CN101094783B - 用于施加和控制制动装置之间的制动力的控制系统和方法及装配有该系统的车辆 - Google Patents

用于施加和控制制动装置之间的制动力的控制系统和方法及装配有该系统的车辆 Download PDF

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Abstract

一种安装有控制系统(30)的机动车辆，当由作用于从动车轮(8)的辅助制动器(2a，10)提供的制动作用损失或明显减少时，该控制系统用于将制动作用施加于作用在每个车轮(8，9)上的基础制动器(20)。辅助制动力的突然损失可被感觉为车辆的操纵性能非常不好，这种情况通常发生在地面和轮胎的摩擦力较小或如果辅助制动器停止控制以避免发动机(2)停下来时。通过使用控制系统(30)，可以避免出现这些情况。该控制系统(30)包括检测装置、信号通知装置，和计算制动作用并将其施加于基础制动器的装置(35)，以补偿辅助制动力的损失。还公布了一种将制动作用施加于机动车辆基础制动器的方法。

Description

用于施加和控制制动装置之间的制动力的控制系统和方法及装配有该系统的车辆
技术领域
本发明总的涉及机动车辆的操纵性能和安全性的改进，这些机动车辆具有作用于车辆上至少一些车轮上的基础制动器，和作用于车辆从动车轮上的辅助制动器。具体地，本发明涉及一种施加和控制制动装置之间的制动力的控制系统和方法。
背景技术
对于重型车辆，如卡车、公共汽车和施工场地机械，众所周知的是，设置了辅助制动器作为车辆主制动器的补充，并增加可用的制动力，在下文中，车辆主制动器称为基础制动器。通常，这样做的目的在于延长基础制动器的使用寿命并增加可用制动力，这是因为否则的话，基础制动器会由于承受车辆的重载而受到严重的磨损，尤其是在下陡坡车速变得太高之前车辆需要减速的情况下。
同样众所周知的是，区分车辆上所称的一级辅助制动器和二级辅助制动器。一级和二级指的是辅助制动器定位于车辆主变速箱及其离合器装置的前或后。一级辅助制动器的例子有ISG(集成式起动器和发电机)和减速器。减速器通常为液力减速器或电磁减速器类型。它们被布置在发动机和主变速箱之间。
一级辅助制动器还可由各种类型的发动机制动器组成，如压缩制动器或排气制动器。压缩制动器或排气制动器中的制动能量主要转化为热，这些热在很大程度上通过发动机的冷却系统散出，但应指出的是，相当大一部分(约40％的制动能量)通过发动机的气体交换而经由排气管离开车辆。
二级辅助制动器布置在车辆主变速箱及其离合器装置后面的某处，其通常由液力类型的或电磁类型的减速器组成。由于二级辅助制动器布置在车辆离合器装置之后，故即使在离合器脱离接合或主变速箱位于空档时，其仍能制动。这种二级辅助制动器在下文中称为减速器。
典型地，一级辅助制动器，如发动机制动器，在车辆的所有速度范围内产生制动力矩，而减速器只在中速和高速时产生制动力矩。辅助制动器的特性意味着：其只在车辆的从动轴上产生制动力矩，而基础制动器在一个或多个车轴上产生制动力矩。在低速和低档时，发动机制动器产生的制动力矩在驱动轴上很大。
在现有的系统中，只要所需的制动作用低于辅助制动器的最大制动力，即只要fbrake，aux＞fneeded，则车辆的辅助制动器通常是唯一使用的制动器。
然而，出现过在某些情况下，辅助制动器的制动作用突然损失或明显减少的情况，这会导致危险和无法控制的情形出现，还可能会潜在地造成车祸的发生。驱动轴的锁死就属于这些情况，该情况可能会发生在车辆行驶于路面和驱动轴的轮胎之间的摩擦力太小而无法抓地的场合。最常见的是：当车辆在潮湿或结冰的情形下行驶。而且，如果驱动轴负载较低，例如车辆不承受任何有效载荷，这会促成路面和轮胎之间摩擦力减小。制动作用的明显减小可理解为让车辆驾驶员感受到制动作用的损失，即制动作用的大量且突然的减少。这并不必然意味着技术上可见的制动作用总的损失，但却是制动作用大量的减少。
另一种情况就是，当一级辅助制动器在发动机指定转速(rpm)下松开、以避免发动机在低车速下停下来。除了这种情况(由于制动力的损失)的潜在危险方面以外，当制动器发生突然“打滑”时，也可能会使驾驶员感到不舒服。
发明内容
当出现一种上述的情况时，如果辅助制动器制动作用的突然损失或明显减小能够通过使用基础制动器而自动地得到补偿，即对基础制动器施加补偿制动力，则这将会是十分有利的。
因此，本发明的一个目的在于提供一种机动车辆或汽车列车，其具有控制系统，当辅助制动作用损失或明显减少时，该控制系统能够将制动作用施加到基础制动器。
本发明的另一个目的在于提供一种方法，当车辆如上所述进行减速时，该方法能够避免制动作用中的“打滑”。
在下文中描述的本发明实现了这些及其他目的，其中，术语“车辆传动系统”指的是车辆的发动机、变速器、传动轴、主传齿轮(finalgear)、驱动轴和从动车轮。
因此，在第一个方面，本发明涉及一种在机动车辆中将制动力施加到基础制动器的控制系统，其特征在于，该控制系统具有：
用于检测事件发生并响应于该事件而提供指示信号的装置，其中该事件对由辅助制动提供的制动作用有影响，和
接收所述指示信号并响应于该信号而将制动力施加到基础制动器的装置。
可能发生的事件通常是下面的一个或多个：
一个或多个驱动轴锁死，和/或
传动轴或发动机曲轴的转速降到指定最小值以下。
驱动轴在从动车轮刹车的情况下会锁死，这可能会由周围物理条件的变化或状态而引起。这可能是天气条件，尤其是在寒冷和/或潮湿的条件下，使路面光滑或结冰。但是，驱动轴的负载对提供足够的制动力给驱动轴的车轮的可能性也有影响。如果车辆不承受任何有效载荷，其重量相对较轻，则这可能会因为抓地力不足而造成不良的操纵性或刹车，尤其是在上面提到的条件下。
如上所述，一级辅助制动器在预定的发动机转速(rpm)下自动松开，以避免发动机在低车速下停止，因而这是对辅助制动器提供的制动作用有影响的事件。
这种控制系统优选包括具有多种传感器的检测装置。这些传感器优选用于检测如任何驱动轴的锁死、任何驱动轴的负载、传动轴转速、发动机曲轴转速、车轮速度、车速、制动压力、减速要求、车重和/或行驶阻力等。这些传感器可以是例如电感式传感器、温度传感器和/或压力传感器。传感器所检测或监视的参数可通过适当的有线或无线装置、作为指示信号而传输到控制系统。控制系统还可包括嵌入式计算机，用以接收、处理和加工指示信号。
传感器可定位于车辆底盘上合适的位置，或与上述车辆传动系统中的任一部件如驱动轴或主传齿轮连接。
位于从动车轮附近的传感器可以是传统的防锁死制动系统的传感器(或至少是同一类型)。如果适于检测车轮及至驱动轴是否锁死，则防锁死系统可以结合到控制系统中。
通过有线或无线装置的(信号)传输，可使用数字信号和/或模拟信号来起作用。对所有下述各部件之间的传输同样如此。在一些情况下，优选使用数据总线，例如，如果部件(之间)将以高传输比和/或大量数据进行传输。在其它情况下，优选使用模拟信号，例如模拟传感器。数字传输可以是并行的和串行的。
优选地，控制系统内嵌的计算机可包括数据处理单元，以基于接收的指示信号来计算待施加于基础制动器的最佳制动力。该计算机还可优选包括处理和构建来自传感器的数据，并计算出如何以最有效率的方式启动和应用基础制动器的装置。同时，还可优选包括用于传递包含关于计算出的最佳待施加制动力的数据的相应信号的装置。
优选地，控制系统内嵌的计算机还可基于以下组中任一或所有参数计算最佳的制动力，这组参数包括：车速、驱动轴上的扭矩、任何驱动轴的锁死、任何驱动轴上的负载、传动轴转速、发动机曲轴转速、车轮速度、制动压力、减速要求、车重和/或行驶阻力。然而，来自各种传感器的其他可能的指示信号也可进行处理，以计算并施加必需的制动力。
如果车辆的基础制动器恰在辅助制动器的制动力损失或明显减少之前于预定的时间段内被启动，则这将特别有利。优选地，这可通过将信号提供到控制系统的内嵌计算机来完成，该信号指示驱动轴的锁死(或即将锁死)和/或发动机的rpm降到了(或即将降到)指定最小值以下。
控制系统还可包括当检测到有对辅助制动器的制动作用有影响的事件发生时，将辅助制动器松开的装置。这种装置可以是简单的模拟开关或数字开关，或任何合适的继电器。
用于检测发动机转速的装置可以优选包括与发动机曲轴相连而定位的简易转数计。
当应用了基础制动器后，基础制动器的制动力可以是规则的，使得车辆的减速度不变。当指示信号指示辅助制动器能够被重新启动时，则基础制动器的制动作用可以以一定的速率减小，这样使得车辆总的制动作用基本上保持不变。
制动力可优选通过控制系统而施加于基础制动器，以作用于车辆或汽车列车的一个或多个车轮或所有车轮，从而获得最有效率的制动。这样可以对每根轴或每个单独车轮施加力。
在第二个方面，本发明涉及一种具有内燃机和变速器的机动车辆，其至少包括基础制动器和辅助制动器，其中基础制动器直接作用于车辆的至少一些车轮，辅助制动器作用于车辆的驱动车轮，所述辅助制动器在变速器的离合器装置前和/或后与车辆传动系统的驱动轴相互作用，该机动车辆的特征在于：该控制系统适于：当其检测到能够由辅助制动器施加的制动力损失或明显减少时，将制动力施加到基础制动器。
在根据本发明的机动车辆中，辅助制动器可优选包括一级辅助制动器和二级辅助制动器。一级辅助制动器可包括位于传动系统的发动机和变速器之间的发动机制动器或发动机减速器，或可以两者联合使用。发动机制动器可以是压缩制动器或排气制动器。发动机减速器可以是，例如液力、气动或电磁减速器。
在根据本发明的机动车辆中，二级辅助制动器可以是减速器。该减速器通常通过液力、气动或电磁制动装置，将制动力施加到传动系统中变速箱和主传齿轮之间的传动轴。
如果发动机的转速(每分钟转速，rpm)降到预定值以下，则一级辅助制动器通常松开，以避免不期望的发动机停止。本领域熟知的简易转数计可优选用来监视发动机的转速。转数计可与发动机曲轴和/或车辆的传动轴相连而定位。
在根据本发明的机动车辆中，制动力可优选通过控制系统而施加到基础制动器，以作用于车辆或汽车列车的一个或多个车轮或所有车轮，从而获得最有效率的制动。这样可以对每根轴或每个单独车轮施加力，或以任何其它合适的设置来施加。
根据本发明的第二个方面的机动车辆的控制系统可优选是根据本发明第一个方面的控制系统。
在第三个方面，本发明涉及一种将制动力施加到在车辆上的基础制动器的方法，该方法包括：
检测事件的发生，该事件对由辅助制动器提供的制动作用有影响，
响应于该检测的事件而提供指示信号，和
将制动力施加到基础制动器。
优选地，根据本发明的制动力的施加是自动发生的。然而，可选的或附加的是，还可以是：当驾驶员接收到事件发生的信号时，驾驶员手动施加制动力。
根据本发明的方法还可优选在检测步骤以后，包括松开辅助制动器这一步骤。
根据本发明的方法还可优选在提供信号的步骤后，包括基于接收的指示信号来计算待施加于基础制动器的最佳制动力这一步骤。此外，该方法包括传递计算出的待施加于基础制动器的最佳制动力这一步骤。
当基础制动器被启动，以补偿辅助制动器的制动作用损失或明显减少时，如果启动起始于辅助制动器松开之前或就在松开辅助制动器时，则这将特别有利。这会消除制动作用不舒服的“打滑”，这是因为没有通常的基础制动器接合前的那段时间。
根据本发明的方法，计算出的必需的制动作用可以施加到每个轴或每个单个车轮的基础制动器。这种施加可在任一情况下进行，以获得车辆或汽车列车最有效率的制动。
附图说明
图1是机动车辆传动系统的示意性平面视图，示出了其所含部件；
图2是示出了根据本发明的控制系统的功能的图表，和
图3是一个例子，示意性地显示了一级辅助制动器的制动力矩作用与发动机转速的关系。
具体实施方式
图1示意性地示出了典型的重型机动车辆的传动系统1，以箭头A表示通常的行驶方向。传动系统1包括内燃机2、曲轴3a和传动轴3b、由离合器装置4和变速箱5组成的变速器、主传齿轮(或差速器)6、驱动轴7a和前轴7b，以及非从动车轮9和驱动车轮8。离合器4可以是，例如以本领域技术人员熟知的方式连接于变速箱5的干式盘离合器或液压离合器。变速箱5可以是手动或自动变速箱。
变速箱5与传动轴3b连接在一起，传动轴通过本领域技术人员熟知的主传齿轮/差速器6和驱动轴7，来驱动车辆的驱动车轮8。在本例中，示出了仅有一个前轴和一个后轴的车辆，但具有更多从动和/或非从动的前轴和后轴的车辆当然也是可以的。
车辆的驱动车轮8设有基础制动器20，一般为摩擦式类型，例如盘式制动器或鼓式制动器。车辆的其他车轮也设有相应的基础制动器。所指示的基础制动器20包括制动驱动车轮8的制动器和制动非从动车轮9的制动器。基础制动器以本领域技术人员熟知的方式由气动装置进行控制。每个车轮上都有基础制动器是有利的。然而，同样有可能的是：对每个车轮或车轴上的制动力单独控制，以将制动器的磨损最小化。
有一级辅助制动器2a，如发动机制动器，液力(油或水)、气动或电磁减速器，其布置在曲轴3a上或发动机2与离合器4上或两者之间。离合器4脱离接合造成的传动系统1的中断，使一级辅助制动器2a损失其对车辆驱动车轮8的制动作用。
有二级辅助制动器，即减速器10，与传动轴3b相互作用地安装于变速箱5的后边缘的后面，即离合器4和驱动轮8之间。减速器可以是液力或气动减速器、电磁制动器或任何其他已知的类型，并以公知的方式操作和控制。
图2是示出了根据本发明的方法的主要步骤的示意性图表。当基于所接收的来自传感器的指示信号，检测到需要将制动力施加于基础制动器时，根据本发明的控制系统将会向辅助制动装置发送松开信号，并将包含关于计算出的最佳的待施加的制动力的数据的信号发送到施加制动力的装置。这由标为I的路线表示。
然而，因为可以预先检测到事件，故在基础制动器变得启动之前，有可能不需要松开辅助制动器。在这种情况下，一得到该事件的指示，基础制动器就立刻被启动，以避免制动力下降或最小化制动力下降。当事件发生时，控制系统可以因此使用辅助制动器和基础制动器两者进行制动。这由标为II的路线表示。
图3是示意性的视图，目的在于示出本发明的优点。该图示出的坐标系具有第一轴线(x)和第二轴线(y)，第一轴线代表根据本发明的机动车辆发动机的转速(rpm)，以ωeng表示，而第二轴线代表一级辅助制动器、即发动机制动器本身或与其它一级减速器结合的扭矩的相对大小TEB。
如图中完整绘制的线所表示，当制动器在指定转速、如大约900rpm时松开时，由一级辅助制动器提供的扭矩(及其制动作用)发生“损失”，通常进行所述松开用于避免发动机停止。在发生松开前，曲线呈现出与理论上统一的减速度对应的平稳下降的斜率。然而，当一级辅助制动器松开后，扭矩会损失，这不仅造成车辆制动中不舒服的“打滑”，而且还存在潜在的危险情况。从这点上看，源于发动机和/或其它一级减速器部分中提供的内部摩擦力，扭矩处于基本上恒定的程度。在某点上，发动机将逐渐停下来，例如，在扭矩程度明显下降到零的600rpm附近。
图中的虚线表示：为了获得最平稳的车辆制动以消除制动力中的“打滑”，扭矩曲线理论上最理想的特性。然而，只有当一级辅助制动器能够在发动机rpm的全部范围内均能接合时才能出现这种情况。如上所述，这是不可能的，因为一级制动器需要松开，以防止发动机停止。
在根据本发明第三个方面的方法中，制动力中的“打滑”通过将制动力施加到基础制动器而得以消除，从而“模仿”了上述的理论上最理想的扭矩曲线的特性。因此，根据本发明的方法提供了车辆改进的操纵性能、增强的安全性和制动舒适感。
应当理解的是，上面描述的实施例的大量修订形式和变化都可在权利要求的范围内实现。上面提及的不同方面的特征同样可在权利要求的范围内结合或互换。

Claims (12)

1.一种在机动车辆或汽车列车中将制动力施加到基础制动器(20)的控制系统(30)，其中，施加到所述基础制动器(20)的制动力作用于车辆的一个或多个或所有的车轮(8、9)，且辅助制动装置作用于车辆的从动车轮，
其特征在于，该控制系统具有：
用于检测事件发生并响应于该事件而提供指示信号的装置，其中该事件对由辅助制动器提供的制动作用有影响，
用于当检测到所述事件发生时将所述辅助制动器松开的装置(35)，和
用于接收所述指示信号并响应于该信号而将制动力施加到基础制动器的装置(35)，
其中所述事件包括：
a)车辆上一个或多个驱动轴(7a)锁死，和/或
b)发动机转速降到预定最小值以下，
并且其中，所述控制系统被布置成调节由所述基础制动器施加的制动力，以补偿所述辅助制动器的制动作用的损失。
2.根据权利要求1所述的控制系统(30)，其中所述用于检测的装置包括传感器，该传感器位于车辆传动系统(1)附近。
3.根据权利要求2中所述的控制系统(30)，其中车辆传动系统(1)包括以下一个或多个：发动机(2)、变速器(4，5)、传动轴(3b)、主传齿轮(6)、驱动轴(7a)、车辆的从动车轮(8)。
4.根据权利要求2中所述的控制系统(30)，其中，所述车辆传动系统(1)包括车辆的从动车轮(8)，并且所述传感器包括位于从动车轮(8)附近的防锁死制动系统的传感器。
5.根据权利要求1所述的控制系统(30)，其中所述用于检测的装置包括计算发动机转数和/或传动轴转数的转数计。
6.一种具有内燃机(2)和变速器(4，5)的机动车辆，其至少包括基础制动器(20)和辅助制动器(2a，10)，其中基础制动器(20)直接作用于车辆的一个或多个或所有的车轮(8，9)，辅助制动器(2a，10)作用于车辆的驱动车轮(8)，所述辅助制动器(2a，10)在变速器的离合器装置(4)前和/或后与车辆传动系统(1)的驱动轴(7a)相互作用，其特征在于包括：
控制系统(30)适于检测是否：
车辆上的一个或多个驱动轴(7a)锁死或者有锁死的趋势，和/或
发动机转速降到预定最小值以下；
该控制系统适于当其检测到能够由辅助制动器(2a，10)施加的制动力损失或明显减少时，将制动力施加到基础制动器(20)；并且所述控制系统被布置成调节由所述基础制动器施加的制动力，以补偿所述辅助制动器的制动作用的损失。
7.根据权利要求6所述的机动车辆，
其中所述辅助制动器(2a，10)包括一级辅助制动器，该一级辅助制动器包括：
发动机制动器和/或
定位于传动系统(1)的发动机(2)和变速器(4，5)之间的发动机减速器；
或者
其中所述辅助制动器(2a，10)包括二级辅助制动器，该二级辅助制动器包括：
定位于传动系统(1)的变速器(4，5)和主传齿轮(6)之间的减速器(10)；
或者
其中所述辅助制动器(2a，10)包括一级辅助制动器和二级辅助制动器，该一级辅助制动器包括：
发动机制动器和/或
定位于传动系统(1)的发动机(2)和变速器(4，5)之间的发动机减速器，
该二级辅助制动器包括：
定位于传动系统(1)的变速器(4，5)和主传齿轮(6)之间的减速器(10)。
8.根据权利要求6-7中任一项所述的机动车辆，其中控制系统(30)包括根据权利要求1-5中任一项所述的控制系统。
9.一种将制动力施加到机动车辆上的基础制动器(20)的方法，其中，施加到所述基础制动器(20)的制动力作用于车辆的一个或多个或所有的车轮(8、9)，且辅助制动装置作用于车辆的从动车轮，所述方法包括以下步骤：
-检测事件的发生，该事件对由辅助制动器(2a，10)提供的制动作用有影响，其中所述事件包括：
a)车辆上一个或多个驱动轴(7a)锁死，和/或
b)发动机转速降到预定最小值以下，
-响应于该事件而提供指示信号，
-将制动力施加到基础制动器，以补偿所述辅助制动器的制动作用的损失。
10.根据权利要求9所述的方法，其中还包括在检测步骤之后的以下步骤：
松开辅助制动器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将制动力施加到基础制动器(20)起始于将辅助制动器(2a，10)松开之前或就在松开辅助制动器时。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其中基础制动器(20)将制动力施加到每个轴(7a，7b)或每个单独车轮(8，9)。
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