CN109733359A - 一种气压制动器紧急制动辅助装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气压制动器紧急制动辅助装置及方法，包括第一储气罐、能量转换机构、检测机构和ECU；所述第一储气罐用于与制动气室连接；所述能量转换机构的一端用于与动力输出轴连接，另一端与所述第二储气罐连接，将机械能转换为气压内能；所述检测机构用于检测制动踏板的行程s和第一储气罐的气压p；所述ECU分别与检测机构、能量转换机构和第一储气罐的控制阀连接。在紧急制动时，所述第一储气罐向制动气室冲入额外的高压气体，增强制动效果，实现紧急制动辅助功能，在正常制动时通过车辆中的动力输出轴为第一储气罐充气蓄能，并将多余的能量冲入第二储气罐中，实现了制动能量的回收。

Description

一种气压制动器紧急制动辅助装置及方法

技术领域

本发明属于车辆制动研究领域，具体涉及一种气压制动器紧急制动辅助装置及方法。

背景技术

气压制动具有制动力矩大，踏板行程较短、操纵轻便等优点，因而一般适用于卡车、挂车等中重型车辆。与此同时，它也有相应的缺点，主要有两个：1制动反应相对于液压制动系统较慢。2需要消耗发动机的动力，能耗较高。紧急制动能力作为主动安全的重要组成部分，必须得到保证。由于气压制动系统反应较慢，其紧急制动效果相对较差。为了加强气压制动系统的紧急制动能力，专利申请号201510846239.5以气压制动器的储气罐为动力源利用真空吸盘产生的负压力辅助紧急制动，虽然提高了紧急制动能力，但其结构复杂，能耗较大。又如专利申请号201720389166.6所述，在紧急制动时，通过使车上吸盘吸附地面辅助制动，辅助效果差、结构复杂且能耗较高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种气压制动器紧急制动辅助装置及方法，在紧急制动时，第一储气罐向制动气室冲入额外的高压气体，增强制动效果，实现紧急制动辅助功能，在正常制动时通过车辆中的动力输出轴为第一储气罐充气蓄能，并将多余的能量冲入第二储气罐中，实现了制动能量的回收。

本发明还提供一种安装该装置的车辆。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种气压制动器紧急制动辅助装置，包括第一储气罐，所述第一储气罐用于与制动气室连接；

能量转换机构，所述能量转换机构的一端用于与动力输出轴连接，另一端与所述第二储气罐连接，将机械能转换为气压内能；

检测机构，所述检测机构用于检测制动踏板的行程s和第一储气罐的气压p；

和ECU，所述ECU分别与检测机构、能量转换机构和第一储气罐的控制阀连接。

上述方案中，所述第一储气罐还用于与第二储气罐连接，所述第一储气罐与第二储气罐之间连接的管道上设有电磁阀a和单向阀c；所述第二储气罐与制动气室连接；所述电磁阀a与ECU连接。

上述方案中，所述能量转换机构包括

传动轴，所述传动轴的两端分别设有齿轮a和齿轮b，所述齿轮b用于与动力输出轴上的齿轮啮合；

电磁离合器，所述电磁离合器安装在传动轴上、且位于齿轮a和齿轮b之间，所述电磁离合器与ECU连接；

和气缸，所述气缸的推杆的一端通过连接件与齿轮a铰接。

进一步的，所述气缸包括气缸筒、弹性部件、活塞、和推杆；

所述气缸筒内设有活塞，所述推杆的另一端通过铰链与活塞连接；所述弹性部件设在气缸筒内、且两端分别与活塞和气缸筒底部连接。

上述方案中，所述第一储气罐与制动气室之间连接的管道上设有电磁阀b和单向阀d；所述电磁阀b与ECU连接。

一种车辆，包括所述的气压制动器紧急制动辅助装置。

一种气压制动器紧急制动辅助装置的控制方法，包括以下步骤：

所述检测机构检测制动踏板行程和第一储气罐的气体压力信号，并传送到ECU；

所述ECU根据制动踏板行程判断是否进行制动，如果s≠0时，则判断驾驶员进行了制动，并判断制动的类型，当判断为紧急制动时，ECU控制能量转换机构将机械能转换为气压内能，将气压内能传递到第一储气罐，并控制第一储气罐与制动气室连通。

上述方案中，还包括以下步骤：

当判断为正常制动时，所述ECU1控制能量转换机构将机械能转换为气压内能，将气压内能传递到第一储气罐，ECU1判断第一储气罐的气压状况，当第一储气罐的气压内能为过饱和，ECU1控制第一储气罐与第二储气罐连通。

上述方案中，所述ECU1通过以下步骤判断制动的类型：

所述ECU1根据制动踏板行程s实时计算制动踏板的制动速度将制动踏板速度的最大值设为v_max，并将其与ECU的预设速度v′进行对比，若则判断为正常制动；若v_max≥v′，则判断为紧急制动。

上述方案中，所述ECU1通过以下步骤判断第一储气罐的气压状况：

所述ECU1根据检测机构检测第一储气罐的气压判断第一储气罐当前气压值p，并将其与ECU1预设的高压值p′进行比较，若p＜p′，则判断第一储气罐充气未饱和；若p≥p′+a，a为常值，则判断第一储气罐为过饱和；若p′≤p＜p′+a，则判断第一储气罐为饱和。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过将制动时机械动能转化为第一储气罐内的高压气体内能，在紧急制动时，通过第一储气罐向制动气室冲入额外的高压气体，减小了气压制动器制动响应的延迟，有利于减小制动距离，增强了紧急制动的效果。

2.本发明在正常制动时通过车辆中的动力输出轴为第一储气罐充气蓄能，并将多余的能量冲入第二储气罐中，实现了制动能量的回收。

3.本发明气缸内弹性部件具有加快活塞回正的作用，从而加快机械动能转化为气压内能的速度。

4.本发明所述装置的结构简单，成本较低。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明气缸的结构图；

图3本发明电子控制示意图；

图4是本发明正常制动第一储气罐未饱和及饱和时动力传输图；

图5是本发明正常制动第一储气罐过饱和时动力传输图；

图6是本发明紧急制动时动力传输图；

图7是本发明工作流程图。

图1中 1、ECU；2、制动踏板行程传感器；3、单向阀a；4、单向阀b；5、气缸；501、气缸筒；502、预紧弹簧；503、活塞；504、铰链；505、推杆；6、凸台；7、齿轮a；8、传动轴；9、电磁离合器；10、后车轴；11、齿轮b；12、第二储气罐；13、电磁阀a；14、单向阀c；15、第一储气罐；16、气压传感器；17、电磁阀b；18、单向阀d；19、制动气室。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示为本发明所述气压制动器紧急制动辅助装置的一种实施方式，所述气压制动器紧急制动辅助装置包括第一储气罐15、能量转换机构、检测机构和ECU1。

所述第一储气罐15用于与制动气室19连接，所述第一储气罐15与制动气室19之间连接的管道上设有电磁阀b17和单向阀d18。所述能量转换机构的一端用于与动力输出轴连接，另一端与所述第二储气罐15连接，将机械能转换为气压内能；所述检测机构用于检测制动踏板的行程s和第一储气罐15的气压p；所述ECU1分别与检测机构、能量转换机构和第一储气罐15的所述电磁阀b17连接。制动时能量转换机构将机械动能转化为第一储气罐内的高压气体内能，在紧急制动时，ECU1打开电磁阀b17，通过第一储气罐15向制动气室19冲入额外的高压气体，减小了气压制动器制动响应的延迟，有利于减小制动距离，增强了紧急制动的效果。

所述第一储气罐15还用于与第二储气罐12连接，所述第一储气罐15与第二储气罐12之间连接的管道上设有电磁阀a13和单向阀c14；所述第二储气罐12与制动气室19连接；所述电磁阀a13与ECU1连接。在正常制动时通过车辆中的动力输出轴为第一储气罐15充气蓄能，打开电磁阀a13可将多余的能量冲入第二储气罐12中，实现了制动能量的回收。

优选的，所述能量转换机构包括传动轴8、电磁离合器9和气缸5；所述传动轴8的两端分别设有齿轮a7和齿轮b11，所述齿轮b11用于与动力输出轴上的齿轮啮合；所述电磁离合器9安装在传动轴8上、且位于齿轮a7和齿轮b11之间，所述电磁离合器9与ECU1连接。所述气缸5的推杆505的一端通过连接件与齿轮a7铰接，具体的，所述连接件为凸台6。

优选的，所述动力输出轴为后车轴10，在制动时，气缸5会对后车轴会产生反作用力，也起到抑制车辆运动的辅助效果。

所述检测机构包括制动踏板行程传感器2与气压传感器16。所述制动踏板行程传感器2用于检测制动踏板的行程s；所述气压传感器16用于检测第一储气罐15的气体压力。检测机构将检测的踏板开度信号与气体压力信号发送给ECU1。

所述单向阀a3、单向阀b4、单向阀c15、单向阀d18用于控制气体单向流通；所述电磁阀a13、电磁阀b17用于控制气体流通的通断，电磁阀结合则终止气体流通，打开则进行气体流通；所述后车轴10用于在制动时提供动力，在其上加工出一圈齿，并与齿轮b11啮合；所述齿轮b11、齿轮a7安装于传动轴8上，用于传递后车轴10的动力；所述电磁离合器9用于控制传动轴8动力传输的通断，电磁离合器9结合则动力传输进行，断开则动力传输断开；所述气缸5用于压缩气体并将气体经单向阀b4冲入第一储气罐15中。

如图2所示，所述气缸5包括气缸筒501、弹性部件、活塞503、和推杆505；所述气缸筒501内设有活塞503，所述推杆505的另一端通过铰链504与活塞503连接；所述弹性部件设在气缸筒501内、且两端分别与活塞503和气缸筒501底部连接。优选的，所述弹性部件为预紧弹簧503，所述预紧弹簧503具有加快活塞503回正的作用，从而加快机械动能转化为气压内能的速度。所述气缸筒501与第一储气罐15之间设有单向阀b4，气缸筒501还设有单向阀a3，用于与从外界中吸取空气。

所述的气缸筒501与活塞503形成密封空间，所述的铰链504用于连接推杆505与活塞503，连接焊接在齿轮a7上的凸台6与推杆505，所述推杆505用于将齿轮a7的动力传输到活塞503上，使之经单向阀a3从外界中吸取空气，并将气体经单向阀b4压缩进第一储气罐15；所述的第一储气罐15用于储存气缸5压缩的气体，并在过饱和时向第二储气罐12传输多余的高压气体，在紧急制动时向制动气室19冲入额外的高压气体；所述的第二储气罐12为气压制动器的储气罐，用于给制动气室19提供高压气体。所述的制动气室19用于产生制动力。

如图3所示，所述ECU1包含三个模块：输入模块、计算模块和输出模块。所述输入模块与制动踏板行程传感器2与气压传感器16，用于接收检测的踏板行程和气体压力信号。所述计算模块根据输入模块的输入信号进行计算，主要分为两个部分：首先根据制动踏板行程s判断车辆是否进行了制动。判断方法如下：若检测s＝0，则判断车辆未进行制动。若s≠0时，则判断驾驶员进行了制动。当判断为驾驶员制动时，对制动的类型进行识别。此时计算模块根据踏行程实时计算制动踏板行程的速度将制动踏板速度的最大值设为v_max，并将其与设定的速度v′进行对比，以对制动类型的识别，方法如下：若则说明驾驶员此次制动较为舒缓，制动行为正常制动。若v_max≥v′，则判断为驾驶员此次制动较为急促，制动行为为紧急制动。其次，根据输入模块的气压信号判断第一储气罐15当前气压值p，并将其与设定的高压值p′进行比较，其中p′大于第二储气罐12中气压p₁。若p＜p′，则说明第一储气罐15充气未饱和；若p≥p′+a，a为正常值，则判断第一储气罐15为过饱和；若p′≤p＜p′+a，则判断第一储气罐15为饱和。

输出模块根据计算模块的计算结果，做出如下几种情况输出控制：

若计算模块计算为车辆未制动，ECU1控制电磁离合器9断开，电磁阀a13、电磁阀b17闭合，辅助装置不启动。

若计算模块计算为车辆正常制动，ECU1则向电磁离合器9发送指令，使之结合，此时，后车轴10带动齿轮b11、齿轮a7运动，齿轮a7带动气缸5运动，压缩气体，压缩后的高压气体经单向阀b4流入第一储气罐15。若此时计算模块判断第一储气罐15为未饱和或饱和，则电磁阀a13、电磁阀b17关闭，第一储气罐15继续蓄能。若判断为第一储气罐15过饱和，则向电磁阀a13发送指令，使之打开，多余的高压气体经电磁阀a13与单向阀c14流入第二储气罐12，直至第一储气罐15为未饱和时，关闭电磁阀a13。正常制动时系统的动力传输图分别如图4、图5所示。

若计算模块计算为车辆紧急制动，则向电磁离合器9发送指令，使之结合，此时，后车轴10带动齿轮b11、齿轮a7运动，齿轮a7带动气缸5运动，压缩气体，压缩后的高压气体经单向阀b4流入第一储气罐15。ECU1向电磁阀b17发送指令使之打开的同时保证电磁阀a13闭合，此时，高压气体自第一储气罐15流入制动气室19，增加制动力。此时，系统的动力传输图如图6所示。

实施例2

一种车辆，包括实施例1所述的气压制动器紧急制动辅助装置，因此具有实施例1所述的有益效果，此处不再赘述。

实施例3

如图7所示，一种根据实施例1所述气压制动器紧急制动辅助装置的控制方法，包括以下紧急制动控制步骤：

所述检测机构检测制动踏板行程s和第一储气罐15的气体压力p信号，并传送到ECU1；

所述ECU1根据制动踏板行程s判断是否进行制动，如果若检测s＝0，则判断车辆未进行制动，ECU1控制电磁离合器9断开，电磁阀a13、电磁阀b17闭合，辅助装置不启动；

若s≠0时，则判断驾驶员进行了制动，并判断制动的类型，当判断为紧急制动时，ECU1控制能量转换机构将机械能转换为气压内能，将气压内能传递到第一储气罐15，并控制第一储气罐15与制动气室19连通，通过第一储气罐15向制动气室19冲入额外的高压气体，减小了气压制动器制动响应的延迟，有利于减小制动距离，增强了紧急制动的效果。

还包括以下能量回收控制步骤：

当判断为正常制动时，所述ECU1控制能量转换机构将机械能转换为气压内能，将气压内能传递到第一储气罐15，ECU1判断第一储气罐15的气压状况，当第一储气罐15的气压内能为过饱和，ECU1控制第一储气罐15与第二储气罐12连通，可将多余的能量冲入第二储气罐12中，实现了制动能量的回收。

所述ECU1通过以下步骤判断制动的类型：

所述ECU1根据制动踏板行程s实时计算制动踏板的制动速度将制动踏板速度的最大值设为v_max，并将其与ECU1的预设速度v′进行对比，若则判断为正常制动；若v_max≥v′，则判断为紧急制动。

所述ECU1通过以下步骤判断第一储气罐15的气压状况：

所述ECU1根据检测机构检测第一储气罐15的气压判断第一储气罐15当前气压值p，并将其与ECU1预设的高压值p′进行比较，若p＜p′，则判断第一储气罐15充气未饱和；若p≥p′+a，a为常值，则判断第一储气罐15为过饱和；若p′≤p＜p′+a，则判断第一储气罐15为饱和。

本发明在汽车制动时，ECU1控制电磁离合器9结合，包含齿的后车轴10通过齿轮带动气缸运动，将空气压缩进第一储气罐15储存，进行蓄能，当第一储气罐15储气量过饱和时，电磁阀a13打开，第一储气罐15将多余的高压气压冲入第二储气罐12，实现制动能量回收。当制动踏板速度超过设定值时，ECU判断驾驶员进行了紧急制动，此时电磁阀b17打开，第一储气罐15中高压气体经单向阀d18与电磁阀b17流入制动气室19，从而加强卡车的气压制动能力与制动安全，实现紧急制动辅助。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气压制动器紧急制动辅助装置，其特征在于，包括

第一储气罐(15)，所述第一储气罐(15)用于与制动气室(19)连接；

能量转换机构，所述能量转换机构的一端用于与动力输出轴连接，另一端与所述第二储气罐(15)连接，将机械能转换为气压内能；

检测机构，所述检测机构用于检测制动踏板的行程s和第一储气罐(15)的气压p；

和ECU(1)，所述ECU(1)分别与检测机构、能量转换机构和第一储气罐(15)的控制阀连接。

2.根据权利要求1所述的气压制动器紧急制动辅助装置，其特征在于，所述第一储气罐(15)还用于与第二储气罐(12)连接，所述第一储气罐(15)与第二储气罐(12)之间连接的管道上设有电磁阀a(13)和单向阀c(14)；所述第二储气罐(12)与制动气室(19)连接；所述电磁阀a(13)与ECU(1)连接。

3.根据权利要求1所述的气压制动器紧急制动辅助装置，其特征在于，所述能量转换机构包括

传动轴(8)，所述传动轴(8)的两端分别设有齿轮a(7)和齿轮b(11)，所述齿轮b(11)用于与动力输出轴上的齿轮啮合；

电磁离合器(9)，所述电磁离合器(9)安装在传动轴(8)上、且位于齿轮a(7)和齿轮b(11)之间，所述电磁离合器(9)与ECU(1)连接；

和气缸(5)，所述气缸(5)的推杆(505)的一端通过连接件与齿轮a(7)铰接。

4.根据权利要求3所述的气压制动器紧急制动辅助装置，其特征在于，所述气缸(5)包括气缸筒(501)、弹性部件、活塞(503)、和推杆(505)；

所述气缸筒(501)内设有活塞(503)，所述推杆(505)的另一端通过铰链(504)与活塞(503)连接；所述弹性部件设在气缸筒(501)内、且两端分别与活塞(503)和气缸筒(501)底部连接。

5.根据权利要求1所述的气压制动器紧急制动辅助装置，其特征在于，所述第一储气罐(15)与制动气室(19)之间连接的管道上设有电磁阀b(17)和单向阀d(18)；所述电磁阀b(17)与ECU(1)连接。

6.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的气压制动器紧急制动辅助装置。

7.一种根据权利要求1-5任意一项所述气压制动器紧急制动辅助装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述检测机构检测制动踏板行程和第一储气罐(15)的气体压力信号，并传送到ECU(1)；

所述ECU(1)根据制动踏板行程判断是否进行制动，如果s≠0时，则判断驾驶员进行了制动，并判断制动的类型，当判断为紧急制动时，ECU(1)控制能量转换机构将机械能转换为气压内能，将气压内能传递到第一储气罐(15)，并控制第一储气罐(15)与制动气室(19)连通。

8.根据权利要求7所述的气压制动器紧急制动辅助装置控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当判断为正常制动时，所述ECU(1)控制能量转换机构将机械能转换为气压内能，将气压内能传递到第一储气罐(15)，ECU(1)判断第一储气罐(15)的气压状况，当第一储气罐(15)的气压内能为过饱和，ECU(1)控制第一储气罐(15)与第二储气罐(12)连通。

9.根据权利要求7所述的气压制动器紧急制动辅助装置控制方法，其特征在于，所述ECU(1)通过以下步骤判断制动的类型：

所述ECU(1)根据制动踏板行程s实时计算制动踏板的制动速度将制动踏板速度的最大值设为v_max，并将其与ECU(1)的预设速度v′进行对比，若v_max＜v′，则判断为正常制动；若v_max≥v′，则判断为紧急制动。

10.根据权利要求7所述的气压制动器紧急制动辅助装置控制方法，其特征在于，所述ECU(1)通过以下步骤判断第一储气罐(15)的气压状况：

所述ECU(1)根据检测机构检测第一储气罐(15)的气压判断第一储气罐(15)当前气压值p，并将其与ECU(1)预设的高压值p′进行比较，若p＜p′，则判断第一储气罐(15)充气未饱和；若p≥p′+a，a为常值，则判断第一储气罐(15)为过饱和；若p′≤p＜p′+a，则判断第一储气罐(15)为饱和。