CN108639032B - 一种应用于方程式赛车的制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于方程式赛车的制动系统，包括液压和管路总成、制动力调节总成、踏板总成和无人制动总成。制动力调节总成包括联轴器、软轴、平衡杆螺杆和空行程挡圈，空行程挡圈安装在空行程导轨上，平衡杆螺杆穿过并安装在空行程挡圈上，平衡杆螺杆的两端分别连接前主缸接头和后主缸接头，平衡杆螺杆通过软轴与制动力调节电机输出轴连接，通过调节制动主缸和空行程导轨的距离来调节制动主缸正压力，从而得到不同的前后制动力。无人制动总成包括导轨轴承、无人制动推杆、丝杆螺母限位块、步进电机、丝杆、前端丝杆螺母和锁死机构。本发明能够实现方程式赛车人工制动与无人制动的快速切换，且空行程导轨的设计，能够提高制动能量回收效率。

Description

一种应用于方程式赛车的制动系统

技术领域

本发明属于方程式赛车制动技术领域，具体涉及一种应用于方程式赛车的制动系统。

背景技术

方程式赛车，即是以共同的方程式(规则限制)所造出来的赛车，赛车必须依照国际汽车联合组织制定颁发的车辆技术规则规定的程式制造，包括车体结构、长宽度等。大学生方程式赛车是方程式赛车的一种，是由在校大学生组队设计一款简化版一级方程式赛车，要求赛车在加速、制动、操控性方面都有较高水准并且足够稳定耐久，在比赛中能够完成一系列测试项目。大学生方程式赛车的种类包括燃油方程式赛车、纯电动方程式赛车和无人驾驶方程式赛车。

无人驾驶方程式赛车要求必须兼具人工驾驶模式和无人驾驶模式，其制动系统也必须兼具人工制动和无人制动两种功能。

目前方程式赛车的无人驾驶制动模式主要以线控制动和另加液压源的方式实现，这两种方式都有很明显的缺点。线控制动采用拉线拉动制动踏板来实现无人制动，无法解决拉线本身的不安全性和不稳定性。另加液压源的方法需要对赛车主缸进行二次改造，增加了系统不稳定性。同时，现有的方程式赛车制动系统无法根据赛车状态实时、有效地调节前后制动力，同时，制动能量回收装置复杂。

发明内容

为了保证赛车各工况下最佳制动效能，兼具人工制动和无人制动两种功能，互不干涉且便于切换，提高驾驶舱的空间利用率，本发明提供了一种应用于方程式赛车的制动系统。

一种应用于方程式赛车的制动系统，包括液压和管路总成1、踏板总成3、制动盘5、卡钳6、电池7和电动机8。所述电池7是电动机8的动力源，所述电动机8驱动赛车的两个后轮转动，赛车的两个前轮和两个后轮的轮毂上均连接制动盘5和液压制动的卡钳6，踏板总成3通过液压和管路总成1与所述卡钳6连接。

其特征在于：所述踏板总成3包括制动底板31、制动踏板32、空行程导轨33无人制动推杆导轨34和加速踏板35，所述制动底板31固定连接在赛车前端的车架上，制动底板31上连接制动踏板32的下端，制动踏板32的上端连接无人制动推杆导轨34，制动踏板32的中上部连接空行程导轨33。

所述空行程导轨33上连接制动力调节总成2，所述制动力调节总成2包括制动力调节电机21、前主缸接头25和后主缸接头27，所述制动力调节电机21通过正反转带动平衡杆螺杆24转动，调节前主缸接头25和后主缸接头27的位置来调节赛车两前轮和两后轮制动力的分配比值。

所述无人制动推杆导轨34上连接无人制动总成4，所述无人制动总成4包括步进电机44、无人制动推杆42和锁死机构；人工驾驶模式下，在驾驶员进入驾驶舱之前，无人制动总成4中的步进电机44动作，带动无人制动推杆42回缩，无人制动推杆42位置基本不动，解除制动，驾驶员正常驾驶；从人工驾驶模式切换到无人驾驶模式，无人驾驶待驶状态或需要制动时，步进电机44带动无人制动推杆42前伸并由锁死机构锁死，赛车处于制动状态；无人驾驶行驶状态时，步进电机44动作，带动无人制动推杆42回缩，解除制动，正常行驶。进一步限定的技术方案如下：

所述制动力调节总成2包括联轴器22、软轴23、平衡杆螺杆24和空行程挡圈26，所述空行程挡圈26安装在空行程导轨33上，平衡杆螺杆24穿过并安装在空行程挡圈26上，平衡杆螺杆24的两端分别连接前主缸接头25和后主缸接头27，平衡杆螺杆24通过软轴23与制动力调节电机21输出轴连接，制动力调节电机21输出轴逆时针旋转时，前主缸接头25接近空行程挡圈26，后主缸接头27远离空行程挡圈26，此时根据受力平衡原理，制动踏板32前移时，前主缸接头25施加给前主缸的压力增大，供给赛车两个前轮的液压制动的卡钳6的压力增大；后主缸接头27施加给后主缸的压力也增大，供给赛车两个后轮的液压制动的卡钳6的压力也增大，但由于前主缸接头25施加给主缸的压力增幅更大，因此前后制动力分配比值变大；制动力调节电机21输出轴顺时针旋转时，供给赛车两个前轮的液压制动的卡钳6的压力增幅小，供给赛车两个后轮的液压制动的卡钳6的压力增幅大，因此前后制动力分配比值变小。

所述无人制动总成4还包括导轨轴承41、丝杆螺母限位块43、丝杆46和前端丝杆螺母47。所述丝杆46与步进电机44的定子部分结合成一体，丝杆46的两端分别从步进电机44的前端、后端法兰中心伸出，丝杆46的前端安装前端丝杆螺母47，前端丝杆螺母47连接无人制动推杆42的一端，无人制动推杆42的另一端连接导轨轴承41，丝杆46旋转时，前端丝杆螺母47连同无人制动推杆42在丝杆螺母限位块43内滑动，所述导轨轴承41与无人制动推杆导轨34连接。

所述锁死机构包括棘轮45、棘轮卡销48、推力弹簧49、电磁吸盘410、轴承限位挡圈411、轴承412、后端丝杆螺母413和锁死装置壳体；所述后端丝杆螺母413安装在丝杆46的后端，后端丝杆螺母413上连接棘轮45，轴承限位挡圈411内安装轴承412，轴承412内孔套装在丝杆46的后端的端部，棘轮卡销48、推力弹簧49和电磁吸盘410构成锁死机构，并安装在棘轮45的侧面，所述锁死机构安装在锁死装置壳体内。

所述制动力调节电机21的型号为ZGBRG 12V，额定功率为4.8W。

所述步进电机44的型号为86BYCH301，额定功率为6.4W，步距角为1.8°。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

(1)制动踏板上无人制动导轨的设计，能够实现人工制动与无人制动的快速切换，且空行程导轨的设计，能够提高制动能量回收效率。

(2)人工驾驶模式时，无人制动推杆向后收缩，不占用驾驶员的踏板操作空间，提高驾驶舱的空间利用率。

(3)制动力调节总成在无人驾驶模式下可以实时、自动调节前后制动力分配，也可以在人工驾驶模式下由驾驶员手动调节，且制动力调节总成可以在赛车启动前预设前后制动力分配比值。

附图说明

图1为本发明在赛车上安装位置示意图。

图2为本发明结构示意图(隐去赛车车架、动力总成和轮边总成)。

图3为本发明制动力调节总成示意图。

图4为本发明平衡杆总装示意图。

图5为本发明踏板总成示意图。

图6为本发明无人制动总成示意图。

图7为本发明无人制动总成局部分解示意图。

附图中序号：液压和管路总成1、制动力调节总成2、制动力调节电机21、联轴器22、软轴23、平衡杆螺杆24、前主缸接头25、空行程挡圈26、后主缸接头27、踏板总成3、制动底板31、制动踏板32、空行程导轨33、无人制动推杆导轨34、无人制动总成4、导轨轴承41、无人制动推杆42、丝杆螺母限位块43、步进电机44、棘轮45、丝杆46、前端丝杆螺母47、棘轮卡销48、推力弹簧49、电磁吸盘410、轴承限位挡圈411、轴承412、后端丝杆螺母413、制动盘5、卡钳6、电池7、电动机8。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例一

参见图1和图2，一种应用于方程式赛车的制动系统，包括液压和管路总成1、制动力调节总成2、踏板总成3和无人制动总成4。电池7是电动机8的动力源，电动机8驱动赛车的两个后轮转动，赛车的两个前轮和两个后轮的轮毂上均连接制动盘5和液压制动的卡钳6，踏板总成3通过液压和管路总成1与所述卡钳6连接。

所述液压和管路总成1包括制动主缸、各类接头、管路、卡钳6和油壶，油壶的作用为储存和提供制动液。在制动踏板力作用下，通过制动主缸建立油压，通过管路分别将液压油输送到四个轮毂上的卡钳6，液压油推动卡钳活塞从而获得对制动盘5的夹紧力，实现赛车的制动。

参见图3和图4，所述制动力调节总成2包括联轴器22、软轴23、平衡杆螺杆24和空行程挡圈26，所述空行程挡圈26安装在空行程导轨33上，平衡杆螺杆24穿过并安装在空行程挡圈26上，平衡杆螺杆24的两端分别连接前主缸接头25和后主缸接头27，平衡杆螺杆24通过软轴23与制动力调节电机21输出轴连接，制动力调节电机21输出轴逆时针旋转时，前主缸接头25接近空行程挡圈26，后主缸接头27远离空行程挡圈26，此时根据受力平衡原理，制动踏板32前移时，前主缸接头25施加给前主缸的压力增大，供给赛车两个前轮的液压制动的卡钳6的压力增大；后主缸接头27施加给后主缸的压力也增大，供给赛车两个后轮的液压制动的卡钳6的压力也增大，但由于前主缸接头25施加给主缸的压力增幅更大，因此前后制动力分配比值变大；制动力调节电机21输出轴顺时针旋转时，供给赛车两个前轮的液压制动的卡钳6的压力增幅小，供给赛车两个后轮的液压制动的卡钳6的压力增幅大，因此前后制动力分配比值变小。

参见图5，所述踏板总成3包括制动底板31、制动踏板32、空行程导轨33无人制动推杆导轨34，所述制动底板31固定连接在赛车前端的车架上，制动底板31上连接制动踏板32的下端，制动踏板32的上端连接无人制动推杆导轨34，制动踏板32的中上部连接空行程导轨33。

参见图6和图7，所述无人制动总成4还包括导轨轴承41、丝杆螺母限位块43、丝杆46和前端丝杆螺母47，所述丝杆46与步进电机44的定子部分结合成一体，丝杆46的两端分别从步进电机44的前端、后端法兰中心伸出，丝杆46的前端安装前端丝杆螺母47，前端丝杆螺母47连接无人制动推杆42的一端，无人制动推杆42的另一端连接导轨轴承41，丝杆46旋转时，前端丝杆螺母47连同无人制动推杆42在丝杆螺母限位块43内滑动，所述导轨轴承41与无人制动推杆导轨34连接。

所述锁死机构包括棘轮45、棘轮卡销48、推力弹簧49、电磁吸盘410、轴承限位挡圈411、轴承412、后端丝杆螺母413和锁死装置壳体；所述后端丝杆螺母413安装在丝杆46的后端，后端丝杆螺母413上连接棘轮45，轴承限位挡圈411内安装轴承412，轴承412内孔套装在丝杆46的后端的端部，棘轮卡销48、推力弹簧49和电磁吸盘410构成锁死机构，并安装在棘轮45的侧面，所述锁死机构安装在锁死装置壳体内。

本发明的工作原理说明如下：

(1)人工驾驶模式下，在驾驶员进入驾驶舱之前，无人制动总成4中的步进电机44动作，带动无人制动推杆42回缩，回缩到最后位置后，步进电机44断电，电磁吸盘410动作，克服推力弹簧49推力，使棘轮卡销48卡住棘轮45，在棘轮卡销48推力和丝杆螺母限位块43共同作用下，保持无人制动推杆42位置基本不动，驾驶员正常驾驶。

(2)无人驾驶模式下，在赛车待驶状态下，制动系统处于制动保持状态。从人工驾驶模式切换到无人驾驶模式，步进电机44启动，电磁吸盘410断电，棘轮卡销49在推力弹簧49和步进电机44的共同作用下推到最远处，不与棘轮45接触，丝杆46向前移动，推动无人制动推杆42移动，无人制动推杆42沿无人制动导轨34移动从而推动制动踏板32转动，到临近最终制动行程处，电磁吸盘410动作，克服推力弹簧49推力，棘轮卡销49卡住棘轮45，从而丝杆螺母47无法转动，丝杆46就无法后退，保持持续制动。行驶状态时，步进电机44启动，电磁吸盘410断电，棘轮卡销49在推力弹簧49和步进电机44的共同作用下推到最远处，不与棘轮45接触。步进电机44在整车控制器的控制下动作，顺时针或者逆时针转动，执行制动与否命令。停止状态下，情况与待动状态相同。

(3)赛车以能够快充快放的电池7作为能量来源，电机8为永磁电机，不论是人工驾驶模式还是无人驾驶模式，在行驶状态只要满足能量回收的工况，都可以执行能量回收从而提高电动赛车的续航里程。制动踏板上空行程导轨33的设计，是为了最大化回收制动能量。在小制动强度下，通过该空行程导轨33，只有电机制动力矩而没有制动器制动力矩，从而提高制动能量回收效率。空行程的具体原理为：制动踏板32上安装有空行程导轨33，将平衡杆螺杆24置于空行程导轨33上，平衡杆螺杆24与制动踏板32之间有一段空行程，小强度制动时，在这个空行程内，制动踏板32转动而不压迫平衡杆螺杆24，此时有制动踏板转动行程但没有建立制动油压。

(4)制动力调节总成2在两种模式下都可以工作。根据整车状态，在整车控制器的控制下，制动力调节电机21转动，带动联轴器22转动，从而带动软轴23转动，软轴23的转动带动平衡杆螺杆24转动，前主缸接头25和后主缸接头27与螺杆连接的部位都有同向螺纹，由于主缸接头与制动主缸相连无法转动，因此前主缸接头25和后主缸接头27均相对平衡杆螺杆24做同向的轴向移动，轴向移动的结果就是与前主缸接头25和后主缸接头27分别相连的前制动主缸和后制动主缸距离空行程导轨33中心的距离的变化，一边主缸接头距离空行程导轨中心处的距离变远，另一边必然变近，由于制动踏板力在空行程结束后通过空行程导轨33作用于平衡杆，根据受力平衡原理，主缸接头距离空行程导轨33距离的变化必然导致主缸正压力的变化，根据受力分析可得出，通过调节制动主缸和空行程导轨33的距离来调节制动主缸正压力，从而得到不同的前后制动力。可以根据赛道数据和常用工况，在赛车启动前，选取最佳的前后制动力分配比值，通过整车控制器控制制动力调节电机21，可以预设初始前后制动力比值。

以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种应用于方程式赛车的制动系统，包括液压和管路总成（1）、踏板总成（3）、制动盘（5）、卡钳（6）、电池（7）和电动机（8）；所述电池（7）是电动机（8）的动力源，所述电动机（8）驱动赛车的两个后轮转动，赛车的两个前轮和两个后轮的轮毂上均连接制动盘（5）和液压制动的卡钳（6），踏板总成（3）通过液压和管路总成（1）与所述卡钳（6）连接；

其特征在于：所述踏板总成（3）包括制动底板（31）、制动踏板（32）、空行程导轨（33）、无人制动推杆导轨（34），所述制动底板（31）固定连接在赛车前端的车架上，制动底板（31）上连接制动踏板（32）的下端，制动踏板（32）的上端连接无人制动推杆导轨（34），制动踏板（32）的中上部连接空行程导轨（33）；

所述空行程导轨（33）上连接制动力调节总成（2），所述制动力调节总成（2）包括制动力调节电机（21）、前主缸接头（25）和后主缸接头（27），所述制动力调节电机（21）通过正反转带动平衡杆螺杆(24）转动调节前主缸接头（25）和后主缸接头（27）的位置来调节赛车两前轮和两后轮制动力的分配比值；

所述无人制动推杆导轨（34）上连接无人制动总成（4），所述无人制动总成（4）包括步进电机（44）、无人制动推杆（42）和锁死机构；人工驾驶模式下，在驾驶员进入驾驶舱之前，无人制动总成（4）中的步进电机（44）动作，带动无人制动推杆（42） 回缩，无人制动推杆（42）位置基本不动，解除制动，驾驶员正常驾驶；从人工驾驶模式切换到无人驾驶模式，无人驾驶待驶状态或需要制动时，步进电机（44）带动无人制动推杆（42）前伸并由锁死机构锁死，赛车处于制动状态；无人驾驶行驶状态时，步进电机（44）动作，带动无人制动推杆（42）回缩，解除制动，正常行驶。

2.根据权利要求1所述的一种应用于方程式赛车的制动系统，其特征在于：所述制动力调节总成（2）包括联轴器（22）、软轴（23）、平衡杆螺杆（24）和空行程挡圈（26），所述空行程挡圈（26）安装在空行程导轨（33）上，平衡杆螺杆（24）穿过并安装在空行程挡圈（26）上，平衡杆螺杆（24）的两端分别连接前主缸接头（25）和后主缸接头（27），平衡杆螺杆（24）通过软轴（23）与制动力调节电机（21）输出轴连接，制动力调节电机（21）输出轴逆时针旋转时，前主缸接头（25）接近空行程挡圈（26），后主缸接头（27）远离空行程挡圈（26），此时根据受力平衡原理，制动踏板（32）前移时，前主缸接头（25）施加给前主缸的压力增大，供给赛车两个前轮的液压制动的卡钳（6）的压力增大；后主缸接头（27）施加给后主缸的压力也增大，供给赛车两个后轮的液压制动的卡钳（6）的压力也增大，但由于前主缸接头（25）施加给主缸的压力增幅更大，因此前后制动力分配比值变大；制动力调节电机（21）输出轴顺时针旋转时，供给赛车两个前轮的液压制动的卡钳（6）的压力增幅小，供给赛车两个后轮的液压制动的卡钳（6）的压力增幅大，因此前后制动力分配比值变小。

3.根据权利要求1所述的一种应用于方程式赛车的制动系统，其特征在于：所述无人制动总成（4）还包括导轨轴承（41）、丝杆螺母限位块（43）、丝杆（46）和前端丝杆螺母（47），所述丝杆（46）与步进电机（44）的定子部分结合成一体，丝杆（46）的两端分别从步进电机（44）的前端、后端法兰中心伸出，丝杆（46）的前端安装前端丝杆螺母（47），前端丝杆螺母（47）连接无人制动推杆（42）的一端，无人制动推杆（42）的另一端连接导轨轴承（41），丝杆（46）旋转时，前端丝杆螺母（47）连同无人制动推杆（42）在丝杆螺母限位块（43）内滑动，所述导轨轴承（41）与无人制动推杆导轨（34）连接。

4.根据权利要求3所述的一种应用于方程式赛车的制动系统，其特征在于：所述锁死机构包括棘轮（45）、棘轮卡销（48）、推力弹簧（49）、电磁吸盘（410）、轴承限位挡圈（411）、轴承（412）、后端丝杆螺母（413）和锁死装置壳体；所述后端丝杆螺母（413）安装在丝杆（46）的后端，后端丝杆螺母（413）上连接棘轮（45），轴承限位挡圈（411）内安装轴承（412），轴承（412）内孔套装在丝杆（46）的后端的端部，棘轮卡销（48）、推力弹簧（49）和电磁吸盘（410）构成卡销机构，并安装在棘轮（45）的侧面，所述锁死机构安装在锁死装置壳体内。

5.根据权利要求1所述的一种应用于方程式赛车的制动系统，其特征在于：所述制动力调节电机（21）的型号为ZGBRG 12V，额定功率为4.8W。

6.根据权利要求1所述的一种应用于方程式赛车的制动系统，其特征在于：所述步进电机（44）的型号为86BYCH301，额定功率为6.4W，步距角为1.8°。

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