专利名称：汽车制动器间隙实时监测和自动调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车制动器系统，特别是涉及一种汽车制动器间隙实时监测和自
动调节装置。
背景技术：
汽车制动器系统的可靠性是汽车安全行驶的关键要素，保证合理的制动间隙是制动系统整车工作的必要条件。对于配备S型凸轮鼓式制动器的气制动系统，由于行驶过程中需要频繁制动，会使制动器发热，制动鼓、装有制动衬片的制动蹄组件等膨胀会使制动间隙变小；而长期使用会因制动衬片磨损又会造成制动间隙变大。如果不及时调整，会导致点刹、拖刹、制动鼓失圆、制动鼓龟裂等现象，给行车造成不安全隐患。因此，实时监控各制动器制动间隙的变化情况是非常重要的，特别是对于具有潜在失控的危害更大的重型卡车和客车。自动调整臂则是专为使S型凸轮鼓式制动器制动间隙能够自动保持在合理值范围内而设计的零部件总成。目前的自动调整臂实际上是一种开环的机械自动控制系统，通常仅限于对制动衬片磨损量的自动补偿，即只能对制动间隙实行单向调节，这也是造成制动鼓龟裂或在车辆行驶过程出现爆胎等现象的主要原因之一。另外，无论是采用推杆行程原理还是采用间隙监测原理设计的自动调整臂，实际上并非是通过对制动间隙直接监测来控制制动间隙来使制动间隙保持在某一恒定值范围。前者认为制动衬片的磨损必然会使活塞或气室的推杆行程产生一个增量，它是基于这一增量的自动控制，忽略了制动臂壳体产生的超量间隙及弹性转角、制动蹄的弹性转角、凸轮驱动轴的弹性转角等对行程增量的影响；后者认为制动衬片的磨损必然会使驱动凸轮轴产生一个转角增量，它在一定程度上消除了制动臂壳体产生的超量间隙及弹性转角的影响，但后面几种对调节精度和可靠性的影响依然存在。这也是这种开环机械自动控制系统存在的缺陷之一。 随着传感器技术和电子自动控制技术在汽车领域的应用和发展，早在上世纪90年代，专利US4749063就提出了一种基于直接实时监测制动间隙量变化的机、电、气一体化的汽车制动器制动间隙闭环自动控制系统的实现方法。该方法采用了一种气体流量传感器，通过对流过制动间隙的压縮空气流量变化信号的采集、处理和反馈控制来使制动器制动间隙保持在某一恒定值范围。但该方法存在着一些缺陷由于压縮气体对环境的敏感性、滞后性等因素影响了气体流量传感器的灵敏度和可靠性等，且这类传感器的体积比较大；另外，它只是对制动衬片的过度磨损进行报警，并未对车辆运行过程的制动间隙值进行实施显示。 实际上，各制动器制动间隙的实施监测和显示是非常重要的，特别是对于重型卡车和客车，可以在早期发现制动器可能出现的安全隐患，尽量减少事故发生。专利
US479214、US4800991、US6135242等都是采用机械式基于推杆行程的制动间隙指示装置，每次在停车的情况下需到各车轮出逐个观察，极为不便；专利US5252735、 US6341670等采用了电子传感器和微型计算机处理来监测和集中显示车辆各制动器的制动间隙，但它们仍然是基于对推杆行程变化量感知的，未能有效消除前述分析诸如制动臂壳体产生的超量间隙及弹性转角、制动蹄的弹性转角、凸轮驱动轴的弹性转角等对监测结果的影响。
发明内容是针对配备有鼓式凸轮制动器的汽车的制动间隙监测和自动控制存在的问题，本实用新型的目的是提供了一种汽车制动器间隙实时监测和自动调节装置，包括采用电磁涡流式间隙传感器来采集车辆各制动器制动间隙的实时信号，然后利用ECU对采集到信号进行处理，并实现各制动器制动间隙的实时显示、自动调节至预设值范围或对故障制动器进行报警。 本实用新型的目的可通过下列技术方案实现 本实用新型包括布置在鼓式凸轮制动器制动蹄组件上的制动间隙传感器，布置在
气制动总阀上的制动系统工作状态传感器，用于各制动器制动间隙信号的采集、处理的电
子控制单元ECU，用于制动间隙值实时显示和预设间隙设定及故障报警的终端显示装置，用
作自动调节制动间隙执行机构的电动调整臂；电子控制单元ECU分别与制动间隙传感器、
制动系统工作状态传感器、终端显示装置、电动调整臂用信号传输线进行连接。 所述的制动蹄组件上的制动间隙传感器为1个，或2 3个在制动蹄组件的圆周
方向上均匀的布置。 所述的电子控制单元ECU包括传感器信号采集回路、运算回路、电动调整臂控制回路、预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、实时制动间隙存储/显示回路、电源及其监控回路；运算回路分别与传感器信号采集回路、电动调整臂控制回路、预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、工作间隙存储/显示回路、电源及其监控回路通过系统总线连接；传感器信号采集回路与制动间隙传感器、制动系统工作状态传感器通过信号传输线连接；预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、实时制动间隙存储/显示回路与终端显示装置通过信号传输线连接；电动调整臂控制回路与各电动调整臂中伺服电机通过信号传输线连接。[0010] 所述的电动调整臂包括伺服电机、调整垫片、刚性联轴器、蜗杆、蜗轮和调整臂壳体；调整臂壳体内部装有刚性联轴器及与其联接的蜗杆，与蜗杆相互啮合的蜗轮；伺服电机通过联接螺钉固定在调整臂壳体上，调整垫片放置在伺服电机和调整臂壳体的联接面之间，用于调整伺服电机驱动轴与刚性联轴器、蜗杆和调整臂壳体之间的轴向间隙。[0011] 本实用新型具有的有益效果是 可以在汽车行驶过程中实时监控和集中显示汽车各制动器制动间隙，且可实现制动间隙反馈式的双向调节和故障报警，可以及时发现和减少因制动间隙不合理造成的安全隐患；通过终端显示设备设定各制动器的预设间隙，操作更方便；制动间隙采用电磁涡轮传感器，与已有采用气体流量式制动间隙传感器的系统相比，结构简单、体积小、更可靠；采用电子控制单元ECU作为集中式信号处理、自动控制方式，与采用分离式电子控制器相比，成本较低。
图1是汽车制动间隙实时监测和自动调节装置布置图；虚线为信号线，粗实线为
气动管路线。 图2是电子控制单元ECU的内部结构及外围设备连接框图。
4[0015] 图3是电动调整臂结构图。 图4是汽车制动间隙实时监测和自动调节装置的实现方法的流程图。 图中1、气制动总阀，2、制动系统工作状态传感器，3、鼓式凸轮制动器，4、制动间
隙传感器，5、电动调整臂，6、电子控制单元ECU， 7、终端显示装置，8、伺服电机，9、调整垫片，
10、刚性联轴器，11、蜗杆，12、蜗轮，13、调整臂壳体，14、制功鼓表面，15、制动蹄组件，16、制
动衬片，FL、前桥左车轮，FR、前桥右车轮，RL、后桥左车轮，RR、后桥右车轮，A、电源线，B、信
号线、C、制动间隙。
具体实施方式如图1、图2、图3所示，本实用新型包括布置在鼓式凸轮制动器3制动蹄组件上的制动间隙传感器4，布置在气制动总阀1上的制动系统工作状态传感器2，用于各制动器制动间隙信号的采集、处理的电子控制单元ECU 6，用于制动间隙值实时显示和预设间隙设定及故障报警的终端显示装置7，用作自动调节制动间隙执行机构的电动调整臂5 ;电子控制单元ECU 6分别与制动间隙传感器4、制动系统工作状态传感器2、终端显示装置7、电动调整臂5用信号传输线进行连接。制动系统工作状态传感器2是一种类似行程开关的装置。[0019] 所述的制动蹄组件上的制动间隙传感器4为1个，或2 3个在制动蹄组件的圆周方向上均匀的布置。制动间隙传感器采用的电磁涡流式间隙传感器。制动间隙传感器在前桥左车轮FL、前桥右车轮FR、后桥左车轮RL及后桥右车轮RR安装和工作方式一样，以后桥右车轮RR为例，如图2所示，制动间隙传感器4嵌入在制动蹄组件15中，制动间隙传感器4探头位置的制动衬片16开有圆孔，便于电磁涡流信号发送和反馈，实现对制动鼓表面14与制动衬片16接触表面在制动器非工作状态时的相对距离(制动间隙C)的监测。[0020] 所述的电子控制单元ECU 6包括传感器信号采集回路、运算回路(微型计算机)、电动调整臂控制回路、预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、实时制动间隙存储/显示回路、电源及其监控回路；运算回路分别与传感器信号采集回路、电动调整臂控制回路、预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、工作间隙存储/显示回路、电源及其监控回路通过系统总线连接；传感器信号采集回路与制动间隙传感器、制动系统工作状态传感器通过信号传输线连接；预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、实时制动间隙存储/显示回路与终端显示装置通过信号传输线连接；电动调整臂控制回路与各电动调整臂中伺服电机通过信号传输线连接。 所述的电动调整臂5包括伺服电机8、调整垫片9、刚性联轴器10、蜗杆11、蜗轮12和调整臂壳体13 ;调整臂壳体13内部装有刚性联轴器10及与其联接的蜗杆11，与蜗杆11相互啮合的蜗轮12 ;伺服电机8通过联接螺钉固定在调整臂壳体13上，调整垫片9放置在伺服电机8和调整臂壳体13的联接面之间，用于调整伺服电机8驱动轴与刚性联轴器10、蜗杆11和调整臂壳体13之间的轴向间隙。在电动调整臂工作时，伺服电机驱动轴通过刚性联轴器将旋转运动传递给蜗杆，蜗杆和蜗轮的啮合驱动蜗轮旋转，并同时带动鼓式凸轮制动器的凸轮轴旋转一个角度完成制动间隙到预设间隙值的调节。 终端显示装置7其功能主要包括实时显示汽车形式过程中各制动器的制动间隙；当某一制动器的制动间隙无法调至其基准间隙值范围时，对其进行故障报警；可以随时对汽车各制动器的基准间隙值范围进行设定和调整；制动器间隙实时监测和自动调节系
5统本身的电源显示、故障报警等。[0023] 本实用新型的工作原理如下 在汽车行驶过程中，制动过程定义为一种从驾驶员踩下制动总阀的制动踏板至完全松开制动踏板的过程。该汽车制动间隙实时监测和自动调节系统的实现方法的流程如图4所示 在汽车行驶过程中，当每次制动过程结束时，布置在气制动总阀1上的制动系统工作状态传感器2将向电子控制单元ECU6发送该汽车制动间隙实时监测和自动调节系统的工作触发信号，电子控制单元ECU 6开始采集各制动器的制动间隙传感器4获得的制动间隙信号，电子控制单元ECU 6即时对采集获得的各制动器的制动间隙信号按以下步骤进行处理 1.将各制动器的制动间隙值在终端显示设备7上予以显示； 2.将各制动器的制动间隙值分别与先前存储在电子控制单元ECU 6中的各自预设制动间隙值进行比较若各制动器的制动间隙值都在各自预设制动间隙值的范围内，则转向步骤5，否则继续步骤3; 3.如果某一制动器的制动间隙值超出其预设制动间隙值的范围，但位于系统可调范围内，则继续步骤4，否则向终端显示设备7发送故障报警信号对其进行故障报警；[0029] 4.前桥左车轮FL、前桥右车轮FR、后桥左车轮RL及后桥右车轮RR上的制动器制动间隙可以分别进行调节，其调节过程一样，这里以后桥右车轮RR上的制动器为例，其测得的制动间隙值在系统可调范围内，电子控制单元ECU 6根据该制动器的制动间隙值与其预设制动间隙之间的差值向电动调整臂5中的伺服电机发送脉冲信号，启动电动调整臂5进行制动间隙调节。在调节过程中，该制动器中的制动间隙传感器不断地向电子控制单元ECU6发送调节后的制动间隙信号，直到其处于该制动器的预设制动间隙值的范围为止。[0030] 5.该汽车制动间隙实时监测和自动调节系统一次工作过程完成。[0031] 无论是在汽车行驶过程还是在汽车停车状态，都可以通过终端显示设备7进行各制动器的预设制动间隙进行设定和调整。
权利要求一种汽车制动器间隙实时监测和自动调节装置，其特征在于包括布置在鼓式凸轮制动器(3)制动蹄组件上的制动间隙传感器(4)，布置在气制动总阀(1)上的制动系统工作状态传感器(2)，用于各制动器制动间隙信号的采集、处理的电子控制单元ECU(6)，用于制动间隙值实时显示和预设间隙设定及故障报警的终端显示装置(7)，用作自动调节制动间隙执行机构的电动调整臂(5)；电子控制单元ECU(6)分别与制动间隙传感器(4)、制动系统工作状态传感器(2)、终端显示装置(7)、电动调整臂(5)用信号传输线进行连接。
2. 根据权利要求1所述的一种汽车制动器间隙实时监测和自动调节装置，其特征在于所述的制动蹄组件上的制动间隙传感器(4)为1个，或2 3个在制动蹄组件的圆周方向上均匀的布置。
3. 根据权利要求1所述的一种汽车制动器间隙实时监测和自动调节装置，其特征在于所述的电子控制单元ECU(6)包括传感器信号采集回路、运算回路、电动调整臂控制回路、预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、实时制动间隙存储/显示回路、电源及其监控回路；运算回路分别与传感器信号采集回路、电动调整臂控制回路、预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、工作间隙存储/显示回路、电源及其监控回路通过系统总线连接；传感器信号采集回路与制动间隙传感器、制动系统工作状态传感器通过信号传输线连接；预设间隙设定/存储回路、故障报警回路、实时制动间隙存储/显示回路与终端显示装置通过信号传输线连接；电动调整臂控制回路与各电动调整臂中伺服电机通过信号传输线连接。
4. 根据权利要求1所述的一种汽车制动器间隙实时监测和自动调节装置，其特征在于所述的电动调整臂(5)包括伺服电机(8)、调整垫片(9)、刚性联轴器(10)、蜗杆(11)、蜗轮(12)和调整臂壳体(13);调整臂壳体(13)内部装有刚性联轴器(10)及与其联接的蜗杆(ll)，与蜗杆(11)相互啮合的蜗轮(12);伺服电机(8)通过联接螺钉固定在调整臂壳体(13)上，调整垫片(9)放置在伺服电机(8)和调整臂壳体(13)的联接面之间，用于调整伺服电机(8)驱动轴与刚性联轴器(1Q)、蜗杆(11)和调整臂壳体(13)之间的轴向间隙。
专利摘要本实用新型公开了一种汽车制动器间隙实时监测和自动调节装置。包括布置在鼓式凸轮制动器制动蹄组件上的制动间隙传感器，布置在气制动总阀上的制动系统工作状态传感器，用于各制动器制动间隙信号的采集、处理的电子控制单元ECU，用于制动间隙值实时显示和预设间隙设定及故障报警的终端显示装置，用作自动调节制动间隙执行机构的电动调整臂；用电子控制单元ECU信号传输线进行连接。它在汽车行驶过程中实时监控和集中显示汽车各制动器制动间隙，且可实现制动间隙反馈式的双向调节和故障报警，及时发现和减少因制动间隙不合理造成的安全隐患；通过终端显示设备设定各制动器的预设间隙，操作更方便。本实用新型结构简单、体积小、更可靠，成本较低。
文档编号B60T17/22GK201520293SQ20092020057
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者张勇为, 陈芨熙, 顾新建, 黄沈权 申请人:浙江大学