СИГНАЛИЗАТОР СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2022 года по МПК F16D66/02 

Описание патента на изобретение RU2774696C2

Предлагаемое изобретение относится к автомобильной промышленности и направлено на повышение безопасности дорожного движения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сигнализатор состояния тормозной колодки автомобиля, содержащий тормозимое тело вращения, тормозную колодку с металлическим держателем и керамической накладкой, соединенной с упомянутым держателем и прижимаемой к телу вращения при торможении [Автомобиль КАМАЗ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Воениздат, 2010.].

В качестве сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля используется его внешний вид. Тормозная колодка содержит металлический держатель с соединенной керамической накладкой, которая прижимается при торможении к тормозимому телу и изнашивается. Степень износа определяется визуальным осмотром боковой поверхности накладки на держателе.

Недостатками известного сигнализатора (осмотром внешнего вида) тормозной колодки являются большая трудоемкость и простой транспортного средства ввиду необходимости частичного демонтажа деталей и узлов для доступного визуального осмотра тормозной колодки и определения степени износа керамической накладки.

Техническое решение направлено на уменьшение объема работ и времени контроля состояния тормозных керамических накладок и повышение безопасности дорожного движения.

Технический результат достигается тем, что сигнализатор состояния тормозной колодки автомобиля, содержащий тормозимое тело вращения, тормозную колодку с металлическим держателем и керамической накладкой, соединенной с упомянутым держателем и прижимаемой к телу вращения при торможении, дополнительно снабжен металлическим электродом, расположенным внутри керамической накладки на глубине, равной максимально допустимой толщине износа от прижимаемой поверхности, а также электрическим выводом электрода, резистором, генератором электрических колебаний, усилителем переменного тока со светодиодом, усилителем постоянного тока со светодиодом, дискриминатором сигнала по нижнему уровню, содержащим накопительную емкость, стабилитрон и светодиод, соединенным к выходу усилителя переменного тока и к входу усилителя постоянного тока, при этом вывод электрода соединен с резистором, а резистор соединен с выходом генератора и входом усилителя переменного тока.

Принцип действия сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля построен на использовании явления изменения электрической емкости конденсатора С при изменении расстояния между его электродами по формуле:

где ε - относительная диэлектрическая постоянная материала накладки; ε0 - диэлектрическая постоянная вакуума; S - площадь электродов; d - расстояние между электродами.

При этом электрическое сопротивление конденсатора по переменному току равно:

где ω и ƒ - круговая и циклическая частоты переменного тока. и линейно изменяется с изменением расстояния между электродами конденсатора.

Если встроить в изолирующую накладку тормозной колодки металлический электрод, то он образует электрическую емкость C с поверхностью тормозимого металлического тела. По мере износа керамической накладки расстояние d между электродом и поверхностью тормозимого тела уменьшается, емкость конденсатора увеличивается, и сопротивление его уменьшается. Если пропускать через конденсатор переменный ток I, то падение напряжения на нем с износом накладки уменьшается UC = I XC = I d / (2 π ƒ ε ε0 S) вплоть до нуля при полном износе накладки до электрода. По величине падения напряжения на конденсаторе можно судить о степени износа керамической накладки.

На фигуре 1 приведена схема тормозной колодки автомобиля (с металлическим электродом).

На фигуре 2 приведена функциональная схема сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля.

На фигуре 3 приведена принципиальная схема сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля (далее - сигнализатора).

Тормозная колодка автомобиля (фиг. 1) содержит фрикционную керамическую накладку 1, истирающуюся при торможении, металлический электрод 2, металлический держатель накладки 3, изолятор 4, электрический вывод 5 электрода 2, фиксируемого в накладке 1 клеевым соединением изолятора 4 с накладкой 1 и с держателем 3.

Напротив фрикционной керамической накладки 1 расположено тормозимое тело 6, которое вместе с электродом 2 образует конденсатор с электрической емкостью CT. Керамическая накладка 1 обладает малым коэффициентом износа и изготавливается, как правило, из асбесто-бакелитового материала.

При торможении накладка 1 прижимается к тормозимому телу 6 и истирается. Емкость конденсатора увеличивается до максимального значения. На фиг. 2 приведена линия В, обозначающая максимально допустимую толщину износа dmax и проходящая по плоскости поверхности электрода 2. При износе до предельной величины dmax происходит прямой контакт тормозимого тела с электродом 2.

Так как ресурс работы тормозной колодки меньше ресурса работы автомобиля в целом, то необходимо периодически проверять толщину износа накладки 1 и при износе до предельно допустимой толщины произвести замену тормозной колодки на новую.

Функциональная схема (фиг. 2) сигнализатора содержит конденсатор CT, емкость которого образуется электродом 2 (верхний электрод) и тормозимым металлическим телом 6 (нижний электрод) (фиг. 2), балластный резистор RT для ограничения тока при коротком замыкании электрода 2 с тормозимым телом 6 (фиг. 1), генератор 7 переменного тока, соединенный с резистором RT, усилитель переменного тока 8 с красным светодиодом D2 (светодиод с излучением красного света), усилитель постоянного тока 10 с желтым светодиодом D7 (с излучением желтого света), устройство 9, содержащее накопительную емкость и зеленый светодиод D6. Устройство 9 соединено к выходу усилителя 8 переменного тока и к входу усилителя 10 постоянного тока, при этом вывод электрода 2 соединен с резистором RT, а резистор RT другим концом соединен с выходом генератора и входом усилителя переменного тока. Сигнализатор питается от источника эдс Е транспортного средства, например, от бортовой сети автомобиля.

Принципиальная схема сигнализатора (фиг. 3) построена в соответствии с функциональной схемой (фиг. 2) сигнализатора с едиными обозначениями и нумерацией элементов схем. Она дополнительно к обозначенным элементам (CT, RT, D2, D6, D7) на функциональной схеме (фиг. 2), содержит транзистор Т1 (фиг. 3), образующий с резисторами R1, R2 и переходным конденсатором С1 усилительный каскад 7 (фиг. 2) переменного тока. На выходе каскада соединена нагрузка по постоянному току в виде цепи (фиг. 3): стабилитрон D1, красный светодиод D2 с резистором R3, диод развязки D4 и резистор смещения R6, а также нагрузка по переменному току: устройство 8 с накопительным конденсатором С2. В устройстве 8 содержится развязывающий по отрицательным полупериодам усиливаемого напряжения диод D3, балластный резистор R4, регулировочный резистор R5, стабилитрон D5, зеленый светодиод D6 с резистором R6 ограничивающим ток диода D6 и задающим режим транзистора Т2.

Усилитель постоянного тока 10 (фиг. 2) содержит два каскадообразующих транзистора Т2, Т3 (фиг. 3), коллекторные резисторы R7, R10„ делитель R8, R9 входного напряжения второго каскада на транзисторе T3, эмиттерный стабилизатор на основе R11, С3 по обратной связи на втором каскаде с транзистором Т3.

Сигнализатор работает следующим образом.

При торможении тормозная колодка с держателем 3 (фиг. 1) и фрикционной керамической накладкой 1 прижимается к поверхности тормозимого тела 6 (например, тормозного барабана) и в процессе эксплуатации изнашивается. Величина износа определяется по изменению электрической емкости конденсатора CT, образуемого электродом 2 в накладке 1, тормозимым телом 6 в качестве второго электрода и изолирующим материалом накладки между электродами 1 и 6. В процессе износа накладки 1 расстояние d между электродами конденсатора CT уменьшается, и емкость конденсатора CT увеличивается согласно формуле (1), его сопротивление уменьшается. На фиг. 1 проведена линия «В», определяющая уровень максимально допустимого износа тормозной накладки. Так как линия «В» проходит по плоскости головки электрода 2, то электрод 2 при предельном износе замыкается с тормозимым телом 6.

Вследствие изложенного, сигнализатор вырабатывает световые сигналы о нормальном рабочем состоянии накладок (зеленый светодиод D6) (фиг. 2, фиг. 3), об износе, близкому к критическому (желтый светодиод D7), и о критическом износе и более (красный светодиод D2). Сигналы о степени износа накладок формируются следующим образом. В начале работы накладка не изношена, расстояние d (фиг. 1) большое, емкость CT маленькая, сопротивление XC значительно больше сопротивления R1 на входе транзистора Т1 (фиг. 3). Соотношение сопротивлений RT и R1 подбираются так, чтобы обеспечить усилительный режим транзистора Т1 по переменному току. Генератор 7 переменного сигнала вырабатывает переменное (синусоидальное или прямоугольное) напряжение. Этот сигнал подается на вход транзистора Т1. При малой емкости CT амплитуда сигнала максимальная, напряжение покоя на выходе транзистора T1 меньше напряжения стабилитрона D1 (приблизительно в два раза), и стабилитрон D2 закрыт. Переменный сигнал с выхода транзистора Т1 проходит через конденсатор С1, через диод и положительными импульсами заряжает конденсатор С2 до амплитуды переменного усиленного напряжения. В результате зарядки несколькими полупериодами усиленного переменного напряжения напряжение на С2 достигает значения максимума полупериода переменного усиленного напряжения. Стабилитрон D5 с балластным сопротивлением R5 имеет напряжение пробоя несколько меньше этого значения и пробивается. При этом загорается (включается) зеленый светодиод D6. Напряжение, образуемое током светодиода D6 на светодиоде и балластном резисторе R6, открывает биполярный транзистор Т2. При этом транзистор T3 закрывается и желтый светодиод D7 не горит.

При износе накладки 1, близком к критическому, емкость конденсатора CT нарастает с обратной пропорциональностью согласно (1). При этом его сопротивление по переменному току (2) линейно уменьшается. Конденсатор CT своим малым сопротивлением шунтирует резистор R1 и полное внешнее сопротивление на затворе Т1 уменьшается, сигнал на входе уменьшается. Усиленное переменное напряжение уменьшается. При этом уменьшается и напряжение зарядки конденсатора С2. Когда напряжение зарядки конденсатора становится меньше напряжения стабилитрона D5, то последний закрывается, зеленый светодиод отключается и напряжение на входе Т2 обнуляется. При этом транзистор Т2 закрывается, а транзистор T3 открывается, и включается желтый светодиод D7. Когда накладка изнашивается до замыкания электрода 2 с тормозимым телом 6, то переменное и постоянное напряжения на входе Т1 равны нулю и транзистор Т1 закрывается. Напряжение на стоке транзистора становится равным напряжению источника эдс (питания) Е, величина которого больше напряжения стабилитрона D1, стабилитрон открывается и включается красный светодиод D2. При этом постоянное напряжение на балластном сопротивлении R3 через диод D4 поступает на вход транзистора Т2, который открывается и закрывает транзистор T3; в результате желтый светодиод D7 отключается. Входное напряжение транзистора T3, поступающее от резистора R3 перераспределяется между резистором и светодиодом и недостаточно по величине для свечения светодиода. Таким образом, схема (фиг. 2, фиг. 3) обеспечивает световую сигнализацию состояния накладки тормозной колодки непрерывно с помощью светодиодов. При достаточной толщине накладок включен зеленый светодиод; при износе, близком к критическому, включается желтый светодиод; при износе до и свыше критического включается красный светодиод. Единовременно светится только один светодиод.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что из процесса техосмотра автомобиля полностью исключается контрольная операция проверки толщины износа керамических накладок тормозных колодок с частичным демонтажем и визуальным осмотром тормозных колодок. Контроль толщины износа керамических накладок тормозных колодок и состояние работоспособности определяется включением сигнализатора и свечением светодиодных ламп. Световая сигнализация светодиодов однозначно характеризует работоспособность тормозных колодок.

Экономическая эффективность предлагаемого изобретения определяется затратами рабочего времени на контроль. В прототипе проводится периодический контроль толщины тормозных накладок. На одну операцию контроля толщины тормозных накладок (с подготовкой и со снятием колеса) затрачивается более 2-х часов. При стоимости одного нормо-часа 120 руб, при накладных расходах в 150% и при ежемесячной проверке (12 раз в год) годовой экономический эффект составит (120+180)12=3600 руб. Для автохозяйства в 100 автомобилей годовой эффект составит 360 тыс.руб.

Значительно большим оказывается условный экономический эффект от уменьшения вероятности предполагаемой аварии вследствие дискретного по времени контроля толщины накладок и проявления человеческого фактора при контроле. При вероятности аварии 1% и 10% ущербе только прямые затраты на восстановление материальной части составляют более 500 тыс.руб.

Похожие патенты RU2774696C2

название год авторы номер документа
ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА АВТОМОБИЛЯ 2019
  • Волков Степан Степанович
  • Пузевич Николай Леонидович
  • Писарчук Андрей Васильевич
  • Меркушов Юрий Николаевич
  • Мамедова Галина Владимировна
RU2740830C1
Устройство тревожной сигнализации 1978
  • Горобец Юрий Александрович
SU863440A1
СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОФИЛЯ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОРШНЯ, ПОЛОЖЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ И МИНИМАЛЬНОГО ЗАЗОРА МЕЖДУ ПОРШНЕМ И ЦИЛИНДРОМ ДВИГАТЕЛЯ В ХОЛОДНОМ СОСТОЯНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Никитин Ю.Н.
  • Коротеев С.В.
  • Никитин А.Ю.
  • Леонтьев А.Г.
  • Крутько С.В.
  • Захаров С.М.
  • Бойцов В.А.
  • Солодухо О.А.
RU2037802C1
Сигнализатор износа тормозных накладок 1985
  • Габитов Надим Шамилович
  • Сиятов Валерий Яковлевич
  • Габитов Джаудат Шамилович
  • Мознаим Татьяна Григорьевна
SU1258743A1
Сигнализатор уровня 1982
  • Бугайсен Илья Менашевич
  • Розенман Эммануил Симхович
  • Лившиц Борис Яковлевич
  • Войтенко Борис Иванович
  • Чернышов Юрий Алексеевич
  • Варенцов Виталий Николаевич
SU1034057A1
Устройство для измерения износа фрикционных накладок пневматического колодочного тормоза 1978
  • Балаян Размик Макарович
  • Деведжян Оганес Багдасарович
  • Смоян Мхитар Галустович
  • Матевосян Гайк Ервандович
SU695875A1
ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ 2007
  • Рогачев Владимир Дмитриевич
  • Нечаев Виталий Викторович
  • Зайцев Алексей Васильевич
  • Шемин Виталий Анатольевич
  • Ефремов Алексей Владимирович
RU2369004C2
СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕМЕНТА НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Алексеев Виталий Альбертович
RU2382371C2
ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОУТЮГА 1992
  • Абезгауз Б.С.
RU2078371C1
ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (ВАРИАНТЫ) 1994
  • Соловьев В.А.
  • Лозенко В.К.
  • Панарин А.Н.
RU2076441C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 774 696 C2

Реферат патента 2022 года СИГНАЛИЗАТОР СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ АВТОМОБИЛЯ

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Сигнализатор состояния тормозной колодки автомобиля содержит тормозимое тело вращения, тормозную колодку с металлическим держателем и керамической накладкой, соединенной с упомянутым держателем и прижимаемой к телу вращения при торможении. Дополнительно снабжен металлическим электродом, расположенным внутри керамической накладки на глубине, равной максимально допустимой толщине износа от прижимаемой поверхности, а также электрическим выводом электрода, резистором, генератором электрических колебаний, усилителем переменного тока со светодиодом, усилителем постоянного тока со светодиодом, дискриминатором сигнала по нижнему уровню, содержащим накопительную емкость, стабилитрон и светодиод, подсоединенным к выходу усилителя переменного тока и к входу усилителя постоянного тока. Вывод электрода соединен с резистором, а резистор соединен с выходом генератора и входом усилителя переменного тока. Технический результат - уменьшение объема работ и времени контроля состояния тормозных керамических накладок и повышение безопасности дорожного движения. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 774 696 C2

Сигнализатор состояния тормозной колодки автомобиля, содержащий тормозимое тело вращения, тормозную колодку с металлическим держателем и керамической накладкой, соединенной с упомянутым держателем, прижимаемую к телу вращения при торможении, отличающийся тем, что дополнительно снабжен металлическим электродом, расположенным внутри керамической накладки на глубине, равной максимально допустимой толщине износа от прижимаемой поверхности, а также электрическим выводом электрода, резистором, генератором электрических колебаний, усилителем переменного тока со светодиодом, усилителем постоянного тока со светодиодом, дискриминатором сигнала по нижнему уровню, содержащим накопительную емкость, стабилитрон и светодиод, подсоединенным к выходу усилителя переменного тока и к входу усилителя постоянного тока, при этом вывод электрода соединен с резистором, а резистор соединен с выходом генератора и входом усилителя переменного тока.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2774696C2

ИНДИКАТОР ИЗНОСА ТОРМОЗНОЙ НАКЛАДКИ, ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗНОЙ МЕХАНИЗМ С ТАКИМ ИНДИКАТОРОМ И ТОРМОЗНЫЕ КОЛОДКИ ДЛЯ ТАКОГО ДИСКОВОГО ТОРМОЗНОГО МЕХАНИЗМА 2011
  • Штумпф, Мартин
  • Фальтер, Вольфганг
RU2587129C2
Осадочный жолоб для водоочистительных устройств 1932
  • Несмеянов В.А.
SU31267A1
DE 9010354 U1, 13.09.1990
DE 4301129 C1, 25.11.1993.

RU 2 774 696 C2

Авторы

Семынин Михаил Владимирович

Кокорев Геннадий Дмитриевич

Шевченко Сергей Александрович

Семынин Владимир Викторович

Пузевич Николай Леонидович

Волков Степан Степанович

Даты

2022-06-21Публикация

2020-10-21Подача