本发明涉及具有减小制动衬片磨损的可调凹痕图案的盘制动器摩擦面。一种制动盘，通过设置制动盘摩擦表面凹痕图案而降低制动衬片径向锥状磨损。例如，凹痕图案为径向偏斜的槽或线性布置的交叉钻孔组的形式，以平衡制动衬片磨损的结构形成图案，从而以对于给定类型的制动钳和制动衬片材料具体调节的方式降低了制动衬片径向锥状磨损，其中在实质上对制动衬片寿命无影响的情况下实现了制动衬片径向锥状磨损的降低。
1.一种用于机动车辆的盘式制动系统的制动盘，所述盘式制动系统包括制动钳、内制动衬片和外制动衬片，所述制动盘包括：内侧制动盘侧壁，其具有内径向内缘和相对地布置的内径向外缘，所述内径向内缘和内径向外缘相互间隔开内制动盘径向高度，内摩擦表面位于所述内侧制动盘侧壁；以及外侧制动盘侧壁，其具有外径向内缘和相对地布置的外径向外缘，所述外径向内缘和外径向外缘相互间隔开外制动盘径向高度，外摩擦表面位于所述外侧制动盘侧壁；
其中所述外摩擦表面具有形成在其中的多个外制动盘摩擦表面凹痕图案，所述外制动盘摩擦表面凹痕图案绕着所述外摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述外径向内缘处，每个所述外制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的半径定向为处于预定的外扫掠角，并且平行于所述半径延伸预定外径向高度，该预定外径向高度小于所述外制动盘径向高度，使得所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案降低了所述盘式制动系统的所述外制动衬片的径向锥状磨损。
2.如权利要求1所述的制动盘，其中所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个槽。
3.如权利要求2所述的制动盘，其中所述多个槽布置为绕着所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个槽群，其中每个所述槽群都包括多个槽，其每个槽都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度。
4.如权利要求1所述的制动盘，其中所述多个制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个交叉钻孔组，每个所述交叉钻孔组都包括多个交叉钻孔。
5.如权利要求4所述的制动盘，其中所述多个交叉钻孔组布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个孔组群，其中每个所述孔组群都包括多个交叉钻孔组，其每个交叉钻孔组都具有渐近选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度。
所述内摩擦表面具有形成在其中的多个内制动盘摩擦表面凹痕图案，所述内制动盘摩擦表面凹痕图案绕着所述内摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述内径向内缘处，每个所述内制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的内半径定向为处于预定内扫掠角，并且平行于所述内半径延伸预定的内径向高度，该预定的内径向高度小于所述内制动盘径向高度，使得所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案降低了所述盘式制动系统的所述内制动衬片的径向锥状磨损。
7.如权利要求6所述的制动盘，其中所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个外槽，并且其中所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个内槽。
所述多个外槽布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个外槽群，其中每个所述外槽群都包括多个外槽，其每个外槽都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；并且所述多个内槽布置为绕所述内摩擦表面周向地周期性重复的多个内槽群，其中每个所述内槽群都包括多个内槽，其每个内槽都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度。
9.如权利要求6所述的制动盘，其中所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个外交叉钻孔组；并且其中所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个内交叉钻孔组。
所述多个外交叉钻孔组布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个外交叉钻孔组群，其中每个所述外交叉钻孔组群都包括多个外交叉钻孔组，其每个外交叉钻孔组都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；并且所述多个内交叉钻孔组布置为绕所述内摩擦表面周向地周期性重复的多个内交叉钻孔组群，其中每个所述内交叉钻孔组群都包括多个内交叉钻孔组，其每个内交叉钻孔组都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度。
所述内摩擦表面具有形成在其中的多个内制动盘摩擦表面凹痕图案，所述内制动盘摩擦表面凹痕图案绕着所述内摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述内径向外缘处，每个所述内制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的内半径定向为处于预定内扫掠角，并且平行于所述内半径延伸小于所述内制动盘径向高度的预定内径向高度，使得所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案降低了所述盘式制动系统的所述内制动衬片的径向锥状磨损。
12.如权利要求11所述的制动盘，其中所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个外槽；并且其中所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个内槽。
所述多个外槽布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个外槽群，其中每个所述外槽群都包括多个外槽，其每个外槽都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；并且所述多个内槽布置为绕所述内摩擦表面周向地周期性重复的多个内槽群，其中每个所述内槽群都包括多个内槽，其每个内槽都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度。
14.如权利要求11所述的制动盘，其中所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个外交叉钻孔组；并且其中所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案包括多个内交叉钻孔组。
所述多个外交叉钻孔组布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个外交叉钻孔组群，其中每个所述外交叉钻孔组群都包括多个外交叉钻孔组，其每个外交叉钻孔组都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；并且所述多个内交叉钻孔组布置为绕所述内摩擦表面周向地周期性重复的多个内交叉钻孔组群，其中每个所述内交叉钻孔组群都包括多个内交叉钻孔组，其每个内交叉钻孔组都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度。
外侧制动盘侧壁，其布置成面向所述外制动衬片，所述外侧制动盘侧壁具有外径向内缘和相对地布置的外径向外缘，所述外径向内缘和外径向外缘相互间隔开外制动盘径向高度，外摩擦表面位于所述外侧制动盘侧壁；
多个外制动盘摩擦表面凹痕图案，它们绕着所述外摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述外径向内缘，每个所述外制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的半径定向为处于预定外扫掠角，并且平行于所述半径延伸预定凹痕径向高度，该预定凹痕径向高度小于所述外制动盘径向高度；和内侧制动盘侧壁，其布置成面向所述内制动衬片，所述内侧制动盘侧壁具有内径向内缘和相对地布置的内径向外缘，所述内径向内缘和内径向外缘相互间隔开内制动盘径向高度，内摩擦表面位于所述内侧制动盘侧壁；
其中所述预定凹痕径向高度使得所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案降低了所述盘式制动系统的所述外制动衬片的径向锥状磨损。
所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个外制动盘表面凹痕图案群，其中每个所述外制动盘表面凹痕图案群都包括多个外制动盘表面凹痕图案，其每个外制动盘表面凹痕图案都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；并且所述外扫掠角在0度与大致70度之间，其中如果所述外扫掠角大于0度，那么当所述机动车辆沿着前进方向移动时，所述外制动盘摩擦表面凹痕图案的径向最内侧部分相对于所述制动盘的旋转方向在前。
多个内制动盘摩擦表面凹痕图案，它们绕着所述内摩擦表面周向地布置并且基本开始于所述内径向外缘处，每个所述内制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的半径定向为处于预定内扫掠角，并且平行于所述半径延伸预定凹痕径向高度，该预定凹痕径向高度小于所述内制动盘径向高度；
其中所述预定凹痕径向高度使得所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案降低了所述盘式制动系统的所述内制动衬片的径向锥状磨损。
所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个外制动盘表面凹痕图案群，其中每个所述外制动盘表面凹痕图案群都包括多个外制动盘表面凹痕图案，其每个外制动盘表面凹痕图案都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；
所述外扫掠角在0度与大致70度之间，其中如果所述外扫掠角大于0度，那么当所述机动车辆沿着前进方向移动时，所述外制动盘摩擦表面凹痕图案的径向最内侧部分相对于所述制动盘的旋转方向在前；
所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案布置为绕所述内摩擦表面周向地周期性重复的多个内制动盘表面凹痕图案群，其中每个所述内制动盘表面凹痕图案群都包括多个内制动盘表面凹痕图案，其每个内制动盘表面凹痕图案都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；并且所述内扫掠角在0度与大致70度之间，其中如果所述内扫掠角大于0度，那么当所述机动车辆沿着前进方向移动时，所述内制动盘摩擦表面凹痕图案的径向最内侧部分相对于所述制动盘的旋转方向在前。
内侧制动盘侧壁，其布置成面向所述内制动衬片，所述内侧制动盘侧壁具有内径向内缘和相对地布置的内径向外缘，所述内径向内缘和内径向外缘相互间隔开内制动盘径向高度，内摩擦表面位于所述内侧制动盘侧壁；
多个内制动盘摩擦表面凹痕图案，它们绕着所述内摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述内径向内缘处，每个所述内制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的内半径定向为处于预定内扫掠角，并且平行于所述内半径延伸预定内凹痕径向高度，该预定内凹痕径向高度小于所述内制动盘径向高度；
外侧制动盘侧壁，其布置成面向所述外制动衬片，所述外侧制动盘侧壁具有外径向内缘和相对地布置的外径向外缘，所述外径向内缘和外径向外缘相互间隔开外制动盘径向高度，外摩擦表面位于所述外侧制动盘侧壁；以及多个外制动盘摩擦表面凹痕图案，它们绕着所述外摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述外径向内缘，每个所述外制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的外半径定向为处于预定外扫掠角，并且平行于所述外半径延伸预定外凹痕径向高度，该预定外凹痕径向高度小于所述外制动盘径向高度；
其中所述预定内凹痕径向高度使得所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案降低了所述盘式制动系统的所述内制动衬片的径向锥状磨损；并且其中所述预定外凹痕径向高度使得所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案降低了所述盘式制动系统的所述外制动衬片的径向锥状磨损。
所述多个外制动盘表面凹痕图案布置为绕所述外摩擦表面周向地周期性重复的多个外制动盘表面凹痕图案群，其中每个所述外制动盘表面凹痕图案群都包括多个外制动盘表面凹痕图案，其每个外制动盘表面凹痕图案都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；
所述外扫掠角在0度与大致70度之间，其中如果所述外扫掠角大于0度，那么当所述机动车辆沿着前进方向移动时，所述外制动盘摩擦表面凹痕图案的径向最内侧部分相对于所述制动盘的旋转方向在前；
所述多个内制动盘表面凹痕图案布置为绕所述内摩擦表面周向地周期性重复的多个内制动盘表面凹痕图案群，其中每个所述内制动盘表面凹痕图案群都包括多个内制动盘表面凹痕图案，其每个内制动盘表面凹痕图案都具有渐进选择的非统一径向高度，包括最短径向高度至渐近最长径向高度、然后渐近至最短径向高度；并且所述内扫掠角在0度与大致70度之间，其中如果所述内扫掠角大于0度，那么当所述机动车辆沿着前进方向移动时，所述内制动盘摩擦表面凹痕图案的径向最内侧部分相对于所述制动盘的旋转方向在前。
22.一种用于降低盘式制动系统的制动衬片的径向锥状磨损的方法，包括如下步骤：确定所述盘式制动系统的外制动衬片的径向锥状磨损廓线；
提供具有内制动盘侧壁的内摩擦表面和外制动盘侧壁的外摩擦表面的制动盘；以及在所述外摩擦表面中形成多个外制动盘摩擦表面凹痕图案，所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案绕着所述外摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述外制动盘侧壁的外径向内缘，每个所述外制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的外半径定向为处于预定外扫掠角，并且平行于所述外半径延伸预定外径向高度，该预定外径向高度小于外制动盘径向高度，使得所述多个外制动盘摩擦表面凹痕图案响应于所述径向锥状磨损廓线降低了所述盘式制动系统的所述外制动衬片的径向锥状磨损。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述确定步骤包括：
响应于所述外制动衬片的锥状磨损图案的所述确定高度而确定所述外制动盘表面凹痕图案的径向高度；
响应于所述外制动衬片的所述锥状磨损图案确定所述外制动盘摩擦表面凹痕图案的外扫掠角；以及确定所述外制动盘摩擦表面凹痕图案的分布；
其中所述确定步骤使得提供所述外制动衬片的最接近等效磨损力矩。
确定所述盘式制动系统的内制动衬片的径向锥状磨损廓线；以及
在所述内摩擦表面中形成多个内制动盘摩擦表面凹痕图案，所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案绕着所述内摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述内制动盘侧壁的内径向内缘，每个所述内制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的内半径定向为处于预定内扫掠角，并且平行于所述内半径延伸预定内径向高度，该预定内径向高度小于内制动盘径向高度，使得所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案响应于所述径向锥状磨损廓线降低了所述盘式制动系统的所述内制动衬片的径向锥状磨损。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述确定步骤包括：
响应于所述内制动衬片的锥状磨损图案的所述确定高度而确定所述内制动盘表面凹痕图案的径向高度；
响应于所述内制动衬片的所述锥状磨损图案确定所述内制动盘摩擦表面凹痕图案的内扫掠角；以及确定所述内制动盘摩擦表面凹痕图案的分布；
其中所述确定步骤使得提供所述内制动衬片的最接近等效磨损力矩。
确定所述盘式制动系统的内制动衬片的径向锥状磨损廓线；以及
在所述内摩擦表面中形成多个内制动盘摩擦表面凹痕图案，所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案绕着所述内摩擦表面周向地布置，并且基本开始于所述内制动盘侧壁的内径向外缘，每个所述内制动盘表面凹痕图案都相对于所述制动盘的内半径定向为处于预定内扫掠角，并且平行于所述内半径延伸预定内径向高度，该预定内径向高度小于内制动盘径向高度，使得所述多个内制动盘摩擦表面凹痕图案响应于所述径向锥状磨损廓线降低了所述盘式制动系统的所述内制动衬片的径向锥状磨损。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述确定步骤包括：
响应于所述内制动衬片的锥状磨损图案的所述确定高度而确定所述内制动盘表面凹痕图案的径向高度；
响应于所述内制动衬片的所述锥状磨损图案确定所述内制动盘摩擦表面凹痕图案的内扫掠角；以及确定所述内制动盘摩擦表面凹痕图案的分布；
其中所述确定步骤使得提供所述内制动衬片的最接近等效磨损力矩。
具有减小制动衬片磨损的可调凹痕图案的盘制动器摩擦面
技术领域
[0001] 本发明总地涉及车辆盘式制动系统，尤其涉及该系统的制动盘摩擦表面。更特别地，本发明涉及制动盘摩擦表面内的凹痕图案，该凹痕图案可调节以产生均匀的制动衬片磨损，并同时改善制动系统的制动感。
背景技术
[0002] 机动车辆盘式制动系统在每个车轮处利用制动盘和相对的一组可有选择移动的制动衬片，所述制动盘连接在机动车辆可旋转轴的轴毂上，所述制动衬片连接在非旋转的制动钳上，其中所述非旋转制动钳支持一组制动衬片。所述制动盘包括相对的制动衬片接合表面或制动盘侧壁(rotor cheek)，其中当要发生制动时，制动系统使制动钳将制动衬片挤压在制动盘侧壁的相应制动衬片接合表面上。旋转的制动盘侧壁与非旋转的制动衬片相互之间的摩擦作用使机动车辆发生制动，制动速率依赖于制动衬片相对于制动盘侧壁的压力。
[0003] 在汽车领域中，现代液压制动系统通常包括操作员或驾驶员接口，例如制动踏板。当驾驶员向该踏板施力时，该力通过控制臂和其它相关装置传递到主缸。该主缸接收机械力作为输入，并产生形式为增压制动流体的液压压力作为输出。该压力借助于增压制动流体被传送通过机动车辆的管路和阀，以与位于机动车辆的各车轮附近的各制动角交互作用。
[0004] 图1A示意性地示出了本领域已知的制动角10，其构造为用于浮式制动钳(即，在制动钳一侧的活塞)。制动管路12将液压制动流体输送入制动角10。这允许通过液压制动流体的增压从主缸(未示出)施加力，从而形成制动钳20的液压作用部件的液压控制方式。液压制动流体进入制动钳致动缸(caliper actuator cylinder)22，并与制动钳致动活塞24接触。制动钳的内侧20a在浮式制动钳结构中而液压地起作用，而制动钳的外侧20b液压地不起作用。制动衬片32a、32b分别附在制动钳20的每侧上，使得当制动管路12中供给制动角10的液压制动流体被增压时，制动钳20使制动衬片挤压在制动盘30的制动盘摩擦表面(即，制动盘侧壁)30a上，从而引起车辆的制动。各制动盘侧壁30a位于相应的制动盘板34a、34b上，相互间通过翼片36分开。
[0005] 图1B示意性地示出了本领域已知的制动角10’，其构造为用于固定式制动钳(即，在制动钳每一侧的活塞)。在这种情况下，制动钳20’的每一侧都液压地起作用，并含有制动钳致动缸22a、22b，该制动钳致动缸又含有制动钳致动活塞24a、24b。制动衬片32a’、32b’分别附在制动钳20’的两侧，使得当液压制动流体在主缸中被增压时，压力通过液压制动流体传递到制动钳致动活塞24a、24b，使得制动钳20’使制动衬片接合而挤压在制动盘
30’的侧壁30a’上，引起车辆的制动。各制动盘侧壁30a’位于相应的制动盘板34a’、34b’上，相互间通过翼片36’分开。
[0006] 过去，人与制动系统的接口工程学是一种主观行为。随着D.G.Ebert和R.A.Kaatz(1994)在SAE技术论文940331“ObjectiveCharacterization of Vehicle Brake Feel”中报告的制动感指数(Brake FeelIndex，BFI)的出现，研发了一种使客观工程参数与这些主观估计相关联的方法。就BFI而论，将例如踏板施加力、踏板行程和踏板预载等方面与跟特定类型的所需响应相关联的所需目标值比较，并以较低的指示值反映与这些目标值的偏差。在盘式制动系统中，不期望的制动踏板感的一个主要原因在于制动衬片的径向锥状磨损(taper wear)。
[0007] 制动衬片(或制动衬面)径向锥状磨损随着制动的应用而扩展，其中，锥角往往随着更大的侵入、更高能量的制动使用条件而增加。制动衬片径向锥状磨损由制动钳壳体在液压压力下的弯曲产生，使得因在摩擦表面上的滑动速度差以及制动角部件在制动和/或热载荷下的变形(包括关节邻接变形和制动盘锥旋)引起在摩擦表面上的径向压力梯度。浮式制动钳应用往往在外侧产生其大部分的径向锥状磨损，而定式制动钳应用往往从内侧到外侧产生更加统一的径向锥状磨损，其中定式制动钳应用中的径向锥状磨损通常没有浮式制动钳应用的外侧上的磨损那么明显。
[0008] 径向锥状磨损对驾驶员的主要影响为制动扭矩变化，其可被感觉为制动脉动，尤其是在高能量应用场合中。径向锥状磨损对制动感产生的其它结果包括，但不限于，高能量制动应用中需要的过量踏板行程和过量踏板力。通过优化衬片形状，即使用扇形衬片，能够部分地减轻促进径向锥状磨损的作用效果。但是，在许多应用中，通过衬片形状是无法完全阻止径向锥状磨损的。
[0009] 本领域中还已知这样的惯例，通过在制动盘表面内切槽，或通过以特定结构进行钻孔(即，交叉钻孔)形成孔图案来机械地修整制动盘表面。这些修整用于增大制动盘与制动衬片的摩擦表面之间的摩擦，以增强摩擦表面的散热，以便延长制动衬片材料的寿命，或便于清除随时间而积累在制动摩擦表面间的碎屑。在头部设置槽的另一应用是减少制动期间的振动，其中所述槽用于提供一种通过其来平衡制动衬片上的应力同时不削弱其摩擦系数的装置。
[0010] 因此，本领域所需的是一种增强盘式制动系统的摩擦表面的表面特性的装置，以通过使制动衬片表面磨损平衡或平整来减少制动衬片表面的径向锥状磨损行为。
发明内容
[0011] 本发明增强了盘式制动系统的制动盘的制动衬片摩擦表面的表面磨损特性，以减少制动衬片(或制动衬面)摩擦表面的径向锥状磨损。另外，本发明提供了一种调节手段，将这些增强表面磨损特性调节成与用在制动系统中的制动钳类型相匹配。
[0012] 本发明通过提供制动盘摩擦表面凹痕图案来平衡制动衬片径向锥状磨损(即，使其均匀)，该图案为例如以平衡制动衬片磨损的结构形成图案的、径向偏斜的槽或线性布置的交叉钻孔组的形式，从而以对于给定类型的制动钳和制动衬片材料而言特定的调节方式来减少制动衬片径向锥状磨损。
[0013] 本发明对车辆驾驶员的益处在于以更低的踏板力和踏板行程的形式改善了在高能量行驶条件下的制动感。在某些应用中，本发明还减少了与高能量行驶条件相关联的特有制动扭矩变化或制动踏板脉动。相对于本领域当前状态，这可以在实质上不损害制动衬片寿命的情况下来实现，而如上所述，本领域当前状态包括在制动盘两侧上进行交叉钻孔或开槽，由于除了控制径向锥状磨损之外的原因，扩展到制动盘侧壁的大部分扫掠摩擦区域，因此导致显著减少制动衬片的寿命。
[0014] 如图1A和图1B中所示，不同类型的制动钳在制动衬片的摩擦表面上施加不同的力。如本发明背景技术中所述，这些力对于不同制动钳产生了不同的磨损特性。本发明采用制动盘摩擦表面凹痕图案来增加受制动钳应用影响较少的区域中的制动衬片磨损。实际上，在这些区域中的该增加磨损使得在制动衬片表面区域中产生的磨损等于受制动钳操作强烈影响的区域中产生的磨损，基于制动盘摩擦表面的开槽或交叉钻孔趋于增大其上的制动衬片表面磨损的这一认识，这又促进在制动衬片表面中更加均匀的径向磨损。
[0015] 在本发明用在浮式制动钳应用(即，图1A)的优选实施例中，根据本发明的制动盘摩擦表面凹痕图案形成于制动盘外摩擦表面中。另外，如果浮式制动钳在面对内制动衬片的摩擦表面上产生明显的径向锥状磨损(即，该径向锥状磨损是不可忽略的)，则制动盘摩擦表面凹痕图案还可添加到制动盘内摩擦表面上；否则，如果面对内制动衬片的摩擦表面上的径向锥状磨损不明显(即，该径向锥状磨损是可忽略的)，则在内摩擦表面上不需设置制动盘表面凹痕图案。
[0016] 首先就外摩擦表面而言，制动盘摩擦表面凹痕图案优选为在外侧制动盘侧壁的制动盘外摩擦表面中形成的开槽或交叉钻孔图案的形式，优选地起源于制动盘侧壁的径向内缘附近，大致在扫掠摩擦表面之外，并沿朝着制动盘外缘的径向方向延伸。这些凹痕图案只部分地覆盖扫掠摩擦表面。槽或交叉钻孔组的径向长度以及槽或交叉钻孔组的分布(即，数量、间隔和位置)被调节(即，调整)成适应所应用的制动钳和制动衬片材料的需求。槽或线性布置的交叉钻孔组可相对于制动盘径向方向以如下方式定向成处于扫掠角，使得槽或孔组与制动衬片之间的相互作用力沿着有减轻径向锥状磨损的趋势的方向对制动衬片施加力矩。
[0017] 其次就内摩擦表面而言，制动盘摩擦表面凹痕图案(如果使用了的话)优选为在内侧制动盘侧壁的制动盘内摩擦表面中形成的开槽或交叉钻孔图案的形式，优选地起源于制动盘侧壁的径向外缘附近，大致在扫掠摩擦表面之外，并沿朝着制动盘中心的径向方向延伸。这些凹痕图案只部分地覆盖扫掠摩擦表面。槽或交叉钻孔组的径向长度以及槽或交叉钻孔组的分布(即，数量、间隔和位置)被调节成适应所应用的制动钳和制动衬片材料的需求。槽或线性布置的交叉钻孔组可相对于制动盘径向方向以如下方式被设置处于扫掠角，使得槽或交叉钻孔组与制动衬片之间的相互作用力沿着有减轻径向锥状磨损的趋势的方向对制动衬片施加力矩。
[0018] 在本发明用于定式制动钳应用(即，图1B)的优选实施例中，制动盘摩擦表面凹痕图案分别形成于内、外制动盘侧壁的制动盘内、外摩擦表面中。
[0019] 制动盘摩擦表面凹痕图案优选为在内、外侧制动盘侧壁的内、外摩擦表面中形成的开槽或交叉钻孔图案的形式，优选地起源于制动盘的径向内缘的内侧附近，大致在扫掠摩擦表面之外，并沿朝着制动盘径向外缘的径向方向部分地(而不是全部地)在扫掠摩擦表面上延伸。槽或交叉钻孔组的径向长度以及槽或交叉钻孔组的分布(即，数量、间隔和位置)被调节成适应所应用的制动钳和制动衬片材料的需求。槽或线性布置的交叉钻孔组可相对于制动盘径向方向以如下方式设置处于扫掠角，使得槽或交叉钻孔组与制动衬片之间的相互作用力沿着有减轻径向锥状磨损的趋势的方向对衬片施加力矩。
[0020] 制动盘表面凹痕图案的径向长度可相等或不同，其中如果不同，那么制动盘凹痕图案的优选布置为绕着制动盘侧壁以连续重复群的形式周向地布置，各群的各制动盘表面凹痕图案的径向高度以如下方式渐进地不同，即，每群以最短径向高度开始，至渐进较长的径向高度至最长的径向高度，然后至渐进较短的径向高度至最短的径向高度。
[0021] 就扫掠角而言，其为相对于制动盘半径的角度，通常优选在0度与约70度之间，其中在扫掠角大于零度的情况下，当机动车辆沿着前进方向移动时，凹痕图案的径向最内侧部分相对于制动盘的旋转方向在前。
[0022] 因此，本发明的目的是在盘式制动系统的制动盘侧壁中设置制动盘摩擦表面凹痕图案，以改善制动衬片摩擦表面的径向锥状磨损行为，其中这些凹痕图案调节成满足不同应用的不同性能需求，以减轻与特定制动钳应用相关的径向锥状磨损特性。
[0023] 从下面优选实施例的描述，可更加清楚本发明的这些及其它目的、特征和优点。
附图说明
[0024] 图1A是采用浮式制动钳结构的现有技术盘式制动系统的截面图；
[0025] 图1B是使用定式制动钳结构的现有技术盘式制动系统的截面图；
[0026] 图2A为构造用于浮式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内侧的平面图，该内侧如果需要减少径向锥状磨损，则具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向外缘附近的具有统一长度的槽的形式；
[0027] 图2B为沿着图2A中线2B-2B观看的截面图，示出了槽的截面；
[0028] 图2C为用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的内侧的平面图，其中径向锥状磨损不是问题，因此未设置制动盘摩擦凹痕图案；
[0029] 图2D为与图2A和图2C的制动盘一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向内缘附近的具有统一长度的槽的形式；图2D也为用于定式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为具有统一长度的槽的形式；
[0030] 图3A为构造用于浮式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内侧的平面图，该内侧如果需要减少径向锥状磨损，则具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向外缘附近的具有统一长度的交叉钻孔组的形式，；
[0031] 图3B为沿着图3A中线3B-3B观看的截面图，示出了交叉钻孔的截面；
[0032] 图3C为用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的内侧的平面图，其中径向锥状磨损不是问题，因此未设置制动盘摩擦凹痕图案；
[0033] 图3D为与图3A和图3C的制动盘一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向内缘附近的具有统一长度的交叉钻孔组的形式；图3D也为构造用于为定式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为具有统一长度的交叉钻孔组的形式；
[0034] 图4A为构造用于浮式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内侧的平面图，该内侧如果需要减少径向锥状磨损，则具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向外缘附近的具有非统一长度的槽的形式；
[0035] 图4B为用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的内侧的平面图，其中径向锥状磨损不是问题，因此未设置制动盘摩擦凹痕图案；
[0036] 图4C为与图4A和图4B一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向内缘附近的具有非统一长度的槽的形式；图4C也为构造用于定式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为具有非统一长度的槽的形式；
[0037] 图5A为构造用于浮式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内侧的平面图，该内侧如果需要减少径向锥状磨损，则具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向外缘附近的具有非统一长度的交叉钻孔组的形式；
[0038] 图5B为用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的内侧的平面图，其中径向锥状磨损不是问题，因此未设置制动盘摩擦凹痕图案；
[0039] 图5C为与图5A和图5B的制动盘一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘的外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为起源于制动盘径向内缘附近的具有非统一长度的交叉钻孔组的形式；图5C也为构造用于定式制动钳应用的根据本发明的改进制动盘的内外侧的平面图，具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案为具有非统一长度的交叉钻孔组的形式；
[0040] 图6A为在现有技术制动盘情况下制动衬片的偏向磨损廓线(bias wear profile)的示意图；
[0041] 图6B为在根据本发明的改进制动盘情况下制动衬片的偏向磨损廓线的示意图；
[0042] 图7A为根据本发明的制动衬片平均边缘位置的示意图；
[0043] 图7B为示出制动衬片径向压力分布偏向的示意图；
[0044] 图8为用于制动钳磨损力矩和用于槽加上槽扫掠角磨损力矩的磨损力矩-槽长度的曲线图，其中所述槽具有0度和45度的扫掠角；和图9描述了用于实施最优化制动盘表面凹痕图案的方法的算法260。
具体实施方式
[0045] 现在参考附图，图2A至图5C示出了根据本发明的盘式制动系统的例子，所述盘式制动系统包括具有制动盘摩擦表面凹痕图案的制动盘，所述制动盘摩擦表面凹痕图案被调节成适应制动衬片材料和制动钳构造的选择，以促进制动衬片的均匀磨损，且由此减少制动衬片的径向锥状磨损，从而改善与径向锥状磨损相关联的制动感结果。下面对优选实施例的描述实质上仅仅是示意性的，并不意图限制本发明及其应用或使用。
[0046] 图2A示出了根据本发明的改进制动盘100的内侧100a。在用于浮式制动钳应用(其中，径向锥状磨损基本在那里)的该改进中，制动盘摩擦表面凹痕图案102为在制动盘100内侧100a的制动盘侧壁106的摩擦表面中的槽104的形式。每个槽104都具有相同的径向高度(或径向长度)L1G，设为相对于制动盘的半径R1处于扫掠角φ1。每个槽104都起源于制动盘侧壁的径向外缘108的附近(即，从其向内约6mm)，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个槽都与跟其相邻的槽隔开12度的角度间隔A1。如下面参考图6A至图
8所描述的，径向高度L1G小于制动盘摩擦表面106的径向高度H1R。旋转箭头RA1示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，槽的数量可以更多或更少，每个槽的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0047] 图2B为相同制动盘100的截面图，示出了形成在制动盘摩擦表面106中的槽104，其中所述槽具有例如0.5mm的深度D1和例如1.58mm的宽度W1，并且其中例如径向高度L1G可为25mm，其中制动盘摩擦表面径向高度H1R可为64mm。
[0048] 图2C示出了改进制动盘100’的内侧100a’，其中的径向锥状磨损较弱，使得制动盘100’内侧100a’的制动盘侧壁106”无需制动盘摩擦表面凹痕图案。箭头RA1示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。
[0049] 图2D示出了分别与图2A或图2C的内侧100a、100a’一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘100、100’的外侧100b。尽管下面的描述关于制动盘100、100’，但是应当理解，图2D还涉及用在定式制动钳应用中的制动盘的内侧和外侧。
[0050] 制动盘摩擦表面凹痕图案102’为在制动盘100、100’外侧100b的制动盘侧壁106’的摩擦表面中的槽104’的形式。每个槽104’都具有相同的长度L’1G，设为相对于制动盘的半径R’1处于扫掠角φ’1。每个槽104都起源于制动盘侧壁的径向内缘108’的附近(即，从其向内约6mm)，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个槽104’都与跟其相邻的槽隔开12度的角度间隔A’1。槽104’的长度、深度和宽度可如同上述内侧的一样，或者，如下面参考图6A至图8所描述的，其中径向高度L’1G小于制动盘摩擦表面106’的径向高度H’1R。旋转箭头RA1示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，槽的数量可以更多或更少，每个槽的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0051] 图3A示出了根据本发明的改进制动盘300的内侧300a。在用于浮式制动钳应用(其中，径向锥状磨损基本在那里)的该改进中，制动盘摩擦表面凹痕图案302为多个交叉钻孔组304的形式，所述交叉钻孔组304包括多个线性布置的单独交叉钻孔304a，这些钻孔形成在制动盘300内侧300a的制动盘侧壁306的摩擦表面中。每个交叉钻孔组304都具有相同的径向高度(或径向长度)L3G，设为相对于制动盘的半径R3处于扫掠角φ3。每个交叉钻孔组304通常都起源于从制动盘侧壁的径向外缘308向内约6mm，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个交叉钻孔组都与跟其相邻的交叉钻孔组隔开12度的角度间隔A3。如下面参考图6A至图8所描述的，径向高度L3G小于制动盘摩擦表面306的径向高度H3R。旋转箭头RA3示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，孔组的数量可以更多或更少，每个孔组的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0052] 图3B为相同制动盘300的截面图，示出了单个钻孔304a的截面，其中所述孔延伸通过制动盘板300ap，制动盘侧壁306布置在所述制动盘板300ap上，且钻孔的截面直径W3为例如3.0mm，这些孔在中心上线性地排列并且相互间间隔开10与15mm之间，其中交叉钻孔组的径向高度L3G可为25mm，其中制动盘摩擦表面径向高度H3R可为64mm。
[0053] 图3C示出了改进制动盘300’的内侧300a’，其中径向锥状磨损较弱，因此制动盘300’内侧300a’的制动盘侧壁306”无需制动盘摩擦表面凹痕图案。箭头RA3示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。
[0054] 图3D示出了分别与图3A或图3C的内侧300a、300a’一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘300、300’的外侧300b。尽管下面的描述关于制动盘300、300’，但是应当理解，图3D还涉及用在定式制动钳应用中的制动盘的内侧和外侧。
[0055] 制动盘摩擦表面凹痕图案302’为包括多个线性布置的单独交叉钻孔304a’的多个交叉钻孔组304’的形式，这些钻孔形成在制动盘300外侧300b的制动盘侧壁306’的摩擦表面中。每个交叉钻孔组304’都具有相同的径向高度(或径向长度)L’3G，设为相对于制动盘的半径R’3处于扫掠角φ’3。每个交叉钻孔组304’通常都从制动盘侧壁的径向内缘308’向内约6mm处开始，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个交叉钻孔组都与跟其相邻的交叉钻孔组隔开12度的角度间隔A’3。交叉钻孔组304’的长度、深度和宽度可如同上述内侧的一样，或者，其中如下面参考图6A至图8所描述的，径向高度L’3G小于制动盘摩擦表面306’的径向高度H’3R。旋转箭头RA3示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，孔组的数量可以更多或更少，每个孔组的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0056] 图4A示出了根据本发明的改进制动盘400的内侧400a。在用于浮式制动钳应用(其中，径向锥状磨损基本在所述内侧)的该改进中，制动盘摩擦表面凹痕图案402为六个周期性反复的槽群410a至410f的形式，每个槽群都包括绕着制动盘400内侧400a的制动盘侧壁406的摩擦表面而周向地布置并且形成在其中的槽404a至404e(标识在槽群410a处)。尽管槽的深度和宽度可为例如如上所述或者其它，但各槽群的每个槽404a至404e具有渐进的非统一(不同的)径向高度(或径向长度)L41G至L45G(标识在槽群410b处)，并设为相对于制动盘的半径R4处于扫掠角φ4。每个槽404都从制动盘侧壁的径向外缘408的附近(即，从其向内约6mm)开始，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个槽都与跟其相邻的槽隔开12度的角度间隔A4。如下面参考图6A至图8所描述的，径向高度L41G至L45G小于制动盘摩擦表面406的径向高度H4R。旋转箭头RA4示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，槽和/或槽群的数量可以更多或更少，每个槽的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0057] 图4B示出了改进制动盘400’的内侧400a’，其中径向锥状磨损较弱，因此制动盘400’内侧400a’的制动盘侧壁406”无需制动盘摩擦表面凹痕图案。箭头RA4示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。
[0058] 图4C示出了分别与图4A或图4B的内侧400a、400a’一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘400、400’的外侧400b。尽管下面的描述关于制动盘400、400’，但是应当理解，图4C还涉及用在定式制动钳应用中的制动盘的内侧和外侧。
[0059] 制动盘摩擦表面凹痕图案402’为由六个周期性反复的槽群410a’至410f’的形式，每个槽群都包括绕着制动盘400内侧400b的制动盘侧壁406’的摩擦表面而周向地布置并且形成在其中的槽404a’至404e’(标识在槽群410a’处)。尽管槽的深度和宽度可为例如如上所述或者其它，但各槽群的每个槽404a’至404e’具有渐进的非统一(不同的)径向高度(或径向长度)L’41G至L’45G(标识在槽群410b’处)，并设为相对于制动盘的半径R’4处于扫掠角φ’4。每个槽404’都在制动盘侧壁的径向内缘408’的附近(即，从其向内约6mm)开始，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个槽都与跟其相邻的槽隔开12度的角度间隔A’4。如下面参考图6A至图8所描述的，径向高度L’41G至L’45G小于制动盘摩擦表面406’的径向高度H’4R。旋转箭头RA4示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，槽和/或槽群的数量可以更多或更少，每个槽的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0060] 仅作为示例说明比较性非限制示例，扫掠角φ4、φ’4为20度，渐进的径向高度可为如下：槽L41G、L’41G为21.7mm的“短”径向高度，相邻的槽L42G、L’42G为31.7mm的“中”径向高度，相邻的槽L43G、L’43G为41.7mm的“长”径向高度，相邻的槽L44G、L’44G为31.7mm的“中”径向高度，和相邻的槽L45G、L’45G为21.7mm的“短”径向高度。
[0061] 图5A示出了根据本发明的改进制动盘500的内侧500a。在用于浮式制动钳应用(其中，径向锥状磨损基本在那里)的该改进中，制动盘摩擦表面凹痕图案502为六个周期性反复的交叉钻孔组群510a至510f的形式，每个交叉钻孔组群都包括绕着制动盘500内侧500a的制动盘侧壁506的摩擦表面而周向地布置并且形成在其中的交叉钻孔组504a至504e(标识在孔组群510a处)。尽管孔504的深度和截面直径可为例如如上所述或者其它，但各交叉钻孔组群的每个交叉钻孔组504a至504e具有渐进的非统一(不同的)径向高度(或径向长度)L51G至L55G(标识在孔组群510b处)，并设为相对于制动盘的半径R5处于扫掠角φ5。每个交叉钻孔组504通常都从制动盘侧壁的径向外缘508约6mm处开始，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个交叉钻孔组都与跟其相邻的交叉钻孔组隔开12度的角度间隔A5。如下面参考图6A至图8所描述的，径向高度L51G至L55G小于制动盘摩擦表面506的径向高度H5R。旋转箭头RA5示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，交叉钻孔组和/或交叉钻孔组群的数量可以更多或更少，每个交叉钻孔组的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0062] 图5B示出了改进的制动盘500’的内侧500a’，其中径向锥状磨损较弱，因此制动盘500’内侧500a’的制动盘侧壁506”无需制动盘摩擦表面凹痕图案。箭头RA5示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。
[0063] 图5C示出了分别与图5A或图5B的内侧500a、500a’一起用在浮式制动钳应用中的改进制动盘500、500’的外侧500b。尽管下面的描述关于制动盘500、500’，但是应当理解，图5C还涉及用在定式制动钳应用中的制动盘的内侧和外侧。
[0064] 制动盘摩擦表面凹痕图案502’为六个周期性反复的交叉钻孔组群510a’至510f’的形式，每个交叉钻孔组群都包括绕着制动盘500外侧500b的制动盘侧壁506’的摩擦表面而周向地布置并且形成在其中的交叉钻孔组504a’至504e’(标识在孔组群510a’处)。尽管孔504’的深度和截面直径可为例如如上所述或者其它，但各交叉钻孔组群的每个交叉钻孔组504a’至504e’为渐进的非统一(不同的)径向高度(或径向长度)L’51G至L’55G(标识在孔组群510b’处)，并设为相对于制动盘的半径R’5处于扫掠角φ’5。每个交叉钻孔组504’通常都从制动盘侧壁的径向内缘508’约6mm处开始，优选在扫掠摩擦表面外，并且在该示例中，每个交叉钻孔组都与跟其相邻的交叉钻孔组隔开12度的角度间隔A’5。如下面参考图6A至图8所描述的，径向高度L’51G至L’55G小于制动盘摩擦表面506’的径向高度H’5R。旋转箭头RA5示出了车辆向前移动时的制动盘旋转。前述内容为示意性的，交叉钻孔组和/或交叉钻孔组群的数量可以更多或更少，每个交叉钻孔组的扫掠角可相同或有选择地不同。
[0065] 仅作为示例说明比较性非限制示例，扫掠角φ5、φ’5为20度，渐进的径向高度可以为如下：交叉钻孔组L51G、L’51G为21.7mm的“短”径向高度，相邻的交叉钻孔组L52G、L’52G为31.7mm的“中”径向高度，相邻的交叉钻孔组L53G、L’53G为41.7mm的“长”径向高度，相邻的交叉钻孔组L54G、L’54G为31.7mm的“中”径向高度，和相邻的交叉钻孔组L55G、L’55G为21.7mm的“短”径向高度。
[0066] 下面描述制动盘摩擦表面凹痕图案如何影响径向锥状磨损。
[0067] 径向锥状磨损的机制在本领域内是公知的。大多浮式制动钳制动系统的设计包括在外制动衬片上的显著径向锥状磨损，和在内制动衬片上的程度稍轻的锥状磨损；然而，大多定式制动钳制动系统的设计包括在制动盘的内外侧上通常相等的径向锥状磨损，其中定式制动钳应用中的径向锥状磨损通常小于浮式制动钳应用中外侧的径向锥状磨损。因此，具体就浮式制动钳应用中的外侧径向锥状磨损而言，制动衬片锥状磨损中的外侧偏向大部分是由制动钳一部分的制动钳刚度显著降低而引起的，该部分关于连接器接口与制动钳致动缸-活塞缸相对。制动衬片外侧上较高的正径向锥状磨损趋于使制动钳致动器绕着车辆纵轴线旋转，从而试图与制动衬片一致。该运动将朝着径向内侧方向使活塞偏至内衬片接触，促进了在内制动衬片上的负锥状磨损。
[0068] 参考图6A至图8，将特别参考开槽示例描述制动盘摩擦表面凹痕图案的优化，并且应当理解，该描述可类似地应用于交叉钻孔。
[0069] 首先参考图6A，所示为在具有用于浮式制动钳的现有技术制动盘的盘式制动系统中，制动衬片的径向锥状磨损廓线200。廓线200反映了假定径向锥状磨损在制动衬片摩擦表面的区域上线性地发生。制动衬片的径向高度H用作径向锥状磨损分析的尺寸基准。在衬片的边缘，摩擦表面的最大磨损WT表示现有技术制动盘中将发生的最大锥状磨损。量WE，T表示径向锥状磨损廓线沿着制动衬片摩擦表面的等效磨损(类似于表示力分布的等效力)。角度θ表示与径向锥状磨损相关的磨损角度。尺寸“α”为计算值，从而确定了平均边缘位置。
[0070] 根据锥状磨损在摩擦表面区域上的线性和所示数据的假定，可计算出使径向锥状磨损产生最大降低所必需的槽径向高度LG和槽扫掠角φ，其中廓线200的参数用于计算根据本发明的开槽(或交叉钻孔)图案中的参数。
[0071] 下面参考图6B，示出了制动衬片的磨损廓线220，反映了制动衬片基于根据本发明的槽的磨损图案。磨损廓线220反映了假定制动衬片的径向锥状磨损将大体上与阶形廓线一致。由于槽而引起的摩擦表面的最大磨损为WG。由于槽而引起的摩擦表面在其边缘的磨损为WE，G。所需槽的径向高度为LG(其一半长度为LG/2)。
[0072] 假定的结果为，现有技术的径向锥状磨损廓线200和根据本发明的径向锥状磨损廓线220允许特别与根据本发明的开槽(和交叉钻孔)相关联的计算。
[0073] 根据下式，通过计算绕着制动衬片径向内缘的径向锥状磨损的磨损力矩来计算如上限定的参数“α”： 其中WE，T是径向锥状磨损廓线的等效磨损(类似于力分布的等效力)，R为制动盘的半径，θ为磨损角度，从而允许如下计算参数“α”：
其中H是锥状磨损图案的径向高度，即制动衬片的径向高度。槽的径向高度通过求出尺寸LG来计算，通过矩形槽图案磨损偏向图案获得最接近的等效磨损力矩。合成 等 式 为：
其 中 WT 和 WG 如 上 限 定。 对 该 等 式 求 解 LG 获 得 下 列 二 次 方 程：
上式只有在下式成立时
有实解：
[0074] 现在参考图7A和图7B，示出了采用制动盘槽扫掠角φ的力和力矩的效果。图7A为图示230，其示出了通过在制动盘摩擦表面的槽内使用扫掠角φ而引起的反作用力FR的矢量分解。FR为通过槽图案在制动衬片上产生的摩擦力。FR，J为力FR沿着垂直于制动盘径向边缘的方向的投影。FR，I为力FR垂直于FR，J的投影。图7B为图示240，其示出了这些力对制动衬片上的径向压力分布偏向(RPDB，radialpressure distribution bias)的影响。衬片在摩擦面与背板中心之间的厚度由T限定。
[0075] 制动盘摩擦表面的槽(或交叉钻孔组)的扫掠角φ在槽(或交叉钻孔组)与制动衬片之间产生力，有将制动衬片摩擦表面沿着径向向上的方向推的趋势。这与上述反作用力FR组合，在衬片上产生力矩M，有将衬片的径向内缘拉向制动盘的趋势，从而进一步抵消引起径向锥状磨损的力。
[0076] 通过采用根据本发明的制动盘摩擦表面凹痕图案和扫掠角φ而获得的等效磨损力矩由下式给出： 其中FR为衬片上的摩擦力乘以制动衬片上的总摩擦力的百分比估计，所述百分比估计通过制动盘摩擦表面上的槽图案或交叉钻孔组图案而产生，其中H、WGI和T如上面所限定。注意，槽扫掠角对径向力分布的影响涉及制动摩擦力水平。因此，对于一系列给定的操作条件，可优化槽(或交叉钻孔组)图案的径向长度和槽(或交叉钻孔组)图案的扫掠角。
[0077] 上面的等式设计成电子数据表，解算器特征(solver feature)用于找出得到建议的槽扫掠角的LG值，所述建议的槽扫掠角产生由制动钳产生的磨损力矩与由槽图案和槽扫掠角产生的磨损净(合)力矩之间的精确或最接近匹配，总结于表格I中。表格I和图8示出了建议的双活塞浮式制动钳应用的结果。表格I输入值 活 塞 直 径 42mm活 塞 数 量
2表观摩 擦(apparent friction) 0.40 槽上力 的百分 比
10％液压压力 5,000kPa衬片径向高度
59mm衬片厚度 8mm槽扫掠角度
45deg有槽的磨损增量 1mm没有槽的径向锥状磨损
20microns/mm计算的参数 值临界槽磨损
0.89mm摩擦力(1衬片) 5,542N槽向上的力
392N槽在衬片上的力矩 3Nm因槽扫掠角引起的径向力梯度
0.00090径向力梯度的等效角度 0.052deg因槽扫
掠角引起的边缘磨损尺寸 0.053mm因槽扫掠角引起的磨损力
3
矩 62mm 锥状磨损 1.18mm
3
等效的制动钳径向磨损力矩 1,369mm 等效的槽磨损力矩
3 3
1,307mm 槽+槽扫掠角的等效磨损力矩 1,369mm 理想的槽长度LG
29.6mm
[0078] 现在参考图8，示出了磨损力矩-从制动盘侧壁的径向内缘测量的槽长度的曲线图250，其中曲线252表示制动钳磨损力矩，曲线254表示槽加上零度的槽扫掠角，曲线256表示在具有45度扫掠角时槽加上槽扫掠角磨损力矩。可看出，在具有45度槽扫掠角和由槽支持10％的制动力分布时，为实现制动衬片的均匀径向磨损所估计的槽图案径向高度从31.7mm(曲线254)降到29.6mm(曲线256)。在这点上，术语“由槽支持10％的制动力分布”意味着在接触面上产生的摩擦，它的10％来源于衬片与槽的边缘之间的相互作用，且它的
90％来源于“正常”衬片与接触面中别处的制动盘的摩擦相互作用。该分布适合于高能量/高温行驶条件，在该条件下，衬片可实际上稍微突入而与槽干涉。
[0079] 现在参考图9，描述用于实施优化制动盘表面凹痕图案的方法的算法260。
[0080] 在块262，确定制动衬片的矩形径向锥状磨损廓线，例如以图6A中200示例的方式和上述相关的描述。然后，在块264，基于有关块262的矩形径向锥状磨损廓线的最接近等效磨损力矩来确定凹痕图案的最佳径向高度，例如通过上面参考图6A和图6B以及等式(1)至(5)的描述。然后，在块266，确定凹痕图案的最佳扫掠角，例如通过上面参考图7A和图7B以及等式(6)的描述，其中所述扫掠角为相对于制动盘的半径测量的角度(通常在0度与约70度之间)，其中在扫掠角大于零度的情况下，当机动车辆沿着前进方向移动时，凹痕图案的径向最内侧部分相对于制动盘的旋转方向在前。然后在块268，基于经验估计来选择凹痕图案的分布。在块270，制造预先确定为适应特定制动角应用的制动盘，在该制动角的所选制动盘侧壁中形成从块262至268确定的多个凹痕图案。在确定块272，测试制动盘侧壁，以确定凹痕图案是否按照制动角应用都使径向锥状磨损实现了最佳的最小化。如果调查的结果为否，那么重复块268至272，直到获得最佳结果，因此，在确定块272的调查结果将为是，然后在块274最优化制动盘侧。然后通过重复算法260利用凹痕图案(如果需要的话)来最优化制动盘的其它侧，由此最优化了制动盘以使径向锥状磨损最小。
[0081] 执行各种制动盘的估计，包括传统制动盘和具有根据本发明、按照下列示例的凹痕图案的制动盘。示例
[0082] 在模拟制动角以估计径向锥状磨损特性的测试计(dynamometer)中测试三个制动盘。第一制动盘不具有制动盘摩擦表面凹痕图案，且用作基线。第二制动盘在外侧具有制动盘摩擦表面凹痕图案，形式为6组每组5个槽，径向高度特征为“短”、“中”、“长”、“中”和“短”，其中“短”为21.7mm，“中”为31.7mm，“长”为41.7mm，如图4C中的示例所示。第三制动盘具有制动盘摩擦表面凹痕图案，该图案的形式为等长度的槽，等距间隔、数量为30、长度为31.7mm，总地如图2D的示例所示。
[0083] 测试设备如下。制动钳由ADVICS Mfg.Ohio，Inc.ofLebanon，OH制造，是具有总面2
积为2877.4mm 的双活塞(布置在其一侧)的铸铁浮式制动钳。制动盘为有孔的(vented)铸铁，具有11.28kg的质量、345mm的外径、203mm的侧壁内径、30mm的制动盘宽度、以及
9.75mm(外)和9.0mm(内)的制动盘板宽度。制动衬片内衬由Federal Mogul制造，产品内衬边缘编码HP1000/2。内外制动衬片均具有(只圆盘)145.5mm的长度、57mm的宽度、
9.3mm的高度和0.598kg的质量。背板为具有6.5mm厚度的钢。纵横比(L/W)为2.55。表
2 3
面积为8293.5cm，体积为7671487.5mm。
[0084] 下面是获得的结果。
[0085] 与第一(基线)制动盘相比，第二和第三(有槽)制动盘示出为降低了热磨光(warm burnished)表观摩擦。这与对交叉钻孔制动盘观察的性能一致，如D.Antanaitis和A.Rifici于SAE科技论文2006-01-0691(2006)中发表的“The effect of Rotor Crossdrilling on BrakePerformance”中所报告的。在这种情形下，这并不导致踏板感觉发生可感知的变化。在该情形下，第二(有不等长的槽)制动盘示出为具有最低的表观摩擦，与其具有最高摩擦表面覆盖相一致。
[0086] 与第一(基线)制动盘相比，在衰退过程(fade sequence)期间，第二和第三(有槽)制动盘都示出为具有更高的表观摩擦，相对于第一制动盘的0.22，第二和第三制动盘为0.24，第二和第三制动盘相对于第一制动盘提高了9％。这是降低径向锥状磨损和提高制动钳的机械效率、以及给与槽形图案提供的外侧衰退有关的制动盘相互作用机构添加衬片的结果。
[0087] 与第一(基线)制动盘相比，第二和第三(有槽)制动盘示出为都降低了径向锥状磨损，相对于第一(基线)制动盘的22.6micron/mm，第二(不同槽长)制动盘为13.0micron/mm，第三(等槽长)制动盘为15.4micron/mm。这是由于槽图案产生与由制动钳偏斜引起的磨损力矩相反的“磨损力矩”，从而提高摩擦表面滑动速度。
[0088] 与第一(基线)制动盘相比，在衰退过程中，第二和第三(有槽)制动盘降低了衰退过程中的表观活塞行程。这是降低外侧衬片径向锥状磨损的结果。
[0089] 结论是，第二(有不等长槽)制动盘和第三(有等长槽)制动盘都提供了：在新的磨光条件下的较低输出，在衰退条件下的较高的输出和较低的表观活塞行程。第二(有不等长槽)制动盘是最有效的，且具有在衰退部分过程中减少约50％的制动扭矩变化的附加效果。第二和第三制动盘都降低了径向锥状磨损，且对制动衬片内衬磨损率影响很小。
[0090] 因此，最优选的是，使用以重复群组形式布置的制动盘摩擦凹痕图案，其中各群组的每个制动盘摩擦凹痕图案都为渐进的非统一(不同)径向高度，如图4A、图4C、图5A和图5C所示。
[0091] 对于本发明所属领域的技术人员，可改变或修改上述优选实施例。这种改变或修改可在不脱离本发明范围的情况下实施，本发明的范围仅由所附权利要求的范围来限定。
