CN117815809A - 制动粉尘收集装置、控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制动粉尘收集装置、控制方法及车辆，属于汽车环保技术开发领域，包括粉尘收集器和真空源，粉尘收集器设有进气口、排气口、内腔室、设于内腔室内的滤芯，滤芯将内腔室分隔为粉尘收集腔和排气腔，粉尘收集腔与进气口连通，排气腔与排气口连通，进气口设有单向进气阀；真空源与排气口连接，本发明能够最大可能的将汽车制动时，刹车片产生的粉尘收集起来，改善空气质量，以及能够根据汽车的行驶状态，对“何时开始吸收制动粉尘”、“需要吸收的量”进行精准的判断，当粉尘填充满收集器时，可以向仪表发出信号，通知驾驶员到店进行保养，使粉尘的处置受控，避免二次排入到大气中。

Description

制动粉尘收集装置、控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及汽车环保技术开发领域，特别涉及一种制动粉尘收集装置、控制方法及车辆。

背景技术

相关技术中的颗粒物排放源解析表明，非废气所产生的颗粒物已经达到道路总颗粒物排放的85%，其中绝大多数来自制动和轮胎磨损。即使零废气排放的电动车，因制动和轮胎磨损导致的颗粒物排放也无法避免。保护环境，改善人类的生存环境，减少制动粉尘颗粒物的排放，刻不容缓。

为此，行业内提出了许多方案，致力于减少制动粉尘向空气中排放，常规做法为在制动盘外周套设半开放的制动粉过滤装置，利用制动盘旋转气流及重力作用来实现对制动粉的收集和过滤，其结构简单，能够较容易的安装到现有的汽车产品上，并能起到一定的收集、过滤作用，但由于此方案类似收集盒，整体式是半开放的结构，过滤效果较差，并且对于粉尘的收集不彻底，收集效率低，并且粉尘容易二次排入到大气中，实际使用过程中，随着汽车行驶里程的增加，对于粉尘的过滤必然会大打折扣。

发明内容

本发明提供了一种制动粉尘收集装置、控制方法及车辆，能避免在粉尘的收集过程中，粉尘二次排入到大气中，以及提高收集效率。

根据本发明第一方面实施例的一种制动粉尘收集装置，包括：粉尘收集器，设有至少一个，所述粉尘收集器设有进气口、排气口、内腔室、设于所述内腔室内的滤芯，所述滤芯将所述内腔室分隔为粉尘收集腔和排气腔，所述粉尘收集腔与所述进气口连通，所述排气腔与所述排气口连通，所述进气口设有单向进气阀；真空源，与所述排气口连接。

根据本发明的一些实施例，所述单向进气阀包括固定于所述进气口的内侧的固定架、活动设于所述进气口的内侧的阀芯和作用于所述固定架与所述阀芯的内侧的弹性件，所述弹性件用于使所述阀芯封堵所述进气口。

根据本发明的一些实施例，所述进气口设有吸嘴，所述吸嘴的一端设有与所述进气口套接的套接头，所述吸嘴的另一端的设有孔径沿远离所述粉尘收集腔方向逐渐增大的喇叭头。

根据本发明的一些实施例，所述粉尘收集器包括相互可拆的两个壳体，所述排气口和所述滤芯设于其中一个所述壳体，所述进气口设于另外一个所述壳体。

根据本发明的一些实施例，所述粉尘收集腔设有粉尘检测组件，所述粉尘检测组件用于检测所述粉尘收集腔内的粉尘量。

根据本发明的一些实施例，所述真空源包括至少一个真空泵和至少一个真空罐，所述真空泵与所述真空罐连接，所述真空罐与所述排气口连接，所述排气口连接有电磁阀。

根据本发明第二方面实施例的一种减少制动粉尘排放的控制方法，所述控制方法包括：

根据车速和制动压力控制所述真空源对至少一个所述粉尘收集器抽真空。

根据本发明的一些实施例，所述根据车速和制动压力控制所述真空源对至少一个所述粉尘收集器抽真空还包括：

当车速大于0且制动压力大于0时，控制所述真空源启动；

当车速大于0，制动压力等于0时，所述真空源延时关闭。

根据本发明的一些实施例，所述真空源包括至少一个真空泵和至少一个真空罐，所述真空泵与所述真空罐连接，所述排气口通过电磁阀与所述真空罐；

所述控制方法还包括建立所述真空罐真空度，所述建立所述真空罐真空度包括：

当检测所述真空罐的真空度值达到第一预设值时，控制所述真空泵关闭；

当检测所述真空罐的真空度值低于第二预设值时，控制所述真空泵启动；

所述根据车速和制动压力控制所述真空源对至少一个所述粉尘收集器抽真空还包括：

通过所述电磁阀来单独控制所述粉尘收集器抽真空。

根据本发明第三方面实施例的一种车辆，包括所述制动粉尘收集装置。

根据本发明实施例的制动粉尘收集装置，至少具有如下有益效果：

通过真空源对内腔室抽气，混合粉尘的空气在吸力的作用下，经过单向进气阀进入到内腔室，并且在滤芯的作用下，粉尘被保留在粉尘收集腔中，通过单向进气阀将粉尘收集腔中的粉尘隔绝，避免粉尘从进气口漏出，而导致粉尘二次排入到大气中，同时真空源可实现间歇的启停，提高收集效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一种制动粉尘收集装置的一个真空泵、一个真空罐和两个粉尘收集器之间连接的示意图；

图2为本发明一种制动粉尘收集装置的粉尘收集器的安装示意图；

图3为本发明一种制动粉尘收集装置的粉尘收集器的结构示意图；

图4为本发明一种制动粉尘收集装置的工作控制原理图。

附图标号：

粉尘收集器100；内腔室110；粉尘收集腔111；排气腔112；进气口120；排气口130；滤芯140；单向进气阀150；固定架151；阀芯152；限位杆1521；阀片1522；弹性件153；吸嘴160；套接头161；喇叭头162；电容接近传感器170；壳体180

安装支架200；

制动钳组件300；

真空泵400；

真空罐500；真空度传感器510；

单向阀600；

电磁阀700。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例的一种制动粉尘收集装置包括粉尘收集器100和真空源。

其中粉尘收集器100根据车辆的车轮数而定，粉尘收集器100的数量与车辆的车轮数一一对应，本实施例针对常规的四轮车辆，就设置有四个粉尘收集器100，四个粉尘收集器100一一对应地设置于四个车轮，在使用时，粉尘收集器100安装于对应的车轮的制动钳组件300上，参照图2所示，本实施例的粉尘收集器100通过安装支架200与制动钳组件300连接，为了方便对粉尘收集器100的维护以及对粉尘的收集，实施例的粉尘收集器100与制动钳组件300可拆连接在一起，可单独将粉尘收集器100拆下进行维护。

如图3所示，本实施例的粉尘收集器100的内部设置有内腔室110，而内腔室110设有与外界连通的进气口120和排气口130，在内腔室110内设有滤芯140，其中滤芯140实现对粉尘的过滤，滤芯140可采用海绵等过滤构件。

在安装时，本实施的进气口120就与制动盘相对设置，排气口130通过连接管路与真空源连接，真空源通过排气口130对粉尘收集器100内部进行抽真空，给进气口120提供的吸附力。

为了实现快拆装，排气口130通过快插接头与连接管路连接。

如图3所示，本实施例的滤芯140将内腔室110分隔为粉尘收集腔111和排气腔112，其中粉尘收集腔111与进气口120连通，而排气腔112与排气口130连通，当粉尘从进气口120进入后，会被滤芯140隔绝存储在粉尘收集腔111内。

如图3所示，本实施例的进气口120安装有单向进气阀150，单向进气阀150的流通方向从外往内的，本实施例通过单向进气阀150将粉尘收集腔111中的粉尘隔绝，避免粉尘从进气口120漏出，而导致粉尘二次排入到大气中。

本实施例的单向进气阀150包括有固定架151、阀芯152和弹性件153，固定架151固定在进气口120内侧的粉尘收集腔111内，而阀芯152活动设置于进气口120的内侧，弹性件153作用在阀芯152的内侧与固定架151之间，当混合的粉尘气体从外往内经过进气口120时，通过气压来推动阀芯152往内侧移动，此时的弹性件153被压缩，阀芯152与进气口120之间形成有过流间隙，而当没有气压后，在弹性件153的弹力作用下，推动阀芯152往外移动，使得阀芯152封堵进气口120。

本实施例的弹性件153采用弹簧，在其他一些实施例中，可采用其他弹性构件。

进一步地，为了提高对粉尘吸附的效果，本实施例的进气口120连接有吸嘴160，本实施例的述吸嘴160的一端设有与进气口120套接的套接头161，吸嘴160的另一端设有孔径沿远离所述粉尘收集腔方向逐渐增大的喇叭头162，这样可提高进气口120吸附能力，使得粉尘混合气体尽可能地被吸入到粉尘收集腔111内，此时的阀芯152用于封堵套接头161。

本实施例的阀芯152的横截面为T型结构，所述阀芯152包括设于套接头161内的限位杆1521、与限位杆1521内端连接的阀片1522，本实施例的限位杆1521的外径小于套接头161的内径，限位杆1521只是起到封堵时限位的作用，避免阀芯152过度偏移，而阀片1522的外径大于套接头161的内径，阀片1522封堵套接头161的内端口。

在其他一些实施例中，可采用其他结构的单向进气阀150，例如可采用弹性顶珠的结构。

为了便于判断粉尘收集器100内的粉尘量，粉尘收集腔111设有粉尘检测组件，粉尘检测组件用于检测粉尘收集腔111内的粉尘量，本实施例的粉尘检测组件采用电容接近传感器170，根据电容接近传感器170的信号，判断粉尘收集器100内的粉尘量，向仪表发送报警信号，通知用户到指定地点维护。

为了方便对粉尘收集腔111内的粉尘清理，本实施例的粉尘收集器100包括两个壳体180，两个壳体180相互可拆套合以形成粉尘收集器100的整体，本实施的两个壳体180过自带的螺纹连接在一起，在其他实施例中，两个壳体180可采用过盈配合的连接方式等等。

本实施例的排气口130和滤芯140设置在其中一个壳体180，而进气口120设于另外一个壳体180，这样粉尘收集腔111就通过两个壳体180组合而成的，将两个壳体180打开后，即可回收粉尘。

当用户进店维护时，仅需断开收集器与连接管路之间的快插接头以及传感器的线束端子，并将粉尘收集器100从车轮内取下，将粉尘收集器100的两个壳体180采用旋转的方式打开，把收集器内的粉尘倒入指定的回收地点，再重新装回到车上即可。

如图1所示，本实施例的真空源包括真空泵400和真空罐500，其中真空泵400与真空罐500连接，真空泵400用于给真空罐500抽真空，而真空罐500通过连接管路与排气口130连接，真空罐500对粉尘收集器100进行抽真空，以实现吸收制动器产生的粉尘。

其中对于真空泵400和真空罐500的数量可根据实际而定，本实施例的真空泵400和真空罐500分别设置有两个，两个真空罐500分别与前/后轮的粉尘收集器100连接，而真空泵400就与真空罐500一一对应连接，真空泵400单独对真空罐500进行抽真空。

本实施例在真空罐500与真空泵400之间设有单向阀600，提高真空罐500保压的稳定性，真空罐500设有用于检测内部真空度的真空度传感器510。

本实施例在排气口130与真空罐500之间设置有电磁阀700，通过控制电磁阀700的开启或关闭，来实现控制粉尘收集器100的启停，同时还可通过控制电磁阀700的开度来控制粉尘收集器100的吸附力，适配制动器的不同工况。

本实施例由四个电磁阀700分别控制每个粉尘收集器100，每个粉尘收集器100内都装有电容接近传感器170，这样能够降低单点失效对粉尘吸收效率的影响，最大程度地减少制动粉尘向空气中排放。

在其他一些实施例中，可减少一个真空泵400和真空罐500，将真空罐500的体积做大，并将电磁阀700减少至两个，同样可以实现分别控制前/后轮，这样成本会较低，但是整个***的潜力会较小。

在另外一些实施例中，可将真空泵400、电磁阀700、传感器、粉尘收集器100等集成到一起，做成一个小型的吸尘器，这样同样可以达成目的，但是集成的吸尘器，体积较大，不利于安装于车轮内部，尤其是前轮。

如图4所示，本实施例还包括有控制器，在装配使用时，控制器同时与制动器、仪表、电容接近传感器170、真空度传感器510、车辆、真空泵400、电磁阀700信号连接，控制器接收车速信号、制动压力信号、真空度信号、电容接近传感器170信号，根据车速信号和制动压力信号控制电磁阀700的开启或关闭；根据真空度信号，控制真空泵400的开启或关闭；根据电容接近传感器170信号，判断粉尘收集器100内的粉尘量，向仪表发送报警信号，通知用户到指定地点维护。

本实施例还提供一种减少制动粉尘排放的控制方法，如图4所示，具体控制方法如下：

真空度的建立：

汽车上电后，真空泵400开始工作，在***中建立起真空度，并将真空能量储存在真空罐500内，当控制器检测到安装在真空罐500上的真空度传感器510反馈的真空度值达到关闭压力时，例如70kPa，可根据实际需求进行标定，真空泵400关闭；当控制器检测到真空罐500内的真空度值低于开启门限时，例如30kPa，可根据实际需求进行标定，真空泵400开启，直至真空罐500内的真空度值到达关闭门限，关闭真空泵400。

制动粉尘吸收：

控制器接收车速信号及制动压力信号，当车速等于0或制动压力等于0时，汽车不会产生制动粉尘，无需进行粉尘吸收；当车速大于0且制动压力大于0时，控制器发出开启指令，电磁阀700开启，开始吸收制动器产生的粉尘；当车速再次为0时，电磁阀700关闭。

本实施例可根据实时的车速和制动压力的大小，计算出电磁阀700的开度，当车速比较大时，所需的制动压力也会增大，此时的电磁阀700的开度增大，而当车速比较小时，所需的制动压力也会减小，此时的电磁阀700的开度减小；当需要紧急制动时，所需的制动压力会增大，此时的电磁阀700的开度增大。

根据摩擦片磨损试验可知，在车速较高时和制动盘温度较高时，NAO摩擦材料的磨损量较大，因此，可以做一个判断逻辑，当车速小于50km/h，电磁阀开50%；当车速大于50km/h，小于100km/h，电磁阀开80%；当车速大于100km/h，电磁阀700开100%，也可以设置其他比例，需要根据摩擦片的特性调整。制动盘温度估算：T=0.5×m_车×（（v₁/3.6）²-（v₂/3.6）²）×K×0.5/（m_盘×C），其中T——制动盘温度℃；m车——车辆设计载重（kg）（最常用情况）；V1——初速度（km/h）；V2——末速度（km/h）；K——前/后制动分配系数，分别判断前轴或后轴温度；m盘——制动盘摩擦环质量（kg）；C——制动盘材料比热容（J/kg/℃）；温度模型适用于连续制动工况时作为辅助判断电磁阀开度的依据，根据单次制动盘温升和连续制动次数，再考虑一下散热系数（例如10%），估算出当前制动盘的温度，当估算出制动盘温度大于300℃时，可以直接将电磁阀700开至100%。制动压力与磨损量关联比较小，仅用于判断是否执行开启粉尘吸收。

当车速大于0，制动压力等于0时，电磁阀700延时关闭，延时时间可以根据需求调整，这样可以更充分的吸收制动器产生的粉尘，对于电磁阀700延时关闭的时间，根据车速的大小而定，当车速较大时，延时时间会增大，而当车速较小时，延时时间会减小。

电磁阀700延时关闭时间：t=（2×π×3.6×R×10）/v，其中R——车轮滚动半径；v——车速（km/h）。

粉尘收集和含量判断：

在***真空度的作用下，粉尘收集器100的吸嘴160处能够产生强大的吸力，混合粉尘的空气在吸力的作用下，经过单向进气阀150，进入到粉尘收集器100中，并且在高密度的滤芯140的作用下，粉尘被保留在粉尘收集腔111中，逐渐形成尘降，当收集到的粉尘量到达电容接近传感器170报警高度时，电容接近传感器170向控制器发出报警信号，控制器通过仪表发出报警，通知用户到指定的地点进行维护。

本发明的控制方法能够最大可能的将汽车制动时，刹车片产生的粉尘收集起来，改善空气质量，并能够根据汽车的行驶状态，对“何时开始吸收制动粉尘”、“需要吸收的量”进行精准的判断，当粉尘填充满粉尘收集器100时，可以向仪表发出信号，通知驾驶员到店进行保养，使粉尘的处置受控，避免二次排入到大气中。

本实施例还提供一种车辆，该车辆采用上述的制动粉尘收集装置。具体地，车辆可以为私家车，例如轿车、SUV、MPV或皮卡等。车辆也可以为运营车，例如面包车、公交车、小型货车或大型拖挂车等。车辆可以为油车也可以为新能源车。当车辆为新能源车时，其可以为混动车，也可以为纯电车。

本发明不仅能够根据整车的设计方案产生的前、后轴荷的差异对前、后轮的粉尘收集工作进行独立控制，还可以根据车上的转角传感器、横摆角传感器等信号，独立控制左、右侧粉尘收集器100的工作能力，实现节能的效果。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种制动粉尘收集装置，其特征在于，包括：

粉尘收集器，设有至少一个，所述粉尘收集器设有进气口、排气口、内腔室和设于所述内腔室内的滤芯，所述滤芯将所述内腔室分隔为粉尘收集腔和排气腔，所述粉尘收集腔与所述进气口连通，所述排气腔与所述排气口连通，所述进气口设有单向进气阀；

真空源，与所述排气口连接。

2.根据权利要求1所述的制动粉尘收集装置，其特征在于：

所述单向进气阀包括固定于所述进气口的内侧的固定架、活动设于所述进气口的内侧的阀芯、作用于所述固定架与所述阀芯的内侧的弹性件，所述弹性件用于使所述阀芯封堵所述进气口。

3.根据权利要求1所述的制动粉尘收集装置，其特征在于：

所述进气口设有吸嘴，所述吸嘴的一端设有与所述进气口套接的套接头，所述吸嘴的另一端的设有孔径沿远离所述粉尘收集腔方向逐渐增大的喇叭头。

4.根据权利要求1所述的制动粉尘收集装置，其特征在于：

所述粉尘收集器包括相互可拆的两个壳体，所述排气口和所述滤芯设于其中一个所述壳体，所述进气口设于另外一个所述壳体。

5.根据权利要求1所述的制动粉尘收集装置，其特征在于：

所述粉尘收集腔设有粉尘检测组件，所述粉尘检测组件用于检测所述粉尘收集腔内的粉尘量。

6.根据权利要求1所述的制动粉尘收集装置，其特征在于：

所述真空源包括至少一个真空泵和至少一个真空罐，所述真空泵与所述真空罐连接，所述真空罐与所述排气口连接，所述排气口连接有电磁阀，在所述真空罐与所述真空泵之间设有单向阀。

7.一种适用于如权利要求1至6任一项所述制动粉尘收集装置的控制方法，其特征在于：

所述控制方法包括：

根据车速和制动压力控制所述真空源对至少一个所述粉尘收集器抽真空。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

所述根据车速和制动压力控制所述真空源对至少一个所述粉尘收集器抽真空，包括：

当车速大于0且制动压力大于0时，控制所述真空源启动；

当车速大于0，制动压力等于0时，所述真空源延时关闭。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

所述真空源包括至少一个真空泵和至少一个真空罐，所述真空泵与所述真空罐连接，所述排气口通过电磁阀与所述真空罐；

所述控制方法还包括：

当检测所述真空罐的真空度值达到第一预设值时，控制所述真空泵关闭；

当检测所述真空罐的真空度值低于第二预设值时，控制所述真空泵启动；

所述根据车速和制动压力控制所述真空源对至少一个所述粉尘收集器抽真空还包括：

通过所述电磁阀来单独控制所述粉尘收集器抽真空。

10.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1至6任一项所述制动粉尘收集装置。