CN111267809B - 一种重型运输车分布式液-气制动系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重型运输车分布式液‑气制动系统及控制方法，系统包括制动控制系统、液压制动系统和气压制动系统，液压制动系统布置在牵引车上，气压制动系统布置在挂车上；控制方法是车辆根据制动开始时制动踏板力的变化速度执行常规制动模式、快速制动模式和紧急制动模式，并根据制动模式灵活设计气压制动系统的提前量，使用电控的方式实现压力调节；液压制动系统使用制动效果较好的鼓式制动器，气压制动系统使用散热性能较好的盘式制动器，整车使用两种制动系统，既发挥了液压制动系统灵敏度高，也发挥了气压制动系统制动力强的特点，相比传统制动系统该系统的响应速度更快，提升了重型运输车的制动效率、制动稳定性、安全性与舒适性。

Description

一种重型运输车分布式液-气制动系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种重型运输车分布式液-气制动系统及控制方法，属于车辆制动技术领域。
背景技术
重型运输车是我国公路运输的重要组成部分，一直以来关于重型运输车安全事故的报到屡见不鲜，尤其在我国偏远山区，复杂的路况常常导致重型运输车发生安全事故，重型运输车安全事故的发生给国家和人民造成了巨大损失，而对于如军用领域这样的特种运输车来说，安全事故的发生除了造成人身财产的损失，还有可能泄露国家机密。因此，重型运输车的安全性急需提高，在影响重型运输车行驶安全的诸多因素中，制动性能是最为重要的。
现有重型运输车的制动方式单一，主要依靠气压制动，利用压缩的空气作为动力源，将空气压力转换成摩擦力来使车轮制动。受限于空气的压缩性，气压制动系统会在压力建立与卸除的过程中出现滞后现象，导致制动效果差，制动距离长。除此之外，现阶段的重型运输车在设计挂车制动系统提前量时没有根据实际制动情况进行灵活设计，使得制动稳定性差。现阶段的液压制动系统以液压油为介质提供制动压力进行制动，无滞后效应，制动灵敏。现有的重型运输车都布置有液压系统用于转向，如果可以在重型运输车上改造增加液压制动系统并灵活设计牵引车制动系统的提前量，那么其制动性能将会大大提高。
近年来，在车辆上采用不同制动系统的制动方式已有部分研究。专利申请号为201710701875.8，名称为“混合制动系统”发明专利，公开了一种使用液压-气压-磁力三种混合制动的制动系统，该方案通过机械装置将三种制动压力进行融合，效率较低，控制困难，并且耗费空间和资源。专利申请号为200820224852.9，名称为“机动车辆复合制动机构”实用新型，公开了一种使用气压-液压复合制动的制动系统。该发明主要针对小型四轮轿车，布置两套制动系统，但小型轿车空间有限，可适应性不强，且方案中未具体叙述制动工作方式与布置形式，同时采用的是较为传统的制动控制系统，制动舒适性与安全性较差。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种重型运输车分布式液-气制动系统及控制方法，使用液压和气压两种制动系统，制动响应速度更快，制动稳定性好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种重型运输车分布式液-气制动系统，包括制动控制系统、液压制动系统和气压制动系统；
制动控制系统包括制动踏板、压力传感器、整车控制器VCU和制动控制单元；压力传感器固定在制动踏板上，压力传感器与整车控制器VCU电连接，整车控制器VCU与制动控制单元电连接；
液压制动系统包括制动主缸、直线电机、鼓式制动器、蓄能器及液压泵，每一个鼓式制动器与蓄能器之间连通的液压管路上分别设有一个制动主缸，制动主缸的活塞推杆与直线电机连接，制动控制单元与直线电机电连接，蓄能器与液压泵通过液压管路连接，液压泵与整车控制器VCU电连接；
气压制动系统包括空气压缩机、储气罐、进气阀、盘式制动器、排气阀及气压表，空气压缩机与整车控制器VCU电连接，储气罐与盘式制动器通过设有进气阀的气压管路连接，排气阀与气压表串接在进气阀和盘式制动器之间气压管路中，储气罐通过气压管路与空气压缩机连接，进气阀、排气阀、气压表均与制动控制单元电连接。
进一步的，所述的气压制动系统设置在挂车上。
进一步的，所述的液压制动系统设置在牵引车上。
进一步的，所述的制动主缸的活塞推杆通过连接件与直线电机的动子连接。
一种重型运输车分布式液-气制动系统的控制方法，所述的重型运输车根据制动踏板力的变化速度将车辆制动分为三种制动模式：
整车控制器VCU采集与制动踏板固连的压力传感器的信号,将其传送到制动控制单元,得到制动踏板的踏板力F(F≤700，单位为N)；
并由公式k＝(F2-F1)/(t2-t1)计算制动开始时踏板力的变化速度，单位为N/s，t1为上一时刻，t2为当前时刻，F1为上一时刻制动踏板的力，F2为当前时刻制动踏板的力，制动控制单元计算出踏板力的变化速度k后切换制动模式；
接着根据公式Lq＝eQ×LQ和公式Pg＝eG×PG实时计算制动主缸活塞推杆的行程Lq和鼓式制动器制动气室所需压力Pg，控制直线电机推动活塞推杆移动相应行程Lq，将液压油推入鼓式制动器，同时根据气压表反馈的气压制动系统管路的气压控制进气阀和出气阀的开和闭实时调节盘式制动器制动气室的压力使其达到Pg，实现车辆的精准制动；eQ为液压制动系统调压系数，eG为气压制动系统调压系数，eQ和eG为非定值，不同制动模式下的计算与取值不同，LQ为制动主缸活塞推杆的最大行程，PG为盘式制动器制动气室能达到的最大压力；
制动结束后，直线电机带动活塞推杆回到初始位置，进气阀关闭，排气阀打开，液压制动系统和气压制动系统制动力解除；
当k<700N/s时，制动控制单元将制动模式切换为常规制动模式，该模式下eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量为0.2秒；
当700N/s≤k<1500N/s时，制动控制单元将制动模式切换为快速制动模式，该模式下，eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量根据公式tz＝0.5×(k/1500)计算，单位为s；
当k≥1500N/s时，制动控制单元将制动模式切换为紧急制动模式，该模式下，制动开始时eQ＝F/700，eG＝1，若持续制动过程中F≤500，则eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量为0.5秒。
与现有技术相比，首先本发明整车使用分布式制动，在牵引车上利用已有液压系统将原制动系统改造为液压制动，挂车则使用气压制动系统，整车使用两种制动系统，既发挥了液压制动系统灵敏度高，也发挥了气压制动系统制动力强的特点，相比单一制动系统响应速度更快，制动稳定性更好；其次，牵引车使用制动效果较好的鼓式制动器，挂车则采用散热性和稳定性较好的盘式制动器，能够提高牵引车制动效率及挂车制动稳定性；最后利用制动控制单元计算制动开始时踏板力的变化速度，根据踏板力的变化速度进行制动模式选切换，并根据不同的制动模式设计气压制动系统的提前量，通过电控的方式实现压力的调节，实现重型运输车的安全制动，代替传统重型运输车单一的制动模式、机械式的调压方法以及固定的挂车制动系统提前量，大大提升了重型运输车的制动效率及制动稳定性，提高重型运输车的安全性与舒适性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为直线电机与制动主缸连接示意图；
图3为制动踏板及压力传感器安装示意图；
图中：1、制动踏板，2、压力传感器，3、整车控制器VCU，4、制动控制单元，5、制动主缸，6、直线电机，7、鼓式制动器，8、蓄能器，9、液压泵，10、空气压缩机，11、储气罐，12、进气阀，13、盘式制动器，14、排气阀，15、气压表，201、动子，202、连接件，203、活塞推杆，401、大劲度拉力弹簧，402、踏板臂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种重型运输车分布式液-气制动系统，包括制动控制系统、液压制动系统和气压制动系统；重型运输车包括牵引车和挂车，气压制动系统设置在挂车上，液压制动系统设置在牵引车上；
制动控制系统包括制动踏板1、压力传感器2、整车控制器VCU3和制动控制单元4；压力传感器2固定在制动踏板1上，压力传感器2与整车控制器VCU3电连接，整车控制器VCU3与制动控制单元4电连接；
液压制动系统包括制动主缸5、直线电机6、鼓式制动器7、蓄能器8及液压泵9，牵引车有多组前车轮，每个前车轮分别设有一个鼓式制动器7，每一个鼓式制动器7与蓄能器8之间连通的液压管路上分别设有一个制动主缸5，如图2所示，制动主缸5的活塞推杆203通过连接件202与直线电机6的动子201连接，制动控制单元4与直线电机6电连接，蓄能器8与液压泵9通过液压管路连接，液压泵9与整车控制器VCU3电连接；
气压制动系统包括空气压缩机10、储气罐11、进气阀12、盘式制动器13、排气阀14及气压表15，挂车有多组后车轮，每个后车轮分别设有一个盘式制动器13，空气压缩机10与整车控制器VCU3电连接，储气罐11与盘式制动器13通过设有进气阀12的气压管路连接，排气阀14与气压表15串接在进气阀12和盘式制动器13之间气压管路中，每一组后车轮的盘式制动器13共用储气罐11、进气阀12、排气阀14和气压表15，储气罐11通过气压管路与空气压缩机10连接，进气阀12、排气阀14、气压表15均与制动控制单元4电连接。
液压制动系统与重型运输车的液压助力转向系统共用液压泵9，避免因在重型运输车上改造液压制动系统使牵引车底盘结构变得复杂，在制动主缸5和液压泵9之间设置蓄能器8，当制动主缸5液压油不足时可及时补充。
本发明的制动控制系统采用电控的方式，取消了制动踏板1与液压制动系统和气压制动系统之间的机械连接，如图3所示，动踏板1的踏板臂402中部与车体铰接，踏板臂402的底部与车体通过拉力弹簧401连接，因为大劲度拉力弹簧401的存在，驾驶员制动过程中会感受到来自制动踏板1的力，制动结束后，制动踏板1在大劲度拉力弹簧401的作用下回到初始位置，保证了驾驶员制动过程中的制动感觉。
本发明的控制方法主要是根据制动开始时驾驶员施加在制动踏板1上的力的变化速度来模拟制动紧急程度，根据踏板力的变化速度将制动分为三种模式，并灵活设计不同制动模式下气压制动系统的提前量。对于重型运输车来说，由于挂车载重量大，挂车制动系统通常都设有提前量，从而保证牵引车与挂车的制动一致性，避免挂车与牵引车在制动过程中发生碰撞。本发明根据不同的制动模式灵活设计不同的提前量，其目的是使牵引车与挂车在制动时具有更好的一致性，从而提高车辆的制动安全性与稳定性。
第一种制动模式为常规制动模式，该模式适用于车辆正常安全减速或下坡过程中保持车速；第二种制动模式为快速制动模式，该模式适用于车辆在车流量较多、启停频繁的情况下保持车距，避免发生追尾事故；第三种制动模式为紧急制动模式，该模式适用于紧急情况，在我国偏远山区，路况差道路窄，时常会遇到需要紧急制动的情况。
首先,整车控制器VCU 3采集与制动踏板1固连的压力传感器2的信号,将其传送到制动控制单元4,得到制动踏板1的踏板力F(F≤700，单位为N)；并由公式k＝(F2-F1)/(t2-t1)计算制动开始时踏板力的变化速度，单位为N/s，t1为上一时刻，t2为当前时刻，F1为上一时刻制动踏板1的力，F2为当前时刻制动踏板1的力，制动控制单元4计算出踏板力的变化速度k后切换制动模式；
接着根据公式Lq＝eQ×LQ和公式Pg＝eG×PG实时计算制动主缸5活塞推杆203的行程Lq和鼓式制动器7制动气室所需压力Pg，控制直线电机6推动活塞推杆203移动相应行程Lq，将液压油推入鼓式制动器7，同时根据气压表15反馈的气压制动系统管路的气压控制进气阀12和出气阀14的开和闭实时调节盘式制动器13制动气室的压力使其达到Pg，实现车辆的精准制动；eQ为液压制动系统调压系数，eG为气压制动系统调压系数，eQ和eG为非定值，不同制动模式下的计算与取值不同，LQ为制动主缸5活塞推杆203的最大行程，PG为盘式制动器13制动气室能达到的最大压力；
制动结束后，直线电机6带动活塞推杆203回到初始位置，进气阀12关闭，排气阀14打开，液压制动系统和气压制动系统制动力解除；
当k<700N/s时，制动控制单元4将制动模式切换为常规制动模式，该模式下eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量为0.2秒；
当700N/s≤k<1500N/s时，制动控制单元4将制动模式切换为快速制动模式，该模式下，eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量根据公式tz＝0.5×(k/1500)计算，单位为s；
当k≥1500N/s时，制动控制单元4将制动模式切换为紧急制动模式，该模式下，制动开始时eQ＝F/700，eG＝1，若持续制动过程中F≤500，则eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量为0.5秒。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种重型运输车分布式液-气制动系统的控制方法，其特征在于，包括制动控制系统、液压制动系统和气压制动系统；
制动控制系统包括制动踏板(1)、压力传感器(2)、整车控制器VCU(3)和制动控制单元(4)；压力传感器(2)固定在制动踏板(1)上，压力传感器(2)与整车控制器VCU(3)电连接，整车控制器VCU(3)与制动控制单元(4)电连接；
液压制动系统包括制动主缸(5)、直线电机(6)、鼓式制动器(7)、蓄能器(8)及液压泵(9)，每一个鼓式制动器(7)与蓄能器(8)之间连通的液压管路上分别设有一个制动主缸(5)，制动主缸(5)的活塞推杆(203)与直线电机(6)连接，制动控制单元(4)与直线电机(6)电连接，蓄能器(8)与液压泵(9)通过液压管路连接，液压泵(9)与整车控制器VCU(3)电连接；
气压制动系统包括空气压缩机(10)、储气罐(11)、进气阀(12)、盘式制动器(13)、排气阀(14)及气压表(15)，空气压缩机(10)与整车控制器VCU(3)电连接，储气罐(11)与盘式制动器(13)通过设有进气阀(12)的气压管路连接，排气阀(14)与气压表(15)串接在进气阀(12)和盘式制动器(13)之间气压管路中，储气罐(11)通过气压管路与空气压缩机(10)连接，进气阀(12)、排气阀(14)、气压表(15)均与制动控制单元(4)电连接；
所述的重型运输车根据制动踏板(1)力的变化速度将车辆制动分为三种制动模式：
整车控制器VCU(3)采集与制动踏板(1)固连的压力传感器(2)的信号,将其传送到制动控制单元(4),得到制动踏板(1)的踏板力F(F≤700，单位为N)；
并由公式k＝(F2-F1)/(t2-t1)计算制动开始时踏板力的变化速度，单位为N/s，t1为上一时刻，t2为当前时刻，F1为上一时刻制动踏板(1)的力，F2为当前时刻制动踏板(1)的力，制动控制单元(4)计算出踏板力的变化速度k后切换制动模式；
接着根据公式Lq＝eQ×LQ和公式Pg＝eG×PG实时计算制动主缸(5)活塞推杆(203)的行程Lq和鼓式制动器(7)制动气室所需压力Pg，控制直线电机(6)推动活塞推杆(203)移动相应行程Lq，将液压油推入鼓式制动器(7)，同时根据气压表(15)反馈的气压制动系统管路的气压控制进气阀(12)和排气阀(14)的开和闭实时调节盘式制动器(13)制动气室的压力使其达到Pg，实现车辆的精准制动；eQ为液压制动系统调压系数，eG为气压制动系统调压系数，eQ和eG为非定值，不同制动模式下的计算与取值不同，LQ为制动主缸(5)活塞推杆(203)的最大行程，PG为盘式制动器(13)制动气室能达到的最大压力；
制动结束后，直线电机(6)带动活塞推杆(203)回到初始位置，进气阀(12)关闭，排气阀(14)打开，液压制动系统和气压制动系统制动力解除；
当k<700N/s时，制动控制单元(4)将制动模式切换为常规制动模式，该模式下eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量为0.2秒；
当700N/s≤k<1500N/s时，制动控制单元(4)将制动模式切换为快速制动模式，该模式下，eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量根据公式tz＝0.5×(k/1500)计算，单位为s；
当k≥1500N/s时，制动控制单元(4)将制动模式切换为紧急制动模式，该模式下，制动开始时eQ＝F/700，eG＝1，若持续制动过程中F≤500，则eQ＝eG＝F/700，气压制动系统的提前量为0.5秒。
2.根据权利要求1所述的一种重型运输车分布式液-气制动系统的控制方法，其特征在于：所述的气压制动系统设置在挂车上。
3.根据权利要求1所述的一种重型运输车分布式液-气制动系统的控制方法，其特征在于：所述的液压制动系统设置在牵引车上。
4.根据权利要求1所述的一种重型运输车分布式液-气制动系统的控制方法，其特征在于：所述的制动主缸(5)的活塞推杆(203)通过连接件(202)与直线电机(6)的动子(201)连接。
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