CN107923456A - 制动卡钳 - Google Patents

Abstract

一种制动卡钳本体(14)，包括：开口(20)，该开口布置成容纳制动盘(12)的一部分，制动盘(12)在开口(20)内的位置在使用时限定制动盘包络线；至少一对同轴的活塞孔(52)，开口(20)的每一侧设置有该至少一对同轴的活塞孔中的一个活塞孔，各个活塞孔(52)具有限定端面的闭合端部；以及至少一个安装孔(46)，其中，各个活塞孔端面的中心与围绕制动盘包络线限定的椭圆(56)重合，椭圆(56)具有位于制动盘包络线内的焦点(58)，并且椭圆(56)被定尺寸成与盘包络线的纵向末端重合；并且其中，椭圆(56)与安装孔(46)或各个安装孔(46)相交或相切。

Description

制动卡钳

技术领域

本公开涉及制动卡钳。特别地但非排它性地，本公开涉及用于车辆线控制动系统的制动卡钳。本发明的各方面涉及制动卡钳本体、制动卡钳、方法、车辆、计算机程序产品以及计算机可读介质。

背景技术

在车辆盘式制动系统中，制动盘配装至车辆的两个或更多个车轮。相应的制动卡钳配装在各个盘的周围，卡钳具有卡钳活塞，卡钳活塞可以被致动成将一个或更多个制动衬块压在盘上以通过摩擦来减慢其旋转。这转而制动附接有盘的车轮。在常规系统中，制动活塞通过由驾驶员可操作的制动踏板来液压致动。

由于制动踏板直接连接至卡钳活塞，所以由驾驶员施加在制动踏板上的力与由活塞施加在制动盘上的力成比例。而且，液压连通通过踏板向驾驶员提供一定程度的反馈。制动踏板的响应和反馈被称为“踏板触感”，并且在常规制动系统中，踏板触感是中央设计约束。这意味着制动系统的部件被设计成优化制动卡钳对制动踏板的操作的响应，使得制动系统以驾驶员期望的方式响应。更具体地，所期望的踏板触感限定了制动系统的体积刚度，即由卡钳传递的每单位法向力所排出的流体体积。

增强踏板触感的一个特别的总体考虑是希望卡钳的本体是呈刚性的。这是因为卡钳在制动期间的任何挠曲都会增加活塞所需的位移，以便其继续向盘施加压力。这提高了必须由驾驶员踩下制动踏板的程度，因为活塞位移与由制动踏板排出的液压流体的体积成正比。这可以通过减小活塞的直径来减轻，但是这反过来会提高制动系统中所需的液压压力，该液压压力通过由驾驶员施加到踏板的力可选地结合由伺服机构或助推器提供的附加力来产生。

卡钳本体的刚度通常通过由卡钳消耗的液压流体的体积与该流体的压力的比率来量化。因此，通过加强卡钳本体，可以控制所需的活塞位移并使所需的活塞位移最小化，从而使得施加到盘上的力能够响应于踏板的致动而被优化。

在常规的卡钳中，各个活塞具有大致方形横截面的周向活塞密封件。当活塞在液压作用下移动时，其活塞密封件由于其形状和密封件所在的凹槽的轮廓而变形。密封件的变形提供了一旦液压压力释放后活塞返回至其初始位置的机理。密封件和凹槽的容量相对于卡钳本体的位移通常较低，这意味着在一些情况下活塞并没有完全收回。因此，随着连续的制动操作，在制动踏板被释放时制动衬块与制动盘之间的间隙减小；制动衬块甚至会持续地保持抵靠在盘上。活塞的逐渐前进补偿了制动衬块的摩擦层的磨损，但制动衬块与盘之间的连续摩擦接触影响燃料效率。

加强卡钳本体的主要方式包括使用更加坚硬的材料以及增加体积，这些方式中的每一者均倾向于增加卡钳的整体质量。尽管总体趋势是降低车辆重量以及降低解除制动时的阻力以提高燃料效率，但增加卡钳质量是迄今为止被认为是需要妥协的折中方案。

根据汽车领域的另一个趋势，即车辆的逐渐电气化，现在已经提出了“线控制动”系统。在该系统中，制动踏板的运动产生用于电子致动制动活塞的控制信号。活塞仍然可以以液压的方式操作，在这种情况下，液压流体通过电控调节器泵入活塞中，而不是直接通过制动踏板的作用。因此不存在施加到制动踏板上的液压反作用力，从而人为地加重踏板以便模拟预期的踏板触感。替代性地，可以使用纯粹的电子制动装置。不论何种情况，制动踏板均与制动活塞断开联接，从而制动卡钳不需要设计成提供所需的踏板触感。这大大提高了未来卡钳的设计自由度。

本发明正是基于以上背景被设计出来。

发明内容

本发明的各方面和实施方式提供了如所附权利要求中要求保护的制动卡钳本体、制动卡钳、方法、车辆、计算机程序产品以及非暂态计算机可读介质。

根据本发明的一个方面，提供了一种制动卡钳本体，该制动卡钳本体包括布置成容纳制动盘的一部分的开口，该制动盘在开口内的位置在使用中限定制动盘包络线。制动卡钳本体还包括设置至少一对同轴的活塞孔，开口的每一侧设置有一个活塞孔，各个活塞孔具有限定端面的闭合端部。制动卡钳本体还包括至少一个安装孔。各个活塞孔端面的中心与围绕制动盘包络线限定的椭圆重合。椭圆具有位于制动盘包络线内的焦点，并且被定尺寸成与盘包络线的纵向末端重合。椭圆与该安装孔或各个安装孔相交或相切。

已经发现，根据椭圆定位卡钳本体的特征能够使本体的质量最小化，同时保持足够的强度以满足挠度目标。

卡钳本体在形式上可以是不对称的，与对称体不同，其允许使本体的质量以不受限制的方式最小化。

卡钳本体可以包括增加本体的刚度的跨越开口的结构性桥接件。该桥接件可以与卡钳本体成一体以减少部件的数量，或者桥接件可以从卡钳本体移除以有助于维修。

卡钳本体可以是整体式构造，由此省去了分开的本体元件之间的接头和固定件，从而提供了具有最小化的质量的坚固结构。

卡钳本体可选地包括用于限制容置在卡钳本体中的制动衬块在使用中的旋转运动的平面抵接部或销式抵接部。

另一方面，提供一种用于线控制动系统的制动卡钳。该制动卡钳包括具有布置成容纳制动盘的开口的卡钳本体，卡钳本体限定一对或更多对同轴的活塞孔，开口的每一侧设置有一个活塞孔。卡钳本体可以是上述方面的卡钳本体。制动卡钳还包括容置在卡钳本体的活塞孔中的每一者中的相应的活塞以及保持在卡钳本体的开口内的一对彼此相对的制动衬块。制动卡钳布置成在使用中保持制动衬块与制动盘之间的间隙。

通过保持制动衬块与制动盘之间的运行间隙，制动卡钳采用与本领域已知的方法完全不同的方法，其中，使用活塞密封件将其各自的活塞递增地朝向制动盘移动，以消除由于制动衬块的磨损引起的任何间隙。保持运行间隙需要较低刚度的卡钳本体，与传统布置相比，允许大大减轻重量。

制动卡钳可以包括在各个活塞孔中的相应的活塞密封件，各个活塞密封件容置在形成在活塞孔的内表面中的凹槽中。在这种情况下，凹槽具有成形成使活塞在制动操作之后能完全收回的轮廓，由此保持制动衬块与制动盘之间的间隙。本领域技术人员将意识到，凹槽轮廓的成形如何影响活塞在制动操作之后的收回程度。例如，在使用中，凹槽可以具有最接近制动盘的前缘，该前缘形成在足够大的半径上以使活塞在制动操作之后能够完全收回。而且，凹槽可以具有轴向成锥形的轮廓，使得凹槽在其前缘处最深，或者替代性地，凹槽可以沿相反的方向成锥形，使得其在前缘处最浅。在该实施方式中，活塞密封件可以具有成形为与凹槽的轮廓相互作用的横截面，以使活塞在制动操作之后能够完全收回。

根据线控制动系统的调节器的液压容量，可以使活塞孔中的每一者的直径最小化。

本发明的另一方面提供了一种设计用于线控制动系统的制动卡钳的方法。该方法包括：定义用于制动卡钳的操作参数；确定制动卡钳可用的包封空间；在该包封空间内限定包封包络线，该包封包络线包括布置成容纳制动盘的开口，制动盘在开口内的位置在使用中限定制动盘包络线；围绕制动盘包络线限定椭圆，该椭圆具有位于制动盘包络线内的焦点并且被定尺寸成与制动盘包络线的纵向末端重合；在包封包络线内定位一对或更多对同轴的活塞孔，开口的每一侧设置有一个活塞孔，各个活塞孔具有限定端面的闭合端部，使得各个活塞孔端面的中心与椭圆重合，其中，根据操作参数使活塞孔的直径最小化；定位一个或更多个安装孔以与椭圆相交或接触；减轻包封包络线的质量，然后检查包封包络线在施加力时不超过挠度阈值；以及重复以下步骤：减轻包封包络线的质量并且检查包封包络线的挠度，直到包封包络线的质量在不超过施加力时的挠度阈值的情况下不能进一步减轻。

该方法提供了一种制动卡钳，其质量根据其包封空间和包封包络线所限定的操作参数而被最小化。由于制动卡钳构成车辆的非悬挂质量的一部分，所以减少其质量在乘坐质量和操纵性以及总体性能和燃料效率方面具有明显的益处。

如果该方法在计算机上实施，则包封包络线可以是表示制动卡钳本体的计算机模型。

本发明的另一方面提供了一种设计如上所述的用于线控制动系统的制动卡钳的方法，其中，电联接至存储有指令的电子存储器装置的电子处理器被配置为访问电子存储器装置并执行存储在其中的指令，使得电子处理器可操作成：定义用于制动卡钳的所述操作参数；确定制动卡钳可用的所述包封空间；在该包封空间内限定包封包络线，该包封包络线包括布置成容纳制动盘的开口，制动盘在开口内的位置限定制动盘包络线；在包封包络线内定位一对或更多对同轴的活塞孔，开口的每一侧设置有一个活塞孔，各个活塞孔具有限定端面的闭合端部，使得各个活塞孔端面的中心与椭圆重合，其中，根据操作参数使活塞孔的直径最小化；减轻包封包络线的质量，然后检查所得到的包封包络线在施加力时不超过挠度阈值；以及重复以下步骤：减轻包封包络线的质量并且检查包封包络线的挠度，直到在不超过施加力时的挠度阈值的情况下包封包络线的质量不能进一步减轻。

包封包络线可以包括表示制动卡钳本体的计算机模型，并且所述限定的包封包络线可以包括电子处理器，该电子处理器可操作成限定表示该制动卡钳本体的计算机模型。

本发明的另一方面提供了一种用于设计线控制动系统的制动卡钳的设备，所述设备包括电联接至存储有指令的电子存储器的电子处理器，该处理器被配置成访问电子存储器装置并执行存储在其中的指令，使得其可操作成：定义用于制动卡钳的操作参数；确定制动卡钳可用的包封空间；在该包封空间内限定包封包络线，该包封包络线包括布置成容纳制动盘的开口，制动盘在开口内的位置限定制动盘包络线；围绕制动盘包络线限定椭圆，该椭圆具有位于制动盘包络线内的焦点并且被定尺寸成与制动盘包络线的纵向末端重合；在包封包络线内定位一对或更多对同轴的活塞孔，开口的每一侧设置有一个活塞孔，各个活塞孔具有限定端面的闭合端部，使得各个活塞孔端面的中心与椭圆重合，其中，根据操作参数使活塞孔的直径最小化；定位一个或更多个安装孔以与椭圆相交或接触；减轻包封包络线的质量，然后检查所得到的包封包络线在施加力时不超过挠度阈值；以及重复以下步骤：减轻包封包络线的质量并且检查包封包络线的挠度，直到在不超过施加力时的挠度阈值的情况下包封包络线的质量不能进一步减轻。

本发明构思还延伸至包括上述方面的卡钳本体或制动卡钳的车辆。本发明的其它方面提供了被布置成实施上述方法的计算机程序产品以及装载有该计算机程序产品的非暂态计算机可读介质。

在本申请的范围内明确地意图是，在前面的段落中、权利要求书和/或以下的说明和附图中阐述的各个方面，实施方式、示例和替代方案，特别是其单独的特征可以独立或以任何组合的方式取得。也就是说，任何实施方式的特征和/或所有实施方式可以以任何方式和/或组合进行结合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求的从属关系和/或合并任何其它权利要求的任何特征的权利，尽管原始权利要求中并未以这种方式要求保护。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的一个或更多个实施方式，其中，相同的部件被赋予相同的附图标记，并且在附图中：

图1是安装在制动盘上的根据本发明实施方式的制动卡钳的立体图；

图2对应于图1，但是示出了处于孤立状态的制动卡钳；

图3对应于图2，但是示出了处于孤立状态的制动卡钳的本体；

图4是图3中所示的制动卡钳本体在从下方看时的立体图；

图5是图3中所示的制动卡钳本体的活塞孔的一部分的径向剖视图；

图6是图1的制动卡钳的剖视图；

图7是图1的制动卡钳的安装点的详细视图；

图8是分析之前制动卡钳的计算机模型的立体图；以及

图9是示出用于优化制动卡钳本体质量的过程的流程图。

具体实施方式

本发明的实施方式提供了优化过的用于线控制动系统中的对置式活塞制动卡钳。图1中示出了这种制动卡钳10在其使用的情况下的示例，即绕制动盘12安装。制动盘12通常联接至与车辆的车轮相邻的轮轴，使得制动盘12的减缓的转动转而减缓轮轴的转动。图2中还示出了处于孤立状态的制动卡钳。

卡钳10包括不规则形式的整体式或单件式卡钳本体14，但一般而言其具有两个相对的平行长侧部16，在平行长侧部16的端部处由两个相对的平行短侧部18接合。在使用时，卡钳本体14的纵向侧部16平行于制动盘12的圆形面定向，并且横向侧部18平行于制动盘12的旋转轴线定向。

卡钳本体14是中空的以限定中央开口或空腔20，在该中央开口或空腔20内容置有一对相互对置的制动衬块22。各个制动衬块22由刚性背板24和摩擦材料层26构成，并且制动衬块22被定向成使得摩擦材料层26彼此面对。制动衬块22被间隔开以在它们之间限定间隙，制动盘12被容纳在该间隙中。

桥接件28在横向方向上横跨空腔20以加强卡钳10。桥接件28呈圆柱形的轴30的形式，该圆柱形的轴30容纳在相应的同轴孔32中，同轴孔32形成在卡钳本体14的纵向侧部16中的每一者中。轴30在一个端部处具有扩大的头部34，该头部与在另一端部处的固定件(未示出)配合以将轴30固定就位。轴30还穿过形成在制动衬块22的背板24中的每一者的顶部中的孔36，使得桥接件28能够用作制动衬块22的运动的引导件。附加的引导件38被安置在背板24的顶部边缘的任一端部处，以确保制动衬块22在操作期间保持平行关系。本领域技术人员将理解的是，可以使用其它方法来保持制动衬块。

卡钳本体14还包括用于实现制动的液压回路。该回路包括在纵向侧部16中的一者上的在图4中可见的入口40。图1和2示出了定位在纵向侧部16的端部处的一对出口41、42，并且示出了在入口40和出口41、42之间提供连通的液压通道44。尽管通道44存在由在本体14的短侧部18中的一者上方延伸的管构成的外部部分以提供本体14的纵向侧部16之间的连通，但是液压通道44主要在本体14的内部。

在该实施方式中，卡钳本体14包括呈安装孔46形式的两个安装点，该安装点被布置成容纳螺栓以使卡钳本体14能够固定至车辆，例如固定至车辆的车轮拱罩内的“直立部”。

当制动衬块22被压靠在制动盘12上时，所产生的摩擦力促使制动衬块22沿与制动盘12相同的方向旋转。因此，需要抵接部48作为机械止动件来防止制动衬块22脱离位置。在图1和图2中所示的实施方式中，抵接部48是“销”式的，但本领域技术人员将会意识到，也可以常规性地使用其它抵接部类型，诸如“平面式”抵接部。销式或平面式的基座48均可以与根据本发明的实施方式的卡钳10一起使用。

如图3、图4、图6以及图7中更清楚地所示，在卡钳本体14内保持有四个活塞50，四个活塞各自位于相应的活塞孔52内。应当理解的是，在其它变型中，可以使用不同数量的活塞。卡钳本体14的各个纵向侧部16均具有两个活塞孔52，并且各个活塞孔52均与卡钳本体14的相对侧部16上的相应活塞孔52同轴。应该注意的是，凸出部53形成在卡钳本体14中的活塞孔52中的每一者的周围。这是确保在制动操作期间负载相对较高时活塞孔52周围有足够的壁厚的有效方式，这不向卡钳本体14的其余部分增加显著的体积。

各个活塞50被设置成当被致动时朝其相应的制动衬块22移动以将制动衬块22压到制动盘12上，从而实现制动。每对活塞50以一个活塞50定位在相应的制动衬块的中心的任一侧的方式定位，以便施加平衡的力。当制动卡钳10被优化成在线控制动系统中使用时，活塞50响应于车辆的驾驶员踩下制动踏板时产生的控制信号由调节器以液压的方式致动。在其它实施方式中，活塞50以电子方式致动。

到目前为止已经描述的制动卡钳10的特征大致对应于在常规的制动卡钳中发现的那些特征。然而，对于本领域技术人员明显的是，图1至图4中示出的实施方式的卡钳本体14的体积比常规卡钳的体积明显更小。其原因如下所述，但是在这一点上要注意的是，卡钳本体14减小的体积使得其质量比常规卡钳本体的通常质量更小。如已经提到的那样，在汽车工业中存在为了燃料效率而减轻车辆的重量的总体目标，因此减轻卡钳本体14的质量是有显著益处的。实际上，已经发现的是，本发明的实施方式的卡钳本体可以比其常规等同物轻两千克或三千克，这是显著的质量减轻。此外，鉴于制动卡钳10形成车辆的非悬挂质量的一部分，因此质量的减轻也用于改善车辆的性能、乘坐质量和操纵性。

如上所述，在线控制动系统中，制动踏板与制动活塞50断开联接，因此踏板触感不再是卡钳设计中的约束。已经确定的一个特别的含义在于，这种卡钳10不一定需要与在已知的用于常规液压制动系统的低阻力卡钳中使用的那些卡钳一样具有刚性，在常规液压制动系统中，设计理念通常鼓励使刚度最大化。这是因为尽管卡钳本体14在操作中的任何挠度都会增加制动活塞50所需的位移，但是这种增加可以由电动致动系统来解决，不会对驾驶员造成影响。

因此，卡钳10可以使用强度而不是刚度作为约束来设计。换言之，用于卡钳本体14的所限定的可容许挠度可以远远大于用于常规卡钳所限定的可容许挠度，在常规卡钳中尽可能使挠度最小化。可容许挠度保持在卡钳本体14的弹性极限内，并且在设计中加以考虑，使得使用时卡钳本体14响应于活塞50的作用以计划和受控的方式弯曲。因此，本发明的实施方式采取了与本领域常规实践完全相反的设计理念。

由于活塞50构造成在不影响驾驶员的情况下增加位移，所以这种方法的另一个优点是可以在制动衬块22与制动盘12之间限定运行间隙。这在不影响制动性能的情况下消除了制动器闲置时两者之间的摩擦接触。相反地，如上所述，特别是在高性能制动器中，常规制动器通常采用在活塞密封件的控制下活塞朝向制动盘的逐步前进，并且允许恒定摩擦接触以确保可以施加高制动力。

因此，在减小卡钳本体14的刚度的同时，本发明的实施方式中采用的第二设计原则是确保维持制动衬块22与制动盘12之间的运行间隙。这需要确保一旦液压压力被释放，活塞50总是收回比卡钳本体14的偏移更大的距离。这通过活塞密封件和图5中示出的密封件所在的凹槽54的合适的成形来实现。凹槽54环形地形成在活塞孔52的内表面中，并且具有轴向呈锥形的轮廓，使得在该实施方式中，凹槽54在其前缘55处，即离制动盘最近的边缘处最深。前缘55形成在半径上以在活塞位移期间适应活塞密封件的变形。尽管该轮廓类似于常规卡钳本体的轮廓，但相对尺寸是不同的：特别地，前缘55的半径远大于其常规对应件的半径，以确保活塞密封件并转而确保活塞50总是完全收回的；即使在活塞50处于最大位移之后，也可以完全收回。这与常规的卡钳形成对比，在常规的卡钳中，活塞密封件被具体地构造成防止活塞在某些情况下完全收回，以在制动衬块和制动盘之间提供减小的间隙。

应注意的是，在替代实施方式中可以使用其它凹槽轮廓，但是在各种情况下，前缘55的半径被设计成使得活塞50在每个活塞50操作之后能够完全收回。

保持运行间隙确保了能量在制动器不操作时不会被浪费在摩擦中，并且还防止了制动盘12和制动衬块22中的热量积聚。然而，由于制动衬块22与制动盘12之间的间隙比常规卡钳中存在的要大，所以这种方法需要快速的液压预填充以确保满意的响应。这可以在线控制动系统提供，由此这些设计原则之间的关系是清楚的。

从以上描述中将清楚的是，存在影响卡钳本体14的结构的若干变量。这些变量包括但不限于：活塞50的数量；活塞孔52在卡钳本体14内的位置；活塞孔52的直径；用于将制动衬块22保持在适当位置的抵接部48的类型；安装孔46的尺寸和位置；整体包封空间；冷却系统；卡钳本体14的材料；以及所使用的桥接件28的类型。这些变量中的每一者都在一定程度上影响其它变量，因此在设计卡钳本体14时必须考虑到这些变量。

已经确定了用于这些变量的优化配置，该优化配置允许最大限度地减轻卡钳本体14的质量。图1至图4中所示和上面描述的卡钳本体14是卡钳本体14的示例，其中，以上变量的配置已被优化，从而允许卡钳本体14的质量的接下来的最小化。现在参照图6至图8描述该过程。

在卡钳10的设计中将待使用新的制动卡钳10的具体用途用作起始点，因为用途确定用于卡钳10的工作参数，包括可用的整体包封空间、制动盘12的尺寸以及所需的制动性能。这些参数直接影响卡钳本体14的尺寸和形状、安装孔46的位置、所使用的活塞50的数量、这些活塞50的尺寸以及制动衬块22的尺寸。

例如，应注意的是，所允许的更多的外侧横向空间，即制动盘12与车轮之间的可以安置材料件的空间，提高了满足目标位移特性的能力，同时保持了较小的卡钳本体质量。对于优化卡钳本体14的质量和刚度或活塞50的位移的特定目的而言，材料件的内侧包封余量不占主要地位，因此可以按照常规设计实践进行处理。而且，为了保持车辆配置的灵活性，期望减小卡钳本体14的包封空间的外径，并且已经发现对于位移或重量目标这样做并不是有害的。

一旦确定了工作参数，下一步就是确定安装孔46和活塞孔52相对于制动盘12和制动衬块22的相对位置。如图6中所示，已经发现最佳的解决方案是根据紧紧围绕制动盘12绘制的椭圆56来定位安装孔46和活塞孔52，使得椭圆56的长半径接触或者刚好越过盘12的边缘，并且椭圆56的短半径被确定成使得孔52的闭合后端部的中心，即远离制动盘12的端部与椭圆56重合。椭圆56的两个焦点58位于盘12上。安装孔46也定位成尽可能地靠近椭圆56。

考虑到活塞孔52的数量和这些孔52中的每一者的深度，通常，制动盘12和活塞孔52一起限定椭圆56。然后，安装孔46按照椭圆56以下面描述的方式定位，还考虑到了其它制约因素，诸如制动衬块抵接部48以及所需的制动盘间隙。

图7示出了如何根据孔46的尺寸确定安装孔46的位置。如图所示，在该实例中对应于M12接头的最小尺寸中，椭圆56略微与孔46的最内侧区域，即孔46的最接近制动盘12的区域相交。虚线表示相同的安装孔46在其尺寸增加的情况下的定位，在本例中对应于M16：孔46的最内侧点保留在相同的位置，使得椭圆56仍然穿过该区域中的孔46。注意到在安装孔46周围限定了最小材料厚度以确保结构完整性，明显的是，增加安装孔46的尺寸转而增加了其相对于制动盘12的偏移。

安装孔46的位置而不是其尺寸是用于优化配置的主要考虑因素；孔46的尺寸被选择成在提高结构完整性与使安装孔46相对于制动盘12的偏移最小化之间达到平衡。这是因为已经发现，使安装孔46与制动盘12之间的偏移最小化使卡钳本体14的质量能够最小化。较小的安装孔46固有地具有距制动盘较小的偏移量，但是也导致较小的且因此较弱的固定结构。因此，通常会选择提供足够强度的最小固定件尺寸。

还有其它因素影响安装孔46的定位，因此孔46定位成尽可能靠近椭圆56，以获得最佳解决方案。图6以虚线示出了卡钳10的安装孔46及其周围材料不能侵入其中的区域。这些区域包括与制动盘12紧邻的区域以允许距离盘12有充分的间隙，以及指定为由制动片22占据的区域的矩形中央区域。

鉴于这些因素，以及期望将安装孔46定位在椭圆56上，因此各个安装孔46的位置被指定在小的区域内。

为了追求低质量的卡钳本体14，也可以优化活塞孔52的直径。总体上，优化的解决方案具有最小化的孔径，因为这意味着孔52周围的凸出部53对于给定的厚度质量较小，并且还需要更少的附加材料来保持本体14的结构完整性。而且，小的孔径需要制动流体的体积减小。

但是，在确定孔径时还必须考虑到一些限制。例如，在故障安全规定方面有一些法律要求：制动器必须能够施加足以使车辆以2.84m/s²减速的制动力。而且，必须考虑线控制动系统的调节器的液压容量；由于压力作用在较小的活塞面积上，因此较小的孔径需要较高的泵送压力来产生给定的制动力和活塞50的位移。进一步考虑的是，活塞50应该足够大以在制动衬块22上产生良好的压力分布，使得可以使用标准的背板24；较小的孔径导致在背板24上的施加点处的较高的压力集中。

图7中所示的布置示出了使用四个活塞50的具体优化。按照惯例，活塞孔52不是全部具有相同的直径：左侧示出的孔52大于右侧示出的孔52。活塞50以这种方式构造成使得制动力以下述方式分布在制动衬块22上：抵制制动衬块22在与制动盘12接触时不均匀磨损的趋势。活塞孔52的位置按照这个要求来确定，然后如上所述围绕制动盘12并穿过活塞孔52的中心画出椭圆56。然后可以根据椭圆56来定位安装孔46。如果孔径的尺寸要改变，或者如果要增加另外的活塞50，则将使用相同的约束来重新配置该布置。

最后，选择要使用的抵接部48的类型和桥接件28的类型。如上所述，可以使用平面型抵接部或销型抵接部。对于优化过的减轻的质量，结构性的桥接件28通常是必需的，因为其为给定质量产生更坚固的本体14；卡钳本体14的侧部所需的额外的加强以产生与桥接件28所能达到的刚度相似的刚度增加了远大于桥接件28的质量。桥接件28可以是可拆卸的构件的形式，诸如如上所述的轴30，或者替代性地，可以使用整体的、固定式桥接件28。但是，对于非常小的卡钳本体，已经发现省略桥接件28产生最佳的解决方案。

如图8中所示，此时已经限定了用于卡钳本体14的整体包封空间，考虑到了活塞孔52和安装孔46的尺寸和位置、所使用的抵接部48的类型以及桥接件28的类型。这些约束被用来定义包封空间计算机模型，该包封空间计算机模型表示用于被称为“包封包络线”60的卡钳本体14的初始设计，该初始设计呈由大多数卡钳本体所采用的惯用的半圆柱形式，并且具有中央开口或空腔20以容纳制动盘12。在这个阶段，包封包络线60的形状简单地满足可用空间，因此其质量远高于满足刚度要求所需的质量。

包封包络线60被转化成分析包，该分析包能够从包封包络线60移除质量，同时监测其刚度，以产生结构性的优化解决方案。每次分析包从包封包络线60中移除材料时，使用有限元分析技术分析所得到的本体以确保刚度没有低于容许的设计极限。在包封包络线60上的应用具体极限处定义关键约束。例如，根据所需的挠度，严格地限制活塞孔52在其中心处的位移，以确保卡钳本体14在制动期间成功地执行。

最终，分析包不能在不损害目标位移的情况下移除包封包络线60的任何更多部分，此时包封包络线60被认为具有最小化的质量。然后，可以根据需要改进所得到的设计，以确保制造的可行性。这导致如图1至图4中所示的最终的卡钳本体14。

应注意的是，分析包不会篡改包封包络线60中限定的特征，诸如安装孔46的位置或抵接部的类型。因此，由包封产生的最终的卡钳本体14完全取决于由这些特征形成的约束。以这种方式，用于定义这些特征的属性的上述过程使得能够使用分析包来创建具体针对于各个应用的需求的优化设计。

如果最终的卡钳本体14由市售的结构优化软件产生，则本体14在形式上通常是不对称的，这在本领域是不常见的，但是鉴于用于形成本体14的新设计方法而是完全可预期的；对称设计源于尽可能地加强卡钳本体14的尝试，而不对称的本体表示本体14仅在需要时以有差别的方式加强。

图9中总结了以上优化，图9示出了用于以最小质量生产最终的卡钳本体14的过程62。过程62始于在步骤64中定义用于制动卡钳10的操作参数，包括例如所需的制动力、要使用的活塞50的数量和尺寸以及制动盘12的尺寸。接下来，在步骤66中确定包封空间。使用该信息，在步骤68中限定包封包络线60。在步骤70中定位活塞孔52，然后在步骤72定义椭圆56。应注意的是，如果需要的话，可以在这个阶段调整椭圆56以适应活塞孔52。然后，在步骤74中根据椭圆56定位安装孔46。然后，在步骤76中可以约束凹槽54，该步骤涉及限定其轴向轮廓，以确保在每次制动操作之后活塞50完全收回。在替代性的实施方式中，步骤70和步骤72可以互换。换言之，椭圆56可以在定位活塞孔52之前被限定。

过程62然后进入分析阶段，在该阶段中尽可能地减轻包封包络线60的质量，同时保持足够的强度以避免在施加本体在使用中将受到的力时超过预定的挠度阈值。分析阶段可以例如通过市售的结构优化软件来执行。

因此，在步骤78中，通过去除一部分可用体积，包封包络线60的质量被减轻一小部分，并且在步骤80中分析所得到的包络线60以检查包络线60在施加力时在特定位置处是否超过预定挠度阈值。迭代步骤78和80，直到在步骤82中超过一个或更多个位移阈值。在这个阶段，包封包络线60的先前迭代，即未超过挠度阈值的具有最低质量的包封包络线60的版本，在步骤84中得到作为最终的卡钳本体14。过程62然后在步骤86中结束。

本领域技术人员将会理解的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对本发明进行修改以对本文所述的形式采取许多替代形式。

Claims (21)

1.一种制动卡钳本体，所述制动卡钳本体包括：

开口，所述开口布置成接纳制动盘的一部分，所述制动盘在所述开口内的位置在使用中限定制动盘包络线；

至少一对同轴的活塞孔，所述开口的每一侧均设置有所述至少一对同轴的活塞孔中的一个活塞孔，各个活塞孔具有限定端面的闭合端部；以及

至少一个安装孔；

其中，各个活塞孔的端面的中心与围绕所述制动盘包络线限定的椭圆重合，所述椭圆具有位于所述制动盘包络线内的焦点，并且所述椭圆定尺寸成与所述盘包络线的纵向末端重合；

并且其中，所述椭圆与所述安装孔或各个安装孔相交或相切。

2.根据权利要求1所述的卡钳本体，其中，所述卡钳本体在形状上是不对称的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的卡钳本体，包括跨越所述开口的结构性的桥接件。

4.根据权利要求3所述的卡钳本体，其中，所述桥接件与所述卡钳本体成一体。

5.根据权利要求3所述的卡钳本体，其中，所述桥接件能够从所述卡钳本体移除。

6.根据前述权利要求中任一项所述的卡钳本体，其中，所述卡钳本体是一体式构型。

7.根据前述权利要求中任一项所述的卡钳本体，包括用于在使用中限制容置在所述卡钳本体中的制动衬块的旋转运动的平面抵接部或销式抵接部。

8.一种用于线控制动系统的制动卡钳，所述制动卡钳包括：

卡钳本体，所述卡钳本体具有布置成接纳制动盘的开口，所述卡钳本体限定一对或更多对同轴的活塞孔，所述开口的每一侧设置有所述一对或更多对同轴的活塞孔中的一个活塞孔；

容置在所述卡钳本体的所述活塞孔中的每一者中的相应的活塞；以及

成对的彼此相对的制动衬块，所述成对的彼此相对的制动衬块保持在所述卡钳本体的所述开口内；

其中，所述制动卡钳布置成在使用中保持所述制动衬块与所述制动盘之间的间隙。

9.根据权利要求8所述的制动卡钳，包括位于各个活塞孔中的相应的活塞密封件，各个活塞密封件容置在形成在所述活塞孔的内表面中的凹槽中，其中，所述凹槽的轮廓成形为确保所述活塞在制动操作之后能够完全收回，从而保持所述制动衬块与所述制动盘之间的间隙。

10.根据权利要求9所述的制动卡钳，其中，所述活塞密封件的横截面成形为与所述凹槽的轮廓相互作用，以确保所述活塞在制动操作之后能够完全收回。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的制动卡钳，其中，所述凹槽具有在使用中最接近所述制动盘的前缘，其中，所述前缘形成在足够大的半径上，以确保所述活塞在制动操作之后能够完全收回。

12.根据权利要求11所述的制动卡钳，其中，所述凹槽具有轴向成锥形的轮廓，使得所述凹槽在其前缘处最深。

13.根据权利要求11所述的制动卡钳，其中，所述凹槽具有轴向成锥形的轮廓，使得所述凹槽在其前缘处最浅。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的制动卡钳，其中，根据所述线控制动系统的调节器的液压容量使所述活塞孔中的每一者的直径最小化。

15.根据权利要求8至14中任一项所述的制动卡钳，其中，所述卡钳本体是根据权利要求1至7中任一项所述的卡钳本体。

16.一种设计用于线控制动系统的制动卡钳的方法，所述方法包括：

定义用于所述制动卡钳的操作参数；

确定所述制动卡钳的可用的包封空间；

在所述包封空间内限定包封包络线，所述包封包络线包括布置成接纳制动盘的开口，所述制动盘在所述开口内的位置在使用中限定制动盘包络线；

围绕所述制动盘包络线限定椭圆，所述椭圆具有位于所述制动盘包络线内的焦点并且定尺寸成与所述制动盘包络线的纵向末端重合；

在所述包封包络线内定位一对或更多对同轴的活塞孔，所述开口的每一侧设置有所述一对或更多对同轴的活塞孔中的一个活塞孔，各个活塞孔具有限定端面的闭合端部，使得各个活塞孔的端面的中心与所述椭圆重合，其中，根据所述操作参数使所述活塞孔的直径最小化；

定位一个或更多个安装孔以与所述椭圆相交或接触；

减轻所述包封包络线的质量，然后检查所得到的包封包络线在施加力时不超过挠度阈值；

重复以下步骤：减轻所述包封包络线的质量并检查所述包封包络线的挠度，直到在当施加力时不超过所述挠度阈值的情况下所述包封包络线的质量不能进一步减轻为止。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法在计算机上实施，并且其中，所述包封包络线是表示制动卡钳本体的计算机模型。

18.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求1至7中任一项所述的卡钳本体或根据权利要求8至15中任一项所述的制动卡钳。

19.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被布置成实施根据权利要求16或权利要求17所述的方法。

20.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质装载有根据权利要求19所述的计算机程序产品。

21.一种卡钳本体、制动卡钳或方法，所述卡钳本体、制动卡钳或方法大致如本文所述和/或如附图中的任一附图所示。