制动压力冗余加载的摩擦-涡流协同制动器及制动方法

摘要

本发明公开了一种制动压力冗余加载的摩擦‑涡流协同制动器及制动方法，包括背板、铁芯、制动钳、制动盘、摩擦片、活塞；采用磁力与液压两种不同原理的动力源来加载制动压力，两者之间是冗余备份关系，可有效提高制动压力的加载可靠性；此外，磁力加载的响应速度明显高于液压、气动等机械加载模式，因此也可显著改善制动压力加载的滞后性，而用其作为机械加载失效后的备用加载模式也可满足快速启动要求；可实现摩擦制动、涡流制动和摩擦‑涡流协同制动三种制动方式，制动压力可以通过液压加载、磁力加载或磁力‑液压冗余加载，将不同的加载模式和制动方式组合起来，可以实现多模式制动，得到不同的制动效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制动压力冗余加载的摩擦-涡流协同制动器及制动方法，属于制动技术领域。

背景技术

随着我国汽车工业的快速发展，制动安全与可靠性问题越发凸显重要。据统计，全国每年发生交通事故几十万起，其中有三成以上事故都与刹车失灵有关。摩擦制动是汽车的基础制动方式，它通过制动副之间的摩擦作用将汽车动能转换为热能消耗掉，从而实现减速、限速和停车等制动功能。根据结构不同，汽车摩擦制动器主要可分为盘式和鼓式两大类，其中以盘式制动器的使用更为广泛。但摩擦制动具有如下缺点：（1）摩擦温升过高常会导致热衰退现象，在高速重载、紧急制动等恶劣工况下有摩擦失效的风险。（2）制动压力的加载源自液压或气动等单一加载模式，一旦由于管路泄露、机械故障等原因加载失败就会导致制动失效。针对上述第一个缺点，有人提出了摩磁复合制动器，例如，现有技术中，专利CN102691737A设计了一种双制动盘式的摩擦与电磁集成制动器，由两个独立制动系统的组成，但其结构大而繁琐，并且控制困难。专利CN104753245A公开了一种电磁-液压复合制动结构，将电磁和摩擦制动集成到一个制动盘上，其制动盘内部结构复杂，也没有考虑磁场与摩擦相互影响的问题。专利CN105545987A基于磁摩耦合效应设计了一种相对简化的磁摩复合制动器。但是，针对上述第二个问题仍然没有解决的方案。因此，若能充分发挥磁场的作用，设计一种采用磁力-液压冗余加载模式来加载制动压力、同时实现摩擦-涡流协同制动的新型制动方式，对于弥补汽车摩擦制动技术不足、提高制动效能与可靠性具有重要理论和实用价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种制动压力冗余加载的摩擦-涡流协同制动器及制动方法，有效提高制动压力的加载可靠性，同时提升制动效能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制动压力冗余加载的摩擦-涡流协同制动器，包括背板、铁芯、制动钳、制动盘、摩擦片、活塞；背板包括第一背板、第二背板、第三背板、第四背板，第一背板的左侧面固定于制动钳体上，第一轴的一端与第一背板右侧面连接，第一铁芯套在第一轴的左侧轴段上且与第一背板右侧面连接，第一轴的右侧轴段上套有左导向环，左导向环圆周方向上套有第二铁芯，第二铁芯的右端与第二背板的左侧面连结，第二背板的右侧面与左摩擦片连接；第三背板的左侧面、右侧面分别与右摩擦片、第三铁芯连接，第三铁芯套在右导向环圆周方向外侧，右导向环套在第二轴的左侧轴段上，第四铁芯套在第二轴的右侧轴段上，第四铁芯右端与第四背板的左侧面连接，第二轴右端与第四背板左侧面连接，第四背板右侧面与活塞体连接，活塞体与制动钳体固定连接；第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯圆周表面分别缠绕有第一励磁线圈、第二励磁线圈、第三励磁线圈、第四励磁线圈，且四组励磁线圈缠绕方向相同。

一种制动压力冗余加载的摩擦-涡流协同制动器的制动方法：

当第一励磁线圈、第二励磁线圈、第三励磁线圈、第四励磁线圈都不通电时，系统处于液压摩擦制动方式；

当第一励磁线圈或第二励磁线圈、第三励磁线圈或第四励磁线圈中各有一个通电且通入电流方向相同时，形成涡流制动，此时若液压不加载则为无摩擦接触的单纯涡流制动方式，若液压加载则为液压加载的摩擦-涡流制动方式；

当第一励磁线圈、第二励磁线圈、第三励磁线圈、第四励磁线圈都通入同向电流时，同样形成涡流制动，此时若液压不加载则为无摩擦接触的单纯涡流制动方式，若液压加载则为液压加载的摩擦-涡流制动方式；

当第一励磁线圈与第二励磁线圈通入电流方向相反，并且第三励磁线圈与第四励磁线圈通入电流方向相反，同时保证第二励磁线圈与第三励磁线圈电流方向相反时，此时没有形成涡流制动，但第二铁芯受第一铁芯的斥力，通过第二背板将左摩擦片推向制动盘左侧，同时第三铁芯受第四铁芯的斥力，通过第三背板将右摩擦片推向制动盘右侧，此时若液压不加载则为磁力加载的摩擦制动，若液压也同步加载则为磁力-液压冗余加载的摩擦制动；

当第一励磁线圈与第二励磁线圈通入电流方向相反，并且第三励磁线圈与第四励磁线圈通入电流方向相反，同时保证第二励磁线圈与第三励磁线圈电流方向相同时，既形成了涡流制动，又可以磁力加载，此时若液压不加载则为磁力加载的摩擦-涡流协同制动方式，若液压也同步加载则为磁力-液压冗余加载的摩擦-涡流协同制动方式。

与现有技术相比本发明采用磁力与液压两种不同原理的动力源来加载制动压力，两者之间是冗余备份关系，可有效提高制动压力的加载可靠性；此外，磁力加载的响应速度明显高于液压、气动等机械加载模式，因此也可显著改善制动压力加载的滞后性，而用其作为机械加载失效后的备用加载模式也可满足快速启动要求；可实现摩擦制动、涡流制动和摩擦-涡流协同制动三种制动方式，制动压力可以通过液压加载、磁力加载或磁力-液压冗余加载，将不同的加载模式和制动方式组合起来，可以实现多模式制动，得到不同的制动效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程图；

图中：1、第一背板，2、第一铁芯，3、制动钳，4、第一励磁线圈，5、第一轴，6、左导向环，7、第二励磁线圈，8、第二铁芯，9、第二背板，10、左摩擦片，11、制动盘，12、右摩擦片，13、第三背板，14、第三铁芯，15、第三励磁线圈，16、右导向环，17、第二轴，18、第四励磁线圈，19、第四铁芯，20、第四背板，21、进油口，22、活塞，23、螺柱，24、密封圈，25、导向销。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明制动器包括背板、铁芯、制动钳3、制动盘11、摩擦片、活塞22；背板包括第一背板1、第二背板9、第三背板13、第四背板20，第一背板1的左侧面固定于制动钳体3上，第一轴5的一端与第一背板1右侧面连接，第一铁芯2套在第一轴5的左侧轴段上且与第一背板1右侧面连接，第一轴5的右侧轴段上套有左导向环6，左导向环6圆周方向上套有第二铁芯8，第二铁芯8的右端与第二背板9的左侧面连结，第二背板9的右侧面与左摩擦片10连接，第二铁芯8可带动第二背板9和左摩擦片10一起在左导向环6上向右滑动；

第三背板13的左侧面、右侧面分别与右摩擦片12、第三铁芯14连接，第三铁芯14套在右导向环16圆周方向外侧，右导向环16套在第二轴17的左侧轴段上，第四铁芯19套在第二轴17的右侧轴段上，第四铁芯19右端与第四背板20的左侧面连接，第二轴17右端与第四背板20左侧面连接，第四背板20右侧面与活塞体22连接，活塞体22通过螺柱23与制动钳体3固定连接，第三铁芯14可带动第三背板13和右摩擦片12一起在右导向环16上向左滑动；

第一铁芯2、第二铁芯8、第三铁芯14、第四铁芯19圆周表面分别缠绕有第一励磁线圈4、第二励磁线圈7、第三励磁线圈15、第四励磁线圈18，且四组励磁线圈缠绕方向相同，制动盘11位于左摩擦片10和右摩擦片12之间；

第一铁芯2、第二铁芯8、第三铁芯14、第四铁芯19沿圆周表面一周开有凹槽，第一励磁线圈4、第二励磁线圈7、第三励磁线圈15、第四励磁线圈18缠绕在对应的凹槽中，防止线圈的轴向窜动，保证励磁线圈工作效果，为了进一步提高固定效果，凹槽为波纹形状，每一圈线圈分别嵌入到一道凹槽中。

制动钳体3、第一背板1、第一轴5、第二背板9、制动盘11、第三背板13、第二轴17、第四背板20和活塞22均为导磁性的金属或合金材料，左摩擦片10和右摩擦片12的材质均为导磁性的复合摩擦材料，优选为坡莫合金软磁性摩擦材料，这样可以在摩擦界面产生摩-磁耦合效应，利用磁场对摩擦行为的积极影响，形成受磁场调控的摩擦制动力矩，并减少制动材料的磨损，提高摩擦制动的制动性能。

如图2所示，本发明制动方法为：

当第一励磁线圈4、第二励磁线圈7、第三励磁线圈15、第四励磁线圈18都不通电时，系统处于液压加载的传统摩擦制动方式，即液压油通过右侧进油口21进入，通过油腔右侧小孔进入油腔，对活塞22施加压力，使右摩擦片12压向制动盘11，同时制动卡钳3受到的反作用力推动制动卡钳3沿导向销25向右移动，使左摩擦片10压靠到制动盘11上；

当第一励磁线圈4或第二励磁线圈7、第三励磁线圈15或第四励磁线圈18中各有一个通电且通入电流方向相同时，或者当第一励磁线圈4、第二励磁线圈7、第三励磁线圈15、第四励磁线圈18都通入同向电流时，制动盘11处于相反的两个磁极当中，由于制动钳体3、第一背板 1、第一轴 5、第二背板 9、制动盘11、第三背板 13、第二轴 17、第四背板 20和活塞22均为导磁性的金属或合金材料，磁力线可以构成闭合回路，旋转的金属制动盘11切割磁力线形成感应电涡流，电涡流在磁场中会使金属制动盘11产生与旋转方向相反的制动力矩，此时若液压不加载则为无摩擦接触的单纯涡流制动方式，若液压加载则为液压加载的摩擦-涡流制动方式；

当第一励磁线圈4与第二励磁线圈7通入电流方向相反，并且第三励磁线圈15与第四励磁线圈18通入电流方向相反，同时保证第二励磁线圈7与第三励磁线圈15电流方向相反时，此时由于制动盘11两侧磁极相同，没有构成磁场回路，因而没有形成涡流力矩，此时没有形成涡流制动，但第一铁芯 2与第二铁芯 8相互排斥，第二铁芯8受第一铁芯2的斥力，由于第一铁芯 2固定，第二铁芯 8受斥力在左导向环6上向右滑动，通过第二背板 9将左摩擦片10推向制动盘11左侧，同时，第三铁芯 14受第四铁芯 19的斥力在右导向环16上向左滑动，通过第三背板 13将右摩擦片12推向制动盘11右侧，此时若液压不加载则为磁力加载的摩擦制动，若液压也同步加载则为磁力-液压冗余加载的摩擦制动；

当第一励磁线圈4与第二励磁线圈7通入电流方向相反，并且第三励磁线圈15与第四励磁线圈18通入电流方向相反，同时保证第二励磁线圈7与第三励磁线圈15电流方向相同时，制动盘11两侧处于相反磁极，既形成了涡流制动，又可以磁力加载，此时若液压不加载则为磁力加载的摩擦-涡流协同制动方式，若液压也同步加载则为磁力-液压冗余加载的摩擦-涡流协同制动方式；这样通过加载模式和制动方式的不同组合，可以进一步提高制动的效能和可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。