CN116601060A - 挂车制动控制模块 - Google Patents

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卢卡什·德雷利希
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Abstract

一种用于拖车(502)的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，用以促进对被拖车辆或挂车(504)的制动，其包括：压力供应端口(P11)；挂车控制压力端口(P22)；主控制端口(P42)，其用于直接和/或间接接收用于操作挂车制动控制模块(300a；300b；300c)的控制制动压力，其中，主控制端口(P42)从气动操作的压力介质接收控制制动压力；气动控制压力管线(308.1)，其提供用于操作挂车制动控制模块(300a；300b；300c)的替选控制制动压力，其中，气动控制压力管线(308.1)从电子操作的压力介质接收替选控制制动压力；并且使用在主控制端口(P42)处接收的控制制动压力或来自气动控制压力管线(308.1)的替选控制制动压力来激活继动阀(310)。

Description

挂车制动控制模块
技术领域
本发明涉及挂车制动控制模块或挂车控制阀。特别地，本发明涉及一种在拖车的模块化制动控制系统中使用的挂车控制阀。挂车控制阀可以使用加压空气操作。
贯穿解释本发明的文本，术语——拖车、被拖车辆或挂车在各种背景下被重复使用。为了理解，应注意到术语“拖车”可以指例如卡车、牵引车或包括主推进系统(例如，用于移动车辆的发动机)的任何其它车辆。术语“被拖车辆”可以指挂车、半挂车或其中包括有至少一对车轮的拖车的任何扩展。
背景技术
现有的传统制动系统包括多种技术来管理拖车与挂车之间的减速率的差。这是必要的，例如，以防止与拖车相比的、对挂车的过度制动和/或制动不足。
然而，挂车控制阀在实现拖车与挂车之间的减速率的平衡方面的作用很少得到应有的重视。
在专利公开US4264108A中解释了一种这种传统挂车控制阀，其具有用气动阀(诸如附接到挂车控制阀侧的主导阀)来平衡减速率的手段。
此外，有助于满足联合国欧洲经济委员会(联合国/欧洲经委会)第13号条例，特别是第5.2.1.28号条例的规定的传统挂车控制阀已经为人所知。
然而，仍需要进一步改进和/或提供对现有挂车控制阀的有效替选方案。
发明内容
根据实施例，公开了一种用于拖车的挂车制动控制模块，以促进对被拖车辆或挂车的制动。该挂车制动控制模块包括：压力供应端口；挂车控制压力端口；主控制端口，其用于直接或间接接收用于操作挂车制动控制模块的控制制动压力，其中，主控制端口从气动操作的压力介质接收控制制动压力。挂车制动控制模块进一步包括：气动控制压力管线，其提供用于操作挂车制动控制模块的替选控制制动压力，其中，气动控制压力管线从电子操作的压力介质接收替选控制制动压力；并且，在主控制端口处接收的控制制动压力或来自气动控制压力管线的替选控制制动压力被用以激活继动阀，其中，在激活继动阀时，在压力供应端口处接收的气动压力连接到挂车控制压力端口，其中，挂车制动控制模块另外设有制动率(z)再平衡单元，以便所述拖车与所述挂车之间的制动率的差被保持在容许阈值范围内。
挂车制动控制模块内的制动率再平衡单元的存在使得能够再平衡在拖车和被拖车辆处启用的各个制动率的差。这种再平衡是必要的，以防止在拖车和被拖车辆的制动器的应用期间发生事故，诸如制动折叠(jack-knifing)。
根据优选实施例，制动率(z)再平衡单元可以是或是电子单元或机械单元(主导阀)或机电阀单元，其在本发明的一个或多个方面中解释为挂车制动模块(300a)中的“电子操作的子单元(W，304，306)”或挂车制动模块(300b或300c)中的“机械操作的子单元(PRV)”。
此外，根据本发明的实施例，挂车制动控制模块由以下端口组成：挂车制动模块的外壳处的主控制端口、驻车制动控制端口、压力供应端口、挂车控制压力端口、挂车供应压力端口，以及泄压阀。这应与现有技术中已知的挂车制动控制模块比较来阅读，例如，如图2中所示，其中设置有另外的端口P41。因而，传统挂车制动控制模块包括又一个端口P41，该端口需要用于接收来自P41的加压空气的又一个腔室和在该腔室中的另外的控制活塞。通过由上述的端口组成的挂车制动模块，使得这样的组件变得不必要，由此对设备的成本产生积极的影响。
根据本发明的实施例，挂车制动控制模块进一步包括双向止回阀或高选阀，以取决于控制制动压力和替选控制制动压力中的每一个的量值来供应控制制动压力和替选控制制动压力中的一个，其中，具有较高量值的制动压力被供应给继动阀。例如，双向止回阀的存在直接有助于挂车制动控制模块所必要的控制压力端口的数量。如能够认识到的，双向止回阀能够以来自在主控制端口处接收到的控制制动压力或来自气动控制压力管线的替选控制制动压力中的较高量值的压力使继动阀连接。因而，消除了在与主控制端口的连接失败时具有另外的冗余气动控制端口的需要。
根据本实施例，所述制动率再平衡单元包括机械操作的子单元，机械操作的子单元被相对于挂车制动控制模块的中心轴线(Y-Y’)同轴地定位，或者被垂直于所述中心轴线(Y-Y’)定位，其中，以所述中心轴线(Y-Y’)为参考，所述机械操作的子单元至少在继动阀的竖直上方，和/或在与挂车控制压力端口相同的水平面处或在挂车控制压力端口的水平面的上方。
机械操作的子单元使得能够实现混合性质的挂车制动控制模块，其中，所述制动控制模块可以在电子控制下工作(例如，经由操作螺线管阀)，但另一方面不能或不需要阻挡使用例如机械操作的子单元的气动驾驶员控制。
在一个实施例中，挂车制动控制模块进一步包括气动控制的计量阀，该计量阀连接压力供应端口和挂车供应压力端口，其中，所述计量阀在多个位置、即第一和第二位置中操作，其中，在第一位置中，计量阀通过节流孔连接压力供应端口和挂车供应压力端口，并且其中，在第二位置中，计量阀以不可变的且打开的方式连接压力供应端口和挂车供应压力端口，使得在压力供应端口处接收的全部气动压力被传递到挂车供应压力端口。结合上述实施例，优选地其中，借助于挂车供应压力端口和/或弹簧中的至少部分预先存在的压力，将气动控制的计量阀保持在第二位置。
根据又另一实施例，上述实施例中任何一个的挂车制动控制模块进一步包括第一电子控制螺线管阀，其进口连接到压力供应端口，并且出口选择性地连接到继动阀，其中，所述出口供应替选控制制动压力。例如，电子控制螺线管阀使得在操作挂车制动控制模块时，能够进行电子实施的动态制动功能，诸如EBS(电子制动系统)、ASR(防滑调节)、ESP(电子稳定程序)等。
根据上述实施例中的一个或多个，其中，承载替选控制制动压力的第一电子控制螺线管阀的出口连接到双向止回阀或高选阀的第一进口，其中，当在出口处供应的压力的量值高于主控制端口处的压力时，双向止回阀或高选阀使得出口能够与继动阀选择性连接。
根据上述实施例中的任何一个，其中，在主控制端口处接收的压力的量值与驾驶员的制动要求成比例。
根据上述实施例中的任何一个的挂车制动控制模块，其中，使用基于脉宽调制(PWM)的压力传感器测量在挂车制动控制端口处的压力。使用基于PWM的压力传感器的技术目的和/或优点是提供根据ISO标准26262的“功能安全性”。
根据一个或多个实施例，挂车制动控制模块进一步包括第一气动控制腔室，主控制端口连接到该第一气动控制腔室。此外，在同一或不同实施例中，挂车制动控制模块进一步包括第一控制活塞，第一控制活塞将第一气动控制腔室和附加容积(AV)分隔开，并且其中，第一控制活塞一体地包括流体流动路径，该流体流动路径间接地连接挂车控制压力端口和所述附加容积(AV)。
此外，提供了一种包括上述实施例中的任何一个的挂车制动控制模块的气动制动系统。该系统进一步包括电子控制单元，该电子控制单元连接到挂车制动控制模块，以在有或没有驾驶员制动要求的情况下执行制动功能。在同一或不同实施例中，公开了所述气动制动系统，其中，电子控制单元控制挂车制动控制模块，使得制动率(z)再平衡单元实现将所述拖车与所述被拖车辆之间的制动率的差保持在所述容许阈值范围内。
最后，公开了一种包括上述实施例的气动制动系统的商用车辆或自主车辆。
为了更完整地理解本发明，现在将参考附图详细地描述本发明。详细描述将图示和描述被认为是本发明的优选实施例的内容。当然应理解，在不脱离本发明的精神的情况下可以容易地进行形式或细节的各种修改和变化。意在本发明可以不限于本文所示和所述的确切形式和细节，也不限于任何少于本文所公开和下文所要求保护的本发明的整体的内容。进一步，公开本发明的说明、附图和权利要求书中所述的特征对于单独或组合考虑本发明可能是必不可少的。特别地，权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制本发明的范围。措词“包括…”不排除其它元件或步骤。措辞“一”或“一个”不排除多个。措词“若干”项也包括数量一，即，单个项，以及更多数量，如二、三、四等等。
附图说明
图1示出了一个示例性特征曲线，其显示了在示例性的挂车控制阀的端口P22处的输送压力与在示例性的挂车控制阀的主控制端口P42处接收到的控制压力的比较；
图2示出了传统挂车控制阀的示意图；
图3a示出了根据本发明的实施例的挂车控制阀的示意图；
图3b示出了根据本发明的另一实施例的挂车控制阀的示意图；
图4a示出了根据本发明的实施例的挂车控制阀的外部视图；
图4b示出了根据本发明的实施例的挂车控制阀(图4a中示出)的横截面图(在截面B-B处截取)；
图4c示出了根据本发明的实施例的挂车控制阀(图4a中示出)的横截面图(在截面A-A处截取)；
图5示出了根据本发明的又一实施例的挂车控制阀的横截面图；以及
图6示意性地示出了配备有根据本发明的实施例的挂车控制阀的商用车辆或自主车辆。
对于相同或等效的项目或者相同或等效功能的项目，使用相同的附图标记。相应的特征一般参考描述。
具体实施方式
图1示出了一条示例性特征曲线，其显示了在示例性的挂车控制阀(图1中未示出，但参见例如图2或图3a和图3b)的Y轴的标记为“P22”的端口(图1中未示出该端口，但例如参见图2或图3a和图3b以便理解)处的输送压力与在示例性的挂车控制阀(图1中未示出，但是参见例如图2或图3a和图3b)的主控制端口P42(图1中未示出该端口，但例如参见图2或图3a和图3b)处接收的控制压力的比较。
为了解释，指示了P22处的压力通向设置在P22的端部处的联接头(参见例如图3a中的312.2)。联接头连接到气动管线，气动管线代表操作挂车制动系统所需的控制压力。联接头的替选术语是“握手阀”，主要用于制动术语。
在图1中的区域102处示出的示例性特征曲线表示：在端口P42(主控制端口)处实现大约0.5巴(参见曲线的X轴)之后，在端口“P22”处记录的压力的量值越来越不成比例(或略微更高)。应注意到，在例如端口P42处记录的0.5至0.7巴的压力之间，在端口P22处存在相当大的压力激增(surge in pressure)。
在曲线图中也标记的偏转点“103”之后，这种“激增”稍后在图1中所示的曲线图中标记的区域“101”处改变或相对减少。在任何情况下，图1中的偏转点103可以表示挂车制动控制模块内的主导阀的打开，即基于主导阀的设置，区域101处的曲线与103处的曲线相比可以向左或向右移动，但仍然保持45度的斜率。例如，从US4264108A已知在背景部分中引用的主导阀的一个这样的示例。如果主导阀中的容积被填充，则在区域102之后，即在图1的区域101中所示的曲线几乎成比例地进展。例如，简单来说，例如端口P42处的3巴的控制输入可以引起端口P22处的2.7或3.6巴的输出。输出中的这种变化被称为“主导”设置，其可以被调整为从例如-1巴至+0.3巴的当今预定范围。通常，测试部门在挂车控制阀或挂车制动模块的组装后执行这种类型的主导设置的改变，然后产品被运送给客户。
在任何情况下，主导阀简单来说扩展了使用例如基于弹簧的止回阀系统连接到端口P22的挂车控制阀的腔室的容积。
在气动制动回路中提供这种主导阀的原因之一在于使得能够实现拖车与被拖车辆之间的制动率上的平衡。
车辆的制动率(z)一般定义为：z＝车辆的制动率＝J/g，其中，“J”是指相应车辆(被拖车辆或拖车)的减速度(单位：m/s2)，并且“g”是指由于重力＝9.81m/s2引起的加速度。
然而，被拖车辆与拖车之间的制动率的非管理差可能在制动车辆时引起不稳定性。在极端情况下，这也可能导致诸如制动折叠的效果。
为了理解，本文提及车辆和/或挂车的期望制动率取决于多种因素，诸如尺寸及其承载能力、滚动阻力。因而，不能明确提及值或值的范围，因为这些都要基于车辆的类型、车辆的特征以及与车辆附连的挂车的特征来定制。此外，这些值和/或范围可能受到通常以重量、载重或未载重为特征的车辆类别的影响。在任何情况下，需要理解的是，使被拖车辆与拖车之间的制动率的差在期望的范围内至关重要。然而，有多种手段来实现这一目标。
图2示出了传统挂车控制阀200的示意图。
图2中所示的传统挂车控制阀200包括端口P3、P11、P12、P22、P41、P42、P43、第一控制阀204、传统继动阀202以及传统主导阀CPRV。本文提供了传统挂车控制阀200的简要解释。
在图2中，示出了供应压力进口P11，其通常连接到加压流体源(图2中未示出)，诸如流体储器。供应压力进口P11连接到挂车供应压力出口P12，挂车供应压力出口P12将输出压力引导到挂车制动器。在供应压力进口P11与挂车供应压力出口P12之间，设置了气动控制的计量阀204。气动控制的计量阀204例如在两个位置中操作，如图1所示。在图2中所示的第一位置中，在当前状态下，气动控制的计量阀204将供应压力进口P11直接连接到挂车供应压力出口P12，没有任何计量，即没有压力降低。然而，在第二位置中，气动控制的计量阀204可以起例如节流孔的作用，其中，在P11处接收的供应压力在传递到挂车供应压力出口P12之前降低。例如，计量阀204具有两个位置，一个位置是完全打开(全流量)，第二位置是关闭，具有未指定体积或流量的较小流动。
此外，传统挂车阀200包括继动阀202，其需要通过控制压力来激活，以使从供应进口P11提供的压力到挂车控制压力出口P22之间的连接成为可能。为了激活和/或失活(deactivate)继动阀202，控制压力可以从下列端口中的每一个导出：主制动信号端口P41、主控制端口P42以及驻车制动控制端口P43。在非激活位置，继动阀202使得在P11与泄压端口P3之间的连接成为可能。例如，在驻车制动控制端口P43被加压时，能够使继动阀202到达失活位置。在继动阀202的失活状态下，并且当期望激活驻车制动器时，在车辆的轮端处的一个或多个制动致动器仅仅因为在致动器内设置的一个或多个弹簧的力而延伸。然而，这是制动系统领域的技术人员的公知知识的一部分。
最后，与挂车控制压力出口P22相关联地设置传统主导阀CPRV，以使得主导特征成为可能，诸如图1的区域101中所示。这仅仅是为了说明连接到P22的附加容积而示出的，但是在实践中，主导阀可以包括基于弹簧的阀，以使压力从端口P22进入其包括的扩展容积(参见例如上文引用的美国专利公开4264108)。
图3a示出了根据本发明实施例的挂车控制阀或挂车制动控制模块300a的示意图。
根据本实施例，挂车制动控制模块300a被设置在拖车上(图3a中未示出)，以便促进对被拖车辆或挂车的制动。挂车制动控制模块300a包括压力供应端口或供应压力进口P11、挂车控制压力端口或出口P22、用于直接和/或间接接收控制制动压力以操作挂车制动控制模块300a的主控制端口P42。根据本实施例，主控制端口P42从气动操作的压力介质(未示出)接收控制制动压力。根据示例性实施例，该气动操作的压力介质可以是制动信号发射器(BST)或脚制动阀(FBV)或仅是直接连接到存在于驾驶员的座舱处的制动踏板的阀。原则上，在端口P42处接收的压力很大程度上反映了驾驶员的实际制动要求。
在同一实施例中，挂车制动控制模块300a包括提供用于操作挂车制动控制模块300a的替选控制制动压力的气动控制压力管线308.1，其中，气动控制压力管线308.1从电子操作的压力介质接收替选控制制动压力。此外，继动阀310(其为挂车制动控制模块300a的一部分)使用在主控制端口P42接收的控制制动压力，或者是来自气动控制压力管线308.1的替选控制制动压力来激活，其中，在激活继动阀310时，在压力供应端口P11处接收的气动压力或至少其一部分被连接到挂车控制压力端口P22。在同一实施例中，挂车制动控制模块300a；300b另外设有制动率“z”再平衡单元，以便所述拖车与所述挂车之间的制动率的差保持在容许阈值范围内，其中，根据本实施例，使用电子操作的子单元(W，304，306)实现所述制动率再平衡单元，更具体地，所述制动率再平衡单元被设置在挂车制动模块(300b)的外壳(406)内。
例如，该实施例中的制动控制模块300a包括所述电子操作的子单元。所述子单元可以包括如图3a中所示的连接插头“W”、第一螺线管阀304、第二螺线管阀306以及压力传感器“X”(例如，基于PWM的压力传感器)。在同一实例中，至少连接插头“W”可以连接到集中式电子制动模块(图3a中未示出)或电子控制单元，后者提供操作或激活或失活例如第一和第二螺线管阀304、306的必要命令，以便使得所述拖车与所述挂车之间的制动率差能够保持在容许阈值范围内。例如，在其中所有正常操作条件(诸如EBS)下使用电子控制的设置中，主导是通过电子方式实现的。以电子方式实现这一点的手段之一是通过所谓的CFC(联接力控制)功能。
这里可以理解的是，所述电子控制单元或集中式电子制动模块可以从拖车和被拖车辆或挂车内的传感器接收各种输入，以确定在任何给定时间所需的最佳制动性能。特别地，达到最佳制动性能，以便挂车制动控制模块300a内的集中式电子制动模块或电子控制单元可以操作第一和第二电磁阀304和306，并且有效地控制例如所述阀304和306的操作频率或周期。通过这种方式，动态地执行例如所述拖车与所述挂车之间的制动率差保持在容许阈值范围内是可能的。这里应理解，术语“动态地”可以指在被拖车辆和拖车所经历的不同行驶条件下的变化值。但是，根据该实施例，如果电子操作的子单元由于任何技术或电子故障而不起作用，则不存在实现主导的可能性。
因而，按照上文解释的该实施例，制动率(z)再平衡单元与所述电子操作子单元相同。电子操作的子单元是挂车制动控制模块300a的一部分。
根据与图3a相关讨论的相同或不同的实施例，也应注意，在挂车制动控制模块300a内，除了用于直接和/或间接接收用于操作挂车制动控制模块300a的控制制动压力的主控制端口P42和驻车制动控制端口P43外，没有进一步的气动制动“控制”端口。加压空气流动方向的细节可以从离开和进入继动阀310的图3a中指示的箭头标记辨认。此外，被提供以使挂车或被拖车辆的驻车制动器接合的驻车制动或手动制动信号通过端口P43来供应。
挂车制动控制模块300a中所设想的一个技术优点是相对于图2中所示的传统挂车控制阀或模块200。特别是，与考虑到挂车制动控制模块300a的整体构造的挂车控制阀或模块200相比，消除了对模块300中的端口P41的需要。因而，特征“挂车制动控制模块300a由下列端口组成：挂车制动模块的外壳(406)内的主控制端口(P42)、驻车制动控制端口(P43)、压力供给端口(P11)、挂车控制压力端口(P22)、挂车供应压力端口(P21)以及泄压端口(P3)”旨在表示没有任何另外的控制端口。本领域技术人员应注意到，这暗示可以传递反映驾驶员的制动要求的控制制动压力的冗余气动制动控制端口是不必要的。这还进一步暗示挂车控制阀内的控制活塞、控制腔室由于没有将激活继动阀202或310的另外端口P41而闲置。这种特定的技术优点适用于所有根据本发明解释的挂车控制制动模块。
此外，如图3中所示，挂车制动控制模块300a另外设置有双向止回阀或高选阀308，以取决于控制制动压力和替选控制制动压力中的每一个的量值来供应控制制动压力和替选控制制动压力中的一个，其中，具有较高量值的制动压力被供应给继动阀310。如上所述，双向止回阀308从图3a中标记的端口P42接收控制制动压力。可选地，在连接主控制端口P42和双向止回阀308的管线处设置第二过滤器F2。此外，双向止回阀308经由螺线管阀304(取决于其对应的位置)和第一连接308.1接收替选控制制动压力，以连接从端口P11接收到的压力的至少一部分。
根据本实施例，双向止回阀308被配置成起高选阀的作用，即，其将双向止回阀308的主体内的阀芯移动到端口的具有较小压力量值的一侧，由此将具有较高压力量值的压力端口连接到出口。通过图3a，本领域技术人员将得出，如果来自第一连接308.1的压力与从主控制端口P42接收到的压力的量值相比具有更高的量值，则建立第一连接308.1与输出端口308.2之间的连接。如果在端口P42处的压力量值较高，则情况正好相反。这允许在挂车制动控制模块300a的整体构造上节省成本，因为它可能取代电子控制螺线管阀以及在来自端口P42的连接及连接308.1中的每一个处的检测压力传感器，因而节省了挂车制动模块的制造商的成本。对于作为申请人/专利权人的一级制造商来说，这降低了成本(取决于规模)，同时有可能节省组装过程中的时间。
在本实施例中，挂车制动控制模块300a进一步包括挂车供应压力端口P21，其中，压力供应端口P11和挂车供应压力端口P21经由气动控制的计量阀302连接。根据本实施例使用计量阀302的技术目的例如是确保经由端口P21对挂车制动器的至少最小压力供应。如图3a中所示，计量阀302的进口端口302.2连接到压力供应端口P11，并且在计量阀302的两个位置中，一些量的加压流体经由出口端口302.1传递到挂车供应压力端口P21。计量阀302的位置通过使用至少部分地来自输出端口308.2的压力来控制。
换言之，气动控制的计量阀302在两个位置操作，即，第一和第二位置，其中，在第一位置中，计量阀302通过节流孔连接压力供应端口P11和挂车供应压力端口P21，并且其中，在第二位置中，计量阀302以可变的且打开的方式连接压力供应端口P11和挂车供应压力端口P21，使得在压力供应端口P11处接收到的全部气动压力被传递到挂车供应压力端口P21。在图3a中公开的实施例中，计量阀302包括弹簧302.3，其将活塞或阀芯保持在预定位置，并且来自输出端口308.2的压力确定计量阀302的位置。此外，气动控制的计量阀302借助于至少部分地由于在挂车供应压力端口P21和弹簧302.3中预先存在的压力而保持在第二位置。
换言之，但是在部分实施例中，挂车制动控制模块300a包括第一电子控制螺线管阀304，其进口304.1连接到压力供应端口P11并且出口304.2选择性地连接到继动阀310，其中，出口304.2供应替选控制制动压力。这对可以供应到双向止回阀308的加压流体的量和/或速率具有直接影响。此外，根据实施例，连接端口P11和进口304.1的连接管线包括第一过滤器F1(如可以从图3a中得出的)，以便去除加压流体中的任何水分和/或杂质。
在此提供挂车制动控制模块300a的整体功能。
如图3a中所示，附图标记“W”表示可以在“W”处经由电连接端口接收到电子信号。这些电子信号操作第一和第二螺线管阀304和306。类似于第一电子控制螺线管阀304，第二电子控制螺线管阀306包括进口306.1和出口306.2，其中，基于第二电子控制螺线管阀306的位置，从出口306.2到泄压端口P3的连接被建立或阻止。这些螺线管阀可以被以变化的频率周期激活，以便对被供应给气动控制压力管线308.1的压力进行精确控制。应注意，所述第一和第二螺线管阀304和306的激活可以由驾驶员发起，或者由电子控制单元(图3中未示出)基于挂车的制动要求自动执行，挂车的制动要求包括动态改变制动率以及在任何给定时刻的紧急制动条件。例如，紧急制动条件考虑外部和/或环境因素，诸如地面和/或道路条件。
因而，基于螺线管阀304和306的激活状态，在端口P11处接收的供应压力被发送到气动控制压力管线308.1。该制动压力在本申请中被称为“替选”控制制动压力。同时，还经由第二气动控制压力管线308.3在主控制端口P42处接收控制制动压力。控制制动压力和所述替选控制制动压力两者在双向止回阀308处汇合，其中，无论308.1和308.3中的哪一个压力管线承载具有较高量值的压力，则该压力管线与输出端口308.2熔合。来自输出端口308.2的压力被部分地发送到继动阀310，并且被部分地发送到计量阀302。当输出端口308.2处的压力高于某一阈值时，继动阀310内的基于弹簧的阻力(未示出)被克服。这引起在端口P11、P21与P22之间建立流体连接，以便所有所述端口都被供应来自加压流体源的压力，加压流体源诸如是储器(图3a中未示出)。该储器连接到端口P11。
压力离开端口P21连接到第一联接头312.1，第一联接头312.1又连接到用于挂车制动器的供应压力管线。通常，联接头312.1是红色的。另一方面，压力离开端口P22连接到第二联接头312.2，第二联接头312.2又通向用于控制或操作挂车制动器的控制压力管线。
此外，根据本发明的特别优选实施例，在连接到端口P22的管线上的压力几乎不断地使用图3a中引用的传感器“X”测量。该特别优选实施例的这种传感器“X”是基于PWM的压力传感器或基于脉宽调制的压力传感器。基于PWM的压力传感器的使用实现了挂车控制模块300a的根据ISO标准26262的“功能安全性”。在挂车控制模块300a在商用车辆中的使用持续时间内，基于PWM的压力传感器的使用直接影响在商用车辆中使用的电池的平均寿命周期。
图3b示出了根据本发明的另一实施例的挂车控制阀或挂车控制模块300b的示意图。
参考图3a解释的元件与关于图3b的相同，不同之处在于，除了电子操作的子单元(W,304,306)之外或作为其替选，挂车控制模块300b另外包括机械操作的子单元“314”，以建立主导或将拖车与挂车之间的制动率差保持在预定阈值内。图3b和图3a中相同的元件被标以相同的附图标记。为了简单起见，关于图3b中具有相同附图标记的元件所提供的解释不再重复。
然而，应注意，图3a中提供的公开内容是为了说明根据示例性实施例关于制动率(z)再平衡单元如何操作，特别是当其被实施或启用时使用电子操作的子单元(W,304,306)工作。如在同一实施例中所提到的，电子操作的子单元(例如，“W”)可以从中央电子单元(诸如图5中的508)接收控制，或者挂车控制模块300a或300b可以具有将被安装至所述模块的外壳的电子控制单元。
在任何情况下，本实施例公开了制动率再平衡单元可选地或者另外使用关于继动阀310同轴定位的机械操作的子单元314(可以可替选地被称为主导阀)来启用。如图3b中象征性地表示的，机械操作的子单元314存在于连接继动阀310的出口310.1与挂车控制压力端口P22的路径中。考虑到挂车制动控制模块300b的整体构造，这具有节省空间的效果。关于这一点的进一步细节在对图4b的解释中提供。
然而，应注意，在图3b中象征性地示出的机械操作的子单元“314”将处于端口P22的路径中，仅表示沿路径的附加容积。该附加容积可以使用压力到达端口P22选择性地打开和/或关闭，其细节将参考图4b解释。根据一个示例性应用，机械操作的子单元314的该选择性打开引起在端口P42与P22之间的压力特征的变化，如在本申请的图1中以附图标记“102”显示的。在端口P22处的压力的初始尖峰是由于机械操作的子单元“314”的主导容积或附加容积的关闭状态或不打开。一旦打开了主导容积或附加容积以获得端口P22处的压力，则在端口P22处的压力量值(或曲线斜率的变化)略有减少，如图1的曲线图中超出区域102所示。
应理解，这种在例如端口P22处的压力量值的均衡需要在每次挂车制动控制模块300b将被操作和/或激活时考虑，其中，主导容积被选择性地打开。
相反，在关于图3a公开的挂车制动控制模块300a中，在端口P22和P42处的压力的初始不等后提供压力归一化(pressure normalization)(如图1的区域102中公开的)，该现象经由电子控制算法或控制方法建立，经由图5的电子控制单元508实施所述电子控制算法或控制方法。
挂车制动控制模块300b的独特优点之一在于，其通过挂车控制模块300b内的另外或可选的机械操作的子单元“314”，组合了在端口P22和P42处纯电子地控制压力特征以遵循在例如图1中显示的对应端口处的压力量值的趋势的可能性。应注意，在电或电连接系统中发生故障的情况下，这可以发生在挂车控制模块300a或300b的“W”处的电连接端口中，仍可以气动地实现机械操作的子单元，以选择性地打开主导容积或使端口P22和P42处的压力特征处于期望范围内。此外，可以在交付给车辆制造商之前，将该机械操作的子单元314及其选择性地打开附加容积(AV)或主导容积以用于端口P22和P42处的压力归一化的阈值压力校准到整体制动系统需求。
视需要，挂车制动控制模块300b内的整个机械操作的子单元314被禁用，以用于纯电子控制，以在端口P22和P42处实现必要的压力特征，以及反之。
图4a示出了根据本发明的实施例的挂车控制阀或者挂车制动控制模块300a或300b的外部视图。如图4a中所示，挂车制动控制模块300a或300b由以下端口组成：挂车制动模块300a或300b的外壳406处的主控制端口(P42)、驻车制动控制端口(P43)、压力供应端口(P11)、挂车控制压力端口(P22)、挂车供应压力端口(P21)以及泄压端口(P3)。
外部视图图示了根据示例性实施例的端口P11、P21、P22、P42、P43和P3的空间布置。“W”在图4a中示出了其中布线和其它相关组件被封闭在其中的电子连接点。此外，图3a和图3b的螺线管阀304和306连接到在图4a中所示的挂车制动控制模块300a或300b中标记为“W”的部分内设置的布线。
此外，图4b中显示的横截面图来自平面A-A’，而图4c中的横截面图来自平面B-B’。
图4b示出了根据本发明实施例的挂车控制阀300b的横截面图。
根据本实施例或与图3b相关联的实施例结合，挂车制动控制模块300b进一步包括第一气动控制腔室402，主控制端口P42或气动控制压力管线308.1连接到第一气动控制腔室402。随着加压空气进入端口P42或从气动控制压力管线308.1进入腔室402，第一活塞404沿着如图4b中所示的轴线Y-Y’线性地向下移动。关于轴线Y-Y’的向下方向在图4b中示出为“D”。
在图4b中，在活塞404由于气压控制腔室402的加压而向下运动之后，延伸部404.1撞击在继动活塞414的顶表面上。继动活塞414被构造成在外壳406内沿轴线Y-Y’以流体紧密的方式移动并且由继动弹簧416支撑。随着继动活塞414向下移动，继动阀310的阀座310.1被脱开，由此能够在标记为P11的腔室与端口P22之间实现压力连接。在激活继动阀310的情况下，空气的流动方向经由图4b中的箭头标记“F”示出。
关于挂车制动控制模块300b内的主导容积或附加容积(在图4b中表示为“AV”)，可以看出，其关于继动阀310沿轴线Y-Y’同轴地设置，但同时设置在继动阀310的竖直上方。所述主导容积或附加容积AV是机械操作的子单元314或主导阀(PRV)的一部分。为了说明起见，在此解释机械操作的子单元(314)的功能。
在通过继动活塞414激活继动阀310时，加压空气经由示出为“F”的流动方向从P11进入与P22相关联的腔室。加压空气进入主导容积腔室408。P22与腔室408之间的连接在本图中显示的横截面中未示出。在任何情况下，随着加压空气进入机械操作的子单元314(或主导阀PRV)的腔室408或机械操作的子单元314的至少一部分，主导阀活塞408.1都沿轴线Y-Y’在向下方向上移动。在活塞408.1的一定量向下移动之后，与活塞408.1同心定位的板阀410撞击调节螺钉412。在仍然进一步向下移动时，调节螺钉412使板阀410抵靠位于腔室408内的弹簧408.2位移或提升。应注意，板阀410在形状上不完全是圆形的。板阀410的形状仅好到足以关闭调节螺钉412的中心孔412.1。然而，板阀410不与活塞408.1的内径“D1”过盈配合或齐平，并且在活塞408.1的侧向外表面与内径D1之间存在间隙。因而，在通过调节螺钉412在活塞408.1上的向下移动而脱位或提升板阀410时，来自腔室408的加压空气进入附加容积或主导容积AV。该容积负责在端口P22处相称的压力降低并且引起如图1的区域102中所示的压力特征的变化。如上文已经解释的，端口P42与P22之间的压力特征的变化引起需要使用挂车制动控制模块300b施加制动的挂车或被拖车辆的制动率的成比例变化。以这种方式，机械操作的子单元(314)将拖车与挂车之间的制动率的差保持在容许阈值范围内。
从上文可以看出，根据本发明的实施例，机械操作的子单元314被操作成使得通过在挂车制动控制模块300b内设置附加容积AV，而容纳挂车控制压力端口P22处的初始压力增加(在图1的区域102处示出)。此外，应重申，主导PRV的附加容积AV是同轴布置的，但在挂车制动控制模块300b内在继动阀310竖直上方。措词“竖直上方”可以在本上下文下借助图4b的公开内容，连同表示向上的方向箭头标记“U”或关于继动阀310的上方的意思来理解。这里的一个示例性技术优点在于，除了挂车制动控制模块300a的电子控制的子单元之外或作为其替选，挂车制动控制模块300b还提供主导阀PRV，以使得能够保持挂车与拖车之间的制动率差。因而，挂车制动控制模块300b的主导阀PRV被配置成独立于挂车制动控制模块300a的电子控制子单元操作，同时不禁用或干扰电子控制的子单元执行例如联接力控制(CFC)的能力，即，将挂车与拖车之间的制动率差保持在阈值范围内。
此外，本实施例的挂车制动控制模块300b、第一控制活塞404分离第一气动控制腔室402与附加容积(AV，即主导阀PRV的一部分)，此外，第一控制活塞404一体地包括流体流动路径404.2，流体流动路径404.2通过上文解释的机构间接地连接挂车控制压力端口P22与附加容积(AV)。
图4c示出了根据本发明的实施例的挂车控制阀或挂车制动控制模块300a或300b的横截面图。
挂车制动控制模块300a或300b的横截面图显示了在图4a的平面B-B’处切割的模块的截面。
图4c的主要目的在于示出端口P42、P11和P21的空间布置，以及加压流体从端口P11朝着P21的流动路径“F”。此外，在阀302的横截面图的辅助下解释结合图3a和图3b也示出和解释的计量阀302的结构和工作。
也如图3a和图3b中所示，阀302位于端口P11与P21之间的直接流体路径中。阀302包括可以在圆柱形腔室426内线性往复运动的线性活塞422。活塞422使用弹簧302.3保持在预定位置。活塞422被构造成在也如之前解释的两个位置，即第一和第二位置中操作。在第一位置中，计量阀302通过节流孔428连接压力供应端口P11和挂车供应压力端口P21，并且其中在第二位置中，计量阀302以不可变的且打开的方式连接压力供应端口P11和挂车供应压力端口P21，使得在压力供应端口P11处接收的全部气动压力都被传递到挂车供应压力端口P21。在图4c中，所显示的位置处于也如图3a和图3b中所示的第二位置中。来自P11的加压流体或空气不经任何计量地直接发送到P21。
然而，当经由输出端口308.2(图4c中未示出，但是参考图3a和图3b)的控制压力进入存在于活塞422上方的计量腔室424时，活塞422的向下移动引起阀302的第一位置，并且使孔口428向下变窄。因此，与阀302的第二位置相比，在第一位置中从端口P11发送到端口P21的加压空气量减少。
此外，在外壳406的底部设置消音器420，消音器420被配置成减小在挂车制动控制模块300a或300b操作期间产生的噪声。消音器420被定位在挂车制动控制模块300a或300b的泄压端口P3处。
图5示出了根据本发明的另一实施例的挂车制动控制模块300c的横截面图。
特别地，图5示出了主导阀PRV或机械操作的子单元314的布置，其垂直于挂车制动控制模块300c的轴线Y-Y’布置。此外，也可实现主导阀PRV位于挂车制动模块300c的继动阀516竖直上方。为了示出“竖直上方”的意思——在图5中示出了具有附图标记“U”的箭头标记。在此解释挂车制动控制模块300b的一般功能。第一气动控制腔室402从端口P42(图5中未示出，但是可以在图3a的示意性表示中找到)接收控制压力。第一气动控制腔室402中的这种控制压力在向下方向“D”上推动第一继动活塞514。第一继动活塞514如图5中所示，包括插入在凹槽522中的止挡520。由于第一继动活塞514的这种向下移动，第二继动活塞524(经由止挡520在功能上联接到第一继动活塞514)也沿向下方向“D”移动。
此外，第二继动活塞524包括轴向延伸部526，其撞击在阀座530的顶表面526上，以抵抗继动阀516内的弹簧530的抵抗力在向下方向上移动所述阀座530，由此移除阀座530与供应压力接收腔室518的侧向延伸部532之间的接触区528处的闭合接触。由于阀座530的这种向下移动，连接到端口P11(图5中未示出，但是参考图3a或图3b中的示意性图示)的供应压力接收腔室518现在与控制端口压力腔室V22建立流体连接。如图5中所示，控制端口压力腔室V22在纯粹出于说明原因而示出的一侧上连接到端口P22，并且在另一侧上连接到主导阀PRV。
在腔室V22处接收的加压空气到达主导阀PRV的进口534，进口534被阀帽510常闭。如果空气到达进口534的压力高于可以克服主导阀PRV的弹簧512的抵抗力的阈值压力，则阀帽510被提起并且在腔室V22与附加容积“AV”之间建立流体连接，如图5中以箭头标记“F”(流体流动方向的符号表示)所示。特别地，图5中的“F”示出了加压空气如何开始从供应压力接收腔室518到V22到进口534到附加容积AV，同时到达挂车控制压力端口P22。
除了其它细节之外，阀300c包括在图3a中的阀300a中显示的所有元件，并符合图3b中显示的示意性布局。
图6示意性地示出了根据本发明的实施例的商用车辆600或自主车辆600，其配备有挂车控制阀或挂车制动控制模块300a或300b或300c。
更特别地，车辆600包括气动制动系统606，气动制动系统606进而包括上述实施例中任何一个的挂车制动控制模块300a或300b或300c，以及连接到挂车制动控制模块300a或300b或300c以在有或没有驾驶员制动命令的情况下执行制动功能的电子控制单元608。
根据本发明的气动制动系统606的实施例，其中，电子控制单元608控制挂车制动控制模块300a的电子操作的子单元(W,304,306)，使得制动率(z)再平衡单元实现将拖车602与被拖车辆604之间的制动率的差保持在所述容许阈值范围内。这通过如上所示在端口P22和P42处获得所需的压力特征来实现，例如，通过借助于第一和第二螺线管阀304和306的电子实施的操作技术实现。
附图标记列表(说明书的一部分)
101–表示端口P22处的压力量级相对于端口P42的按比例推进的第二区域
102–表示当在主控制端口“P42”处记录的压力已经近似0.5巴时，开始在端口“P22”处记录任何压力时的微小延迟的区域或分区
200–传统挂车控制阀
202–传统挂车控制阀200的继动阀
204–气动控制的计量阀
PRV–主导阀
CPRV–传统主导阀
P3–泄压端口
P11–供应压力进口
P12–挂车供应压力出口
P22–挂车控制压力出口
P41–主制动信号端口
P42–主控制端口
P43–驻车制动控制端口
300a–一个实施例的挂车制动控制模块
300b–另一实施例的挂车制动控制模块
300c-又另一实施例的挂车制动控制模块
302–气动控制的计量阀
302.1–气动控制的计量阀302的出口端口
302.2–302气动控制的计量阀302的进口端口
302.3–302气动控制的计量阀302的弹簧
304–第一电子控制螺线管阀
304.1–第一电子控制螺线管阀的进口
304.2–第一电子控制螺线管阀的出口
306–第二电子控制螺线管阀
306.1–第二电子控制螺线管阀的进口
306.2–第二电子控制螺线管阀的出口
F1–第一过滤器
F2–第二过滤器
308–双向止回阀
308.1–双向止回阀308的第一连接
308.2–双向止回阀308的输出端口
308.3–第二气动控制压力管线
310–继动阀
310.1–继动阀310的出口
312.1–第一联接头
312.2–第二联接头
314–机械操作的子单元
W–电子操作的子单元的一部分，主要表示电子连接引脚
X–压力传感器，特别是基于PWM的压力传感器
402–第一气动控制腔室
404–第一控制活塞
404.1–第一控制活塞的延伸部
404.2–第一控制活塞404内布置的流体流动路径
406–外壳
408–主导容积腔室
408.1–主导阀活塞
408.2–主导体积腔室408内的弹簧
AV–附加容积
410–板阀
412–调节螺钉
412.1–调节螺钉412的中心孔
414–继动活塞
416–继动弹簧
420–消音器
422–阀302的线性活塞
424–计量腔室
426–圆柱形腔室
428–流动孔
600–商用或自主车辆
602–拖车
604–被拖车辆
606–气动制动系统
608–电子控制单元或ECU
V22–被连接至端口P22的TCV内的腔室
510–主导阀PRV的阀帽
512–主导阀PRV的弹簧
514–挂车制动控制模块300c的第一继动活塞
516–挂车制动控制模块300c的继动阀
518–挂车制动控制模块300c的供应压力接收腔室
520–联接到第一继动活塞514的止挡
522–在第一继动活塞514处接收止挡520的凹槽
524–第二继动活塞
526–轴向延伸部
528–示出阀座530与侧向延伸部532之间的接触区528530–阀座
532–侧向延伸部。

Claims (15)

1.一种用于拖车(502)的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，所述挂车制动控制模块促进对被拖车辆或挂车(504)的制动，所述挂车制动控制模块包括：
压力供应端口(P11)；
挂车控制压力端口(P22)；
主控制端口(P42)，所述主控制端口用以直接或间接接收用于操作所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)的控制制动压力，其中，所述主控制端口(P42)从气动操作的压力介质接收所述控制制动压力；
气动控制压力管线(308.1)，所述气动控制压力管线提供用于操作所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)的替选控制制动压力，其中，所述气动控制压力管线(308.1)从电子操作的压力介质接收所述替选控制制动压力；以及
继动阀(310；516)，所述继动阀被用下列压力来激活：
在所述主控制端口(P42)处接收的所述控制制动压力，或者
来自所述气动控制压力管线(308.1)的所述替选控制制动压力，
其中，在激活所述继动阀(310)时，在所述压力供应端口(P11)处接收的气动压力连接到所述挂车控制压力端口(P22)，
其中，所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)另外设有制动率(z)再平衡单元，以便所述拖车与所述挂车之间的制动率的差被保持在容许阈值范围内。
2.根据权利要求1所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)由所述挂车制动模块(300b；300c)的外壳(406)内的以下端口组成：所述主控制端口(P42)、驻车制动控制端口(P43)、所述压力供应端口(P11)、所述挂车控制压力端口(P22)、挂车供应压力端口(P21)以及泄压端口(P3)。
3.根据权利要求1或2所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)进一步包括双向止回阀或高选阀(308)，用于取决于所述控制制动压力和所述替选控制制动压力中的每一个制动压力的量值来供应所述控制制动压力和所述替选控制制动压力中的一个制动压力，
其中，具有较高量值的制动压力被供应给所述继动阀(310)。
4.根据权利要求1所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，所述制动率再平衡单元包括机械操作的子单元(314或PRV)，所述机械操作的子单元被相对于所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)的中心轴线(Y-Y’)同轴地定位，或者被垂直于所述中心轴线(Y-Y’)定位，
其中，所述机械操作的子单元(314或PRV)至少在所述继动阀(310；516)的竖直上方。
5.根据权利要求1所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)进一步包括气动控制的计量阀(302)，所述计量阀(302)连接所述压力供应端口(P11)和挂车供应压力端口(P21)，
其中，所述计量阀(302)在多个位置即第一位置和第二位置中操作，
其中，在所述第一位置中，所述计量阀(302)通过节流孔连接所述压力供应端口(P11)和所述挂车供应压力端口(P21)，并且
其中，在所述第二位置中，所述计量阀(302)以不可变的且打开的方式连接所述压力供应端口(P11)和所述挂车供应压力端口(P21)，使得在所述压力供应端口(P11)处接收的全部气动压力被传递到所述挂车供应压力端口(P21)。
6.根据权利要求5所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，借助于在所述挂车供应压力端口(P21)和弹簧(302.3)中的至少部分地预先存在的压力，将所述气动控制的计量阀(302)保持在所述第二位置。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，进一步包括第一电子控制螺线管阀(304)，所述第一电子控制螺线管阀(304)的进口(304.1)连接到所述压力供应端口(P11)，并且所述第一电子控制螺线管阀(304)的出口(304.2)选择性地连接到所述继动阀(310)，其中，所述出口(304.2)供应所述替选控制制动压力。
8.根据权利要求3和7所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，承载所述替选控制制动压力的所述出口(304.2)连接到所述双向止回阀或高选阀(308)的第一进口(308.1)，
其中，当在所述出口(304.2)处供应的压力与在所述主控制端口(P42)处的压力相比具有较高量值时，所述双向止回阀或高选阀(308)使得所述出口(304.2)能够与所述继动阀(310)选择性连接。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，在所述主控制端口(P42)处接收的压力的量值与驾驶员的制动要求成比例。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，使用基于脉宽调制(PWM)的压力传感器来测量所述挂车制动控制端口(P22)处的压力。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，其中，挂车制动控制模块(300a；300b；300c)进一步包括第一气动控制腔室(402)，所述主控制端口(P42)连接到所述第一气动控制腔室(402)。
12.根据权利要求10和11所述的挂车制动控制模块(300b；300c)，其中，所述挂车制动控制模块(300b；300c)进一步包括第一控制活塞(404)，所述第一控制活塞(404)将所述第一气动控制腔室(402)和附加容积(AV)分隔开，并且
其中，所述第一控制活塞(404)一体地包括流体流动路径(404.2)，所述流体流动路径(404.2)间接地连接所述挂车控制压力端口(P22)和所述附加容积(AV)。
13.一种气动制动系统(606)，包括：
根据上述权利要求中的任一项所述的挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，以及
电子控制单元(608)，所述电子控制单元(608)连接到所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，以在有驾驶员制动要求或没有驾驶员制动要求的情况下执行制动功能。
14.根据权利要求13所述的气动制动系统(606)，其中，所述电子控制单元(608)控制所述挂车制动控制模块(300a；300b；300c)，使得制动率(z)再平衡单元能够将所述拖车(602)与所述被拖车辆(604)之间的制动率的差保持在所述容许阈值范围内。
15.一种商用车辆或自主车辆(600)，包括根据权利要求14所述的气动制动系统。
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