CN105691374A - 一种重型汽车电机驱动气压制动系统及制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重型汽车电机驱动气压制动系统及制动方法，包括控制机构，动力机构、传动机构；所述动力机构包括电机、扭矩放大机构；所述传动机构包括丝杠、套在丝杠上的丝杠螺母、与设置在储气筒内活塞相连的活塞杆和夹在丝杠螺母与壳体之间的弹性结构；储气筒的进气口、出气口分别接气压管路和制动轮缸；制动原理：通过采集车速和制动踏板开度信息，控制机构计算出合理的制动力分配，通过输出控制电机电压，实现电机转速控制，进而通过传动机构控制储气筒内压力实现制动轮缸制动压力的控制，制动过程实时采集储气筒内压力并实时控制制动力。电机传动和弹性机构的耦合，实现挂车制动力的实时调节，解决挂车制动较牵引车制动延迟的缺点。

Description

一种重型汽车电机驱动气压制动系统及制动方法

技术领域

本发明涉及重型装备运输车制动技术领域，尤其是一种重型汽车电机驱动气压制动系统。

背景技术

重型装备运输车因其可实现“区段运输”和“甩挂运输”的功能，成为提高公路运输效率的重要手段，越来越受到重视。但制动安全一直是汽车列车的重大隐患。挂车和牵引车大多采用气压制动，气压制动系统中管路中气压的产生和撤除均较慢，作用滞后时间较长(0.3-0.9s)；管路工作压力较低，因此挂车制动系统普遍存在制动效能低、制动响应慢，制动消退时间长等一系列问题，而且由于挂车的制动响应时间迟于牵引车的制动响应时间和挂车制动效能低导致挂车的制动强度低于牵引车的制动强度，使重型装备运输车在制动过程中经常出现折叠和甩尾现象，以及因为牵引车和挂车之间相互碰撞导致汽车列车行驶方向的突然改变。这些现象经常导致交通事故的发生，造成人员和财产的损失。

由于重型装备运输车使用气压制动，现有的制动系统在制动时，牵引车和挂车同时制动，但由于挂车的制动管路较长，使得挂车的制动较牵引车会有一定的延迟，牵引车较挂车先制动，则牵引车与挂车之间的牵引连接装置受压力，有可能会发生“折叠”的危险工况，重型装备运输车的制动稳定性和安全性得不到保障，如何减少挂车的制动响应时间成为研究的重点。

电子机械制动系统能够很好的减少制动系统的响应时间，但是对于重型汽车，给每个车轮增加电子机械制动系统，将会造成成本较高，硬件复杂等不必要的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提出一种重型汽车电机驱动气压制动系统，使挂车的制动响应时间短，制动效果好，制动力矩可以通过调节一个电机转速实现，大大降低成本。解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

一种重型汽车电机驱动气压制动系统，包括动力机构、传动机构和电控机构；

所述动力机构包括电机、扭矩放大机构，所示扭矩放大机构连接所述电机的输出轴，所述扭矩放大机构在所述电机的带动下转动；

所述传动机构包括丝杠、丝杠螺母以及活塞杆；所述丝杠的一端与所述扭矩放大机构的输出连接，所述丝杠在所述扭矩放大机构的带动下转动；所述丝杠螺母套装在所述丝杠上，所述丝杠螺母在所述丝杠的带动下作直线运动；所述活塞杆的一端设有圆柱筒，所述圆柱筒与所述丝杠螺母的一端固定连接，并且所述丝杠的另一端能够在所述圆柱筒内部作相对伸缩运动，所述活塞杆在所述丝杠螺母的带动下运动，所述活塞杆的另一端固定连接设置在储气筒内部的活塞，所述活塞在所述活塞杆的带动下作进给运动；所述储气筒的进气口连接气压管路，所述储气筒的出气口连接制动轮缸；

所述电控机构包括信息采集模块和控制模块；所述信息采集模块包括速度传感器、制动踏板开度传感器、压力传感器，所述速度传感器、制动踏板开度传感器、压力传感器均与所述控制模块相连，所述速度传感器用于检测车速，所述制动踏板开度传感器用于检测制动踏板的开度，所述压力传感器用于检测所述制动轮缸的制动压力；所述控制模块为车载ECU，所述ECU根据制动踏板开度以及汽车列车速度计算出所需制动压力，输出信号控制电机电压实现控制活塞行程，使得制动轮缸获得所需制动压力，并且在制动过程中实时监测压力并进行调节。

作为优选方案，所述动力机构和传动机构的外部设有壳体；所述壳体的一面设有孔，所述活塞杆上的圆柱筒从所述孔穿出；所述壳体内壁上与所述丝杠的一端对应的位置设有一圈轴肩，所述轴肩与所述丝杠的一端之间设有角接触球轴承。

作为优选方案，所述传动机构还包括弹性机构，所述弹性机构套装在所述丝杠螺母上；所述丝杠螺母的一端设有台阶，所述台阶一侧设有轴块，所述弹性机构的一端套装在所述轴块上、所述弹性机构的另一端固定焊接在所述轴肩上。

作为优选方案，所述弹性机构为一组或若干组蝶形弹簧，所述蝶形弹簧在所述丝杠螺母向前作直线运动之前处于压缩状态。

作为优选方案，所述壳体安装在挂车地盘上。

作为优选方案，所述转矩放大机构采用斜盘减速机或者三级减速机。

所述储气筒内设有活塞，通过活塞的运动实现储气筒内压力的控制；所述储气筒的进气口设有开关阀，连接气压管路，所述储气筒的出气口设有开关阀，连接制动轮缸。

基于上述制动系统，本发明还提出了一种制动方法，包括如下步骤：

1)驾驶员踩下制动踏板；

2)ECU单元采集速度传感器信号以及制动踏板开度传感器信号；

3)ECU单元根据采集到的速度信号以及制动踏板开度信号，计算得到合理的牵引车、挂车制动力分配，建立牵引车、挂车储气筒内气压值对应的电机转速，控制输出相应的电压，使得储气筒内压力为挂车制动所需压力；

4)ECU控制储气筒进气口关闭，出气口开启，并按步骤3)输出的电压信息控制电机进行正转；

5)电机正转时，蝶形弹簧中的预紧力释放，推动丝杠螺母并带动活塞杆向前推动气压；同时，电机本身的输出力矩经扭矩放大机构减速增距后，将力矩传递给丝杠，并带动丝杠转动，丝杠带动丝杠螺母向前运动，进而推动活塞杆运动实现储气筒活塞压缩；

6)活塞压缩推动储气筒中气压到挂车制动轮缸，挂车开始制动，ECU采集压力传感器信号，对挂车储气筒内压力进行监测和反馈控制；

7)制动结束后，ECU单元控制电机反转，丝杠螺母回到初始位置，控制储气筒进气口开启，出气口关闭，挂车解除制动。

本发明的有益效果：

1、通过电机传动和弹性机构的耦合，能够实现挂车制动力的实时调节，缩短挂车制动系统的响应时间，解决挂车制动较牵引车制动延迟的缺点。有效防止重型装备运输车“折叠”等危险工况，提高制动安全性，提高了重型装备运输车的制动稳定性。

2、该系统设有压力传感器，对实际输出压力实时监控，实现精确控制所需制动力。

3、该系统利用储气筒取代了原有的气压管路，缩短了制动响应时间。

4、该电机驱动挂车制动系统还具有结构紧凑、使用寿命长等优点。

5、该电机驱动系统不改变半挂汽车列车原有的应急制动管路，当电机发生故障时，仍能通过应急制动管路进行制动，保证半挂汽车列车的制动安全。

附图说明

图1为电机驱动制动系统的结构示意图；

图2为挂车鼓式制动器示意图。

图中标记，1.储气筒，2.活塞杆，3.螺栓，4.碟形弹簧，5.丝杠螺母，6.丝杠，7.角接触球轴承，8.壳体，9.扭矩放大机构，10.电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的实现原理：包括储气筒、推动储气筒内活塞杆的驱动机构、ECU控制单元以及监测汽车列车行驶状态的速度传感器、制动踏板开度传感器。所述储气筒设置有活塞，出气口、进气口以及压力传感器。其中活塞受驱动机构的推杆力作进给运动，出气口连接制动轮缸，进气口连接气压管路。当接到制动指令时，进气口关闭，出气口打开，活塞向前将气压推进制动轮缸，制动轮缸制动压力通过压力传感器监测和反馈给ECU控制单元，ECU控制单元根据制动踏板开度以及汽车列车速度运算出获得所需制动压力，控制电机电压，从而控制活塞行程，使得制动轮缸获得所需制动压力。

如图1所示，本发明的电机驱动机构包括推动活塞杆向前运动的动力机构和传动机构，所述动力机构包括电机10、扭矩放大机构9，扭矩放大机构9与电机10的输出端相连，安装在壳体8内部。传动机构与扭矩放大机构输出端相连，因而电机10的转动经扭矩放大机构9增矩后输出到传动机构。所述传动机构包括丝杠6、丝杠螺母5以及活塞杆2，所述丝杠螺母5套装在丝杠上，所述丝杠螺母的前端头设有台阶，所述台阶的一侧设有轴块，所述丝杠6一端与扭矩放大机构的输出连接。所述活塞杆2的一端设有圆柱筒，所述圆柱筒与所述丝杠螺母的一端通过螺栓7连接，所述丝杠的另一端能够在所述圆柱筒内作相对伸缩运动。所述传动机构可将电机的旋转运动转换为直线运动，传动机构设于壳体8内，所述壳体的一面设有孔，以供活塞杆2一端设置的圆柱筒穿出，所述壳体内壁与丝杠一端对应的位置设有一圈轴肩，所述轴肩与所述丝杠之间设有角接触球轴承，将丝杠固定，壳体8安装在挂车底盘上。所述活塞杆2设置在所述传动机构的前方，所述传动机构中还包括有弹性机构，所述弹性机构套装在丝杠螺母5上，并限制在所述传动机构与壳体8之间，在传动机构向前运动之前，弹性机构处于压缩状态，当传动机构向前作直线运动时，弹性机构中的弹性势能被释放从而推动传动机构加速向前运动。

所述弹性机构采用一组或多组蝶形弹簧，所述蝶形弹簧采用复合式或对合式的堆叠机构。所述各组蝶形弹簧由多个蝶形弹簧堆叠而成，且多个蝶形弹簧具有相同的结构。蝶形弹簧组套装在丝杠螺母上，且一端与壳体内的轴肩接触，可以固定焊接一起，另一端套在所述丝杠螺母前端台阶的轴块上，在传动机构向前运动之前，蝶形弹簧处在压缩状态，丝杠螺母5对蝶形弹簧起到定位作用。蝶形弹簧具有体积小、组合使用方便等特性，还能集中传递载荷，通过较小的变形就能承受较大载荷，吸收冲击和消散能量的作用显著。

本实施例中，所述电机10采用直流无刷电机；所述扭矩放大机构9采用斜盘减速机构或三级减速机构，所述斜盘减速机构包括用于减速增矩的斜盘差齿减速齿轮。

本实施例中，传动机构采用丝杠机构，丝杠机构包括丝杠6和套装在丝杠6上的丝杠螺母5，所述丝杠螺母5间隙配合在壳体8中。扭矩放大机构9的输出端与丝杠6连接，从而可将电机10输出扭矩经扭矩放大机构9减速增矩后的力矩传递到丝杠6上，带动丝杠6相对于壳体8转动，由于丝杠6与丝杠螺母5通过螺纹相互配合，而丝杠螺母5的前端头与活塞杆2通过螺栓连接，丝杠螺母5和丝杠6的配合带动丝杠螺母5向前作直线进给运动，从而推动活塞杆向前运动；活塞杆与储气筒的活塞连接，活塞杆向前运动能够带动活塞作进给运动，推动储气筒内气体压缩到制动轮缸，从而实现制动。制动时，驾驶员踩下制动踏板，ECU控制单元根据汽车列车的速度以及踏板开度，运算得到合理的牵引车、挂车制动力分配，控制电机电压，从而控制电机转速，从而控制活塞行程，建立相应的储气筒压力，使得挂车制动与牵引车制动相协调。有效的改善了气压制动挂车制动滞后的问题，提高了汽车列车的制动安全性和稳定性。

所述电机驱动气压制动系统的工作原理和过程如下：

1)驾驶员踩下制动踏板。

2)ECU单元采集速度传感器信号以及踏板开度信号。

3)ECU单元根据采集到的速度信号以及踏板开度信号运算得到合理的牵引车、挂车制动力分配，建立牵引车、挂车储气筒内气压值，使得储气筒内压力为挂车制动所需压力，对应于相应的电机转速，控制输出相应电压。

4)ECU控制储气筒进气口关闭，出气口开启，并按步骤3)输出的电压信息控制电机进行正转；

5)电机正转，蝶形弹簧中的预紧力释放，推动丝杠螺母并带动活塞杆向前推动气压；同时，电机本身的输出力矩经扭矩放大机构减速增距后将力矩传递给丝杠，并带动丝杠转动，丝杠和丝杠螺母配合向前运动，即蝶形弹簧和电机相耦合共同推动丝杠螺母向前作进给运动。

6)活塞杆推动储气筒中气压到挂车制动轮缸，挂车开始制动，ECU实时采集压力传感器信号，对储气筒内压力进行监测和反馈控制，进而控制制动轮缸内的压力，当实际压力小于所需压力时，增大电机电压；当实际压力大于所需压力时，减小电机电压。

如图2所示，制动时，两蹄在制动轮缸气压的作用下，各自绕其支承销偏心轴颈的轴线向外旋转，紧压到制动鼓上。牵引车制动系统不作任何改动，这里不作过多赘述。

7)制动结束后，撤除气压，挂车解除制动。ECU单元控制电机反转，丝杠螺母回到初始位置，储气筒进气口开启，出气口关闭。

以上所述仅为本发明的具体实施例描述，并不用于限定本发明的保护范围，应当理解，在不违背本发明实质内容和精神的前提下，所作任何修改、改进或等同替换等都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种重型汽车电机驱动气压制动系统，其特征在于，包括动力机构、传动机构和电控机构；

所述动力机构包括电机(10)、扭矩放大机构(9)，所示扭矩放大机构(9)连接所述电机(10)的输出轴，所述扭矩放大机构(9)在所述电机(10)的带动下转动；

所述传动机构包括丝杠(6)、丝杠螺母(5)以及活塞杆(2)；所述丝杠(6)的一端与所述扭矩放大机构(9)的输出连接，所述丝杠(6)在所述扭矩放大机构(9)的带动下转动；所述丝杠螺母(5)套装在所述丝杠(6)上，所述丝杠螺母(5)在所述丝杠(6)的带动下作直线运动；所述活塞杆(2)的一端设有圆柱筒，所述圆柱筒与所述丝杠螺母(5)的一端固定连接，并且所述丝杠(6)的另一端能够在所述圆柱筒内部作相对伸缩运动，所述活塞杆(2)在所述丝杠螺母(5)的带动下运动，所述活塞杆(2)的另一端固定连接设置在储气筒(1)内部的活塞，所述活塞在所述活塞杆(2)的带动下作进给运动；所述储气筒(1)的进气口连接气压管路，所述储气筒(1)的出气口连接制动轮缸；

所述电控机构包括信息采集模块和控制模块；所述信息采集模块包括速度传感器、制动踏板开度传感器、压力传感器，所述速度传感器、制动踏板开度传感器、压力传感器均与所述控制模块相连，所述速度传感器用于检测车速，所述制动踏板开度传感器用于检测制动踏板的开度，所述压力传感器用于检测所述制动轮缸的制动压力；所述控制模块为车载ECU，所述ECU根据制动踏板开度以及汽车列车速度计算出所需制动压力，输出信号控制电机电压实现控制活塞行程，使得制动轮缸获得所需制动压力，并且在制动过程中实时监测压力并进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种重型汽车电机驱动气压制动系统，其特征在于，所述动力机构和传动机构的外部设有壳体(8)；所述壳体(8)的一面设有孔，所述活塞杆(2)上的圆柱筒从所述孔穿出；所述壳体(8)内壁上与所述丝杠(6)的一端对应的位置设有一圈轴肩，所述轴肩与所述丝杠(6)的一端之间设有角接触球轴承(7)。

3.根据权利要求2所述的一种重型汽车电机驱动气压制动系统，其特征在于，所述传动机构还包括弹性机构，所述弹性机构套装在所述丝杠螺母(5)上；所述丝杠螺母(5)的一端设有台阶，所述台阶一侧设有轴块，所述弹性机构的一端套装在所述轴块上、所述弹性机构的另一端固定焊接在所述轴肩上。

4.根据权利要求3所述的一种重型汽车电机驱动气压制动系统，其特征在于，所述弹性机构为一组或若干组蝶形弹簧(4)，所述蝶形弹簧(4)在所述丝杠螺母向前作直线运动之前处于压缩状态。

5.根据权利要求2、3或4所述的一种重型汽车电机驱动气压制动系统，其特征在于，所述壳体(8)安装在挂车地盘上。

6.根据权利要求1所述的一种重型汽车电机驱动气压制动系统，其特征在于，所述转矩放大机构(9)采用斜盘减速机或者三级减速机。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种重型汽车电机驱动气压制动系统的制动方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)驾驶员踩下制动踏板；

2)ECU单元采集速度传感器信号以及制动踏板开度传感器信号；

3)ECU单元根据采集到的速度信号以及制动踏板开度信号，计算得到合理的牵引车、挂车制动力分配，建立牵引车、挂车储气筒(1)内气压值对应的电机转速，控制输出相应的电压信，使得储气筒(1)内压力为挂车制动所需压力；

4)ECU控制储气筒进气口关闭，出气口开启，并按步骤3)输出的电压信息控制电机进行正转；

5)电机正转时，蝶形弹簧(4)中的预紧力释放，推动丝杠螺母(5)并带动活塞杆向前推动气压；同时，电机本身的输出力矩经扭矩放大机构(9)减速增距后，将力矩传递给丝杠，并带动丝杠(6)转动，丝杠(6)带动丝杠螺母(5)向前运动，进而推动活塞杆(2)运动实现储气筒活塞压缩；

6)活塞压缩推动储气筒(1)中气压到挂车制动轮缸，挂车开始制动，ECU采集压力传感器信号，进而对挂车储气筒内压力进行监测和反馈控制；

7)制动结束后，ECU单元控制电机反转，丝杠螺母回到初始位置，控制储气筒(1)进气口开启，出气口关闭，挂车解除制动。