CN101643066A - 附着系数自反应自等压的防抱死制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明是附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，以附着系数自反应值(S)作调节制动力的信息源和动力源，由电子控制器依据轮速转感数据，指令自调压行程(S₁)执行各种路况最优滑移率的自等压调节定值不变，实现直控常优滑移率和直接显示滑移率的防抱制动。目的：以自等压防抱制动新理论新方法，对现有不能直接控制滑移率的、压变控制角加减速度循环的防抱制动理论和方法进行改革。

Description

附着系数自反应自等压的防抱死制动方法

附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，应用于汽车、摩托车、拖拉机、电动车等机动车的防抱死制动，能直控、显示滑移率来提高附着系数利用率和制动稳定性及性能测试水平。

防抱死制动发展至今，大多数产品都采用以压变控制车轮加减速度门限值作主控制、以滑移率门限值作辅助控制，这种双结合门限的控制法对防抱死很有效，但主控制存在如下原理性缺点：

在车轮进行加速度时段，必须牺牲部份附着系数利用率，否则就无法在预定时间完成加速度达到门限值的要求，轮速波动较大。

据国防工业出版社1997年4月北京第1版(ISBN7-118-01702-7)《汽车电子技术及控制系统》第84页记载：直接以滑移率作比较量的汽车防抱制动系统是一个时变调节系统，其处理难度较大，不适合于工程应用。所以简单有效直接控制、显示滑移率更是未突破的技术难关，所以加减速门限值的ABS仍然是主流产品。

本发明提供附着系数实时变化自反应自等压的防抱死制动方法，是各种路况最优制动力自调节定值不变的防抱死制动方法：去除存在上述缺点的主控制方法，保留、改进滑移率控制方法，使车轮在没有必要控制加减速循环的条件下，能实现直控、显示滑移率常优的高性能防抱死制动和无滑移率的高性能防抱死制动。

本发明(简称FABS)是这样实现的：各种车辆利用紧急制动时，不同附着系数所产生的不同惯性作用于质心前移，使前、后轴载荷和地面反力Z₁、Z₂产生相应的变化，与此同时，不同惯性又作用于车身与车桥、底盘高度H值也产生相应的改变，该变值即是附着系数自反应值(S)行程，(S)行程还可由制动时的惯性作用于特定质件的前移量来产生，把(S)行程通过传动转换为制动压力自等压调压器的调压活塞顶紧弹簧(即调压弹簧)的相应调压行程(S₁)，使调压活塞两端(其中一端是顶紧弹簧顶紧力，另一端是制动管路压力)压力相等，调压室(C)由中间管路与制动管路连接，调压室(C)与中间管路之间有阀门(该阀门是自等压调节系统的总阀门)，该阀门由制动行程达到一定值直接作用于打开，也可由制动行程作用于电磁吸力工作电路的接通由电力来打开，也可由限压件的工作行程来打开，也可由电子控制器依据控制滑移率达到设定值时指令电磁阀来打开，阀门打开时，管路制动压力即进入调压室(C)进行等压调节，如管路实际压力＞调压室(C)的压力时，即推动调压活塞，向右移与弹簧顶紧力进行等压调节，至活塞两端的压力相等为止，这样附着系数自反应、自等压调节制动力的机械式FABS即实现；自等压调节系统的总阀门在制动压力完全被解除应及时关闭，以伺服于下一次自等压防抱制动。

滑移率的控制：由于自等压调节制动力的作用，车辆通过不同路面的实际滑移率与期望值的差距已较小，当实际滑移率偏大或偏小超过期望值范围时，电子控制器即指令调压电磁阀进行相应的小范围的直接增减压来修正，直至管路压力与设定的理想滑移率自等压为止。为使滑移率超限得到及时的修正，如采用高频核对来修正滑移率，有利于更高期望值的实现，自等压还可使滑移率具备显示的条件。

调压活塞还可采用限压阀来实现气、液压自等压调节制动力的防抱死制动。如采用限压阀：经由限压阀流出的超压液应回到低压道或储液器，可省去调压室(C)与制动管路之间的回油管路和回油阀。经由限压阀流出的超压气排入大气即可。

直接控制滑移率方法：删除角加减速度门限值的控制程序，保留门限值ABS对制动初期第一次有滑移率的控制方法，此后改为由(S₁)行程实时所在点对号入座，将信号输入控制器所设定的相应减速度程序，控制器依据轮速传感数据核对设定的相应减速度斜率计算任一时刻车、轮速之差，算出滑移率，当实际滑移率＞或＜设定值时，指令调压电磁阀直接减或增压来修正滑移率，这样简单有效低成本直接控制设定滑移率的自等压防抱死制动即实现。假设将(S₁)每移动1/8行程，用电信号对号入座输入电子控制器所设定的相应减速度控制程序，这样附着系数分8级直接控制滑移率的自等压电子式FABS即实现。直接滑移率±修正还可由自调压行程(S₁)的自动增减压来实现。

为方便于识别，以下机械式FABS(简称F1-ABS)；电子式FABS(简称F2-ABS)；F2-ABS和原ABS系统组合成双保险的主、备用系统(简称F3-ABS)，不同车辆和不同用途可按需选择。

作用于前后轴不同附着系数自等压调节制动力的调压弹簧，自调压行程(S₁)的调压范围与限值，应符合基础理论：式(1)、(2)，要求进行设计和校验。

式中：Z₁、Z₂——前、后轴的地面法向反力

a、b——前、后轮轴心与整车质心垂直线距离

G——整车质量

L——前、后轮轴距

——附着系数

h_g——车辆质心高度

x₁、x₂——前、后轴制动器应产生的制动力

由式(1)给出：惯性作用于质心前移对前后轴的压力＝地面反力。由式(2)给出：(S)值即是由附着系数

自身给出的自反应信息源，也可以是自等压调节制动力的动力源。(S)行程应用时作用于前、后轮(轴)的自等压调节器产生自调压行程(S₁)，即能自动实现前、后轮同步合理分配制动力，对于低档车(例如代步汽车和摩托车)控制一个轮的滑移率，即可实现前、后轮较合理的同步防抱死制动。前、后轮(轴)的自等压调节器可并联或串联。

假设把(S₁)调压行程从小到大分8段距离测试，顶紧弹簧每段压缩距离的实际压力升级＝附着系数0.08～0.8相应路况的附着力升级，各种路况的附着系数利用率就能得到接近100％或100％，即使有差距也能由滑移率的控制来弥补，所以顶紧弹簧性能的稳定性特别重要。(S₁)行程的调压范围和限值应可调节。从严定义：自调压行程(S₁)任一点自调节制动力不能完全＝附着力，所以自等压是相对的自等压。

依据路面制动力增加到＝附着力后不再增加的理论，可选择有或无滑移率的防抱死制动：如选择制动力适当＜附着力，以自等压调节的制动力与附着力之比＝0.9∶1为例，即实现车、轮等减速、无滑移率、附着系数利用率≈0.9的高性能防抱死制动；如选择有滑移率：各种机动车全部或部份车轮直接控制和显示滑移率，可按不同实际需要进行选择。

(S)和(S₁)行程可有多种方法来产生：可由紧急制动惯性作用于重力件绕轴心摆动产生一定行程等方法来产生；(S)行程可直接或通过杠杆、连杆等传动作用于(S₁)行程的相应产生；(S)行程还可作用于相应额定电力变量的电路接通，转换为由额定电力来控制自等压调节行程(S₁)的相应产生；(S)行程还可由减震器直接转换为管路压力输出作用于自等压调节行程(S₁)的相应产生，(S)行程的产生和输出还可由电路开关来控制。(S)行程与(S₁)行程的合理比可由杠杆比来调整。

与现有技术对比：

与GB/T13594-2003对比：(S₁)自调压行程等于把E.2.4可调压力的限压阀改进为自动调压阀，具有B.1.1.1…在无车轮抱死为前提的相同调压定值不变条件，所以能实现相同于B.1.1.3最大制动强度Zmax自动定值不变的附着系数利用率。

对照基础理论，只有引出式(1)、(2)的附着系数

实时变化自反应自等压调节制动力，才能具备各种路况的附着系数利用率达到＞0.9～1最高期望值的轮速无明显波动能较好匀减速的高性能条件，现压变理论的ABS不具备实现Zmax定值不变这一高期望值和高性能的条件。

本发明由以下实施例及实施例附图作进一步说明：

实施例1结合附图1、2、4说明如下：

图1是惯性作用于(m)重力件在滑道上滑动作(S)行程动力源的附着系数自反应自等压调节制动力的实施例工作原理图。

图2是把图1(S)行程转换为附着系数自反应自等压调节制动力的自调压行程(S₁)的实施例工作原理图。

图4是自等压调节制动力能实现车轮较好匀减速的示意图。

图1中的滑道(1)与车体或车桥相固定，滑道(1)上有(m)重力件(2)在回位弹簧的作用下处左限位置，(m)重力件(2)装配有滑轮(3)，箭头方向是行车前进方向，制动时惯性作用于(m)重力件(2)产生(S)行程，(S)行程通过杠杆、连杆等传动作用于图2(S₁)行程相应产生，当(m)重力件的惯性力与图2顶紧弹簧(5)的顶紧力相等时，(S)和(S₁)行程即同时停止，(S₁)行程的任一停止点应是制动压力与附着力的等压点或近等压点，任一等压点的顶紧弹簧(5)的顶紧力应按式(1)、(2)的要求进行设计和校验，使实际等压值实现期望值，(S)最大行程有阻尼限位装置(4)。

图2中自等压调节器体(1)内有调压室(C)和活塞(2)，调压室(C)通过中间管路(3)与制动管路连接，调压室(C)与中间管路(3)之间有电磁阀(4)，活塞(2)在顶紧弹簧(5)的作用下处左限位置，顶紧弹簧(5)的预顶紧力(P₁)可由垫圈片(6)的尺寸增减来调整或由调整螺丝正反旋来调整，各种车辆的预顶紧力(P₁)≈0.08的附着系数的附着力，(S₁)最大行程的顶紧力(P₂)≈0.8附着系数的附着力，电磁阀(4)是自等压调节系统的总阀门，总阀门由制动行程终点作用于工作电路的接通由电力来打开，或在滑移率达到设定值时由电子控制器指令其打开，总阀门(4)打开时，制动管路的压力即进入调节室(C)与顶紧弹簧(5)的顶紧力进行等压调节，至此附着系数自反应自等压调节制动力即完成，图4轮速能较好匀减速的高性能防抱死制动即实现。

实施例2结合附图3说明如下：

图3是紧急制动，惯性作用于质心前移，以前车身与前桥高度(H)值的减小值作(S)行程动力源的附着系数自反应自同步自等压调节制动力实施例原理图。

图3中主滑道(1)固定在车体或车桥上，滑道(1)上有作用于(S)值定向输出的滑动部件(2)，滑动部件(2)内有滑道(a)，滑道(a)上有滑轮(6)，滑道(a)上端由销轴(5)来固定左、右滑轨(3)和(4)的距离与滑轮(6)的间隙，右滑轨(4)可绕销轴(5)转动，滑道(a)下端有铰接螺栓(7)，由调整螺帽(8)来控制滑道(a)下端的距离加大或减小，在非紧急制动或未制动时：滑道(a)在弹簧(11)的作用下，上下端的距离都＞滑轮(6)的直径，(H)值的变化通过杠杆(9)和支点(10)的传动带动滑轮轴(15)和滑轮(6)在滑道(a)内作上、下自由滑动，滑动部件(2)在弹簧(12)的作用下处上限位置，对(H)值不起传动作用；紧急制动：由制动初期行程作用于电磁吸力工作电路的接通，由电力带动控制螺帽(8)正旋一定角度，滑道(a)下端的距离即＜滑轮(6)直径，滑轮(6)被夹紧与滑动部件(2)固定合成一体伺服于(H)值的传动，当车体惯性作用于(H)值产生一定的减小值，该减小值即通过杠杆(9)、支点(10)带动滑轮轴(15)、滑轮(6)和滑动部件(2)一起在主滑道(1)内向下滑动产生相应的(S)行程，(S)行程再通过传动作用于图2的制动压力调压行程(S₁)相应产生，这样附着系自反应自等压调节制动力即完成。(H)值的减少值还可直接作用于滑轮轴(15)、滑轮(6)和滑动部件(2)产生相应的(S)行程。松开踏板，滑动部件(2)、右滑轨(4)、调节螺帽(8)分别在回位弹簧的作用下回位。对滑轮(6)的夹紧被解除，滑动部件(2)对H值的传动即停止，滑动部件(2)回位止点应有调节限位件(14)，铰接螺栓(7)由销轴(13)来铰接。

实施例3是F1-ABS，由以下实施例结合附图2作进一步说明：

冰路附着系数自反应自等压自调节制动力：

紧急制动：由制动末段行程(或制动储备行程)作用于直接打开调压室(C)与制动管路(3)的开关或作用于接通电磁阀(4)的工作电路，由电磁阀(4)作用于调压室(C)与制动管路(3)的开通，制动管路(3)的油压即进入(C)室推动活塞(2)向右移动直至制动管路(3)的压力与(S₁)行程调压弹簧(5)的顶紧力相等为止，由于该等压点的预定值是相应于冰路的合理制动力，这样：冰路附着系数自反应自等压调节制动力即完成。由于冰路的制动压力可以是(S₁)行程的起点值，(S)行程对该起点值可按起作用或不起作用进行设计，后者比前者更实用。

冰路以上的附着系数实时变化自反应自等压调节制动力：

冰路以上的各种路况：任一(S)值都应转换为(S₁)值，当(S)值转换为(S₁)值后，各种附着系数实时变化自反应自等压调节制动力的F1-ABS即实现。F1-ABS成本低，对低成本的机动车(例如摩托车、电动车等)有独到的优势：踏板单一制动力即可实现前、后轮同步防抱死制动，当万一踏板制动失效或制动力不足时，手柄制动可起到补救和补充的作用。

松开踏板，制动力解除，电磁阀(4)的保位电路在制动力解除时及时断开，电磁阀(4)在回位弹簧(10)的作用下复位关闭(C)室与管路(3)的通道，伺服于下一次自等压防抱死制动。

实施例4是F2-ABS，由以下实施例结合附图2作进一步说明：

以图2自调压行程(S₁)的自调节制动力为基础压力，结合门限值ABS电子控制系统，删除角加减速度门限值的控制程序，保留制动初期第一次有滑移率的控制方法，总阀门(4)由电子控制器依据滑移率达到设定值时指令其打开，此后改为由(S₁)行程实时所在点对号入座将信号输入控制器所设定的相应减速度运算程序，控制器依据输入的信号，核对设定的相应减速度斜率与任一时刻的轮速之差，算出滑移率，当实际滑移率＞或＜期望值时，指令ABS原系统的压力调节器直接减或增压来修正滑移率，当增压不理想时，可指令总阀门(4)暂短关闭来补充。这样直接控制滑率的F2-ABS即实现。其性能优于F1-ABS。

实施例5是限压阀自等压定值调节制动力的实施例结合附图5说明如下：

图5是限压阀自等压定值工作原理图。

图5中主滑道(1)固定在车体或车桥上，滑道(1)上有作用于(S)值定向输出的滑动部件(2)，滑动部件(2)内有滑道(a)，滑道(a)上有滑轮(6)，滑道(a)上端由销轴(5)来固定左、右滑轨(3)和(4)的距离与滑轮(6)的间隙，右滑轨(4)可绕销轴(5)转动，滑道(a)下端有调整螺栓(7)，由调整螺帽(8)来控制滑道(a)下端的距离加大或减小，在非紧急制动或未制动时：滑道(a)在弹簧(11)的作用下，上下端的距离都与滑轮(6)有适当间隙，(H)值的变化通过杠杆(9)和支点(10)的传动带动滑轮轴(13)和滑轮(6)在滑道(a)内作上、下自由滑动，滑动部件(2)在弹簧(12)的作用下处上限位置，对(H)值不起传动作用；紧急制动：由制动初期行程作用于电磁吸力工作电路的接通，由电力带动控制螺帽(8)正旋一定角度，滑道(a)下端的距离即＜滑轮(6)直径，滑轮(6)被夹紧与滑动部件(2)固定合成一体伺服于(H)值的传动，当车体惯性作用于(H)值产生一定的减小值时，该减小值即通过杠杆(9)、支点(10)带动滑轮轴(13)、滑轮(6)和滑动部件(2)一起在主滑道(1)内向下滑动产生相应的(S)行程，(S)行程再通过传动作用于图2的制动压力调压行程(S₁)相应产生，这样采用限压阀自等压定值的附着系自反应自等压调节制动力即完成。(H)值的减少值还可直接作用于滑轮轴(13)、滑轮(6)和滑动部件(2)产生相应的(S)行程。松开踏板，滑动部件(2)、右滑轨(4)、调节螺帽(8)分别在回位弹簧(11)、(12)的作用下回位。对滑轮(6)的夹紧被解除，滑动部件(2)对H值的传动即停止。其中调整螺帽(8)也可有垫片或滑动垫片或滚珠型垫片(14)。

实施例6是F2-ABS和门限值ABS系统组合成为主、备用双保险防抱制动系统的F3-ABS实施例。

F3-ABS以F2-ABS作主用系统，门限值ABS系统作备用系统，电子控制器改进为两系统共用：设直控滑移率的控制程序为A程序；控制门限值的控制程序为B程序，当主用系统有故障时，由控制器指令关闭A程序和总阀门(4)，与此同时起动B控制程序即可实现双保险防抱制动系统的安全性。

实施例7是滑移率显示结合附图6作如下进一步说明：

图6是带滑移率显示器的自等压调节制动力工作原理图。

图6中：(11)是车轮，(12)是轮缸，(13)是轮速传感器，自等压调节器(10)通过管路与原制动系统管路(9)连接，由阀门(4)开、关来控制自等压系统工作或停止工作，电子控制器(1)计算出的滑移率由显示器(2)显示给出，调整螺丝(3)作用于滑移率±的调整，自由间隙(C′)由调整螺丝(8)的调整来保证，由不同附着系数自反应值(S)如箭头方向通过传动件(7)推动顶杆(6)，压缩调压弹簧(5)顶紧活塞(15)来实现S₁、S₂……S₈调压行程的自等压调节制动力，当轮速传感器(13)的滑移率达到设定值时，由电子控制器(1)指令打开自等压系统的阀门(4)进行自等压调节，由于自等压的作用，在路面条件一定时，任一时刻的滑移率都能以数据直接显示来说明防抱制动性能，检测和使用均可依据显示的数据来评价其性能，当实际滑移率与设定值有偏差时，可通过调整螺丝(3)、(8)的调整来修正。滑移率显示时间的控制：当任一车速减少到一定值(例如：15或20Km/h)时，电子控制器还可控制中断滑移率信号的输出，同时指令该定值车速的实时滑移率保持至停车后仍显示一定时间，以 供验检，滑移率显示应兼备适时自动消除和人工消除功能，以备不同需要进行选用。

实施例8是自动调整(S₁)行程来直控滑移率超允差的修正方法结合附图7作进一步说明：

图7是直控滑移率自等压的自调压行程(S₁)自动修正工作原理图。

图中自等压调节器(10)与车体相固定，由附着系数自反应值(S)如箭头所示推动顶杆(1)向左行，与此同时，推动与顶杆(1)的螺丝段相配合的齿轮式调整螺母(2)也同步向左行，压缩弹簧(3)即产生自调压行程(S₁)，当自调压行程(S₁)所产生的实际滑移率超±允差时，电子控制器(5)指令齿轮式调整螺母(2)正转或反转，对自调压行程(S₁)进行再增减的自动修正直到滑移率回到允差范围即停止转动。齿轮式调整螺母(2)由主动齿轮(或齿条)来带动，主动齿轮的动力源可以是电力或液力或正、负气压或发动机的动力。制动过程电子控制器(5)依据轮速传感器(13)输入的数据，处理计算出车轮(11)有滑移率时，控制器(5)即指令滑移率显示器(6)实时显示，与此同时又指令打开自等压系统总开关(4)，制动管路中的液压进入活塞(15)左端与右端调压弹簧(3)的顶紧力进行等压调节，直至左、右压力平衡(自等压)为止，这样直控、显示滑移率的防抱制动即实现。顶杆(1)的轴向运动由定位件(7)和导轨(8)来导向，(S₁)行程的起步预压力值可按需增、减调整。关闭自等压系统总开关(4)，即转为非自等压的原有制动功能。

Claims (8)

1、附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，其特征在于各种车辆利用紧急制动时，由附着系数自反应值(S)，通过传动作用于自等压调压器的调压弹簧产生相应的自调压行程(S₁)，来实现附着系数自反应自等压调节制动力的防抱死制动或直控滑移率的防抱死制动或直接显示滑移率的防抱死制动。

2、按权利要求1所述的附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，其特征在于调压活塞还可选用限压阀来实现气、液压自等压调节制动力的防抱死制动。

3、按权利要求1所述的附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，

其特征在于(S)值能作用于前后轮按(2)式：

自动分配制动力，作用于低成本车(例如摩托车和代步型汽车)控制1个车轮的滑移率即可实现前后轮较合理的防抱死制动。

4、按权利要求1所述的附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，其特征在于自调压行程(S₁)还可选择制动力适当＜附着力的无滑移率的高性能防抱制动。

5、按权利要求1所述的附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，其特征在于自调压行程(S₁)还可应用于摩托车踏板完成前后轮同步防抱死制动；也可应用于手柄的同步制动。

6、按权利要求1所述的附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，其特征在于自调压行程(S₁)还能自动增减再修正，使滑移率±超允差得到自动修正。

7、按权利要求1所述的附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，其特征在于F2-ABS还可和原ABS系统组合成双保险的主、备用防抱制动系统。

8、按权利要求1所述的附着系数自反应自等压的防抱死制动方法，其特征在于滑移率的直控和显示方法，还可应用于防抱制动性能的试验和测试。

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