A new structure of brake light switch

宋曉峰，張世強，楊圣文，李　敬，楊歡歡

（吉林東光奧威汽車制動系統(tǒng)有限公司研發(fā)中心，長春 130012）

SONG Xiao-feng,　ZHANG Shi-qiang,　YANG Sheng-wen,　LI Jing,　YANG Huan-huan

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一種新型制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)

A new structure of brake light switch

宋曉峰，張世強，楊圣文，李敬，楊歡歡

（吉林東光奧威汽車制動系統(tǒng)有限公司研發(fā)中心，長春 130012）

SONG Xiao-feng,ZHANG Shi-qiang,YANG Sheng-wen,LI Jing,YANG Huan-huan

摘要：為了打破傳統(tǒng)的制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)，滿足一汽大眾主機廠的要求，提出了一種安裝在柱塞式制動主缸上的制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)。對該制動信號燈開關(guān)的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行了介紹，采用尺寸鏈的方法對其制動報警區(qū)間進(jìn)行了理論計算，并根據(jù)理論計算結(jié)果制作了產(chǎn)品樣件，利用現(xiàn)有的制動主缸綜合性能試驗臺對其制動報警區(qū)間進(jìn)行了檢測，得到了該制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)的報警區(qū)間為1.64mm～2.34mm，該結(jié)果與理論計算得到的結(jié)果較符合，誤差在1.5%以內(nèi)，也處于主機廠要求的中間范圍，從而驗證了理論計算的合理性及該方案的可行性。

關(guān)鍵詞：制動信號燈開關(guān)；霍爾傳感器；制動報警區(qū)間；柱塞式制動主缸；尺寸鏈

0　引言

制動信號裝置主要由制動信號燈和制動信號燈開關(guān)組成。制動信號燈是安裝在汽車后部，在駕駛員剎車時即發(fā)亮，以提醒后車駕駛員注意。傳統(tǒng)的制動信號燈開關(guān)裝在汽車制動回路中，根據(jù)制動能源的不同，可以是液壓式或氣壓式的，兩種結(jié)構(gòu)的原理相似。液壓式制動信號燈開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，液壓管路中的壓力增加，迫使膜片上拱，將開關(guān)的觸點接通，使信號燈發(fā)亮[1]。該制動信號燈開關(guān)安裝在液壓制動總泵前端或氣壓控制制動閥下方，根據(jù)壓力變化情況實現(xiàn)制動信號燈開關(guān)的接通和斷開[2]。該裝置的缺點是易損壞、易發(fā)生報警滯后、報警斷開和常報警的情況，并且報警范圍不好控制。

隨著市場需求的不斷增加，人們對制動報警裝置有了更高的要求，為了能更準(zhǔn)確的判斷汽車發(fā)生制動，對汽車發(fā)生制動的位置進(jìn)行控制，并根據(jù)汽大眾主機廠的要求，本文在普通的柱塞式制動主缸的基礎(chǔ)上，提出了種新的安裝在該制動主缸上的制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)的接觸式結(jié)構(gòu)，具有安裝方便、體積小、使用壽命長、控制準(zhǔn)確等優(yōu)點。本文將對該制動信號燈開關(guān)的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行詳細(xì)說明，并采用尺寸鏈的方法對該制動信號燈的報警區(qū)間進(jìn)行了理論計算，最后根據(jù)理論計算的結(jié)論制作了產(chǎn)品樣件，在現(xiàn)有的制動主缸綜合性能試驗臺上對該樣件進(jìn)行制動報警范圍試驗，驗證該方案的可行性。

圖1　液壓式制動信號燈開關(guān)

圖2　普通柱塞式制動主缸總成結(jié)構(gòu)示意圖

1　制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)及原理

1.1普通柱塞式制動主缸總成結(jié)構(gòu)及原理

普通柱塞式制動主缸總成結(jié)構(gòu)如圖2所示，共有8個零部件組成[3]。其中主皮碗7、副皮碗4和兩個連接套3是起密封作用的，同時兩個主皮碗和兩個副皮碗把整個制動主缸分為四個工作腔，分別是第常壓腔、第制動腔、第二常壓腔和第二制動腔。常壓腔始終與貯液罐相通，內(nèi)部液壓與罐中液壓相同，我們簡單視為零；制動腔通過出油孔與制動油管相連，其中液壓隨輸入力和行程變化而變化。第活塞8和第二活塞5是制動主缸中很關(guān)鍵的運動部件，通過他們的運動狀態(tài)將制動主缸分為非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)。非工作狀態(tài)時他們沒有產(chǎn)生運動，主缸內(nèi)部各處液壓相等，整車處于正常行駛狀態(tài)或閑置狀態(tài)；工作狀態(tài)時，即整車開始制動，汽車踏板通過助力器將力作用在第活塞8上，活塞前移，活塞上的小孔通過皮碗，從而使常壓腔與制動腔斷開，常壓腔中壓力不變?nèi)耘c貯液罐中壓力相同，為常壓，而制動腔則成為獨立的封閉腔，因液體是不可壓縮的，受活塞上作用力作用而產(chǎn)生液壓，液壓通過出油口及制動管路傳遞給制動器，從而實現(xiàn)汽車制動。解除制動時，助力器作用在活塞上的力撤消，主缸中兩個活塞分別在第彈簧部件6和第二彈簧部件2中的彈簧的作用下迅速回位，制動腔與常壓腔又通過活塞小孔相連，因制動腔存在瞬時真空，制動液部分通過活塞小孔補償?shù)街苿忧?。待到制動液完全返回到制動腔時，多余的制動液又通過進(jìn)油孔回到貯液罐中，等待下次制動[4]。

圖3　磁鐵安裝位置示意圖

1.2制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)及原理

本文中的制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)是在上述柱塞式制動主缸的基礎(chǔ)之上提出的，該裝置主要有以下兩部分組成：是安裝在主缸體內(nèi)部第、二活塞之間的磁鐵部分，其具體結(jié)構(gòu)和安裝示意圖如圖3所示；二是安裝在主缸體外表面上的霍爾傳感器部分，其具體結(jié)構(gòu)和安裝示意圖如圖4所示。由圖3可見，它是在普通的柱塞式主缸的基礎(chǔ)之上添加了兩個擋圈9、11和個磁鐵10。由于磁鐵材料具有定的脆性，單獨使用時很容易因受到撞擊而碎裂，所以磁鐵兩邊分別安裝了個擋圈，擋圈的材料是用鋼板制成的，他們既起到保護(hù)磁鐵的作用，還起到傳導(dǎo)磁性的作用。磁鐵主要安裝在第二活塞的尾部，通過第彈簧部件中的彈簧限位座頂住擋圈，從而限制住磁鐵和擋圈的軸向竄動。從而不至于在第、二活塞之間運動而產(chǎn)生異響。從徑向的角度考慮，擋圈和磁鐵的最大外徑均設(shè)計成小于第二活塞的外徑及主、副皮碗的內(nèi)徑，保證在全行程的狀態(tài)下不會產(chǎn)生由于擋圈和磁鐵與皮碗接觸而造成對皮碗的磨損或刮傷，從而延長皮碗的使用壽命。由圖4可知，霍爾傳感器13是通過鎖緊蓋12和螺釘14固定在主缸體外表面上的。該安裝霍爾傳感器的外表面是在保證裝車不干涉的情況下在主缸體外表面上加工的平面。當(dāng)?shù)诨钊蚯斑\動時，第彈簧部件產(chǎn)生壓縮并向前移動，磁鐵便隨著第彈簧部件及第二活塞起向前運動，當(dāng)運動到定距離時，就會與安裝在主缸上的霍爾傳感器接通，產(chǎn)生磁場，從而通過霍爾傳感器輸出信號使制動信號燈發(fā)亮。該制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)的核心元件就是霍爾傳感器?；魻杺鞲衅魇欠N磁電轉(zhuǎn)換器件，是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制成，它可以方便的把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成電信號。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件，是種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用，符合本結(jié)構(gòu)的要求，所以本結(jié)構(gòu)中采用霍爾元件，它具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、耐震動、耐腐蝕等優(yōu)點。它主要有霍爾片、引線和殼體組成。霍爾片是塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個線，兩根加激勵電壓或電流，稱為激勵電極；另兩根為霍爾引出線，稱為霍爾電極。殼體由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成。由霍爾效應(yīng)得到的霍爾電勢公式U=K·I·B/d（其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場的磁感應(yīng)強度，d是薄片的厚度）可知，在定的工作電流的情況下，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場的磁感應(yīng)強度成正比的關(guān)系。

圖4　霍爾傳感器安裝位置示意圖

2　計算制動信號燈開關(guān)的制動報警區(qū)間

計算封閉環(huán)公差通常有兩種方法，極值法和統(tǒng)計法。當(dāng)組成環(huán)的環(huán)數(shù)較少時，以極值法的算法為準(zhǔn)。極值法計算尺寸鏈?zhǔn)且员ＷC完全互換為基本出發(fā)點，而不考慮各環(huán)實際尺寸分布特性的影響。通常是由各組成環(huán)的極限尺寸計算出封閉環(huán)的極限尺寸，從而求得封閉環(huán)的公差。

根據(jù)尺寸鏈的概念，結(jié)合本結(jié)構(gòu)中的實際情況組成封閉環(huán)，由于組成環(huán)的環(huán)數(shù)較少，所以采用極值法計算，按照理論計算公式得到了本文中封閉環(huán)的極限尺寸為：

3　試驗驗證該制動信號燈開關(guān)的制動報警區(qū)間

上述結(jié)論是在假設(shè)當(dāng)磁鐵的中心與霍爾傳感器的中心重合時便可產(chǎn)生磁場這個前提下進(jìn)行理論設(shè)計計算的，下面對該結(jié)果進(jìn)行試驗驗證。根據(jù)上述理論及結(jié)果，為了減小誤差，制造出對霍爾傳感器的安裝位置調(diào)整后的結(jié)構(gòu)共6個產(chǎn)品樣件，分別對這些產(chǎn)品樣件進(jìn)行試驗驗證，將得到的報警范圍分別記錄并取平均值，最后與理論計算相比較，校核設(shè)計的合理性。實驗裝置采用本單位現(xiàn)有的制動主缸綜合性能試驗臺，整套結(jié)構(gòu)模擬了汽車在行駛過程中進(jìn)行剎車的狀況，主要有驅(qū)動裝置、負(fù)載裝置、測量裝置及連接管路組成。驅(qū)動裝置用于模擬制動踏板力，他的推桿頭部與實車的樣件推桿頭部尺寸規(guī)格致，推桿與樣件軸線夾角不大于2°，驅(qū)動裝置可以推動活塞運動，然后由測量裝置檢測活塞移動的位移，同時測量裝置還可以檢測霍爾傳感器的接通點和斷開點，即制動報警區(qū)間，該測量裝置的有效測量數(shù)值均不低于需要測量的值，測量的相對誤差不大于1%。該整套實驗裝置如圖5所示。下面以1號樣件為例，得到了在該實驗裝置上進(jìn)行試驗的制動信號燈開關(guān)的制動報警區(qū)間實驗曲線如圖6所示，測得的報警區(qū)間為1.60mm～2.41mm。滿足汽大眾主機廠的制動報警區(qū)間為0.6mm～3.75mm的要求。本次試驗對6個產(chǎn)品樣件都進(jìn)行了測量，得到的結(jié)果如表1所示。由該表中的數(shù)據(jù)可以看出試驗測得的報警區(qū)間的平均值為1.64mm～2.34mm，處于主機廠要求的中間范圍。同時試驗得到的結(jié)論與理論計算得到的結(jié)論相致，結(jié)果也較符合，從而驗證了理論計算的合理性。

表1　樣件的制動報警感應(yīng)點統(tǒng)計表

圖5　制動主缸綜合性能試驗臺

圖6　制動信號燈開關(guān)的制動報警區(qū)間曲線

4　結(jié)論

本文在普通的柱塞式制動主缸的基礎(chǔ)上增加了制動信號燈開關(guān)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在制動主缸上對汽車發(fā)生制動而產(chǎn)生報警信號，可以對制動信號的發(fā)生位置進(jìn)行控制。文中對該裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，通過尺寸鏈的方法理論計算了該制動信號燈開關(guān)的制動報警區(qū)間，得到了對霍爾傳感器的安裝位置進(jìn)行進(jìn)后的報警區(qū)間為1.625mm～2.375mm，此時報警區(qū)間處于主機廠要求的中間范圍，結(jié)果較好。最后按照理論計算中得到的進(jìn)后的結(jié)構(gòu)制作了6個產(chǎn)品樣件，并對該樣件進(jìn)行試驗驗證，得到了6個樣件的制動報警范圍的平均值為1.64mm～2.34mm。該結(jié)果與理論計算得到的結(jié)果相致，即報警區(qū)間處于主機廠要求的中間范圍，結(jié)果較好，且理論計算誤差在1.5%以內(nèi)。從而驗證了理論計算的合理性及該方案的可行性，也滿足汽大眾主機廠的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007:402-405.

[2] 李春成,梁紅玉.制動信號燈常見故障排除及進(jìn)[J].汽車實用技術(shù),2004,(3):48-49.

[3] 宮建,徐繼福,王紅梅,等.汽車制動主缸內(nèi)置磁環(huán)保護(hù)裝置:中國,200620149553.4[P].2008-01-09.

[4] 張曉健.淺談柱塞式超短液壓制動主缸[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2011,(19):72-73.

[5] 宮建,柳恩芬.柱塞式汽車制動主缸用插入式固定擋圈裝置:中國,200620173008.9[P].2008-01-02.

[6] 閻艷,余美瓊,王國新,等.平面尺寸鏈公差分析算法研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,2011,31(7):799-802.

[7] 張玉,劉平.幾何量公差與測量技術(shù)[M].沈陽:東北大學(xué)出版社,2003:247-260.

作者簡介：宋曉峰（1986 -），女，助理工程師，碩士，主要從事汽車制動系統(tǒng)研究。

收稿日期：2015-09-28

中圖分類號：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-0134(2016)03-0067-04