CN114407853A - 一种气压式电子驻车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压式电子驻车系统，涉及汽车制动技术领域，系统包括驻车储气罐、三位三通手控阀、两位两通进气电磁阀、继动阀、两位两通排气电磁阀、节流阀、消声器、ECU、压力传感器、弹簧制动气室，利用两个高速开关阀、一个节流阀及一个三位三通手控阀实现气压电子驻车功能，利用三位三通手控阀实现电子驻车的冗余备份，具有结构简单、可控性好、安全性高等特点。

Description

一种气压式电子驻车系统

技术领域

本发明涉及汽车制动技术领域，特别是涉及一种气压式电子驻车系统。

背景技术

随着自动驾驶和智能安全技术的普及，汽车工业逐渐向电动化、网联化、智能化等方向发展，制动系统作为车辆的核心安全装置，从手动驻车过渡到电子驻车已经成为制动技术发展的必然趋势。电子驻车系统除具备传统手刹功能外，还应具备坡道起步辅助、动态刹车、防溜坡等功能，因此，电子驻车系统对驻车控制阀的功能和性能也提出了更高要求。相对于乘用车上的普遍应用，由于商用车CAN总线的应用深度以及驻车控制阀功能和性能的限制等，电子驻车在商用车领域的应用还处于起步阶段，特别是应用于配备气压制动系统的商用车辆。

针对气压制动系统的电子驻车技术，目前普遍采用的是工业系统所应用的气动控制阀，仅可实现部分电子驻车功能，且环境适用性一般。中国发明专利申请“气压状态自锁式电子驻车制动系统”（申请号：CN201710118935.3，公告日：2017年6月13日）采用了三个两位两通电磁阀实现电子驻车，这样即增加了控制难度和元件成本，同时降低了系统的可靠性；中国发明专利“一种电子驻车系统及方法”（申请号：CN201911403994.0，公告日：2021年10月29日）采用了一个气动先导式的两位三通电磁阀来实现EPB的功能，由于该阀采用了双电控，能够实现状态保持功能，可靠性有所提高，但由于车辆工作环境恶劣，特别是在湿度较大、温度较低时，由于该阀芯采用滑阀结构，在低温环境下容易因结露而卡死，从而降低了系统的可靠性；中国专利（申请号：CN201621419439.9，公告日：2017年7月21日）采用一个两位三通和一个两位两通阀组合，该系统在驻车时如果两位两通电磁阀发生了泄漏将可能导致溜车事故。中国专利（申请号：CN201810473063.7，公告日：2018年9月7日）公开了一种气压式电子驻车系统，包括相互独立且彼此可通过设计接口或外部导线/管道连接的电子控制单元、驻车制动模块和挂车模块。但该发明为了实现车辆制动及释放功能采用的技术方案中设置有三个电磁阀及一个气控阀，不仅结构复杂，且由此产生的失效节点会成倍地增加，进而导致在后续批量装车后车辆维修成本会进一步增加，经济性不好。此外，该发明实现行车制动或驻车时需要三个电磁阀及一个气控阀的联动运行，从而可能因三个电磁阀之间的响应时间不同导致制动时间过长，进而增加事故风险。

通过对现有气压电子驻车技术分析发现目前存在以下问题：

（1）工业用双电控两位三通电磁阀直接应用于气压制动系统控制时，由于响应时滞的问题，难以实现高速充放气，无法满足动态驻车需求；且工业电磁阀对于恶劣环境的适应性一般，容易导致阀芯卡死等系统失效问题。

（2）对于利用长时间通电的电磁阀方案遇到突然断电工况时，系统难以维持当前状态，系统必须停车甚至可能突然制动引发事故；

（3）驻车时，如果电磁阀发生泄漏可能导致压力累积而溜车，从而降低系统的可靠性与安全性。

（4）缺乏冗余备份，当电子驻车发生故障时将导致车辆无法移动，必须手动调节驻车气室紧固螺母进行解除，操作难度大，工况复杂恶劣。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种气压式电子驻车系统，利用两个高速开关阀、一个可调节流阀及一个三位三通手控阀实现气压电子驻车功能。

本发明所采用的技术方案是：一种气压式电子驻车系统，包括驻车储气罐1、三位三通手控阀2、两位两通进气电磁阀3、继动阀4、两位两通排气电磁阀5、节流阀6、消声器7、ECU 8、压力传感器9、弹簧制动气室10，驻车储气罐1的输出口与两位两通进气电磁阀3的输入口3a相连；驻车储气罐1的输出口与继动阀4的输入口4c以及三位三通手控阀2的输入口2a连接；三位三通手控阀2的输出口2c与继动阀4的控制腔输入口4a连接，三位三通手控阀2的排气口2b直接与大气相通；两位两通进气电磁阀3的输出口3b分别与继动阀4的控制腔输入口4a、两位两通排气电磁阀5的输入口5a以及节流阀6的输入口6a连接；继动阀4的输出口4d与制动气室和节流阀6的输出口6b连接，同时继动阀4的输出口4d与压力传感器9相连接；两位两通排气电磁阀5的输出口5b直接通过消声器7与大气连接；ECU 8为电子控制单元，连接两位两通进气电磁阀3和两位两通排气电磁阀5，并通过信号线连接压力传感器9的信号输出。优选地，两位两通进气电磁阀3、两位两通排气电磁阀5为直动式高速开关阀，节流阀6为可调节流阀。优选地，两位两通进气电磁阀3、两位两通排气电磁阀5与节流阀6的有效截面积比值设定范围为1:1 ~ 4:1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）安全性高：无论行车还是驻车，电磁阀均处在断电状态，系统可维持当前状态而避免制动状态的突然切换，保障行车安全；驻车时，若两位两通进气电磁阀3发生泄漏，泄漏进的压缩空气会经节流阀6进入继动阀4的排气口4b，不会因压力累积而溜车，确保驻车安全。

2）可控性好：该系统采用两个直动式高速开关阀，可利用高速开关阀精确增减压以及保压，从而可实现应急动态驻车、防抱死等高级制动功能；且由于高速开关阀为锥阀结构，系统具有更好的低温适用性。

3）具有冗余安全备份功能：设计有三位三通手控阀，当系统断电无法驱动时，可通过操作手控阀进行驻车和释放操作，可达到冗余安全的目的，从而保证了车辆的安全，也可以方便的进行维修和维护。

4）耐久性好：通过对气路的优化设计，电磁阀仅在驻车和释放的瞬间通电，其余时间均处于断电状态，可降低线圈损耗、节能、延长系统使用寿命。

附图说明

图1为气压式电子驻车系统原理图

图2为气压式电子驻车系统驻车状态图

图3 为气压式电子驻车系统解除驻车状态图

图4 为气压式电子驻车系统手动解除驻车状态图

图5 为气压式电子驻车系统手动驻车状态图

图6为两位两通进气电磁阀、两位两通排气电磁阀与节流阀的有效截面积之比对增压和减压速度的影响关系图

图7 为气压式电子驻车系统动态压力跟随控制模拟图

1-驻车储气罐，2-三位三通手控阀，3-两位两通进气电磁阀，4-继动阀，5-两位两通排气电磁阀，6-节流阀，7-消声器，8-ECU，9-压力传感器，10-弹簧制动气室。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

如图1所示为本发明提供的气压式电子驻车系统的原理图，该系统包括提供压缩空气源的驻车储气罐1，其输出口与两位两通进气电磁阀3的输入口3a相连，同时与继动阀4的输入口4c以及三位三通手控阀2的输入口2a连接；两位两通进气电磁阀3为常闭电磁阀，其输出口与继动阀4的控制腔输入口4a、两位两通排气电磁阀5的输入口5a以及节流阀6的输入口6a连接；两位两通排气电磁阀5的输出口直接通过消声器7与大气连接；继动阀4的输出口4d与制动气室和节流阀6的输出口6b连接，同时该输出口还连接有监测其出口压力的压力传感器9；三位三通手控阀2的输出口与继动阀4控制腔入口4a连接，其排气口2b直接通大气；8为电子控制单元，其输入为按键状态信号、整车CAN报文信号以及压力传感器信号，并综合处理上述信号后，发送驱动指令控制两位两通进气电磁阀3和两位两通排气电磁阀5进行开关操作，从而实现不同的电子驻车系统功能，如驻车、释放、坡道起步辅助以及防溜坡等。两位两通进气电磁阀3、两位两通排气电磁阀5与节流阀6的有效截面积比值设定范围为1:1 ~ 4:1，通过改变节流阀的开度调节上述比值大小。图6所示为两位两通进气电磁阀、两位两通排气电磁阀与节流阀有效截面积之比对增压和减压速度的影响，改变该比值对增压速度的影响较小，但对减压速度的影响较明显，且比值越大，减压速度越慢，因此设计尽量大的比值可提升驻车中系统的响应速度。

正常工作时，该装置处于断电状态，可避免系统长时间通电，有效提高元件寿命及系统可靠性；发生断电故障时，系统可维持当前状态，防止整车因系统断电而突然制动；驻车时，若车辆停在坡道上，则该系统可通过节流阀有效防止压力累积，避免溜车事故；由于主回路采用高速开关阀，系统响应快，可满足应急制动时快速充放气需求，避免后轮抱死，降低甩尾风险，提高车辆制动稳定性；且系统配置有独立的手控阀，即使电控系统故障，也可以实施常规的驻车和释放操作，实现冗余安全备份，提高系统的可靠性。

下面对本发明所提出的商用车电子驻车系统在不同工况下的实施方案进行说明：

初始时，该系统处于图1所示状态，两位两通进气电磁阀3，两位两通排气电磁阀5未上电，由于继动阀4的控制腔没有压力，继动阀4处于排气状态，因此弹簧制动气室内没有压力，推杆推出，系统处于驻车状态（如图1所示）。

1）解除驻车 当电子驻车系统接受到解除驻车指令时，两位两通进气电磁阀3上电，由关闭状态切换为开启状态，压缩空气通过两位两通进气电磁阀3后，使得继动阀4的控制腔压力升高，继动阀4的主阀开启，压缩空气由继动阀4的接口4c进入，之后经由接口4d进入弹簧制动气室10中，同时继动阀4出口经节流阀6与继动阀控制腔输入口4a联通，锁定控制腔压力，此时可关闭两位两通进气电磁阀3进行保压。在压缩空气的作用下，弹簧制动气室10的推杆回缩，解除驻车制动（如图3）。

2）驻车 当车辆需从行车状态进入制动状态时，将两位两通排气电磁阀5上电，由于两位两通排气电磁阀5的有效截面积大于节流阀6的有效截面积，导致继动阀控制腔的压力迅速下降，从而使继动阀4的排气阀开启，弹簧制动气室10中的压缩气体将通过继动阀4的接口4b流出，最终通过消声器7释放，从而使得弹簧制动气室10的推杆在弹簧力的作用下推出实施制动。

3）正常行车 行车过程中，由于继动阀4的控制腔一直都有压缩空气输入，故继动阀4的主阀将一直保持开启，弹簧制动气室10的推杆将维持在回缩状态，此时两位两通进气电磁阀3和两位两通排气电磁阀5均无需上电，因此，当该电子驻车系统出现断电故障时，弹簧制动气室10中的压缩气体不会突然释放，即车辆的行车状态不会突然切换，行车安全得到有效保障。

4）防泄漏溜车 当车辆停止在坡道上时，如果两位两通进气电磁阀3出现了泄漏，压缩空气会经进气口进入到继动阀4的控制腔，压缩空气累积将使继动阀4开启，压缩气体通过继动阀4的主阀进入弹簧制动气室10中，于是便会出现溜坡。但对于本系统，泄漏的气体会经由节流阀6流入继动阀4的排气口4b，最终经消声器7排放到大气中，避免了继动阀4控制腔的压力累积，可防止因气体泄漏而溜车的问题，提高了系统的安全性。

5）动态驻车 在该系统中，两位两通进气电磁阀3和两位两通排气电磁阀5均采用直动式高速开关阀，高速开关阀能够精确控制制动压力。当车辆遇到突发紧急状况，如行车制动失效，此时驾驶员可打开电子驻车制动开关，触发动态驻车功能，该功能可根据实时滑移率动态调节制动压力，在保证一定制动强度的同时防止车轮抱死，提高制动安全性，图7所示为动态压力跟随的模拟计算结果。

6）安全备份 当电子驻车系统发生断电其他故障导致系统不能正常运作时，可通过三位三通手控阀2进行驻车操作。行车过程中，需要进行驻车操作时，只需通过手动操作按钮将手控阀拨到图5所示位置，继动阀4控制腔气体将经过三位三通手控阀排气口2b排出，继动阀4的排气阀开启，弹簧制动气室10中的压缩气体将通过继动阀4的接口4b流出，最终通过消声器7释放，从而使得弹簧制动气室10的推杆在弹簧力的作用下推出实施制动。当要手动解除驻车时，只需将三位三通手控阀拨到图4所示位置，在压缩空气的作用下，继动阀4打开，压缩空气进入到弹簧制动气室10将推杆缩回，解除驻车。

Claims (3)

1.一种气压式电子驻车系统，包括驻车储气罐（1）、三位三通手控阀（2）、两位两通进气电磁阀（3）、继动阀（4）、两位两通排气电磁阀（5）、节流阀（6）、消声器（7）、ECU （8）、压力传感器（9）、弹簧制动气室（10），其特征在于：所述驻车储气罐（1）的输出口与两位两通进气电磁阀（3）的输入口（3a）相连；驻车储气罐（1）的输出口与继动阀（4）的输入口（4c）以及三位三通手控阀（2）的输入口（2a）连接；三位三通手控阀（2）的输出口（2c）与继动阀（4）的控制腔输入口（4a）连接，三位三通手控阀（2）的排气口（2b）直接与大气相通；两位两通进气电磁阀（3）的输出口（3b）分别与继动阀（4）的控制腔输入口（4a）、两位两通排气电磁阀（5）的输入口（5a）以及节流阀（6）的输入口（6a）连接；继动阀（4）的输出口（4d）与制动气室和节流阀（6）的输出口（6b）连接，同时继动阀（4）的输出口（4d）与压力传感器（9）相连接；两位两通排气电磁阀（5）的输出口（5b）直接通过消声器（7）与大气连接；ECU（8）为电子控制单元，连接两位两通进气电磁阀（3）和两位两通排气电磁阀（5）及压力传感器（9）的信号线。

2.根据权利要求1所述的气压式电子驻车系统，其特征在于：所述两位两通进气电磁阀（3）、两位两通排气电磁阀（5）与节流阀（6）的有效截面积比值设定范围为1:1 ~ 4:1。

3.根据权利要求1或2所述的气压式电子驻车系统，其特征在于：两位两通进气电磁阀（3）、两位两通排气电磁阀（5）为直动式高速开关阀，节流阀（6）为可调节流阀。

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