具体实施方式
如图1所示,本发明商用车双模式气压制动系统,包括主控制器1、电控气制动桥阀2、电子脚阀3、储气筒4、ABS阀5和制动气室6;
所述电控气制动桥阀2与电子脚阀3通过气控管路7相连,电控气制动桥阀2与主控制器1通过电控线路9相连;
所述电控气制动桥阀2既可通过电子脚阀3的气控管路7控制ABS阀5与储气筒4相连,也可通过电控线路9控制ABS阀5与储气筒4相连,
ABS阀5另一端与制动气室6相连,
所述电子脚阀3通过电控线路9与主控制器1相连。
优选地,所述主控制器1和电子脚阀3均为一个,所述控气制动桥阀2和储气筒4为每轴一个,所述ABS阀5和制动气室6为每轮一个。
优选地,所述主控制器1通过整车CAN总线11与整车其他控制模块信号相连。
驱动制动系统在气控模式下工作,与电控桥阀2的电控回路23连接,驱动制动系统在电控模式下工作,与电控桥阀2的气制动回路连接,实现制动。
图1所示为二轴商用车双模式气压制动系统,图2为四轴商用车双模式气压制动系统。
如图2所示,四轴商用车双模气压制动系统在二轴商用车制动气压双模式控制系统的基础上,进一步扩展为4轴商用车应用,将由电控气制动桥阀2、ABS阀5、制动气室6组成的单轴电控制动模块扩展到4轴商用车第3、第4轴。因此,本发明可适用于2轴、3轴、4轴商用车,以及可通过增加主控制器的方式,扩展到挂车列车。
如图3、4所示,作为本发明商用车双模式气压制动系统核心部件,优选地,所述电控气制动桥阀2包括设在阀体25外侧的进气口21、出气口22、排气口32和气压控制口24,所述进气口21用于与压缩气源相连,出气口22用于与制动气缸或者ABS阀的进气口相连,排气口23用于与大气相连,气压控制口24用于与气动控制阀相连,继动活塞29控制进气口21与出气口22的联通,还包括集成在阀体25顶盖内的电子控制单元26和电磁阀控制板274以及置于阀体25内的增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273和气压传感器28;
所述电子控制单元26与电磁阀控制板274电连接,电磁阀控制板274与增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273和气压传感器28电连接;
所述增压电磁阀271常闭电磁阀,减压电磁阀272为常闭电磁阀,备压电磁阀273为常开电磁阀;
所述增压电磁阀271的气路一端与进气口21相通,另一端与继动活塞29的控制端相通;
所述减压电磁阀272的气路一端与出气口22相通,另一端与排气口23相通;
所述备压电磁阀273的气路一端与气压控制口24相通,另一端与继动活塞29的控制端相通;
所述继动活塞29的控制端出口与排气口23相通;
所述气压传感器28的气路与出气口22相通。
优选地,所述电控气制动桥阀2的增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273与电磁阀控制板274集成为电磁阀模组27,电磁阀模组27通过线束267与电子控制单元26连接,通过线束278与气压传感器连接。
所述电控气制动桥阀2的工作原理如下:
1、增压电磁阀271为常闭电磁阀,控制进气口21的开关。不通电时,进气口21的压缩气体不能进入电控回路;通电时,增压电磁阀271打开,进气口21的压缩气体进入电控回路,推动继动活塞29,导通进气口21和出气口22,使得压缩气体进入制动管路。
2、减压电磁阀272为常闭电磁阀,控制出气口22的开关。不通电时,出气口22的压缩气体不能进入电控回路;通电时,减压电磁阀272打开,出气口22的压缩气体与排气口23导通排气,同时继动活塞29复位。
3、备压电磁阀273为常开电磁阀,控制气动控制口24的开关。控制口24与气控回路连接,不通电时,备压电磁阀273打开,导通气控回路,来自气控回路的压缩气体推动继动活塞29,导通进气口21和出气口22,使得压缩气体进入制动管路;通电时,备压电磁阀关闭,气控回路失效,通过增压电磁阀271、减压电磁阀272的电控实现制动气压的上升、下降和保持。
4、电控模块失效时,增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273全部复位,电控回路失效,备压电磁阀273导通气控回路,实现气控制动。
如图5所示,电子控制单元26采集气压传感器28信号,获取出气口气压值,并向增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273发出打开或关闭指令,实现制动管路气压的上升、下降和保持功能。
1、电控制动管路气压的上升,备压电磁阀273上电关闭,增压电磁阀271上电打开,减压电磁阀272断电关闭。
2、电控制动管路气压的下降,备压电磁阀273上电关闭,增压电磁阀271断电关闭,减压电磁阀272上电打开。
3、电控制动管路气压的保持,备压电磁阀273上电关闭,增压电磁阀271断电关闭,减压电磁阀272断电关闭。
4、气控制动管路气压,备压电磁阀273断电打开,增压电磁阀271断电关闭,减压电磁阀272断电关闭。
作为本发明商用车双模式气压制动系统核心部件,电控气制动桥阀2的电子控制单元26根据期望的制动气压Pdes控制管路气压,通过控制增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273的开启时间,实现制动气压的跟随控制,各电磁阀的开启时间按如下方法确定:
(10)增压时,减压电磁阀272关闭、增压电磁阀271打开的控制时间需满足:
Tde=-Tstep×(Pdes-Prel)/(λdePstep_de)+αPrel,Pdes<Prel;
(20)减压时,减压电磁阀272打开、增压电磁阀271关闭的控制时间需满足:
Tin=Tstep×(Pdes-Prel)/(λinPstep_in)+αPrel,Pdes>Prel;
上述两式中,Pdes为期望的制动压力,Prel为实际的制动压力,λde为减压阀迟滞特性参数,λin为增压阀迟滞特性参数,Pstep_de为单位控制周期减压阀气压下降常数,Pstep_in为单位控制周期增压阀气压上升常数,α为与管路气压有关的迟滞补偿系数。。
电控气制动桥阀2将电子控制单元、电磁阀模组、气压传感器与电控气制动桥阀阀体集成在一起,体积小巧,便于安装使用。将电控回路与气控回路集成在一起,可进行电控、气控双模式控制,在电控回路失效时,还可保证气控回路的有效性,大大提高了安全性。
同时,利用气压传感器实时采集管路气压,采用闭环控制方法,控制各电磁阀的开启时间,精确控制单桥的制动压力,使其与期望的制动压力保持一致。有效提高气压测量、控制的精度和效率。
下面详细说明各电磁阀的开启时间确定的来源。
如图6所示,电子控制单元26根据期望的制动气压Pdes指令控制管路气压,根据上述逻辑,通过控制增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273的开启或关闭时间,实现制动气压的跟随控制,各电磁阀的开启时间按如下方法确定:
Ep=Pdes-Prel
式中,Pdes为期望的制动压力,Prel为实际的制动压力,Ep为期望的制动压力与实际的制动压力的差值。
Pde=λdePstep_de
Pin=λinPstep_in
式中,Pde为单位控制周期下降的气压值,Pin单位控制周期上升的气压值,λde为减压阀迟滞特性参数,λin为增压阀迟滞特性参数,Pstep_de为单位控制周期减压阀气压下降常数,Pstep_in为单位控制周期增压阀气压上升常数。
Tde=-Tstep×Ep/Pde+αPrel,Ep<0
Tin=Tstep×Ep/Pin+αPrel,Ep>0
式中,Tde为减压阀关闭、增压阀断开的时间,Tin减压阀断开、增压阀关闭的时间,Tstep为单位控制时间,α为迟滞补偿系数,与管路气压有关。
综上所述,得到:
(10)增压时,减压电磁阀272关闭、增压电磁阀271打开的控制时间需满足:
Tde=-Tstep×(Pdes-Prel)/(λdePstep_de)+αPrel,Pdes<Prel;
(20)减压时,减压电磁阀272打开、增压电磁阀271关闭的控制时间需满足:
Tin=Tstep×(Pdes-Prel)/(λinPstep_in)+αPrel,Pdes>Prel;
上述两式中,Pdes为期望的制动压力,Prel为实际的制动压力,λde为减压阀迟滞特性参数,λin为增压阀迟滞特性参数,Pstep_de为单位控制周期减压阀气压下降常数,Pstep_in为单位控制周期增压阀气压上升常数,α为与管路气压有关的迟滞补偿系数,与管路气压有关。
如图7所示,本发明通过以电磁阀组的模式实现气控、电控的双模式控制,其特征在于:驾驶员0-1通过电子脚阀3操纵电控气制动桥阀2的气控备压回路212,使得备压口生成与驾驶员踩制动踏板相适应的气压;主控制器1生成期望的制动压力,期望的制动压力来源于:
1、线控气制动时,主控制器1采集制动踏板3的踏板转角信号,根据驾驶员的制动踏板转角生成对应的期望制动压力;
2、协调制动时,主控制器1从整车CAN总线0-2上采集其他控制模块提出的期望的制动压力,例如AEB控制器、ACC控制器、能量回收控制器等。
主控制器1将期望的制动压力输入电控气制动桥阀控制器26,电子控制单元26根据系统的状态决定采用电控还是气控制动模式,电控和气控模式的切换逻辑如下:
1、当整车请求制动系统处于电控气制动状态时,电子控制单元26断开备压口的连接,将备压切换开关213-1与电控回路211导通,车辆处于电控制动模式;
2、当整车处于驾驶员0-1接管不管驾驶员以何种理由接管状态时,电子控制单元26导通备压切换开关213-1与备压口的连接,与气控备压回路212导通,车辆处于气控制动模式;
3、当电控气制动系统出现故障时,备压切换开关213-1复位,与备压口的连接,与气控备压回路212导通,车辆处于气控制动模式。
当制动系统处于电控制动模式时,电子控制单元26通过气压传感器28采集出气口气压,通过对气压控制开关213-2开关时间的控制,实现制动气压的精确电控,控制方法如下:
1、当需要增加制动气压时,气压控制开关213-2导通进气口与出气口;
2、当需要保持制动气压时,气压控制开关213-2断开出气口与进气口和排气口的连接;
3、当需要降低制动气压时,气压控制开关213-2导通进气口与排气口。
如图4所示,电控气制动桥阀由备压电磁阀273、增压电磁阀271、减压电磁阀272、电子控制单元26、气压传感器28等组成。其中,备压电磁阀273为常闭电磁阀,增压电磁阀271为常开电磁阀,减压电磁阀272为常开电磁阀。当增压电磁阀271、减压电磁阀272断电时,备压电磁阀273实现备压切换开关213-1的功能;当备压电磁阀273断电时,增压电磁阀271、减压电磁阀272组合实现气压控制开关213-2的功能,其工作逻辑如下:
1、电控气制动升压时,备压电磁阀273上电,增压电磁阀271上电,减压电磁阀272断电。
2、电控气制动降压时,备压电磁阀273上电,增压电磁阀271断电,减压电磁阀272上电。
3、电控气制动保压时,备压电磁阀273上电,增压电磁阀271断电,减压电磁阀272断电。
4、气控制动时,备压电磁阀273断电,增压电磁阀271断电,减压电磁阀272断电。