CN109356729A - 一种排气制动蝶阀控制系统及控制方法 - Google Patents

一种排气制动蝶阀控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种排气制动蝶阀控制系统及控制方法，控制系统包括排气制动蝶阀、泄压管段上的PWM电磁阀和电子刹车踏板。排气制动蝶阀的气动执行器与驱动进气管段连通，驱动进气管段与供气管段和泄压管段均连通，供气管段与气源装置连通，气动执行器或驱动进气管段上设置有压力传感器，压力传感器、PWM电磁阀和电子刹车踏板均与发动机ECU电连接。基于电子刹车踏板的位置，发动机ECU依次找出驱动进气压力标定值和脉宽值，实时调节PWM电磁阀的开度，直至压力实测值等于驱动进气压力标定值，排气制动蝶阀在该进气压力驱动下阻挡排气达到制动的目的。本发明可基于制动需求功率控制排气制动蝶阀的开度。

Description

一种排气制动蝶阀控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于发动机制动系统技术领域，尤其涉及一种用于发动机的排气制动蝶阀控制系统及控制方法。
背景技术
《机动车运行安全技术条件》GB7258法规新标准中对车辆制动系统的要求提出：超过12吨以上的卡车和危险品运输车将被强制安装缓速器或其他辅助制动装置。此条规定决定了卡车制动要满足要求，只有加装缓速器的卡车才能完成，而单独安装其他非缓速器辅助制动装置并不能达到该法规要求。现在卡车主要使用的缓速辅助制动装置有：排气制动蝶阀，液力缓速器，缸内制动等。
现在卡车发动机厂家制动系统结构大多依然保留着排气制动蝶阀结构。利用排气制动蝶阀制动的原理是将排气管堵死，在发动机气缸内形成可控的背压力，增加发动机排气行程的功率消耗，迫使发动机降低转速，达到降低车速制动的目的。
排气制动蝶阀开启需要发动机空压机提供稳定气源来使排气制动蝶阀动作。但目前排气制动蝶阀只有打开和关闭两种状态，这是因为在驱动气源上只有两种控制状态打开气源和切断气源。这样每次制动都是100％将排气制动蝶阀关闭，这样不仅使蝶阀的使用寿命减少而且需要更多发动机空压机(气源)的摩擦功。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的第一个技术问题是，提供一种排气制动蝶阀控制系统，可基于刹车时需求的制动功率控制排气制动蝶阀的开度；延长排气制动蝶阀的使用寿命、减少气源装置的摩擦功。
作为同一个技术构思，本发明解决的第二个技术问题是，提供一种基于上述排气制动蝶阀控制系统的控制方法。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案是：一种排气制动蝶阀控制系统，所述控制系统包括排气制动蝶阀、PWM电磁阀以及提供用户制动需求的电子刹车踏板。
所述排气制动蝶阀的阀体设置在发动机排气管上，所述排气制动蝶阀的气动执行器与驱动进气管段一端相连通，所述驱动进气管段另一端与供气管段和泄压管段均相连通，所述供气管段与气源装置相连通，所述PWM电磁阀设置在所述泄压管段上。
所述气动执行器或所述驱动进气管段上设置有压力传感器，所述压力传感器、所述PWM电磁阀和所述电子刹车踏板均与发动机ECU电连接。
优选地，所述控制系统还包括干燥罐，所述干燥罐一端与所述气源装置相连通，所述干燥罐的另一端与所述供气管段相连通。
优选地，所述气源装置包括空压机和与所述空压机相连通的储气罐。
优选地，所述阀体上转动安装有阀轴，所述阀轴的一端穿过所述阀体的壁面与所述阀体内的蝶板固定连接，所述阀体上设置有安装板，所述阀轴的另一端穿出所述安装板；所述安装板上设置有所述气动执行器，所述气动执行器用于驱动所述阀轴，使所述蝶板在所述阀体内转动。
优选地，所述气动执行器包括气缸和摆臂，所述气缸的活塞杆与所述摆臂的一端铰接，所述摆臂的另一端与所述阀轴固定连接，所述驱动进气管段与所述气缸的进气端相连通，所述压力传感器设置于所述进气端。
优选地，所述PWM电磁阀包括电磁阀阀体和连接线束，所述电磁阀阀体设置于所述泄压管段上，所述连接线束设置于所述电磁阀阀体上，所述连接线束的末端设有发动机ECU插接头。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案是：一种排气制动蝶阀控制方法，基于上述的排气制动蝶阀控制系统，所述控制方法包括：
需要刹车制动时，操控所述电子刹车踏板动作；
所述发动机ECU根据所述电子刹车踏板上安装的踏板位置传感器传送的踏板位置信息和此时发动机转速查找所述排气制动蝶阀对应的驱动进气压力标定值；
所述发动机ECU根据查找到的所述驱动进气压力标定值和此时所述发动机转速查找所述PWM电磁阀对应的脉宽值；
所述发动机ECU将查找到所述脉宽值发送给所述PWM电磁阀；
基于所述驱动进气压力标定值，所述发动机ECU根据所述压力传感器的实测值对所述PWM电磁阀的开度进行实时调整，泄放所述气源中的多余气体，直至所述压力传感器的实测值等于所述驱动进气压力标定值；所述排气制动蝶阀在相应的驱动进气压力下动作，以阻挡排气达到制动的目的。
优选地，所述控制方法还包括：根据所述电子刹车踏板的踏板位置和发动机转速，试验标定出所述排气制动蝶阀在相应所述踏板位置和所述发动机转速下对应的所述驱动进气压力标定值和制动功率。
优选地，所述控制方法还包括：根据所述排气制动蝶阀的所述驱动进气压力标定值和所述发动机转速，试验标定出所述PWM电磁阀在相应所述驱动进气压力标定值和所述发动机转速下对应的所述脉宽值。
优选地，所述气源经所述干燥罐干燥和过滤后进入所述供气管段。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
本发明中电子刹车踏板为控制排气制动蝶阀提供司机制动功率需求参数，发动机ECU根据司机制动功率需求参数即刹车踏板位置查找排气制动蝶阀对应的驱动进气压力标定值，再根据驱动进气压力标定值查找PWM电磁阀对应的的脉宽值，根据驱动进气压力标定值，发动机ECU控制PWM电磁阀进行气源的泄放，保证进入排气制动蝶阀中气动执行器的压力与驱动进气压力标定值一致，进而完成制动时排气制动蝶阀关闭的角度的控制，以阻挡排气达到制动的目的。
简言之，本发明中的排气制动蝶阀不只有打开和关闭两种状态，而是可基于刹车时需求的制动功率来对排气制动蝶阀的开度进行实时调整；控制精确，且可延长排气制动蝶阀的使用寿命、减少发动机空压机的摩擦功。
附图说明
图1是本发明排气制动蝶阀控制系统的结构示意图；
图2是本发明排气制动蝶阀控制系统的原理框图；
图3是本发明排气制动蝶阀控制方法的流程图；
图中：1-排气制动蝶阀，11-阀体，12-阀轴，13-蝶板，14-安装板，15-气动执行器，151-气缸，152-摆臂，2-驱动进气管段，3-供气管段，4-泄压管段，5-PWM电磁阀，51-电磁阀阀体，52-连接线束，53-发动机ECU插接头，6-压力传感器，7-干燥罐。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2共同所示，排气制动蝶阀控制系统主要由排气制动蝶阀1、PWM电磁阀5(PWM是Pulse Width Modulation的简称，代表脉冲宽度调制)以及提供用户制动需求的电子刹车踏板组成。
排气制动蝶阀1的阀体11设置在发动机排气管上，阀体11上转动安装有阀轴12，阀轴12的一端穿过阀体11的壁面与阀体11内的蝶板13固定连接，阀体11上还设置有安装板14，阀轴12的另一端(位于阀体11的壁面外的一端)穿出安装板14，安装板14上设有工阀轴12穿出的通孔，通孔的孔径应确保阀轴12的转动不受其限制干涉。
安装板14上设置有气动执行器15，气动执行器15用于驱动阀轴12，使与阀轴12固定连接的蝶板13在阀体11内转动，调节排气制动蝶阀1的开度。排气制动蝶阀1的气动执行器15与驱动进气管段2一端相连通，驱动进气管段2另一端与供气管段3和泄压管段4均相连通，供气管段3与气源装置相连通，该气源装置由空压机和储气罐组成。PWM电磁阀5设置在泄压管段4上，利用PWM电磁阀5的开度，供气管段3向驱动进气管段2和泄压管段4分配气源，PWM电磁阀5将分配气源泄掉，以保证驱动进气管段2内的进气压力。气动执行器15或驱动进气管段2上设置有压力传感器6，该压力传感器6用于对驱动进气压力进行实时监测。压力传感器6、PWM电磁阀5和电子刹车踏板均与发动机ECU电连接，实现信号的传输和控制指令的发送。
其中：PWM电磁阀5是利用微处理器(发动机ECU)的数字输出来对模拟电路进行控制的电磁阀；PWM电磁阀5包括电磁阀阀体51和连接线束52，电磁阀阀体51设置于泄压管段4上，连接线束52设置于电磁阀阀体51上，连接线束52的末端设有用于与发动机ECU连接的发动机ECU插接头53。
气动执行器15包括气缸151(可为单作用气缸、膜片式气缸)和摆臂152，气缸151的缸体固定在安装板14上，气缸151的活塞杆与摆臂152的一端铰接，摆臂152的另一端与阀轴12固定连接，驱动进气管段2与气缸151的进气端相连通；本实施例中压力传感器6设置于进气端。
为了对气源装置输送的气源进行干燥和过滤，在排气制动蝶阀控制系统中增加了干燥罐7，干燥罐7一端与气源装置中的储气罐相连通，干燥罐的另一端与供气管段3相连通。
如图3所示，一种基于上述的排气制动蝶阀控制系统的排气制动蝶阀控制方法，该控制方法包括：
S1、需要刹车制动时，操控电子刹车踏板动作。
S2、发动机ECU根据电子刹车踏板上安装的踏板位置传感器传送的踏板位置信息和此时发动机转速查找排气制动蝶阀1对应的驱动进气压力标定值。
S3、发动机ECU根据查找到的驱动进气压力标定值和此时发动机转速查找PWM电磁阀5对应的脉宽值。
S4、发动机ECU将查找到脉宽值发送给PWM电磁阀5。
S5、基于驱动进气压力标定值，发动机ECU根据压力传感器6的实测值对PWM电磁阀5的开度进行实时调整，气源经干燥罐7干燥和过滤后进入供气管段3，并经泄压管段4上的PWM电磁阀5泄放气源中的多余气体，直至压力传感器6的实测值等于驱动进气压力标定值。
S6、此时排气制动蝶阀1在相应的驱动进气压力下动作，将发动机排气管的排气通道进行适当关闭以阻挡排气，此时发动机气缸内形成可控的背压力，增加发动机排气行程的功率消耗，迫使发动机降低转速，达到降低车速制动的目的。
上述控制方法中查找驱动进气压力标定值和PWM电磁阀5的脉宽值的数据库来源是：
根据电子刹车踏板的踏板位置和发动机转速，通过台架试验标定出排气制动蝶阀1在相应踏板位置和发发动机转速下对应的驱动进气压力标定值和制动功率，并将试验数据预先输入发动机ECU中，便于发动机ECU依据车辆运行工况进行查找调用。
根据排气制动蝶阀1的驱动进气压力标定值和发动机转速，通过台架试验标定出PWM电磁阀5在相应驱动进气压力标定值和发动机转速下对应的脉宽值，并将试验数据预先输入发动机ECU中，便于发动机ECU依据相应的驱动进气压力标定值进行查找调用。
台架试验是本领域技术人员获取参数和调用数据的常规手段，根据上述描述，可以获得直接调用的数据库，至于台架试验的过程在此不做赘述。
为了清楚了解本发明的构思，本实施例还提供了基于台架试验或得的用于查找的数据参数表，如表一(用于查找驱动进气压力标定值的部分数据表，刹车踏板开度与踏板的位置信息等效)和表二(用于查找PWM电磁发脉宽值的部分数据表)所示。表中的这些具体数值仅为部分试验数据，该数据仅是示例性的，并非仅有这些数值是适用的，可以根据发动机的型号和性能需求通过台架试验进行标定。
表一
表二
其中：驱动进气压力越大，制动时排气制动蝶阀1关闭的角度越大(最大值100％)。
本发明中的排气制动蝶阀不只有打开和关闭两种状态，而是可基于刹车时需求的制动功率来实时对排气制动蝶阀的开度进行调整；控制精确，且可延长排气制动蝶阀的使用寿命、减少发动机空压机的摩擦功。
以上所述仅为本发明的优选的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计原理的前提下，还可作出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种排气制动蝶阀控制系统，其特征在于，所述控制系统包括排气制动蝶阀、PWM电磁阀以及提供用户制动需求的电子刹车踏板；
所述排气制动蝶阀的阀体设置在发动机排气管上，所述排气制动蝶阀的气动执行器与驱动进气管段一端相连通，所述驱动进气管段另一端与供气管段和泄压管段均相连通，所述供气管段与气源装置相连通，所述PWM电磁阀设置在所述泄压管段上；
所述气动执行器或所述驱动进气管段上设置有压力传感器，所述压力传感器、所述PWM电磁阀和所述电子刹车踏板均与发动机ECU电连接。
2.如权利要求1所述的排气制动蝶阀控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括干燥罐，所述干燥罐一端与所述气源装置相连通，所述干燥罐的另一端与所述供气管段相连通。
3.如权利要求1所述的排气制动蝶阀控制系统，其特征在于，所述气源装置包括空压机和与所述空压机相连通的储气罐。
4.如权利要求1所述的排气制动蝶阀控制系统，其特征在于，所述阀体上转动安装有阀轴，所述阀轴的一端穿过所述阀体的壁面与所述阀体内的蝶板固定连接，所述阀体上设置有安装板，所述阀轴的另一端穿出所述安装板；
所述安装板上设置有所述气动执行器，所述气动执行器用于驱动所述阀轴，使所述蝶板在所述阀体内转动。
5.如权利要求4所述的排气制动蝶阀控制系统，其特征在于，所述气动执行器包括气缸和摆臂，所述气缸的活塞杆与所述摆臂的一端铰接，所述摆臂的另一端与所述阀轴固定连接，所述驱动进气管段与所述气缸的进气端相连通，所述压力传感器设置于所述进气端。
6.如权利要求1所述的排气制动蝶阀控制系统，其特征在于，所述PWM电磁阀包括电磁阀阀体和连接线束，所述电磁阀阀体设置于所述泄压管段上，所述连接线束设置于所述电磁阀阀体上，所述连接线束的末端设有发动机ECU插接头。
7.一种排气制动蝶阀控制方法，基于权利要求1至6任一项所述的排气制动蝶阀控制系统，其特征在于，所述控制方法包括：
需要刹车制动时，操控所述电子刹车踏板动作；
所述发动机ECU根据所述电子刹车踏板上安装的踏板位置传感器传送的踏板位置信息和此时发动机转速查找所述排气制动蝶阀对应的驱动进气压力标定值；
所述发动机ECU根据查找到的所述驱动进气压力标定值和此时所述发动机转速查找所述PWM电磁阀对应的脉宽值；
所述发动机ECU将查找到所述脉宽值发送给所述PWM电磁阀；
基于所述驱动进气压力标定值，所述发动机ECU根据所述压力传感器的实测值对所述PWM电磁阀的开度进行实时调整，泄放所述气源中的多余气体，直至所述压力传感器的实测值等于所述驱动进气压力标定值；所述排气制动蝶阀在相应的驱动进气压力下动作，以阻挡排气达到制动的目的。
8.如权利要求7所述的排气制动蝶阀控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据所述电子刹车踏板的踏板位置和发动机转速，试验标定出所述排气制动蝶阀在相应所述踏板位置和所述发动机转速下对应的所述驱动进气压力标定值和制动功率。
9.如权利要求7所述的排气制动蝶阀控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据所述排气制动蝶阀的所述驱动进气压力标定值和所述发动机转速，试验标定出所述PWM电磁阀在相应所述驱动进气压力标定值和所述发动机转速下对应的所述脉宽值。
10.如权利要求7所述的排气制动蝶阀控制方法，其特征在于，所述气源经所述干燥罐干燥和过滤后进入所述供气管段。
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