CN107914681A - 大学生方程式赛车分段无级别可调式制动系统 - Google Patents

Abstract

大学生方程式赛车分段无级别可调式制动系统，所述制动总成包括用于安装在赛车上的滑移机构、用于赛车手左右脚施力的踏板机构、用于将受力转换为控制信号的控制机构以及用于对赛车进行制动的制动机构，踏板机构安装在赛车前部的滑移机构上；踏板机构、控制机构以及制动机构通过滑移机构装在赛车上；所述使用方法：根据车手的身高情况调节控制机构和制动机构的位置；赛车手右脚踩踏加速踏板以控制赛车动力输出；赛车手左脚踩制动踏板将制动力传递给制动系统；若制动系统失效，触碰超行程开关，此时赛车动力输出被切断。本发明的有益效果是：在保证制动可靠性的前提下，提高了制动系统的操作性，优化结构，减轻重量，降低了生产成本。

Description

大学生方程式赛车分段无级别可调式制动系统

技术领域

本发明涉及一种大学生方程式赛车分段无级别可调式制动系统

背景技术

当前国内电动方程式赛车的制动系统，其主要侧重点在于制动系统的可靠性，而在制动系统的仿真分析、结构布局以及产品与设计的匹配性等方面有所欠缺。本发明的研究意义：在于弥补这一缺陷。制动系统的首要要求必然是制动的可靠性，但若对制动系统进行仿真分析或产品设计，则对于制动系统的生产及推广都有着不小的作用。故相比于其他的制动系统，方程式赛车中的制动总成要求能很好的控制赛车的速度与起停，使赛车安全稳定的制动并且保证车手的人身安全。如果一辆赛车缺少优越性能的制动系统，车手便不能合理的控制赛车的速度与起停，也不能使赛车能稳定安全的行驶。一个轻型高强度有效的制动总成能够帮助车手灵活的操控赛车，而一个可调节的制动总成能够满足不同身材的车手，适应性更加强。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种适应性更强、制动稳定、结构简单的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成。

本发明所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，其特征在于：包括用于安装在赛车上的滑移机构、用于赛车手左右脚施力的踏板机构、用于将受力转换为控制信号的控制机构以及用于对赛车进行制动的制动机构，所述踏板机构安装在赛车前部的滑移机构上；所述踏板机构、控制机构以及制动机构通过滑移机构装在赛车上，并且控制机构、制动机构与赛车滑动连接；

所述滑移机构包括用于安装控制机构的油门安装板、用于安装制动机构的制动安装板、用于与油门机构配合的油门安装架以及用于与制动机构配合的制动安装架，所述油门安装板安装在所述赛车的前部油门机构对应的油门安装架上，所述制动安装板安装在制动机构对应的制动安装架上；

所述踏板机构分为用于适应赛车手左脚的左脚踏板机构和用于适应赛车手右脚的右脚踏板机构，并且左脚踏板机构和右脚踏板机构并排设置，所述左脚踏板机构包括左脚托和左脚踩踏板，所述左脚托固装在制动安装架上，并位于制动机构的后方，所述左脚踩踏板装在制动机构上部，并与制动机构的施力端相连，保持左脚托的踩踏凹槽和左脚踩踏板的踩踏凹槽均面向赛车手；所述右脚踏板机构包括右脚托和右脚踩踏板，所述右脚托固装在油门安装架上，并位于控制机构的后方，所述右脚踩踏板装在控制机构的上部，保持右脚托的踩踏凹槽和右脚踩踏板的踩踏凹槽均面向赛车手；

所述控制机构包括右脚踩踏加速踏板和线位移传感器，所述右脚踩踏加速踏板的底部铰接在油门安装板与右脚托之间的所述油门安装架上，所述右脚踩踏加速踏板的顶部安装右脚踩踏板；所述线位移传感器的一端铰接在所述右脚踩踏加速踏板的上部，另一端铰接在油门安装板的前部，其中线位移传感器和右脚踩踏板分列与右脚踩踏加速踏板的前后两侧，所述线位移传感器的信号输出端与赛车的电机控制器的信号输入端电连；

所述制动机构包括用于控制赛车前轮制动的前制动油缸、用于与前制动油缸配合的第一油罐、用于控制赛车后轮制动的后制动油缸、用于与前制动油缸配合的第二油罐、左脚踩踏制动踏板、平衡杆以及超行程开关，所述前制动油缸的底部、后制动油缸的底部以及所述左脚踩踏制动踏板的底部均铰接在所述制动安装板上，所述左脚踩踏制动踏板设置在前制动油缸、后制动油缸之间，上部水平安装平衡杆；所述的前制动油缸的压缩杆顶部、所述后制动油缸的压缩杆顶部分别与平衡杆的对应的端部铰接；所述第一油罐、第二油罐均安装在所述左脚踩踏制动踏板的上部，其中所述第一油罐的出油口与所述前制动油缸的进油口管路连通，所述第二油罐的出油口与所述后制动油缸的进油口管路连通，所述前制动油缸的出油口、所述后制动油缸的出油口分别与赛车的制动系统的油路连通；所述超行程开关设置在制动安装板的前部，用于控制制动机构的最大制动行程。

所述左脚踩踏制动踏板为条状结构，并且左脚踏制动踏板通过转轴竖直铰接在前制动油缸和后制动油缸之间的第二安装架上，其中，左脚踏制动踏板上部设有用于安装平衡杆的安装孔，下部前端设有用于控制左脚踩踏制动踏板行程的圆角。

所述平衡杆上设有用于与左脚踩踏制动踏板安装孔螺接的外螺纹调整段，通过调整平衡杆与左脚踩踏制动踏板的螺接位置，调整平衡杆两端部的伸出距离。

所述油门安装板通过滑块、螺栓与所述油门安装架固接。

所述制动安装板通过滑块、螺栓与所述制动安装架固接。

所述左脚托的踩踏凹槽前壁、所述右脚托的踩踏凹槽前壁设有弧形凸起。

利用本发明所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)赛车手的双脚放置于踏板机构上，其中左脚放在左踏板机构上，右脚放置在右踏板机构上，并根据车手的身高情况前后调节控制机构和制动机构的位置；

2)赛车手右脚踩踏加速踏板，带动线位移传感器移动，从而线位移传感器采集加速踏板的位移行程并转化为电信号传输给电机控制器以控制赛车动力输出；

3)赛车手左脚踩制动踏板，平衡杆将制动踏板所受到的力分配给前制动油缸和后制动油缸，前制动油缸和后制动油缸受力通过制动液将制动力传递给制动系统的卡钳上；

4)若制动系统失效，则制动踏板时将被踩踏超过规定行程从而触碰超行程开关，此时赛车动力输出被切断以保护赛车及赛车手。

此款制动总成的前、后制动油缸立式布置，节省空间。油门机构与踏板机构分开，便于装配、维修，并且节省材料。制动机构通过杠杆原理，放大驾驶员施加的制动力，通过平衡杆将制动力分配到前后轮的前、后制动油缸上，使赛车在不同工况下前后轮分配不同制动力。踏板总成通过自制的滑移机构装在赛车车架上，前后位置无级别调节，达到适应不同百分位的车手目的。整个总成配有两个脚托，保护车手脚部安全，并且提高车手舒适性。

此制动总成相比于其他，最大特点可实现无级别可调，满足不同身位的车手。将人体对左脚踩踏制动踏板的力通过踏板以6倍放大比进行放大。通过平衡杆调节，分配到前、后轮制动油缸，从而传递制动力，达到制动效果。制动总成的油门安装板、制动安装板在保证强度的情况下进行镂空处理，并且采用立式布置油缸，结构紧凑。油门机构与制动机构相互分开，实现独立装配的目的，并且节省材料。

制动踏板及传动比设计：通过搭建人机工程实验台实验，确定左脚踩踏制动踏板的基本尺寸范围为200～220mm，并确定踏板高度为 205mm根据传动比确定传动角为9.6°，并用adams进行仿真模拟，保证传动角在踏板转动过程中变化微小，从而确定传动比基本不变，主缸是倾斜安装的，主缸和左脚制动踏板之间的夹角是传动角。

左脚踩踏制动踏板主要受力点在转轴处以及与平衡杆的套筒连接处，中间镂空以减轻质量；材料选取：左脚踩踏制动踏板的材料选择需要综合考虑强度、质量。参考资料我们选择左脚踩踏制动踏板材料为7050铝。7050铝密度小，强度却远胜软钢，大量用于航空制造业，其屈服强度大于450MPa，完全满足制动踏板对强度的要求。

制动安装板设计：设计目标：保证强度的同时，实现轻量化、经济可靠目的，并且能够无级别可调，满足不同百分位的车手。

设计过程：考虑线位移传感器的布置，两边所用材料量不同，并且制动安装板于油门底板所受力不同，将其分为两部分。一方面满足强度同时节省材料，一方面装配更加方便，更经济省力。油门安装板、制动安装板下面使用滑块固定在第二安装架上，通过螺栓固定，在受力较大的制动底板使用四个滑块，在油门安装板处使用两个滑块，在使用过程中通过调节滑块实现无级别可调。滑块与螺栓采用焊接形式，只需通过调节螺母调节便可移动滑块，从而移动整个底板，方便快捷。材料选取：制动底板受力较大，并且需要实现轻量化的目的，选用7050铝。油门底板受力较小，选用6051铝，经济实惠，满足受力及轻量化要求。

脚托设计：设计目标：保护车手，并提高舒适性。

设计过程：通过搭建人机工程试验台，将车手踩踏板过程进行模拟，并设计出满足车手踩踏习惯的脚托。

本发明的有益效果是：本系统在设计时便进行了精确地分析，在保证制动可靠性的前提下，提高了制动系统的操作性，优化结构，减轻重量，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明的左脚托或者右脚托结构图。

图3是本发明的左脚踩踏制动踏板结构图。

图4是本发明的油门安装板、制动安装板结构图。

图5是本发明的传动角示意图。

图6是本发明的控制机构示意图。

图7是本发明的制动机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，包括用于安装在赛车上的滑移机构、用于赛车手左右脚施力的踏板机构、用于将受力转换为控制信号的控制机构以及用于对赛车进行制动的制动机构，所述踏板机构安装在赛车前部的滑移机构上；所述踏板机构、控制机构以及制动机构通过滑移机构装在赛车上，并且控制机构、制动机构与赛车车架滑动连接；

所述滑移机构包括用于安装控制机构的油门安装板11、用于安装制动机构的制动安装板12、用于与油门机构配合的油门安装架13 以及用于与制动机构配合的制动安装架14，所述油门安装板11安装在所述赛车车架的前部油门机构对应的油门安装架14上，所述制动安装板12安装在制动机构对应的制动安装架14上；

所述踏板机构分为用于适应赛车手左脚的左脚踏板机构和用于适应赛车手右脚的右脚踏板机构，并且左脚踏板机构和右脚踏板机构并排设置，所述左脚踏板机构包括左脚托21和左脚踩踏板22，所述左脚托固装在制动安装架14上，并位于制动机构的后方，所述左脚踩踏板22装在制动机构上部，并与制动机构的施力端相连，保持左脚托21的踩踏凹槽和左脚踩踏板22的踩踏凹槽均面向赛车手；所述右脚踏板机构包括右脚托23和右脚踩踏板24，所述右脚托23固装在油门安装架13上，并位于控制机构的后方，所述右脚踩踏板24装在控制机构的上部，保持右脚托23的踩踏凹槽和右脚踩踏板24的踩踏凹槽均面向赛车手；

所述控制机构包括右脚踩踏加速踏板31和线位移传感器32，所述右脚踩踏加速踏板31的底部铰接在油门安装板11与右脚托23之间的所述油门安装架13上，所述右脚踩踏加速踏板31的顶部安装右脚踩踏板24；所述线位移传感器32的一端铰接在所述右脚踩踏加速踏板24的上部，另一端铰接在油门安装板11的前部，其中线位移传感器32和右脚踩踏板24分列与右脚踩踏加速踏板31的前后两侧，所述线位移传感器32的信号输出端与赛车的电机控制器的信号输入端电连；

所述制动机构包括用于控制赛车前轮制动的前制动油缸41、用于与前制动油缸配合的第一油罐42、用于控制赛车后轮制动的后制动油缸43、用于与前制动油缸配合的第二油罐44、左脚踩踏制动踏板45、平衡杆46以及超行程开关47，所述前制动油缸41的底部、后制动油缸43的底部以及所述左脚踩踏制动踏板45的底部均铰接在所述制动安装板12上，所述左脚踩踏制动踏板45设置在前制动油缸 41、后制动油缸43之间，上部水平安装平衡杆46；所述的前制动油缸41的压缩杆顶部、所述后制动油缸43的压缩杆顶部分别与平衡杆 46的对应的端部铰接；所述第一油罐42、第二油罐44均安装在所述左脚踩踏制动踏板45的上部，其中所述第一油罐42的出油口与所述前制动油缸41的进油口管路连通，所述第二油罐44的出油口与所述后制动油缸43的进油口管路连通，所述前制动油缸41的出油口、所述后制动油缸43的出油口分别与赛车的制动系统的油路连通；所述超行程开关47设置在制动安装板12的前部，用于控制制动机构的最大制动行程。

所述左脚踩踏制动踏板45为条状结构，并且左脚踏制动踏板通过转轴竖直铰接在前制动油缸41和后制动油缸43之间的第二安装架 14上，其中，左脚踏制动踏板45上部设有用于安装平衡杆的安装孔，下部前端设有用于控制左脚踩踏制动踏板行程的圆角，保证左脚踩踏制动踏板以转轴为转动轴作前后摆动，其摆动角度为20°。

所述平衡杆46上设有用于与左脚踩踏制动踏板安装孔螺接的外螺纹调整段，通过调整平衡杆与左脚踩踏制动踏板的螺接位置，调整平衡杆两端部的伸出距离。

所述油门安装板11通过滑块、螺栓与所述油门安装架13固接，其中螺栓直接焊接在滑块上。

所述制动安装板12通过滑块、螺栓与所述制动安装架14固接，其中螺栓直接焊接在滑块上。

所述左脚托21的踩踏凹槽前壁、所述右脚托23的踩踏凹槽前壁设有弧形凸起25。

此款制动总成的前、后制动油缸立式布置，节省空间。油门机构与踏板机构分开，便于装配、维修，并且节省材料。制动机构通过杠杆原理，放大驾驶员施加的制动力，通过平衡杆将制动力分配到前后轮的前、后制动油缸上，使赛车在不同工况下前后轮分配不同制动力。踏板总成通过自制的滑移机构装在赛车车架上，前后位置无级别调节，达到适应不同百分位的车手目的。整个总成配有两个脚托，保护车手脚部安全，并且提高车手舒适性。

此制动总成相比于其他，最大特点可实现无级别可调，满足不同身位的车手。将人体对左脚踩踏制动踏板的力通过踏板以6倍放大比进行放大。通过平衡杆调节，分配到前、后轮制动油缸，从而传递制动力，达到制动效果。制动总成的油门安装板、制动安装板在保证强度的情况下进行镂空处理，并且采用立式布置油缸，结构紧凑。油门机构与制动机构相互分开，实现独立装配的目的，并且节省材料。

制动踏板及传动比设计：通过搭建人机工程实验台实验，确定左脚踩踏制动踏板的基本尺寸范围为200～220mm，并确定踏板高度为 205mm根据传动比确定传动角α为9.6°，并用adams进行仿真模拟，保证传动角在踏板转动过程中变化微小，从而确定传动比基本不变。

左脚踩踏制动踏板主要受力点在转轴处以及与平衡杆的套筒连接处，中间镂空以减轻质量；材料选取：左脚踩踏制动踏板的材料选择需要综合考虑强度、质量。参考资料我们选择左脚踩踏制动踏板材料为7050铝。7050铝密度小，强度却远胜软钢，大量用于航空制造业，其屈服强度大于450MPa，完全满足制动踏板对强度的要求。

制动安装板设计：设计目标：保证强度的同时，实现轻量化、经济可靠目的，并且能够无级别可调，满足不同百分位的车手。

设计过程：考虑线位移传感器的布置，两边所用材料量不同，并且制动安装板于油门底板所受力不同，将其分为两部分。一方面满足强度同时节省材料，一方面装配更加方便，更经济省力。油门安装板、制动安装板下面使用滑块固定在第二安装架上，通过螺栓固定，在受力较大的制动底板使用四个滑块，在油门安装板处使用两个滑块，在使用过程中通过调节滑块实现无级别可调。滑块与螺栓采用焊接形式，只需通过调节螺母调节便可移动滑块，从而移动整个底板，方便快捷。材料选取：制动底板受力较大，并且需要实现轻量化的目的，选用7050铝。油门底板受力较小，选用6051铝，经济实惠，满足受力及轻量化要求。

脚托设计：设计目标：保护车手，并提高舒适性。

设计过程：通过搭建人机工程试验台，将车手踩踏板过程进行模拟，并设计出满足车手踩踏习惯的脚托。

实施例2利用实施例1所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成的使用方法，包括以下步骤：

1)赛车手的双脚放置于踏板机构上，其中左脚放在左踏板机构上，右脚放置在右踏板机构上，并根据车手的身高情况前后调节控制机构和制动机构的位置；

2)赛车手右脚踩踏加速踏板，带动线位移传感器移动，从而线位移传感器采集加速踏板的位移行程并转化为电信号传输给赛车的电机控制器以控制赛车动力输出；

3)赛车手左脚踩制动踏板，平衡杆将制动踏板所受到的力分配给前制动油缸和后制动油缸，前制动油缸和后制动油缸受力通过制动液将制动力传递给制动系统的卡钳上；

4)若制动系统失效，则制动踏板时将被踩踏超过规定行程从而触碰超行程开关，此时赛车动力输出被切断以保护赛车及赛车手。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.大学生方程式赛车分段无级别可调式制动系统，其特征在于：包括用于安装在赛车上的滑移机构、用于赛车手左右脚施力的踏板机构、用于将受力转换为控制信号的控制机构以及用于对赛车进行制动的制动机构，所述踏板机构安装在赛车前部的滑移机构上；所述踏板机构、控制机构以及制动机构通过滑移机构装在赛车上，并且控制机构、制动机构与赛车滑动连接；

所述滑移机构包括用于安装控制机构的油门安装板、用于安装制动机构的制动安装板、用于与油门机构配合的油门安装架以及用于与制动机构配合的制动安装架，所述油门安装板安装在所述赛车的前部油门机构对应的油门安装架上，所述制动安装板安装在制动机构对应的制动安装架上；

所述踏板机构分为用于适应赛车手左脚的左脚踏板机构和用于适应赛车手右脚的右脚踏板机构，并且左脚踏板机构和右脚踏板机构并排设置，所述左脚踏板机构包括左脚托和左脚踩踏板，所述左脚托固装在制动安装架上，并位于制动机构的后方，所述左脚踩踏板装在制动机构上部，并与制动机构的施力端相连，保持左脚托的踩踏凹槽和左脚踩踏板的踩踏凹槽均面向赛车手；所述右脚踏板机构包括右脚托和右脚踩踏板，所述右脚托固装在油门安装架上，并位于控制机构的后方，所述右脚踩踏板装在控制机构的上部，保持右脚托的踩踏凹槽和右脚踩踏板的踩踏凹槽均面向赛车手；

所述控制机构包括右脚踩踏加速踏板和线位移传感器，所述右脚踩踏加速踏板的底部铰接在油门安装板与右脚托之间的所述油门安装架上，所述右脚踩踏加速踏板的顶部安装右脚踩踏板；所述线位移传感器的一端铰接在所述右脚踩踏加速踏板的上部，另一端铰接在油门安装板的前部，其中线位移传感器和右脚踩踏板分列与右脚踩踏加速踏板的前后两侧，所述线位移传感器的信号输出端与赛车的电机控制器的信号输入端电连；

所述制动机构包括用于控制赛车前轮制动的前制动油缸、用于与前制动油缸配合的第一油罐、用于控制赛车后轮制动的后制动油缸、用于与前制动油缸配合的第二油罐、左脚踩踏制动踏板、平衡杆以及超行程开关，所述前制动油缸的底部、后制动油缸的底部以及所述左脚踩踏制动踏板的底部均铰接在所述制动安装板上，所述左脚踩踏制动踏板设置在前制动油缸、后制动油缸之间，上部水平安装平衡杆；所述的前制动油缸的压缩杆顶部、所述后制动油缸的压缩杆顶部分别与平衡杆的对应的端部铰接；所述第一油罐、第二油罐均安装在所述左脚踩踏制动踏板的上部，其中所述第一油罐的出油口与所述前制动油缸的进油口管路连通，所述第二油罐的出油口与所述后制动油缸的进油口管路连通，所述前制动油缸的出油口、所述后制动油缸的出油口分别与赛车的制动系统的油路连通，其中前制动油缸控制赛车的前轮制动，后制动油缸控制赛车的后轮制动；所述超行程开关设置在制动安装板的前部，用于控制制动机构的最大制动行程。

2.如权利要求1所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，其特征在于：所述左脚踩踏制动踏板为条状结构，并且左脚踏制动踏板通过转轴竖直铰接在前制动油缸和后制动油缸之间的第二安装架上，其中，左脚踏制动踏板上部设有用于安装平衡杆的安装孔，下部前端设有用于控制左脚踩踏制动踏板行程的圆角，保证左脚踩踏制动踏板以转轴为转动轴作前后摆动。

3.如权利要求2所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，其特征在于：所述左脚踩踏制动踏板前后的摆动角度为20°。

4.如权利要求3所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，其特征在于：所述平衡杆上设有用于与左脚踩踏制动踏板安装孔螺接的外螺纹调整段，通过调整平衡杆与左脚踩踏制动踏板的螺接位置，调整平衡杆两端部的伸出距离。

5.如权利要求1所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，其特征在于：所述油门安装板通过滑块、螺栓与所述油门安装架固接。

6.如权利要求1所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，其特征在于：所述制动安装板通过滑块、螺栓与所述制动安装架固接。

7.如权利要求1所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成，其特征在于：所述左脚托的踩踏凹槽前壁、所述右脚托的踩踏凹槽前壁设有弧形凸起。

8.利用权利要求1～7任意一项所述的大学生方程式赛车无级别可调式制动总成的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)赛车手的双脚放置于踏板机构上，其中左脚放在左踏板机构上，右脚放置在右踏板机构上，并根据车手的身高情况前后调节控制机构和制动机构的位置；

2)赛车手右脚踩踏加速踏板，带动线位移传感器移动，从而线位移传感器采集加速踏板的位移行程并转化为电信号传输给电机控制器以控制赛车动力输出；

3)赛车手左脚踩制动踏板，平衡杆将制动踏板所受到的力分配给前制动油缸和后制动油缸，前制动油缸和后制动油缸受力通过制动液将制动力传递给制动系统的卡钳上；

4)若制动系统失效，则制动踏板时将被踩踏超过规定行程从而触碰超行程开关，此时赛车动力输出被切断以保护赛车及赛车手。