CN106494380B - 一种复合活塞式比例继动阀及继动阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合活塞式比例继动阀及控制方法，继动阀包括具有第一阀腔的阀体、在第一阀腔内直线运动的第一活塞、驱动第一活塞做直线运动的电动控制机构、在第一阀腔内直线运动的阀座、进气阀门、排气阀门，第一活塞、阀座将第一阀腔分隔成三个气室：输出气室、供气气室和排气气室，输出气室连通制动气室，供气气室连通储气筒，排气气室通向大气环境，当电动控制机构动作时，驱使第一活塞做直线运动，经输出气室输出压力与电动控制机构的工作电流相匹配的气体到制动气室。该继动阀通过精确控制电动控制机构的工作电流，使继动阀的输出口产生与电动控制机构的工作电流相匹配的压力气体给制动气室，从而能够精确地控制制动系统。

Description

一种复合活塞式比例继动阀及继动阀的控制方法

技术领域

本发明涉及汽车制动系统技术领域，具体来说，涉及一种适用于商用车的电子控制系统（EBS）、自主紧急制动（AEB）和自适应巡航（ACC）等系统的复合活塞式比例继动阀及该复合活塞式比例继动阀的控制方法。

背景技术

制动系统是汽车制动性能的决定性装置，也是关系交通安全的最主要因素 之一。比例继动阀是商用车EBS系统中最复杂的部分，同时也是系统的核心部件，其性能好坏对商用车EBS系统的制动性能有极其重要的影响。此外，比例继动阀也可用作自主紧急制动（AEB）和自适应巡航（ACC）等驾驶辅助系统的主动制动执行结构。继动阀的进气口和出气口分别接储气筒和制动气室；当踩下制动踏板时，制动阀的输出气压作为继动阀的控制压力输入，在控制压力的作用下，将进气阀推开，使得压缩空气由储气筒直接通过进气口进入制动气室，而不用流经制动阀，从而大大缩短制动气室的充气管路，加速气室的充气过程；因此继动阀又称为加速阀。

EBS是在防抱死制动系统（ABS）的基础上，用电子控制取代传统的机械传动来控制制动系统，以达到更好的制动效果、增加汽车制动安全性。EBS能够克服ABS对于载货汽车来说存在制动迟钝的缺陷，其能够使得重型载货汽车对踩下制动的反应能像轿车一样灵敏；安装EBS制动系统的载货汽车可以将停车距离再缩短15%。AEB和ACC都是先进的驾驶辅助系统。

申请号为“201010190941.8"、公布号为“CN102205840A"的中国发明专利申请公开了一种继动阀，其由阀芯、电磁组件、先导口、阀体组成。该继动阀虽然可以在一定程度上实现加速制动，但是因为其是基于ABS的，所以对于载货汽车来说存在制动迟钝的问题，即存在制动距离长的缺陷。另一方面，因为其仅采用了电磁组件的结构，故还存在噪音较大、气密性较差、工作时输出气压不稳定等缺陷，从而影响该继动阀的实际应用。

申请号为“201320596893.1”、公布号为“CN 203543939 U”的中国实用新型申请公开了一种汽车比例继动阀，其包括继动阀和比例阀，继动阀在上阀体内设有可纵向运动的继动活塞，在下阀体内设有橡胶阀门、回位弹簧和弹簧座；比例阀设有线圈和电磁阀体；比例阀和继动阀之间比例调压气室。该实用新型采用了电信号比例控制制动气压，取代了传统的气压控制传输过程，使汽车各车轮同步制动，但是其结构比较复杂、零件加工精度要求高、制造成本比较高。

总体来说，现有一些比例继动阀大多采用比例调压气室连接比例阀和继动阀的常规结构，且基于驱动防滑系统（ASR）和EBS设计，无法解决对于载货汽车来说所存在的制动迟钝的问题，或因其设计结构复杂，存在制造安装复杂、成本较高的问题；同时存在噪音较大、气密性较差、工作时输出气压不稳定等缺陷。因此，这些比例继动阀难以满足车辆对继动阀正常高效工作性能的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的问题，提供一种可精确控制输出口压力的复合活塞式比例继动阀。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种复合活塞式比例继动阀，包括具有第一阀腔的阀体和能够在所述第一阀腔内做直线往复运动的第一活塞，所述继动阀还包括与所述第一活塞配合用于驱动所述第一活塞做直线运动的电动控制机构、能够在所述第一阀腔内做直线往复运动的阀座、位于所述阀体与所述阀座之间的进气阀门、位于所述第一活塞与所述阀座之间的排气阀门，所述第一活塞、所述阀座将所述第一阀腔分隔成三个气室：输出气室、供气气室和排气气室，所述输出气室连通制动气室，所述供气气室连通储气筒，所述排气气室通向大气环境，所述第一活塞位于所述输出气室中，所述第一活塞由所述输出气室中气体压力驱使做直线运动的运动方向与由所述电动控制机构驱使做直线运动的运动方向相反，通过所述进气阀门的启闭控制所述输出气室与所述供气气室的连通与隔断，通过所述排气阀门的启闭控制所述输出气室与所述排气气室的连通与隔断，当所述电动控制机构动作时，驱使所述第一活塞做直线运动，经所述输出气室输出压力与所述电动控制机构的工作电流相匹配的气体到所述制动气室。

优选地，当所述继动阀处于初始状态时，所述进气阀门关闭，所述排气阀门开启，所述输出气室与所述排气气室连通，所述供气气室分别与所述输出气室和所述排气气室隔断；当所述第一活塞做直线运动到与所述阀座接触时，所述排气阀门关闭，所述输出气室与所述排气气室隔断；当所述第一活塞带动所述阀座做直线运动时，驱使所述进气阀门打开，所述供气气室与所述输出气室连通。

优选地，所述继动阀还包括能够在所述第一阀腔内做直线往复运动的第二活塞，所述第二活塞套设在所述第一活塞的外部，所述第二活塞与所述第一活塞相配合，所述第二活塞与所述阀体之间形成用于供控制气体进入的控制气室，当控制气体进入所述控制气室时，推动所述第二活塞做直线运动，所述第二活塞做直线运动时带动所述第一活塞同步做直线运动，所述控制气体驱动所述第二活塞带动所述第一活塞做直线运动的运动方向与所述电动控制机构驱使所述第一活塞做直线运动的运动方向相同。

进一步地，所述继动阀还包括在控制气体驱使所述第二活塞做直线运动时用于对所述第二活塞进行限位的限位件，所述限位件固定设置在所述阀体上。

优选地，所述继动阀还包括用于驱使所述第一活塞回位的第一回位弹簧和用于驱使所述阀座回位的第二回位弹簧，所述第一回位弹簧的两端部分别设置在所述第一活塞与所述阀体上，所述第二回位弹簧的两端部分别设置在所述阀座和所述阀体上。

优选地，所述电动控制机构包括比例电磁铁和传动装置，所述阀体具有第二阀腔，所述比例电磁铁包括设置在所述第二阀腔内的线圈、衔铁、推杆以及与所述推杆相配合的顶杆，所述传动装置分别与所述顶杆和所述第一活塞相配合。

进一步地，所述传动装置的中部与所述阀体相转动连接，所述传动装置的两端部分别与所述顶杆和所述第一活塞相配合。

优选地，所述电动控制机构包括直线电机，或者所述电动控制机构包括电机和滚珠丝杠传动机构，或者所述电动控制机构包括电机和齿轮齿条传动机构。

优选地，所述继动阀还包括设置在所述输出气室端的压力传感器。

本发明还提供一种继动阀的控制方法，采用如上述任一项所述的继动阀，所述继动阀的控制回路包括电控回路和气控回路，所述控制方法为：

（1）制动系统提出制动需求压力

；

（2）根据制动踏板行程确定驾驶员制动的需求压力

；

（3）当

不大于/>

时，所述电控回路退出工作，所述继动阀进入气控回路工作模式；

（4）当

大于/>

时，所述电控回路和所述气控回路协同工作；

（5）测试所述继动阀出口压力

；

（6）调节所述电动控制机构的电流使

与/>

相等。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的复合活塞式比例继动阀结构简单，通过精确控制电动控制机构的工作电流，使继动阀的输出气室端产生与电动控制机构的工作电流相匹配的压力气体给制动气室，从而能够精确地控制制动系统。

附图说明

附图1为本发明的复合活塞式比例继动阀的结构示意图；

附图2为附图1中沿A-A线的剖视图。

其中：1、阀体；21、第一活塞；22、第二活塞；3、阀座；4、进气阀门；5、排气阀门；6、第一回位弹簧；7、第二回位弹簧；81、比例电磁铁；811、线圈；812、衔铁；813、推杆；814、顶杆；82、传动装置；9、压力传感器；10、限位件；C1、输出气室；C2、供气气室；C3、排气气室；C4、控制气室；P1、第一输出口；P2、第二输出口；P3、输入口；P4、排气口；P5、控制口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1和图2所示的复合活塞式比例继动阀，包括阀体1、第一活塞21、阀座3、第一回位弹簧6和第二回位弹簧7。

阀体1具有第一阀腔，第一活塞21和阀座3均能够在第一阀腔内做往复直线运动，本实施例中，第一活塞21和阀座3在第一阀腔内上下移动。第一活塞21和阀座3将第一阀腔分隔成三个气室：输出气室C1、供气气室C2和排气气室C3，第一活塞21的下部位于输出气室C1中。输出气室C1通过输出口连通制动气室，本实施例中，输出口设有两个，分别为第一输出口P1和第二输出口P2；供气气室C2通过输入口P3连通储气筒；排气气室C3经排气口P4通向外部环境。该继动阀还包括设置在阀体1与阀座3之间的进气阀门4、设置在第一活塞21与阀座3之间的排气阀门5，通过进气阀门4的启闭可控制输出气室C1与供气气室C2的连通与隔断，通过排气阀门5的启闭可控制输出气室C2与排气气室的C3的连通与隔断，第一活塞21和阀座3在第一阀腔内上下移动时控制进气阀门4和排气阀门5的启闭。

该继动阀还包括设置在继动阀的输出口处的压力传感器9，该压力传感器9用于测试继动阀的输出口的气体压力，即测试进入到制动气室的气体压力。本实施例中，压力传感器9设置在第二输出口P2处。

第一回位弹簧6的两端部分别设置在第一活塞21的下部与阀体1上，第二回位弹簧7的两端部分别设置在阀座3的下部与阀体1上。

该继动阀可通过电动控制机构驱使第一活塞21在阀体1内做直线运动，从而将由储气筒进入该继动阀的压缩空气经输出气室C1输送到制动气室。

一种具体的实施方式，电动控制机构包括比例电磁铁81和传动装置82，比例电磁铁81所产生的推力经传动装置82传递到第一活塞21上，推动第一活塞21在阀体1的第一阀腔做直线运动。

具体的，阀体1还具有第二阀腔，第一阀腔与第二阀腔独立设置，比例电磁铁81包括设置在第二阀腔内的线圈811、衔铁812、推杆813和顶杆814，传动装置82的中部与阀体1相转动连接，传动装置82的两端部分别与顶杆814和第一活塞21的上端面相配合。当线圈811通电时，该线圈811的磁力推动衔铁812和推杆813上移，并带动顶杆814上移，驱动传动装置82转动，传动装置82转动时使第一活塞21向下移动。

电动控制机构也可以是直线电机，或者其他能把电机的转动转换为直线运动从而来推动第一活塞21做直线运动的机构，如电动控制机构包括电机和滚珠丝杠传动机构，或者电动控制机构包括电机和齿轮齿条传动机构。

当电动控制机构失效时，该继动阀还可通过气动控制工作，此时，该继动阀还包括第二活塞22，第二活塞22位于第一阀腔中并套设在第一活塞21的外部，第二活塞22将第一阀腔又分隔出一个用于供控制气体经控制口P5进入的控制气室C4，在控制气室C4中控制气体压力的作用下驱使第二活塞22在第一阀腔中做直线运动，并带动第一活塞9同步做直线运动，控制气体驱动第二活塞22带动第一活塞21做直线运动的运动方向与电动控制机构驱使第一活塞21做直线运动的运动方向相同。

继动阀还包括在控制气体驱使第二活塞22向下移动时用于对第二活塞22进行限位的限位件10，限位件10固定设置在阀体1上。

该继动阀可以电动单独作用、气动单独作用、电动与气动共同作用等方式将储气筒的压缩空气输送至制动气室。当需要实施主动制动时，电动控制机构产生一定的推力推动继动阀的第一活塞21，在输出口处产生与电动控制机构的工作电流相匹配的气体压力。来自制动阀的控制气体亦可同时推动继动阀的第一活塞21和第二活塞22，从而在输出口处产生与控制气体成一定比例的压力实施人力制动，即使电控装置失效，仍可以通过人力制动实施备份制动。

该继动阀在电动控制机构单独作用下的电控回路的工作流程如下：

当继动阀处于初始状态时，进气阀门4关闭，排气阀门5开启，输出气室C1与排气气室C3连通，供气气室C2分别与输出气室C1和排气气室C3隔断；当AEB系统判定车辆将要发生碰撞危险时，其ECU向比例继动阀发出制动信号，比例电磁铁81的线圈811通电，该线圈811的磁力推动衔铁812和推杆813上移，并带动顶杆814上移；经过传动装置82推动第一活塞21克服第一回位弹簧6的预压力向下移动；当第一活塞21向下移动至其最下端与阀座3接触时，排气阀门5关闭，输出气室C1与排气气室C3隔断；第一活塞21带动阀座3克服第二回位弹簧7的预压力继续下移，进气阀门4打开，使供气气室C2与输出气室C1连通，使得输出气室C1中的气体压力升高，该压力使第一活塞21受到一向上的力；若该力与第一回位弹簧6的弹力之和大于比例电磁铁81作用在第一活塞21上的向下的推力时，第一活塞21上移从而打开排气阀门5；此时输出气室C1与排气气室C3连通，部分气体经排气口P4排入大气，并导致输出气室C1的中的气体压力降低；输出气室C1中气体压力降低后，第一活塞21在比例电磁铁81的作用下再次下移，并再次关闭排气阀门5、打开进气阀门4，并使输出气室C1中的气体压力升高；上述过程不断重复，直至比例电磁铁81作用在第一活塞21上的向下的推力、第一回位弹簧6作用在第一活塞21上的向上的弹力以及输出气室C1中气体作用在第一弹簧2上的向上的推力三者平衡，然后由输出口输出稳定的气体压力。因此，输出气室C1中的气体压力和第一回位弹簧6的弹力二者之和与比例电磁铁81所产生的推力是成线性关系的，由于第一回位弹簧6的弹力较小，若忽略第一回位弹簧6的弹力，则输出气室C1中的气体压力与比例电磁铁81所产生的推力二者是成比例的，这样通过控制比例电磁铁的电流就可以控制比例电磁铁的所产生的推力，从而控制继动阀的输出口的压力，进而达到控制制动气室中气体压力大小的目的。

该继动阀在气动控制系统单独作用下的气控回路的工作流程如下：

当继动阀处于初始状态时，进气阀门4关闭，排气阀门5开启，输出气室C1与排气气室C3连通，供气气室C2分别与输出气室C1和排气气室C3隔断；当电控回路失效需要实施人力备份制动时，制动阀产生的控制气体经控制口P1进入控制气室C4中，在控制气体的压力作用下推动第二活塞22和第一活塞21克服第一回位弹簧6的预压力向下移动；当第一活塞21向下移动至其最下端与阀座3接触时，排气阀门5关闭，输出气室C1与排气气室C3隔断；第一活塞21带动阀座3克服第二回位弹簧7的弹力继续向下移动，进气阀门4打开，使供气气室C2与输出气室C1连通，使得输出气室C2中的气体压力升高，该压力使第一活塞21和第二活塞22共同受到一向上的力；若该力与第一回位弹簧6的弹力之和大于控制气体作用在第一活塞21和第二活塞22上向下的推力时，第一活塞21和第二活塞22上移，从而打开排气阀门5；此时输出气室C1与排气气室C3连通，部分气体经排气口P4排入大气，导致输出气室C1的中的气体压力降低；输出气室C1中的气体压力降低后，第一活塞21和第二活塞22再次下移，并再次关闭排气阀门5、打开进气阀门4，并使输出气室C1中的气体压力升高；上述过程不断重复，直至第一活塞21和第二活塞22所受的控制气体向下的压力、第一回位弹簧6的向上的弹力、输出气室C1中气体的向上的推力三者平衡，最终由第一输出口P1和第二输出口P2输出稳定的气体压力。当制动阀产生的控制气体压力减小时，第一活塞21的下部与阀座3的上部分开，从而打开排气阀门5，此时输出气室C1与排气气室C3连通，输出气室C1内气体从排气口P4排入大气，实现减压过程。当松开制动踏板时，控制气体无压力，继动阀恢复到初始状态。

电控回路与气控回路协同工作模式下的工作过程如下：

若来自制动阀输出的控制气体经控制口P1进入控制气室C4后作用在第二活塞22上，且比例电磁铁81所产生的推力经传动装置82作用于第一活塞21上的情况同时发生时，则进入电控回路与气控回路协同工作模式。此时，制动系统的ECU首先比较AEB系统（或其它类似系统）提出的制动压力需求

与根据制动踏板行程确定的驾驶员制动压力需求/>

。若

，则电控回路退出工作，该继动阀进入气控回路工作模式；若/>

，电控回路和气控回路协同工作，且制动系统的ECU将/>

作为继动阀输出口的目标压力。为实现继动阀的输出口的目标压力为/>

，制动系统的ECU将压力传感器10测量得到的继动阀的输出口的实际压力/>

作为反馈信号，调节比例电磁铁线圈812的电流使/>

与/>

相等即可。

综上所述，本发明的的复合活塞式比例继动阀适用于EBS、AEB和ACC等使用要求，能通过精确控制电动控制机构的电流，使继动阀的输出口产生与电动控制机构的电流相匹配的压力气体给制动气室，从而更精确地控制制动系统；另外本发明的继动阀的电动控制机构包括比例电磁铁和传动装置，并不需要常用比例继动阀中的比例调压气室，而是将比例电磁铁的电磁推力输出通过传动装置直接作用于继动阀的第一活塞上，具有更快的响应速度；而且本发明的继动阀采用双活塞结构，电控回路提供的电动力和气控回路提供的气动力可以相互叠加，从而使比例继动阀具有电控和气控协同工作的模式；另外，本发明的继动阀采用电控和气控冗余结构，安全可靠；在电控系统正常时，依靠电动控制机构推动第一活塞在继动阀的输出口产生与电动控制机构的工作电流相匹配的气体压力；当电动控制机构失效时，依靠控制气体推动继动阀的第一活塞和第二活塞在继动阀的输出口产生与控制气体成比例的压力；同时，本发明的继动阀内腔结构简单，制造方便，节约生产成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合活塞式比例继动阀，包括具有第一阀腔的阀体和能够在所述第一阀腔内做直线往复运动的第一活塞，其特征在于：所述继动阀还包括与所述第一活塞配合用于驱动所述第一活塞做直线运动的电动控制机构、能够在所述第一阀腔内做直线往复运动的阀座、位于所述阀体与所述阀座之间的进气阀门、位于所述第一活塞与所述阀座之间的排气阀门，所述第一活塞、所述阀座将所述第一阀腔分隔成三个气室：输出气室、供气气室和排气气室，所述输出气室连通制动气室，所述供气气室连通储气筒，所述排气气室通向大气环境，所述第一活塞位于所述输出气室中，所述第一活塞由所述输出气室中气体压力驱使做直线运动的运动方向与由所述电动控制机构驱使做直线运动的运动方向相反，通过所述进气阀门的启闭控制所述输出气室与所述供气气室的连通与隔断，通过所述排气阀门的启闭控制所述输出气室与所述排气气室的连通与隔断，当所述电动控制机构动作时，驱使所述第一活塞做直线运动，经所述输出气室输出压力与所述电动控制机构的工作电流相匹配的气体到所述制动气室，当所述继动阀处于初始状态时，所述进气阀门关闭，所述排气阀门开启，所述输出气室与所述排气气室连通，所述供气气室分别与所述输出气室和所述排气气室隔断；当所述第一活塞做直线运动到与所述阀座接触时，所述排气阀门关闭，所述输出气室与所述排气气室隔断；当所述第一活塞带动所述阀座做直线运动时，驱使所述进气阀门打开，所述供气气室与所述输出气室连通。

2.根据权利要求1所述的复合活塞式比例继动阀，其特征在于：所述继动阀还包括能够在所述第一阀腔内做直线往复运动的第二活塞，所述第二活塞套设在所述第一活塞的外部，所述第二活塞与所述第一活塞相配合，所述第二活塞与所述阀体之间形成用于供控制气体进入的控制气室，当控制气体进入所述控制气室时，推动所述第二活塞做直线运动，所述第二活塞做直线运动时带动所述第一活塞同步做直线运动，所述控制气体驱动所述第二活塞带动所述第一活塞做直线运动的运动方向与所述电动控制机构驱使所述第一活塞做直线运动的运动方向相同。

3.根据权利要求2所述的复合活塞式比例继动阀，其特征在于：所述继动阀还包括在控制气体驱使所述第二活塞做直线运动时用于对所述第二活塞进行限位的限位件，所述限位件固定设置在所述阀体上。

4.根据权利要求1所述的复合活塞式比例继动阀，其特征在于：所述继动阀还包括用于驱使所述第一活塞回位的第一回位弹簧和用于驱使所述阀座回位的第二回位弹簧，所述第一回位弹簧的两端部分别设置在所述第一活塞与所述阀体上，所述第二回位弹簧的两端部分别设置在所述阀座和所述阀体上。

5.根据权利要求1所述的复合活塞式比例继动阀，其特征在于：所述电动控制机构包括比例电磁铁和传动装置，所述阀体具有第二阀腔，所述比例电磁铁包括设置在所述第二阀腔内的线圈、衔铁、推杆以及与所述推杆相配合的顶杆，所述传动装置分别与所述顶杆和所述第一活塞相配合。

6.根据权利要求5所述的复合活塞式比例继动阀，其特征在于：所述传动装置的中部与所述阀体相转动连接，所述传动装置的两端部分别与所述顶杆和所述第一活塞相配合。

7.根据权利要求1所述的复合活塞式比例继动阀，其特征在于：所述电动控制机构包括直线电机，或者所述电动控制机构包括电机和滚珠丝杠传动机构，或者所述电动控制机构包括电机和齿轮齿条传动机构。

8.根据权利要求1所述的复合活塞式比例继动阀，其特征在于：所述继动阀还包括设置在所述输出气室端的压力传感器。

9.一种继动阀的控制方法，其特征在于：采用如权利要求1~8中任一项所述的继动阀，所述继动阀的控制回路包括电控回路和气控回路，所述控制方法为：

（1）制动系统提出制动需求压力

；

（2）根据制动踏板行程确定驾驶员制动的需求压力

；

（3）当

不大于/>

时，所述电控回路退出工作，所述继动阀进入气控回路工作模式；

（4）当

大于/>

时，所述电控回路和所述气控回路协同工作；

（5）测试所述继动阀出口压力

；

（6）调节所述电动控制机构的电流使

与/>

相等。/>

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