Тормозное устройство транспортного средства, способ измерения тормозного момента и устройство для измерения тормозного момента

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тормозных системах транспортных средств, а также при проектировании и расчетах тормозных механизмов. Тормозное устройство содержит тормозной элемент, выполненный в виде барабана или диска, привод и тормозные колодки с фрикционным слоем. Тормозные колодки выполнены в виде суппортов с подвижными элементами, несущими фрикционный слой. Подвижные элементы установлены на суппортах с возможностью ограниченного перемещения. Устройство для измерения тормозного момента содержит датчик перемещения, установленный внутри тормозного устройства. Датчик перемещения выполнен в виде кольца с индукционным чувствительным элементом. Одной стороной кольцо взаимодействует с подвижным элементом, несущим фрикционный слой, а второй - с суппортом. Способ измерения тормозного момента включает измерение перемещений или деформаций деталей или узлов тормозного устройства, возникающих в процессе торможения, и преобразование этих перемещений в электрический сигнал, пропорциональный тормозному моменту. Измеряют перемещение подвижного элемента, несущего фрикционный слой, относительно суппорта. Техническим результатом является улучшение технических характеристик тормозного устройства, обладающего свойствами самоустановки колодок и обеспечивающего равномерный износ фрикционных поверхностей, а также возможность получения сигнала, соответствующего фактически реализуемому колесом тормозному моменту. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тормозных системах транспортных средств, а также при проектировании и расчетах тормозных механизмов.

Известны колесные колодочные тормоза автомобиля УАЗ-469, которые включают тормозные колодки, с фрикционной накладкой с одной стороны, закрепленной на опорных пальцах, а с другой - взаимодействует с разжимными гидравлическими цилиндрами, при этом фрикционные поверхности в период торможения взаимодействуют с внутренней цилиндрической поверхностью тормозного барабана [1].

В силу одностороннего приложения разжимного усилия на колодки фрикционные накладки таких тормозов изнашиваются неравномерно, кроме того, у них отсутствует самоустановка тормозных колодок по внутренней цилиндрической поверхности тормозного барабана, что приводит к неравномерному износу фрикционных накладок и образованию конусности и эллипсности цилиндрической поверхности тормозных барабанов. Это снижает эффективность торможения и требует периодической регулировки положения тормозных колодок.

Известна также система управления тормозами, содержащая тормозной диск, периферийная часть которого охвачена плавающей скобой, в которой по обе стороны диска смонтированы фрикционные элементы на суппортах и скользящий толкатель для воздействия на один из фрикционных элементов, контактирующий с сердечником, установленным на цапфе, кинематически связанный с рычагом управления и имеющий цилиндрическую поверхность, расположенную эксцентрично относительно оси цапфы, причем для упрощения изготовления концы цапфы установлены в боковых образующих фланцах плавающей скобы, сердечник кинематически связан с рычагом управления посредством штифта, при этом ось сердечника смещена относительно оси цапфы так, что плоскость, проходящая через них, перпендикулярна оси перемещения толкателя, а сердечник и рычаг управления установлены на цапфе с возможностью поворота [2]

Описанная конструкция дискового тормоза транспортного средства также не имеет элементов самоустановки тормозных колодок, что приводит к неравномерному износу фрикционных накладок, перекосу и заеданию тормозных колодок на направляющих пальцах. Все названные причины снижают эффективность процесса торможения, а также надежность тормозной системы в целом.

Анализ кинематики аналогов показывает, что в известных колодочных и дисковых тормозах отсутствует самоустановка тормозных колодок по поверхности трения, что приводит к неравномерному износу фрикционных накладок и поверхности трения, что в свою очередь снижает надежность и долговечность тормозной системы транспортных средств.

Известно устройство для измерения тормозного момента, фактически реализуемого колесами задней оси грузового автомобиля, которое содержит элемент механического восприятия тормозного момента (усилия), состоящее из балки заднего моста и элемента регистрации возникающего тормозного момента с использованием тензодатчиков [3].

Известное устройство работает следующим образом. При торможении автомобиля усилия, возникающие в пятне контакта задних колес с землей, воздействуют на балку моста, которая подвергается деформации. На балке моста установлен элемент регистрации деформации, исполненный в виде тензодатчиков. Участок балки заднего моста, подвергаясь деформации, передает воздействие на тензодатчики, которые преобразуют деформацию участка балки в электрический сигнал, пропорциональный тормозному моменту. Таким образом, балку заднего моста грузового автомобиля используют в качестве элемента восприятия тормозного усилия.

Недостатком вышеупомянутого устройства является слабая помехозащищенность получаемых сигналов из-за того, что на балку, кроме тормозного момента, воздействует большое число других нагрузок, балка имеет достаточно большую жесткость, разную в разных направления. Невысокая чувствительность используемых тензодатчиков приводит к большой погрешности результатов. Это в совокупности накладывается на большую жесткость балки. Другим недостатком этого устройства является то, что устройство невозможно использовать для измерения тормозного момента на каждом отдельном колесе автомобиля, а сигналы от тензодатчиков в большей степени используют для исследовательских целей и слабопригодны при формировании из них сигналов управления торможением колес для использования в антиблокировочных системах транспортных средств.

В качестве прототипа для тормоза выбран дисковый тормоз транспортного средства, содержащий неподвижный в осевом направлении тормозной диск, по обеим сторонам которого расположены тормозные колодки, связанные с исполнительными элементами гидропривода, установленными во внутренних полостях корпусов, смонтированных на несущих элементах суппорта с возможностью специального перемещения [4].

Недостатком известного тормоза является отсутствие возможности регулирования положения корпусов при износе фрикционных накладок тормозных колодок, что снижает надежность и долговечность тормозной системы транспортных средств.

Наиболее близким к устройству измерения тормозного момента является устройство, содержащее элемент механического восприятия тормозного момента, выполненный в виде реактивной штанги, один конец которой шарнирно прикреплен к корпусу машины, а другой - шарнирно к его неподрессоренной массе. Элемент регистрации тормозного момента выполнен в виде датчика электрических сигналов и установлен на реактивной штанге [5].

Принцип работы прототипа заключается в том, что при торможении транспортного средства возникающий тормозной момент передается реактивной штанге, вследствие чего происходит ее деформация. Датчик электрического сигнала воспринимает эту деформацию и формирует выходной сигнал, отождествляемый с тормозным моментом.

Недостатком устройства является то, что реактивная штанга одинаково воспринимает усилия, возникающие от взаимных колебаний подрессоренных и неподрессореных частей транспортного средства, что существенно искажает информацию о действительном тормозном моменте. В силу этого полученный сигнал тормозного момента не может быть использован для формирования сигнала управления автоматических антиблокировочных систем торможением колеса, а также не может служить расчетным тормозным моментом при проектировании и расчетах тормозных механизмов. Другим недостатком вышеупомянутого устройства является невозможность измерения тормозного момента на каждом отдельном колесе в силу сложности его конструктивной реализации в транспортном средстве.

Задачей, решаемой созданием тормозного устройства, является создание простого и надежного тормозного устройства, обладающего свойствами самоустановки колодок и обеспечивающего равномерный износ фрикционных поверхностей.

Задачей, решаемой созданием способа измерения тормозного момента, является получение сигнала, соответствующего фактически реализуемому колесом тормозному моменту, пригодному для формирования сигнала управления торможением транспортных средств и позволяющего получить реальные расчетные нагрузки с целью их использования при проектировании и расчетах тормозных механизмов, при этом важно обеспечить использование способа не только в лабораторных условиях, но и в реальных дорожных условиях для использования, например, в антиблокировочных системах (АБС).

Поставленная задача решается тем, в известном тормозном устройстве, содержащем тормозной элемент, выполненный в виде барабана или диска, привод, тормозные колодки, несущие фрикционный слой, согласно изобретению, тормозные колодки выполнены в виде разжимных суппортов с подвижными элементами, несущими фрикционный слой, при этом подвижные элементы установлены на разжимных суппортах с возможностью ограниченного перемещения.

Поставленная задача решается также и тем, что на каждом разжимном суппорте установлены, по меньшей мере, два подвижных элемента с фрикционным слоем с возможностью ограниченного перемещения под углом к касательной поверхности тормозного элемента

Поставленная задача решается тем, что в известном способе измерения тормозного момента, включающем измерение перемещений или деформаций деталей или узлов тормозного механизма, возникающих в процессе торможения, и преобразование этих перемещений в электрический сигнал, пропорциональный тормозному моменту, согласно изобретению измеряют перемещение подвижного элемента, несущего фрикционный слой, относительно разжимного суппорта.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для измерения тормозного момента, содержащем датчик перемещения, установленный внутри тормоза, согласно изобретению датчик перемещения выполнен в виде кольца с индукционным чувствительным элементом, при этом одной стороной кольцо взаимодействует с подвижным элементом, несущим фрикционный слой, а второй - с суппортом.

Выполнение тормозных колодок в виде разжимных суппортов с подвижными элементами, несущими фрикционный слой, при этом подвижные элементы установлены на разжимных суппортах с возможностью ограниченного перемещения, позволяет обеспечить частичную относительную подвижность тормозных колодок и поверхности трения, что обеспечивает надежность торможения, равномерный износ поверхностей трения.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена общая схема барабанного тормоза. На фиг.2 изображена общая схема барабанного тормоза с установкой двух колодок на каждом суппорте. На фиг.3 - сечение А-А фиг.1, показывающее крепление колодки на суппорте барабанного тормоза. На фиг.4 схематично показана общая схема дискового тормоза. На фиг.5 - сечение Б-Б фиг.4, показывающее крепление колодки на суппорте дискового тормоза. На фиг.6 схематично показана общая схема дискового тормоза с установкой двух отдельных колодок на каждом суппорте. На фиг.7 показана схема установки датчика перемещения тормозной колодки относительно суппорта для измерения тормозного момента. На фиг.8 показан вид В фиг.7 - датчик перемещения, выполненный в виде упругого кольца с внутри него размещенным индуктором.

Тормоз и устройство для измерения тормозного момента состоит из тормозного элемента, который выполнен в виде барабана 1 (для варианта барабанного тормоза) или диска 2 (для варианта дискового тормоза), тормозных колодок, выполненных в виде раздвижных суппортов 3, воспринимающих усилие исполнительных элементов привода в виде гидро- или пневмоцилиндров 4.

Гидро- или пневмоцилиндры 4 закреплены соответственно на щите 5 (вариант барабанного тормоза) или на плавающей скобе 6 (вариант дискового тормоза). Оба раздвижных суппорта 3 барабанного тормоза состоят, в свою очередь, из опорных пластин 7, одним нижним концом шарнирно закрепленных к щиту 5, а другим, верхним, контактирующим с поршнем гидро- или пневмоцилиндра 4 и тормозных колодок 8. На тормозных колодках 8 на стороне, обращенной к внутренней поверхности тормозного барабана 1, закреплены фрикционные накладки 9. Обе опорные пластины 7 стягиваются пружиной 10 для возврата в исходное положение. Причем опорные пластины 7 и тормозные колодки 8 соединены друг с другом следующим образом.

Каждая тормозная колодка 8 снабжена, по крайней мере, двумя параллельными друг другу и охватывающими опорную пластину 7 с обеих сторон проушинами 11, в которых выполнены серпообразные отверстия 12 для пальцев 13, жестко закрепленных в опорной пластине 7. Пальцы 13 входят в отверстие 12 проушин с некоторым зазором. Наличие зазоров между пальцами 13 и отверстиями 12, а также между внутренними поверхностями проушины 11 и опорной пластины 7 позволяет фрикционной накладке 9 тормозной колодки 8 самоустанавливаться по внутренней поверхности барабана 1 в пределах имеющихся зазоров в аксиальной плоскости барабана 1.

Для обеспечения лучшего эффекта самоустановки тормозных колодок 8 барабанных тормозов, особенно больших размеров, к одной опорной пластине 7, описанным ранее способом могут крепиться две и более тормозных колодки 8 (фиг.2). Серпообразные отверстия 12 в проушинах 11 тормозных колодок 8 выполнены с увеливающимся радиусом по ходу вращения тормозного барабана, т.е. с возможностью ограниченного перемещения под углом к касательной поверхности тормозного элемента, а между тормозными колодками 8 одного суппорта установлен необходимый зазор, чтобы при приведении тормозов в рабочее состояние обеспечивалось "самозатягивание", которое обеспечивается путем перемещения тормозных колодок 8 на пальцах 13 в серпообразных отверстиях 12 проушин 11.

Раздвижной суппорт дискового тормоза также состоит из опорной пластины 14, выполненной за одно целое с поршнем 15 исполнительного элемента гидроцилиндра 4, и тормозной колодки 16, которая со стороны тормозного диска 2 снабжена фрикционной накладкой 17. Связь опорной пластины 14 с тормозной колодкой 16 осуществляется при помощи пальцев 18 средней частью запрессованных в отверстия опорной пластины 14, а выступающими концами входящих в продолговатые отверстия 19, выполненные в проушинах 20 колодок 16. Наличие зазоров между пальцами 18 и отверстиями 19, а также между внутренними боковыми поверхностями проушин 20 и опорной пластины 14 позволяет фрикционным накладкам 17 самоустанавливаться по поверхности тормозного диска 2. Для повышения эффекта самоустановки поверхностей трения раздвижной суппорт дискового тормоза может включать не одну тормозную колодку, а несколько, например две (фиг.6), причем между соседними тормозными колодками должен быть предусмотрен необходимый зазор Δ.

В связи с ограниченной подвижностью в процессе работы тормоза элементов раздвижного суппорта, т.е. опорной пластины и тормозной колодки друг относительно друга, появилась возможность осуществить способ измерения тормозного момента на основании измерения перемещений или деформаций деталей или узлов тормозного механизма, возникающих в процессе торможения и преобразования этих перемещений в электрический сигнал, пропорциональный тормозному моменту.

Способ определения тормозного момента реализуется следующим образом:

В опорной пластине 7 (вариант барабанного тормоза) выполнено окно 21 (фиг.7), в которое установлен датчик перемещения, выполненный в виде деформируемого кольца 22 с чувствительным индукционным элементом 23 (фиг.8), При этом окно 21 выполнено таким образом, что деформируемое кольцо 22, установленное в него, подвергается постоянному силовому воздействию со стороны торцев проушин 11. Если тормозная колодка выполнена состоящей из нескольких секций колодок, то можно расположить и соответствующее количество датчиков 22.

Эффект от использования изобретения достигается тем, что за счет ограниченно подвижной установки тормозных колодок на суппортах возможна надежная работа тормозных систем и получение качественного сигнала тормозного момента, который можно использовать для систем управления антиблокировочными системами, а также в исследовательских целях, во время полевых испытаний тормозных систем транспортных средств.

Практическая возможность реализации предлагаемого устройства доказана использованием изготовленных опытных образцов тормозных устройств и устройств для измерения тормозных моментов в механизмах тормозов автомобиля МАЗ.

Источники информации

1. Автомобили семейства УАЗ-469. Инструкция по эксплуатации. Ульяновский дважды ордена Трудового Красного знамени Автомобильный завод им. В.И.Ленина. 6-е издание, 1977 г. стр.155-158.

2. Патент СССР №1240348, МПК В 60 Т 1/06, опубл. 23.06.86, Бюллетень №24.

3. Борисов Л.Л. Исследование возможностей динамического регулирования тормозных сил автомобилей и седельных автопоездов. Дисс. канд. Минск: 1974, стр.203.

4. Патент США №3112014, кл. 188-196, 1963 г. - прототип.

5. Патент США №4.822.113 кл. 303-100, 1987 г. - прототип.

1. Тормоз, содержащий тормозной элемент, выполненный в виде барабана или диска, привод и тормозные колодки с фрикционным слоем, отличающийся тем, что тормозные колодки выполнены в виде суппортов с подвижными элементами, несущими фрикционный слой, при этом подвижные элементы установлены на суппортах с возможностью ограниченного перемещения.

2. Тормоз по п.1, отличающийся тем, что на каждом суппорте установлены, по меньшей мере, два подвижных элемента с фрикционным слоем с возможностью ограниченного перемещения под углом к касательной поверхности тормозного элемента.

3. Способ измерения тормозного момента, включающий измерение перемещений, или деформаций деталей, или узлов тормоза по п.1, возникающих в процессе торможения, и преобразование этих перемещений в электрический сигнал, пропорциональный тормозному моменту, отличающийся тем, что измеряют перемещение подвижного элемента, несущего фрикционный слой, относительно суппорта.

4. Устройство для измерения тормозного момента, содержащее датчик перемещения, установленный внутри тормоза по п.1, отличающееся тем, что датчик перемещения выполнен в виде кольца с индукционным чувствительным элементом, одной стороной кольцо взаимодействует с подвижным элементом, несущим фрикционный слой, а второй - с суппортом.