CN114572176A - 一种静液压驱动防爆车辆及其控制方法、制动扭矩按需分配的机液混合制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静液压驱动防爆车辆及其控制方法、制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，属于矿用防爆车辆安全制动的技术领域，该机液混合制动系统通过踩脚踏制动阀的制动踏板，首先控制马达排量以达到车辆减速，继续踩制动踏板，制动器起作用，控制器ECU根据马达转速信号可以实现车辆制动器的输出扭矩和每个轮胎制动需求力矩相匹配，当车辆需要紧急刹车时，可以操作驻车制动阀实现车辆行车制动和驻车制动同时起作用，提高车辆的制动安全性能。

Description

一种静液压驱动防爆车辆及其控制方法、制动扭矩按需分配 的机液混合制动系统

技术领域

本发明属于矿用防爆车辆安全制动的技术领域，尤其是涉及一种静液压驱动防爆车辆及其控制方法、制动扭矩按需分配的机液混合制动系统。

背景技术

随着煤矿井下防爆车辆向大吨位、高载重的方向发展，对车辆制动器的性能要求越来越高，目前矿用重型车辆大都选择湿式制动器，湿式制动器扭矩大，车辆减速度过大，车辆载荷分布不均，常常导致某些车轮抱死，轮胎磨损不均衡，导致车辆出现失控、滑移、滑转等现象，极大的威胁着车辆和人员的安全。

发明内容

针对煤矿静液压驱动车辆独有的特点，本发明提供一种用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，既能满足制动安全性能，又能减小制动距离、缩短制动时间，优化制动性能，提高车辆使用寿命、减少车辆的维护保养，并基于该机液混合制动系统提供一种静液压驱动防爆车辆及其控制方法。

本发明提供一种用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，包括左方向手柄、左闭式泵、左后制动器、左后行走马达、左中制动器、左中行走马达、左前制动器、左前行走马达、右方向手柄、右闭式泵、右后制动器、右后行走马达、右中制动器、右中行走马达、右前制动器、右前行走马达、变量泵、梭阀、脚踏制动阀、驻车制动阀、防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ、防爆比例减压阀Ⅴ、防爆比例减压阀Ⅵ、控制器、制动踏板位移传感器、油门位置传感器信号、发动机转速传感器、左后行走马达转速传感器、左中行走马达转速传感器、右后行走马达转速传感器、右中行走马达转速传感器、压力传感器；左闭式泵和右闭式泵分别与发动机分动箱相连，方向手柄与闭式泵连接控制闭式泵的正转和反转；左闭式泵的A口分别与左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达的A口连接，左闭式泵的B口分别与左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达的B口连接；右闭式泵的A口分别与右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达的A口连接，右闭式泵的B口分别与右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达的B口连接；左后制动器、左中制动器、左前制动器、右后制动器、右中制动器、右前制动器均为湿式多盘式弹簧制动液压释放型制动器；变量泵的出口与梭阀的进口Ⅰ连接，梭阀的出口分别与脚踏制动阀和驻车制动阀的进口连接，脚踏制动阀的出口分别与防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ和防爆比例减压阀Ⅴ的P口连接，防爆比例减压阀Ⅰ的A口与左后制动器连接，防爆比例减压阀Ⅱ的A口与左中制动器连接，防爆比例减压阀Ⅲ的A口与右后制动器连接，防爆比例减压阀Ⅳ的A口与右中制动器连接，防爆比例减压阀Ⅴ的A口分别与左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达、右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达的X口连接，驻车制动阀的出口与防爆比例减压阀Ⅵ的P口连接，防爆比例减压阀Ⅵ的A口分别与左前制动器和右前制动器连接；防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ、防爆比例减压阀Ⅴ的控制口与控制器连接；制动踏板位移传感器、油门位置传感器信号、发动机转速传感器、左后行走马达转速传感器、左中行走马达转速传感器、右后行走马达转速传感器、右中行走马达转速传感器、压力传感器均与控制器连接，压力传感器用于检测制动器和行走马达的压力。

进一步地，变量泵和梭阀之间设置有处于常开状态的截止阀，截止阀与蓄能器连接。

进一步地，梭阀的进口Ⅱ与解锁手泵连接。

进一步地，左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达、右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达、防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ、防爆比例减压阀Ⅴ、防爆比例减压阀Ⅵ的T口均接回油箱。

本发明还提供一种静液压驱动防爆车辆，安装有上述用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统。

本发明还提供上述静液压驱动防爆车辆的控制方法，预设脚踏制动阀的制动踏板空行程；

当静液压驱动防爆车辆制动减速时，踩脚踏制动阀的制动踏板，控制器接收制动踏板位移传感器、油门位置传感器信号、发动机转速传感器传递的信号，控制器控制防爆比例减压阀Ⅴ的电流大小，此时经过脚踏制动阀的高压油通过防爆比例减压阀Ⅴ的P口、A口作用于左后行走马达、左中行走马达、右后行走马达、右中行走马达的X口，越权控制行走马达排量变为最大排量，车速快速降低，继续踩制动踏板，制动器的制动力矩继续增大，控制器根据压力传感器检测左后行走马达、左中行走马达、右后行走马达、右中行走马达的A口和B口的压力值以及左后制动器、左中制动器、右后制动器、右中制动器的压力值，对防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ进行控制，使行走马达回油侧的压力产生的扭矩始终小于制动器产生的扭矩和行走马达进油侧的压力产生的扭矩。

本发明具有以下有益效果：

上述用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，通过踩脚踏制动阀的制动踏板，首先控制马达排量以达到车辆减速，继续踩制动踏板，制动器起作用，控制器ECU根据马达转速信号可以实现车辆制动器的输出扭矩和每个轮胎制动需求力矩相匹配，当车辆需要紧急刹车时，可以操作驻车制动阀实现车辆行车制动和驻车制动同时起作用，提高车辆的制动安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中机液混合制动系统的原理图；

图标：左方向手柄1、左闭式泵2、左后制动器3、左后行走马达4、左中制动器5、左中行走马达6、左前制动器7、左前行走马达8、右方向手柄9、右闭式泵10、右后制动器11、右后行走马达12、右中制动器13、右中行走马达14、右前制动器15、右前行走马达16、变量泵17、梭阀18、脚踏制动阀19、驻车制动阀20、防爆比例减压阀Ⅰ21、防爆比例减压阀Ⅱ22、防爆比例减压阀Ⅲ23、防爆比例减压阀Ⅳ24、防爆比例减压阀Ⅴ25、防爆比例减压阀Ⅵ26、控制器ECU27、制动踏板位移传感器28、压力传感器29、发动机转速传感器30、左后行走马达转速传感器31、左中行走马达转速传感器32、右后行走马达转速传感器33、右中行走马达转速传感器34、截止阀35、蓄能器36、解锁手泵37、急停按钮38。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例1

本实施例提供一种用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，包括左方向手柄1、左闭式泵2、左后制动器3、左后行走马达4、左中制动器5、左中行走马达6、左前制动器7、左前行走马达8、右方向手柄9、右闭式泵10、右后制动器11、右后行走马达12、右中制动器13、右中行走马达14、右前制动器15、右前行走马达16、变量泵17、梭阀18、脚踏制动阀19、驻车制动阀20、防爆比例减压阀Ⅰ21、防爆比例减压阀Ⅱ22、防爆比例减压阀Ⅲ23、防爆比例减压阀Ⅳ24、防爆比例减压阀Ⅴ25、防爆比例减压阀Ⅵ26、控制器ECU27、制动踏板位移传感器28、油门位置传感器信号、压力传感器29、发动机转速传感器30、左后行走马达转速传感器31、左中行走马达转速传感器32、右后行走马达转速传感器33、右中行走马达转速传感器34、截止阀35、蓄能器36、解锁手泵37。

左闭式泵2和右闭式泵10分别与发动机分动箱相连，方向手柄1、9与闭式泵2、10连接控制闭式泵2、10的正转和反转；左闭式泵2的A口分别与左后行走马达4、左中行走马达6、左前行走马达8的A口连接，左闭式泵2的B口分别与左后行走马达4、左中行走马达6、左前行走马达8的B口连接。

右闭式泵10的A口分别与右后行走马达12、右中行走马达14、右前行走马达16的A口连接，右闭式泵10的B口分别与右后行走马达12、右中行走马达14、右前行走马达16的B口连接。

左后制动器3、左中制动器5、左前制动器7、右后制动器11、右中制动器13、右前制动器15均为湿式多盘式弹簧制动液压释放型制动器。

变量泵17的出口与梭阀18的进口Ⅰ连接，梭阀18的出口分别与脚踏制动阀19和驻车制动阀20的进口连接。

脚踏制动阀19的出口分别与防爆比例减压阀Ⅰ21、防爆比例减压阀Ⅱ22、防爆比例减压阀Ⅲ23、防爆比例减压阀Ⅳ24和防爆比例减压阀Ⅴ25的P口连接。

防爆比例减压阀Ⅰ21的A口与左后制动器3连接，防爆比例减压阀Ⅱ22的A口与左中制动器5连接，防爆比例减压阀Ⅲ23的A口与右后制动器11连接，防爆比例减压阀Ⅳ24的A口与右中制动器13连接，防爆比例减压阀Ⅴ25的A口分别与左后行走马达4、左中行走马达6、左前行走马达8、右后行走马达12、右中行走马达14、右前行走马达26的X口连接。

驻车制动阀20的出口与防爆比例减压阀Ⅵ26的P口连接，防爆比例减压阀Ⅵ26的A口分别与左前制动器7和右前制动器16连接.

防爆比例减压阀Ⅰ21、防爆比例减压阀Ⅱ22、防爆比例减压阀Ⅲ23、防爆比例减压阀Ⅳ24、防爆比例减压阀Ⅴ25的控制口与控制器ECU27连接。

制动踏板位移传感器28、油门位置传感器信号、压力传感器29、发动机转速传感器30、左后行走马达转速传感器31、左中行走马达转速传感器32、右后行走马达转速传感器33、右中行走马达转速传感器34均与控制器连接，压力传感器用于检测制动器和行走马达的压力。

变量泵17和梭阀18之间设置有处于常开状态的截止阀35，截止阀35与蓄能器36连接。

进一步地，梭阀18的进口Ⅱ与解锁手泵37连接。

进一步地，左后行走马达4、左中行走马达6、左前行走马达8、右后行走马达12、右中行走马达14、右前行走马达16、防爆比例减压阀Ⅰ21、防爆比例减压阀Ⅱ22、防爆比例减压阀Ⅲ23、防爆比例减压阀Ⅳ24、防爆比例减压阀Ⅴ25、防爆比例减压阀Ⅵ26的T口均接回油箱。

控制器ECU27还与急停按钮38连接。

实施例2

本实施例提供一种静液压驱动防爆车辆，安装有上述用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统。

上述静液压驱动防爆车辆的控制方法，包括下述步骤。

当发动机起动后，带动闭式泵2、10旋转，此时闭式泵2、10的斜盘处于中位，通过方向手柄1、9作用于闭式泵2、10上，实现闭式泵2、10的正转和反转，从而实现车辆的前进和后退。

变量泵17从油箱吸取液压油，从变量泵17出口流出的高压油经梭阀18分别流向脚踏制动阀19和驻车制动阀20，从脚踏制动阀19出口流出的高压油分别通过防爆比例减压阀Ⅰ21、防爆比例减压阀Ⅱ22、防爆比例减压阀Ⅲ23、防爆比例减压阀Ⅳ24作用于左后制动器3、左中制动器5、右后制动器11、右中制动器14，高压油压缩弹簧，达到解制动压力值时，车辆后轮解锁。

扳动驻车制动阀20，使其处于打开状态，高压油从出口流向防爆比例减压阀Ⅵ26的P口后，经防爆比例减压阀Ⅵ26的A口作用在左前制动器7和右前制动器16上，解除前轮制动。一般前轮制动的制动力矩较小，非紧急情况下不得作为行车制动使用。

当左方向手柄1和右方向手柄9置于向前的位置时，从左闭式泵2、右闭式泵10的B口流出的高压油分别进入左/右后行走马达、左/右中行走马达、左/右前行走马达，驱动行走马达正向转动，从左行走马达的A口回到左闭式泵2的A口，从右行走马达的A口回到右闭式泵10的A口，形成驱动闭式系统，带动车辆前进。

当左方向手柄1和右方向手柄9置于向后的位置时，从左闭式泵2、右闭式泵10的A口流出的高压油分别进入左/右后行走马达、左/右中行走马达、左/右前行走马达，驱动行走马达反正转动，从左行走马达的B口回到左闭式泵2的B口，从右行走马达的B口回到右闭式泵10的B口，形成驱动闭式系统，带动车辆后退。

当车辆需要制动减速时，踩脚踏制动阀19的制动踏板，由于制动踏板预设有一定的空行程，当踩制动踏板时，控制器ECU27接收制动踏板位移传感器28、油门位置传感器信号、发动机转速传感器30传递的信号，控制器ECU27控制防爆比例减压阀Ⅴ25的电流大小，此时经过脚踏制动阀19的高压油通过防爆比例减压阀Ⅴ25的P口、A口作用于左后行走马达4、左中行走马达6、右后行走马达12、右中行走马达14的X口，越权控制行走马达排量变为最大排量。发动机转速一定的情况下，闭式泵2、10输出的流量一定，行走马达的排量强制越权为最大排量时，车速将快速降低，继续踩制动踏板，制动器的制动力矩继续增大，这时由于车辆具有一定的减速度，车辆轮胎对地面的正压力变化很大，导致轮胎的附着力区别非常大，由于静液压闭式系统驱动车辆在刹车时，车速降低，行走马达转速急剧降低，这时闭式泵A口的回油背压急剧增加，低压回油侧回变为高压侧，推动行走马达反转，当行走马达回油侧（A口）压力推动行走马达的扭矩大于制动器制动扭矩和行走马达进油侧（B口）驱动行走马达的力矩时，轮胎就会倒转，导致轮胎急剧磨损；当行走马达回油侧压力推动行走马达的扭矩等于制动器制动扭矩和行走马达进油侧驱动行走马达的力矩时，此时轮胎处于抱死临界状态。因此在踩制动踏板的过程中，控制器ECU27根据压力传感器检测左后行走马达4、左中行走马达6、右后行走马达12、右中行走马达14的A口和B口的压力值以及左后制动器3、左中制动器5、右后制动器11、右中制动器13的压力值，对防爆比例减压阀Ⅰ21、防爆比例减压阀Ⅱ22、防爆比例减压阀Ⅲ23、防爆比例减压阀Ⅳ24进行控制，使行走马达回油侧的压力产生的扭矩始终小于制动器产生的扭矩和行走马达进油侧的压力产生的扭矩，以保证制动器可以发挥制动器的最大扭矩值，最大程度降低轮胎倒转和抱死的风险。

车辆在制动过程中，车辆会优先通过改变行走马达排量降低车辆行驶速度，然后通过控制器ECU27可以根据行走马达转速单独控制每个制动器的制动扭矩，发挥车辆的最大制动力。

车辆设置的蓄能器36可以确保车辆制动响应速度。

在车辆失去动力源的情况下蓄能器36可以作为车辆解除制动的动力源，也可以手动操作解锁手泵37给车辆解锁，使得车辆可以拖车使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，其特征在于，包括左方向手柄、左闭式泵、左后制动器、左后行走马达、左中制动器、左中行走马达、左前制动器、左前行走马达、右方向手柄、右闭式泵、右后制动器、右后行走马达、右中制动器、右中行走马达、右前制动器、右前行走马达、变量泵、梭阀、脚踏制动阀、驻车制动阀、防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ、防爆比例减压阀Ⅴ、防爆比例减压阀Ⅵ、控制器、制动踏板位移传感器、油门位置传感器信号、发动机转速传感器、左后行走马达转速传感器、左中行走马达转速传感器、右后行走马达转速传感器、右中行走马达转速传感器、压力传感器；

左闭式泵和右闭式泵分别与发动机分动箱相连，方向手柄与闭式泵连接控制闭式泵的正转和反转；

左闭式泵的A口分别与左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达的A口连接，左闭式泵的B口分别与左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达的B口连接；

右闭式泵的A口分别与右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达的A口连接，右闭式泵的B口分别与右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达的B口连接；

左后制动器、左中制动器、左前制动器、右后制动器、右中制动器、右前制动器均为湿式多盘式弹簧制动液压释放型制动器；

变量泵的出口与梭阀的进口Ⅰ连接，梭阀的出口分别与脚踏制动阀和驻车制动阀的进口连接，脚踏制动阀的出口分别与防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ和防爆比例减压阀Ⅴ的P口连接，防爆比例减压阀Ⅰ的A口与左后制动器连接，防爆比例减压阀Ⅱ的A口与左中制动器连接，防爆比例减压阀Ⅲ的A口与右后制动器连接，防爆比例减压阀Ⅳ的A口与右中制动器连接，防爆比例减压阀Ⅴ的A口分别与左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达、右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达的X口连接，驻车制动阀的出口与防爆比例减压阀Ⅵ的P口连接，防爆比例减压阀Ⅵ的A口分别与左前制动器和右前制动器连接；

防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ、防爆比例减压阀Ⅴ的控制口与控制器连接；

制动踏板位移传感器、油门位置传感器信号、发动机转速传感器、左后行走马达转速传感器、左中行走马达转速传感器、右后行走马达转速传感器、右中行走马达转速传感器、压力传感器均与控制器连接，压力传感器用于检测制动器和行走马达的压力。

2.根据权利要求1所述的用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，其特征在于，变量泵和梭阀之间设置有处于常开状态的截止阀，截止阀与蓄能器连接。

3.根据权利要求2所述的用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，其特征在于，梭阀的进口Ⅱ与解锁手泵连接。

4.根据权利要求3所述的用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统，其特征在于，左后行走马达、左中行走马达、左前行走马达、右后行走马达、右中行走马达、右前行走马达、防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ、防爆比例减压阀Ⅴ、防爆比例减压阀Ⅵ的T口均接回油箱。

5.一种静液压驱动防爆车辆，其特征在于，安装有权利要求1-4任一项所述的用于静液压驱动防爆车辆制动扭矩按需分配的机液混合制动系统。

6.一种权利要求5所述的静液压驱动防爆车辆的控制方法，其特征在于，预设脚踏制动阀的制动踏板空行程；

当静液压驱动防爆车辆制动减速时，踩脚踏制动阀的制动踏板，控制器接收制动踏板位移传感器、油门位置传感器信号、发动机转速传感器传递的信号，控制器控制防爆比例减压阀Ⅴ的电流大小，此时经过脚踏制动阀的高压油通过防爆比例减压阀Ⅴ的P口、A口作用于左后行走马达、左中行走马达、右后行走马达、右中行走马达的X口，越权控制行走马达排量变为最大排量，车速快速降低，继续踩制动踏板，制动器的制动力矩继续增大，控制器根据压力传感器检测左后行走马达、左中行走马达、右后行走马达、右中行走马达的A口和B口的压力值以及左后制动器、左中制动器、右后制动器、右中制动器的压力值，对防爆比例减压阀Ⅰ、防爆比例减压阀Ⅱ、防爆比例减压阀Ⅲ、防爆比例减压阀Ⅳ进行控制，使行走马达回油侧的压力产生的扭矩始终小于制动器产生的扭矩和行走马达进油侧的压力产生的扭矩。

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