CN105545987B - 一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，左、右背板表面分别缠绕励磁线圈，左背板表面开设通孔，左摩擦片侧面开设深孔，传感器布置于左摩擦片的深孔内，左背板固定于制动钳体上，左摩擦片与左背板连接，且左摩擦片贴紧制动盘左侧表面；右摩擦片表面开设深孔，右背板侧表开设通槽，传感器放置在右摩擦片深孔内，右摩擦片与右背板连接，右背板固定于活塞体上，活塞体通过螺柱与制动钳体固定；传感器承载体焊接于制动钳体上表面，布置传感器于承载体内；所有传感器与计算机电连接。利用磁场对摩擦行为的积极作用，改善摩擦制动性能，实时监测重要状态参量，对制动过程的异常情况进行及时的反馈调节，提高制动系统的稳定性及可靠性。

Description

一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器

技术领域

本发明涉及一种制动器，具体涉及一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器。

背景技术

制动系统是汽车结构的重要组成部分，对于保障汽车的正常行驶及行车人员的安全具有至关重要的作用。随着汽车工业技术的不断发展，盘式制动器凭借其结构简单、制动效果优良以及稳定性较好等显著特点，在汽车制动领域获得了非常广泛的应用。但是，由于盘式制动器主要依靠摩擦片和制动盘之间的摩擦作用实现减速和停止，摩擦温升过高常会导致热衰退现象，且制动压力不稳定、负载过大等都会加剧摩擦片的磨损，从而对制动器的制动性能产生决定性的影响。

电磁制动作为一种非接触式制动形式，通过导体切割磁感线将动能转化为热能并散发实现减速，由于具有响应迅速、制动稳定、不产生粉尘和噪声等优点，逐渐得到应用并作为汽车辅助制动的主要方式。但是，汽车电磁制动也存在以下的缺点：1）现有的对电磁制动的应用多数是在汽车车轴上装设电磁缓速装置，形成以摩擦制动为主、电磁缓速为辅的制动系统，这样不仅使结构更为复杂，同时大大增加了制造的成本；2）虽然也有在制动器原有结构的基础上进行改造并添加励磁线圈，但只是考虑到摩擦与电磁两种制动方式的简单叠加以及两种制动模式的简单切换，完全忽略了磁场与摩擦之间的相互作用及影响；3）摩擦状态是影响汽车制动性能的关键因素，然而现有的制动系统很少有对制动过程中的重要参数进行实时监测，并能在异常情况下进行自动、精确的反馈调节。例如，检索发现：专利CN102128227A和CN102287460A分别在原制动器上设计了一套集合电磁和永磁的制动机构，专利CN102691737A公开了一种双制动盘式的制动器，虽都能根据不同的速度条件控制摩擦、磁场两种制动方式的配合使用，但此类设计不仅使得机械结构非常复杂，而且均未考虑磁场与摩擦之间的耦合效应，更不涉及对制动参数的监测与反馈调节；专利CN104482080A虽提出安装传感器对制动压力、转速进行监测，但仅仅是为了控制不同制动模式的启停。因此，基于磁摩耦合效应的理论基础，设计一个既能利用磁场对摩擦行为的积极影响，又能对制动过程中的重要状态参数进行监测并反馈调节的制动器，对于改善制动性能、提高制动稳定性及保障行车安全具有非常重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，充分利用磁场对摩擦行为的积极作用，改善摩擦制动的制动性能，针对摩擦可能导致磁性颗粒物磁化，从而产生削弱电磁磁场强度的反向磁场的问题，通过实时监测温度、转速及制动压力等重要状态参量，对制动过程的异常情况进行及时的反馈调节，提高制动系统的稳定性及可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，包括磁摩制动系统和测控系统，测控系统包括传感器和计算机；磁摩制动系统包括制动盘、制动钳、左背板、左摩擦片、传感器承载体、右摩擦片、右背板、活塞罩和活塞，左背板、右背板圆周表面分别缠绕有左励磁线圈、右励磁线圈，左背板从左表面沿轴向方向至右表面开设通孔，左摩擦片左侧表面开设深孔，传感器布置于左摩擦片的深孔内，其导线从左背板的通孔引出，左背板固定于制动钳体上，左摩擦片与左背板连接，且左摩擦片贴紧制动盘左侧表面；右摩擦片在右侧表面开设深孔，右背板从其左侧表面沿径向方向至圆周表面开设通槽，传感器放置在右摩擦片深孔内，导线从右背板的通槽引出，右摩擦片与右背板连接，右背板固定于活塞体上，活塞体通过螺柱与制动钳体固定；制动钳体的进油口侧壁上开设有通孔，通孔呈阶梯形状，布置传感器于通孔内；传感器承载体焊接于制动钳体上表面，布置传感器于承载体内；所有传感器与计算机电连接。

所述的传感器承载体由盖体和支撑板两部分组成，分别于盖体和支撑板表面开设通孔，盖体通过螺栓与支撑板连接，支撑板焊接于制动钳体上表面，传感器设置在盖体和支撑板之间的空间内部。

所述的设置于左摩擦片深孔内的传感器为温度传感器。

所述的左摩擦片左侧表面开设的深孔数量为五个，每个深孔内分别设置一个温度传感器。

所述的左背板、右背板沿圆周表面一周开设凹槽，背板呈“工”字形状，左励磁线圈、右励磁线圈分别缠绕在左背板、右背板的凹槽中。

所述的设置于传感器承载体内的传感器为转速传感器。

所述的设置于右摩擦片深孔内的传感器为霍尔传感器。

所述的设置于制动钳体通孔内的传感器为压力传感器。

所述的左摩擦片和右摩擦片为导磁性的复合摩擦材料，制动钳体、左背板、制动盘和右背板为导磁性的金属材料。

与现有技术相比，本发明摩擦片的材质采用导磁性的复合摩擦材料，能够充分利用磁场对摩擦性能及行为的积极作用，降低材料磨损并大大提高摩擦制动的制动性能；传感器的种类众多，且安装方式特别，可以对磁场强度、温度、转速和制动压力进行实时监测，一方面可以针对摩擦可能导致磁性颗粒物磁化，而产生削弱电磁磁场强度的反向磁场的问题，实现对电磁磁场强度的精确调控，另一方面能根据所监测的其他状态参量的变化情况，通过闭环反馈系统对制动过程中出现的异常状态进行自动调节，提高制动系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明传感器承载体的结构示意图；

图3为测控系统示意图；

图中：1、制动盘，2、制动钳，3、左背板，4、左励磁线圈，5、温度传感器，6、左摩擦片，7、传感器承载体，71、上盖体，72、支撑板，73、螺栓，8、转速传感器，9、右摩擦片，10、霍尔传感器，11、右背板，12、右励磁线圈，13、活塞罩，14、密封圈，15、压力传感器，16、活塞，17、螺柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，包括磁摩制动系统和测控系统，测控系统包括传感器和计算机；

磁摩制动系统包括制动盘1、制动钳2、左背板3、左摩擦片6、传感器承载体7、右摩擦片9、右背板11、活塞罩13和活塞16，

左背板3、右背板11沿圆周表面一周开设凹槽，背板呈“工”字形状，左励磁线圈4、右励磁线圈12分别缠绕在左背板3、右背板11的凹槽中，左背板3从左表面沿轴向方向至右表面开设通孔，通孔数量为五个，左摩擦片6左侧表面开设深孔，深孔数量为五个，每个深孔内分别设置一个温度传感器5，通孔开设位置与深孔开设位置相对应，左摩擦片6上的深孔轴线与左背板3上相对应的通孔的中心轴线处于同一直线上，温度传感器5的导线从左背板3的通孔引出，其主要目的是通过多点测量获取左摩擦片6不同位置的温度情况，保证监测结果更加准确可靠；左背板3固定于制动钳体2上，左摩擦片6与左背板3连接，且左摩擦片6贴紧制动盘1左侧表面；

右摩擦片9在右侧表面开设深孔，右背板11从其左侧表面沿径向方向至圆周表面开设通槽，在右摩擦片9深孔内设置霍尔传感器10，霍尔传感器10的导线从右背板11的通槽引出，右摩擦片9与右背板11连接，右背板11固定于活塞体16上，活塞体16通过螺柱17与制动钳体2固定；

制动钳体2的进油口侧壁上开设有通孔，开设的通孔由上下两部分组成，上部分是直径较大的深孔，下部分是从深孔底面继续向下开设的直径较小的通孔，从而形成阶梯形状，设置压力传感器15于通孔内，压力传感器15的感应头通过通孔进入进油口；

如图2所示，传感器承载体7由盖体71和支撑板72两部分组成，分别于盖体71和支撑板72表面开设通孔，盖体71通过螺栓73与支撑板72连接，支撑板72焊接于制动钳体2上表面，转速传感器8竖直设置在盖体71和支撑板72之间的空间内部，转速传感器8头部从支撑板72的通孔位置通过，导线从盖体71的通孔引出，同时盖体71能够起到固定和保护转速传感器8的作用；

所有传感器通过导线与单片机输入接口连接，励磁线圈的通电电路及液压油路的控制电路与单片机的输出接口连接，单片机串行口通过数据线连接至计算机扩展接口。

制动钳体2、左背板3、制动盘1和右背板11为导磁性的金属材料，左、右励磁线圈通入电流后产生磁场，旋转的制动盘1切割磁力线形成电涡流制动即电磁制动；左摩擦片6和右摩擦片9为新型导磁性的复合摩擦材料，这样可以利用磁场对摩擦性能及行为的积极影响，降低制动材料的磨损并大大提高摩擦制动的制动性能。

如图3所示，本发明的测控过程为：各传感器分别对磁场强度、温度、转速及制动压力等信号进行采集，后信号经过滤波、放大处理及A/D转换传至单片机，再通过数据线传输至计算机并储存，后计算机对信号进行分析、处理，并在显示界面显示各参数的变化情况；同时，反馈信号经数据线及时输出传至单片机，经过D/A转换、放大及滤波处理后分别传输至励磁线圈的通电电路和液压油路的控制电路，改变通入励磁线圈的电流及油液压力的大小，从而实现调控电磁磁场强度和制动压力的目的。针对制动过程中高速摩擦可能会造成磁性颗粒物磁化，产生与电磁磁场方向相反的磁场，从而削弱磁场强度的情况，霍尔传感器10将实时监测的磁场强度信号传至计算机，计算机将削弱后的信号与设定的磁场强度值比较，求得差值，并按PID算法进行修正，后将反馈信号传输至励磁线圈通电电路，调节励磁线圈两端电压，实现对电磁磁场强度的精确调控。此外，当行车时车速过高，通过反馈系统增大励磁线圈电压从而增大电磁制动的强度，这样在高速情况下充分利用磁场实现制动，降低车速至正常范围；当温度升高异常时，通过信号反馈及时降低油液压力大小从而降低摩擦片与制动盘1间的摩擦强度，使温度值恢复至摩擦片能够承受的范围内；当制动压力过大或波动变化时，通过反馈信号改变油液压力，从而将制动压力调节至正常值；这样通过建立闭环反馈系统，根据制动过程中的异常情况，实现制动系统的自动精确调节，可以进一步提高制动的效能及可靠性。

Claims (9)

1.一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，包括磁摩制动系统和测控系统，其特征在于，测控系统包括传感器和计算机；磁摩制动系统包括制动盘（1）、制动钳（2）、左背板（3）、左摩擦片（6）、传感器承载体（7）、右摩擦片（9）、右背板（11）、活塞罩（13）和活塞（16），左摩擦片（6）和右摩擦片（9）的材质为导磁性的复合摩擦材料；左背板（3）、右背板（11）圆周表面分别缠绕有左励磁线圈（4）、右励磁线圈（12），左背板（3）从左表面沿轴向方向至右表面开设通孔，左摩擦片（6）左侧表面开设深孔，传感器布置于左摩擦片（6）的深孔内，其导线从左背板（3）的通孔引出，左背板（3）固定于制动钳体（2）上，左摩擦片（6）与左背板（3）连接，且左摩擦片（6）贴紧制动盘（1）左侧表面；右摩擦片（9）在右侧表面开设深孔，右背板（11）从其左侧表面沿径向方向至圆周表面开设通槽，传感器布置在右摩擦片（9）深孔内，导线从右背板（11）的通槽引出，右摩擦片（9）与右背板（11）连接，右背板（11）固定于活塞体（16）上，活塞体（16）通过螺柱（17）与制动钳体（2）固定；制动钳体（2）的进油口侧壁上开设有通孔，通孔呈阶梯形状，布置传感器于通孔内；传感器承载体（7）焊接于制动钳体（2）上表面，布置传感器于承载体（7）内；所有传感器与计算机电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，所述的传感器承载体（7）由盖体（71）和支撑板（72）两部分组成，分别于盖体（71）和支撑板（72）表面开设通孔，盖体（71）通过螺栓（73）与支撑板（72）连接，支撑板（72）焊接于制动钳体（2）上表面，传感器设置在盖体（71）和支撑板（72）之间的空间内部。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，设置于所述的左摩擦片（6）深孔内的传感器为温度传感器（5）。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，所述的左摩擦片（6）左侧表面开设的深孔数量为五个，每个深孔内分别设置一个温度传感器（5）。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，所述的左背板（3）、右背板（11）沿圆周表面一周开设凹槽，背板呈“工”字形状，左励磁线圈（4）、右励磁线圈（12）分别缠绕在左背板（3）、右背板（11）的凹槽中。

6.根据权利要求2所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，设置于所述的传感器承载体（7）内的传感器为转速传感器（8）。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，设置于所述的右摩擦片（9）深孔内的传感器为霍尔传感器（10）。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，设置于所述的制动钳体（2）通孔内的传感器为压力传感器（15）。

9.根据权利要求1所述的一种基于磁摩耦合效应的汽车磁摩复合制动器，其特征在于，所述的制动钳体（2）、左背板（3）、制动盘（1）和右背板（11）为导磁性的金属材料。