CN106321694A

CN106321694A - 一种鼓式制动器自动冷却系统

Info

Publication number: CN106321694A
Application number: CN201610873535.9A
Authority: CN
Inventors: 韩毅; 方海洋; 蒋凡; 宋京; 薛诺诺
Original assignee: Zhangjiagang Automotive Engineering Research Institute Chang'an University
Current assignee: Zhangjiagang Automotive Engineering Research Institute Chang'an University
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: CN106321694B

Abstract

本发明涉及一种鼓式制动器自动冷却系统，包括：热敏电阻，用于探测制动器内刹车片的温度；比较器TL431，热敏电阻RV的温度高于预设值时比较器TL431导通；热敏电阻的温度低于预设值时比较器TL431关断；PWM方波发生器NE555：比较器TL431输出的导通信号触发PWM方波发生器NE555工作，输出方波信号；场效应管Q3：根据PWM方波发生器NE555的方波信号接通或断开水泵；储水罐的出水口连接水泵的进水口，水泵的出水口通过管道连接至制动器并在制动器处设置与管道连接的喷头。本发明的冷却系统的开启与调速均依靠热敏电阻阻值的变化进行自动冷却，减少了司机的手动参与，提高了行驶安全性。

Description

一种鼓式制动器自动冷却系统

技术领域

本发明涉及鼓式制动器冷却技术领域，尤其是一种鼓式制动器自动冷却系统。

背景技术

近年来，我国汽车保有量迅速增加，大量运力资源涌入市场在很大程度上给生产提供了舒适便利。但是，我国交通事故发生率居高不下，尤其对于那些经常行驶在山区地带的大型客车和大型货车，它们的制动器大多数以鼓式制动器为主，该类制动器结构封闭，散热性差。在长、大下坡过程中，司机频繁使用制动器，导致制动器迅速升温，制动效能发生热衰退，容易发生重大交通事故。传统的冷却淋水系统需要靠司机凭主观经验来确定起始冷却时机，并且需要手动启动淋水装置，存在着冷却时机选择不科学，司机注意力不集中的不安全因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种鼓式制动器自动冷却系统，可进行自动冷却，减少了司机的手动参与。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种鼓式制动器自动冷却系统，包括：

热敏电阻，用于探测制动器内刹车片的温度，安装于制动器的刹车片上；

比较器TL431，热敏电阻RV的温度高于预设值时比较器TL431导通；热敏电阻的温度低于预设值时比较器TL431关断；

PWM方波发生器NE555：比较器TL431输出的导通信号触发PWM方波发生器NE555工作，输出方波信号；

场效应管Q3：根据PWM方波发生器NE555的方波信号接通或断开水泵；

储水罐：用于容纳冷却水；

所述储水罐设有进水口、进气口、出水口，所述储水罐的出水口连接水泵的进水口，所述水泵的出水口通过管道连接至制动器并在制动器处设置与管道连接的喷头。

所述制动器包括前制动器、后制动器，所述前制动器包括前左制动器、前右制动器，所述后制动器包括后左制动器、后右制动器；

所述鼓式制动器自动冷却系统包括：

第一热电偶温度计：用于测量冷却水的温度T1，安装在储水罐内；

第二热电偶温度计：用于测量前制动器的温度T_前，安装在前左制动器或前右制动器处；

第三热电偶温度计：用于测量后制动器的温度T_后，安装在后左制动器或后右制动器处；

所述鼓式制动器自动冷却系统包括：

第一电磁可调比例三通阀、第二电磁三通阀、第三电磁三通阀；

所述第一电磁可调比例三通阀的进水口与水泵的出水口连接，所述第一电磁可调比例三通阀两侧的出水口分别与第二电磁三通阀的进水口、第三电磁三通阀的进水口连接，所述第二电磁三通阀两侧的出水口分别与前左制动器、前右制动器内设有的喷头连接，所述第三电磁三通阀两侧的出水口分别与后左制动器、后右制动器内设有的喷头连接；

进一步地，控制器与第一电磁可调比例三通阀、第二电磁三通阀、第三电磁三通阀电连接，控制器与第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计电连接。

控制器根据冷却水的温度T1、前制动器的温度T_前、后制动器的温度T_后计算前制动器、后制动器所需水量进而调节第一电磁可调比例三通阀的前后比例。

进一步地，所述储水罐内设有缺水报警模块，所述缺水报警模块串联蜂鸣器及报警灯，所述缺水报警模块在储水罐内液面低于警戒线时导通，使得蜂鸣器及报警灯导通工作。

进一步地，所述储水罐的出水口与水泵的进水口之间连接有集滤器，所述水泵的出水口通过限压阀连接回流管道回至储水罐内。

本发明的有益效果是：本发明的冷却系统的开启与调速均依靠热敏电阻阻值的变化进行自动冷却，减少了司机的手动参与，提高了行驶安全性。另外第一电磁可调比例三通阀、第二电磁三通阀、第三电磁三通阀的前后比例进行实时调节，提高了冷却系统的精确性，使冷却更加智能化。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的控制电路原理图；

图4是制动器等温区划分图；

图5是摩擦系数随温度变化的曲线图

其中:1、热敏电阻，2、控制电路，31、第一热电偶温度计，32、第二热电偶温度计，33、第三热电偶温度计，4、限压阀，5、集滤器，6、进水口，7、水泵，81、第一电磁可调比例三通阀，82、第二电磁三通阀，83、第三电磁三通阀，9、控制器，10、蜂鸣器，11、报警灯，12、进气口，13、喷头。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2所示，一种鼓式制动器自动冷却系统，包括：

热敏电阻1，用于探测制动器内刹车片的温度，安装于制动器的刹车片上；

储水罐：用于容纳冷却水；

所述储水罐设有进水口6、进气口12、出水口，所述储水罐的出水口连接水泵7的进水口，所述水泵7的出水口通过管道连接至制动器并在制动器处设置与管道连接的喷头13。

如图2所示，图2中虚线表示电连接。所述鼓式制动器自动冷却系统包括：

第一热电偶温度计31：用于测量冷却水的温度T1，安装在储水罐内；

第二热电偶温度计32：用于测量前制动器的温度T前，安装在前左制动器或前右制动器处；

第三热电偶温度计33：用于测量后制动器的温度T后，安装在后左制动器或后右制动器处；

所述鼓式制动器自动冷却系统包括：

第一电磁可调比例三通阀81、第二电磁三通阀82、第三电磁三通阀83；

所述第一电磁可调比例三通阀81的进水口与水泵7的出水口连接，所述第一电磁可调比例三通阀81两侧的出水口分别与第二电磁三通阀82的进水口、第三电磁三通阀83的进水口连接，所述第二电磁三通阀82两侧的出水口分别与前左制动器、前右制动器内设有的喷头连接，所述第三电磁三通阀83两侧的出水口分别与后左制动器、后右制动器内设有的喷头连接；

控制器9与第一电磁可调比例三通阀81、第二电磁三通阀82、第三电磁三通阀83电连接接，控制器9与第一热电偶温度计31、第二热电偶温度计32、第三热电偶温度计33电连接。

控制器9根据冷却水的温度T1、前制动器的温度T前、后制动器的温度T后计算前制动器、后制动器所需水量进而调节第一电磁可调比例三通阀81前后比例。

所述储水罐内设有缺水报警模块，所述缺水报警模块串联蜂鸣器10及报警灯11，所述缺水报警模块在储水罐内液面低于警戒线时导通，使得蜂鸣器10及报警灯11导通工作。

所述储水罐的出水口与水泵7的进水口之间连接有集滤器5，所述水泵7的出水口通过限压阀4连接回流管道回至储水罐内。

控制电路2的原理图如图3所示，控制电路2包括TL431比较器、PWM方波发生器NE555、场效应管Q3。

热敏电阻1实时检测鼓式制动器刹车片的温度，并将温度的变化转化为电流变化；

TL431比较器TL431判断冷却系统起始工作的时机；

PWM方波发生器NE555根据刹车片的温度产生占空比不同的方波，通过控制场效应管Q3的通断频率来控制水泵的工作频率，进而实现水泵调速来控制冷却系统的冷却效率；

场效应管Q3，相当于一个高频开关的作用，接收来自于PWM方波发生器NE555的方波信号，控制水泵所在电路的通断；

控制器9根据前、后制动器和冷却水的温度计算前、后轮对冷却水的需求量，第一电磁可调比例三通阀81、第二电磁三通阀82、第三电磁三通阀83发送指令；

第一电磁可调比例三通阀81按照控制器的指令调节前后比例。

缺水报警模块，当储水罐内水位低于预设警戒水位时，启动蜂鸣和闪光报警，提醒司机及时加注冷却水。

各用电器及缺水报警模块所需的电源由车辆自带电源经变压后提供。

所述热敏电阻为负温系数的热敏电阻，通过胶水粘接于刹车制动片背面底板钻孔中。

所述冷却系统的起始工作温度点可根据车型路况的不同进行提前标定。

所述蜂鸣器和报警灯安装于驾驶室内，便于司机及时掌握缺水信息。

所述比较器TL431当刹车片温度超过预设温度时比较器TL431形成通路，当温度降低到预设温度以下时，比较器TL431断开。

本发明的冷却系统的开启与调速均依靠热敏电阻阻值的变化进行自动调节，减少了司机的手动参与，提高了行驶安全性。另外第一电磁可调比例三通阀81、第二电磁三通阀82、第三电磁三通阀83的前后比例进行实时调节，提高了冷却系统的精确性，使冷却更加智能化。

鼓式制动器自动冷却系统的控制方法：

1、冷却系统起始工作时机的选择

如图2、图3所示，当制动器的温度升高，热敏电阻采用负温系数的热敏电阻，热敏电阻的阻值降低，三极管Q1基极的电压升高，由三极管放大的原理知发射极的电压也升高，该电压经过电阻R4、电阻R5分压后流至比较器TL431入口。比较器TL431判断此时温度值是否高于设定温度值，如果高于设定温度值，则比较器TL431形成通路，流经的电流经过三极管Q2放大后使PWM方波发生器NE555的4号引脚处于高电平，此时PWM方波发生器NE555开始工作，水泵开始运转。其中电阻R4与电阻R5用来调节设定起始工作温度,电阻R1与电阻R2是调节热敏电阻灵敏度和用于改变PWM方波发生器NE555占空比。

2、水泵自动调速的控制方法

PWM方波发生器NE555是一个PWM方波发生器。通过改变方波的占空比，实现给水泵调速。当5号引脚电压越高，PWM方波发生器NE555的占空比会越大，场效应管Q3工作的频率就会越大，则水泵所在电路导通的概率就会越大，系统冷却效率提高。电阻R9和电容C1用来调节PWM方波发生器NE555的工作频率。

3、场效应管Q3的作用

场效应管Q3类似于高频开关的作用，它接收来自PWM方波发生器NE555的方波。当方波处于波峰时，场效应管Q3导通；当方波处于波谷时，场效应管Q3断开。

假设场效应管Q3的开关周期为T，每周期内场效应管Q3导通的时间为t。改变空占比，其实就是改变场效应管Q3的导通时间t，因为A＝t/T。直流水泵两端电压为：

U = \{\begin{matrix} U_{1} & K T < t \leq (K + A) T \\ 0 & (K + A) T \leq t < (K + 1) T \end{matrix} - - - (6 - 1)

水泵工作的电压平均值为U_A＝AU,即改变占空比可以改变水泵工作的平均电压值，从而调节水泵的工作转速。

对于一辆没有偏刹的汽车，前桥与后桥左右制动器一定时间内所产生的热量是相等的，所以可以根据前后轮制动器所需水量的比例来确定第一电磁可调比例三通阀81的比例。

当冷却水喷射到高温的制动器上时，会立即蒸发，所以假设其为蒸发冷却过程进行考虑。

将制动器沿径向分为20个等温层，如图4所示，每个等温层的热量均为Q，每次冷却后制动器的热量会减少变量Q。

通过储水罐中的第一热电偶温度计31测得冷却水的温度为t₁，此温度下水的汽化潜热为Δh，前轮的温度为t_前。由图5知，当制动器温度下降到200摄氏度时，摩擦系数回复正常，所以冷却系统的最终目的是将制动器温度降低到200摄氏度。所以前轮经冷却系统带走的热量为：

Q_前＝Cm_前Δt＝Cm_前(t_前-200)

首先冷却带走第一层热量：

带走第一层热量所需要的水量为：

m_{1} = \frac{Q_{1}}{Δ T C + Δ h}

制动器温度下降：

第二次喷水冷却，经过第一次的蒸发冷却后，重新热量分布后第一层的热量为：

Q₂＝(Q_前-Q₁)/20

Q2＝(Q前-Q1)/20

消耗冷却水的量为

m_{2} = \frac{Q_{2}}{Δ T C + Δ h}

制动器温度下降

第三次喷水冷却，继续上面的计算过程

当进行了n次喷水后，前轮制动器的温度降低到了200摄氏度，耗水总量为：

对后轮按照同样的方法进行计算，可以得到后轮需要的冷却水量为：

对于每一时刻，制动器和冷却水的温度都在发生变化，所以前轮和后轮所需要的冷却水量也在发生变化。

控制器根据计算后得出的结果实时调节第一电磁可调比例三通阀81的前后比例。

当储水罐内液面高于警戒线时，蜂鸣器和报警灯开始报警提醒驾驶员及时加注冷却水。

为了维持储水罐在抽水时储水罐内的压力，在储水罐的上方预留有进气口；为了防止管道在堵塞后损坏水泵，在储水罐的出口增设了一个集滤器，还有一个用限压阀作为安全阀的回流管道。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种鼓式制动器自动冷却系统，其特征在于：包括：

储水罐：用于容纳冷却水；

2.根据权利要求1所述的一种鼓式制动器自动冷却系统，其特征在于：所述制动器包括前制动器、后制动器，所述前制动器包括前左制动器、前右制动器，所述后制动器包括后左制动器、后右制动器；

所述鼓式制动器自动冷却系统包括：

控制器与第一电磁可调比例三通阀、第二电磁三通阀、第三电磁三通阀电连接，控制器与第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计电连接。

3.根据权利要求2所述的鼓式制动器自动冷却系统，其特征在于：控制器根据冷却水的温度T1、前制动器的温度T_前、后制动器的温度T_后计算前制动器、后制动器所需水量进而调节第一电磁可调比例三通阀的前后比例。

4.根据权利要求1所述的鼓式制动器自动冷却系统，其特征在于：所述储水罐内设有缺水报警模块，所述缺水报警模块串联蜂鸣器及报警灯，所述缺水报警模块在储水罐内液面低于警戒线时导通，使得蜂鸣器及报警灯导通工作。

5.根据权利要求1所述的鼓式制动器自动冷却系统，其特征在于：所述储水罐的出水口与水泵的进水口之间连接有集滤器，所述水泵的出水口通过限压阀连接回流管道回至储水罐内。