一种免维护型商用车制动鼓自动冷却系统的制作方法

本发明涉及汽车设备技术领域，具体涉及一种免维护型商用车制动鼓自动冷却系统。

背景技术：

汽车鼓式制动器由于散热条件不良，在频繁制动的路况下，制动鼓温度会快速上升。当温度达到特定值后，制动器的制动效能会明显下降，这种现象称为“制动热衰退”。制动热衰退会使车辆的制动时间和距离增加，影响行车安全。商用汽车的后轮由于制动鼓和轮辋之间的距离狭窄，散热条件尤其恶劣，制动产生的高温可能烤坏气门嘴橡胶密封件，严重时甚至会造成炸胎。此外，制动器过热还会加剧制动摩擦衬片的磨损，大幅降低摩擦片使用寿命，增加车辆的使用成本。当前市场中用来解决制动器过热问题的产品，主要存在的具体形式如下：

1、在车辆上额外安装水箱，适当时候对制动鼓进行淋水冷却。卡车使用该类产品时，若将水箱安装在驾驶舱上部，使得车辆重心升高从而影响车辆行驶的稳定性；若安装于裙部，会造成横向重心偏移。当客车产品使用该类产品时，水箱必须安装在行李舱内，不仅挤占了行李的放置空间，而且会对行李造成污染。喷淋装置需时常加水，为保证续驶里程，冷却水箱及附加装置在加满水的情况下，重量大的会达到数百公斤，所以车辆的整备质量会大幅增加，而载质量则相应减少。淋水冷却的方式在控制不当时，高温制动鼓由于温度骤降可能会破裂，给驾驶员和行人的生命安全带来严重后果。水箱若安装于裙部或行李舱内，则必须使用压力喷淋，形成的水雾会对附近车辆和行人造成影响。当车辆在严寒季节行驶时，采用淋水冷却的方式体现出更大的局限性。首先，车辆停驶时必须将容器和管道中的水放尽，否则冷却水结冰后会把容器涨裂；管道中残留的冷却液结冰后会使其中的阀类零件失效。其次，行驶中喷淋的水会导致路面结冰，诱发交通事故。淋水冷却喷头直接对制动鼓外圆柱面进行喷淋，所以喷头的安装受制动鼓与轮辋内圈的空间尺寸限制。

2、在制动鼓外部套装附加装置，二者共同形成油腔，油液在腔内循环再经过冷却水进行冷却。该类装置的缺陷是结构复杂，由于制动鼓与车轮轮辋间的空间有限，所以只能在特定车辆上安装，使用受到很大局限。通过在制动鼓内腔设置水道的装置，必须与散热系统共用防冻液，需要定期更换。内置水道或在制动鼓内外设置导流散热元件的装置均与制动鼓匹配安装，因制动鼓及制动蹄衬片均为易损件，更换时势必要进行拆装和调整工作。此外，装置本身属于汽车簧下质量，根据汽车理论，簧下质量的增加会影响汽车的平顺性和操纵稳定性。第三，由于装置与制动鼓共同旋转，必须进行装配后的动平衡，但因后期二者之间要充进油液，所以原先的动平衡将会破坏。直接后果是高速时整车的振动，在影响乘坐舒适性的同时造成轮胎等相关部件的早期磨损。第四、必须额外设置冷却油循环装置，结构复杂，成本增加明显。第五、由于额外的冷却要求，必须加大原车的冷却系统。这使得实施的可能性再次缩窄。

3、在制动鼓和制动蹄内壁直接设置冷却水道进行冷却，此方案同样无法解决充水后的制动鼓动平衡问题。制动鼓和制动蹄温度环境和振动条件极其恶劣，所以对水道的密封要求很高，无形中增加了部件加工的难度。其他缺陷与第二点类似。

4、在制动鼓内腔安设风轮或扇叶，对封闭的制动鼓内腔进行通风散热。该方式结构复杂，由于制动器蹄片和回位弹簧以及周向均布的轮毂螺栓等零部件限制了风轮或扇叶的径向尺寸小，因而散热效果有限。此外，散热作用还却决于风轮或扇叶的转速，在下长坡这种最需要冷却的工况，反而因车速不高而无法发挥作用。

5、利用高压冷空气对制动鼓进行冷却。该装置利用汽车空调的循环回路，在汽车空调开启车内供冷模式下，利用经附加蒸发器冷却后的空气来冷却制动鼓。该装置的缺点在于，当车辆空调不工作而传感器检测制动鼓需要冷却时，控制装置会自动打开空调压缩机和离心风机来冷却制动鼓。这种模式会额外消耗发动机功率，车辆油耗会明显上升。该装置的使用还受季节限制，秋冬季节无法使用。

6、通过在制动鼓或轮辋上设置导风装置来促进制动鼓内外空气的流通，将热量散发到大气中。类似装置散热效果不明显，散热作用还却决于导风装置的转速，在下长坡这种最需要冷却的工况，反而因车速不高而无法发挥作用。新增装置为汽车簧下质量，会影响车辆行驶的平顺性和操纵稳定性。

技术实现要素：

综上所述，为客克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种免维护型商用车制动鼓自动冷却系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种免维护型商用车制动鼓自动冷却系统，包括储气装置、监测装置和控制装置；所述储气装置固定在商用车的底盘骨架上，其用于储备通过商用车标配部件得到的常温压缩空气，并且所述储气装置通过冷却管路向商用车制动鼓内和制动蹄及摩擦片总成喷射常温压缩空气进行冷却；所述监测装置安装在商用车制动器防尘罩和所述储气装置上，并实时采集所述制动鼓内壁的温度和所述储气装置内的气压；所述控制装置安装在商用车上并根据所述监测装置采集到的温度和气压使所述冷却管路导通或截断。

本发明的有益效果是：

1、质量小，且绝大多数为非簧下质量，不会影响汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。

2、体积小，布置灵活，在商用车上具有完全的装配可能。

3、工作时对驾驶员和行人不产生任何安全影响。

4、可长期长时使用，使用不受季节限制。

5、不需维护，自动工作。

6、冷却效能高，且冷却效能基本不受车辆行驶速度的影响。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述商用车标配部件包括商用车发动机空气压缩机、商用车空气干燥器和商用车主储气筒，所述储气装置的入口通过第一输气管连通主储气筒的出口，所述主储气筒的入口通过第二输气管连通空气干燥器的出口，所述空气干燥器的入口通过第三输气管连通发动机空气压缩机的出口。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过发动机空气压缩机获得温度升高的压缩空气，在压缩空气传输与储存的过程中，使通过与管路与外界空气进行热交换以及体积膨胀降温，进而得到冷却制动鼓和制动蹄及摩擦片总成的常温压缩空气。

进一步，还包括四回路保护阀；所述四回路保护阀其中一个接口安装在所述主储气筒的出口上，所述储气装置的入口通过所述第一输气管连通所述四回路保护阀的另外一个接口。

采用上述进一步方案的有益效果是：当该系统中某处元件发生泄漏时，四回路保护阀将主储气筒的气压维持在一保证汽车能持续行驶的阈值，以将汽车开往修理场所。

进一步，所述储气装置为制动冷却储气筒。

进一步，所述监测装置包括非接触式温度传感器和气压传感器；所述非接触式温度传感器安装在所述制动器防尘罩上，所述气压传感器安装在所述储气装置上。

采用上述进一步方案的有益效果是：实时监控制动鼓内壁的温度和储气装置内的气压，以决定是否启动对制动鼓内壁和制动蹄及摩擦片总成的冷却。

进一步，所述控制装置为ecu控制芯片，其设置在商用车仪表台下方，并通过相应的线路分别连接所述非接触式温度传感器、所述气压传感器以及所述电磁气阀。

进一步，所述冷却管路上设有电磁气阀，所述控制装置通过控制所述电磁气阀开启或关闭来使所述冷却管路导通或截断。

进一步，所述冷却管路包括压缩空气喷嘴、尼龙气管和钢丝编织软管，所述压缩空气喷嘴安装在所述制动器防尘罩上；所述储气装置的出口通过所述尼龙气管连通所述电磁气阀的入口，所述电磁气阀的出口通过钢丝编织软管连通所述压缩空气喷嘴。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为对制动鼓内部进行冷却的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、发动机空气压缩机，2、空气干燥器，3、主储气筒，4、四回路保护阀，5、制动冷却储气筒，6、尼龙气管，7、电磁气阀，8、钢丝编织软管、9、压缩空气喷嘴，10、制动器防尘罩，11、制动鼓，12、空气出口，13、非接触式温度传感器，14、气压传感器，15、ecu控制芯片，16、制动蹄及摩擦衬片总成。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种免维护型商用车制动鼓自动冷却系统，包括储气装置、监测装置和控制装置。优选的：所述储气装置为制动冷却储气筒5，所述控制装置为ecu控制芯片15，其设置在商用车仪表台下方，并通过相应的线路分别连接所述非接触式温度传感器13、所述气压传感器14以及所述电磁气阀7。所述储气装置固定在商用车的底盘骨架上，其用于储备通过商用车标配部件得到的常温压缩空气，并且所述储气装置通过冷却管路向商用车制动鼓11内和制动蹄及摩擦片总成16喷射常温压缩空气进行冷却。所述监测装置安装在商用车制动器防尘罩10和所述储气装置上，并实时采集所述制动鼓11内壁的温度和所述储气装置内的气压。所述控制装置安装在商用车上并根据所述监测装置采集到的温度和气压使所述冷却管路导通或截断。

所述商用车标配部件包括商用车发动机空气压缩机1、商用车空气干燥器2和商用车主储气筒3，所述储气装置的入口通过第一输气管连通主储气筒3的出口，所述主储气筒3的入口通过第二输气管连通空气干燥器2的出口，所述空气干燥器2的入口通过第三输气管连通发动机空气压缩机1的出口。该系统还包括四回路保护阀4。所述四回路保护阀4其中一个接口安装在所述主储气筒3的出口上，所述储气装置的入口通过所述第一输气管连通所述四回路保护阀4的另外一个接口(四回路保护阀4的剩下两个接口堵塞)。

所述监测装置包括非接触式温度传感器13和气压传感器14。所述非接触式温度传感器13安装在所述制动器防尘罩10上，所述气压传感器14安装在所述储气装置上。

所述冷却管路上设有电磁气阀7，所述控制装置通过控制所述电磁气阀7开启或关闭来使所述冷却管路导通或截断。所述冷却管路包括压缩空气喷嘴9、尼龙气管6和钢丝编织软管8，所述压缩空气喷嘴9安装在所述制动器防尘罩10上。所述储气装置的出口通过所述尼龙气管6连通所述电磁气阀7的入口，所述电磁气阀7的出口通过钢丝编织软管8连通所述压缩空气喷嘴9。

本发明所述的免维护型商用车制动鼓自动冷却系统，执行元件包括：发动机空气压缩机1、空气干燥器2、主储气筒3、四回路保护阀4、制动冷却储气筒5、尼龙气管6、电磁气阀7(2个)、钢丝编织软管8、压缩空气喷嘴9(2个)、制动器防尘罩10、制动鼓11、制动蹄及摩擦衬片总成16及气管路附件。上述执行元件按照预设的要求依次连接形成冷却管路。

控制元件包括：ecu控制芯片15、气压传感器14、非接触式温度传感器13(2个)、电磁气阀7(2个)及相关线束。上述元件依次连接形成控制信号通道。

控制原理：

通过安装在制动器防尘罩10上的非接触式温度传感器13实时采集制动鼓11内壁面的温度，ecu控制芯片15接收非接触式温度传感器13发送的温度信号，将其作为系统是否工作的第一判断条件；通过安装在制动冷却储气筒5上的气压传感器14实时采集制动冷却储气筒5内的气压，ecu控制芯片15接收气压传感器14发送的气压信号，将其作为系统是否工作的第二判断条件。当第一判断条件和第二判断条件同时满足时，ecu控制芯片15控制冷却管路上的电磁气阀7开启工作，冷却气路导通。当第一判断条件或第二判断条件不完全满足时，ecu控制芯片15将控制电磁气阀7关闭，冷却气路截断。

非接触式温度传感器13(2个)通过螺母安装在制动器防尘罩10上，用于实时采集制动鼓11内壁温度，并向ecu控制芯片15传输温度信号。气压传感器14安装于制动冷却储气筒5上的螺纹接头上，用于实时采集制动冷却储气筒5内部空气压力，并向ecu控制芯片15传输压力信号。当制动鼓11内壁温度超过200℃,且制动冷却储气筒5内部空气压力大于6bar时，ecu控制芯片15控制串接于冷却管路上的电磁气阀7开启，使得气路导通，压缩空气通过压缩空气喷嘴9冷却制动鼓11内壁和制动蹄及摩擦衬片总成16。当制动鼓11内壁温度低于200℃时，ecu控制芯片15控制串接于冷却管路上的电磁气阀7关闭，使得气路截断，冷却作用停止。当制动冷却储气筒5内部空气压力低于6bar，为了不影响整车气动元件的用气，无论制动鼓11内壁温度是否超过200℃，ecu控制芯片15均控制电磁气阀7关闭，使得气路截断。待发动机空气压缩机1重新向制动冷却储气筒5补气，待气压超过6bar后，延时30s后重新控制电磁气阀7开启，使得气路恢复导通，再次对汽车制动鼓内壁11和制动蹄及摩擦衬片总成16进行冷却。

执行原理：

汽车启动后(汽车上有两根火线，一根火线是即使拔掉钥匙也能通电，给汽车上的电子钟等设备使用；另外一根火线是汽车启动后才通电，叫二次火)，发动机空气压缩机1(或纯电动汽车电动空压机)产生压缩空气，压缩空气通过空气干燥器2的干燥，去除了其中的水分和机油后储存于车辆主储气筒3中。在此过程中，压缩空气通过与管路热交换以及体积膨胀进行第一次降温冷却。主储气筒3中的压缩空气经过四回路保护阀4进入制动冷却储气筒5，制动冷却储气筒5中的气压将随主储气筒3的气压一起升高到汽车气管路系统的压力限值(10bar)后，通过空气干燥器2上的卸荷阀保持平衡。在此过程中，压缩空气通过与管路热交换以及体积膨胀进行第二次降温冷却，并成为常温压缩空气(制动鼓温度11内温度高达300多度，所以常温空气足以将其冷却)。当该系统工作时，制动冷却储气筒5中的压缩空气通过电磁气阀7通向安装在制动器防尘罩10上的压缩空气喷嘴9，由压缩空气喷嘴9喷射出压缩空气以冷却制动鼓11内壁和制动蹄及摩擦衬片总成16。压缩空气经换热后，其通过设置于制动鼓11外侧周向分布的空气出口12将热量散发到大气中。制动鼓11内壁和制动蹄及摩擦衬片总成16散热气体流向如图2所示。压缩空气从压缩空气喷嘴9进入制动鼓11内后，少部分从制动器防尘罩10周边流出，大部分通过制动鼓11内壁和制动蹄及摩擦衬片总成16的间隙带走二者表面的热量。热气经制动鼓11外侧周向均布的空气出口12流出，再经轮辋通风口散入大气。

综上所述，该系统相较于现有技术具有如下优势：

1、该系统的压缩气源产生设施为商用车上标配的发动机空气压缩机1，空气干燥器2也与原车气管路共用，所以新增重量大部分体现在制动冷却储气筒5、电磁气阀7和ecu控制芯片15上，其它均为气管路及线束附件。系统的总质量不超过10千克。具有类似冷却效力的淋水装置基本超过200千克。

2、该系统在原车上装配时，唯一需要考虑的是制动冷却储气筒5的布置，而制动冷却储气筒5本身体积小，质量轻，在商用车上很容易装配。而喷淋装置的装配，必然会占用客车的行李舱空间，对于载货车来说会破坏车辆的平顺性及操纵稳定性。其他通过在制动鼓11内腔设置水道或在制动鼓11内外设置导流散热元件的装置，安装时都会被车桥结构及制动鼓11与轮辋之间空间尺寸的限制，适用性很低。

3、该系统为空气冷却，且压缩空气经制动鼓11外侧周向均布的空气出口12流出，再经轮辋通风口散入大气。由于体积的膨胀，气体流速已降低，所以不会对驾驶员和行人不产生任何安全影响。而喷淋装置产生的水雾势必会对周围行人和前后方车辆造成影响。

4、该系统动力源为商用车的发动机空气压缩机1，发动机空气压缩机1，无论在内燃机汽车还是新能源汽车上都为标准配置。冷却介质为空气，取自大气，所以不存在喷淋冷却装置需要补水的缺陷，使用不受里程和季节限制。喷淋冷却装置在冬季使用时不仅存在路面结冰的安全隐患，而且在车辆长时间停止时必须放空冷却水，费时费力。而利用汽车空调的循环回路对制动鼓进行冷却的装置在冬季无法使用。

5、该系统安装后不需维护，而根据制动鼓11内壁温度和制动冷却储气筒5压力自行工作。通过在制动鼓11内腔设置水道的装置，必须与散热系统共用防冻液，需要定期更换。内置水道或在制动鼓内外设置导流散热元件的装置均与制动鼓匹配安装，因制动鼓11及制动蹄衬片均为易损件，更换时势必要进行拆装和调整工作。其动平衡问题更是无法解决的缺陷。

6、该系统冷却效能高，仅次于冷却水喷淋装置，冷却效能基本不受车速的影响。其他在制动鼓内外设置导流散热元件的装置在车辆低速时冷却效能很低。

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。