CN107864646A - 用于在三轮车的前轴和后轴之间分配制动作用的系统和方法 - Google Patents

用于在三轮车的前轴和后轴之间分配制动作用的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于在三轮车的前轴和后轴之间分配制动作用的方法，该方法包括以下步骤：设定车辆翻转所必需的几何条件或动态条件；确定最小摩擦系数μR，高于该最小摩擦系数可满足翻转所必需的条件；并且根据车辆的几何和质量特征以及最小摩擦系数μR来确定制动分配K。一种系统适合于执行这种方法。

Description

用于在三轮车的前轴和后轴之间分配制动作用的系统和方法
本发明涉及一种用于在具有一个前轮和两个后轮的三轮的车(三轮车)的前轴和后轴之间分配制动作用的系统和方法。
特别地，本发明的目的是确定一种用于在三轮车的前轴和后轴之间最佳地分配制动作用的方法和系统，该分配也基于车辆和道路之间的粘性状态。
通过根据所附权利要求的分配制动作用的方法和制动系统来实现此目的。
图1至图8举例说明了发明人所形成的理论，根据本发明的系统和方法以该理论为基础。
图9举例说明了根据本发明的制动系统的实现方案。
本发明是发明人基于以下假设而形成的原始理论的结果：从三轮车在制动过程中的行为的观点来看，三轮车具有处于四轮车(汽车)和两轮车(摩托车)的行为之间的中间的行为。
在四轮车中，在轮胎和道路之间的任何粘性状态中，避免后轴在制动过程中锁定都是必要的。否则，存在打转的危险，或者甚至更糟，存在翻转的危险。
相反，在两轮车中，避免前轮的锁定是必要的，否则这将导致驾驶员失去对车辆的操纵，从而失去平衡。同时后轮的锁定是优选的，因为其对轨迹具有稳定效果。
在三轮车中，最佳的制动状态取决于轮胎和道路之间的粘性状态。
在较差的粘性状态中，例如在结冰的道路上，必须防止后轴的锁定，因为后轮具有抵抗会导致车辆旋转的横摆力矩的任务。
而在高粘着力状态中，例如在阳光照射的道路上，必须防止前轴锁定，即，单个前轮的锁定。因此使得驾驶员能够改变车辆的轨迹并且防止翻转，因为翻转是可能的，粘着力足以触发该现象。
总的来说这样说是合适的：三轮车在低粘着力状态中表现得像四轮车，在高粘着力状态中表现得像两轮车。
为了定义在前轮形成的制动力和在后轮形成的制动力之间的最佳关系(所定义的制动分配)，必须定义轮胎和道路之间的粘着系数，其允许在“低粘着力”的状态和“高粘着力”的状态之间进行区分。可将此系数(μR)表达为车辆的几何特征和质量特征的函数。
定义和符号：
CG＝重心
H＝重心离地面的距离
a＝前半长轴距(沿着重心的水平轴x离前轴的距离)
b＝后半长轴距(沿着重心的水平轴x离后轴的距离)
t＝后轮距
L＝车辆的轴距
M＝车辆的质量
g＝重力加速度
F＝产生的作用于车辆的力
Fx＝作用于车辆的力的纵向分量
Fy＝作用于车辆的力的横向分量
Fz＝作用于车辆的力的竖直分量
FA＝由前制动器产生的对前轮的制动力
FP＝由后制动器产生的对后轮的制动力
K＝制动分配
K0＝车辆“空载”时的制动分配
K1＝车辆“装载”时的制动分配
Pin＝对限制装置的压力输入
Pout＝来自限制装置的压力输出
Pcut0＝车辆“空载”时的压力阈值
Pcut1＝车辆“装载”时的压力阈值
μ＝可在轮胎和道路之间获得的粘着系数
μx＝在纵向方向上车辆提供的粘着系数
μy＝在横向方向上车辆提供的粘着系数
μR＝满足车辆翻转所必需的状态的最小摩擦系数
q＝特征系数打破校正器。
发明人还已经设置了用于车辆翻转的必要条件。
例如，他已经对三轮车翻转设置了必要的但是并非充分的条件，作用于其重心CG的力的合力在其支撑周边(图1)上与路面交叉，即，在由虚拟三角形限定的周边上，该虚拟三角形将这两个后轮和这个前轮的覆盖区的中心作为其顶点。
可用公式表示进一步的翻转假设，例如考虑制动过程中后轴和前轴之间的负载转移。
为了清楚起见，下面将参考支撑周边的假设。
作用于车辆的力的纵向分量和横向分量分别保证纵向方向和横向方向上的粘着。因此，可将其表达为：
1)Fx＝Mgμx
2)Fy＝-Mgμy
可将作用于车辆的力的竖直分量减小至自重力：
3)Fz＝-Mg
在μx、μy和μ之间，应用以下关系：
4)
组合1)、2)、3)，使得作用于车辆的重心CG的力的合力在车辆本身的支撑周边上与路面交叉，我们获得μx和μy的以下关系：
5)
6)其中，L＝a+b，是车辆的轴距
假设
7)
组合4)、5)、6)和7)，我们获得：
8)
其解是：
9)
其中，平方根的判别式是：
10)
从根数的存在条件中，我们可计算满足翻转所需条件的以上最小摩擦系数：
11)
图2用图表示方程式8)的系统，并且对于小于μR的摩擦系数，示出了由方程式5)定义的直线和与方程式4)相关的周边之间如何没有交点。
在构造车辆的制动系统的尺寸之后，将对后轮的制动力FP和对前轮的制动力FA之间的关系定义为“制动分配”：
12)
从与车辆的动力学相关的理论中，我们获得车辆的限制粘着曲线，其排他地是可在轮胎和道路之间获得的粘着系数μ的值与车辆的几何参数及质量参数的函数(图3)。对于可在轮胎和道路之间获得的粘着系数μ的每个值，存在对应的限制粘着曲线的点，其定义FP和FA的值，对于该值，后轮和前轮同时锁定。
总是参考图3，设定车辆的限制粘着曲线，叫做μR，即，满足翻转所必需的条件下的最小摩擦系数，可能得出FP和FA的值，对于该值，后轮和前轮同时锁定，从而其比例(制动分配)锁定：
13)
14)从以上方程式得出
以下参数将随着车辆的负载状态而变化：
H＝重心离地面的距离
a＝前半长轴距(沿着重心的水平轴x离前轴的距离)
b＝后半长轴距(沿着重心的水平轴x离后轴的距离)
其中，μR根据“a”和“H”随着车辆的负载状态而变化。
因此，必须根据车辆的负载状态来改变比例K(制动分配)。
参考图4，我们将具有：
K0，其用于处于运行状态中的车辆，因此是“空载的”；
K1，其用于全负载状态下的车辆，因此是“装载的”。
根据不同的状态，K0可大于或小于K1。
根据本发明的第一实施例，将制动系统的尺寸构造为实现K0和K1之间的警告制动分配K*，没有任何校正装置(图5)。
根据本发明的另一实施例，将制动系统的尺寸构造为实现K0和K1之间的警告制动分配K*，并且提供校正装置114(图6和图9)。
所述校正装置包括限压阀114b，其适合于根据车辆的负载来限制压力输出Pout，例如基于悬架的状态检测到的车辆负载，例如是后悬架，或者根据在制动时产生的减速或通过固定预设阈值来限制压力输出Pout。
执行压力Pout的限制以获得以认为合适的方式接近限制粘着曲线的制动分配趋势，通常用虚线表示。根据第一实施例实例，通过保持恒压Pout来限制压力Pout；根据另一实例，通过相对于输入压力Pin施加比例系数的常数来限制压力Pout，该常数是制动校正器的限定的特征系数。
根据又一实施例，将制动系统的尺寸构造为实现最大制动分配(K0或K1，取决于二者之间更大的值)，例如K1，并且提供校正装置114的引入，其包括通过Pout的变化根据负载而在K0和K1之间调节分配K的调节阀114a(图7和图9)。
根据另一实施例，将制动系统的尺寸构造为实现最大制动分配(K0或K1，取决于二者之间更大的值)，例如K1，并且提供校正装置114，其包括根据负载在K0和K1之间调节分配K的调节阀114a，和根据车辆的负载施加压力限制的限压阀114b，例如基于悬架的状态检测到的车辆负载，例如是后悬架，或者根据在制动时产生的减速或通过设置预定阈值来施加压力限制(图8和图9)。
在此情况中，也执行压力Pout的限制以获得以认为合适的方式接近限制粘着曲线的制动分配趋势，通常用虚线表示。根据第一实施例实例，通过保持恒压Pout来限制压力Pout；根据另一实例，通过相对于输入压力Pin施加比例系数的常数q来限制压力Pout。
根据本发明的一个实施例(图9)，用于在三轮车的前轴和后轴之间进行制动分配的系统100包括：
-致动元件102，其用于制动控制，例如杠杆或踏板；
-后制动组104a、104b，其适合于在车辆的后轮上进行制动操作；
-前制动组106，其适合于在车辆的前轮上进行制动操作；
-校正装置114，其与致动元件液压连接并与后制动组104a、104b液压连接(或者，在未示出的变型中，与前制动组106液压连接)。
例如，根据图9的实施例，系统100包括：
-上游回路108’，其与致动元件102操作地接合并输入到校正装置114；以及
-下游回路110，其与后制动组104a、104b操作地接合并输出到校正装置114。
另外，系统100包括前回路108”，其与致动元件102操作地接合并与前制动组106操作地接合。
根据一个实施例，校正装置114仅包括限压阀114b；根据另一实施例，校正装置114仅包括调节阀114a；根据又一实施例，校正装置包括限压阀114b和调节阀114a，其中，使限压阀114b与调节阀114a串联，该调节阀位于该限压阀下游。
在此后一个实施例中，建设性地，根据一个变型，将校正装置114实现为两个在结构上分开的组，其分别用作限压阀和调节阀；根据另一变型，将其实现为用作限压阀和调节阀的单结构组。根据又一变型，校正装置114由单个同时用于调节和限压的阀构成。
而且，优选地，系统100包括检测装置120。
根据一个优选实施例，检测装置120适合于检测车辆的负载配置；例如，所述检测装置与车辆的悬架操作地连接，例如是后悬架，并且根据悬架的状态来确定负载信号。例如，根据轮毂和外壳之间的距离来确定所述信号。
根据另一实施例，所述检测装置120适合于检测车辆的减速度；例如，所述检测装置包括减速度传感器。
根据又一实施例，所述检测装置120适合于确定阈值压力值；例如，所述检测装置包括包含预定压力阈值的储存装置。
优选地，所述检测装置包括电子管理装置，例如电子控制单元。
而且，优选地，系统100包括功率组130，其与致动元件102操作地相连并适合于在取决于致动元件102的实体的压力下对包含于液压回路中的流体加压。
功率组130是例如液压的或电动液压的(BBW，线控制动类型的系统)。
发明人已经建立了如何应用上述分配方法(例如通过上述制动系统)在制动过程中产生三轮车的非常好的稳定性，特别是在低附着力下。
在本发明的一个变型中，上述系统和方法也适用于具有一个后轮和两个前轮的三轮车，不管是否倾斜。
显而易见地，为了满足依情况而定的需求，本领域技术人员可对上述方法和系统进行改变，其提供了对车辆的翻转设置必要的几何参数或动态参数的步骤；确定最小摩擦系数μR，高于该最小摩擦系数可满足翻转所必需的条件；根据车辆的几何特征和质量以及最小摩擦系数μR来确定制动力K的分配。

Claims (14)

1.用于在三轮车的前轴和后轴之间分配制动作用的方法，其中
对车辆定义，
CG＝重心；
H＝所述重心离地面的距离；
a＝前半长轴距(沿着所述重心的水平轴x离所述前轴的距离)；
b＝后半长轴距(沿着所述重心的水平轴x离所述后轴的距离)；
t＝后轮距；
L＝所述车辆的轴距＝a+b；
FA＝由前制动器产生的对前轮的制动力；
FP＝由后制动器产生的对后轮的制动力；
给定和
-计算用于空载车辆的值K0和用于装载车辆的值K1；
-选择值K*，使得K0＜K*＜K1
-将制动系统的尺寸构造为使得：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mi>A</mi> <mi>X</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mi>P</mi> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mi>A</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
2.根据权利要求1所述的方法，其中，此外，定义以下参数
Pcut0＝车辆空载时所述制动系统中的压力；
Pcut1＝车辆装载时所述制动系统中的压力；
并且其中
-检测所述车辆的负载状态；
-如果车辆是空载的，那么制动回路中的压力Pout从Pcut0受限地开始，如果压力趋向于超过所述阈值Pcut0；
-如果车辆是装载的，那么制动回路中的压力Pout从Pcut1受限地开始，如果压力趋向于超过所述阈值Pcut1；
-在中间负载状态中，将制动回路中的压力Pout限制在Pcut0和Pcut1之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据悬架的状态来检测所述车辆的负载状态，例如是后悬架。
4.用于在三轮车的前轴和后轴之间分配制动作用的方法，其中
对车辆定义，
CG＝重心；
H＝所述重心离地面的距离；
a＝前半长轴距(沿着所述重心的水平轴x离所述前轴的距离)；
b＝后半长轴距(沿着所述重心的水平轴x离所述后轴的距离)；
t＝后轮距；
L＝所述车辆的轴距＝a+b；
FA＝由前制动器产生的对前轮的制动力；
FP＝由后制动器产生的对后轮的制动力
给定和
-计算空载车辆的值K0和装载车辆的值K1；
-将值Kmax确定为大于值K0和值K1；
-将制动系统的尺寸构造为使得：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mi>A</mi> <mi>X</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mi>P</mi> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mi>A</mi> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
-检测所述车辆的负载状态；
-根据所述车辆的负载来调节K的值，通过对制动回路中的压力进行操作，以遵守粘着的边界条件。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，此外，定义以下参数：
Pcut0＝车辆空载时所述制动系统中的压力；
Pcut1＝车辆装载时所述制动系统中的压力；
并且其中，
-如果车辆是空载的，那么制动回路中的压力Pout从Pcut0受限地开始，如果压力趋向于超过所述阈值Pcut0；
-如果车辆是装载的，那么制动回路中的压力Pout从Pcut1受限地开始，如果压力趋向于超过所述阈值Pcut1；
-在中间负载状态中，将制动回路中的压力Pout限制在Pcut0和Pcut1之间。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，根据悬架的状态来检测所述车辆的负载状态，例如是后悬架。
7.用于在三轮车的前轴和后轴之间分配制动作用的方法，包括以下步骤：
-固定车辆翻转所必需的几何条件或动态条件；
-确定最小摩擦系数μR，高于该最小摩擦系数满足翻转所必需的条件；
-根据所述车辆的几何特征和质量以及所述最小摩擦系数μR来确定制动力K的分配。
8.用于三轮车的制动组件(100)，包括：
-致动元件(102)，能由驾驶员操纵以进行制动控制，例如杠杆或踏板；
-后制动组(104a、104b)，适合于在车辆的后轮上进行制动操作；
-前制动组(106)，适合于在所述车辆的前轮上进行制动操作；
-上游液压回路(108’)，与所述致动元件(102)操作地相连；以及下游回路(110)，与所述后制动组操作地相连；
-校正装置(114)，相关联地输入到所述上游液压回路(108’)并输出到所述下游回路(110)；
其中，所述校正装置(114)仅包括调节阀(114a)或者仅包括限压阀(114b)或者调节阀和限压阀两者(114a、114b)都包括，在都包括这两者的情况中，使所述限压阀(114b)与所述调节阀(114a)串联，且所述限压阀位于所述调节阀的下游。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，当所述校正装置包括调节阀(114a)和限压阀(114b)时，所述校正装置(114)构造性地实现为
-在结构上分开的两个组，分别用作限压阀和调节阀，或者
-单结构的组，用作限压阀和调节阀，或者
-由同时地操作用于调节和限压的单个阀构成。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述调节阀(114a)适于根据所述车辆的负载而在车辆空载时的值K0和车辆装载时的值K1之间调节制动分配(K)。
11.根据权利要求8、9或10所述的系统，其中，所述限压阀(114b)适于根据所述车辆的负载或减速度来限制从所述校正装置输出的压力，或者施加预定阈值。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的系统，进一步包括，
-检测装置(120)，与所述校正装置(114)操作地连接，所述检测装置适于检测所述车辆的负载状态或减速度，或者适于施加预定压力阈值。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述检测装置(120)包括电子管理装置，例如电子控制单元。
14.一种在三轮车上实现制动力的制动系统(100)，基于根据权利要求1至3所述的方法、根据权利要求4至6所述的方法或者根据权利要求7所述的方法，在前轴和后轴之间进行制动作用分配K。
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