CN103522996A - 车顶有级可调式空气阻力缓速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车顶有级可调式空气阻力缓速装置，它包括：一固定支架，其安装在车顶上；至少一个缓速子装置，缓速子装置包括阻风叶片、锁止机构和旋转轴，旋转轴可旋转地支承在固定支架上，阻风叶片固定连接在旋转轴上，锁止机构设置在旋转轴和固定支架之间并且用于限定多个旋转轴相对固定支架旋转的旋转角度；一驱动所述旋转轴旋转的传动机构；一控制所述锁止机构和所述传动机构动作的控制系统。本发明可以调节车辆迎风面积，利用空气阻力实现车辆缓速制动，有效分流车辆持续制动、连续下坡时摩擦式制动器的热负荷，防止热衰退现象发生，提高车辆的行车安全性能，降低摩擦式制动器的磨损。
Description
技术领域
本发明涉及一种车顶有级可调式空气阻力缓速装置，属于汽车辅助制动技术领域。
背景技术
制动系统是车辆的重要组成部分之一，直接关系到生命财产安全，包括行车制动器、驻车制动器和辅助制动器。行车制动器为车辆主制动器，一般采用鼓式或盘式摩擦制动方式，将车辆的动能、势能通过摩擦转化为热能，实现车辆减速或制动的目的。
随着车辆技术的进步和道路条件的改善，客车与其他商用车辆一样向着高速度、大载荷的运营效率最优化方向发展，由于车辆行驶时的动能与车辆速度的平方成正比，动能、势能与车辆载荷成正比，这就意味着在同样的制动条件下，现在客车的行车制动器需要转化更多的制动能量，承载更大的热负荷。特别是在一些特殊路段，如坡长、坡陡、弯道多的山区道路，驾驶员需要通过频繁制动或持续制动来控制车速，而使制动器产生大量的摩擦热量。由于行车制动器一般采用风冷方式，且受到空间尺寸的限制，其散热能力未能得到本质提高，无法及时将大量的热量散发掉，制动器温度会大幅度升高，使得其摩擦因数下降、磨损程度加重，出现制动效能部分甚至全部损失的危险热衰退现象。虽然制动防抱死系统、电子制动力分配系统等的应用提高了客车制动的稳定性和可靠性，但是它们对制动器的过热现象作用甚微，热衰退现象仍然是困扰客车制动安全的瓶颈问题之一。
目前，一些客车采用外加水箱给过热制动器淋水的冷却方式，这种方式不仅浪费水源、损伤路面，而且在冬天容易造成路面结冰，影响其他车辆的行车安全；一些客车采用电涡流缓速器、液力缓速器等辅助制动装置，能有效分流行车制动器的热负荷，但这种方式使用、维护成本较高，未能达到绿色节能的目的。
空气阻力是车辆的主要行驶阻力之一，其值与车辆的迎风面积、车速的平方成正比。在客车缓速行驶时，通过增加其迎风面积可以有效增加客车的行驶阻力，降低摩擦式制动器的负担，而且车速越高，缓速的作用越明显。中国专利CN 102126486 A 的发明专利公开了一种机动车辅助减速的方法和装置，上述发明专利利用机动车车身钢板作为辅助减速板，在制动强度满足条件时，同时打开减速板，通过增加机动车风阻系数，利用空气阻力辅助机动车减速，从而减少机动车制动距离，提高制动性能。但是，该发明专利主要针对于机动车制动情况，在制动踏板行程过半或急速踩踏制动踏板时，减速板才参与工作，这不符合客车缓速时辅助制动器工作的要求；其次，利用车身钢板作为减速板、液压伸缩支杆安装在车架“C柱”斜梁处及其传动系统等也不适合于在客车上安装、使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种车顶有级可调式空气阻力缓速装置，它通过可以调节车辆迎风面积，利用空气阻力实现车辆缓速，有效分流车辆持续制动、连续下坡时摩擦式制动器的热负荷，防止热衰退现象发生，提高车辆的行车安全性能，降低摩擦式制动器的磨损。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种车顶有级可调式空气阻力缓速装置，它包括：
一固定支架，其安装在车顶上；
至少一个缓速子装置，缓速子装置包括阻风叶片、锁止机构和旋转轴，旋转轴可旋转地支承在固定支架上，阻风叶片固定连接在旋转轴上，锁止机构设置在旋转轴和固定支架之间并且用于限定多个旋转轴相对固定支架旋转的旋转角度；
一驱动所述旋转轴旋转的传动机构；
一控制所述锁止机构和所述传动机构动作的控制系统。
进一步为了实现限定多个旋转轴相对固定支架旋转的旋转角度的功能，提供了锁止机构的一种结构，该锁止机构包括锁止齿轮、锁止爪、壳体、电磁体和回位弹簧，壳体安装在固定支架上，锁止爪的中部铰接在壳体上，锁止爪的一端设有卡爪，另一端设置有与电磁体相磁性配合的配合部，锁止齿轮套装在旋转轴上，所述的锁止齿轮上开有多个与卡爪配合的卡槽，回位弹簧的一端与壳体相连接，另一端与配合部相连接，所述的控制系统控制电磁体得失电：当电磁体通电时，配合部与电磁体相吸合，锁止爪绕其铰接处旋转，卡爪与锁止齿轮的卡槽分离；当电磁体失电时，配合部在回复弹簧的拉力下与电磁体分离，锁止爪绕其铰接处反向旋转，卡爪插接在锁止齿轮的卡槽内。
进一步设计了四个阻风叶片的旋转角度，其结构限定如下：所述的锁止齿轮上的卡槽为十二个，所述的旋转轴相对固定支架旋转的旋转角度为0°、30°、60°和90°。
进一步为了实现同时驱动所述旋转轴旋转的目的，提供了传动机构的一种结构，该传动机构包括驱动电机、传动链条和分别套装在相应的旋转轴上的传动链轮，驱动电机与其中一个旋转轴相活动连接，传动链条与传动链轮相啮合，控制系统控制驱动电机的旋转。
进一步为了实现控制所述锁止机构和所述传动机构动作的目的，提供了控制系统的一种结构，该控制系统包括控制器、车速传感器、开关旋钮和检测旋转轴的旋转角度的叶片位置传感器，叶片位置传感器安装在旋转轴上，所述的叶片位置传感器、车速传感器、开关旋钮的信号控制输出端与控制器连接，所述的传动机构和锁止机构与控制器的信号输出端相控制连接，其中，
所述车速传感器，用于采集车辆车辆的速度信号并将其传递至控制器；
所述叶片位置传感器，用于采集旋转轴的旋转角度信号并将其反馈至控制器；
所述控制器，根据相应的速度信号和相应的开关旋钮的开关信号选择性地发送相应的目标旋转角度信号至传动机构和发送相应的动作指令信号至锁止机构。
进一步为了及时提醒驾驶员注意阻风风片没有到达目标位置，发生故障，所述的控制系统还包括故障指示灯，该故障指示灯的信号输入端与控制器相连接，当控制器发送给传动机构的目标旋转角度信号和叶片位置传感器采集的旋转角度信号不一致时，控制器发送故障闪烁信号至故障指示灯使其闪烁。
进一步为了减少本缓速装置不工作时的空气阻力，降低其无效能耗，所述的固定支架上安装有导流板，并且该导流板位于第一个缓速子装置的前方。
更进一步为了增加阻风叶片的硬度，提高其在迎风状态下的承受能力，所述的阻风叶片由合金材料制成。
采用了上述技术方案后，本发明通过车顶的多片阻风叶片，有级可调式增加客车迎风面积，利用空气阻力实现客车缓速的目的，有效分流客车持续制动、连续下坡时摩擦式制动器的热负荷，能够有效提高客车的抗热衰退性能；相对于电涡流缓速器、液力缓速器等辅助制动装置，具有绿色节能、费用低廉等优点；相对于制动器淋水方式，具有不会浪费水源，对道路没有负作用，对其他车辆影响小等优点。若与发动机排气制动配合使用，在车速较高时，由该空气阻力缓速装置提供辅助制动力；在车速较低时，由发动机排气制动提供辅助制动力，则其效果会更加理想。
附图说明
图1为本发明的车顶有级可调式空气阻力缓速装置的安装部位示意图；
图2为本发明的车顶有级可调式空气阻力缓速装置的结构示意图；
图3为本发明的传动机构的结构示意图；
图4为本发明的缓速子装置的结构示意图；
图5为本发明的锁止机构的结构示意图；
图6为本发明的开关旋钮的结构示意图；
图7为本发明的控制系统的连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1~7所示，一种车顶有级可调式空气阻力缓速装置，它包括：
一固定支架2，通过固定螺栓7其安装在车顶1上，固定支架2可由合金材料制成；
至少一个缓速子装置，缓速子装置包括阻风叶片3、锁止机构4和旋转轴5，旋转轴5可旋转地支承在固定支架2上，阻风叶片3固定连接在旋转轴5上，锁止机构设置在旋转轴5和固定支架2之间并且用于限定多个旋转轴5相对于固定支架2旋转的旋转角度；
一驱动所述旋转轴5旋转的传动机构；
一控制所述锁止机构和所述传动机构动作的控制系统。
为了实现限定多个旋转轴5相对固定支架2旋转的旋转角度的功能，提供了锁止机构的一种结构，锁止机构4包括锁止齿轮14、锁止爪16、壳体17、电磁体19和回位弹簧18，壳体17安装在固定支架2上，锁止爪16的中部铰接在壳体17上，锁止爪16的一端设有卡爪16-1，另一端设置有与电磁体19相磁性配合的配合部16-2，锁止齿轮14通过联接键15套装在旋转轴5上，锁止齿轮14上开有多个与卡爪16-1配合的卡槽14-1，回位弹簧18的一端与壳体17相连接，另一端与配合部16-2相连接，所述的控制系统控制电磁体19得失电：当电磁体19通电时，配合部16-2与电磁体19相吸合，锁止爪16绕其铰接处旋转，卡爪16-1与锁止齿轮14的卡槽14-1分离；当电磁体19失电时，配合部16-2在回复弹簧18的拉力下与电磁体19分离，锁止爪16绕其铰接处反向旋转，卡爪16-1插接在锁止齿轮14的卡槽14-1内。回位弹簧18初始处于拉伸状态，使锁止爪16与锁止齿轮14相啮合，阻止旋转轴5转动，电磁体19内有线圈绕组，由控制器控制，线圈绕组有电流通过时，电磁体19产生电磁力。当锁止机构4处于锁止状态时，电磁体19线圈没有电流通过，锁止爪16在回位弹簧18的作用下与锁止齿轮14啮合，旋转轴5，即阻风叶片3被固定于一定角度；当锁止机构4处于打开状态时，电磁体19线圈有电流通过产生电磁力，克服回位弹簧18的弹力，使锁止爪16与锁止齿轮14分离，旋转轴5，即阻风叶片3可以随着传动链轮9转动，改变阻风叶片3的开启角度。
设计了四个阻风叶片的旋转角度，其结构限定如下：锁止齿轮14上的卡槽14-1为十二个，旋转轴5相对固定支架2旋转的旋转角度为0°、30°、60°和90°，每个卡槽14-1对应于30度的旋转轴5的转角。
进一步为了实现控制锁止机构4和传动机构动作的目的，提供了控制系统的一种结构，控制系统包括控制器、车速传感器、开关旋钮和检测旋转轴5的旋转角度的叶片位置传感器6，叶片位置传感器6安装在旋转轴5上，叶片位置传感器6、车速传感器、开关旋钮的信号控制输出端与控制器连接，传动机构和锁止机构4与控制器的信号输出端相控制连接，其中，
车速传感器，用于采集车辆的速度信号并将其传递至控制器；
叶片位置传感器6，用于采集旋转轴5的旋转角度信号并将其反馈至控制器；
控制器，根据相应的速度信号和相应的开关旋钮的开关信号选择性地发送相应的目标旋转角度信号至传动机构和发送相应的动作指令信号至锁止机构4。
为了及时提醒驾驶员注意阻风风片没有到达目标位置，发生故障，控制系统还包括故障指示灯，该故障指示灯的信号输入端与控制器相连接，当控制器发送给传动机构的目标旋转角度信号和叶片位置传感器6采集的旋转角度信号不一致时，控制器发送故障闪烁信号至故障指示灯使其闪烁。
开关旋钮内置电位计，安装于驾驶室内，设有四个位置，分别表示阻风叶片3关闭、开启30°、开启60°及开启90°，用于驾驶员控制阻风叶片3的开启角度，叶片位置传感器6采用电位计式传感器，安装于旋转轴5一端，其滑片随旋转轴5转动，作为反馈信号传递给控制器阻风叶片3的开启角度，车速传感器用于判断车辆是否处于停止状态，车辆处于停止状态时，本空气阻力缓速装置才动作，以防止客车行驶时打开锁止机构4，由于较大的空气阻力而损坏本装置；当车辆处于停止状态时，控制器接收驾驶员开关旋钮的信号，发出指令使电磁体19线圈通电打开锁止机构4，通过驱动电机8与传动机构使阻风叶片3开启或关闭一定角度，若工作过程中，叶片位置传感器6传递的阻风叶片3实际开启角度与控制单元发出的目标角度不一致，控制器则认为此时本装置出现故障，点亮故障指示灯使其闪烁，及时提醒驾驶员注意。
为了实现同时驱动所述旋转轴5旋转的目的，提供了传动机构的一种结构，传动机构包括驱动电机8、传动链条11和分别通过联接键13套装在相应的旋转轴5上的传动链轮9，驱动电机8可采用步进电机，驱动电机8通过联接花键12与其中一个旋转轴5相活动连接，传动链条11与传动链轮9相啮合，控制系统控制驱动电机8的旋转。驱动电机8接收控制器的指令，通过传动链条11带动传动链轮9转动，从而使所有阻风叶片3开启或关闭一定的角度。
为了减少本缓速装置不工作时的空气阻力，降低其无效能耗，固定支架2上安装有导流板10，并且该导流板10位于第一个缓速子装置的前方。导流板10呈流线结构，位于本装置的最前端。
为了增加阻风叶片3的硬度，提高其在迎风状态下的承受能力，阻风叶片3由合金材料制成。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于，它包括：
一固定支架（2），其安装在车顶（1）上；
至少一个缓速子装置，缓速子装置包括阻风叶片（3）、锁止机构（4）和旋转轴（5），旋转轴（5）可旋转地支承在固定支架（2）上，阻风叶片（3）固定连接在旋转轴（5）上，锁止机构设置在旋转轴（5）和固定支架（2）之间并且用于限定多个旋转轴（5）相对固定支架（2）旋转的旋转角度；
一驱动所述旋转轴（5）旋转的传动机构；
一控制所述锁止机构和所述传动机构动作的控制系统。
2.根据权利要求1所述的车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于：所述的锁止机构（4）包括锁止齿轮（14）、锁止爪（16）、壳体（17）、电磁体（19）和回位弹簧（18），壳体（17）安装在固定支架（2）上，锁止爪（16）的中部铰接在壳体（17）上，锁止爪（16）的一端设有卡爪（16-1），另一端设置有与电磁体（19）相磁性配合的配合部（16-2），锁止齿轮（14）套装在旋转轴（5）上，所述的锁止齿轮（14）上开有多个与卡爪（16-1）配合的卡槽（14-1），回位弹簧（18）的一端与壳体（17）相连接，另一端与配合部（16-2）相连接，所述的控制系统控制电磁体（19）得失电：当电磁体（19）通电时，配合部（16-2）与电磁体（19）相吸合，锁止爪（16）绕其铰接处旋转，卡爪（16-1）与锁止齿轮（14）的卡槽（14-1）分离；当电磁体（19）失电时，配合部（16-2）在回复弹簧（18）的拉力下与电磁体（19）分离，锁止爪（16）绕其铰接处反向旋转，卡爪（16-1）插接在锁止齿轮（14）的卡槽（14-1）内。
3.根据权利要求2所述的车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于：所述的锁止齿轮（14）上的卡槽（14-1）为十二个，所述的旋转轴（5）相对固定支架（2）旋转的旋转角度为0°、30°、60°和90°。
4.根据权利要求1所述的车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于：所述的传动机构包括驱动电机（8）、传动链条（11）和分别套装在相应的旋转轴（5）上的传动链轮（9），驱动电机（8）与其中一个旋转轴（5）相活动连接，传动链条（11）与传动链轮（9）相啮合，控制系统控制驱动电机（8）的旋转。
5.根据权利要求1所述的车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于：所述的控制系统包括控制器、车速传感器、开关旋钮和检测旋转轴（5）的旋转角度的叶片位置传感器（6），叶片位置传感器（6）安装在旋转轴（5）上，所述的叶片位置传感器（6）、车速传感器、开关旋钮的信号输出端与控制器连接，所述的传动机构和锁止机构（4）与控制器的信号输出端相控制连接，其中，
所述车速传感器，用于采集车辆的速度信号并将其传递至控制器；
所述叶片位置传感器（6），用于采集旋转轴（5）的旋转角度信号并将其反馈至控制器；
所述控制器，根据相应的速度信号和相应的开关旋钮的开关信号选择性地发送相应的目标旋转角度信号至传动机构和发送相应的动作指令信号至锁止机构（4）。
6.根据权利要求5所述的车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于：所述的控制系统还包括故障指示灯，该故障指示灯的信号输入端与控制器相连接，当控制器发送给传动机构的目标旋转角度信号和叶片位置传感器（6）采集的旋转角度信号不一致时，控制器发送故障闪烁信号至故障指示灯使其闪烁。
7.根据权利要求1所述的车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于：所述的固定支架（2）上安装有导流板（10），并且该导流板（10）位于第一个缓速子装置的前方。
8.根据权利要求1所述的车顶有级可调式空气阻力缓速装置，其特征在于：所述的阻风叶片（3）由合金材料制成。
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