CN1009999B - 机动车液压减速制动器的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种采用电动液压阀系统对机动车液压减速制动器进行控制的方法。是根据变速机构(2)驱动轴开始到车轮(7)止的驱动链中，当发送器(15)发出的“原始油门”信号，或发送器(14)发出刹车信号时，信号发送器(16)就产生一个存储瞬时角速度信号的指令此角速度信号和存储器(18)中的角速度信号连续地比较，当存在差值时，瞬时角速度信号朝着向被存储信号接近的方向变化。

Description

本发明涉及一种方法，通过该方法，在公路上行驶的各机动车中采用电动液压控制的液压减速制动器（减速器）可以同时用来维持机动车速恒定。

众所周知，恒载式制动会对制动系统产生很大的负载。因此，特别是各重型机动车和公共汽车中，采用了液压减速器来减小传统制动系统的负载。在比较简单的解决方案中，该液压减速器以一定的比例关系与传统的制动器并行地发挥作用。然而，在恒载式制动过程中，液压减速器只能部分地减轻传统制动器的负载。

可能发生这些情况，例如当机动车在一个较长斜坡上行驶时，制动的目的并不是为了让机动车停下，而是防止机动车加速，也就是保持机动车的速度恒定。在这些情况下，仅靠液压制动器的作用也就足够了。但是，如果要让液压制动器独立于传统的制动器，则需要提供单独的控制。

为此目的，人们已经研究出了数种控制方案。每一种所述控制方案都代表了一定程度的自动化，所说的自动化体现在通过某些基准值对液压制动器进行控制。

在欧洲专利EP-0036753所披露的解决方案中，是对发动机的转数进行测量，然后将测量的结果与预定的最大允许值进行比 较。如所述值超过了上述允许值，控制单元就自动启动液压减速器，在所有的三个齿轮处将发动机的转数调整到基准值。必要时，还可以通过一个手控开关切断上述控制。

欧洲专利EP-0145374所提供的解决方案是测量发动机转速或者机动车速度，然后与相应的基准值进行比较。上述基准值可以是预先设定到控制机构内的恒定值，也可以由驾驶员设定。

当基准值被超过时，控制机构就自动地启动液压减速器，将被测量值调整到上述基准值。

法国专利FR-PS2424827所披露的解决方案中是对机动车传统制动系统提供一种用于防止闭塞的控制机构。在这种方案中，无论什么情况下都要测量车轮的转数，而机动车速与基准值相关。该基准值是由驾驶员根据机动车的负载和道路的倾斜角度来设定的。该专利提供的另一种实施方案是沿公路设置一个无线电发射机为控制机构提供基准值。另外，这种实施方案能够在较广的范围内使用，例如它可以用来控制排气管和电力制动器（即所谓傅科<Foucault>制动器）。

在英国专利GB-PS2057611中，对一种用于带防止闭塞装置各机动车制动系统的方案进行了讨论。在驾驶员予以接通之后，对防止闭塞装置的控制也将作用于液压减速器。如果希望将车速保持为一个恒定值，对于控制的基准值可以由驾驶员在一给定的情况下连续地进行调整。

英国专利GB-PS1382439中提供的控制方案看来能够较少地依赖驾驶员;当油门踏板处于原始位置时，就将液压减速器接通，并通过制动踏板来启动液压减速器。首先启动液压减速器，经过 一个时延之后再启动传统的制动器。根据液压减速器的效率或机动车的行驶速度必须由驾驶员来进行调整，或通过其他具体装置来进行调整，例如从理论上说可通过液压力矩转换器两个“半部分”的滑块进行控制。

对于电力机动车也可应用这样一种方法，即在电源电压断开后，将其车速存储起来，并当实际车速超过一予定值时，由控制装置将发动机进行制动，这种解决方式已公开在美国专利US-PS4，124，088中，实际上，它可归结为用上述的方法估算出相对于道路等级许可的加速度，并由控制装置进行分析和控制。

从上面介绍的各种方案中可以清楚地看到：到目前为止，还没有一种切实可行的用于维持车速度恒定的控制方法。只有当机动车行驶在具有预定倾斜角或较长的斜坡上时，才会达到预定的基准值，在基准值以下就不存在速度维持控制。例如使调节成为驾驶员的任务，则不能认为是自动速度维持控制。如果液压减控器是以并行的方式与传统的制动器一道工作，那么就只能部分地减轻后者的负载。采用诸如上述最后一种方案，至少会带来过量控制的现象。

本发明的目的是提供一种对液压减速制动器进行控制的方法，通过这种方法，能够自动地将车速维持在所需的数值上。

如在所有情况下都能选择实际上理想的速度值作为基准值，那么就能实现本发明的上述目的。十分明显，当驾驶员踩下油门时，他认为车速是恰当的。既使在驾驶员已关闭油门之后，只要他没有开始刹车，车速就仍然被认为是恰当的。于是，可以认为在驾驶员关闭油门那一时刻的机动车的行驶速就代表了理想速度，可以用它作为基准速度。这一速度值被存储在存储器中，并被控制机构用作比较的基础。

根据类似的思维逻辑，可以得出这样的结论，即当驾驶员关闭油门时，他认为这一时刻或者稍后的车速已经过高，从而倾向于进行制动。当车速减慢到他所认为的安全值时，驾驶员就将停止刹车，而这一时刻的速度就可以认为是基准速度。

为了能够将车速维持在所需的数值上，有必要克服液压减速制动器的一个缺点，即由于该制动器的充液时间较长，因此其作用速度很慢。假如在开始进行操作的时候就完全打开控制比例阀，就能够达到上述目的，例如通过采用PD（比例微分）调节，就能获得为制动所需的非比例型快速充液过程。

因此，本发明所涉及的是一种采用电动液压阀系统对机动车液压减速制动器进行控制的方法。该机动车的驱动链包括一个内燃发动机，一个由该发动机通过一个离合器予以驱动的变速机构，至少一个与上述变速机构直接相连或者通过一个万向轴与之相连的差动齿轮，一对与差动齿轮相连的差动轴，以及一对装在该轴上的车轮;如本发明所述方法的实现方式是：通过采用一个测量角速度的信号发送器，根据由变速机构的驱动轴开始到车轮为止的驱动链中的某些结构部件的每分钟转数，或者根据一对结构部件的平均转数通过信号传输器进行角速度测量，并连续地发出指示角速度的电信号;该信号被送到一个存储器并且在收到由一个用来指示油门踏板原始位置的信号发送器送来的“原始油门”（basic    gas）信号时，或者在收到由一个用来指示制动踏板不同位置的信号发送器送来的制动信号时，就将反映瞬时角速度的信号存储在该存储器中;在接到上述“原始油门”信号或者制动信号时，由一个控制单元向液压减速制动器的电动液压阀系统发出一个控制信号;对角速度信号发送器连续送来的角速度信号和 存储器中存储的角速度信号连续地进行比较，通过上述两个角速度信号的差值来改变上述控制单元的控制信号，使瞬时角速度信号恢复到所存储的角速度信号值。

根据本发明的较佳实施方案，控制单元产生的控制信号由两部分组成，其中一部分与上述角速度信号之间的差值成比例，另一部分则与前一部分的一阶微商（导数）成比例。

下面将结合附图对本发明的较佳实施方案进行详细说明，但本实施方案不限制本发明，其中，

附图1是机动车驱动系统，制动系统以及供油系统的一个例子的方框图;

附图2是液压减速制动器的控制方框图;

附图3说明控制单元中所用的电子器件的方框图。

本发明所提供的装置是用来对在城市交通中行驶的公共汽车减速制动器（液压制动器）进行控制。

如附图1所示，公共汽车由六缸柴油内燃发动机1驱动。该发动机和自动变速机构2相连。正如人们所熟知的那样，该自动变速机构包括一个液压转矩变换器和一个摩擦式离合器。在上述自动变速机构2中还装有液压减速制动器以及用于控制液压减速制动器3的电磁阀13和比例阀。

自动变速机构2的输出轴通过万向轴与位于轴箱中的差动齿轮5相连，该差动齿轮通过半轴6将驱动力送至轮子7。所有这些单元就构成了公共汽车的驱动链。

为了更有条理起见，应该指出的是本发明所提供的方案能够很好地运用于小轿车。对于一部分小轿车来说，它们具有前后驱动发动 机，其变速机构和差动齿轮结合在一起，因此在它们的驱动链中就不包括万向轴。

附图1说明了公共汽车的制动系统。它包括由制动踏板8所操纵的制动阀，驱动制动部件的制动缸9，以及传送制动力相互连接的机构10;还包括图中没有单独显示出的管路，阀门，空气储罐以及提供压缩空气的压缩机。

由附图1还可以清楚地看到，供油系统11将燃料提供给发动机1，该供油系统由油门踏板12控制。

对液压减速制动器进行控制需要一些基本的信息在某点上如附图1和附图2所示，这些信息是由一些适当的信号发送器产生的。

其中一个信息代表了机动车的瞬时速度，它反映了该速度的变化情况。既使机动车上装配了用于防止闭塞的制动系统，由安装在轮子处角速度测量装置的信号发生器所产生的信号（它反映了速度的平均值）也能够满足要求。对于没有安装用来防止闭塞的制动系统的各机动车来说，甚至能更加容易地解决这一任务，因为由每个具有转数计连接的变速机构都能取得上述信号。因此，我们将角速度信号发送器16装在自动变速机构2的输出轴处。

进一步的信息由油门踏板和制动踏板的位置提供，上述位置反映了驾驶员的与机动车速有关的意图。为此目的，我们用制动器踏板处信号发送器14来指示制动踏板的不同位置，用油门踏板处信号发送器15来指示油门踏板的原始位置。

三个信号发送器都接到电子单元17的输入端。电子单元17由连接到那里的存储器18和控制单元19所组成。各信号发送器也都 接到存储器18和控制单元19上。控制单元19的输出（同时也就是整个电子单元17的输出）接到电磁阀13的相应电磁体上。

电子单元17可以采用多种方式予以制造。附图3显示了其中的一种可能的方式。图中采用匈牙利（Hungary）技术出版社所公布的集成电路产品样本相同的各标号来标出所用各电子部件。

如附图3所说明的电子单元17包括有微处理机IC1（Z80A），可编程序的输入/输出单元IC2（8255），三通道可编程序的计数和定时单元IC3，IC4（8253），RAM单元IC5（4016），ROM单元IC6（2732），时钟脉冲发生器IC7（7434），复位单元IC8（74LS132），解码器单元IC9（74LS138），以及数模转换单元（D/A单元）。

微处理机IC1，可编程序的输入/输出单元IC2，三通道可编程序的计数和定时单元IC3和IC4，RAM单元IC5，ROM单元IC6以及解码器单元IC9的各地址数据和各控制接点，也就是它们完成相同功能的各接点，被相互连接起来。

复位单元IC8接到微处理机IC1，可编程序的输入/输出单元IC2，以及三通道可编程序的计数和定时单元IC3的各“复位”端。

解码单元IC9的输出逐个地接到可编程序的输入/输出单元IC2，三通道可编程序的计数和定时单元IC3、IC4、RAM单元IC5，以及ROM单元IC6的芯片选择输入端。

时钟脉冲发生器IC7接到微处理机IC1和三通道可编程序的计数器和定时单元IC4的时钟脉冲输入端。

可编程序的输入/输出单元IC2的输出接到D/A转换器的输 入端。

通过对附图2、3进行比较，很容易理解附图2是从功能的角度出发将电子单元17分成存储器18和控制单元19这两部，而对于附图3中所示的实际部件来说，则很难进行这种划分。这种解释是在于采用具有特定功能的电子部件就能以更为简单的方式组装电子控制单元17，另外，电子控制单元还能够完成不属于本发明范围之内的其他任务，例如对用于防止闭塞的液压减速制动器进行控制，对自动变速单元进行控制等。

通过三通道可编程序的计数器和定时单元IC3的输入端，将用于指示油门踏板位置的信号发送器15与电子控制单元17相连，同时通过三通道可编程序的计数器和定时单元IC4的输入端，将用于指示制动踏板位置的信号发送器14和用于指示角速度的信号发生器16与电子控制单元17相连。

D/A转换器的输出同时就是整个电子控制单元17的输出，该输出被送到电磁阀13，用于对液压减速制动器3进行控制。D/A转换器产生一个幅值为0-10伏的信号，它由用于调节液压减速制动器的比例阀本身所带的电子控制器控制，该控制器将比例阀的压力控制在0-1兆帕斯卡）的范围之间。

本发明所提供的方法是以下述的方式来实现的;

在公共汽车的行驶过程中，只要驾驶员脚踩油门踏板12，液压减速制动器3就完全不投入使用。在这一情况下，即角速度信号发送器16持续不断地送出有关公共汽车速度的信号，但是电子控制单元17保持对该信号不进行处理。

现在，当驾驶员让油门踏板返回其原始位置时，根据用于指示油 门踏板原始位置的信号发送器15所送出的“原始油门”信号，存储器18（在本实施方案中即为RAM单元IC5）就存储当时的速度值，该速度值是由信号发送器16在油门踏板12返回其原始位置时以角速度信号的形式送来的。

与此同时，用于指示油门踏板原始位置的信号发送器15产生一个“原始油门”信号，即一个送给控制单元19用于起动液压减速制动器3的指令信号。从这一时刻开始，控制单元19就连续地对存储在存储器18中的速度值和信号发送器16以角速度信号形成连续发送出的瞬时速度值进行比较。但是，在收到用于指示油门踏板原始位置的信号发送器送来的“原始油门”信号之后，控制单元19还不会向电磁阀系统13送出控制信号。

假如公共汽车在一个斜坡上行驶，那么既使关闭了油门，汽车仍然会产生加速度。在这样的情况下，信号发送器16发出的角速度信号，即瞬时速度值，就会大于上述存储值。

一旦发生这样的情况，控制单元19就向电磁阀13送出一个与上述差值成比例的控制信号，此后比例阀操纵液压减速制动器，使得汽车减速以便恢复到所存储的速度值。只要控制单元19根据角速度信号发送器16发出的信号进行判断并且得出不启动液压减速制动器3就会使汽车处于加速状态的结论，上述自动控制就会持续地进行下去。这就意味着上述控制的作用在于维持汽车的速度。

如果驾驶员发现被存储的速度值太高，他可以通过踩下制动踏板8使机动车减速，使汽车的速度降至他认为的安全值。液压减速制动器3也参与这一动作。

信号发送器14向控制单元19发出一个与制动踏板8位置成比 例的信号，该控制单元又产生一个与上述信号成比例的信号并将它送至电磁阀13的比例阀。这样，液压减速制动器就产生一个与制动缸9产生的制动力成比例的制动作用。

与此同时，上述制动信号改变存储在存储器18的速度值。

一旦公共汽车的速度减慢下来，驾驶员就释放制动踏板8，因而也就不会再有制动信号存在。如果从此之后让油门踏板12一直位于其原始位置，在收到指示油门踏板原始位置的信号发送器15送来的信号时，存储器18就将在释放制动踏板8那一时刻由角速度信号发送器16送来相应的角速度信号存储在该存储器内。在下一个阶段，控制单元19又对上述被存储的信号和对应于瞬时速度的角速度信号进行比较，并且如前所述对液压减速制动器3进行控制，将汽车的速度维持在该存储值上。

控制单元19的控制状态可以通过下述的方式终止：

当驾驶员希望公共汽车加速时，他踩下油门踏板12。这样，就停止了指示油门踏板原始位置的信号发生器15的信号（即停止了“原始油门”信号）。其结果就是改变存储器18中所存储的角速度信号，与此同时控制单元19也停止发送用于控制电磁阀的控制信号。

有可能发生的情况是：机动车持续地朝被存储的速度值减速，不可能通过控制单元19来停止这一减速，既使液压减速制动器已经被完全放开。也依然如此。

控制单元19立刻取消存储在存储器18之内的信号。

下面，我们更进一步给出另外两种可行的实施方式。考虑到唯一的区别在于采用了较少的信号发送器，因此结合前例中已叙述过附图 的基础上就能很好地理解这些实施方式。

在其中一种实施方式中，取消了用于指示制动踏板位置的信号发送器，并将控制方法改变为如下方式：

当收到用于指示油门踏板位置的信号发送器15送来的“原始油门”信号时，存储器18就存储由用于指示瞬时角速度值的信号发送器16送来的信号。此后，如上所述，控制单元19启动液压减速制动器3，开始进行旨在维持汽车速度的控制。

如果驾驶员希望以低于上述存储速度值的速度行驶，他便通过踏下制动踏板8来降低公共汽车的速度。在此之后，驾驶员在很短的时间里让油门踏板12离开其原始位置，然后又让它返回。在这样的情况下，通过使油门踏板12离开其原始位置，存储器18内所存储的角速度信号就会发生变化;当油门踏板返回其原始位置时，经减速之后的适当角速度信号就将被存储在存储器18中。然后，控制单元19就对这一信号和对应于瞬时速度的角速度信号进行比较。

如上所述，停止控制单元19的控制状态并取消存储器里的内容。

在另一种实施方式中，取消了用于指示油门踏板位置的信号发送器。采取的控制方法如下：

通过短暂地踩动制动踏板8，驾驶员就给出一个存储信号发送器16的角速度信号的指令。然后，用于指示制动踏板位置的信号发送器14向存储器18发出一个信号，用于存储对应于瞬时角速度值的信号，同时向控制单元19发出一个信号，用于控制液压减速制动器3，以便维持汽车的速度。控制的步骤与上述相同。

为了保持在一个较低速度上行驶，驾驶员通过踩动制动踏板8， 以常规的已知方式进行刹车，与此同时停止对液压减速制动器3的速度维持控制。此后，通过释放和重新踩动制动踏板8，驾驶员就起动了上述的已知的过程，这意味着通过重新踩动制动踏板8，用于指示刹车踏板位置的信号发送器14向存储器18发出一个信号，用于存储对应于瞬时速度的角速度信号，同时还向控制单元19发出一个信号，用于控制液压减速制动器，以便将汽车的速度维持在所需的速度值上。控制的步骤与前述相同。

为了保持在一个较低速度上行驶，驾驶员通过以熟知的方式踩动制动踏板8对机动车进行刹车;与此同时停止对液压减速制动器的速度维持控制。此后，通过释放和重新踩动制动踏板8，驾驶员就起动了上述的已知过程，这意味着通过重新踩动制动踏板8，用于指示制动踏板位置的信号发送器14向存储器18发出一个信号，用于存储对应于瞬时速度的角速度信号，同时还向控制单元19发出一个信号，用于控制液压减速制动器，以便维持汽车的速度值。在此之后，就可以放开刹车踏板8了。

另一种用于停止控制单元19的控制状态并且改变存储器18的存储内容的方法是基于在过份减速的情况下进行自动切断。再一种可能性是基于如果驾驶员希望机动车加速，就通过短暂地踩动制动踏板8来使该系统停止工作。

由上所述，读者可以清楚地看到，通过采用本发明所提供的技术方案，只要液压减速制动器具有足够的刹车能力，在维持汽车速度的控制过程中就能够完全替换掉传统的制动系统。

正如在本文开头部分所说的那样，液压减速制动器具有一定的缺点，这就是对控制信号的响应速度慢。在维持汽车速度恒定的控制系 统中，快速而灵敏的响应是不可缺少的。因此，在控制单元19的程序中采用了PD（比例微分）控制。在这种情况下就意味着控制单元19的控制信号由两部分组成。第一部分与被存储在存储器18中的角速度值和信号发送器16送来的角速度信号之间的差值成比例，而第二部则是对上述第一部分的一阶微商（导数），上述两部分信号被叠加在一起。

通过采用PD控制，就能够使得控制液压减速制动器的比例阀在一开始接到控制单元19送来的信号时迅速地打开，然而逐渐地变成实质上的线性控制。

最后希望注意的是本发明的控制系统还配有切断部件。虽然在附图中没有显示该部件，但是在前文中已作了叙述。该控制单元还能完成其他的任务，并且提供了与之相配的手控操作。不过对于我们来说，上述事实並不重要，因为通过以不同方式设计的控制单元已经能够以几种方式确保自动切断，读者只须根据需要选取适合的方案即可。

Claims (2)

1、一种采用电动液压阀系统对机动车的液压减速制动器(3)进行控制的方法，该机动车的驱动链包括有内燃发动机(1)，由该发动机通过一个离合器驱动的变速机构(2)，与上述变速机构直接相连或者通过一个万向轴(4)可选择地与之相连的至少一个差动齿轮(5)，一对与差动齿轮相连的半轴(6)，以及装在上述半轴上的一对轮子(7)，根据由变速机构(2)的驱动轴开始到车轮(7)为止的驱动链的某些结构部件的转数，或者是根据一对结构部件的平均转速，由信号发送器(16)连续地产生出指示角速度的电信号；所述电信号被送到存储器(18)，其特征为，在接收到由用于指示油门踏板原始位置的信号发送器(15)发出的“原始油门”信号，或者接收到由用于指示制动踏板的不同位置的信号发送器(14)发出的制动信号时，产生一个存储瞬时角速度信号的指令；另外，当控制单元(19)收到上述“原始油门”信号或制动信号时，就向液压减速制动器(3)的电动液压阀系统发出一个控制信号；在控制单元(19)中，对信号发送器(16)所连续发出的角速度信号和存储在存储器(18)中的角速度信号连续地进行比较，当上述两个角速度信号之间存在差值时，控制单元(19)的控制信号就会产生变化，以便使瞬时角速度信号朝着被存储角速度信号接近的方向变化。

2、如权利要求1所述的方法，其特点在于控制单元（19）产生的控制信号由两部分组成，其中一部分与两个角速度信号之间的差值成正比，另一部分则与前一部分的一阶微商成正比。

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