CN112406826B - 一种电传动自卸车制动系统控制策略 - Google Patents

一种电传动自卸车制动系统控制策略 Download PDF

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Abstract

一种电传动自卸车制动系统控制策略，自卸车的制动系统对每个车轮单独控制，制动系统包括控制模块和制动模块，控制模块包括控制单元、与单个车轮对应设置的速度传感器以及制动踏板，控制单元通过速度传感器采集对应车轮的速度信号，判断各个车轮是否同步，如果各个车轮的速度不同步，则通过调节对应车轮的制动力的大小来调节车轮速度，使各车轮保持速度一致，当控制单元通过速度传感器检测到任何一个前轮出现抱死而打滑时，控制单元控制制动模块降低被抱死的车轮的制动力；控制单元通过制动踏板输出电压变化速率判断是否需要紧急制动，紧急制动能对自卸车提供最大制动力。采用上述方案提高了制动可靠性和行车安全性。

Description

一种电传动自卸车制动系统控制策略
技术领域
本发明涉及自卸车制动技术领域，尤其是一种电传动自卸车制动系统控制策略。
背景技术
电传动自卸车主要用在大型露天矿山和土石方施工现场，用于运输矿产和土石方等物料，其制动系统的可靠性关系到作业现场的设备安全和人身安全。随着用户不断追求生产效率，电传动自卸车逐渐向大吨位发展，受制于空间的影响，制动系统的部件不能像整车一样，通过加大尺寸来获得更大的制动力和提高安全性，不得不采取其他方法，产生了一系列问题。另外，当前主要电传动自卸车的制动系统控制策略还有优化空间，如电制动与液压制动两个不同制动系统之间的融合度不够，关联性小，没有充分互补，给车辆安全运行带了一定影响。
现有的电传动自卸车的制动系统，主要存在以下问题：
（1）既有的电传动自卸车制动系统的行车制动策略趋于简单，在前后轮制动力分配不均衡，导致制动盘磨耗不均匀，制动盘厚度不均匀，重则引起制动响应时间不同，甚至对行车安全产生影响；
（2）为了满足自卸车所需制动力，在无法加大制动盘尺寸的情况下，改为湿式制动系统来满足大吨位，大制动力的需求，导致制动系统越来越复杂，成本越来越高，可靠性有所降低，给维护和保养增加了工作难度，同时导致能耗增加和液压油等石油资源用量越来越大；
（3）自卸车行车制动过程中，电制动和液压制动两套系统机械式的按比例进行分配，电制动和液压制动没有得到充分互补；
（4）自卸车紧急制动采用额外增加紧急制动按钮的方式，当出现紧急情况时，还需要驾驶员按紧急制动按钮，增加了制动反应时间，增加了事故发生的风险。
因此，需要改进。
发明内容
本发明目的是提供一种电传动自卸车制动系统控制策略，优化了电制动和液压制动的制动策略，并针对制动策略进行制动系统的布置，提高了制动效率、制动可靠性以及行车安全性。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电传动自卸车制动系统控制策略，所述自卸车的制动系统对每个车轮单独控制，自卸车的车轮分为前轮和后轮；所述制动系统包括控制模块和制动模块，所述控制模块包括控制单元、制动踏板以及与单个车轮对应设置的速度传感器，控制单元通过速度传感器采集对应车轮的速度信号，判断各个车轮是否同步，如果各个车轮的速度不同步，则通过调节对应车轮的制动力的大小来调节车轮速度，使各车轮保持速度一致，当控制单元通过速度传感器检测到任何一个前轮出现抱死而打滑时，控制单元控制所述制动模块降低被抱死的车轮的制动力；所述控制单元根据驾驶员踩制动踏板的速度，通过制动踏板输出电压变化速率判断是否需要紧急制动，所述紧急制动能对自卸车提供最大制动力。
进一步的，所述制动模块包括用于对每个后轮单独施加制动力的电制动单元和用于对每个车轮单独施加制动力的液压制动单元。
进一步的，当自卸车的电制动单元或液压制动单元出现故障时，控制单元会发出报警，控制单元基于自卸车速度和载重信息，自动施加安全制动，所述安全制动的逻辑是：在电制动单元故障时，控制单元自动选择液压制动单元进行制动，在液压制动单元故障时，控制单元自动选择电制动单元进行制动。
进一步的，所述自卸车在行驶过程中优先采用电制动单元进行制动。
进一步的，自卸车在空载条件下车速超过上限值V1，或自卸车在满载条件下车速超过上限值V2时，自动施加安全制动，所述V1的取值范围为60~ 65km/h。所述V2的取值范围为40~46km/h。
进一步的，电压变化速率达到V3时，控制单元控制制动系统采取紧急制动，所述V3的取值范围为7~8V/s；当自卸车速度低于V4时，液压制动单元介入，所述V4的取值范围为2.5~4km/h。
进一步的，所述液压制动单元包括液压油箱、液压泵、单向阀、液压管道、以及设在单向阀输出端的前轮液压制动组件和后轮液压制动组件，所述液压泵抽取液压油箱中的液压油并为前轮液压制动组件和后轮液压制动组件供油；所述前轮液压制动组件包括前轮制动施加电磁阀、前轮制动缓解电磁阀、前轮安全制动限压阀、前轮安全制动电磁阀、左前轮辅助缓解电磁阀、右前轮辅助缓解电磁阀、左前轮制动器以及右前轮制动器；所述左前轮制动器以及右前轮制动器为主动式制动器，所述单向阀的输出端分别与前轮安全制动限压阀以及前轮制动施加电磁阀的输入端连接，前轮安全制动限压阀以及前轮制动施加电磁阀的输出端与前轮安全制动电磁阀的输入端连接，前轮安全制动电磁阀的输出端分别通过左前轮辅助缓解电磁阀、右前轮辅助缓解电磁阀与左前轮制动器以及右前轮制动器连接，左前轮辅助缓解电磁阀以及右前轮辅助缓解电磁阀的回油端与液压油箱连通，所述前轮制动施加电磁阀的输出端与前轮制动缓解电磁阀的输入端连接，所述前轮制动缓解电磁阀的输出端与液压油箱连通。
进一步的，所述后轮液压制动组件包括后轮制动缓解电磁阀、后轮制动施加电磁阀、后轮停车制动电磁阀、后轮安全制动限压阀、左后轮安全制动电磁阀、右后轮安全制动电磁阀、左后轮制动器以及右后轮制动器，所述左后轮制动器以及右后轮制动器为被动式制动器；所述单向阀的输出端与后轮制动缓解电磁阀的输入端连接，后轮制动缓解电磁阀的输出端分别与左后轮安全制动电磁阀以及右后轮安全制动电磁阀的输入端连接，左后轮安全制动电磁阀以及右后轮安全制动电磁阀的输出端分别与左后轮制动器以及右后轮制动器连接；所述左后轮安全制动电磁阀以及右后轮安全制动电磁阀的回油端分别与后轮停车制动电磁阀以及后轮安全制动限压阀的输入端连接，后轮停车制动电磁阀以及后轮安全制动限压阀的输出端与液压油箱连通，所述后轮制动缓解电磁阀的输出端与后轮制动施加电磁阀的输入端连接，后轮制动施加电磁阀的输出端与液压油箱连通。
进一步的，所述液压制动单元还包括泄压阀、限压阀、蓄能器、对蓄能器的压力进行检测的蓄能器压力传感器以及四个制动器压力传感器；所述液压泵与单向阀之间分别引出有与液压油箱连通的限压支路以及泄压支路，所述限压阀设置在限压支路上，所述泄压阀设置在泄压支路上，所述蓄能器与单向阀的输出端连接；四个制动器压力传感器分别检测左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器以及右后轮制动器的液压压力。
进一步的，所述电制动单元包括分别设在两个后轮处的两个发电机、与发电机输出端连接的变流器以及与变流器连接的制动电阻。
采用上述技术方案，充分发挥电制动和液压制动的优势，具有如下有益效果：
（1）当电制动单元或液压制动单元出现问题时，车辆的控制单元会基于速度和载重的判断，必要时会自动施加安全制动，使车辆停止，防止事故发生。
（2）四个车轮能够进行单独的制动力控制，每个车轮都安装有速度传感器，对各车轮速度进行实时监测，动态调整制动力大小，防止轮胎因不同步引起的动态相对滑动造成轮胎磨损，增加轮胎使用寿命，也能防止单个车轮制动力过大而抱死。
（3）当出现紧急情况时，驾驶员不需要按紧急制动按钮，直接踩制动踏板即可紧急制动，缩短制动距离和反应时间，防止事故发生。
（4）采用电制动优先的控制策略，可以减少制动盘的磨损，提高制动盘使用寿命。
（5）相对于传统的单独设置被动式制动器，本发明中将被动式制动器设置在后轮处，既可以行车制动，也可以停车制动，制动系统的得到简化，降低了成本。
附图说明
图1为制动系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明进行说明。
如图1所示，一种电传动自卸车制动系统控制策略，自卸车包括两个前轮和两个后轮，制动系统包括控制模块和制动模块，制动模块包括用于对每个后轮单独施加制动力的电制动单元和用于对每个车轮单独施加制动力的液压制动单元。
控制模块对自卸车信息和驾驶员的控制信号进行采集并控制制动模块工作，控制模块包括控制单元1、载荷传感器2、与单个车轮对应设置的速度传感器3以及制动踏板4。
电制动单元包括分别设在两个后轮处的两个发电机5、与发电机5输出端连接的变流器6以及与变流器6连接的制动电阻7。自卸车需要制动时，前轮转动使得发电机5发出三项交流电，再经过变流器6逆向整流为直流电，最后由制动电阻7加热空气将能量消耗掉，实现自卸车减速。
液压制动单元包括液压油箱8、液压泵9、单向阀10、液压管道、泄压阀11、限压阀12、蓄能器13、对蓄能器13的压力进行检测的蓄能器压力传感器14、四个制动器压力传感器15以及设在单向阀10输出端的前轮液压制动组件16和后轮液压制动组件17。
前轮液压制动组件16包括前轮制动施加电磁阀18、前轮制动缓解电磁阀19、前轮安全制动限压阀20、前轮安全制动电磁阀21、左前轮辅助缓解电磁阀22、右前轮辅助缓解电磁阀23、左前轮制动器24以及右前轮制动器25；左前轮制动器24以及右前轮制动器25为主动式制动器，单向阀10的输出端分别与前轮安全制动限压阀20以及前轮制动施加电磁阀18的输入端连接，前轮安全制动限压阀20以及前轮制动施加电磁阀18的输出端与前轮安全制动电磁阀21的输入端连接，前轮安全制动电磁阀21的输出端分别通过左前轮辅助缓解电磁阀22、右前轮辅助缓解电磁阀23与左前轮制动器24以及右前轮制动器25连接，左前轮辅助缓解电磁阀22以及右前轮辅助缓解电磁阀23的回油端与液压油箱8连通，前轮制动施加电磁阀18的输出端与前轮制动缓解电磁阀19的输入端连接，前轮制动缓解电磁阀19的输出端与液压油箱8连通。
后轮液压制动组件17包括后轮制动缓解电磁阀26、后轮制动施加电磁阀27、后轮停车制动电磁阀28、后轮安全制动限压阀29、左后轮安全制动电磁阀30、右后轮安全制动电磁阀31、左后轮制动器32以及右后轮制动器33，左后轮制动器32以及右后轮制动器33为被动式制动器；单向阀10的输出端与后轮制动缓解电磁阀26的输入端连接，后轮制动缓解电磁阀26的输出端分别与左后轮安全制动电磁阀30以及右后轮安全制动电磁阀31的输入端连接，左后轮安全制动电磁阀30以及右后轮安全制动电磁阀31的输出端分别与左后轮制动器32以及右后轮制动器33连接；左后轮安全制动电磁阀30以及右后轮安全制动电磁阀31的回油端分别与后轮停车制动电磁阀28以及后轮安全制动限压阀29的输入端连接，后轮停车制动电磁阀28以及后轮安全制动限压阀29的输出端与液压油箱8连通，后轮制动缓解电磁阀26的输出端与后轮制动施加电磁阀27的输入端连接，后轮制动施加电磁阀27的输出端与液压油箱8连通。
另外，液压泵9与单向阀10之间分别引出有与液压油箱8连通的限压支路以及泄压支路，限压阀12设置在限压支路上，泄压阀11设置在泄压支路上，蓄能器13与单向阀10的输出端连接。限压阀12为液压制动单元中的安全阀，防止因液压制动单元中压力过高导致部件的损坏，液压制动单元中的泄压阀11的作用是当电路故障时放掉蓄能器13和液压管路中的高压油，以便于检修。
液压泵9把液压油从油箱吸出，经过滤器，单向阀10并为前轮液压制动组件16和后轮液压制动组件17供油，经单向阀10出来的液压油进入蓄能器13，蓄能器压力传感器14把压力值传给控制单元1，当压力达到设定值时，控制单元1控制液压泵9停止工作。四个制动器压力传感器15分别检测左前轮制动器24、右前轮制动器25、左后轮制动器32以及右后轮制动器33的液压压力并反馈给控制单元1。
左前轮制动器24和右前轮制动器25为主动式制动器，前轮制动工作原理为：当自卸车需要紧急制动或行车制动时，液压油从前轮制动施加电磁阀18、前轮安全制动电磁阀21、左前轮辅助缓解电磁阀22或右前轮辅助缓解电磁阀23并进入左前轮制动器24或右前轮制动器25实现车辆的制动。当车辆需要安全制动时，液压油经过前轮安全制动限压阀20、前轮安全制动电磁阀21、左前轮辅助缓解电磁阀22或右前轮辅助缓解电磁阀23并进入左前轮制动器24或右前轮制动器25实现车辆的制动。
左后轮制动器32和右后轮制动器33为被动式制动器，后轮的制动力是由制动器自身的弹簧提供，后轮制动工作原理为：当自卸车需要紧急制动或行车制动时，液压油从左后轮制动器32或右后轮制动器33中流出并通过左后轮安全制动电磁阀30或右后轮安全制动电磁阀31、后轮制动施加电磁阀27流回液压油箱8。当车辆安全制动时，左后轮制动器32或右后轮制动器33的压力油通过左后轮安全制动电磁阀30或右后轮安全制动电磁阀31、后轮安全制动限压阀29并流回液压油箱8。当车辆停放制动时，左后轮制动器32、右后轮制动器33以及后轮停车制动电磁阀28液压油全部流回液压油箱8。
本发明中制动系统的控制策略如下：
(1)自卸车的制动系统对每个车轮单独控制，控制单元1通过速度传感器3采集对应车轮的速度信号，判断各个车轮是否同步，如果各个车轮的速度不同步，则通过调节对应车轮的制动力的大小来调节车轮速度，使各车轮保持速度一致，当控制单元1通过速度传感器3检测到任何一个前轮出现抱死而打滑时，控制单元1控制制动模块降低被抱死的车轮的制动力。
（2）控制单元1根据驾驶员踩制动踏板4的速度，通过制动踏板4输出电压变化速率判断是否需要紧急制动，紧急制动能对自卸车提供最大制动力。电压变化速率达到V3时，控制单元1控制制动系统采取紧急制动，V3的取值范围为7~8V/s，优选为7.5V/s。
（3）自卸车在行驶过程中优先采用电制动单元进行制动，当自卸车速度低于V4时，液压制动单元介入，V4的取值范围为2.5~4km/h，优选为3 km/h。
（4）当自卸车的电制动单元或液压制动单元出现故障时，比如液压制动单元中某个回路的压力达不到设定值、电制动失效、制动指令发出后，车辆的速度没有变化，或者与预设速度偏离过大等，控制单元1会发出报警，控制单元1基于自卸车速度和载重信息，自动施加安全制动，安全制动的逻辑是：在电制动单元故障时，控制单元1自动选择液压制动单元进行制动，在液压制动单元故障时，控制单元1自动选择电制动单元进行制动。自卸车在空载条件下车速超过上限值V1，或自卸车在满载条件下车速超过上限值V2时，自动施加安全制动，V1的取值范围为60~ 65km/h，优选为64km/h，V2的取值范围为40~46km/h，优选为45km/h。
采用上述技术方案，充分发挥电制动和液压制动的优势，具有如下有益效果：
（1）当电制动单元或液压制动单元出现问题时，车辆的控制单元1会基于速度和载重的判断，必要时会自动施加安全制动，使车辆停止，防止事故发生。
（2）四个车轮能够进行单独的制动力控制，每个车轮都安装有速度传感器3，对各车轮速度进行实时监测，动态调整制动力大小，防止轮胎因不同步引起的动态相对滑动造成轮胎磨损，增加轮胎使用寿命，也能防止单个车轮制动力过大而抱死。
（3）当出现紧急情况时，驾驶员不需要按紧急制动按钮，直接踩制动踏板4即可紧急制动，缩短制动距离和反应时间，防止事故发生。
（4）采用电制动优先的控制策略，可以减少制动盘的磨损，提高制动盘使用寿命。
（5）相对于传统的单独设置被动式制动器，本发明中将被动式制动器设置在后轮处，既可以行车制动，也可以停车制动，制动系统的得到简化，降低了成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原理之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：所述自卸车的制动系统对每个车轮单独控制，自卸车的车轮分为前轮和后轮；
所述制动系统包括控制模块和制动模块，所述控制模块包括控制单元、制动踏板以及与单个车轮对应设置的速度传感器，控制单元通过速度传感器采集对应车轮的速度信号，判断各个车轮是否同步，如果各个车轮的速度不同步，则通过调节对应车轮的制动力的大小来调节车轮速度，当控制单元通过速度传感器检测到任何一个前轮出现抱死而打滑时，控制单元控制所述制动模块降低被抱死的车轮的制动力；
所述控制单元根据驾驶员踩制动踏板的速度，通过制动踏板输出电压变化速率判断是否需要紧急制动，所述紧急制动能对自卸车提供最大制动力；
所述制动模块包括用于对每个后轮单独施加制动力的电制动单元和用于对每个车轮单独施加制动力的液压制动单元；
所述液压制动单元包括液压油箱、液压泵、单向阀、液压管道、以及设在单向阀输出端的前轮液压制动组件和后轮液压制动组件，所述液压泵抽取液压油箱中的液压油并为前轮液压制动组件和后轮液压制动组件供油；
所述前轮液压制动组件包括前轮制动施加电磁阀、前轮制动缓解电磁阀、前轮安全制动限压阀、前轮安全制动电磁阀、左前轮辅助缓解电磁阀、右前轮辅助缓解电磁阀、左前轮制动器以及右前轮制动器；所述左前轮制动器以及右前轮制动器为主动式制动器，所述单向阀的输出端分别与前轮安全制动限压阀以及前轮制动施加电磁阀的输入端连接，前轮安全制动限压阀以及前轮制动施加电磁阀的输出端与前轮安全制动电磁阀的输入端连接，前轮安全制动电磁阀的输出端分别通过左前轮辅助缓解电磁阀、右前轮辅助缓解电磁阀与左前轮制动器以及右前轮制动器连接，左前轮辅助缓解电磁阀以及右前轮辅助缓解电磁阀的回油端与液压油箱连通，所述前轮制动施加电磁阀的输出端与前轮制动缓解电磁阀的输入端连接，所述前轮制动缓解电磁阀的输出端与液压油箱连通。
2.根据权利要求1所述的电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：当自卸车的电制动单元或液压制动单元出现故障时，控制单元会发出报警，控制单元基于自卸车速度和载重信息，自动施加安全制动，所述安全制动的逻辑是：在电制动单元故障时，控制单元自动选择液压制动单元进行制动，在液压制动单元故障时，控制单元自动选择电制动单元进行制动。
3.根据权利要求1所述的电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：所述自卸车在行驶过程中优先采用电制动单元进行制动。
4.根据权利要求2所述的电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：自卸车在空载条件下车速超过上限值V1，或自卸车在满载条件下车速超过上限值V2时，自动施加安全制动，所述V1的取值范围为60~ 65km/h，所述V2的取值范围为40~46km/h。
5.根据权利要求3所述的电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：电压变化速率达到V3时，控制单元控制制动系统采取紧急制动，所述V3的取值范围为7~8V/s；当自卸车速度低于V4时，液压制动单元介入，所述V4的取值范围为2.5~4km/h。
6.根据权利要求1所述的电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：所述后轮液压制动组件包括后轮制动缓解电磁阀、后轮制动施加电磁阀、后轮停车制动电磁阀、后轮安全制动限压阀、左后轮安全制动电磁阀、右后轮安全制动电磁阀、左后轮制动器以及右后轮制动器，所述左后轮制动器以及右后轮制动器为被动式制动器；
所述单向阀的输出端与后轮制动缓解电磁阀的输入端连接，后轮制动缓解电磁阀的输出端分别与左后轮安全制动电磁阀以及右后轮安全制动电磁阀的输入端连接，左后轮安全制动电磁阀以及右后轮安全制动电磁阀的输出端分别与左后轮制动器以及右后轮制动器连接；所述左后轮安全制动电磁阀以及右后轮安全制动电磁阀的回油端分别与后轮停车制动电磁阀以及后轮安全制动限压阀的输入端连接，后轮停车制动电磁阀以及后轮安全制动限压阀的输出端与液压油箱连通，所述后轮制动缓解电磁阀的输出端与后轮制动施加电磁阀的输入端连接，后轮制动施加电磁阀的输出端与液压油箱连通。
7.根据权利要求1所述的电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：所述液压制动单元还包括泄压阀、限压阀、蓄能器、对蓄能器的压力进行检测的蓄能器压力传感器以及四个制动器压力传感器；
所述液压泵与单向阀之间分别引出有与液压油箱连通的限压支路以及泄压支路，所述限压阀设置在限压支路上，所述泄压阀设置在泄压支路上，所述蓄能器与单向阀的输出端连接；
四个制动器压力传感器分别检测左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器以及右后轮制动器的液压压力。
8.根据权利要求1所述的电传动自卸车制动系统控制策略，其特征在于：所述电制动单元包括分别设在两个后轮处的两个发电机、与发电机输出端连接的变流器以及与变流器连接的制动电阻。
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