ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ ПОВЫШЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 1999 года по МПК F16D66/02 

Предлагаемое изобретение касается дискового тормоза, предназначенного для установки на механические транспортные средства и содержащего:
- два подвижных один относительно другого элемента тормоза, один из которых представляет собой скобу, охватывающую тормозной диск, а другой представляет собой вилку, жестко закрепленную на данном транспортном средстве;
- средства обжатия, содержащие цилиндр, жестко связанный с упомянутой скобой и имеющий против упомянутого тормозного диска отверстие, закрытое поршнем;
- направляющие средства, обеспечивающие возможность скольжения упомянутой скобы тормоза по отношению к упомянутой вилке в том случае, когда упомянутые средства обжатия приводятся в движение, причем эти направляющие средства содержат по меньшей мере один направляющий палец, закрепленный на одном из упомянутых выше подвижных друг относительно друга элементов тормоза, и отверстие, выполненное в другом элементе этого тормоза, в котором скользит упомянутый направляющий палец;
- две тормозных колодки с фрикционными накладками, первая из которых располагается между поршнем и некоторой первой поверхностью тормозного диска, а вторая установлена между некоторой второй поверхностью этого тормозного диска и зажимной щекой упомянутой скобы данного тормоза, причем эти колодки с фрикционными накладками прижимаются к тормозному диску в процессе приведения в движение упомянутых средств обжатия;
- по меньшей мере один электрический индикатор износа, предназначенный для контроля состояния текущего износа по меньшей мере одной из колодок тормоза, причем упомянутый индикатор содержит две части, по меньшей мере одна из которых перемещается по отношению к другой части этого индикатора в процессе приведения в движение упомянутых средств обжатия, и содержит средства для изменения некоторого электрического параметра непрерывным образом в зависимости от относительного положения, занимаемого упомянутыми первой и второй частями этого индикатора.

Дисковый тормоз этого типа описан, например, в патентных заявках FR-A-2485132 и EP-A-0168303.

На практике на сегодняшний день известны главным образом три типа упомянутых индикаторов износа, а именно, электрические индикаторы, связанные с тормозными колодками, звуковые индикаторы, также связанные с тормозными колодками, и электрические индикаторы тех типов, которые были описаны в упомянутых выше документах и предусмотрены на самом тормозе.

При любом способе практической реализации такие индикаторы износа тормозных колодок подвергаются достаточно большому риску повреждения или отказа, принимая во внимание весьма суровые условия окружающей среды, в которых им приходится работать.

В этих условиях всегда имеет место не такая уж малая опасность того, что даже весьма значительный износ тормозных колодок данного дискового тормоза не будет сигнализирован водителю данного транспортного средства никакими средствами, несмотря на наличие индикатора износа этих тормозных колодок, который всегда может оказаться отказавшим.

Кроме того, индикатор износа тормозных колодок типа, описанного в EP-A-016303, предполагает использование электрических обмоток и соответствующих магнитных материалов, которые привносят в конструкцию данного дискового тормоза дополнительные габаритные размеры и существенное повышение стоимости изготовления такого тормоза.

Предлагаемое изобретение соответствует данному контексту и в его основу положена задача предложить конструкцию дискового тормоза, в котором опасность того обстоятельства, что достаточно большой износ тормозных колодок пройдет незамеченным, будет существенно уменьшена без сколько-нибудь серьезного влияния на стоимость и габаритные размеры данного дискового тормоза.

Эта задача решается тем, что дисковый тормоз, выполненный в соответствии с предлагаемым изобретением, оснащен индикатором износа, содержащим датчик емкостного типа с двумя электродами, причем каждая из частей этого индикатора образует электрод, соответствующий этому датчику, тем, что один из электродов упомянутого датчика емкостного типа смонтирован с возможностью скольжения внутри другого электрода, причем эти электроды принимают участие в образовании упомянутых направляющих средств и характеризуются переменной зоной взаимного перекрытия. Кроме того, данный дисковый тормоз содержит дополнительно средства контроля, способные периодически измерять данный электрический параметр, сравнивать его величину с по меньшей мере одним предварительно определенным пороговым значением и выдавать сигнал повреждения тормозных колодок в том случае, когда результат этого сравнения отличается от предварительно зарегистрированного нормального результата.

В предпочтительном варианте реализации средства контроля содержат электронную схему, чувствительную к величине электрической емкости между двумя электродами упомянутого датчика, жестко связанную с одной из частей упомянутого индикатора износа и способную выдавать в качестве выходного сигнала некоторый электрический сигнал, модулированный во времени фактической величиной электрической емкости, существующей между упомянутыми электродами датчика индикатора.

В одном из весьма эффективных способов реализации упомянутый электронный контур или схема производит в качестве выходного сигнала модуляцию некоторого электрического сигнала, который поступает в этот контур от источника электрического питания.

В то же время, один из электродов упомянутого индикатора износа может содержать, например, направляющий палец или осевой электрод, жестко связанный с цилиндром средств обжатия данного дискового тормоза, причем другой электрод упомянутого индикатора содержит в этом последнем случае втулку, жестко связанную с поршнем упомянутых средств обжатия.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут наглядно показаны в приведенном ниже описании иллюстративного, но не ограничительного примера его практической реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
фиг.1, на которой представлен частичный разрез дискового тормоза традиционной конструкции;
фиг.2, на которой схематически представлен разрез датчика емкостного типа для дискового тормоза, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг.3, на которой схематически представлен разрез по III-III на фиг. 2;
фиг. 4, на которой представлен разрез, подобный разрезу, показанному на фиг.2;
фиг. 5, на которой представлен разрез, подобный разрезу, показанному на фиг.2;
фиг. 6, на которой схематически представлен частичный разрез дискового тормоза, выполненного в соответствии с другим вариантом реализации предлагаемого изобретения;
фиг. 7, на которой схематически представлен частичный разрез дискового тормоза, выполненного в соответствии с еще одним возможным вариантом реализации предлагаемого изобретения;
фиг. 8, на которой представлена блок-схема электронного контура, который может быть пригодным для использования в дисковом тормозе, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг.9, на которой в составе отдельно обозначенных фигур 9a-9f представлены осциллограммы форм электрического сигнала, наблюдаемые в различных точках электронной схемы, представленной на фиг. 8 в упрощенном виде;
фиг. 10, на которой схематически представлен вид сверху и частичный разрез дискового тормоза, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением.

Как видно из чертежа, представленного на фиг. 1, предлагаемое изобретение касается главным образом дискового тормоза, предназначенного для установки на механическое транспортное средство и содержащего:
- два подвижных один относительно другого элемента тормоза, один из которых представляет собой скобу 1, охватывающую тормозной диск 2, а другой представляет собой вилку 3, жестко закрепленную на данном транспортном средстве;
- средства обжатия, содержащие цилиндр 4, жестко связанный со скобой 1 и имеющий против упомянутого тормозного диска отверстие 4a, закрытое поршнем 5;
- направляющие средства, обеспечивающие возможность скольжения упомянутой скобы по отношению к упомянутой вилке в том случае, когда упомянутые средства обжатия тормоза приводятся в движение, причем эти направляющие средства содержат по меньшей мере один направляющий палец типа пальцев 6 и 7, закрепленный на одном из упомянутых подвижных друг относительно друга элементов тормоза, и отверстие 8, выполненное в другом элементе тормоза, в котором скользит направляющий палец 6;
- две тормозные фрикционные колодки 9, 10, первая из которых колодка 9 располагается между поршнем 5 и первой поверхностью 2a тормозного диска, а вторая колодка 10 установлена между второй поверхностью 2b тормозного диска и зажимной щекой 1a упомянутой скобы, причем эти фрикционные колодки прижимаются к тормозному диску в том случае, когда упомянутые средства обжатия тормоза приводятся в движение.

В основу предлагаемого изобретения положена задача оснащения такого дискового тормоза электрическим индикатором износа, дающим возможность непрерывно контролировать состояние износа по меньшей мере одной из фрикционных тормозных колодок и делать это при достаточно высокой надежности функционирования упомянутого индикатора.

В целом предлагаемый индикатор износа содержит две части, по меньшей мере одна из которых перемещается относительно другой его части в том случае, когда средства обжатия данного дискового тормоза приводятся в движение, причем упомянутый индикатор износа содержит средства для изменения электрического параметра, в основном непрерывным образом, в зависимости от относительного положения, занимаемого двумя упомянутыми выше частями этого индикатора.

В соответствии с предлагаемым изобретением, проиллюстрированным на фигурах со 2 по 8, упомянутый индикатор износа фрикционных тормозных колодок содержит датчик емкостного типа, имеющий два электрода, причем каждая из частей этого индикатора представляет собой соответствующий электрод упомянутого выше емкостного датчика.

Как видно из чертежа, представленного на фиг. 2, первый электрод этого датчика может быть образован в основном направляющим пальцем, представленным на этой фигуре в виде элемента, жестко связанного со скобой 1 посредством гайки 11, будучи при этом электрически изолированным от этой скобы при помощи изоляционной оболочки 12 и специальной изолирующей детали 13, охватывающей упомянутую гайку крепления 11.

Направляющий палец скользит, например, в направляющей втулке 14, которая вставлена в вилку 3, причем эта втулка 14 и направляющий палец 6 электрически изолированы друг от друга при помощи второй изолирующей оболочки 15.

В то же время, первый электрический контакт 16, который может быть подключен к источнику переменного электрического потенциала, соединен с упомянутым направляющим пальцем 6, а второй электрический контакт 17 гальванически связан при помощи скобы 1 с вилкой, которая образует второй электрод емкостного датчика и соединена с корпусом данного транспортного средства, то есть имеет его электрический потенциал.

В этих условиях, как это должно быть вполне понятно специалисту в данной области техники из приведенного здесь описания, проиллюстрированного сопутствующими ему фигурами, величина электрической емкости между контактами 16 и 17 складывается из емкости постоянной величины, образованной монтажом направляющего пальца на скобе 1, и переменной емкости, величина которой зависит от длины участка перекрытия d между упомянутым направляющим пальцем 6 и вилкой 3.

Следовательно, для каждого относительного положения вилки и направляющего пальца, то есть для каждого относительного положения вилки и скобы данного дискового тормоза, существует своя специфическая величина электрической емкости, которую можно измерить между контактами 16 и 17, причем величина емкости между этими контактами непрерывно изменяется в процессе относительного перемещения упомянутых вилки и скобы.

В то же время, индикатор износа в соответствии с предлагаемым изобретением содержит средства контроля, которые более подробно будут описаны ниже и которые приспособлены для того, чтобы периодически измерять величину емкости между электрическими контактами 16 и 17, производить сравнение этой измеренной величины с по меньшей мере одним предварительно заданным пороговым значением и выдавать сигнал повреждения или отклонения от нормального состояния данного дискового тормоза в том случае, когда результат упомянутого выше сравнения отличается от предварительно зарегистрированного нормального результата.

Упомянутые выше средства контроля содержат, в частности, в том способе практической реализации предлагаемого изобретения, который схематически представлен на фиг. 4, электронную схему 18, чувствительную к величине электрической емкости между двумя упомянутыми выше электродами, жестко связанную с одной из частей упомянутого индикатора износа и способную выдавать в качестве своего выходного сигнала некоторый электрический сигнал, модулированный во времени фактической величиной электрической емкости, существующей между электродами упомянутого емкостного датчика.

По существу, хотя и применение предлагаемого изобретения в соответствии со способом реализации, схематически представленным на фиг. 2, будет безусловно возможным, его практическое использование превращается в достаточно тонкую и капризную проблему вследствие наличия паразитных электрических емкостей, которые вносятся, в частности, электрическими проводниками, предназначенными для соединения упомянутых контактов 16 и 17 с упомянутыми средствами контроля данного дискового тормоза.

Таким образом, предпочтительным можно считать вариант, в соответствии с которым измерение электрической емкости между контактами 16 и 17 производится непосредственно на месте расположения этих контактов, как это показано на фиг. 4, где упомянутая электронная схема 18 механически жестко связана с направляющим пальцем б посредством винта 19 .причем эта электронная схема имеет измерительную клемму 20 (см. фиг. 8), гальванически связанную с упомянутым направляющим пальцем, клемму активного электрического потенциала, соединенную с центральным контактом 21, и массовую клемму, соединенную с контактом 17.

В верхней части блок-схемы, представленной на фиг. 8, представлен возможный вариант практической реализации упомянутой выше электронной схемы 18.

Эта электронная схема главным образом содержит импульсный генератор 22, выдающий на выходе симметричный пульсирующий сигнал, показанный на фиг. 9a, и два ждущих или однотактных мультивибратора 23 и 24. Эти мультивибраторы соединены соответственно с резисторами R1 и R2, а также с емкостями C1 и C2, причем емкость C1 представляет собой емкость описанного выше датчика емкостного типа, а емкость C2 представляет собой некоторую опорную емкость.

В этих условиях упомянутые выше мультивибраторы 23 и 24 выдают со своих выходов Q+ и Q- соответственно модулированные во времени сигналы, причем импульсы, выдаваемые ждущим мультивибратором 23 имеют длительность, являющуюся репрезентативной для величины электрической емкости C1, а импульсы, выдаваемые ждущим мультивибратором 24, служат в качестве опорной величины и позволяют освободиться, в частности, от наличия паразитных емкостей и дрейфов электронных компонентов данной схемы, возможных с течением времени или в результате изменения температуры окружающей среды.

Говоря более конкретно, выходной сигнал, выдаваемый ждущим мультивибратором 24, представлен на фиг. 9b, тогда как на фиг. 9c схематически представлен сигнал, выдаваемый ждущим мультивибратором 23 в том случае, когда емкость C1 является минимальной, а на фиг. 9d представлен сигнал, выдаваемый мультивибратором 23 в том случае, когда величина электрической емкости C1 является максимальной по отношению к ее среднему значению.

Выходные сигналы ждущих мультивибраторов 23 и 24 комбинируются при помощи логического порта ET 25, который на своем выходе выдает сигнал, представленный на фиг. 9e и характеризующий входные сигналы, соответствующие входным сигналам, показанным на фиг. 9b и 9c, и выходной сигнал, представленный на фиг. 9f для входных сигналов, соответствующих входным сигналам, представленным на фиг. 9b и 9d.

Упомянутый выше выходной сигнал порта 25 выдается на транзистор 26, функция которого состоит в том, чтобы закоротить клеммы 21 и 17 в том случае, когда этот транзистор активизируется некоторым внешним сигналом.

В то же время, как это показано на схеме фиг. 8, упомянутые клеммы 21 и 17 соединены с источником 27 непрерывной электрической мощности 27, причем эта подаваемая в данную электронную схему электрическая мощность оказывается модулированной во времени при помощи упомянутого выше транзистора 26.

Электрическая энергия, получаемая контуром 18 от источника этой энергии 27, запасается упомянутым контуром 18 во входной емкости 28 через диод 29, причем упомянутая емкость 28 соединена с низкочастотным фильтром 30, функция которого состоит в выдаче регулируемого электрического напряжения Vcc в различные компоненты упомянутой выше схемы 18.

Как это показано, кроме того, на фиг. 8, упомянутые выше средства контроля содержат также микропроцессор 31 или другое эквивалентное средство, причем это упомянутое выше средство предназначено для завершения эксплуатации или использования информации, которую несет в себе переменная величина электрической емкости C1.

В данном случае практического использования предлагаемого изобретения микропроцессор 31 содержит вход 31a, соединенный с источником электрической мощности 27, причем этот источник электрической мощности или энергии содержит диод, включенный между двумя источниками электрического напряжения для того, чтобы разрешить возможную проблему адаптации этого напряжения к уровню напряжения, соответствующему входу 31a.

Благодаря такому монтажу комплектующих элементов упомянутый выше микропроцессор оказывается в состоянии обеспечить прием выходного сигнала порта ET 25 и периодическую оценку его продолжительности, обеспечивая при этом сравнение этого сигнала с сигналом собственного внутреннего тактового генератора, и выводя из упомянутого выходного сигнала, например, путем сопоставления с предварительно установленной и запомненной таблицей соответствия величины электрической емкости C1 или относительного положения направляющего пальца 6 и упомянутой выше скобы.

В этих условиях микропроцессор 31 без особенных затруднений может обеспечить сравнение измеренной величины электрической емкости C1 с минимальной и максимальной величинами, соответствующими условиями допустимого нормального функционирования данного дискового тормоза таким образом, чтобы иметь возможность выдать сигнал неисправности или отклонения от нормального режима функционирования в том случае, когда результат упомянутого выше сравнения показывает, что измеренная величина электрической емкости выходит за пределы допустимых значений.

Однако при использовании устройства в соответствии с предлагаемым изобретением можно запомнить по мере их получения наиболее низкие величины электрической емкости C1, предназначенные, например, для выдачи на индикацию для водителя данного транспортного средства, при помощи экстраполяции измеренных величин электрической емкости, указания о необходимости будущей или предстоящей замены фрикционных колодок данного дискового тормоза.

В случае возможного отказа или повреждения упомянутого датчика износа емкостного типа, связанного, например, с коротким замыканием между направляющим пальцем и скобой данного дискового тормоза, электрическая емкость, измеренная упомянутым выше микропроцессором 31, представляет ошибочную величину таким образом, что данный микропроцессор оказывается в состоянии выдать на свой выход сигнал отказа или неисправности.

На фиг. 5 представлен один из возможных вариантов практической реализации датчика емкостного типа, в соответствии с которым переменная емкость практически реализуется при помощи направляющего пальца 6, с одной стороны, и при помощи проводящей втулки 32, с другой стороны. Причем каждый из этих взаимно подвижных элементов гальванически изолирован от другого элемента и от остальной части данного дискового тормоза, причем активный электрический контакт 21 соединяется с направляющим пальцем благодаря упругому соединительному элементу 33, способному скользить в осевом отверстии 34 этого направляющего пальца.

На фиг. 6 представлен другой возможный вариант практической реализации датчика емкостного типа, пригодного для использования одновременно в конструкциях, представленных на фиг. 4 и 5, в которых один из электродов данного емкостного датчика содержит осевой электрод 35, жестко связанный с цилиндром 4 данного дискового тормоза, тогда как другой электрод этого емкостного датчика содержит втулку 36, жестко связанную с поршнем 5, и образованную, например, этим поршнем, направляемым электродом осевого направления 35.

На фиг. 7 представлен еще один возможный вариант практической реализации датчика емкостного типа, который может быть использован одновременно с конструкциями дискового тормоза, представленными на фиг. 4, 5 и 6, и в котором один из электродов емкостного датчика образован втулкой 37, жестко связанной с вилкой данного дискового тормоза или с его скобой, причем другой электрод этого емкостного датчика содержит скользящий элемент 38, электрически изолированный от втулки 37, направляемый этой втулкой и толкаемый пружиной 39 в направлении фрикционной колодки 9, в которую этот элемент упирается при помощи толкателя 40.

Как будет совершенно ясно для специалиста в данной области техники, упомянутая выше электронная схема 18 может быть смонтирована в непосредственной близости от упомянутых контактов во всех представленных способах реализации данного изобретения, проиллюстрированных, в частности, на фиг. 5, 6 и 7.

Дисковый тормоз повышенной безопасности включает скобу, скользящую по вилке, для прижатия фрикционных тормозных колодок к тормозному диску, причем упомянутый дисковый тормоз оборудован индикатором износа упомянутых фрикционных колодок. Упомянутый индикатор износа содержит датчик емкостного типа с непрерывным изменением контролируемого параметра, связанный со средствами контроля, способными выдавать сигнал отказа в случае отклонения от нормы. Данное устройство позволяет повысить надежность контроля функционирования дискового тормоза. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Дисковый тормоз повышенной безопасности для механического транспортного средства, содержащий два подвижных относительно друг друга элементов, один из которых представляет собой скобу (1), охватывающую тормозной диск (2), а другой - вилку (3), жестко закрепленную на транспортном средстве, средства обжатия, содержащие цилиндр (4), жестко связанный со скобой (1) и имеющий против тормозного диска (2) отверстие, закрытое поршнем (5), направляющие средства, обеспечивающие возможность скольжения скобы (1) по отношению к вилке (3) в том случае, когда средства обжатия дискового тормоза приводятся в движение, содержащие по меньшей мере один направляющий палец (6), закрепленный на одном из упомянутых подвижных друг относительно друга элементов тормоза, и отверстие (8), выполненное в другом элементе дискового тормоза, в котором скользит направляющий палец (6), две тормозные фрикционные колодки (9, 10), первая из которых располагается между поршнем и первой поверхностью (2а) тормозного диска (2), а вторая установлена между второй поверхностью (2b) тормозного диска (2) и зажимной щекой (1а) скобы (1), причем фрикционные колодки прижимаются к тормозному диску в том случае, когда средства обжатия дискового тормоза приводятся в движение, по меньшей мере один индикатор износа электрического типа, предназначенный для контроля состояния износа по меньшей мере одной из фрикционных тормозных колодок, содержащий две части, по меньшей мере одна из которых перемещается относительно другой в процессе приведения в движение средств обжатия дискового тормоза для изменения непрерывным образом некоторого электрического параметра в зависимости от относительного положения, занимаемого первой и второй частями индикатора износа, отличающийся тем, что индикатор износа представляет собой датчик емкостного типа, каждая из частей индикатора износа представляет собой электрод, один из электродов установлен со скольжением внутри другого электрода, причем упомянутые электроды участвуют в образовании направляющих средств и имеют переменную по величине зону взаимного перекрытия (d), дисковый тормоз содержит дополнительно средства контроля (18, 27, 31) для обеспечения периодического измерения упомянутого электрического параметра, выполнения сравнения измеренного параметра с по меньшей мере одним предварительно определенным пороговым значением и выдачи сигнала отказа или отклонения от нормального функционирования в том случае, когда результат упомянутого сравнения будет отличаться от предварительно зарегистрированного нормального результата. 2. Дисковый тормоз по п.1, отличающийся тем, что упомянутые средства контроля содержат электронную схему (18), чувствительную к величине электрической емкости между двумя электродами, жестко связанную с одной из частей упомянутого индикатора износа и способную выдавать в качестве своего выходного сигнала некоторый электрический сигнал, модулированный во времени текущей величиной электрической емкости (CI), существующей между упомянутыми электродами датчика емкостного типа. 3. Дисковый тормоз по п.2, отличающийся тем, что упомянутая электронная схема выдает в качестве своего выходного сигнала модуляцию некоторого электрического сигнала, получаемого от источника электрического питания (27). 4. Дисковый тормоз по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что один из электродов индикатора износа содержит направляющий палец (6). 5. Дисковый тормоз по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным индикатором износа, один из электродов которого содержит осевой электрод (35), жестко связанный с цилиндром (4), причем другой его электрод содержит втулку (36), жестко связанную с поршнем (5).