CN109398332A - 一种fsae赛车制动安全保护装置 - Google Patents

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Abstract

一种FSAE赛车制动安全保护装置，包括安装在驱动车轮转动的半轴上的现有赛车制动系统和与其并联的电控机械制动系统，现有赛车制动系统包括制动盘和制动钳组件，制动钳组件连接有制动轮缸，制动轮缸通过液压管路与制动主缸连通，制动主缸与制动踏板连接；制动轮缸上还设有与电控机械制动系统配合使用的顶杆，电控机械制动系统包括与顶杆配合使用的推杆、力矩电机、转轴和楔形斜面机构；制动盘内侧设有速度传感器，顶杆的下方有位移传感器，制动踏板连接有踏板行程位移传感器，上述三种传感器和力矩电机均与ECU电控单元连接。本发明可改善赛车的主动安全性能，以便紧急情况下保护车手和赛车整车的安全，投入成本较低，结构简单，使用方便，实用性较强。

Description

一种FSAE赛车制动安全保护装置
技术领域
本发明涉及赛车制动技术领域，具体涉及一种FSAE赛车制动安全保护装置。
背景技术
FSAE方程式赛车在国际上被视为“学界的F1方程式赛车”，自美国汽车工程师协会于1979年创办以来，已经有三十多年的历史了，逐渐形成了德国、美国、英国、日本和中国等地的多站比赛，越来越多的大学生相应地加入到了这个行列。现在FSAE赛事正朝着更快、更轻、更稳定的方向迅速发展。FSAE方程式赛车一般是处于高速运行状态，其制动可靠性高是保证其运行安全、稳定的关键，FSAE赛车制动性好坏直接影响车手短时间内停车安全问题。随着现有科学技术的发展，电控机械制动系统改变了传统的制动工作模式，具有制动响应快、安全可靠、节能、环保的特点。FSAE是一项涵盖直线加速、八字绕环、高速避障等项目的综合性比赛。各综合性比赛项目在专业竞赛场地进行，速度快，为保证学生比赛过程中的安全，有必要提高赛车的制动可靠性、安全性。现有技术中虽然有很多关于FSAE赛车制动的研究，但是大都是对其灵活性、使用舒适性等方面的研究，对其可靠性研究较少，而且现有的少量对其可靠性研究对现有常用的制动系统改动较大，不仅研究、生产投入成本较高，还具有结构复杂、使用不方便、实用性不强等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种FSAE赛车制动安全保护装置，它可改善赛车的主动安全性能，以便紧急情况下保护车手和赛车整车的安全，投入成本较低，结构简单，使用方便，实用性较强。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种FSAE赛车制动安全保护装置，包括安装在驱动车轮转动的半轴上的现有赛车制动系统和与现有赛车制动系统并联的电控机械制动系统，所述现有赛车制动系统包括制动盘和与制动盘配合的制动钳组件，所述制动钳组件通过支撑固定臂固定在车架上，制动钳组件连接有制动轮缸，所述制动轮缸内设有与活塞连接复位弹簧，制动轮缸通过液压管路与制动主缸连通，制动主缸与制动踏板连接；所述制动轮缸上还设有与电控机械制动系统配合使用的顶杆，所述电控机械制动系统包括与顶杆配合使用的推杆、力矩电机、与力矩电机连接的转轴和能将转轴的旋转运动转化为推杆直线运动的楔形斜面机构；所述制动盘内侧设有检测制动盘转速的速度传感器，所述顶杆的下方有位移传感器，所述制动踏板连接有踏板行程位移传感器，上述三种传感器和力矩电机均与ECU电控单元连接。
作为上述技术方案的进一步改进：所述制动钳组件包括左制动块、右制动块、制动钳和导向销，所述左制动块、右制动块设置在制动盘两侧，左制动块、右制动块均固定在制动钳上，所述制动钳与导向销连接并依靠导向销实现直线往复移动，所述导向销通过支撑固定臂固定在车架上。
进一步，所述制动钳为浮钳盘式制动钳。
进一步，所述楔形斜面机构包括楔形斜面、楔形平面和钢球，所述楔形斜面上存在一定的升角，楔形斜面与转轴连接，所述钢球处于楔形斜面与楔形平面之间并处于楔形斜面的升角处，钢球沿升角的滚动能将旋转力矩转换为直线移动的推力，所述楔形平面与推杆连接。
进一步，所述钢球转过的角度大小与楔形斜面的升角成正比例关系，钢球转过角度越大，推杆推出的距离越长，即楔形斜面的升角也与推杆的平移直线推动距离成正比例关系。
进一步，所述转轴通过轴承支撑进行运动轨迹限定，所述推杆通过支撑架进行运动轨迹限定。
进一步，所述电控机械制动系统在现有赛车制动系统处于失效状态下使用，电控机械制动系统与现有赛车制动系统两者的运动互不干涉。
进一步，所述推杆和顶杆处于同一条直线上，推杆与顶杆在无外力作用下不接触。
进一步，所述力矩电机连接有行星齿轮减速增扭机构，力矩电机通过行星齿轮减速机构将力矩电机输出的转矩增大，，相同传动比情况下体积小，有效实现制动力矩的增大效果，保证制动力足够大而且有效，以满足制动器最大制动的需要。
进一步，所述制动盘安装在靠近车轮的半轴的末端，所述半轴位于车轮的轮毂内侧。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用电控机械制动系统与现有赛车制动系统并联，在现有赛车制动系统失效的情况下，电控机械制动系统工作，可以自动对车轮实现制动，实现制动双保险，提高制动的安全性、稳定性、可靠性，以保障在紧急情况下能有效的保护车手和赛车的整车安全；且电控机械制动系统直接作用在现有赛车制动系统的制动轮缸上，通过电控机械制动系统作用现有赛车制动系统的制动轮缸可达到与现有赛车制动系统同样的制动效果，结构简单，无需对现有的制动系统的结构作出较大改变，能有效保障原有制动系统出故障情况下仍然能有效实现制动，提高安全可靠性，制动过程响应快，对各种制动工况具有很好的适用性和实用价值；
2、本发明采用力矩电机带动楔形斜面机构工作，楔形斜面机构可将旋转运动转换为推动制动轮缸活塞的直线运动，进而可实现制动，结构简单，成本较低，安全可靠性较高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图例说明：
1、车轮；2、半轴；3、现有赛车制动系统；31、制动盘；32、制动钳组件；321、左制动块；322、右制动块；323、制动钳；324、导向销；33、支撑固定臂；34、制动轮缸；341、复位弹簧；35、液压管路；36、制动主缸；37、制动踏板；4、电控机械制动系统；41、推杆；42、力矩电机；43、转轴；44、楔形斜面机构；441、楔形平面；442、楔形斜面；443、钢球；45、轴承支撑；46、支撑架；47、行星齿轮减速增扭机构；5、顶杆；6、速度传感器；7、位移传感器；8、踏板行程位移传感器；9、ECU电控单元。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
如图1所示，一种FSAE赛车制动安全保护装置，包括安装在驱动车轮1转动的半轴2上的现有赛车制动系统3和与现有赛车制动系统3并联的电控机械制动系统4，现有赛车制动系统3包括制动盘31和与制动盘31配合的制动钳组件32，制动钳组件32通过支撑固定臂33固定在车架上，制动钳组件32连接有制动轮缸34，制动轮缸34内设有与活塞连接复位弹簧341，制动轮缸34通过液压管路35与制动主缸36连通，制动主缸36与制动踏板37连接；制动轮缸34上还设有与电控机械制动系统4配合使用的顶杆5，电控机械制动系统4包括与顶杆5配合使用的推杆41、力矩电机42、与力矩电机42连接的转轴43和能将转轴43的旋转运动转化为推杆41直线运动的楔形斜面机构44；制动盘31内侧设有检测制动盘31转速的速度传感器6，顶杆5的下方有位移传感器7，制动踏板37连接有踏板行程位移传感器8，上述三种传感器和力矩电机42均与ECU电控单元9连接。
本实施例中，制动钳组件32包括左制动块321、右制动块322、制动钳323和导向销324，左制动块321、右制动块322设置在制动盘31两侧，左制动块321、右制动块322均固定在制动钳323上，制动钳323与导向销324连接并依靠导向销324实现直线往复移动，导向销324通过支撑固定臂33固定在车架上。
本实施例中，制动钳323为浮钳盘式制动钳。
本实施例中，楔形斜面机构44包括楔形斜面442、楔形平面441和钢球443，楔形斜面442上存在一定的升角，楔形斜面442与转轴43连接，钢球443处于楔形斜面442与楔形平面441之间并处于楔形斜面442的升角处，钢球443沿升角的滚动能将旋转力矩转换为直线移动的推力，楔形平面441与推杆41连接。
本实施例中，钢球443转过的角度大小与楔形斜面442的升角成正比例关系，钢球443转过角度越大，推杆41推出的距离越长。
本实施例中，转轴43通过轴承支撑45进行运动轨迹限定，推杆41通过支撑架46进行运动轨迹限定。
本实施例中，电控机械制动系统4在现有赛车制动系统3处于失效状态下使用，电控机械制动系统4与现有赛车制动系统3两者的运动互不干涉。
本实施例中，推杆41和顶杆5处于同一条直线上，推杆41与顶杆5在无外力作用下不接触。
本实施例中，力矩电机42连接有行星齿轮减速增扭机构47。
本实施例中，制动盘31安装在靠近车轮1的半轴2的末端，半轴2位于车轮1的轮毂内侧。
行星齿轮减速增扭机构47起到增力作用，产生足够大的力矩，通过楔形斜面机构44，利用楔形斜面机构44中间的钢球滚动，以楔形斜面442升角的关系，将力矩电机42旋转的运动，转换为直线运动，直线平移向左方向推动推杆41和制动轮缸34中的顶杆5接触，顶杆5推动制动轮缸34中的活塞向左移动，从而促使制动钳组件32的右制动块322和制动盘31接触，因为制动钳323为浮钳盘式制动钳，因此，左制动块321在右制动块322的推力作用下，制动钳323会沿着导向销324向右移动，从而促使左制动块321和制动盘31仅仅压在一起，实现左制动块321和右制动块322压紧制动盘31，完成制动过程。
FSAE赛车的现有赛车制动系统3通过制动踏板37推动制动主缸36中的活塞移动，产生高压液压力，高压液压油通过液压管路35推动制动轮缸34，使制动轮缸34中的活塞克服复位弹簧341的张紧力向左移动，实现前面叙述的制动过程，当放松制动踏板37后，在制动轮缸34中的复位弹簧341作用下，活塞右移动，回到原位，制动解除。
当紧急故障情况下，现有赛车制动系统3的液压制动失效，即制动踏板37作用，但制动主缸36通过液压管路35、制动轮缸34作用下，制动轮缸34中的活塞不作用而导致制动钳组件32中的左制动块321和右制动块322不起作用，此紧急故障情况下，如果发生在各项比赛中，赛车制动失效，将可能导致车手和整车受到伤害，为避免这一现象的发生，在赛车轮毂内侧，设计了本实施例的FSAE赛车制动安全保护装置，可有效预防这一制动失效情况的发生。
当制动踏板37踩下，踏板行程位移传感器8检测到制动踏板37产生制动踏板位移，同时，顶杆5置于制动轮缸34中的活塞一侧，如果制动未失效，此时，顶杆5会产生向左位移，该位移信号可被位移传感器7检测到，同时，速度传感器6检测到车轮的转速会下降。如果制动失效，踏板行程位移传感器8仍然检测到信号，而顶杆5下方的位移传感器7没有检测到顶杆5的向左位移，同时，速度传感器6检测车轮的速度没有下降，此时，上述传感器信号一并输入到ECU电控单元9，ECU电控单元99给力矩电机42电压信号，实施紧急制动，力矩电机42在输入电压的作用下，开始启动，力矩电机42通过行星齿轮减速增扭机构47的作用，实现旋转力矩增大，以满足紧急制动情况下的最大制动力矩需要，增加制动减速度，减小赛车制动距离，有效提高紧急故障情况下制动系统的制动效能。经行星齿轮减速增扭机构47的作用下，旋转力矩增大，在轴承支撑45的作用下，将旋转力矩通过楔形斜面机构44，将旋转力矩转换为直线移动的推力。楔形斜面机构44是中间的钢球443滚动，在楔形斜面442升角的作用关系下，推杆41向左移动，楔形斜面机构44中钢球443转过的角度大小与楔形斜面442的升角成正比例关系，钢球443转过角度越大，推杆41向左移动距离越长，推力左移，推杆41与顶杆5在非作用力情况下，保持一定微小距离的间隙，非作用力情况下不接触，在推杆41左移作用力情况下，推杆41推动顶杆5左移，顶杆5从而克服复位弹簧341的张紧力，推动制动轮缸34中的活塞左移，制动轮缸34从而实现在现有设计的液压制动过程，完成紧急制动的作用。电控机械制动系统4与现有赛车制动系统3并联，二者机构运动不干涉，且本实施例的FSAE赛车制动安全保护装置是在ECU电控单元9检测到制动踏板37制动失效情况下，检测制动轮缸34中活塞位移为零，车轮在速度传感器6检测中车速仍然不降低情况下，从而控制力矩电机42的输入电压，实施紧急制动过程，制动响应快，安全有效，起到紧急保护作用。

Claims (10)

1.一种FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：包括安装在驱动车轮(1)转动的半轴(2)上的现有赛车制动系统(3)和与现有赛车制动系统(3)并联的电控机械制动系统(4)，所述现有赛车制动系统(3)包括制动盘(31)和与制动盘(31)配合的制动钳组件(32)，所述制动钳组件(32)通过支撑固定臂(33)固定在车架上，制动钳组件(32)连接有制动轮缸(34)，所述制动轮缸(34)内设有与活塞连接复位弹簧(341)，制动轮缸(34)通过液压管路(35)与制动主缸(36)连通，制动主缸(36)与制动踏板(37)连接；所述制动轮缸(34)上还设有与电控机械制动系统(4)配合使用的顶杆(5)，所述电控机械制动系统(4)包括与顶杆(5)配合使用的推杆(41)、力矩电机(42)、与力矩电机(42)连接的转轴(43)和能将转轴(43)的旋转运动转化为推杆(41)直线运动的楔形斜面机构(44)；所述制动盘(31)内侧设有检测制动盘(31)转速的速度传感器(6)，所述顶杆(5)的下方有位移传感器(7)，所述制动踏板(37)连接有踏板行程位移传感器(8)，上述三种传感器和力矩电机(42)均与ECU电控单元(9)连接。
2.根据权利要求1所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述制动钳组件(32)包括左制动块(321)、右制动块(322)、制动钳(323)和导向销(324)，所述左制动块(321)、右制动块(322)设置在制动盘(31)两侧，左制动块(321)、右制动块(322)均固定在制动钳(323)上，所述制动钳(323)与导向销(324)连接并依靠导向销(324)实现直线往复移动，所述导向销(324)通过支撑固定臂(33)固定在车架上。
3.根据权利要求1所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述制动钳(323)为浮钳盘式制动钳。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述楔形斜面机构(44)包括楔形斜面(442)、楔形平面(441)和钢球(443)，所述楔形斜面(442)上存在一定的升角，楔形斜面(442)与转轴(43)连接，所述钢球(443)处于楔形斜面(442)与楔形平面(441)之间并处于楔形斜面(442)的升角处，钢球(443)沿升角的滚动能将旋转力矩转换为直线移动的推力，所述楔形平面(441)与推杆(41)连接。
5.根据权利要求4所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述钢球(443)转过的角度大小与楔形斜面(442)的升角成正比例关系，钢球(443)转过角度越大，推杆(41)推出的距离越长。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述转轴(43)通过轴承支撑(45)进行运动轨迹限定，所述推杆(41)通过支撑架(46)进行运动轨迹限定。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述电控机械制动系统(4)在现有赛车制动系统(3)处于失效状态下使用，电控机械制动系统(4)与现有赛车制动系统(3)两者的运动互不干涉。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述推杆(41)和顶杆(5)处于同一条直线上，推杆(41)与顶杆(5)在无外力作用下不接触。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述力矩电机(42)连接有行星齿轮减速增扭机构(47)。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的FSAE赛车制动安全保护装置，其特征在于：所述制动盘(31)安装在靠近车轮(1)的半轴(2)的末端，所述半轴(2)位于车轮(1)的轮毂内侧。
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