CN115158256A

CN115158256A - 一种二轮车的刹车装置及其控制系统

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Publication number: CN115158256A
Application number: CN202210949551.7A
Authority: CN
Inventors: 龚丽辉; 缪亚东; 谢柠蔚; 袁晶
Original assignee: Nantong Institute of Technology
Current assignee: Nantong Institute of Technology
Priority date: 2022-08-09
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2022-10-11

Abstract

本发明公开了一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其包括由刹把、第1传动结构和第1刹车执行结构构成的第1刹车子系统，由电驱动器、第2传动结构和第2刹车执行结构构成的第2刹车子系统，以及由刹把动作幅度传感器、加速度传感器和数据处理模块构成的控制系统；所述控制系统，根据第1刹车子系统的刹车幅度S_p及二轮车行驶方向加速度a′_x，当S_p和a′_x同时超过各自预设阈值S_Pact和a′_xact，数据处理模块控制启动第2刹车子系统，当S_p小于预设阈值S_Pend，数据处理模块控制关闭第2刹车子系统。旨在改进现有二轮车刹车缺乏可靠性和操控性的缺陷，本发明公开了一种二轮车的刹车装置及其控制系统，实现一种便于操控且具有高可靠性的前后轮刹车联合制动系统。

Description

一种二轮车的刹车装置及其控制系统

技术领域

本发明属于二轮车技术领域，具体涉及一种二轮车的刹车装置及其控制系统。

背景技术

如今，随着能源价格上升和城市交通日益繁忙，包括自行车、电动自行车和电动摩托车在内的二轮车，由于其价格相对便宜、轻便且相对快捷，得到了日益广泛的应用。

然而，目前二轮车的刹车系统，主要是通过两个手刹分别控制前后轮刹车，在紧急制动时，用户难以协调双手同步操作左右刹把，双手刹车力度往往不均，甚至只有单手执行刹车，由此构成行车安全诸多隐患：1)可靠性低，可使制动距离增加，未能在碰撞前有效制动；2)操控性差，前后轮制动易失衡，失衡过度发生侧滑或甩尾；在后轮制动较强时容易侧滑，而前轮制动较强时则容易甩尾，尤其在雨雪天，用户刹车更加容易发生侧滑或甩尾。

由此可见，目前二轮车的刹车制动系统普遍存在的可靠性低和操控性差缺陷，已经构成不容忽视的安全事故隐患。

旨在改进上述现有技术的缺陷，本发明提出一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其结构包含手动的第1刹车子系统，以及自动的第2刹车子系统；所述控制系统，根据用户执行刹车的刹车幅度Sp及用户刹车后行驶方向的加速度a′_x，以这两个变量是否同时超过各自的预设阈值作为紧急状态的判据，实现了一种具备高可靠性和高舒适性的可单手操作的前后轮刹车联合制动系统。

发明内容

旨在改进现有二轮车刹车装置的可靠性低和操控性差的技术缺陷，提高行车安全性和舒适度，本发明提出一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其结构包括第1刹车子系统、第2刹车子系统、以及控制系统；所述第1刹车子系统，包含刹把、第1传动结构、第1刹车执行结构；所述第2刹车子系统，包括电驱动器、第2传动结构、第2刹车执行结构；所述控制系统，包括刹把动作幅度传感器、加速度传感器、数据处理模块；所述刹把动作幅度传感器，安装于刹把和二轮车车体之间，为刹把位移传感器或者为集成于第1传动结构的拉力传感器，用于感测第1刹车子系统的刹把动作幅度S_c，并将S_c传送到数据处理模块，计算第1刹车子系统的刹车幅度S_P，

其中，S_max刹把在最大刹车幅度时的刹把动作幅度传感器的测量值；S₀为用户未执行刹车时，刹把动作幅度传感器的测量值；S_c为任意时刻的刹把动作幅度传感器的测量值；所述S₀和S_max，均为预先测定并储存于数据处理模块的数值；所述加速度传感器，设置在二轮车车体中，实时获取二轮车沿行驶方向的加速度a′_x，并将a′_x数据传送到数据处理模块，定义a′_x＜0代表二轮车沿行驶方向减速。

所述控制系统，其控制过程如下：

第一，行车过程中，刹把动作幅度传感器感测第1刹车子系统的刹把动作幅度S_c并传送到数据处理模块计算S_P；加速度传感器获取二轮车沿行驶方向的加速度a′_x，并将a′_x数据传送到数据处理模块；

第二，在用户执行刹车后，当所述S_P大于预设阈值S_Pact，同时a′_x＜0且绝对值大于预设阈值a′_xact，数据处理模块发出信号，启动所述电驱动器，电驱动器经过第2传动结构驱动第2刹车执行结构，第2刹车子系统开始刹车制动；

第三，在用户松开刹把的过程，当第1刹车子系统的刹车幅度S_P小于预设阈值S_Pend，数据处理模块发出信号，关闭所述电驱动器，同时第2传动结构带动第2刹车执行结构复位，第2刹车子系统结束刹车制动。

本发明技术方案中，对于需要紧急制动的判断方法，即需要所述控制系统启动第2刹车子系统判断方法为：当所述S_P大于预设阈值S_Pact，同时a′_x＜0且绝对值大于预设阈值a′_xact，本发明控制系统对于需要紧急制动的判断方法，其优越性在于：

第一，用户捏紧刹把的刹车幅度S_P相同时，制动效果还与车速有关，因为车轮相对于刹车执行结构的转速越大，摩擦消耗动能越快。因此，仅根据S_P是否大于预设阈值S_Pact，来触发第2刹车系统并不合理；第二，如果仅根据加速度传感器，获得车辆行驶方向的加速度a′_x，来触发第2刹车系统；一方面，存在传感器故障触发刹车的风险；另一方面，在车辆上坡或过减速带等情况，重力加速度在坡面的分量也包含在a′_x，也可能触发第2刹车。所述a′_x和Sp，与用户刹车行为的相关性分析如下：

1)变量a′_x：在平坦路面，a′_x大小可直观反映用户刹车的急迫程度；但是，在坡道或起伏路面等特殊情况，a′_x与用户刹车状态的相关性，转为不确定；

2)变量Sp：任何路况下Sp＞0，可判断用户执行了刹车；但是，一方面，普通用户不能靠手感准确感知刹车会幅度Sp；另一方面，在不同车速下，相同的刹车幅度产生的制动效果迥异，因此，刹车会幅度Sp不能反映用户刹车的急迫性；

因此，仅使用其中一个变量，不能同时做到可靠判断刹车意图和准确评估刹车急迫性。

本发明提出一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其结构包含手动的第1刹车子系统，以及自动的第2刹车子系统；所述控制系统，根据用户执行刹车后行驶方向的加速度a′_x以及刹车幅度Sp，来评估用户执行刹车的紧急程度，本发明的控制方法以这两个变量是否同时超过各自预设阈值，作为是否需要紧急刹车的判据。

综上所述，本发明一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其采用双变量判断紧急状态，主要有益效果包含：1)根据用户执行刹车的刹车幅度Sp，判断用户存在刹车的意图，消除自动控制系统故障或错误触发的风险；2)根据行驶方向的加速度a′_x，可准确判断用户制动的急迫程度；3)通过双变量的预设一个合理阈值，可以避免非紧急状况下的频繁制动，提高行车舒适性和能效。由此，实现一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其为可单手操作的二轮车刹车联合制动系统，并具有较高的可靠性和舒适性。

附图说明

图1为本发明二轮车的刹车装置控制系统的控制方法的流程图。

图2为本发明实施例1的一种二轮车的刹车装置的结构和安装布局的示意图。

图2中：11为第1刹车子系统的刹把、12为刹把动作幅度传感器、13为第1传动结构、14为第1刹车执行结构、15为信号线缆、21为集成化数据处理模块、22为蓄电池单元、31为电驱动器、32为第2传动结构、33为第2刹车执行结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详述：

本发明公开一种二轮车的刹车装置及其控制系统，旨在改进现有二轮车刹车技术可靠性和操控性不足的缺陷。

图1为本发明二轮车的刹车装置控制系统的控制方法的流程图。图1中的控制方法的流程图，其控制过程如下：

第一步，行车过程中，刹把动作幅度传感器对第1刹车子系统的刹把动作幅度S_c采样，并将S_c传送到数据处理模块，数据处理模块根据S_P＝(S_c-S₀)/(S_max-S₀)计算S_P；加速度传感器采样，获取二轮车沿行驶方向的加速度a′_x，并将a′_x数据传送到数据处理模块；

第二步，在用户执行刹车后：

数据处理模块比较所述S_P与预设阈值S_Pact，如S_P≤S_Pact则重复第一步所述的过程；

如S_P＞S_Pact，则数据处理模块进一步比较a′_x与其预设阈值a′_xact：如果，a′_x＜0但|a′_x|≤a′_xact，则重复第一步所述的过程；如果，a′_x＜0且|a′_x|＞a′_xact，则数据处理模块判断用户需要紧急制动，发出信号启动所述电驱动器，电驱动器经过第2传动结构驱动第2刹车执行结构，第2刹车子系统开始刹车制动；

第三步，在第2刹车子系统开始刹车制动后：

数据处理模块进一步比较所述S_P与预设阈值S_Pend，如S_P≥S_Pend则维持第二步的执行结果；

在用户松开刹把的过程，第1刹车子系统的刹车幅度S_P逐渐变小，当S_P＜S_Pend，数据处理模块判断用户紧急制动的需求结束，发出信号关闭所述电驱动器，同时第2传动结构带动第2刹车执行结构复位，第2刹车子系统结束刹车制动。

根据本发明申请说明书或权利要求书记载的二轮车的刹车装置控制系统，其控制方法的流程，并不限于图1所示的流程。

图2为本发明实施例1的一种二轮车的刹车装置的结构和安装布局的示意图。图2中：11为第1刹车子系统的刹把、12为刹把动作幅度传感器、13为第1传动结构、14为第1刹车执行结构、15为信号线缆、21为集成化数据处理模块、22为蓄电池单元、31为电驱动器、32为第2传动结构、33为第2刹车执行结构；图2所示的实施例1中：第1刹车子系统用于前轮制动，第2刹车子系统用于后轮制动；刹把动作幅度传感器(12)，为集成在第1传动结构(13)中的拉力传感器，用于感测第1传动结构承载的拉力，该拉力的测量值S_c通过信号线缆(15)，传输给集成化数据处理模块(21)计算第1刹车子系统的刹车幅度S_P；所述集成化数据处理模块(21)，集成了所述数据处理模块、加速度传感器；当所述S_P大于预设阈值S_Pact，同时a′_x＜0且绝对值大于预设阈值a′_xact，集成化数据处理模块(21)，发出信号启动电驱动器(31)，电驱动器(31)运行带动第2传动结构(32)，第2传动结构(32)带动第2刹车执行结构(33)；第2刹车子系统开始刹车制动；在第2刹车子系统开始制动后，在用户松开刹把的过程当S_P小于预设阈值S_Pend，集成化数据处理模块(21)，发出信号关闭所述电驱动器(31)，同时第2传动结构(32)带动第2刹车执行结构(33)复位，第2刹车子系统刹车制动结束。

进一步地，图2所示实施例1的刹把(11)的对面一侧：可设置手动调速装置，可安装没有功能的装饰性刹把，或不设刹把，或安装控制第2刹车执行结构(33)的第2刹把；

进一步，优选的所述一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其还包括刹车幅度S_P的校准单元，当所述二轮车使用一定时间后，第1刹车子系统相对车体的位置，可能相较于出厂状态发生偏移，所述校准单元可对刹把动作幅度传感器进行校准；当用户未执行刹车动作时按下校准单元的按钮，所述数据处理模块记录此时刹把动作幅度传感器的测量值，该测量值为S₀的新值；当用户捏紧刹把至最大刹车位置时，按下校准单元的按钮，所述数据处理模块记录此时刹把动作幅度传感器的测量值，该测量值为S_max的新值。

进一步，优选的所述一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其还包括刹车性能检测单元；当所述第1刹车子系统处于刹车幅度S_P大于预设阈值S_Pc的任一状态，所述加速度传感器检测二轮车在水平方向的加速度分量a_x大于其预设阈值a_xc，即判断第1刹车子系统异常，刹车性能检测单元发出提醒信号；定义所述a_x＜0，即二轮车水平方向上速度分量处于减速状态。

进一步，优选的所述一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其还包括集成于第2传动结构的拉力传感器；第2刹车子系统启动后，数据处理模块控制其刹车幅度F_P，使得F_P与第1刹车子系统的刹车幅度S_P正相关，

其中，F_max为所述电驱动器最大输出时第2传动结构的拉力传感器的测量值；F₀为所述电驱动器关闭时第2传动结构的拉力传感器的测量值；F_c为电驱动器启动状态下任意时刻的第2传动结构的拉力传感器的测量值。

进一步，优选的所述一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其结构还包括，第2刹把、第3传动结构；当用户捏紧所述第2刹把，所述第3传动结构带动所述第2刹车执行结构，在控制系统故障时，用户仍可手动控制第2刹车执行结构。

综上所述，本发明提出一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其采用所述的Sp和a′_x双变量，作为用户是否需要紧急制动的判据，实现一种具有较高的可靠性和舒适性的可单手操作的二轮车刹车联合制动系统。

以上所述仅为本发明的有限数量的实施例，实施例及优选方案的描述，仅旨在展示本发明的发明思想，不应视为对权利要求范围或含义的限制。

本发明所要求的保护范围，由所附权利要求书及其等同物界定。在本申请书内容基础上，所作的等同变化，均应无条件地落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其结构包括第1刹车子系统、第2刹车子系统、以及控制系统；所述第1刹车子系统，包含刹把、第1传动结构、第1刹车执行结构；所述第2刹车子系统，包括电驱动器、第2传动结构、第2刹车执行结构；所述控制系统，包括刹把动作幅度传感器、加速度传感器、数据处理模块；所述刹把动作幅度传感器，安装于刹把和二轮车车体之间，为刹把位移传感器或者为集成于第1传动结构的拉力传感器，用于感测第1刹车子系统的刹把动作幅度S_c，将S_c传送到数据处理模块，计算第1刹车子系统刹车幅度S_P，

其中，S_max刹把在最大刹车幅度时的刹把动作幅度传感器的测量值；S₀为用户未执行刹车时，刹把动作幅度传感器的测量值；S_c为任意时刻的刹把动作幅度传感器的测量值；S是指相对于用户未执行刹车时，用户捏紧刹把后刹把位置的改变量或第1传动结构承载拉力的改变量；所述S₀和S_max，均为预先测定并储存于数据处理模块；

所述加速度传感器，设置在二轮车车体中，可实时获取二轮车沿行驶方向的加速度a′_x，并将a′_x数据传送到数据处理模块，定义a′_x＜0代表二轮车沿行驶方向减速；

所述控制系统，其控制第2刹车子系统，控制过程如下：

刹把动作幅度传感器感测第1刹车子系统的刹把动作幅度S_c，将S_c传送到数据处理模块，计算第1刹车子系统刹车幅度S_P；加速度传感器获取二轮车沿行驶方向的加速度a′_x，并将a′_x数据传送到数据处理模块；

在用户执行刹车后，当所述S_P大于预设阈值S_Pact，同时a′_x＜0且绝对值大于预设阈值a′_xact，数据处理模块发出信号，启动所述电驱动器，电驱动器经过第2传动结构驱动第2刹车执行结构，第2刹车子系统开始刹车制动；

在用户松开刹把的过程，当第1刹车子系统的刹车幅度S_P小于预设阈值S_Pend，数据处理模块发出信号，关闭所述电驱动器，同时第2传动结构带动第2刹车执行结构复位，第2刹车子系统结束刹车制动。

2.根据权利要求1所述的一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其还包括刹车幅度S_P的校准单元，当所述二轮车使用一定时间后，第1刹车子系统相对车体的位置，可能相较于出厂状态发生偏移，所述校准单元可对刹把动作幅度传感器进行校准；当用户未执行刹车动作时按下校准单元的按钮，所述数据处理模块记录此时刹把动作幅度传感器的测量值，该测量值为S₀的新值；当用户捏紧刹把至最大刹车位置时，按下校准单元的按钮，所述数据处理模块记录此时刹把动作幅度传感器的测量值，该测量值为S_max的新值。

3.根据权利要求1所述的一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其还包括刹车性能检测单元；当所述第1刹车子系统处于刹车幅度S_P大于预设阈值S_Pc的任一状态，所述加速度传感器检测二轮车在水平方向的加速度分量a_x大于其预设阈值a_xc，即判断第1刹车子系统检测异常，刹车性能检测单元发出提醒信号；定义所述a_x＜0，即二轮车水平方向上速度分量处于减速状态。

4.根据权利要求1所述的一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其还包括集成于第2传动结构的拉力传感器；第2刹车子系统启动后，数据处理模块控制其刹车幅度F_P，使得F_P与第1刹车子系统的刹车幅度S_P正相关；所述F_P表达式如下，

其中，F_max为所述电驱动器最大输出时第2传动结构的拉力传感器的测量值；F₀为所述电驱动器关闭时第2传动结构的拉力传感器的测量值；F_c为电驱动器启动状态下任意时刻的第2传动结构的拉力传感器的测量值；所述F₀和F_max，均为预先测定并储存于数据处理模块.。

5.根据权利要求1所述的一种二轮车的刹车装置及其控制系统，其特征在于：其结构还包括，第2刹把、第3传动结构；当用户捏紧所述第2刹把，所述第3传动结构带动所述第2刹车执行结构，用户不依赖于第2刹车子系统，仍可手动控制第2刹车执行结构。