CN117416215A - 一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，包括：电池、电池控制模块、电机、电机控制模块、变速箱、变速箱控制模块、电涡流制动装置、盘式气刹制动装置、刹车踏板、缓速手柄模块、称重模块、综合控制装置；多级刹车系统具有电回馈制动、电涡流制动和机械盘式制动，在车辆需要制动的时候电回馈制动和电涡流制动根据实际情况提前介入，减少模式盘式制动的使用频率和使用时间，达到减少机械盘式制动器的磨损和提高其使用寿命的目的。另外通过分阶段的多种电回馈控制策略还可以提高车辆动能回收利用效率。

Description

一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统

技术领域

本发明涉及新能源矿车领域，具体涉及一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统。

背景技术

随着全球对环保意识的日益增强以及国家节能减排目标规划的实施，绿色矿山成为行业发展的必然趋势，新能源矿用自卸车作为绿色矿山建设的重要装备，受到更多的重视的同时也正逐渐得到推广和利用，

随着新能源矿用自卸车使用频次的增加，在特殊工况条件下，特别是长下坡或重载下坡路段，如果单纯的只是依靠机械式的盘式制动装置，会导致刹车盘磨损过快，甚至有的会导致刹车故障，存在很大的安全隐患。

发明内容

针对上述的刹车盘磨损过快引起的刹车故障和安全隐患，为了解决这一问题，本发明提供了一种多级刹车系统，多级刹车系统具有电回馈制动、电涡流制动和机械盘式制动，在车辆需要制动的时候电回馈制动和电涡流制动根据实际情况提前介入，减少模式盘式制动的使用频率和使用时间，达到减少机械盘式制动器的磨损和提高其使用寿命的目的。另外通过分阶段的多种电回馈控制策略还可以提高车辆动能回收利用效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，包括：电池、电池控制模块、电机、电机控制模块、变速箱、变速箱控制模块、电涡流制动装置、盘式气刹制动装置、刹车踏板、缓速手柄模块、称重模块、综合控制装置；综合控制装置通过CAN总线与电池控制模块、电机控制模块、变速箱控制模块相连，电池与电池控制模块电连接，电机控制模块与电机与电池电连接，变速箱与变速箱控制模块电连接，变速箱和电机机械连接，综合控制装置通过线束与刹车踏板、电涡流制动装置、盘式气刹制动装置、缓速手柄模块、称重模块相连，电涡流制动装置通过线束与电池相连，刹车踏板通过气动阀与盘式气刹制动装置相连，电机控制装置与电池相连，电涡流装置与电池经DCDC模块相连。

进一步的，电机和电机控制装置安装在车桥前部位，电机控制模块中设有转速传感器、电流传感器、电压传感器，转速传感器安装在电机尾部，电流传感器和电压传感器安装在电机进线端，电机控制装置通过转速传感器检测电机转速，并将电机转速转换成车速传递给综合控制装置；电机控制装置通过电流传感器和电压传感器检测电机工作电流和电压，并将其转化成电机功率传递给综合控制装置，电机控制装置接收变速箱控制装置回馈功率需求指令，并用来驱动电机；电机控制装置与电池相连，电机控制器将电机回馈制动的能量转化并输送到电池中。

进一步的，变速箱、变速箱控制装置安装在电机后级，靠近车桥前部的位置，变速箱分别与电机和车桥的驱动轴相连，变速箱将电机驱动转化，并将之传递给驱动轴，变速箱控制装置将接受的综合控制装置的回馈制动力转化成回馈制动功率传递给电机控制装置。

进一步的，电涡流装置安装在驱动轴上，靠近车桥后部位置，电涡流装置与综合控制装置和电池经DCDC模块相连，综合控制装置用来控制电涡流是否进入工作状态，工作在四个档位中的那个档位，电池经过DCDC模块给电涡流供电。

进一步的，盘式气刹制动装置安装在车桥的车轮处，盘式气刹制动装置与气动阀相连，气动阀与制动踏板相连，当制动踏板踩下，超出气动阀动作区间的时间，气动阀接通，并控制盘式气刹制动装置动作。

进一步的，缓速手柄与综合控制装置相连，综合控制装置接收缓速手柄信号，来决定车辆进入何种缓速档位。

进一步的，称重模块与综合控制装置相连，综合控制装置根据称重模块信息来判断车辆载重情况，从而来决定回馈制动力，提高车辆制动效果和能量回收效率。

进一步的，多级刹车系统的工作方法包括如下步骤：

第一步：综合控制器控制判断车辆进入刹车状态；

第二步：当车辆没有缓速装置信号和制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，车辆进入滑行制动状态，在该状态下，综合控制装置根据车速情况进行回馈制动，在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在（4-8）KM/h时，回馈制动P=5%*按整车设定回馈能力Pset，车速在（8-12）KM/h时，P=10%* Pset，车速在（12-16）KM/h时，P=15%* Pset，车速在（16-20）KM/h时，P=34%* Pset，车速在（20-25）KM/h时，P=50%* Pset，车速在（25-30）KM/h时，P=80%*Pset，车速在30KM/h以上时，P=100%* Pset；

第三步：当车辆有缓速装置信号输入、没有制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，车辆进入缓速制动状态，在该状态下，综合控制器根据缓速装置信号和车速情况进行回馈制动控制，当缓速手柄拉到第一个档位时，制动系数C1=25%，当当缓速手柄拉到第二个档位时，制动系数C1=50%，当缓速手柄拉到第三个档位时，制动系数C1=75%，当缓速手柄拉到第四个档位时，制动系数C1=100%，制动系数C1=25%；在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在（4-6）KM/h时，制动系数C2=10%，车速在（6-8）KM/h时，制动系数C2=20%，车速在（8-10）KM/h时，制动系数C2=40%，车速在（10-12）KM/h时，制动系数C2=80%，车速在14KM/h以上时，制动系数C2=100%；综合制动力P=C1*C2* Pset；

第四步：当车辆有制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，综合控制器控制整车进入踏板回馈制动状态，当制动踏板踩下深度达到（5-10）%时，制动系数C1=10%，当制动踏板踩下深度达到（10-15）%时，制动系数C1=20%，当制动踏板踩下深度达到（15-20）%时，制动系数C1=40%，当制动踏板踩下深度达到（20-25）%时，制动系数C1=60%，当制动踏板踩下深度达到（25-30）%时，制动系数C1=80%，当制动踏板踩下深度达到30%以上时，制动系数C1=100%；在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在（4-6）KM/h时，制动系数C2=10%，车速在（6-8）KM/h时，制动系数C2=50%，车速在（8-10）KM/h时，制动系数C2=80%，车速在10KM/h以上时，制动系数C2=100%；综合制动力P=C1*C2* Pset；

第五步：综合控制装置根据车辆称重模块检测到车辆载重来改变输出制动力，输出制动力Pout=P*（1+载重百分比/100）；

第六步：当车辆有制动踏板信号输入且电池电量大于95%时，车辆进入电涡流制动状态，电涡流共有四个工作档位，当制动踏板踩下行程达到10%时电涡流工作在第一个档位，制动踏板踩下行程达到20%时电涡流工作在第二个档位，制动踏板踩下行程达到30%时电涡流工作在第三个档位，制动踏板踩下行程达到40%时电涡流工作在第四个档位，当制动踏板踩下深度达到30%时，气动阀此时会接通，并且随着踏板踩下深度的增加，气动阀开度越大，此时盘式制动装置获得的制动力就会越大。

本发明的有益效果是：

1）综合控制装置可以根据车况来决定使用什么方式刹车，刹车效果更科学高效；

通过综合车速、载重情况，对回馈制动力进行分级操作，可以提高制动效果的同时，提高能量回收效率；

通过对缓速制动进行分级操作，给车辆操作人员提供了更多的刹车效果选择；

在电池电量基本达到饱和没有办法提供回馈制动的时候，可以通过电涡流制动；

先有滑行制动、缓速制动、电涡流制动最后才是盘式制动，可以有效减少盘式制动器的磨损，减少车辆因重载或长下坡路段因刹车盘过度使用导致故障的风险，提高了刹车的可靠性。

附图说明

图1为多级刹车装置图结构示意图；

图2为多级刹车控制系统图；

图3为多级刹车控制流程拆分图一；

图4为多级刹车控制流程拆分图二；

图5为多级刹车控制流程拆分图三；

图6为多级刹车控制流程拆分图四；

图中：1、电池；2、变速箱；3、电涡流制动装置；4、盘式气刹制动装置。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1-2所示，一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，包括：电池、电池控制模块、电机、电机控制模块、变速箱、变速箱控制模块、电涡流制动装置、盘式气刹制动装置、刹车踏板、缓速手柄模块、称重模块、综合控制装置；综合控制装置通过CAN总线与电池控制模块、电机控制模块、变速箱控制模块相连，电池与电池控制模块电连接，电机控制模块与电机与电池电连接，变速箱与变速箱控制模块电连接，变速箱和电机机械连接，综合控制装置通过线束与刹车踏板、电涡流制动装置、盘式气刹制动装置、缓速手柄模块、称重模块相连，电涡流制动装置通过线束与电池相连，刹车踏板通过气动阀与盘式气刹制动装置相连，电机控制装置与电池相连，电涡流装置与电池经DCDC模块相连。

本实例中进一步的，电机和电机控制装置安装在车桥前部位，电机控制模块中设有转速传感器、电流传感器、电压传感器，转速传感器安装在电机尾部，电流传感器和电压传感器安装在电机进线端，电机控制装置通过转速传感器检测电机转速，并将电机转速转换成车速传递给综合控制装置；电机控制装置通过电流传感器和电压传感器检测电机工作电流和电压，并将其转化成电机功率传递给综合控制装置，电机控制装置接收变速箱控制装置回馈功率需求指令，并用来驱动电机；电机控制装置与电池相连，电机控制器将电机回馈制动的能量转化并输送到电池中。

本实例中进一步的，电机为两台三相异步永磁电机，安装在车桥前端位置，与变速箱相连。

本实例中进一步的，变速箱、变速箱控制装置安装在电机后级，靠近车桥前部的位置，变速箱分别与电机和车桥的驱动轴相连，变速箱将电机驱动转化，并将之传递给驱动轴，变速箱控制装置将接受的综合控制装置的回馈制动力转化成回馈制动功率传递给电机控制装置。

本实例中进一步的，电涡流装置安装在驱动轴上，靠近车桥后部位置，电涡流装置与综合控制装置和电池经DCDC模块相连，综合控制装置用来控制电涡流是否进入工作状态，工作在四个档位中的那个档位，电池经过DCDC模块给电涡流供电。

本实例中进一步的，盘式气刹制动装置安装在车桥的车轮处，盘式气刹制动装置与气动阀相连，气动阀与制动踏板相连，当制动踏板踩下，超出气动阀动作区间的时间，气动阀接通，并控制盘式气刹制动装置动作。

本实例中进一步的，缓速手柄与综合控制装置相连，综合控制装置接收缓速手柄信号，来决定车辆进入何种缓速档位。

本实例中进一步的，称重模块与综合控制装置相连，综合控制装置根据称重模块信息来判断车辆载重情况，从而来决定回馈制动力，提高车辆制动效果和能量回收效率。

如图3-6所示，多级刹车系统的工作方法包括如下步骤：

第一步：综合控制器控制判断车辆进入刹车状态；

第二步：当车辆没有缓速装置信号和制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，车辆进入滑行制动状态，在该状态下，综合控制装置根据车速情况进行回馈制动，在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在（4-8）KM/h时，回馈制动P=5%*按整车设定回馈能力Pset，车速在（8-12）KM/h时，P=10%* Pset，车速在（12-16）KM/h时，P=15%* Pset，车速在（16-20）KM/h时，P=34%* Pset，车速在（20-25）KM/h时，P=50%* Pset，车速在（25-30）KM/h时，P=80%*Pset，车速在30KM/h以上时，P=100%* Pset；

第三步：当车辆有缓速装置信号输入、没有制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，车辆进入缓速制动状态，在该状态下，综合控制器根据缓速装置信号和车速情况进行回馈制动控制，当缓速手柄拉到第一个档位时，制动系数C1=25%，当当缓速手柄拉到第二个档位时，制动系数C1=50%，当缓速手柄拉到第三个档位时，制动系数C1=75%，当缓速手柄拉到第四个档位时，制动系数C1=100%，制动系数C1=25%；在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在（4-6）KM/h时，制动系数C2=10%，车速在（6-8）KM/h时，制动系数C2=20%，车速在（8-10）KM/h时，制动系数C2=40%，车速在（10-12）KM/h时，制动系数C2=80%，车速在14KM/h以上时，制动系数C2=100%；综合制动力P=C1*C2* Pset；

第四步：当车辆有制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，综合控制器控制整车进入踏板回馈制动状态，当制动踏板踩下深度达到（5-10）%时，制动系数C1=10%，当制动踏板踩下深度达到（10-15）%时，制动系数C1=20%，当制动踏板踩下深度达到（15-20）%时，制动系数C1=40%，当制动踏板踩下深度达到（20-25）%时，制动系数C1=60%，当制动踏板踩下深度达到（25-30）%时，制动系数C1=80%，当制动踏板踩下深度达到30%以上时，制动系数C1=100%；在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在（4-6）KM/h时，制动系数C2=10%，车速在（6-8）KM/h时，制动系数C2=50%，车速在（8-10）KM/h时，制动系数C2=80%，车速在10KM/h以上时，制动系数C2=100%；综合制动力P=C1*C2* Pset；

第五步：综合控制装置根据车辆称重模块检测到车辆载重来改变输出制动力，输出制动力Pout=P*（1+载重百分比/100）；

第六步：当车辆有制动踏板信号输入且电池电量大于95%时，车辆进入电涡流制动状态，电涡流共有四个工作档位，当制动踏板踩下行程达到10%时电涡流工作在第一个档位，制动踏板踩下行程达到20%时电涡流工作在第二个档位，制动踏板踩下行程达到30%时电涡流工作在第三个档位，制动踏板踩下行程达到40%时电涡流工作在第四个档位，当制动踏板踩下深度达到30%时，气动阀此时会接通，并且随着踏板踩下深度的增加，气动阀开度越大，此时盘式制动装置获得的制动力就会越大。

经过以上六步就完成一个刹车流程的判断的执行，该过程综合考虑了各种刹车工况，在减少盘式制动器磨损的同时提供了更有效制动，并提高了能量回收效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于，包括：电池、电池控制模块、电机、电机控制模块、变速箱、变速箱控制模块、电涡流制动装置、盘式气刹制动装置、刹车踏板、缓速手柄模块、称重模块、综合控制装置；综合控制装置通过CAN总线与电池控制模块、电机控制模块、变速箱控制模块相连，电池与电池控制模块电连接，电机控制模块与电机与电池电连接，变速箱与变速箱控制模块电连接，变速箱和电机机械连接，综合控制装置通过线束与刹车踏板、电涡流制动装置、盘式气刹制动装置、缓速手柄模块、称重模块相连，电涡流制动装置通过线束与电池相连，刹车踏板通过气动阀与盘式气刹制动装置相连，电机控制装置与电池相连，电涡流装置与电池经DCDC模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于，电机和电机控制装置安装在车桥前部位，电机控制模块中设有转速传感器、电流传感器、电压传感器，转速传感器安装在电机尾部，电流传感器和电压传感器安装在电机进线端，电机控制装置通过转速传感器检测电机转速，并将电机转速转换成车速传递给综合控制装置；电机控制装置通过电流传感器和电压传感器检测电机工作电流和电压，并将其转化成电机功率传递给综合控制装置，电机控制装置接收变速箱控制装置回馈功率需求指令，并用来驱动电机；电机控制装置与电池相连，电机控制器将电机回馈制动的能量转化并输送到电池中。

3.根据权利要求2所述的一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于，变速箱、变速箱控制装置安装在电机后级，靠近车桥前部的位置，变速箱分别与电机和车桥的驱动轴相连，变速箱将电机驱动转化，并将之传递给驱动轴，变速箱控制装置将接受的综合控制装置的回馈制动力转化成回馈制动功率传递给电机控制装置。

4.根据权利要求3所述的一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于，电涡流装置安装在驱动轴上，靠近车桥后部位置，电涡流装置与综合控制装置和电池经DCDC模块相连，综合控制装置用来控制电涡流是否进入工作状态，工作在四个档位中的那个档位，电池经过DCDC模块给电涡流供电。

5.根据权利要求4所述的一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于，盘式气刹制动装置安装在车桥的车轮处，盘式气刹制动装置与气动阀相连，气动阀与制动踏板相连，当制动踏板踩下，超出气动阀动作区间的时间，气动阀接通，并控制盘式气刹制动装置动作。

6.根据权利要求5所述的一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于，缓速手柄与综合控制装置相连，综合控制装置接收缓速手柄信号，来决定车辆进入何种缓速档位。

7.根据权利要求6所述的一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于，称重模块与综合控制装置相连，综合控制装置根据称重模块信息来判断车辆载重情况，从而来决定回馈制动力，提高车辆制动效果和能量回收效率。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种用于新能源矿用自卸车的多级刹车系统，其特征在于：多级刹车系统的工作方法包括如下步骤：

第一步：综合控制器控制判断车辆进入刹车状态；

第二步：当车辆没有缓速装置信号和制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，车辆进入滑行制动状态，在该状态下，综合控制装置根据车速情况进行回馈制动，在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在4-8KM/h时，回馈制动P=5%*按整车设定回馈能力Pset，车速在8-12KM/h时，P=10%* Pset，车速在12-16KM/h时，P=15%* Pset，车速在16-20KM/h时，P=34%*Pset，车速在20-25KM/h时，P=50%* Pset，车速在25-30KM/h时，P=80%* Pset，车速在30KM/h以上时，P=100%* Pset；

第三步：当车辆有缓速装置信号输入、没有制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，车辆进入缓速制动状态，在该状态下，综合控制器根据缓速装置信号和车速情况进行回馈制动控制，当缓速手柄拉到第一个档位时，制动系数C1=25%，当当缓速手柄拉到第二个档位时，制动系数C1=50%，当缓速手柄拉到第三个档位时，制动系数C1=75%，当缓速手柄拉到第四个档位时，制动系数C1=100%，制动系数C1=25%；在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在4-6KM/h时，制动系数C2=10%，车速在6-8KM/h时，制动系数C2=20%，车速在8-10KM/h时，制动系数C2=40%，车速在10-12KM/h时，制动系数C2=80%，车速在14KM/h以上时，制动系数C2=100%；综合制动力P=C1*C2* Pset；

第四步：当车辆有制动踏板信号输入且电池电量低于95%时，综合控制器控制整车进入踏板回馈制动状态，当制动踏板踩下深度达到5-10%时，制动系数C1=10%，当制动踏板踩下深度达到10-15%时，制动系数C1=20%，当制动踏板踩下深度达到15-20%时，制动系数C1=40%，当制动踏板踩下深度达到20-25%时，制动系数C1=60%，当制动踏板踩下深度达到25-30%时，制动系数C1=80%，当制动踏板踩下深度达到30%以上时，制动系数C1=100%；在车速低于4KM/h不进行回馈制动，车速在4-6KM/h时，制动系数C2=10%，车速在6-8KM/h时，制动系数C2=50%，车速在8-10KM/h时，制动系数C2=80%，车速在10KM/h以上时，制动系数C2=100%；综合制动力P=C1*C2* Pset；

第五步：综合控制装置根据车辆称重模块检测到车辆载重来改变输出制动力，输出制动力Pout=P*（1+载重百分比/100）；

第六步：当车辆有制动踏板信号输入且电池电量大于95%时，车辆进入电涡流制动状态，电涡流共有四个工作档位，当制动踏板踩下行程达到10%时电涡流工作在第一个档位，制动踏板踩下行程达到20%时电涡流工作在第二个档位，制动踏板踩下行程达到30%时电涡流工作在第三个档位，制动踏板踩下行程达到40%时电涡流工作在第四个档位，当制动踏板踩下深度达到30%时，气动阀此时会接通，并且随着踏板踩下深度的增加，气动阀开度越大，此时盘式制动装置获得的制动力就会越大。