CN106246765A - 一种双盘式电磁制动器及其在不同工况时的制动方法 - Google Patents

一种双盘式电磁制动器及其在不同工况时的制动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双盘式电磁制动器及其在不同工况时的制动方法，双盘式电磁制动器包括电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成，通过对电磁制动钳总成、电磁缓速盘总成中电磁线圈电流大小的控制，实现摩擦制动与电磁制动的集成制动；电磁制动钳总成提供摩擦制动力、电磁缓速盘总成提供电磁制动力，通过两种制动力在不同路况工况下的组合，实现最优制动，减少不必要的能量损耗。本发明用电磁线圈替代液压气压缸，简化了制动器结构，实现了线控制动；另外，在原有摩擦制动盘的基础上增加了电磁缓速盘，合理配合使用摩擦制动盘和电磁缓速盘，解决单一制动模式下，摩擦制动盘频繁制动导致的“热衰退”现象。

Description

一种双盘式电磁制动器及其在不同工况时的制动方法
技术领域
本发明涉及一种汽车制动装置，特别涉及一种双盘式电磁制动器及其在不同工况时的制动方法。
背景技术
盘式制动器由于稳定性好，结构紧凑，重量轻，维修方便等优点，目前被广泛使用于各种车辆的制动系统中。随着人们对制动性能要求的不断提高，防抱死制动(AntilockBrake System)，牵引力控制系统(Traction Control System)，电子稳定性控制程序(Electronic Stability System)，主动避撞技术(Adaptive Cruise Control)等越来越多的附加机构安装于制动线路上，提高了车辆制动性能的同时，制动系统结构更加复杂，也增加了液压回路泄漏的隐患，提高了装配、维修的难度。
盘式制动器作为一种摩擦制动方式，在频繁制动或者下长坡制动时会引起“热衰退”现象，导致车辆制动性能下降甚至制动失效。因此，在轿车上增加非接触式制动系统来改善车辆制动性能成为一种可能的技术途径。
随着电子，特别是集成电路的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。线控制动(Brake-By-Wine)是未来制动控制系统的发展方向，其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间，给制动系统带来巨大的变革。车辆制动控制技术朝着电制动方向发展的同时，为车辆智能控制提供了条件。线控制动控制因其巨大的优越性，必将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。
因此，目前需要一种既适用于线控制动，又能在一定程度上解决摩擦式制动器“热衰退”现象的盘式制动器方案。
中国专利(CN103807336A)公开了一种汽车电涡流与液压钳盘式制动器，通过安装在车轮万向节处的电涡流制动器装配体及钳盘式制动器装配体，在制动时同时对制动盘产生制动力矩；但是其液压钳盘式的结构未能解决液压制动线路复杂的问题。
中国专利(CN201062644A)公开了一种汽车电磁盘式制动器，通过控制单元直接对制动钳组的电磁线圈进行电流控制，替代了通常的液压制动系统；但是其单盘式的结构方案无法解决传统盘式制动器的“热衰退”问题。
发明内容
本发明提出了一种双盘式电磁制动器及其在不同工况时的制动方法，通过对电磁制动钳总成、电磁缓速盘总成中电磁线圈电流大小的控制，实现摩擦制动与电磁制动的集成制动，使得单一摩擦制动下的“热衰退”现象得以解决，同时实现“线控”制动，以“电”作为制动器的驱动方式。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种双盘式电磁制动器，其特征在于，包括电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成，所述电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成分别通过第一盘毂、第二盘毂固定在传动轴上；
所述电磁制动钳总成包括摩擦制动盘及制动钳总成，所述制动钳总成包括第一制动块、第一电磁线圈、导向柱、复位弹簧、导向套筒、制动块安装架、第二制动块、第二电磁线圈及固定柱，所述摩擦制动盘的上端位于第一制动块、第二制动块之间且留有空隙；
所述制动块安装架包括第一制动块支架、第二制动块支架及中间连接支架，所述中间连接支架的两端分别与第一制动块支架、第二制动块支架的上端连接固定；所述第一制动块支架的下端通过导向套筒连接有第一制动块，所述导向套筒内部设有导向柱，所述导向柱靠近第一制动块支架的一端连接与复位弹簧，所述导向柱的另一端与第一制动块固结，所述导向柱上饶有第一电磁线圈；所述第二制动块支架的下端通过固定柱与第二制动块固结，所述固定柱饶有第二电磁线圈；通过控制第一电磁线圈和第二电磁线圈中的电流来控制第一制动块和第二制动块；
所述电磁缓速盘总成包括电磁缓速盘、励磁线圈支架及n个励磁线圈总成，n为≥4的偶数；所述电磁缓速盘与摩擦制动盘之间的传动轴上通过励磁线圈支架固定有励磁线圈总成，励磁线圈总成靠近电磁缓速盘；
所述励磁线圈总成包括铁芯挡板、铁芯及第三电磁线圈，所述铁芯的两端由铁芯挡板固定，铁芯上饶有第三电磁线圈，通过控制第三电磁线圈中电流来控制磁场。
上述方案中，所述电磁缓速盘、励磁线圈支架及摩擦制动盘均随传动轴做圆周运动。
上述方案中，所述n个励磁线圈总成按圆周分布固定在励磁线圈支架上。
上述方案中，所述电磁制动钳总成提供了摩擦制动力，所述电磁缓速盘总成提供了电磁制动力。
一种双盘式电磁制动器在不同工况时的制动方法，其特征在于，制动分为两个阶段：制动第一阶段以当前车速为基准将车辆的行驶工况划分为高速、中速、低速三种工况，车辆高速运行时，电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成同时工作；车辆中速运行时，电磁缓速盘总成单独工作；车辆低速运行时，电磁制动钳总成单独工作；根据制动第一阶段反馈的制动力大小情况，制动第二阶段分为制动力偏大、制动力合适、制动力偏小三种工况，制动力偏大时，电磁缓速盘总成单独工作；制动力合适时，保持电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成工作状态不变；制动力偏小时，电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成同时工作；直至满足驾驶员的制动需求。
本发明的有益效果：本发明述及的制动器，包括电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成两个部分；电磁制动钳总成中，通过控制第一电磁线圈、第二电磁线圈中的电流来控制第一制动块及第二制动块，电磁制动钳总成提供摩擦制动力；电磁缓速盘总成中，通过控制第三电磁线圈中的电流来控制磁场，电磁缓速盘总成提供电磁制动力；通过两种制动力在不同路况工况下的组合，实现最优制动，减少不必要的能量损耗。本发明利用电磁线圈替代液压气压缸，简化了制动器结构，实现了线控制动；通过在原有摩擦制动盘的基础上，增加电磁缓速盘，通过双盘式的结构，解决单一制动模式下，摩擦制动盘频繁制动导致的“热衰退”现象。
附图说明
图1为本发明双盘式电磁制动器的结构示意图；
图2为本发明电磁制动钳总成的结构示意图；
图3本发明电磁缓速盘总成的结构示意图；
图4为双盘式电磁制动器的轴测图；
图5为电磁缓速盘总成制动力产生原理示意图；
图6为采用双盘式制动器制动时的流程图；
图7为逻辑控制器的逻辑控制图。
其中：1-第一制动块，2-第一电磁线圈，3-导向柱，4-复位弹簧，5-导向套筒，6-第一制动块支架，7-中间连接支架，8-第二制动块，9-第二电磁线圈，10-第二制动块支架，11-固定柱，12-电磁缓速盘，13-第二盘毂，14-传动轴，15-铁芯挡板，16-铁芯，17-第三电磁线圈，18-励磁线圈支架，19-摩擦制动盘，20-第一盘毂。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，双盘式电磁制动器包括磁制动钳总成和电磁缓速盘总成，电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成分别通过第一盘毂20、第二盘毂13固定在传动轴14上，电磁制动钳总成提供了摩擦制动力，电磁缓速盘总成提供了电磁制动力。
如图2所示，电磁制动钳总成包括摩擦制动盘19及制动钳总成，制动钳总成包括第一制动块1、第一电磁线圈2、导向柱3、复位弹簧4、导向套筒5、制动块安装架、第二制动块8、第二电磁线圈9及固定柱11，摩擦制动盘19的上端位于第一制动块1、第二制动块8之间且留有空隙；制动块安装架包括第一制动块支架6、第二制动块支架10及中间连接支架7，述中间连接支架7的两端分别与第一制动块支架6、第二制动块支架10的上端连接固定；第一制动块支架6的下端通过导向套筒5连接有第一制动块1，导向套筒5内部设有导向柱3；导向柱3靠近第一制动块支架6的一端连接与复位弹簧4，在非制动状态下，复位弹簧4处于收缩状态；导向柱3的另一端与第一制动块1固结，导向柱3上饶有第一电磁线圈2；第二制动块支架10的下端通过固定柱11与第二制动块8固结，固定柱11饶有第二电磁线圈9。
如图3所示，电磁缓速盘总成包括电磁缓速盘12、励磁线圈支架18及6个励磁线圈总成，电磁缓速盘12与摩擦制动盘19之间的传动轴14上通过励磁线圈支架18固定有6个励磁线圈总成，6个励磁线圈总成按圆周分布固定在励磁线圈支架18上(图4)；6个励磁线圈总成靠近电磁缓速盘12，中间留有气隙；励磁线圈总成包括铁芯挡板15、铁芯16及第三电磁线圈17，铁芯16的两端由铁芯挡板15固定，铁芯16上饶有第三电磁线圈17。
电磁缓速盘12、励磁线圈支架18及摩擦制动盘19均随传动轴14做圆周运动。
通过控制第一电磁线圈2和第二电磁线圈9中电流的通断可以实现第一制动块1和第二制动块8的相互吸引和分离，通过控制第一电磁线圈2和第二电磁线圈9中电流的大小可以实现第一制动块1和第二制动块8对摩擦制动盘19的摩擦制动力大小的调节；第一电磁线圈2和第二电磁线圈9的绕组数目和电线直径根据实际制动力需求进行计算得出。制动时，第一电磁线圈2和第二电磁线圈9通电相互吸引，第一制动块1和第二制动块8压向摩擦制动盘19的表面，提供了摩擦制动力；制动结束后，第一电磁线圈2和第二电磁线圈9断电，在复位弹簧4的作用下，第一制动块1和第二制动块8各自恢复至初始位置，即摩擦制动盘19松闸。
通过控制第三电磁线圈17中电流的得失，实现绕第三电磁线圈17磁场的形成与消失，使电磁缓速盘12产生电磁感应现象；第三电磁线圈16的绕组数量、铁芯17的尺寸及励磁线圈总成与电磁缓速盘12中间的气隙大小根据实际制动力需求进行计算得出。制动时，第三电磁线圈16通电，在电磁线圈周围形成磁场，磁场中分布有磁感线，电磁缓速盘12处于磁场中，假设随传动轴14的运动方向为如图5所示的逆时针方向，电磁缓速盘12切割磁感线，在电磁缓速盘12内产生感应电动势，形成涡电流，从而在电磁缓速盘12内产生如图5所示的顺时针的制动力(阻力)，同时，涡电流产生的热功率产生热量，消耗了电磁缓速盘12内的部分动能(涡流损耗原理)，提供电磁制动力。制动结束后，第三电磁线圈16断电，磁场消失，电磁缓速盘12不再产生电磁制动力。
一种双盘式电磁制动器的工作过程为：
制动开始前，摩擦制动盘19与第一盘毂20、电磁缓速盘12与第二盘毂13分别随传动轴14一同做圆周运动。制动开始后，供电系统通过供电线路对第一电磁线圈2、第二电磁线圈9与第三磁线圈17通电；通电后的电磁线圈周围产生磁场，第一电磁线圈2与第二电磁线圈9相互吸引，在吸引力的作用下，第一电磁线圈2与导向柱3拉伸复位弹簧4，沿导向套筒5推动第一制动块1与摩擦制动盘19一起压向第二制动块8，实现压紧制动，压紧力的大小通过控制电流大小的变化实现。根据电磁感应原理：导体在磁场中运动时，导体中就会产生感应电动势，从而在导体内部就会产生感应涡电流，并形成与运动方向相反的力；此时，电磁缓速盘12相当于运动导体，在第三磁线圈17形成的磁场中运动，假设随传动轴14的运动方向为如图5所示的逆时针方向，电磁缓速盘12切割磁感线，在电磁缓速盘12内产生感应电动势，形成涡电流，从而在电磁缓速盘12内产生如图5所示的顺时针的电磁制动力Fp'(阻力)，同时，涡电流形成的热功率产生热量，消耗了电磁缓速盘12内的部分动能，起到了减速制动的作用。制动完成后，供电系统停止通电，第一电磁线圈2与第二电磁线圈9失去相互吸引力，在复位弹簧4的作用下，磁场消失，第一电磁线圈2与导向柱3沿导向套筒5带动第一制动块1回到初始位置，第一制动块1、第二制动块8均与摩擦制动盘19分离，同时，电磁缓速盘12不再产生电磁制动力，制动结束。
下面结合图6简要说明一种双盘式电磁制动器在不同工况时的制动方法：
车辆高速运行时，电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成同时工作；车辆中速运行时，电磁缓速盘总成单独工作；车辆低速运行时，电磁制动钳总成单独工作。
驾驶员在驾驶车辆过程中遇到路况需要减速制动时，踩下制动踏板，产生制动信号；制动信号通过线控路线传送给逻辑控制器，逻辑控制器的控制逻辑图如图7所示。
接收到制动信号的逻辑控制器即进入工作状态(制动状态)，进入制动第一阶段；逻辑控制器通过车辆上的车速传感器采集车速信号，根据采集到的不同车速信号，将车辆的行驶工况分为高速、中速、低速运行三种不同的工况，同时这三种工况又对应三种不同的的制动模式：
工况一：高速工况，制动模式为摩擦制动与电磁制动，即同时对电磁制动钳总成的第一电磁线圈2、第二电磁线圈9与电磁缓速盘总成的第三电磁线圈17提供电流；
工况二：中速工况，制动模式为电磁制动，即不对电磁制动钳总成中的第一电磁线圈电流2、第二电磁线圈9提供电流，只对电磁缓速盘总成中的第三电磁线圈17提供电流；
工况三：低速工况，制动模式为摩擦制动，即不对电磁缓速盘总成中的第三电磁线圈17提供电流，只对电磁制动钳总成中的第一电磁线圈电流2、第二电磁线圈9提供电流。
三种工况下供给电流的大小根据实时车速的大小及制动模式所决定；同时，逻辑控制器通过实时的车速采集，在不改变制动模式的情况下，实时调节供给电流的大小，制动第一阶段结束。
此时，逻辑控制器进入制动第二阶段；逻辑控制器通过第一电磁线圈电流2、第二电磁线圈9、第三电磁线圈17上的电流传感器采集电流信号，通过电流信号计算电磁制动钳总成提供的法向压力(摩擦制动力)Fp，电磁缓速盘总成提供的电磁制动力Fp'；逻辑控制器通过车轮上的轮速传感器采集轮速信号，通过轮速信号计算车轮滑移率。
逻辑控制器以车轮最佳滑移率范围作为指标，将制动第一阶段结束后反馈的制动情况分为制动力偏大，制动力合适和制动力偏小三种工况，同时采取不同的制动措施：
工况一：制动力偏大，切断电磁制动钳总成中的第一电磁线圈电流2、第二电磁线圈9电流，只对电磁缓速盘总成中的第三电磁线圈17提供电流，即让电磁制动单独工作，减小制动力大小；
工况二：制动力合适，保持电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成工作状态不变；
工况三：制动力偏小，同时对电磁制动钳总成的第一电磁线圈2，第二电磁线圈9与电磁缓速盘总成的第三电磁线圈17提供电流，即同时启用摩擦制动和电磁制动，提高制动力大小。
直至车辆达到驾驶员制动减速的意图，制动第二阶段结束。
图7中车速v的范围(v2,v1)，车轮滑移率s的理想范围(s2,s1)通过实际制动情况需求进行实验计算得出。
以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明保护。

Claims (5)

1.一种双盘式电磁制动器，其特征在于，包括电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成，所述电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成分别通过第一盘毂（20）、第二盘毂（13）固定在传动轴（14）上；
所述电磁制动钳总成包括摩擦制动盘（19）及制动钳总成，所述制动钳总成包括第一制动块（1）、第一电磁线圈（2）、导向柱（3）、复位弹簧（4）、导向套筒（5）、制动块安装架、第二制动块（8）、第二电磁线圈（9）及固定柱（11），所述摩擦制动盘（19）的上端位于第一制动块（1）、第二制动块（8）之间且留有空隙；
所述制动块安装架包括第一制动块支架（6）、第二制动块支架（10）及中间连接支架（7），所述中间连接支架（7）的两端分别与第一制动块支架（6）、第二制动块支架（10）的上端连接固定；所述第一制动块支架（6）的下端通过导向套筒（5）连接有第一制动块（1），所述导向套筒（5）内部设有导向柱（3），所述导向柱（3）靠近第一制动块支架（6）的一端连接与复位弹簧（4），所述导向柱（3）的另一端与第一制动块（1）固结，所述导向柱（3）上饶有第一电磁线圈（2）；所述第二制动块支架（10）的下端通过固定柱（11）与第二制动块（8）固结，所述固定柱（11）饶有第二电磁线圈（9）；通过控制第一电磁线圈（2）和第二电磁线圈（9）中的电流来控制第一制动块（1）和第二制动块（8）；
所述电磁缓速盘总成包括电磁缓速盘（12）、励磁线圈支架（18）及n个励磁线圈总成，n为≥4的偶数；所述电磁缓速盘（12）与摩擦制动盘（19）之间的传动轴（14）上通过励磁线圈支架（18）固定有励磁线圈总成，励磁线圈总成靠近电磁缓速盘（12）；
所述励磁线圈总成包括铁芯挡板（15）、铁芯（16）及第三电磁线圈（17），所述铁芯（16）的两端由铁芯挡板（15）固定，铁芯（16）上饶有第三电磁线圈（17），通过控制第三电磁线圈（17）中电流来控制磁场。
2.根据权利要求1所述的一种双盘式电磁制动器，其特征在于，所述电磁缓速盘（12）、励磁线圈支架（18）及摩擦制动盘（19）均随传动轴（14）做圆周运动。
3.根据权利要求1所述的一种双盘式电磁制动器，其特征在于，所述n个励磁线圈总成按圆周分布固定在励磁线圈支架（18）上。
4.根据权利要求1所述的一种双盘式电磁制动器，其特征在于，所述电磁制动钳总成提供了摩擦制动力，所述电磁缓速盘总成提供了电磁制动力。
5.一种双盘式电磁制动器在不同工况时的制动方法，其特征在于，制动分为两个阶段：制动第一阶段以当前车速为基准将车辆的行驶工况划分为高速、中速、低速三种工况，车辆高速运行时，电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成同时工作；车辆中速运行时，电磁缓速盘总成单独工作；车辆低速运行时，电磁制动钳总成单独工作；根据制动第一阶段反馈的制动力大小情况，制动第二阶段分为制动力偏大、制动力合适、制动力偏小三种工况，制动力偏大时，电磁缓速盘总成单独工作；制动力合适时，保持电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成工作状态不变；制动力偏小时，电磁制动钳总成和电磁缓速盘总成同时工作；直至满足驾驶员的制动需求。
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