CN111255826B - 一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法,制动器包括制动缸体、制动盘体和制动钳,制动缸体包括振子,振子上套设压电陶瓷;制动过程中,利用压电陶瓷的逆压电效应,连接振子的制动块做不同形式的高频微幅振动,从而使得摩擦片和制动盘间出现微幅间隙,产生泵送效应,加速制动过程中的热量散失,提高制动器的制动效能。制动时,制动缸体在制动盘体两侧产生制动力,当制动盘体两侧所受制动力不同时,制动盘体发生扭转使压电材料变形,利用压电材料的正压电效应产生交流电存储在蓄电池中,有效利用制动能量。

Description

一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法
技术领域
本发明属于超声振动技术领域,具体涉及一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法。
背景技术
普通的盘式制动器一般不带有超声振动的功能,在保证制动效能的情况下,制动过程中制动块与制动盘之间会产生大量的热量,产生的热量使得制动器的制动效能下降。另外,制动器制动时的能量没有得到有效地利用。
发明内容
针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法,提高制动器的制动效能,同时有效利用制动器制动时的能量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种压电俘能钳式制动器,包括制动缸体、制动盘体和制动钳,两制动缸体横跨制动盘体嵌装在两侧的制动钳上,制动缸体由供能装置提供外力;
所述制动缸体包括依次设置的制动缸、弹性元件、振子、制动块及摩擦片,制动缸和弹性元件通过螺栓连接,振子没有凹槽的一侧固定于制动缸内侧面上,振子另一侧与制动块一侧过盈配合,制动块另一侧和摩擦片连接;
所述制动盘体包括配合连接的第一制动盘、压电材料和第二制动盘;
所述振子上套设有与DC/AC转换器连接的压电陶瓷,所述压电材料与AC/DC转换器连接,DC/AC转换器、AC/DC转换器均与蓄电池连接,蓄电池与ECU连接,ECU还与采集制动缸体制动力的压力传感器连接。
优选地,所述制动缸为柱状,且外侧封闭。
优选地于,所述弹性元件为椭环状,其截面与制动缸相同。
优选地,所述振子通过预紧螺栓和夹持元件固定于制动缸内侧面上。
一种压电俘能钳式制动器的制动俘能方法,两制动缸体在外力作用下压向制动盘体,当制动缸体的制动力达到预设的阈值时,蓄电池通过DC/AC转换器将直流电转换为交流电,激发振子高频振动,带动制动块和摩擦片振动,对制动盘体产生制动力,当制动盘体因两侧所受制动力不同而发生扭转时,引起压电材料变形,俘获回收制动能量。
进一步,所述制动盘体两侧所受制动力相同时,两振子施加相同的激励信号,制动盘体未发生扭转。
更进一步,所述制动盘体两侧所受制动力不同时,两振子施加不同的激励信号。
更进一步,所述不同的激励包括:两振子施加相同频率、相同幅值,但存在相位差的两激励信号,制动盘体发生扭转;两振子施加相同幅值、不同频率的激励信号,制动盘体发生扭转;两振子施加不同幅值、相同频率的激励信号,制动盘体未发生扭转;两振子一侧施加激励信号而另一侧无激励信号,制动盘体未发生扭转。
本发明的有益效果为:
(1)本发明中振子另一侧与制动块一侧过盈配合,制动块另一侧和摩擦片通过螺栓连接,振子高频振动时,带动制动块和摩擦片振动,制动块的高频振动引起泵送效应,加速制动时摩擦热量的散失,减少或消除制动器的热衰退现象,提高了制动器的制动效能,降低制动引起的内摩擦和热量,提高车辆在长时间制动时的安全性。
(2)本发明采用不同的振子激励方式,包括两振子施加相同的激励信号,两振子施加相同频率、相同幅值,但存在相位差的两激励信号,两振子施加相同幅值、不同频率的激励信号,两振子施加不同幅值、相同频率的激励信号,两振子一侧施加激励信号而另一侧无激励信号;由于振子激励方式不同,可改变制动盘体两侧的制动力,使压电材料发生形变,将制动器制动时的能量有效的回收并加以再利用。
附图说明
图1为本发明压电俘能钳式制动器的整体示意图;
图2为本发明制动缸体装配部分的示意图;
图3为本发明制动缸和振子的装配示意图;
图4为本发明制动盘体装配部分示意图;
图5为本发明压电俘能钳式制动器工作过程示意图;
图中:1-制动缸体,2-制动盘体,3-制动钳,4-制动缸,5-弹性元件,6-振子,7-制动块,8-螺栓,9-摩擦片,10-供能装置,11-预紧螺栓,12-夹持元件,13-压电陶瓷,14-第一制动盘,15-压电材料,16-第二制动盘,17-AC/DC转换器,18-蓄电池,19-压力传感器,20-DC/AC转换器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。示例实施例仅为帮助更好的理解本发明,并不构成对本发明的限定。附图仅为说明本实施例,并不是按照比例绘制。
如图1所示,一种压电俘能钳式制动器,包括制动缸体1、制动盘体2、制动钳3及供能装置10,制动钳3固定在车桥上,两对称制动缸体1横跨制动盘体2嵌装在两侧的制动钳3上,制动盘体2固定在轮毂上;压电俘能钳式制动器工作过程中,制动缸体1通过供能装置10提供外力;供能装置10可以选用电机、液压缸等。
如图2所示,制动缸体1包括依次设置的制动缸4、弹性元件5、振子6、制动块7、螺栓8及摩擦片9,制动缸4为柱状,且外侧封闭;弹性元件5为椭环状,其截面与制动缸4相同,制动缸4和弹性元件5通过螺栓连接,如图3所示,振子6没有凹槽的一侧通过预紧螺栓11和夹持元件12固定于制动缸4内侧面上,振子6另一侧与制动块7一侧过盈配合,并利用螺钉连接,制动块7另一侧和摩擦片9通过螺栓8连接。夹持元件12上设有压力传感器19,压力传感器19采用制动缸体1的制动力,并传输给ECU,ECU中预设制动力阈值。压电陶瓷13套设在振子6与制动缸4连接一侧的螺柱上,并由夹持元件12固定。压电陶瓷13通过导线DC/AC转换器20连接,DC/AC转换器20与蓄电池18连接。
如图4所示,制动盘体2包括第一制动盘14、压电材料15和第二制动盘16,若干压电材料15位于第一制动盘14和第二制动盘16之间,第一制动盘14上设有多个与压电材料15外形相对应的多边形凹槽,第二制动盘16上铸有连接轴,连接轴的形状与压电材料15内孔相同,第一制动盘14上的多边形凹槽中填放压电材料15后,与第二制动盘16的连接轴配合连接。连接轴中均设有导线孔,压电材料15通过导线依次与AC/DC转换器17、蓄电池18连接,蓄电池18与ECU连接。
一种压电俘能钳式制动器的工作过程为:
如图5所示,制动开始时,供能装置10给制动缸体1提供外力,左右两制动缸体1被压向制动盘体2,压力传感器19采用制动缸体1的制动力,并传输给ECU,当制动力达到预设的阈值时,ECU将向蓄电池18发出激励信号,蓄电池18通过DC/AC转换器20将直流电转换为交流电,通过压电陶瓷13激发振子6高频振动,带动制动块7高频微幅振动,使制动过程中摩擦片9和制动盘之间出现微幅间隙,产生泵送效应;同时,制动缸体1对制动盘体2产生制动力,制动盘体2因两侧所受制动力不同而扭转,引起压电材料15变形,由压电材料15的逆压电效应输出交流电,通过AC/DC转换器17转换为直流电存储到蓄电池18中。
实施例1
制动时,给两个振子6施加相同的激励信号(如接入同一正弦激励),两制动块7产生相同频率和幅值的微幅振动,制动盘体2两侧同时受相同的制动力,未发生扭转。此模式下,只有制动块7的高频振动引起泵送效应,加速制动时摩擦热量的散失,提高了制动器的制动效能;制动盘体未发生扭转,不会引起压电材料15变形,不俘获回收制动能量。
实施例2
制动时,给两振子施加相同频率、相同幅值,但存在相位差的两激励信号(如相位相差90°的两正弦激励),两制动块到达振动位移幅值的时间不同,致使同一时刻制动盘体2两侧制动力大小不同,发生扭转。此模式下,制动块7的高频振动引起泵送效应,加速制动时摩擦热量的散失,提高了制动器的制动效能;同时制动盘体2因两侧所受制动力不同而扭转,引起压电材料15变形,压电材料15的形变将转换为电能,俘获回收制动能量。
实施例3
制动时,给两振子施加相同幅值、不同频率的激励信号,两振子最大振动位移相同,制动盘体2两侧最大制动力相同,但两侧的制动力幅值出现的时刻不同。此模式下,制动块7的高频振动引起泵送效应,加速制动时摩擦热量的散失,提高了制动器的制动效能;同时制动盘体2因受制动力不同而扭转,引起压电材料15变形,压电材料15的形变将转换为电能,俘获回收制动能量。
实施例4
制动时,给两振子施加不同幅值、相同频率的激励信号,制动盘体2两侧振动位移幅值总是同时达到,制动盘体2两侧制动力幅值不同,一侧制动力恒大于另一侧,则制动盘体2未发生扭转。此模式下,制动块7的高频振动引起泵送效应,加速制动时摩擦热量的散失,提高了制动器的制动效能;制动盘体2未发生扭转,不会引起压电材料15变形,不俘获回收制动能量。长期处于此模态,对制动效果有害,应当避免制动器处于此模态。
实施例5
制动时,两振子一侧施加激励信号而另一侧无激励信号(如一侧接入正弦激励,另一侧无激励),制动力始终保持一侧不小于另一侧,则制动盘体2未发生扭转。此模式下,制动块7的高频振动引起泵送效应,加速制动时摩擦热量的散失,提高了制动器的制动效能;制动盘体2未发生扭转,不会引起压电材料15变形,不俘获回收制动能量。
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种压电俘能钳式制动器,其特征在于,包括制动缸体(1)、制动盘体(2)和制动钳(3),两制动缸体(1)横跨制动盘体(2)嵌装在两侧的制动钳(3)上,制动缸体(1)由供能装置(10)提供外力;
所述制动缸体(1)包括依次设置的制动缸(4)、弹性元件(5)、振子(6)、制动块(7)及摩擦片(9),制动缸(4)和弹性元件(5)通过螺栓连接,振子(6)没有凹槽的一侧固定于制动缸(4)内侧面上,振子(6)另一侧与制动块(7)一侧过盈配合,制动块(7)另一侧和摩擦片(9)连接;
所述制动盘体(2)包括配合连接的第一制动盘(14)、压电材料(15)和第二制动盘(16);
所述振子(6)上套设有与DC/AC转换器(20)连接的压电陶瓷(13),所述压电材料(15)与AC/DC转换器(17)连接,DC/AC转换器(20)、AC/DC转换器(17)均与蓄电池(18)连接,蓄电池(18)与ECU连接,ECU还与采集制动缸体(1)制动力的压力传感器(19)连接;
两制动缸体(1)的振子(6)施加相同的激励信号或施加相同幅值、不同频率的激励信号或施加不同幅值、相同频率的激励信号或一侧施加激励信号而另一侧无激励信号或施加相同频率、相同幅值,但存在相位差的两激励信号。
2.根据权利要求1所述的压电俘能钳式制动器,其特征在于,所述制动缸(4)为柱状,且外侧封闭。
3.根据权利要求2所述的压电俘能钳式制动器,其特征在于,所述弹性元件(5)为椭环状,其截面与制动缸(4)相同。
4.根据权利要求1所述的压电俘能钳式制动器,其特征在于,所述振子(6)通过预紧螺栓(11)和夹持元件(12)固定于制动缸(4)内侧面上。
5.一种根据权利要求1-4任一所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法,其特征在于,两制动缸体(1)在外力作用下压向制动盘体(2),当制动缸体(1)的制动力达到预设的阈值时,蓄电池(18)通过DC/AC转换器(20)将直流电转换为交流电,激发振子(6)高频振动,带动制动块(7)和摩擦片(9)振动,对制动盘体(2)产生制动力,当制动盘体(2)因两侧所受制动力不同而发生扭转时,引起压电材料(15)变形,俘获回收制动能量。
6.根据权利要求5所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法,其特征在于,所述制动盘体(2)两侧所受制动力相同时,两振子(6)施加相同的激励信号,制动盘体(2)未发生扭转。
7.根据权利要求6所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法,其特征在于,所述制动盘体(2)两侧所受制动力不同时,两振子(6)施加不同的激励信号。
8.根据权利要求7所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法,其特征在于,所述不同的激励包括:两振子(6)施加相同频率、相同幅值,但存在相位差的两激励信号,制动盘体(2)发生扭转;两振子(6)施加相同幅值、不同频率的激励信号,制动盘体(2)发生扭转;两振子(6)施加不同幅值、相同频率的激励信号,制动盘体(2)未发生扭转;两振子(6)一侧施加激励信号而另一侧无激励信号,制动盘体(2)未发生扭转。
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