CN105501202A - 一种静压传动车辆的制动系统及制动方法 - Google Patents

一种静压传动车辆的制动系统及制动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种静压传动车辆的制动系统及制动方法，该系统由整车控制器ECU、发动机/电机、液压泵、液压马达、液压阀件、制动踏板、电磁离合器、液压泵A/B口压力传感器、马达转速传感器等组成。该方法区别于现有静压传动车辆制动方法，创新的提出了一种制动时利用静压传动系统自身特性产生与制动踏板开度正相关的制动力的方法。该方法可以不依赖于机械制动系统的辅助而达到传统机械制动车辆的制动效果，能够有效避免目前静压传动车辆制动时所存在的车辆骤停冲击或者滑行距离短、滑行停车位置不可控的问题，增强了静压传动车辆的人机操控性和易用性。

Description

一种静压传动车辆的制动系统及制动方法
【技术领域】
本发明涉及车辆制动系统技术领域，特别涉及一种静压传动车辆的制动系统及制动方法。
【背景技术】
制动系统在各种车辆中都是至关重要的一个组成部分，制动系统性能的优劣决定了车辆的安全性、操控性以及易用性的高低。静压传动车辆作为一类特殊的车辆形式具有低速大扭矩、可无极调速等良好的特性，但是静压传动车辆的制动一直以来都没有一个很好地解决方案。静压传动车辆通常使用的制动方法主要分为以下三种：
1)车辆制动时(或不设置制动踏板，当车辆的加速踏板松开时)，静压传动系统液压泵斜盘摆角直接归零，液压油路封闭，车辆停止；
2)车辆制动时(或不设置制动踏板，当车辆的加速踏板松开时)，静压传动系统液压泵斜盘摆角延时或按照某设定规律归零，逐渐将液压油路封闭，车辆滑行后停止；
3)在静压传动车辆中加装机械制动装置，车辆制动时，制动踏板直接控制机械制动装置进行制动，此时车辆的制动效果与静压系统无关等同于机械制动车辆。
其中，方案3虽然可以获得等同于机械制动车辆的制动效果，但是这种方法需要加装机械制动装置，这会大大提高车辆的结构复杂度，增加车辆的加工制造成本，同时也增加了车辆的故障率。而且此方案严格意义上来说是机械制动车辆与静压传动系统无关。方案1和方案2属于依靠静压系统进行制动的方案，在实际车辆中的应用比较多见。但是方案1由于斜盘角度归零过快，会导致车辆骤停，造成驾驶冲击感，不利于车辆的驾驶操控。此外，方案1中的制动过程会导致静压传动系统出现瞬间压力极值，容易对液压系统元件造成损害。方案2作为对方案1中存在问题的一种改善方法，能够使静压车辆在制动时进入设定的滑行程序，可以避免突然停车，有利于减小驾驶冲击。但是方案2中的车辆滑行距离是不受人为控制的，通常滑行距离较短，难以达到机械制动系统中驾驶员可以通过制动踏板自主控制刹车加速度和滑行距离的良好驾驶体验。因此，充分利用静压传动系统特性开发一种制动时以液压系统自身产生与制动踏板开度正相关的制动力的方法意义巨大。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种静压传动车辆的制动系统及制动方法，该方案能够使静压传动车辆利用静压传动系统自身产生等同于机械制动的制动效果，避免目前静压传动车辆制动时所存在的车辆戛然而止或者滑行距离短、停车定位不可控的问题，较好的改善静压制动车辆的人机操控性和易用性。
本发明采用的技术方案如下：
一种静压传动车辆的制动系统，包括发动机/电动机、变排量液压泵、整车控制器和电子制动踏板；
其中，发动机/电动机后端通过电磁离合器机构与变排量液压泵机械连接；变排量液压泵通过液压油路与汽车的两个轮边液压马达组成闭式液压驱动系统；两个轮边液压马达上分别设置有用于检测液压马达转速的转速传感器和检测液压泵口压力的液压泵口压力传感器；
电子制动踏板用于直接或间接提供踏板开度以及开度变化率两路信号；
所述的整车控制器与电子制动踏板、电磁离合器机构、液压泵口压力传感器、转速传感器以及变排量液压泵的斜盘控制电磁铁电气连接。
所述的液压泵口压力传感器包括液压泵A口压力传感器和液压泵B口压力传感器，分别用于检测两个轮边液压马达的A、B口的压力值；液压泵A口压力传感器设置在右后轮液压马达A口及左后轮液压马达A口与变排量液压泵A口连接的液压油路上，液压泵B口压力传感器设置在右后轮液压马达B口及左后轮液压马达B口与变排量液压泵B口连接的液压油路上。
还包括变速电磁阀，变速电磁阀设置在变排量液压泵与汽车的两个轮边液压马达之间；变速电磁阀上设置有控制压力传感器，控制压力传感器与整车控制器电连接。
所述的轮边液压马达为变排量型或定排量型液压马达。
所述的变排量液压泵的液压油路上还设置有由冷却器和补油滤油器。
一种静压传动车辆的制动方法，包括以下步骤：
1)整车控制器判断混合动力车是否处于制动状态；
压力传感器检测液压泵口压力；
转速传感器检测液压马达的转速；
2)车辆处于制动状态后，整车控制器直接发出指令断开电磁离合器；
电子制动踏板将实时测得的踏板开度信号与开度变化率信号送给整车控制器；
转速传感器以脉冲方式将轮边马达转速信号送给整车控制器，压力传感器以电压信号方式将液压泵A/B口压力送给整车控制器；
3)整车控制器首先根据制动踏板开度信号结合预设的制动力矩与踏板行程曲线，计算出在现有踏板开度水平下静压传动系统应提供的制动力大小FA作为目标变量；然后整车控制器根据轮边马达转速信号与液压泵A/B口压力信号计算静压传动系统实时提供的真实制动力大小FD；
4)判断FA、FD的值大小，若FA、FD相等则不动作；若二者不相等则通过控制变排量液压泵斜盘摆角调节静压传动系统提供的真实制动力使其实时跟随目标变量FA以达到模拟机械制动的制动效果。
所述步骤1)中是通过混合动力车的电子制动踏板的开度大小判断是否处于制动状态的，车辆启动后，整车控制器实时检测电子制动踏板的开度，当开度为“0”时，车辆正常启动行驶；当开度大于“0”时，说明车辆处于制动状态。
所述的制动力矩与踏板行程成正比例的线性关系。
所述的制动力大小FD由以下方程得出：
F D = 19100 ( P A - P B ) × Q M D R T ;
其中，PA、PB为液压泵A、B口压力；QMD为液压马达当前排量值；RT为驱动轮轮胎半径。
所述的制动力实时跟随的控制方法采用PID控制、模糊控制、滑模控制或状态反馈控制。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明一种静压传动车辆的制动系统，由整车控制器ECU、发动机/电机、液压泵、液压阀件、制动踏板、电磁离合器、液压马达、液压泵A/B口压力传感器、马达第一、第二转速传感器等组成，系统结构简单，使用方便。制动力调制系统，可以根据制动踏板开度、液压系统实时检测压力以及同类型机械制动车辆的制动力——制动踏板开度曲线，经过制动力调制算法运算进而控制静压传动系统产生与机械制动系统相当的制动力。静压传动系统，在车辆动力源与液压系统中间加置了一套电磁离合器，能够在制动踏板被踩下时切断动力源与静压传动系统之间的动力传动。
进一步，液压泵A/B口压力传感器主要用于检测液压泵两个压力口的压力值，并将压力值转化为电流信号输送到整车控制器中，通过制动力调制系统进行控制决策。
本发明提出了一种以静压传动系统自身特性来模拟机械制动感受的制动方法，车辆制动时根据制动踏板开度，通过制动力调制系统控制静压传动系统产生相应的制动力，以达到模拟机械制动效果的目的。本发明的制动力调制算法，能够根据制动制动力调制系统采集的相关数据实时的调节静压传动系统液压泵斜盘摆角，使液压系统产生的制动力能够实时跟随模拟机械制动车辆的制动力大小。该方法区别于现有静压传动车辆制动方法，提出了一种制动时利用静压传动系统自身特性产生与制动踏板开度正相关的制动力的方法。该方法可以不依赖于机械制动系统的辅助而达到传统机械制动车辆的制动效果，能够有效避免目前静压传动车辆制动时所存在的车辆骤停冲击或者滑行距离短、滑行停车位置不可控的问题，增强了静压传动车辆的人机操控性和易用性。
【附图说明】
图1所示为本发明的总成结构图；
图2所示为制动方法的逻辑控制原理图；
图3所示为预设“制动力矩——踏板开度”曲线示例图；
图4所示为制动力跟随的基本原理简图。
图中，1-发动机/电动机；2-电磁离合器；3-变排量液压泵；4-右后轮液压马达；5-第一转速传感器；6-第二转速传感器；7-左后轮液压马达；8-变速电磁阀；9-液压泵B口压力传感器；10-液压泵A口压力传感器；11-整车控制器；12-电子制动踏板；13-控制压力传感器；14-由冷却器；15-补油滤油器。
【具体实施方式】
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明由发动机/电动机1、电磁离合器2、变排量液压泵3、右后轮液压马达4、第一转速传感器5、第二转速传感器6、左后轮液压马达7、变速电磁阀8、液压泵B口压力传感器9、液压泵A口压力传感器10、整车控制器ECU11和电子制动踏板12组成。
其中，发动机/电动机1后端通过电磁离合器机构2与变排量液压泵3机械连接；变排量液压泵3通过液压油路与两个轮边液压马达4和7组成闭式液压驱动系统，轮边液压马达4和7采用变排量型或定排量型均可；电子制动踏板11需能够直接或间接提供踏板开度以及开度变化率两路信号；整车控制器ECU12与电子制动踏板11、电磁离合器机构2、液压泵A口压力传感器10、液压泵B口压力传感器9、第一转速传感器5、第二转速传感器6以及变排量液压泵3的斜盘控制电磁铁电气连接。图中液压系统的其它附属结构补油、泄油回路，控制阀块，压力限制回路等因与本发明核心内容关联较小在图中未一一给出。
还包括变速电磁阀8，变速电磁阀8设置在变排量液压泵3与汽车的两个轮边液压马达4、7之间；变速电磁阀8上设置有控制压力传感器13，控制压力传感器13与整车控制器12电连接。变排量液压泵3上还设置有由冷却器14和补油滤油器15。
整车控制器ECU11，除用于检测车辆实时状态数据、进行整车控制等通用功能外，还是静压传动车辆制动力调制系统的中心处理器，它实时采集液压泵A/B口压力、制动踏板12开度与开度变化率等数据并通过内置的算法进行数据的处理与分析，给出静压传动系统斜盘摆角的实时控制指令。
发动机/电机1主要作为车辆的动力来源。
液压泵3、马达机构4和7以及相关液压阀件主要用于组成车辆的静压传动系统，实现车辆的静压传动。
制动踏板12主要用于为整车控制器11提供驾驶员的制动需求信号，包括制动踏板开度以及制动踏板开度变化率。
电磁离合器2主要作为发动机或电机与液压泵之间的动力传递装置。当车辆正常行驶时，离合器吸合；当制动踏板动作时离合器立刻断开，切断动力传递使车辆进入制动状态。
液压泵A/B口压力传感器9和10主要用于检测液压泵两个压力口的压力值，并将压力值转化为电流信号输送到整车控制器中，通过制动力调制系统进行控制决策。
参照图2对本发明制动能量回收方法进行如下阐述：车辆启动后，整车控制器12实时检测电子制动踏板11的开度，当开度为“0”时，车辆正常启动行驶。当开度大于“0”时，说明车辆处于制动状态，整车控制器12直接发出指令断开电磁离合器2。电子制动踏板11将实时测得的踏板开度信号与开度变化率信号送给整车控制器12，马达转速传感器5和6以脉冲方式将轮边马达转速信号送给整车控制器12，A、B口压力传感器以电压信号方式将液压泵A，B口压力送给整车控制器12。
整车控制器12首先根据制动踏板开度信号结合预设“制动力矩——踏板行程”曲线例如图3中所示的线性关系，计算出在现有踏板开度水平下静压传动系统应提供的制动力大小FA作为目标变量。然后整车控制器根据马达转速信号与液压泵A/B口压力信号计算静压传动系统实时提供的真实制动力大小FD，
F D = 19100 ( P A - P B ) × Q M D R T ;
其中，PA、PB为液压泵A，B口压力；QMD为液压马达当前排量值；RT为驱动轮轮胎半径。
若FA、FD相等则不动作；若二者不相等则通过控制液压泵斜盘摆角调节静压传动系统提供的真实制动力使其实时跟随目标变量FA以达到模拟机械制动的制动效果。
制动力跟随的基本原理如图4所示，具体的控制方法可以采用PID控制、模糊控制、滑模控制、状态反馈控制等手段均可实现，此处的具体控制方法仅是实现本发明的不同辅助手段，不能用以限制本发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静压传动车辆的制动系统，其特征在于，包括发动机/电动机(1)、变排量液压泵(3)、整车控制器(11)和电子制动踏板(12)；
其中，发动机/电动机(1)后端通过电磁离合器机构(2)与变排量液压泵(3)机械连接；变排量液压泵(3)通过液压油路与汽车的两个轮边液压马达(4、7)组成闭式液压驱动系统；两个轮边液压马达(4、7)上分别设置有用于检测液压马达转速的转速传感器(5、6)和检测液压泵口压力的液压泵口压力传感器；
电子制动踏板(11)用于直接或间接提供踏板开度以及开度变化率两路信号；
所述的整车控制器(12)与电子制动踏板(11)、电磁离合器机构(2)、液压泵口压力传感器、转速传感器(5、6)以及变排量液压泵(3)的斜盘控制电磁铁电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种静压传动车辆的制动系统，其特征在于，所述的液压泵口压力传感器包括液压泵A口压力传感器(10)和液压泵B口压力传感器(9)，分别用于检测两个轮边液压马达(4、7)的A、B口的压力值；液压泵A口压力传感器(10)设置在右后轮液压马达(4)A口及左后轮液压马达(7)A口与变排量液压泵(3)A口连接的液压油路上，液压泵B口压力传感器(9)设置在右后轮液压马达(4)B口及左后轮液压马达(7)B口与变排量液压泵(3)B口连接的液压油路上。
3.根据权利要求1所述的一种静压传动车辆的制动系统，其特征在于，还包括变速电磁阀(8)，变速电磁阀(8)设置在变排量液压泵(3)与汽车的两个轮边液压马达(4、7)之间；变速电磁阀(8)上设置有控制压力传感器(13)，控制压力传感器(13)与整车控制器(12)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种静压传动车辆的制动系统，其特征在于，所述的轮边液压马达为变排量型或定排量型液压马达。
5.根据权利要求1所述的一种静压传动车辆的制动系统，其特征在于，所述的变排量液压泵(3)的液压油路上还设置有由冷却器(14)和补油滤油器(15)。
6.一种基于权利要求1所述的静压传动车辆制动系统的制动方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)整车控制器(12)判断混合动力车是否处于制动状态；
压力传感器检测液压泵口压力；
转速传感器(5、6)检测液压马达的转速；
2)车辆处于制动状态后，整车控制器(12)直接发出指令断开电磁离合器(2)；
电子制动踏板(11)将实时测得的踏板开度信号与开度变化率信号送给整车控制器(12)；
转速传感器(5、6)以脉冲方式将轮边马达转速信号送给整车控制器(12)，压力传感器以电压信号方式将液压泵A/B口压力送给整车控制器(12)；
3)整车控制器(12)首先根据制动踏板开度信号结合预设的制动力矩与踏板行程曲线，计算出在现有踏板开度水平下静压传动系统应提供的制动力大小FA并作为目标变量；然后整车控制器(12)根据轮边马达转速信号与液压泵A/B口压力信号计算静压传动系统实时提供的真实制动力大小FD；
4)判断FA、FD的值大小，若FA、FD相等则不动作；若二者不相等则通过控制变排量液压泵(3)斜盘摆角调节静压传动系统提供的真实制动力使其实时跟随目标变量FA以达到模拟机械制动的制动效果。
7.根据权利要求6所述的静压传动车辆制动系统的制动方法，其特征在于，所述步骤1)中是通过混合动力车的电子制动踏板(11)的开度大小判断是否处于制动状态的，车辆启动后，整车控制器(12)实时检测电子制动踏板(11)的开度，当开度为“0”时，车辆正常启动行驶；当开度大于“0”时，说明车辆处于制动状态。
8.根据权利要求6所述的静压传动车辆制动系统的制动方法，其特征在于，所述的制动力矩与踏板行程成正比例的线性关系。
9.根据权利要求6所述的静压传动车辆制动系统的制动方法，其特征在于，所述的制动力大小FD由以下方程得出：
F D = 19100 ( P A - P B ) × Q M D R T ;
其中，PA、PB为液压泵A、B口压力；QMD为液压马达当前排量值；RT为驱动轮轮胎半径。
10.根据权利要求6所述的静压传动车辆制动系统的制动方法，其特征在于，所述的制动力实时跟随的控制方法采用PID控制、模糊控制、滑模控制或状态反馈控制。
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