CN105599748B - 一种电磁与摩擦串联式集成制动系统及制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于车辆的电磁与摩擦串联式集成制动系统及制动方法，电磁线圈一端接电压调节器输出端，另一端接电源负极，电压调节器输入端经开关连接电源正极；制动油管旁接联接油管一端，联接油管另一端中嵌有滑动活塞，在滑动活塞外端开有轴向的开关弹簧活动槽和调节弹簧活动槽，开关弹簧活动槽中置放开关弹簧，调节弹簧活动槽中置放调节弹簧，调节弹簧的长度小于开关弹簧的长度；滑动活塞在露出联接油管之外的侧壁固定连接开关控制杆和电压调节杆的一端，开关控制杆的另一端连接开关，电压调节杆的另一端连接电压调节器，通过控制摩擦制动管路压力来间接控制电磁制动器工作。

Description

一种电磁与摩擦串联式集成制动系统及制动方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的制动系统，特别是指一种电磁制动系统与摩擦制动系统的集成制动系统。

背景技术

目前轿车上安装的制动器几乎全是摩擦制动器，其中以盘式摩擦制动器居多，其工作过程为：驾驶员踩下制动踏板，通过制动主缸提高油路压力，液压油路传递制动踏板力，在高压油作用下，制动钳体内的活塞推动摩擦块压向制动盘，从而产生摩擦力矩来进行制动。这种制动技术中制动力矩的来源只有一个，即摩擦块与摩擦盘挤压产生的制动力矩。汽车频繁地制动，摩擦块就要频繁地挤压摩擦盘，这个过程会产生大量有害粉尘和制动噪音，同时摩擦块磨损的也很快，寿命短，维护成本高。在需要频繁制动的城市道路上行驶或者在长下坡行驶时，制动器温升较大，有时会产生“制动热失效”现象，影响汽车安全行驶。另外这种技术方案仅通过液压油路来传递制动踏板力，存在响应迟滞、控制精度低等缺点，在紧急制动时不能满足迅速提高汽车制动力的要求。

根据电磁感应原理设计的电磁制动器，属于非接触式制动，可以有效解决摩擦制动器的制动粉尘、制动噪音和紧急制动响应速度等问题。现有技术中，中国专利申请号为201210131074.X、名称为“一种双盘片结构的摩擦与电磁集成制动器”所公开的方案中采用两个制动盘，第一制动盘用于摩擦制动，第二制动盘用于电磁制动。中国专利申请号为201310626552.9、名称为“一种车用电磁制动与摩擦制动集成制动系统”所公开的方案中，在制动盘面部分区域布置电磁制动线圈。这两种集成制动技术方案仅仅简单地将电磁制动与摩擦制动组合到一起，它们分别作为两个独立的制动系统，分别控制，各自工作，即电磁制动力的大小和摩擦制动力的大小互不相干。这带来一个控制复杂问题，即电磁制动力与摩擦制动力不能够很好地配合，适应不同车速不同制动强度的制动工况；电磁制动控制需要额外的电子控制系统，增加了制动系统成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电磁制动与摩擦制动相互关联、紧密联系的电磁与摩擦串联式集成制动系统，电磁制动力矩根据摩擦制动力矩的大小而变化，两者能够很好地配合，从而可使电磁制动控制无需增加电子控制器就工作在摩擦制动单独作用模式和电磁制动、摩擦制动联合作用模式。同时，本发明还提供了该集成制动系统的制动方法，电磁制动力矩可以根据总制动力矩的需要自动增大、减小，使集成制动控制非常简单，且可以大幅降低制动系统成本。

本发明一种电磁与摩擦串联式集成制动系统采用的技术方案是：包括液压式摩擦制动模块和电磁制动模块，所述液压式摩擦制动模块包括制动踏板、制动主缸、制动油管和摩擦制动器，制动踏板通过连接杆连接制动主缸，制动主缸经制动油管连接摩擦制动器；所述电磁制动模块包括电源和电磁线圈，电磁线圈一端接电压调节器输出端，另一端接电源负极，电压调节器输入端经开关连接电源正极；制动油管旁接联接油管一端，联接油管另一端中嵌有与其密封且可在其中沿轴向来回滑动的滑动活塞，滑动活塞外端露出于联接油管之外，在滑动活塞外端开有轴向的开关弹簧活动槽和调节弹簧活动槽，开关弹簧活动槽中置放开关弹簧，调节弹簧活动槽中置放调节弹簧，调节弹簧的长度小于开关弹簧的长度，开关弹簧和调节弹簧的内端均为自由端、外端伸出于对应的开关弹簧活动槽和调节弹簧活动槽之外且均固定连接弹簧座；滑动活塞在露出联接油管之外的侧壁固定连接开关控制杆和电压调节杆的一端，开关控制杆的另一端连接开关，电压调节杆的另一端连接电压调节器，开关控制杆靠近滑动活塞外端，电压调节杆靠近弹簧座。

本发明一种电磁与摩擦串联式集成制动系统的制动方法采用的技术方案是具有以下步骤：

A、踩下制动踏板，联接油管内的制动油产生的压力克服开关弹簧的弹簧力，推动滑动活塞向外端滑动，开关控制杆在滑动活塞的带动下使开关闭合，使电磁制动模块电路中通入电流；

B、继续踩下制动踏板，联接油管内的制动油压力进一步升高，推动滑动活塞克服调节弹簧的弹簧力继续滑动，电压调节杆在滑动活塞的带动下使电磁线圈的两端电压升高，电磁制动力矩增大。

进一步地，当制动油管内的制动油压力不能够克服开关弹簧的弹簧力时，滑动活塞不移动，即开关控制杆不能使开关闭合，电磁制动模块不工作，摩擦制动工作。

进一步地，步骤B中，当滑动活塞不能克服调节弹簧的弹簧力时，电压调节杆在滑动活塞的带动下不能使电磁线圈两端的电压升高，电磁制动力矩两端电压小，电磁制动力矩小。

本发明采用上述技术方案后具有以下技术效果：

1、本发明中的电磁制动模块和摩擦制动模块通过联接模块部件紧密联系在一起，通过控制摩擦制动管路压力来间接控制电磁制动器工作，解决了现有的集成制动系统中电磁制动与摩擦制动独立工作、协调控制复杂、不能有效区分不同制动工况下制动模式响应以及模式切换过程制动力突变、给系统带来不稳定因素等问题。

2、本发明中，控制电磁制动模块工作仅需作为促动部件的联接模块以及电压调节器，结构简单，零部件少，控制方便，成本低，非常适用于在局部道路环境中行驶的对制动力矩无需精确控制的专用车辆。

3、针对不同车型对制动力矩的需求，本发明可以通过更换其中的开关弹簧来调节开启电磁制动的条件，更换其中的调节弹簧来改变电磁线圈两端电压调节方式。要求在较大制动力矩条件下启动电磁制动的，采用较大弹性模量的开关弹簧，要求在较小制动力矩条件下启动摩擦制动的，采用较小弹性模量的开关弹簧。这种集成制动系统适应性好，很灵活，调节方式简单易行。

4、如果需要改变总制动力矩在电磁制动和摩擦制动之间的分配比例，只需要调节电压调节器中两个电阻R1和R2的阻值关系。可以简单方便地设定适应不同车型的电阻R1和R2阻值最佳比例关系。

附图说明

图1是本发明一种电磁与摩擦串联式集成制动系统的结构布置示意图；

图2是图1中联接器油管5和电压调节器15之间联接模块的局部放大图；

图3是图2中电压调节器15的结构原理图；

图4是图2在启动电磁制动模块时的状态图。

附图标记说明：1、制动踏板；2、助力器；3、制动主缸；4、制动油管；5、联接油管；6、滑动活塞；7、开关弹簧活动槽；8、调节弹簧活动槽；9、开关弹簧；10、调节弹簧；11、弹簧座；12、开关控制杆；13、电压调节杆；14、开关；15、电压调节器；16、电源；17、断路器；18、电磁线圈；19、铁芯；20、制动盘；21、摩擦制动器；22、活塞限位凸块；R1、可机械调节阻值的电阻；R2、固定阻值的电阻。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明所述的一种电磁与摩擦串联式集成制动系统由液压式摩擦制动模块、电磁制动模块和联接模块组成，在摩擦制动模块和电磁制动模块之间连接联接模块，联接模块一端联接摩擦制动模块，另一端联接电磁制动模块。

液压式摩擦制动模块是传统的液压式摩擦制动器结构，包括制动踏板1、制动传力部件和摩擦制动器21。制动踏板1是制动力生成部件，摩擦制动器21是制动力执行部件，在制动踏板1和摩擦制动器21连接制动传力部件。制动传力部件包括助力器2、制动主缸3和制动油管4，制动踏板1与制动传力部件之间通过连接杆连接，连接杆一端连制动踏板1，另一端连制动主缸3的输入轴，助力器2套在所述连接杆上，制动主缸3另一端连接制动油管4一端，制动油管4另一端连接摩擦制动器21，即制动主缸3经制动油管4连接摩擦制动器21。

电磁制动模块包括电源16、电压调节器15和电磁制动器定子，在电源16与电压调节器15之间设有开关14。电磁制动器定子包括电磁线圈18和铁芯19，电磁线圈18缠绕在铁芯19上，电磁线圈18一端接电压调节器15的输出端，另一端接电源16负极，电压调节器15的输入端经一个开关14连接电源16正极，开关14用于控制电磁制动电路接通和断开。在电源16负极和电磁线圈18输出端之间还串接断路器17，以限制电路最大电流，保护电路。

联接模块由联接油管5、滑动活塞6、开关弹簧9、调节弹簧10和弹簧座11组成，联接油管5一端旁接于液压式摩擦制动模块中的制动油管4上，与制动油管4相连相通，联接油管5的另一端中嵌有滑动活塞6，滑动活塞6与联接油管5的中心轴共线，滑动活塞6外壁与联接油管5内壁之间密封，并且滑动活塞6可在联接油管5中沿轴向来回滑动。滑动活塞6的内端位于联接油管5内部，滑动活塞6的外端露出于联接油管5之外。在滑动活塞6外端开有两个轴向的槽孔，分别为：开关弹簧活动槽7和调节弹簧活动槽8，在开关弹簧活动槽7中置放开关弹簧9，在调节弹簧活动槽8中置放调节弹簧10，开关弹簧9的内端为自由端，压靠在开关弹簧活动槽7的槽底部，开关弹簧9的外端伸出于开关弹簧活动槽7之外，并且固定焊接在弹簧座11上。调节弹簧10的外端伸出于调节弹簧活动槽8之外，调节弹簧10的外端也固定焊接在弹簧座11上，调节弹簧10内端为自由端，位于调节弹簧活动槽8内部，并且调节弹簧10的长度小于开关弹簧9的长度。弹簧座11位于滑动活塞6的轴向旁侧，靠近滑动活塞6外端，将弹簧座11固定在车架上。

滑动活塞6在露出联接油管5之外这部分的侧壁上设有活塞限位凸块22，限制滑动活塞6向联接器油管5内部运动。且滑动活塞6在露出联接油管5之外这部分的侧壁上还固接开关控制杆12和电压调节杆13的一端，开关控制杆12另一端连接开关14，电压调节杆13另一端连接电压调节器15。在轴向上，开关控制杆12和电压调节杆13均位于活塞限位凸块22和弹簧座11之间，但开关控制杆12靠近滑动活塞6外端，远离弹簧座11，电压调节杆13远离滑动活塞6外端，靠近弹簧座11。

参见图3，电压调节器15是由一个固定阻值的电阻R2和可机械调节阻值的电阻R1组成，电阻R2一端a端和开关14连接，另一端b端同时与电阻R1和电磁线圈18的输入端连接；电阻R1另一端c端和电磁线圈18输出端连接，电阻R1的机械调节部分即为电压调节杆13。

本发明电磁与摩擦串联式集成制动系统在制动时，由驾驶员踩下制动踏板1，使液压式摩擦制动模块中的制动油管4内油压升高，进而促动摩擦制动器21工作。制动油管4内的油压上升到一定值后促动电磁制动模块工作。制动油管4内的油压使联接油管5内制动油产生的压力克服开关弹簧9的弹簧力，推动滑动活塞6向联接油管5另一端即滑动活塞6的外端滑动，开关控制杆12在滑动活塞6的带动下使开关14闭合，使电磁制动模块电路中通入电流。继续踩制动踏板1，联接油管5内制动油压力进一步升高，推动滑动活塞6克服调节弹簧10的弹簧力继续滑动，电压调节杆13在滑动活塞6的带动下调节电阻R1的阻值，使电磁线圈18的两端电压升高，电磁制动力矩增大。

针对不同车型对制动力矩的需求，可以通过更换开关弹簧9来调节开启电磁制动的条件，更换调节弹簧10来改变电磁线圈18两端电压调节方式。当要求在较大制动力矩条件下启动电磁制动模块时，采用较大弹性模量的开关弹簧9，反之，要求在较小制动力矩条件下启动摩擦制动的，采用较小弹性模量的开关弹簧9。

当汽车低速制动或驾驶员踩制动踏板1幅度小，制动油管4内的制动油压力升高幅度不大，不能够克服开关弹簧9的弹簧力，滑动活塞6不移动，即开关控制杆12不能使开关14闭合，电磁制动模块不工作，只有摩擦制动工作。联接模块的状态如图2所示。

如图4所示，当驾驶员踩下制动踏1幅度大，制动油管4内的制动油压力升高幅度大，先克服开关弹簧9的弹簧力，推动滑动活塞6向外端移动，开关控制杆12在滑动活塞6的带动下使开关14闭合，电磁制动模块电路接通，开始工作。但滑动活塞6不能克服调节弹簧10的弹簧力，无法进一步推动滑动活塞6移动，此时电压调节杆13在滑动活塞6的带动下，虽有移动，但不能增大可变电阻R1的阻值，即不能使电磁线圈18两端的电压升高，即电磁制动力矩两端电压太小，电磁制动力矩很小。若驾驶员继续踩制动踏板1，制动油管4内的制动油压力进一步升高，克服调节弹簧10的弹簧力，进一步推动滑动活塞6向外端移动，电压调节杆13在滑动活塞6的带动下，调节可变电阻R1的阻值，增大电阻R1的阻值，使电磁线圈18两端的电压升高，即电磁制动力矩增大，如此摩擦制动力矩和电磁制动力矩均增大，即总制动力矩增大。

当滑动活塞6移动到其外端面和弹簧座11接触时，到达了极限位置，此时电磁线圈18两端电压达到极限最大值，电磁制动力矩到达极限最大值。

当驾驶员回撤制动踏板1时，制动油管4内制动油压力降低，滑动活塞6向联接器油管5内移动，带动电压调节杆13减小电阻R1的阻值，即减小电磁线圈18两端电压，降低电磁制动力矩；制动油管4内制动油压力进一步降低，滑动活塞6进一步向联接器油管5内移动，带动开关控制杆12断开开关14，即断开电磁制动线路，电磁制动退出工作；直至制动踏板1回到初始位置，摩擦制动也退出工作。

Claims (9)

1.一种电磁与摩擦串联式集成制动系统，包括液压式摩擦制动模块和电磁制动模块，所述液压式摩擦制动模块包括制动踏板（1）、制动主缸（3）、制动油管（4）和摩擦制动器（21），制动踏板（1）通过连接杆连接制动主缸（3），制动主缸（3）经制动油管（4）连接摩擦制动器（21）；所述电磁制动模块包括电源（16）和电磁线圈（18），其特征是：电磁线圈（18）一端接电压调节器（15）输出端，另一端接电源（16）负极，电压调节器（15）输入端经开关（14）连接电源（16）正极；制动油管（4）旁接联接油管（5）一端，联接油管（5）另一端中嵌有与其密封且可在其中沿轴向来回滑动的滑动活塞（6），滑动活塞（6）外端露出于联接油管（5）之外，在滑动活塞（6）外端开有轴向的开关弹簧活动槽（7）和调节弹簧活动槽（8），开关弹簧活动槽（7）中置放开关弹簧（9），调节弹簧活动槽（8）中置放调节弹簧（10），调节弹簧（10）的长度小于开关弹簧（9）的长度，开关弹簧（9）和调节弹簧（10）的内端均为自由端、外端伸出于对应的开关弹簧活动槽（7）和调节弹簧活动槽（8）之外且均固定连接弹簧座（11）；滑动活塞（6）在露出联接油管（5）之外的侧壁固定连接开关控制杆（12）和电压调节杆（13）的一端，开关控制杆（12）的另一端连接开关（14），电压调节杆（13）的另一端连接电压调节器（15），开关控制杆（12）远离弹簧座（11），电压调节杆（13）靠近弹簧座（11）。

2.根据权利要求1所述一种电磁与摩擦串联式集成制动系统，其特征是：电压调节器（15）是由一个固定阻值的电阻R2和可机械调节阻值的电阻R1组成，电阻R2一端和开关（14）连接、另一端同时与电阻R1和电磁线圈（18）的输入端连接；电阻R1另一端和电磁线圈（18）输出端连接，电阻R1的阻值由电压调节杆（13）调节。

3.根据权利要求1所述一种电磁与摩擦串联式集成制动系统，其特征是：滑动活塞（6）在露出联接油管（5）之外的侧壁上设有活塞限位凸块（22），所述开关控制杆（12）和电压调节杆（13）位于活塞限位凸块（22）和弹簧座（11）之间。

4.根据权利要求1所述一种电磁与摩擦串联式集成制动系统，其特征是：电源（16）负极和电磁线圈（18）之间串接断路器（17）。

5.一种如权利要求1所述电磁与摩擦串联式集成制动系统的制动方法，其特征是包括以下步骤：

A、踩下制动踏板（1），联接油管（5）内的制动油产生的压力克服开关弹簧（9）的弹簧力，推动滑动活塞（6）向外端滑动，开关控制杆（12）在滑动活塞（6）的带动下使开关（14）闭合，使电磁制动模块电路中通入电流；

B、继续踩下制动踏板（1），联接油管（5）内的制动油压力进一步升高，推动滑动活塞（6）克服调节弹簧（10）的弹簧力继续滑动，电压调节杆（13）在滑动活塞（6）的带动下使电磁线圈（18）的两端电压升高，电磁制动力矩增大。

6.根据权利要求5所述的制动方法，其特征是：步骤A中，当制动油管（4）内的制动油压力不能够克服开关弹簧（9）的弹簧力时，滑动活塞（6）不移动，即开关控制杆（12）不能使开关（14）闭合，电磁制动模块不工作，摩擦制动工作。

7.根据权利要求5所述的制动方法，其特征是：步骤B中，当滑动活塞（6）不能克服调节弹簧（10）的弹簧力时，电压调节杆（13）在滑动活塞（6）的带动下不能使电磁线圈（18）两端的电压升高，电磁制动力矩两端电压小，电磁制动力矩小。

8.根据权利要求5所述的制动方法，其特征是：步骤B中，当滑动活塞（6）移动到其外端面和弹簧座（11）接触时，电磁线圈（18）两端电压达到最大极限值，电磁制动力矩到达最大极限值。

9.根据权利要求5所述的制动方法，其特征是：当要求在较大制动力矩条件下启动电磁制动模块时，采用较大弹性模量的开关弹簧（9），反之，采用较小弹性模量的开关弹簧（9）。