CN1040345A - 车辆制动强力器 - Google Patents

Abstract

车辆制动强力器是通过控制制动器给车轮的作用力，使车轮与道路之间的摩擦力经常地大于滑动摩擦力，并且处于尽可能大的状态，以增强车辆制动力的装置。该装置的应用能够缩短车辆的制动距离，并且使车辆在紧急制动时仍然有很好的方向可控制性，从而大大地降低交通事故的发生率。车辆制动强力器适用于汽车、电车、火车、摩托车等等几平所有的轮式车辆，如果应用于飞机，则可以降低其对跑道长度的要求。

Description

相同条件下，两物体之间的静摩擦系数一般要比动摩擦系数大，所以相对运动的两物体之间的最大静摩擦力一般要比相同条件下该两物体之间的动摩擦力大许多。

如果在车辆紧急制动时，使车轮不是被卡死在道路上滑动，而是使车轮在与道路的摩擦力非常接近最大静摩擦力的情况下滚动，则车辆就能够获得多大得多的制动力。本发明“车辆制动强力器”做到了这一点。本发明在被应用之后，能够缩短车辆制动距离，并且使车辆在紧急制动时仍然有较好的方向可控制性，从而可以大大地降低交通事故的发生率，具有巨大的实用价值。

车辆制动强力器主要由控制系统、检测系统和执行系统三个部分组成。检测系统分别检测车轮的转速（或车轮的转动力矩）和执行系统对各车轮的作用力，确定车轮停转前后作用力的变化。控制系统为一简单微处理机（微电脑），具有程序控制和具有一定的分析、处理、储存能力。控制系统的工作目标是使车辆平均制动力最大。

当控制系统得到紧急制动（刹车）的信号时（车辆制动踏板踩到底，或者其它系统送来危险需要紧急制动的信号），控制系统开始工作，执行程序1，使车辆制动强力器一直处于工作状态，直到驾驶员另外给予专门的“停止”信号。同时执行程序2，检测系统开始工作，不断地分析检测系统分别检测到的车轮转速，同时分别控制并不断增加制动器给车轮的作用力，检测制动器给车轮的作用力（制动器作用力）。在制动器使得车轮突然停转开始在道路上滑动的时候，车轮与道路之间的摩擦力由最大静摩擦力降到滑动摩擦力。与该最大静摩擦力对应的制动器作用力，可称之为制动器上临界作用力;与该滑动摩擦力相对应的制动器作用力，可称之为制动器下临界作用力。紧接着执行程度3，立即指令执行系统，使制动器作用力迅速下降，一旦车轮重新转动，（将此时的制动器作用力F_y储存起来，其值一般低于其下临界作用力），就迅速增加制动器作用力，使该作用力接通但低于制动器上临界作用力，然后再使制动器作用力缓慢地向制动器上临界作用力靠近。当制动器作用力重新上升到制动器上临界作用力时，重复程序3。程序3重复一遍即完成一个控制周期。使用F_y值有利于提高控制速度。制动器上下临界作用力等参数及控制值随路况变化而变化。

图1是未采用车辆制动强力器的车辆紧急制动时的制动力曲线示意图。图中F-制动力;t-制动时间;F_j-最大静摩擦力;F_d-滑动摩擦力;T₁-车辆制动所需时间;F＝f₁（t）-制动力与时间的函数关系;t₂-制动力达到最大静摩擦力的时间。

图2是采用制动强力器的车辆紧急制动时制动力曲线示意图。图中F-制动力;t-制动时间;F_j-最大静摩擦力;F_d-滑动摩擦力;T₂-车辆制动所需时间;F＝f₂（t）-制动力与时间的函数关系;t₁、t₄-制动力达到最大静摩擦力的时间;t₂-制动器作用力由迅速下降到迅速上升的时间;t₃-制动器作用力由迅速上升到开始缓慢向制动器上临界作用力靠近的时间。

制动器作用力F¹与制动力F的关系为F¹＝hF，h为与车辆性能有关的系数。

车辆制动强力器的控制系统具有优化控制值的功能，努力使图2中制动力曲线f₂（t）在t轴上围成的面积与制动时间T₂的比值

1/(T₂) ${\∫}_0^{T_2}{f}_2\mathrm{(t)dt}$ -平均制动力-尽可能大。

t₁～t₄为第一个控制周期，在第一个控制周期内，F_y＝^lim _t→0f₂（t₂+0） l＝f₂（t₃）÷（F_j-F_d），系数l的大小决定制动力增强效果，取决于制动器的灵敏度和路况;控制周期P取决于制动器的灵敏度和路况;m＝（t₃-t₂）、n＝（t₂-t₁）以及F_x＝（F_d-F_y），则取决于制动器的灵敏度，其值越小越好。l、p、m、n、F_x等值的大小，由微处理机依据 1/(t) ∫^t ₀f₂（t）dt最大的原则，综合制动器灵敏度和道路平坦状况等而确定。

对制动器的特殊要求。根据平均制动力 1/(T₂) ${\∫}_0^{T_2}{f}_2\mathrm{(t)dt}$ 最大的要求，（t₂-t₁）、（t₃-t₂）和（F_d-F_y）越小越好，则制动器的动作灵敏度越高越好。同时制动器的动作灵敏度高也有利于确定更为理想的l系数值和（t₄-t₃）值，确定理想的控制周期。

但是一般的利用机械作用力的制动器在控制和动作灵敏度方面很难达到理想的状态。当制动器作用力为单一机械力时，t₂所对应的垂线为切线斜率k＜0的曲线（图2）。

电磁力则比较容易满足车辆制动强力器对制动器作用力控制和动作灵敏度方面要求。电磁制动器有定子、转子两主要部分，转子为一环状绕组，与车轮固定，随之转动，定子亦为一环状绕组，嵌在转子环内，固定在车轴上。当定子线圈通电时，产生与车轮转向相逆的磁场，转子产生与定子磁场相逆的感应磁场，从而产生电磁阻力。电磁制动器可作为车辆制动强力器执行系统特殊制动的一种。

电磁制动器可以与机械力（液压、气动）制动器配合使用，普通制动器提供基础制动器作用力，电磁制动器则在此基础上负责提供与F_j-F_y相对应的制动器作用力。当然电磁制动器所能提供的制动器作用力应远大于这个数值。

这种电磁制动器与普通机械力制动器配合使用的形式，可称之为复合力制动器。复合力制动器可以作为车辆制动强力器执行系统中特殊制动器的一种。

车辆制动强力器也可以撇开执行系统中要求的特殊制动器，而与现行的各种制动器系统对接，准确迅速地执行控制系统的指令，使制动器处于适当的开度，施给车轮以适当的作用力，增强车辆的制动能力。

对于普通制动器，在车轮保持滚动而不是卡死的情况下，提供制动器作用力的摩擦面的材料要求耐高温、耐摩擦、有较高的强度。

车辆制动强力器可以分别控制制动器给各车轮的作用力，从而可以使同轴车轮产生的制动力大小相同、动作同步得以实现。

车辆制动强力器能够使车辆获得最大制动力，使车辆在紧急制动后行驶的距离最短。

当所有车辆的制动力增加10%时，交通事故率将下降30%，因为车辆制动后行驶的距离与车辆制动力的大小成反比，而绝大部分交通事故都是发生在车辆紧急制动后行驶的最后那一小部分距离之中。

使用车辆制动强力器的车辆，在紧急制动时，由于车轮仍然是转动的，所以仍然能够保持可靠的方向可控制性。这一点又可以使交通事故的发生率降低一个可观的数字。

车辆制动强力器的应用，不足之处也许是车辆采取紧急制动，有时没有了明显的车辙，这给交通警察分析交通事故造成了麻烦。但是尽管这样，他们大概也不会不欢迎这项发明的。

车辆制动强力器除可以应用于各种汽车（轿车、客车、卡车、客货两用车以及其它用途的车辆）外，还可应用于电车、电瓶车、火车、摩托车、飞机、装甲车、自行火炮、拖拉机、各种轮式专用机械车，以及其它需要使用制动器的行走装置。

车辆制动强力器还适用于其它各种转动的、利用摩擦力作为制动力的装置和机器设备。

说明书勘误表

页    行    误    正

1    7    获得多    获得

1    7    强力器做    强力器”做

2    5    程度3    程序3

2 7、11 F_yF¹ _y

2    8    接通    接近

2 16 t₂t₁

3 6 F_y＝^lim _t→0f₂（t₂+0）

F_y＝^lim _△t→+0f₂（t₂+△t）

3 6 l＝f₂（t₃）÷（F_j-F_d）

l＝〔f₂（t₃）-F_d〕÷（F_j-F_d）

3 14 （t₂-t₁） m

3 14 （t₃-t₂） n

3 16 （t₄-t₃） （p-m-n）

4    3    方面    方面的

4    7    制动的    制动器的

Claims (8)

1、车辆制动强力器是利用最大静摩擦力大于滑动摩擦力的规律，通过控制制动器给车轮的作用力，使车轮与道路之间的平均摩擦力处于尽可能大的状态，以获得最大制动力的装置，其特征是：

a、利用两物体间静摩擦系数大于滑动摩擦系数的一般规律，尽可能充分地利用车轮与道路之间大于滑动摩擦力的静摩擦力，以作为制动力的一部分，从而达到增强车辆制动力的效果。

b、使车辆制动力经常地处于滑动摩擦力以上，并尽量靠近最大静摩擦力，以获得最大制动力。

2、根据权利要求1，该装置主要由控制系统、检测系统和执行系统等组成。其特征为：控制系统为一具有程序控制和具有一定分析、处理、储存能力的微处理机（微电脑），努力使平均制动力-图2中f₂（t）在t轴上围成的面积与T2的比值-尽可能大。系数l的大小取决于制动器的灵敏度和路况;控制周期p也取决于制动器的灵敏度和路况;Fx＝（Fd-Fy）和m-（l₃-l₂）、n＝（t₂-t₁）则越小越好。l、p、Fx、m、n等值的大小由微处理机依据 1/(t) ∫^t _of2（t）dt最大的原则，综合制动器灵敏度和道路平坦状况等条件而确定（图2）。即控制系统有优化控制值的功能。控制系统除了可以从制动脚踏板处获得紧急制动信号外，还可以与其它危险检测系统对接。执行系统包括分别操纵制动器对各车轮作用力大小的执行机构和特殊的制动器。检测系统分别检测制动器给各车轮的作用力和各车轮的转速或车轮的转动力矩（扭矩），以确定制动器的上下临界作用力。

3、根据权利要求1、2，该装置可以撇开执行系统中要求的特殊制动器，而与现行的普通制动器配合，增强车辆的制动能力。其特征为：能够适应与各种不同的制动动作系统对接，准确、迅速地执行控制系统的指令，使制动器处于适当的开度，以施给车轮适当的作用力，增强车辆制动力。

4、根据权利要求1、2、3，该装置可以分别控制制动器给各车轮的作用力，使同轴车轮产生的制动力大小相同、动作同步。

5、根据权利要求1、2、4，该装置要求制动器具有相当高的动作灵敏度。电磁制动器能够满足这个要求，其特征是：电磁制动器有定子、转子两主要部分，转子为一环状绕组，与车轮固定，随之转动，定子亦为一环状绕组，嵌在转子环内，固定在车轴上。电磁制动器在电磁场的作用下，定子和转子线圈产生相逆的磁场而产生电磁阻力。电磁制动器可以与机械力（液压或气动）制动器配合使用。普通制动器提供基础制动器作用力，电磁制动器提供调节部分的制动器作用力。

6、复合力制动器为现行的普通机械力制动器与电磁制动器配合使用的制动器，其特征为：复合力制动器作为车辆制动强力器执行系统的一部分时，电磁制动器能够提供的制动器作用力大于车辆在制动时与道路之间的（Fj-Fy）摩擦力所对应的制动器作用力。

7、车辆制动强力器适用于各种汽车（轿车、客车、卡车、客货两用车以及其它用途的车辆）外，还适用于电车、电瓶车、火车、摩托车、飞机、装甲车、自行火炮、拖拉机、各种轮式专用机械车，以及其它需要使用制动器的行走装置。

8、根据权利要求1、2、3、5、6，车辆制动强力器还适用于其它各种转动的、利用摩擦力作为制动力的装置和机器设备。

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