刹车板产生的热能，并可以实现在湿滑地面甚至是冰面的紧急制动。而且增设的装置不影响汽车的正常运行，也不影响汽车原有制动系统的工作。

附图说明

图1为本发明一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置的俯视图；

图2为本发明一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置的左视图；

图3为本发明起降控制机构的结构示意图；

图4为本发明齿轮系传动示意图；

图5为本发明一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置应用结构示意图；

图6为本发明一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置制动示意图；

图7为本发明摩擦制动受力示意图；

图8为两车或多车极限制动距离示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1、2所示，一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置，安装在汽车底盘上，包含起降控制机构、分别对称设置在起降控制机构两侧的一对齿轮传动系、一对曲柄滑块机构及一对飞轮5；当汽车制动时，所述的起降控制机构通过齿轮传动系带动曲柄滑块机构及飞轮，将汽车的动能传递给曲柄滑块机构及飞轮5。

如图3所示，所述的起降控制机构包含：触地轮支撑11，其与外部的起降装置相连；触地轮轮轴12，其与触地轮支撑11相连；触地轮13，其安装在触地轮轮轴12的中间部位；一对第一直齿圆柱齿轮14，其对称安装在触地轮轮轴12的两端；传动轴15，其水平安装在触地轮轮轴12的上部；一对第二直齿圆柱齿轮16，其安装在传动轴15上，且分别与所述的第一直齿圆柱齿轮14相对应，所述的第一直齿圆柱齿轮14通过链条与第二直齿圆柱齿轮16相互传动；以及一对第一圆锥齿轮17，其分别安装在触地轮轮轴12的两端。通过起降装置控制触地轮支撑11转动，从而带动触地轮13下降或上升，当触地轮13下降到与地面接触时，固定在汽车底盘上的固定挡板18将其挡住，此时触地轮13处于触底状态并稳定转动，将汽车动能以力的形式传递至齿轮传动系。

如图4所示，所述的齿轮传动系包含：第二圆锥齿轮21，其与第一圆锥齿轮17相互啮合；第三圆锥齿轮22，其与第二圆锥齿轮21位于同一轴上；第四圆锥齿轮23，其与第三圆锥齿轮22相互啮合；第三直齿圆柱齿轮24，其与第四圆锥齿轮23位于同一轴上；所述的第二圆锥齿轮21转动可以带动第三直齿圆柱齿轮24。

所述的曲柄滑块机构包含：依次连接设置的固定支撑31、第一曲柄32、第二曲柄33及齿条34；所述的固定支撑31设置在汽车底盘上；所述的齿条34与第三直齿圆柱齿轮24啮合。该曲柄滑块机构还包含：滚轮轴35，其连接在第一曲柄32与第二曲柄33连接位置处；滚轮36，其套置在滚轮轴35上；归位弹簧37，其两端分别与滚轮轴35及汽车底盘相连，用于滚轮36的归位，同时也增加了弹性势能的转换，最大限度的消耗汽车的动能；固定挡块38，其固定在第一曲柄32的外侧，且对准齿条34的端部，用于限制齿条34的运动范围。齿条34在第三直齿圆柱齿轮24带动下移动，第一曲柄32与第二曲柄33也随之运动，从而推动滚轮36以固定支撑31为圆心，第一曲柄32的长度为半径做圆弧运动，并最终与地面接触。在汽车动能的作用下，滚轮36很快将汽车前轮托起，从而实现了动能向重力势能的转化。

如图4所示，因为触地轮13位于汽车后轮，故而触地轮13触地面后，应向左转动，再根据轮系之间的传动原理，得出各个齿轮、齿条及飞轮的运动方向（如箭头所示），齿条向着汽车行进的方向移动。由此推动滚轮36以固定支撑31为圆心，第一曲柄32的长度为半径做圆弧运动，并最终与地面接触，很快将汽车前轮6托起。

所述的飞轮5与第三圆锥齿轮22共轴。飞轮5的主要作用是加快汽车动能的消耗，并存储一定的转动动能。当汽车已经停止时，通过控制电机使触地轮13升起，在汽车自身重力和归位弹簧37的弹力作用下，滚轮36会收回，此时飞轮5可以缓解滚轮36的收回速度，使汽车下降平稳。

如图5所示，行车紧急制动装置安装在汽车底盘，触地轮13（图中被后车轮7挡住）安装在后轮7附近，滚轮36安装在前轮6附近。当触地轮13接触地面时，行车紧急制动装置将制动汽车，如图6所示为行车紧急制动装置示意图。在汽车动能的作用下，滚轮36接触地面，并将汽车前轮6抬起，一部分动能转换成汽车的重力势能。

与此同时，安装在汽车尾部的刹车板8，也与地面接触，起到摩擦制动的效果，由于刹车板的材料可以视路面情况选择最大动摩擦因数的材料，故刹车板的制动效果比轮胎与地面的摩擦制动效果好的多。

如图7所示，由于汽车前轮6被抬起，以汽车后轮7的中心为支点O，汽车底盘为杠杆，构成了一个杠杆结构。汽车在启动行车紧急制动装置之前的速度为V，由于向前的推力使滚轮36接触地面并抬起汽车前轮，速度越大，则杠杆左端点A的力F₁越大，根据杠杆原理F₁*L_1-=F₂*L-₂，则F₂=(L₁/L₂)*F₁，其中F₁为杠杆系统的动力，L₁为动力臂，F₂为杠杆系统的阻力，L₂为阻力臂。由图7可见，动力臂L₁是阻力臂L₂的数倍，所以阻力F₂是F₁的数倍。动力F₁的大小又取决于汽车刹车时的速度V，速度V越大则动力F₁越大，故阻力F₂也随速度V的变换而变换，即当汽车启动行车紧急制动装置前的速度V很大时，那么阻力F₂也会很大。

刹车板8与地面的摩擦力为f，则f=μ*F₂，μ为刹车板8与地面的滑动摩擦因数，F₂为来自杠杆系统的阻力，其方向垂直于水平面，由于F₂随着汽车刹车时的速度V的变化而变化，故摩擦力f的大小也与速度V有关。即当汽车启动行车紧急制动装置前的速度V很大时，那么摩擦力也会很大，所以行车紧急制动装置对高速行驶的汽车具有很好的制动效果。

另外，由于刹车板8的材料和形状是可以根据实际情况选取的，所以在某些特殊的路面也可以起到很好的制动效果。所选刹车板8的材料最好是与实际路面的动摩擦因数大的材料，且摩擦板的表面粗糙不平。

该行车紧急制动系统还有一个优点，如图8所示，它可以增大两车或多车的极限距离，即可以使两车在竖直面内错开，以减少连环追尾交通事故发生。假如万一车速确实过大导致车辆可能追尾，也不会直接撞向前方的车尾，而是会从前方车辆上方行走一段距离，并不会发生传统意义上的追尾。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种基于能量转换的汽车行车紧急制动装置，其特征在于，包含起降控制机构、分别对称设置在起降控制机构两侧的一对齿轮传动系、一对曲柄滑块机构及一对飞轮（5）；

当汽车制动时，所述的起降控制机构通过齿轮传动系带动曲柄滑块机构及飞轮，将汽车的动能传递给曲柄滑块机构及飞轮（5）；

所述的起降控制机构包含：

触地轮支撑（11），其与外部的起降装置相连；

触地轮轮轴（12），其与触地轮支撑（11）相连；

触地轮（13），其安装在触地轮轮轴（12）的中间部位；

一对第一直齿圆柱齿轮（14），其对称安装在触地轮轮轴（12）的两端；

传动轴（15），其水平安装在触地轮轮轴（12）的上部；

一对第二直齿圆柱齿轮（16），其安装在传动轴（15）上，且分别与所述的第一直齿圆柱齿轮（14）相对应，所述的第一直齿圆柱齿轮（14）通过链条与第二直齿圆柱齿轮（16）相互传动；以及

一对第一圆锥齿轮（17），其分别安装在传动轴（15）的两端；

所述的齿轮传动系包含：

第二圆锥齿轮（21），其与第一圆锥齿轮（17）相互啮合；

第三圆锥齿轮（22），其与第二圆锥齿轮（21）位于同一轴上；

第四圆锥齿轮（23），其与第三圆锥齿轮（22）相互啮合；

第三直齿圆柱齿轮（24），其与第四圆锥齿轮（23）位于同一轴上；

所述的第二圆锥齿轮（21）转动可以带动第三直齿圆柱齿轮（24）；

所述的曲柄滑块机构包含：

依次连接设置的固定支撑（31）、第一曲柄（32）、第二曲柄（33）及齿条（34）；所述的固定支撑（31）设置在汽车底盘上；所述的齿条（34）与第三直齿圆柱齿轮（24）啮合；

所述的曲柄滑块机构还包含：

滚轮轴（35），其连接在第一曲柄（32）与第二曲柄（33）连接位置处；

滚轮（36），其套置在滚轮轴（35）上；

归位弹簧（37），其两端分别与滚轮轴（35）及汽车底盘相连；

固定挡块（38），其固定在第一曲柄（32）的外侧，且对准齿条（34）的端部。

2.如权利要求1所述的基于能量转换的汽车行车紧急制动装置，其特征在于，所述的飞轮（5）与第三圆锥齿轮（22）共轴。