收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置及其制动方法

1.本发明属于汽车制动技术领域，具体涉及一种收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置及其制动方法。


背景技术：

2.目前的汽车制动系统在紧急刹车时都会不可避免的产生一段制动距离，严重威胁司机、乘客以及路人的生命安全。根据汽车车速与刹车距离二者之间的关系，当一辆汽车以80公里/时的速度在干燥的柏油路面上刹车时，其产生的刹车距离大约在14
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40米之间，如果加上司机的反应时间和刹车系统的制动时间，这一数值可增大至50
‑
60米之间，而正是刹车距离的存在导致了绝大多数车祸的发生。
3.如果汽车刹车时可借助外力作用于路面，那么就可以极大地降低汽车制动距离，且在一定程度上可以避免车祸的发生。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置及其制动方法。
5.本发明收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置，包括连接件、吸盘组件、气管、真空泵、打气泵和压力传感器；所述的压力传感器固定在脚刹上表面；所述的吸盘组件包括吸盘、超声波探测仪、收缩杆、球铰链一和球铰链二；所述的收缩杆包括外筒、内杆、活塞和弹簧；所述的外筒开设有卸压孔和进气孔；进气孔与外筒和活塞之间的活塞腔连通，高压泵固定在汽车底盘顶面，用于给吸盘组件的进气孔供气；所述的活塞与内杆内端固定；弹簧两端分别与活塞腔和内杆的内端面固定；所述球铰链一的球铰链支座一与汽车底盘底面通过连接件连接；球铰链一的球头一与收缩杆的外筒固定，收缩杆的内杆与球铰链二的球头二固定，球铰链二的球铰链支座二与吸盘固定；吸盘的内腔圆心位置处固定有超声波探测仪；所述的真空泵和打气泵均固定在汽车底盘顶面，位于汽车后备箱位置，且分别为吸盘的内腔抽气和打气；所述的高压泵、真空泵和打气泵均由控制器控制；所述超声波探测仪和压力传感器的信号输出端与控制器连接；控制器与车载中控连接。
6.优选地，所述的连接件包括工字形滑轨和齿轮曲柄滑块机构；所述的工字形滑轨固定在汽车底盘底面，位于汽车底盘偏后位置，且靠近车轮传动轴设置；球铰链一的球铰链支座一通过滑轨滚珠与工字形轨道构成滚动摩擦副；所述的齿轮曲柄滑块机构包括中心齿轮、行星架、行星齿轮和连杆；电机与汽车底盘固定；电机的输出轴穿过中心齿轮，并与行星架的一端固定；所述的电机由控制器控制；所述的中心齿轮固定在汽车底盘的底面；行星齿轮铰接在行星架的另一端，并与中心齿轮啮合；所述连杆的一端铰接在行星齿轮的中心处，另一端与球铰链一的球铰链支座一铰接；高压泵的输出口与吸盘组件的进气孔通过一根气管连接；真空泵和打气泵分别通过一根气管与吸盘的内腔连通。
7.优选地，所述的连接件为收缩杆固定支座；三个收缩杆固定支座呈三角形排布，且
均固定在汽车底盘底面；其中一个收缩杆固定支座位于汽车底盘中部，另外两个收缩杆固定支座靠近后轮传动轴设置；所述的真空泵和打气泵分别与过渡腔体的通气口一和通气口二通过一根气管连接；所述的过渡腔体固定在汽车底盘底面；过渡腔体的通气口三与四通管的一个接口连接；所述的吸盘组件设有三个，四通管的另外三个接口与三个电动阀一的一端阀口分别通过一根支管连接，三个电动阀一的另一端阀口与三个吸盘组件的吸盘内腔分别通过一根支管连通；过渡腔体的通气口一、通气口二和通气口三均与过渡腔体的内腔连通；三个吸盘组件的球铰链一的球铰链支座一与三个收缩杆固定支座分别固定；高压泵的输出口与三个电动阀二的一端阀口均通过一根气管连通，三个电动阀二的另一端阀口与三个吸盘组件的收缩杆的进气孔分别通过气管连通；各电动阀一和各电动阀二均由控制器控制。
8.优选地，该收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置的制动方法，具体如下：
9.车载中控向控制器发送车速信号；未刹车状态下，收缩杆的内杆收缩；当控制器判别车速信号大于预设速度，且压力传感器的压力信号大于预设压力时，根据超声波探测仪检测的信号判别吸盘下方是否有障碍物，若存在障碍物，控制器控制电机旋转，经齿轮曲柄滑块机构带动收缩杆沿工字形导轨移动，直到超声波探测仪检测到吸盘下方无障碍物时，电机停转，然后，控制器控制高压泵向收缩杆内部输送气体，使活塞克服弹簧的拉力，推动收缩杆的内杆向下运动，同时控制器控制真空泵抽气；吸盘触地状态下，收缩杆的活塞腔与卸压孔连通，活塞腔内的气体从卸压孔排出，同时真空泵通过气管抽出吸盘与地面之间的空气，使吸盘与地面之间的密闭空间达到负压状态并产生吸附力，使得汽车的制动距离最大值为收缩杆的内杆最大伸长量；当压力传感器的压力信号小于预设压力时，高压泵和真空泵均停止工作，打气泵通过气管向吸盘与地面形成的密闭空间内充入气体，直到吸盘与地面之间的密闭空间内气压等于大气压强时，吸盘与地面的吸附力消失，收缩杆的内杆在弹簧的作用力下自动收缩；打气泵工作10s后停止工作。
10.优选地，该收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置的制动方法，具体如下：
11.车载中控向控制器发送车速信号；未刹车状态下，各吸盘组件的收缩杆的内杆收缩；当控制器判别车速信号大于预设速度，且压力传感器的压力信号大于预设压力时，根据各吸盘组件的超声波探测仪检测的信号判别各超声波探测仪下方是否有障碍物；然后，控制器控制高压泵启动，并控制下方不存在障碍物的超声波探测仪对应的电动阀一和电动阀二打开，高压泵向下方不存在障碍物的超声波探测仪所属吸盘组件的收缩杆内部输送气体，使收缩杆内的活塞克服弹簧的拉力，推动收缩杆的内杆向下运动，同时控制器控制真空泵抽气；吸盘触地状态下，收缩杆的活塞腔与卸压孔连通，活塞腔内的气体从卸压孔排出，同时真空泵通过气管抽出过渡腔体内的空气，从而使吸盘与地面之间的空气被抽出，吸盘与地面之间的密闭空间达到负压状态并产生吸附力，汽车的制动距离最大值为收缩杆的内杆最大伸长量；当压力传感器的压力信号小于预设压力时，高压泵和真空泵均停止工作，所有电动阀二关闭，打气泵通过气管向过渡腔体内充入气体，继而使内腔为负压状态的吸盘充入气体，直到吸盘与地面之间的密闭空间内气压等于大气压强时，吸盘与地面的吸附力消失，收缩杆的内杆在弹簧的作用力下自动收缩；打气泵工作10s后停止工作，所有电动阀一关闭。
12.本发明具有的有益效果：
13.(1)本发明在汽车正常行驶时，收缩杆呈收缩状态，对于底盘相对较低的汽车也具有适用性；在汽车原有制动系统的基础上，通过提取汽车行驶速度(汽车自带有速度监测系统)，并通过压力传感器检测汽车制动时的制动信号，在汽车高速行驶并急踩刹车时吸盘随收缩杆弹出至地面，在真空泵的作用下与地面之间产生吸附力，极大地缩短了汽车的制动距离，达到使汽车急停的目的，具有良好的应用前景。
14.(2)本发明的吸盘内部安装有超声波探测仪，收缩杆的运动触发由超声波探测仪实现，结构简单、响应快速，安全可靠。超声波探测仪利用超声波遇到障碍物时回馈时间长短不同的原理，检测吸盘下方路况；汽车制动瞬间吸盘下方存在障碍物时，单个吸盘组件方案可在齿轮曲柄滑块机构的驱动下沿工字形滑轨移动至下方没有障碍物位置后弹出吸盘；多个吸盘组件方案中位于障碍物上方的吸盘不弹出，由其余吸盘弹出并与地面产生吸附力。因此，本发明具有自动避障的功能。
15.(3)本发明的收缩杆两端分别与汽车底盘和吸盘采用球铰链连接，吸盘相对于收缩杆以及收缩杆相对于汽车底盘都可以保持360
°
转动，保证了吸盘与路面之间保持良好地贴合。
16.(4)考虑到不同汽车的吨位、车型刹车时所需吸附力大小不同，本发明设计了单个吸盘组件和多个吸盘组件的两种方案。单个吸盘组件方案结构紧凑、占用空间少，但产生的吸附力较低，因此适用于轿车等体积、吨位较小的车型。而多个吸盘组件方案在强度和吸附力大小上都有了很大的提升；但该方案需要布置相对复杂的抽气管路和多个吸盘，结构相对复杂，更适用于货车等体积、吨位以及底盘空间较大的车型。
17.(5)本发明也可以设定不同的触发速度，避免汽车在低速行驶过程中制动造成收缩杆的不必要触发，节约汽车能源。
附图说明
18.图1为本发明实施例一的结构示意图；
19.图2为本发明实施例一的结构立体图；
20.图3为本发明实施例一的结构仰视图；
21.图4为本发明实施例一和实施例二中收缩杆的局部剖视图；
22.图5为本发明实施例一的制动方法流程图；
23.图6为本发明实施例二的结构示意图；
24.图7为本发明实施例二的结构立体图；
25.图8为本发明实施例二的结构仰视图；
26.图9为本发明实施例二的制动方法流程图。
具体实施方式
27.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
28.实施例一：
29.如图1、2、3和4所示，收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置，包括工字形滑轨13、吸盘组件、气管3、真空泵11、打气泵12、电机、齿轮曲柄滑块机构15和压力传感器；工字形滑轨13固定在汽车底盘1底面，位于汽车底盘偏后位置，且靠近车轮传动轴设置；压力传感器固
定在脚刹上表面；吸盘组件包括吸盘4、超声波探测仪14、收缩杆7、球铰链一和球铰链二；收缩杆7包括外筒、内杆、活塞17和弹簧8；外筒开设有卸压孔16和进气孔；高压泵的输出口经进气孔与外筒和活塞17之间的活塞腔连通；活塞与外筒构成滑动副；高压泵固定在汽车底盘1顶面；活塞17与内杆内端固定；弹簧8两端分别与活塞腔和内杆的内端面固定；球铰链一的球铰链支座一10通过滑轨滚珠2与工字形轨道13构成滚动摩擦副；球铰链一的球头一9与收缩杆7的外筒固定，收缩杆7的内杆与球铰链二的球头二6固定，球铰链二的球铰链支座二5与吸盘4固定；吸盘4的内腔圆心位置处固定有超声波探测仪14；真空泵11和打气泵12均固定在汽车底盘1顶面，位于汽车后备箱位置，且分别通过一根气管3与吸盘4的内腔连通；齿轮曲柄滑块机构15包括中心齿轮、行星架、行星齿轮和连杆；电机与汽车底盘1固定；电机的输出轴穿过中心齿轮，并与行星架的一端固定；中心齿轮固定在汽车底盘1的底面；行星齿轮铰接在行星架的另一端，并与中心齿轮啮合；连杆一端铰接在行星齿轮的中心处，另一端与球铰链一的球铰链支座一铰接；电机、高压泵、真空泵11和打气泵12均由控制器控制；超声波探测仪14和压力传感器的信号输出端与控制器连接；控制器与车载中控连接。
30.如图5所示，该收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置的制动方法，具体如下：
31.车载中控向控制器发送车速信号；未刹车状态下，收缩杆7的内杆收缩，吸盘4靠近汽车底盘1，不易碰撞障碍物；当控制器判别车速信号大于预设速度，且压力传感器的压力信号大于预设压力(说明脚刹踩死)时，根据超声波探测仪14检测的信号判别吸盘4下方是否有障碍物，若存在障碍物，控制器控制电机旋转，经齿轮曲柄滑块机构15带动收缩杆7沿工字形导轨13移动，直到超声波探测仪14检测到吸盘4下方无障碍物时，电机停转，然后，控制器控制高压泵向收缩杆内部输送气体，使活塞17克服弹簧8的拉力，推动收缩杆7的内杆向下(高速)运动，同时控制器控制真空泵11抽气；吸盘触地状态下，收缩杆的活塞腔与卸压孔16连通，活塞腔内的气体从卸压孔16排出，同时真空泵11通过气管3抽出吸盘4与地面之间的空气，使吸盘4与地面之间的密闭空间达到负压状态并产生吸附力，使得汽车的制动距离最大值为收缩杆7的内杆最大伸长量，从而大大地缩短了汽车的制动距离；其中，吸盘4吸附地面的过程中，弹簧8降低了汽车速度突变对人体造成的冲击；当压力传感器的压力信号小于预设压力(说明汽车停稳、脚刹释放)时，高压泵和真空泵11均停止工作，打气泵12通过气管3向吸盘4与地面形成的密闭空间内充入气体，直到吸盘4与地面之间的密闭空间内气压等于大气压强时，吸盘4与地面的吸附力消失，收缩杆的内杆在弹簧8的作用力下自动收缩；打气泵工作10s(给了足够时间使吸盘4与地面之间的密闭空间内气压大于或等于大气压强)后停止工作。
32.实施例二：
33.如图4、6、7和8所示，收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置，包括吸盘组件、气管3、过渡腔体20、真空泵11、打气泵12和压力传感器；三个收缩杆固定支座19呈三角形排布，且均固定在汽车底盘1底面；其中一个收缩杆固定支座19位于汽车底盘1中部，另外两个收缩杆固定支座19靠近后轮传动轴设置；压力传感器固定在脚刹上表面；吸盘组件包括吸盘4、超声波探测仪14、收缩杆7、球铰链一和球铰链二；收缩杆7包括外筒、内杆、活塞17和弹簧8；外筒开设有卸压孔16和进气孔；进气孔与外筒和活塞17之间的活塞腔连通；活塞17与内杆内端固定；弹簧8两端分别与活塞腔和内杆的内端面固定；球铰链一的球头一9与收缩杆7的外筒固定，收缩杆7的内杆与球铰链二的球头二6固定，球铰链二的球铰链支座二5与吸盘4
固定；吸盘4的内腔圆心位置处固定有超声波探测仪14；真空泵11和打气泵12均固定在汽车底盘1顶面，位于汽车后备箱位置，且分别与过渡腔体20的通气口一和通气口二通过一根气管3连接；过渡腔体20的通气口三与四通管18的一个接口连接；吸盘组件设有三个，四通管的另外三个接口与三个电动阀一的一端阀口分别通过一根支管连接，三个电动阀一的另一端阀口与三个吸盘组件的吸盘4内腔分别通过一根支管连通；过渡腔体20的通气口一、通气口二和通气口三均与过渡腔体20的内腔连通；三个吸盘组件的球铰链一的球铰链支座一10与三个收缩杆固定支座19分别固定；高压泵固定在汽车底盘1顶面；高压泵的输出口与三个电动阀二的一端阀口均通过一根气管3连通，三个电动阀二的另一端阀口与三个吸盘组件的收缩杆7的进气孔分别通过气管3连通；高压泵、真空泵11、打气泵12、各电动阀一和各电动阀二均由控制器控制；压力传感器和各超声波探测仪14的信号输出端均与控制器连接；控制器与车载中控连接。
34.如图9所示，该收缩在汽车底盘下方的刹车吸盘装置的制动方法，具体如下：
35.车载中控向控制器发送车速信号；未刹车状态下，各吸盘组件的收缩杆7的内杆收缩，吸盘4靠近汽车底盘1，不易碰撞障碍物；当控制器判别车速信号大于预设速度，且压力传感器的压力信号大于预设压力(说明脚刹踩死)时，根据各吸盘组件的超声波探测仪14检测的信号判别各超声波探测仪14下方是否有障碍物；然后，控制器控制高压泵启动，并控制下方不存在障碍物的超声波探测仪14对应(每个超声波探测仪14的序号与该超声波探测仪14所属吸盘组件连接的电动阀一和电动阀二的序号一致)的电动阀一和电动阀二打开，高压泵向下方不存在障碍物的超声波探测仪14所属吸盘组件的收缩杆内部输送气体，使收缩杆内的活塞17克服弹簧8的拉力，推动收缩杆7的内杆向下(高速)运动，同时控制器控制真空泵11抽气；吸盘触地状态下，收缩杆的活塞腔与卸压孔16连通，活塞腔内的气体从卸压孔16排出，同时真空泵11通过气管3抽出过渡腔体20内的空气，从而使吸盘4与地面之间的空气被抽出，吸盘4与地面之间的密闭空间达到负压状态并产生吸附力，因此，汽车的制动距离最大值为收缩杆7的内杆最大伸长量，大大缩短了汽车的制动距离；其中，吸盘4吸附地面的过程中，弹簧8降低了汽车速度突变对人体造成的冲击；当压力传感器的压力信号小于预设压力(说明汽车停稳、脚刹释放)时，高压泵和真空泵11均停止工作，所有电动阀二关闭，打气泵12通过气管3向过渡腔体20内充入气体，继而使内腔为负压状态的吸盘4充入气体，直到吸盘4与地面之间的密闭空间内气压等于大气压强时，吸盘4与地面的吸附力消失，收缩杆的内杆在弹簧8的作用力下自动收缩；打气泵12工作10s(给了足够时间使吸盘4与地面之间的密闭空间内气压大于或等于大气压强)后停止工作，所有电动阀一关闭。