一种双电机领从蹄交替式线控制动器及其制动方法与流程

1.本发明属于制动器技术领域，特别涉及一种双电机领从蹄交替式线控制动器及其制动方法。


背景技术：

2.双电机领从蹄交替式线控制动器自推出以来，结构发生了很大变化，目前常用的制动器装配结构如图1所示，其结构上包括：凸轮轴、滚轮轴、复位弹簧、复位弹簧销轴、摩擦片、蹄铁、蹄铁固定销轴、紧固螺钉、制动底板、滚轮、弹簧垫圈、凸轮轴衬套、蹄铁衬套。凸轮轴外端通过调整臂与制动气室进行间接连接，而内端则与两滚轮直接贴合。驾驶员通过脚部对制动踏板施加作用力，使踏板产生相对位置变动，以使得制动气室完成充压过程，从而推动调整臂发生转动，最终通过凸轮轴内端将两蹄铁打开，使摩擦片与制动鼓相互贴合，完成车辆制动动作。通过人工施加机械作用力，保证了制动时能够产生足够大的制动力矩用以制动过程的完成。
3.但是，现有制动器所采用的楔式及凸轮式结构，其机械结构复杂笨重，无法满足当前汽车行业对于轻量化发展的要求。同时，两者对制动气室工作压力要求较高，在进行长时间制动或频繁制动的情况下，此类制动器极易在制动过程中产生制动气室失压、制动器卸力的情况，提高了制动器故障率。而在此两种结构中，须同时使用复位弹簧对其蹄铁进行回位控制，这就使得其在使用过程中容易造成断裂、失力的情况发生，从而导致制动器不同程度的损坏，降低制动器使用寿命。同时，现有制动器无法对领从蹄的使用进行切换，从而使得领从蹄各项优势不能完全发挥出来，增加了制动器使用局限性。除此之外，现有制动器不能对两侧摩擦片的磨损程度进行评估，从而无法保证两侧摩擦片磨损程度的均衡性。


技术实现要素：

4.本发明提出一种双电机领从蹄交替式线控制动器及其制动方法，解决了上述问题。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一种双电机领从蹄交替式线控制动器，包括一制动底板，所述制动底板的左右两端均设置有蹄铁，所述蹄铁呈弧型设置，所述蹄铁的外侧固定设置有摩擦片，所述摩擦片呈弧型设置，所述制动底板的上下两端均设置有电机，所述电机设置于两个蹄铁之间，所述电机的左右两端和蹄铁之间通过推杆固定连接设置。
6.作为一种优选的实施方式，电机的外侧套设有电机支架，电机支架和制动底板之间固定连接。
7.作为一种优选的实施方式，制动底板的背侧固定设置有电机控制器，电机控制器和电机之间电连接设置。
8.作为一种优选的实施方式，制动器还设置有制动踏板位置传感器、温度传感器、轮速传感器以及距离传感器；
9.制动踏板位置传感器布置于制动踏板的下方；
10.距离传感器包括两个，两个距离传感器分别对应加装于两个摩擦片所设置的紧固孔中；
11.轮速传感器通过传感器支架固定于制动底板的内侧；
12.温度传感器设置于蹄铁内侧。
13.作为一种优选的实施方式，制动踏板位置传感器、温度传感器、轮速传感器和距离传感器均和电机控制器之间电连接设置。
14.作为一种优选的实施方式，电机控制器还和仪表盘操作台和dcac之间电连接设置，dcac和车载蓄电池之间电连接设置，车载蓄电池用于为制动踏板位置传感器、温度传感器、轮速传感器以及距离传感器提供低电压。
15.一种双电机领从蹄交替式线控制动器的制动方法，包括：
16.步骤1、车载蓄电池为各传感器提供低电压，并通过dcac将低电压转换成高电压输出为电机控制器供电；
17.步骤2、电机控制器根据各传感器信号的解析决定是否为电机传输信号与电压；
18.步骤3、电机接收到电机控制器发出的信号与电压后，实现对制动器的调节。
19.作为一种优选的实施方式，步骤2中电机控制器对各传感器信号解析的方法包括：
20.步骤20、当制动踏板产生位置变化时，踏板下方的传感器能够迅速检测出制动踏板的变化量，并将变化量转化成弱点信号传送至电机控制器；
21.步骤21、依据轮速传感器采集得到的当前车速通过三维插值表插值得到当前所需的最大制动力矩，从而由电机推杆长度与制动力矩的关系可获得电机推杆的实际伸出长度；
22.步骤22、此时电机推动蹄铁张开至与制动鼓产生相互摩擦，轮速传感器、温度传感器及距离传感器则检测到制动器状态的变化，并将变化的状态量反馈至电机控制器中进行解析；
23.步骤23、各状态量超过设定的极限值，驾驶室的仪表盘则将发出相应的报警信号，同时，驾驶员根据驾驶环境的不同可通过操作台，利用电机对制动器的运动模式进行切换，以满足不同驾驶环境下对制动效能的需求。
24.作为一种优选的实施方式，步骤3中电机对制动器调节的方法为，通过控制电机推杆的伸缩量来对运动模式进行自由切换，运动模式包括领从蹄式、双领蹄式及双向双领蹄式。
25.作为一种优选的实施方式，位于制动底板上端的电机为a电机，a电机左端的推杆为1号推杆，a电机右端的推杆为2号推杆，位于制动底板下端的电机为b电机，b电机左端的推杆为3号推杆，b电机右端的推杆为4号推杆，通过控制电机推杆的伸缩量来对运动模式进行自由切换的方法包括：
26.步骤30、a电机的1号推杆和2号推杆实现往复运动，b电机的3号推杆和4号推杆无动作时，此时制动器为领从蹄式制动器运动模式；
27.步骤31、a电机的1号推杆实现往复运动，2号推杆无动作，b电机的3号推杆无动作，4号推杆实现往复运动，此时制动器为双领蹄式制动器运动模式；
28.步骤32、a电机的1号推杆无动作，2号推杆实现往复运动，b电机的3号推杆实现往复运动，4号推杆无动作，此时制动器为双领蹄式制动器运动模式；
29.步骤33、a电机的1号推杆和2号推杆实现往复运动，b电机的3号推杆和4号推杆实现往复运动，此时制动器为双向双领蹄式制动器运动模式。
30.采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
31.本发明制动器克服了当前制动器质量重、摩擦片磨损程度差异大等问题，同时避免了由于复位弹簧失效引起的摩擦片不回位情况的发生。该制动器通过电机代替传统的机械传动装置，使得制动器重量相对减轻，符合当前汽车轻量化研究的发展方向。
32.同时，该制动器内部布置有温度传感器、距离传感器及轮速传感器等电子检测元件，并由车载蓄电池低压供电。传感器的使用可实现对车辆制动及行驶状态的实时监测，当其检测量超出设定极限范围时驾驶室内的仪表盘将发出报警信号以警示驾驶员。同时，由dcac将车载蓄电池低电压输出转换成高电压输出，用以电机控制器供电。电机控制器将制动器内传感器信号同制动踏板位置传感器采集得到的信号整合解析，通过当前车辆行驶速度与制动踏板位置三维插值可得到当前制动所需的制动力矩的大小，并将其转换成电机推杆伸长量作用于蹄铁上，使之与制动鼓接触产生足够的制动力矩。
33.由于领蹄张开方向与制动器运动方向始终保持一致，因此领蹄制动效能较高，但其对摩擦系数变化的敏感程度较大，因此领蹄的制动效能稳定性较差，而从蹄与之相反。据此，根据驾驶环境的不同，驾驶员可通过操作台人工控制制动器的运动模式，使制动器在双向双领蹄、双从蹄及双领蹄等运动模式中进行切换，充分利用了各运动模式在不同使用场景下的优势，以产生当前环境下制动所需力矩。
34.由于各制动器行驶状态的不统一性，因此各制动器由单独的电机控制器进行控制，且控制过程不受其他制动器的影响。通过距离传感器测得当前制动过程下的间隙值，并同上一次制动所采集得到的间隙进行比较，若差值较大，则求其差值并将其通过闭环反馈机制在下一次制动过程中以推杆伸出长度的形式进行补偿。同时，通过将当前所测得到的两侧间隙大小进行比较，对两侧摩擦片的磨损程度进行动态评价，并同样通过闭环反馈机制进行自动调整，以避免两侧摩擦片的磨损量差异过大。
35.该制动器通过电机控制蹄铁的张合状态，其推杆长度编程可控，用以实现自动调节制动间隙，减小两侧摩擦片的磨损量差异。同时，由于电机推杆的可控性，使得制动器的运动模式可根据驾驶环境的不同随时切换，输出所需的制动力矩，以提高制动器的制动效能。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明的结构示意图；
38.图2为本发明的侧视结构示意图；
39.图3为本发明的连接结构示意图；
40.图4为双电机领从蹄交替式线控制动器工作原理示意图；
41.图5为电机与蹄铁运动模式示意图；
42.图6为制动器间隙与摩擦片调整流程示意图。
43.图中，1-电机支架；2-电机；3-推杆；4-摩擦片；5-蹄铁；6-制动底板；7-紧固孔；8-电机控制器。
具体实施方式
44.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作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。
45.根据图1至图3所示，一种双电机领从蹄交替式线控制动器，包括一制动底板6，所述制动底板6的左右两端均设置有蹄铁，所述蹄铁呈弧型设置，所述蹄铁的外侧固定设置有摩擦片4，所述摩擦片4呈弧型设置，所述制动底板6的上下两端均设置有电机，所述电机设置于两个蹄铁之间，所述电机的左右两端和蹄铁之间通过推杆固定连接设置。
46.电机的外侧套设有电机支架，电机支架和制动底板6之间固定连接。
47.制动底板6的背侧固定设置有电机控制器，电机控制器和电机之间电连接设置。
48.制动器还设置有制动踏板位置传感器、温度传感器、轮速传感器以及距离传感器；
49.制动踏板位置传感器布置于制动踏板的下方；
50.距离传感器包括两个，两个距离传感器分别对应加装于两个摩擦片4所设置的紧固孔7中；
51.轮速传感器通过传感器支架固定于制动底板6的内侧；
52.温度传感器设置于蹄铁内侧。
53.制动踏板位置传感器、温度传感器、轮速传感器和距离传感器均和电机控制器之间电连接设置。
54.电机控制器还和仪表盘操作台和dcac之间电连接设置，dcac和车载蓄电池之间电连接设置，车载蓄电池用于为制动踏板位置传感器、温度传感器、轮速传感器以及距离传感器提供低电压。
55.一种双电机领从蹄交替式线控制动器的制动方法，包括：
56.步骤1、车载蓄电池为各传感器提供低电压，并通过dcac将低电压转换成高电压输出为电机控制器供电；
57.步骤2、电机控制器根据各传感器信号的解析决定是否为电机传输信号与电压；
58.步骤3、电机接收到电机控制器发出的信号与电压后，实现对制动器的调节。
59.作为一种优选的实施方式，步骤2中电机控制器对各传感器信号解析的方法包括：
60.步骤20、当制动踏板产生位置变化时，踏板下方的传感器能够迅速检测出制动踏板的变化量，并将变化量转化成弱点信号传送至电机控制器；
61.步骤21、依据轮速传感器采集得到的当前车速通过三维插值表插值得到当前所需的最大制动力矩，从而由电机推杆长度与制动力矩的关系可获得电机推杆的实际伸出长度；
62.步骤22、此时电机推动蹄铁张开至与制动鼓产生相互摩擦，轮速传感器、温度传感器及距离传感器则检测到制动器状态的变化，并将变化的状态量反馈至电机控制器中进行
解析；
63.步骤23、各状态量超过设定的极限值，驾驶室的仪表盘则将发出相应的报警信号，同时，驾驶员根据驾驶环境的不同可通过操作台，利用电机对制动器的运动模式进行切换，以满足不同驾驶环境下对制动效能的需求。
64.步骤3中电机对制动器调节的方法为，通过控制电机推杆的伸缩量来对运动模式进行自由切换，运动模式包括领从蹄式、双领蹄式及双向双领蹄式。
65.位于制动底板6上端的电机为a电机，a电机左端的推杆为1号推杆，a电机右端的推杆为2号推杆，位于制动底板6下端的电机为b电机，b电机左端的推杆为3号推杆，b电机右端的推杆为4号推杆，通过控制电机推杆的伸缩量来对运动模式进行自由切换的方法包括：
66.步骤30、a电机的1号推杆和2号推杆实现往复运动，b电机的3号推杆和4号推杆无动作时，此时制动器为领从蹄式制动器运动模式；
67.步骤31、a电机的1号推杆实现往复运动，2号推杆无动作，b电机的3号推杆无动作，4号推杆实现往复运动，此时制动器为双领蹄式制动器运动模式；
68.步骤32、a电机的1号推杆无动作，2号推杆实现往复运动，b电机的3号推杆实现往复运动，4号推杆无动作，此时制动器为双领蹄式制动器运动模式；
69.步骤33、a电机的1号推杆和2号推杆实现往复运动，b电机的3号推杆和4号推杆实现往复运动，此时制动器为双向双领蹄式制动器运动模式。
70.该制动器通过电机和电机支架代替了当前市面上现有的凸轮式结构与楔式结构，并在制动底板6背侧安装有与整车控制器相独立的电机控制器，在保证电机正常运作的前提下不与整车中其他控制信号产生相互干扰。
71.本发明制动器同时配备有制动踏板位置传感器、温度传感器、轮速传感器以及距离传感器由整车蓄电池供电，而电机控制器与电机则由dcac逆变器将蓄电池输出的低电压转化为高电压供电。其中，制动踏板位置传感器布置于制动踏板下方，用于保证能够迅速识别制动踏板所发生的变化，并实现整个制动过程的总体控制；距离传感器共2个，2个距离传感器分别加装于两侧摩擦片4紧固孔7中，可实时检测出当前摩擦片4与制动鼓之间的距离，保证制动间隙调整的准确性以及摩擦片4摩擦程度的均衡性；
72.轮速传感器通过传感器支架固定于制动底板6的内侧，对abs齿圈等光栅结构进行变化检测，从而获得车辆的当前行驶速度；温度传感器则加装于蹄铁内侧，用于监测制动器在制动过程中制动鼓内壁及摩擦片4等的工作温度，增强制动器使用过程的安全性。最终通过驾驶室的仪表盘实时显示制动器的工作状态，同时，驾驶员可根据驾驶环境的不同通过操作台对制动器的使用模式进行切换，以保证制动器能够在最高制动效率下工作。
73.工作流程及原理如图4所示，车载蓄电池为各传感器提供低电压，并通过dcac将低电压转换成高电压输出为电机控制器供电，而电机控制器根据内部传感器信号的解析决定是否为电机传输信号与电压。当制动踏板产生位置变化时，踏板下方的传感器能够迅速检测出制动踏板的变化量，并将其转化成弱电信号传送至电机控制器，同时依据轮速传感器采集得到的当前车速通过三维插值表插值得到当前所需的最大制动力矩，从而由电机推杆长度与制动力矩的关系可获得电机推杆的实际伸出长度。此时电机推动蹄铁张开至与制动鼓产生相互摩擦，轮速传感器、温度传感器及距离传感器则检测到制动器状态的变化，并将变化的状态量反馈至电机控制器中进行解析，若各状态量超过设定的极限值，驾驶室的仪
表盘则将发出相应的报警信号。同时，驾驶员根据驾驶环境的不同可通过操作台对制动器的运动模式进行切换，以满足不同驾驶环境下对制动效能的需求。
74.如图5所示，本发明制动器将领从蹄式、双领蹄式及双向双领蹄式等运动模式集为一体，通过控制电机推杆的伸缩量来对其进行自由切换。若a电机的1号推杆、2号推杆实现往复运动，b电机的3号、4号推杆无动作，此时制动器为领从蹄式制动器，即领从蹄各有一个；若a电机的1号推杆实现往复运动、2号推杆无动作，而b电机的3号推杆无动作、4号推杆实现往复运动，此时制动器为双领蹄式制动器，即制动器中有两个领蹄；若a电机的1号推杆无动作、2号推杆实现往复运动，而b电机的3号推杆实现往复运动、4号推杆无动作，此时制动器为双从蹄式制动器，即制动器中有两个从蹄；若a、b电机各推杆均实现往复运动，此时制动器为双向双领蹄式制动器，即在制动器进行正反转时，两蹄铁均为领蹄。根据行驶环境的不同，驾驶员可通过操作台人工切换制动器的运动模式，以满足在不同场景下所需的制动效能。
75.如图6所示，本发明制动器通过两侧距离传感器分别获得蹄铁与制动鼓之间的距离，将获得的当前间隙与上一次制动间隙相比较，若两次间隙大小相等，则说明当前所测得到的制动间隙属正常状态；若当前制动间隙小于上一次制动所记录的间隙，则说明摩擦片4磨损严重，电机推杆长度已无法产生满足当前制动所需的制动力矩，因此求取其差值作为下一次制动电机推杆的补偿量，并进行循环检查补偿，最终实现制动间隙的闭环自动调整。同时，通过比较当前所测得到的两侧间隙大小，可判断得出两侧摩擦片4摩损量的差异大小，若差异较小，则视为两侧摩擦片4磨损量接近一致，电机推杆则保持原状态进行工作；若两侧间隙差异较大，则说明摩擦片4出现偏磨现象，因此通过求取其差值作为偏磨严重一侧的电机推杆补偿量，并在下一次制动时自动进行调整。
76.因此，本发明制动器通过电机连接两蹄铁，可根据使用环境的不同通过控制电机推杆伸缩使制动器在双向双领蹄、双领蹄及双从蹄等运动模式之间进行切换，充分利用领蹄与从蹄的使用优势，提高了制动效率。
77.本发明制动器使用电机代替现有制动器中凸轮轴、气室支架等大部分机械结构，使得制动器自重降低，实现制动器轻量化改进。并减少机械结构中的运动损耗，避免零部件之间卡顿现象的发生，延长其使用寿命，同时减小制动时人工所施加的作用力；
78.本发明制动器通过距离传感器实时检测摩擦片与制动鼓内表面之间的间隙，并与最近一次检测得到的间隙进行比较，从而控制电机推杆的伸出长度，实现制动间隙的调整，同时也解决了摩擦片偏磨的问题。
79.本发明制动器配备有轮速传感器及制动踏板位置传感器，控制器依据获取当前制动踏板的所处位置以及当前车辆的行驶速度，通过三维插值获得当前制动所需的最大制动力矩，并转换为电机推杆伸出长度实现制动蹄铁的动作。
80.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直
接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
81.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。