CN101909959B - 用于农用拖拉机的具有安全装置的液压制动设备 - Google Patents

Abstract

一种用于农用拖拉机和类似车辆的制动系统，所述农用拖拉机和类似车辆包括一差速制动系统和一用于制动辅助的液压系统，所述差速制动系统和所述液压系统形成了包括两个支路(H1、H2)的系统单元(H)，每个支路针对车辆一侧执行制动作用。根据本发明，通过连接结合部(36、37)向所述系统单元(H)应用两个控制单元(C1、C2)，每个控制单元包括电动阀(20)和由所述电动阀操作的分配器(24)，每个所述分配器(24)针对其中一个支路(H1、H2)控制所述系统单元(H)的操作，并且每个所述电动阀(20)由设有主要车辆参数传感器(V、R、P、A)的电子控制回路(EL)单独控制，所述传感器诸如车速传感器(V)、单一车轮速度传感器(R)、制动踏板位置传感器(P)以及加速器踏板位置传感器(A)。通过这种方式，所述车辆装备有牵引打滑调节(ASR)功能或防止车轮制动抱死(ABS)功能或者稳定控制(ESP)功能，或者数个这些功能以及其他功能，从而在车辆在公路上高速行驶时，对于安全方面具有巨大的实用性。

Description

用于农用拖拉机的具有安全装置的液压制动设备

技术领域

本发明的主题涉及液压制动设备，主要用于农用拖拉机或类似车辆，所述液压制动设备的特征在于设定旨在用来提供安全功能的专用装置。 

背景技术

在一些车辆中，特别是农用拖拉机和类似车辆中，液压制动系统包括作为泵操作的两个主缸，这两个主缸由两个单独的制动踏板控制。每一个所述主缸操作车辆其中一个后侧轮（左侧和右侧轮）的制动，后侧轮是驱动轮。这种布置的目的是允许单边制动侧轮，例如在沿着以交替相反方向延伸的相邻地带耕作农田时，协助车辆进行U形转弯。相反，在通过操作两个制动踏板而指令进行双边制动时，一般来说，所述系统可能失衡，原因是两个单独的制动回路消耗的油量不同，并且结果可能是类似的制动失衡。为了防止这种缺陷，提供了平衡通道，在同时操作两个制动踏板时，所述平衡通道将两个制动回路互相连通。这种平衡功能通过安装在两个主缸的活塞上的平衡阀来实施，所述阀通常关闭，并且在活塞完成预先建立的行程之后打开。 

这种制动系统的每个主缸是可以包括制动辅助结构的制动设备的一部分。为了本发明的目的，将主要考虑改进目标为提高制动灵敏性的液压设备，诸如在欧洲专利No.1,457,400中详细描述的液压设备。这种液压制动设备包括主缸和用于制动辅助的液压伺服系统，所述液压伺服系统包括主体，主体中密封地且可滑动地安装有液压辅助活塞，所述活塞相互分隔第一舱室和第二舱室，所述舱室在休止时相互连通并且填充有处于高压的液压流体，而在制动操作期间，这两个舱室之间的连通情形中断并且第二舱室与主缸之间的连通被打开，因此导致辅助活塞发生位移。 

用在这种制动系统中的另一种安全结构是，在缺乏高压油路的情况下，利用使用者的肌肉力量保证制动的功能，这种制动无法得到辅助但是通常足以用于紧急制动。 

现代的农用拖拉机在公路上行驶时，可能追求高速，高达80km/h及以 

用于公路车辆中的另一些安全装置包括例如调节牵引打滑功能(ASR＝加速打滑调节)、防止制动抱死功能(ABS＝防抱死制动系统)、和稳定性控制功能(ESP＝电子稳定程序)。所述安全功能，或者其中某一些，也可能对于农用拖拉机非常有用，但是它们尚未应用于农用拖拉机和类似车辆，主要原因是采用它们将会在这些车辆中存在的专用制动系统方面碰到巨大的困难。 

发明内容

参照装配有差速制动系统以及制动辅助液压系统(技术上称为液压增压器(hydrobooster))的农用拖拉机和类似车辆的制动系统，本发明的主要目标是在所述系统中引入至少一种附加安全功能，诸如牵引打滑调节(ASR)功能或防止车轮制动抱死(ABS)功能或者稳定控制(ESP)功能，甚至是其他功能，优选引入这些功能中的数个。可以理解，引入这些功能保证了所考虑种类的这些车辆当适合在公路上实现高速时，具有更重要的安全性。 

本发明的另一项目标是保证在可能发生的不同操作条件下，系统正确操作。而本发明的另一项目标是将所述系统的复杂性和阻碍减至最小，特别是针对将其安装到所述车辆方面，从而实现上述目标。最后，本发明的目标是将提供这种改进的制动系统所涉及的花费限制到最低。 

在用于包括差速制动系统和制动辅助液压系统的农用拖拉机和类似车辆的制动系统中，所述差速制动系统和所述液压系统形成了包括两个支路的系统单元，每个支路针对车辆一侧执行制动作用，通过连接结合部向具有两个支路的所述系统应用两个控制单元，实现了本发明的主要目标，每个控制单元包括电动阀和由所述电动阀操作的分配器，每个所述分配器针对其中一个支路控制所述系统单元的操作，并且每个所述电动阀由设置有主要车辆参数传感器的电子控制回路单独控制。 

所述电子控制回路可以是基本上已知的类型，并且可以由所谓的“ECU”型控制逻辑操作，所述控制逻辑考虑了借助本身已知的传感器所感知到的主要车辆参数，所述传感器诸如制动踏板操作传感器、车速传感器、单一车轮 转速传感器、加速度传感器和其他可能的传感器，并且所述电子控制回路适合保证任何行驶条件下进行正确制动，从而可以在任何条件下掌控车辆。 

本发明在由高压流体源提供制动辅助的制动系统中发现了其优选应用，并且在所述应用中，用来操作一项或另一项附加安全功能或者若干项安全功能的压力是由供应辅助系统的高压源提供的相同的压力。 

优选，每个控制单元的电动阀是三位置电动阀，第一位置是休止位置，第二位置是ASR功能操作位置，而第三位置是ABS功能操作位置。 

具有优势的是，所述电动阀的第一位置位于中部，而所述第二和第三位置相对于所述中部第一位置向相反方向位移。 

优选，每个控制单元的所述分配器具有一系列的端口，所述端口借助由相应电动阀操作的分配滑块以各种方式相互连接，每个所述端口连接到所述系统单元的相应液压设备的舱室或路径。 

优选，在处于休止位置时，每个控制单元的分配器不以任何方式改动相应液压设备的舱室的连接状况。 

相反，在处于用于激活ASR功能的位置时，每个控制单元的分配器通过将排出路径从所述系统隔离并将连接到附着力较低的车轮的舱室的连接部从排出位置转换到压力位置，从而改动相应液压设备的舱室的连接状况。 

并且在处于用于激活ABS功能的位置时，每个控制单元的分配器，通过将中间舱室的连接部从与所述排出路径连通的状态转换到与高压供应路径连通的状态，并将辅助舱室连接到排出舱室，从而改变相应液压设备的舱室的连接状况，以便产生反抗力，所述反抗力旨在减小甚至消除辅助作用并且甚至根据需要抵消驾驶者施加的肌肉力。 

所述系统单元的每个主缸包括适合在压力传送到主缸的舱室以激活ASR或ABS功能时用于阻断在两个主缸之间延伸的平衡通道的设备，从而允许向车辆两侧的制动回路施加不同的压力。 

具有优势的是，所述阻断设备包括带有弹簧返回活塞的闸门(shutter)，所述闸门通过管道承受主缸的中间舱室中存在的压力，并且通过抵抗弹簧作用发生位移而阻断平衡通道。 

本发明的制动设备可以仅向车辆后轮操作制动作用，但是也可以布置用于操作前轮或拖车的车轮的制动作用。在这种情况下，所述制动设备可以装备有断开阀，所述断开阀在实施单边制动时，关闭前车轮或拖车车轮的制动 作用。 

附图说明

本发明的上述以及其他特征、目标和优势将从实施方式的以下描述中体现地更为清晰，所述实施方式具有非限制性示例的特征，其中预期实现ASR和ABS功能。然而，目的是表明可以提供所述功能仅其中一项或甚至其他功能来实施本发明。对于附图： 

图1示出了符合本发明的制动设备的透视图以及连接到所述制动设备的电子控制回路的方块图； 

图2示出了作为泵操作的其中一个主缸的纵截面，所述主缸形成所述制动系统的二支路系统单元的支路； 

图3示出了应用到系统单元的两个控制单元其中之一的示意截面图，所述控制单元包括电动阀和分配器，图中所示处于休止状态； 

图4示出了图3所示的组成部件，但是处于牵引打滑调节(ASR)功能介入的状态； 

图5示出了图3所示的组成部件，但是处于防止车轮制动抱死(ABS)功能介入的状态； 

图6示出了具有用来与系统单元连通的结合部的控制单元的视图； 

图7以透视图示出了具有用来与控制单元连通的结合部的系统单元的主体； 

图8至10指代在其中一项附加功能，即牵引打滑调节(ASR)功能和/或防止车轮制动抱死(ABS)功能介入时，用来中断平衡动作的主缸的结构。 

具体实施方式

参照图1，以透视图示出了符合本发明的制动设备，该制动设备包括通过耦接两个液压设备H1和H2而形成的中央单元H(所谓的液压增压器)，每个液压设备基本上对应于欧洲专利No.1.457.400中所述的液压设备。这种设备在上述内容中进行了概述，并且其结构和操作细节可以参见引述的欧洲专利No.1.457.400。 

图2示出了两个液压制动设备H1和H2其中之一的截面。所述设备包括主体10，其中制作了具有两个直径的孔11，该孔的后部形成直径较大的 舱室6，该舱室形成液压制动伺服马达，而直径减小的前部形成作为泵操作的主缸，通过连接部7连接到其中一个车轮的制动器。由指令轴13驱动的控制活塞12在孔11中滑动，指令轴13终止于制动踏板(未示出)。在舱室6中，在控制活塞12周围滑动安装有辅助活塞14，在辅助活塞后方，舱室5通常经由通道4连接到旨在提供辅助作用的液压高压源(未示出)。此外，两个舱室，即孔11内的舱室2和中间舱室3，由环形活塞8彼此分开，并且在休止时，它们连接到排出通道1。中间舱室3由移动构件15与舱室6分开。在休止时，舱室6中存在与舱室5中相同的压力，但是，在活塞12被操作时，其控制调节舱室6中的压力的开口，从而导致辅助作用介入，正如欧洲专利No.1.457.400中详细描述。 

根据本发明，正如上述并且可以从图1中看出，对具有两条支路的系统单元H应用两个控制单元C1和C2，在需要介入通过制动控制而起作用的ASR、ABS功能或者其他功能时，每个控制单元在电子控制回路EL的指令下，针对位于车辆一侧的车轮的制动作用来改变系统单元H的行为。为了实现其功能，电子控制回路EL从若干传感器获取信号，诸如车速传感器V、车轮转速传感器R、制动踏板操作传感器P和加速度传感器A。电子控制回路EL将其控制信号发送到包含在控制单元C1和C2内的电动阀的电连接部29。 

图3示意性地示出了处于休止状态的两个控制单元C1和C2其中之一的纵向截面。所述单元包括电动阀体20，其中容纳两个磁芯21和22，所述磁芯相互耦接并且由具有电连接部29的相应电气绕组(未示出)来操作。磁芯21和22的目的是相对于图3所示的中央休止位置向着相反方向发生位移。这一组磁芯21和22相应于滑动安装在分配主体24内的分配滑块23的位移而操作。通过改变其相互连接关系，滑块23与形成在主体24内的5个入口31、32、33、34、35协作，下面将会进行阐述。5个入口31、32、33、34、35依次连接到系统单元H的相应液压设备(H1或H2)的腔体1、2、3、4、5。这种连接通过设置在所述装置的主体内的路径来实现，所述路径终止于分配器主体24(图6)的结合部37并终止于带有两条支路的系统单元的主体10两侧的两个结合部中的相应结合部36(图7)处。在所述结合部36和37内，挖出连接所述路径的出口的若干通道。为了叙述清楚，所述出口以指代主缸的舱室和分配器端口的相同附图标记1、2、3、4、5和31、32、 33、34、35来指代，相应的路径来自所述出口。因此，端口31是与排出路径1连通的排出端口，端口2与液压设备的孔11的内舱室2连通，端口33与中间舱室3连通，端口34经由路径4与提供辅助作用的高压供应件连通，而端口35与辅助舱室5连通。此外，中间舱室3与路径30连通，路径30将在后面限定，用于平衡抑制作用。 

在休止条件下，控制单元C1或C2不改变系统单元10的相应支路的行为，因此所述支路就好像控制单元不存在那样操作。这是车辆的正常行驶条件。 

现在描述牵引打滑调节(ASR)功能，向液压增压器添加这种功能是本发明的目标之一。 

农用拖拉机在农田中操作时，可以利用差速阻挡来解决它们遇到的附着力问题，但是这在公路上是不可能的。在公路上，当驱动轮出现地面附着力差异时，可以传递的扭矩是较小的那个扭矩，并且可能发生一些打滑。在这种情况下，牵引打滑调节动作(ASR)可能是适当的。 

在电子控制回路EL根据从传感器接收到的信号来确定适合向车轮应用ASR功能以调节牵引打滑时，电子控制回路EL激活电气绕组，所述电气绕组与控制单元C1或C2的电动阀的磁芯21相协作，所述控制单元C1或C2与放置待控制车轮的那一侧相对应，并且所述磁芯通过从图3所述的休止位置向图4所示的操作位置移动分配器而移动并牵拉滑块23。 

在这种条件下，滑块23与端口31至35协作并将端口31以及排出路径1与系统隔离，而端口32从端口31转换到端口34，因此从排出条件转换到高压条件。因此，在舱室2中(该舱室2在休止时连接到舱室28并连接到附着力较小的车轮的制动回路)产生了目的为平衡舱室4和5中存在的压力的压力。通过这种方式，即使制动踏板保持在休止位置，也能制动附着力较小的车轮。制动扭矩量通过迅速交替转换端口32与端口31和34进行调节，所述转换由电子控制回路EL引发，并且通过这种方式，只要驱动轮之间持续存在滑动差异，就对制动扭矩进行调制。 

在电子控制回路EL确定适合停止调节滑动功能的时候，它切断对电动阀电气绕组的激励，并且后者返回到其休止位置，由此滑块23最终将端口32与排出端口31连接，因此重新建立驱动扭矩的正确分配。 

通常，辅助压力足以补偿驱动轮之间的驱动扭矩差异。所述过程保证了 制动调节的逐渐实施，这样使得车辆使用者感觉舒适，他不可能注意到系统介入。 

现在描述防止车轮制动抱死的功能，向液压增压器添加这种功能是本发明的目标之一。 

防止车轮制动抱死(ABS)的功能的目的在于降低一个或另一个车轮的制动扭矩，这是通过如下方式实现的：电子控制回路EL接到表示一个或多个车轮即将发生抱死的传感器信号而发挥作用，从而相关制动回路中液体压力更小。所述系统在控制层面上通过电子方式操作，但是在操作方式上完全是电气液压形式的。 

为此，所述回路以这样的方式执行，即在所述回路被激活时，由于在作为泵操作的主缸中存在移动元件15，所述回路再吸收特定量的制动流体，其中所述移动元件位于从中间舱室3分开的内舱室6中。在特定的操作条件下，这种几何结构允许制动液体返回。与液体返回相对应，在系统减小施加在车轮上的制动力时，使用者感觉到踏板颤动并注意到回推动作。但是，这种影响是有限的，并且认为可以允许。 

在制动操作过程中，当电子控制回路注意到适合在车轮上激活防抱死功能时，它激活与控制单元的电动阀的磁芯22相协作的电气绕组，所述控制单元与放置待控制车轮的那一侧相对应，并且所述磁芯通过从图3所示的休止位置向图5所示的操作位置移动分配器而移动并牵拉滑块23。 

在这种条件下，滑块23与端口31至35协作，并且将端口33的连接从与排出端口31连通的状态转换到与处于高压的端口34连通的状态，而排出端口31连接到端口35。 

因此，在主缸中，在舱室3内，压力因引入高压而升高，产生反抗舱室6中的力的反抗力，在舱室6中存在与施加在指令轴13上的肌肉力成比例的压力。这种压力的目的是平衡舱室5中存在的压力，直至消除辅助作用，甚至在需要的时候，抵消驾驶者施加的肌肉力。 

施加到受控车轮上的制动扭矩量由电子控制回路EL通过迅速交替转换端口33与端口31和34，因此交换端口31和35来调节，因此使得辅助压力降低，并进而降低制动压力。 

设计者可以预见与所述布置类似的其他布置，以便在电子控制回路EL的控制下执行其他的安全功能。一般来说，本发明的构思可以适用于引入由 电子控制回路EL控制并通过作用于制动系统而致动的任何功能。 

为了在特定条件下可以向位于车辆相对两侧的车轮的制动系统施加不同的压力，需要使得在通常条件下保证所述制动系统接收相同压力的平衡功能无效。用于这种目的的布置在图8至10中示出。 

图8表示主体10的横截面，其中形成两个主缸的工作舱28，而图9是主体的纵截面。工作舱28借助平衡通道27相互连接，平衡通道采用本身已知的方式连通两个主缸，以便在操作两个制动踏板时平衡它们的压力。在每个主缸的主体10中容纳受到弹簧26的作用的活塞闸门25，所述闸门通过路径30受到中间舱室3内的压力的作用。活塞闸门25在图10中以更大的比例更为详细地表示。通过抵抗弹簧26的作用而移动，活塞闸门25容易阻断平衡通道27。因此，只要舱室3中存在压力，则被该压力偏压的活塞闸门25将阻断平衡通道27并禁止其发挥作用。在需要的时候，这种结构允许向车辆两侧的制动回路施加不同的压力，正如为了致动ABS功能、ASR功能或者甚至其他功能时需要的那样。 

如上所述，符合本发明的制动设备可以仅对后车轮实施制动，但是也可以设计成操作前车轮上或者拖车车轮上的制动。在这种情况下，所述设备可以装备有断开阀，断开阀的目的是在实施单边制动时排除前轮或拖车车轮的制动作用。图1和图7中所示的接头9的目的是在存在断开阀的情况下，连接前轮或拖车车轮的制动回路。 

从前述内容可以明白，本发明申请为农用拖拉机或类似车辆提供了安全功能ASR、ABS或者可能的其他安全功能中的一种或另一种，并且优选提供一种以上的所述安全功能，因此使得所述车辆甚至适合在公路上高速行驶，而且本发明借助一紧凑设备实现了这种目标，所述设备向车辆安装不会碰到困难并且也不包括特别昂贵的设备，诸如专用液压中枢。 

应该理解，本发明并不限于借助例子描述和示出的上述实施方式。在描述过程中已经提及了若干种可行的改动方案，并且其他改动方案也在本领域技术人员的知识范围内。上述改动以及其他改动以及以技术等同装置进行替换，可以适用于已经描述和显示的内容，而不会脱离本发明的精神以及本专利的范围。 

Claims (13)

1.一种用于农用拖拉机的制动系统，所述农用拖拉机包括一差速制动系统和一用于制动辅助的液压系统，所述差速制动系统和所述液压系统形成了包括两个液压设备（H1、H2）的系统单元（H），每个液压设备针对农用拖拉机一侧执行制动作用，其特征在于，通过连接结合部（36、37）向具有两个液压设备（H1、H2）的所述系统单元（H）应用两个控制单元（C1、C2），每个控制单元包括电动阀（20）和由所述电动阀操作的分配器（24），每个所述分配器（24）针对其中一个液压设备（H1、H2）控制所述系统单元（H）的操作，并且每个所述电动阀（20）由设有主要车辆参数传感器（V、R、P、A）的电子控制回路（EL）单独控制。

2.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于，所述电子控制回路（EL）由所谓的“ECU”型控制逻辑操作，所述控制逻辑考虑了借助制动踏板操作传感器（P）、车速传感器（V）、单一车轮转速传感器（R）和加速度传感器（A）所观察到的主要车辆参数。

3.如权利要求1所述的制动系统，是由高压流体源提供制动辅助的制动系统，其特征在于，用来操作一项或另一项附加安全功能或者操作数个这种安全功能的压力是由供应辅助系统的高压流体源提供的相同的压力。

4.如权利要求3所述的制动系统，其特征在于，每个控制单元（C1、C2）的所述电动阀（20）是三位置电动阀，其中第一位置是休止位置，第二位置是ASR功能操作位置，而第三位置是ABS功能操作位置。

5.如权利要求4所述的制动系统，其特征在于，所述电动阀（20）的所述第一位置位于中部，而所述第二位置和所述第三位置相对于所述第一位置向相反方向位移。

6.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于，每个控制单元（C1、C2）的所述分配器（24）具有一系列的入口（31-35），所述入口借助由相应电动阀（20）操作的分配滑块（23）相互连接。

7.如权利要求6所述的制动系统，其特征在于，每个所述入口（31-35）被连接到所述系统单元（H）的相应液压设备（H1、H2）的舱室或路径（1-5）。

8.如权利要求4所述的制动系统，其特征在于，在处于所述休止位置时，每个控制单元（C1、C2）的分配器（24）不以任何方式改变相应液压设备（H1、H2）的舱室的连接状况。

9.如权利要求4所述的制动系统，其特征在于，在处于用于激活ASR功能的位置时，每个控制单元（C1、C2）的分配器（24），通过将排出路径（1）从所述系统隔离并将连接到附着力较低的车轮的舱室（8）的连接部从排出路径（1）转换到供应路径（4），从而改变相应液压设备（H1、H2）的舱室的连接状况。

10.如权利要求4所述的制动系统，其特征在于，在处于用于激活ABS功能的位置时，每个控制单元（C1、C2）的分配器（24），通过将中间舱室（3）的连接状态从与所述排出路径（1）连通的状态转换到与高压供应路径（4）连通的状态，并将辅助舱室（5）连接到排出路径（1），从而改变相应液压设备（H1、H2）的舱室的连接状态，以便产生反抗力，所述反抗力旨在减小甚至消除辅助作用并且甚至根据需要抵消驾驶者施加的肌肉力。

11.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于，所述液压设备（H1、H2）的每个主缸（28）包括适合在压力传送到主缸的舱室以激活ASR或ABS功能时用于阻断在两个主缸之间延伸的平衡通道（27）的阻断设备，从而允许向农用拖拉机两侧的制动回路施加不同的压力。

12.如权利要求11所述的制动系统，其特征在于，所述阻断设备包括带有弹簧（26）返回活塞（25）的闸门，所述闸门通过管道（30）承受主缸的中间舱室（3）中存在的压力，并且通过抵抗弹簧作用发生位移而阻断平衡通道（27）。

13.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于，在所述系统单元（H）布置用于操作前轮或拖车车轮的制动作用时，所述系统单元装备有断开阀，所述断开阀在实施单边制动时，关闭前轮或拖车车轮的制动作用。

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