CN1314559C - 电流控制同步协调气压制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明电流控制同步协调气压制动系统提出了一种全新的由电流信号控制的气压制动技术方案。当前轮制动时，前储气罐压缩空气通过刹车阀进入前制动气室，第一电流压力传感器将刹车阀输出的气压转变为电流信号，单片机智能控制器处理后控制压电阀输出气压信号控制继动阀打开，后储气罐的压缩空气通过继动阀进入后制动气室，实现后轮制动。所述压电阀的输出端还设置有第二电流压力传感器，将其输出气压转变为电流信号反馈给控制器，形成闭环控制电路，可使前、后制动气室的制动气压保持一致。由于电信号传输几乎没有延时，本发明实现了真正意义上的同步协调制动。本发明可广泛适用于各类大中型汽车、火车、城市轻轨车的应用。
Description
技术领域
本发明涉及气压制动，特别是涉及通过微电流同步协调控制的长距离气压制动系统。
背景技术
大中型汽车、火车、城市轻轨车等普遍采用气压制动，但是诸如半挂车、全挂车等在刹车时，经常发生牵引车与挂车前后冲撞、弹起、侧滑、甩尾、折叠甚至翻滚现象，造成交通事故。究其原因，主要是前后刹车制动不同步、不协调造成的。现行气压制动是驾驶员踩踏刹车板开启刹车阀，刹车阀根据脚踏力度正比输出压力大小不同的气体，气体通过气管分别到达前轮和后轮。气体直接进入前轮气室推动连杆实施前轮制动。气体通过气管到达位于后轮的继动阀，开启连接后储气罐气门，储气筒的气体进入后轮气室推动连杆实施后轮制动。据实测，前后轴距13米的车，后轮制动动作比前轮延迟0.6秒左右。尽管继动阀有一定的放大作用，但因不同步造成的问题仍很明显。前后轮制动时间差造成前轮制动了，后轮还在转动，由于惯性作用，挂车继续前冲，进而造成前述冲撞、弹起、侧滑、甩尾、折叠甚至翻滚现象，造成交通事故。
现有技术中的专利文献CN2631877Y汽车电子控制气压制动装置，已经披露了通过电传感器与电子控制器结构实现汽车前后轮同步制动的技术构思。但是，该文献没有涉及如何保证使前后轮制动气压保持一致。并且，该文献也没有对压力传感器如何建立输入气压与输出电流信号的关系进行描述，因而不能从根本上指导汽车前后轮同步制动的实现。
发明内容
本发明针对现有技术中的技术问题，提供一种不仅能够实现前后轮同步制动、而且能够使前后轮制动气压保持一致的电流控制同步协调气压制动系统”，全面提高了汽车制动性能，大大消除了安全隐患。
本发明的技术构思为：
本发明在相互隔离的前制动单元和后制动单元之间用电流控制信号的传输替代传统的气压控制信号的传输，用设置于所述前制动单元气压传递路径上的第一电流压力传感器获得的电流信号作为控制信号，由于电流信号传输速度快，在短距离内的时间差忽略不计，使前、后制动单元接收到的刹车控制信号基本保持在同一时刻，最大限度地实现了前后轮同步制动；同时，利用电流信号的反馈控制，使前、后制动气室的制动气压保持一致，实现真正意义上的同步协调制动。
本发明的技术方案为：
一种电流控制同步协调气压制动系统，包括前制动单元和后制动单元，以及与所述前制动单元和后制动单元连接的电流控制单元，所述前制动单元包括依次连接的前储气罐、刹车阀和前制动气室；所述后制动单元包括依次连接的后储气罐、继动阀和后制动气室；所述电流控制单元通过设置于所述前制动单元气压传递路径上的第一电流压力传感器获得的电流信号作为控制所述后制动单元的控制信号，经控制器输出控制信号给压电阀，通过压电阀控制继动阀；其特征在于：所述电流控制单元还包括一使所述前、后制动气室的制动气压保持一致的反馈电路，所述反馈电路连接控制器和压电阀的输出端，该反馈电路包括一采集压电阀输出端气压的第二电流压力传感器。
所述第一和第二电流压力传感器为陶瓷压电体。
所述控制器为单片机智能控制器。
所述陶瓷压电体将0～0.8MPa的气压按比例转化为4～20mA的微电流向单片机智能控制器输出。
所述压电阀为比例式压电阀。
所述前制动单元和后制动单元同步制动的延迟在0.01秒以内。
本发明的技术效果为：
本发明提出了一种全新的电流—气压制动系统的技术方案，利用电流控制技术将相互隔离的前制动单元和后制动单元通过电流控制单元实现同步制动控制，最大限度地实现了前后轮同步制动，解决了传统气压制动系统固有的后轮滞后制动的技术问题。本发明电流控制单元通过设置于所述前制动单元气压传递路径上的第一电流压力传感器获得的电流信号作为控制信号，控制器输出控制信号给压电阀，这样电信号被还原为相应的气压信号，压电阀输出气压信号控制继动阀的开启动作，用电流控制信号的传输替代了传统的气压控制信号的传输。同时，反馈电路利用电流信号的反馈控制，形成闭环控制电路，使前、后制动气室的制动气压保持一致。由于电流信号传输速度快，在短距离内的时间差忽略不计，前后轮实现真正意义上的同步协调制动，从而在根本上解决前后轮制动不同步问题，大大消除了安全隐患。试验测量结果表明，前后轴距13米的车，采用本发明技术方案的后轮制动动作比前轮制动动作的延迟小于0.01秒。
在本发明的优选方案中，电流压力传感器采用具有灵敏度高、响应频率快、体积小、重量轻、可靠性高等特点的陶瓷压电体，既可准确地测量动态气压，又可根据实际需要设定测量部位，使本发明可广泛适用于使用气刹制动的各类大中型汽车、火车、城市轻轨车。
本发明技术方案充分利用了现有气压制动系统的结构，不需对现有管路进行大规模改造，在前、后制动单元之间连接电流控制单元即可完成，具有成本低、效果显著的特点。本发明的电流控制单元既可以独自承担前后轮的同步控制，又可以与传统的气压制动系统共同工作，实现制动控制的双冗余，最大限度地提高汽车制动控制的可靠性，彻底消除因制动不同步所引起的安全隐患。
显然，本发明还具有更深化的功能特征和更广泛的应用前景。例如，本发明还可与汽车上设置的ABS防抱死制动系统和其它安全系统配合，实现更广意义的安全控制。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中标记列示如下：
1-刹车板；2-前制动单元；21-前储气罐；22-刹车阀；23-前制动气室；3-电压控制单元；31-第一电流压力传感器；32-控制器；33-压电阀；34-第二电流压力传感器；4-后制动单元；41-后储气罐；42-继动阀；43-后制动气室；5-空气压缩机；6-气体传输管路；7-电信号传输线。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
图1为本发明结构示意图。如图1所示，本发明电流控制同步协调气压制动系统由依次连接的前制动单元2、电流控制单元3和后制动单元4组成。前制动单元2包括依次连接的前储气罐21、刹车阀22和前制动气室23。当汽车驾驶员踏下刹车阀22时，与空气压缩机5连通的前储气罐21的压缩空气通过刹车阀22进入制动气室23，前制动器推杆动作，推动调整臂进行制动。后制动单元4包括依次连接的后储气罐41、继动阀42和后制动气室43。继动阀42根据输入的气体信号开启，与后储气罐41连通的压缩空气通过继动阀42进入制动气室43，后制动器推杆动作，推动调整臂进行制动。
本发明的核心是在前制动单元2和后制动单元4之间设置了保证前后刹车同步协调动作的电流控制单元3，更具体地说，所述后制动单元4由电流控制单元3通过设置于所述前制动单元2气压传递路径上的第一电流压力传感器31获得的电流信号作为控制信号进行控制。电流控制单元3包括依次连接的第一电流压力传感器31、单片机智能控制器32和压电阀33，其中所述第一电流压力传感器31设置在刹车阀22的输出端，压电阀33与继动阀42连接。第一电流压力传感器31采集刹车阀22的输出气压参数，并向控制器32输出电流信号；控制器32处理所述电流信号后向压电阀33输出控制信号，这样电信号被还原为相应的气压信号，压电阀33输出气压信号控制继动阀42的开启动作。
在本实施例中，利用压电效应的第一电流压力传感器31是陶瓷压电体。所述陶瓷压电体设置在刹车阀22的输出端，将0～8kg/cm2的气压按比例转化为4～20mA的微电流向控制器32输出。由于陶瓷压电体具有无源、灵敏度高和响应频率快等特点，精确度可达0.1％，是本发明较理想的测量动态气压的传感装置。陶瓷压电体体积小、重量轻、可靠性高，也可安装在其它感压部位。
单片机智能控制器32采用MCU，由输入信号处理电路和输出驱动电路组成。输入信号处理电路接收陶瓷压电体输出的4～20mA电流信号，输出驱动电路根据MCU的指令输出电压信号控制压电阀33动作。
压电阀33是利用压电陶瓷特性产生可控流量的一种智能阀门。本实施例优选方案采用比例式压电阀，根据控制器32输出的电压信号按比例开启调节阀门，输出不同压力的空气。比例式压电阀的核心为一块压电材料，利用压电效应实现阀的切换，切换功率仅为1mW，切换周期仅为2ms，具有反应灵敏、动作可靠、结构紧凑等特点，十分适合作为本发明技术方案中的驱动机构。
由于第一电流压力传感器31、控制器32和压电阀33之间的电流信号传输速度很快，在短距离内的时间差忽略不计，所以继动阀42的动作时刻基本上与刹车阀22的动作时刻相同，因此前后轮可以实现同步制动。试验测量结果表明，前后轴距13米的车，采用本发明技术方案的后轮制动动作比前轮制动动作的延迟小于0.01秒。
为精确控制压电阀33的输出压力，并使前、后制动气室的制动气压保持一致，本发明还设置了反馈电路。所述反馈电路包括分别与控制器32和压电阀33输出端连接的第二电流压力传感器34。本实施例中，所述第二电流压力传感器34为陶瓷压电体，该陶瓷压电体采集压电阀33的输出气压参数，将气压转换成4～20mA的微电流反馈给控制器32。控制器32将第二电流压力传感器34的反馈电流与第一电流压力传感器31的输出电流比较后，消除误差，输出信号再去控制压电阀33，通过这种闭环电路的控制，使前、后制动气室的制动气压保持一致，由于电信号的传输几乎没有延时，使本发明实现了真正意义上的同步协调制动。
本发明的技术方案可以根据实际需要设置多种设计结构。例如，对于要求前、后制动单元完全同步的设计要求，本发明可以采用电流控制单元3同时控制前、后继动阀，实现完全绝对的同步制动(即前后轮制动无延迟)。该技术方案与图1所示的结构流程稍有不同，但仍没有脱离本发明的技术构思。
从上述实施例可以看出，本发明技术方案充分利用了现有气压制动系统的结构，不需对现有管路进行大规模改造，在前、后制动单元之间连接电流控制单元3即可完成，具有成本低、效果显著的特点。显然，本发明的电流控制单元3既可以独自承担前后轮的同步控制，又可以与传统的气压制动系统共同工作，实现气压制动系统的双冗余，最大限度地提高汽车制动性能的可靠性。
显然，本发明还具有更深化的功能特征和更广泛的应用前景。例如，本发明还可与汽车上设置的ABS防抱死制动系统和其它安全系统配合，实现更广意义的安全控制。
本发明可广泛适用于各类大中型汽车、火车、城市轻轨车的制动系统应用。
以上仅为本发明具体实施方式的说明，不以任何形式对本发明做出限制。应当指出，对本领域技术人员来说，依据本发明的指导思想还可以做出很多相关的变形和改进，但这些均将落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电流控制同步协调气压制动系统，包括前制动单元和后制动单元，以及与所述前制动单元和后制动单元连接的电流控制单元，所述前制动单元包括依次连接的前储气罐、刹车阀和前制动气室；所述后制动单元包括依次连接的后储气罐、继动阀和后制动气室；所述电流控制单元通过设置于所述前制动单元气压传递路径上的第一电流压力传感器获得的电流信号作为控制所述后制动单元的控制信号，经控制器输出控制信号给压电阀，通过压电阀控制继动阀；其特征在于：所述电流控制单元还包括一使所述前、后制动气室的制动气压保持一致的反馈电路，所述反馈电路连接控制器和压电阀的输出端，该反馈电路包括一采集压电阀输出端气压的第二电流压力传感器。
2.如权利要求1所述的电流控制同步协调气压制动系统，其特征在于，所述第一和第二电流压力传感器为陶瓷压电体。
3.如权利要求2所述的电流控制同步协调气压制动系统，其特征在于，所述控制器为单片机智能控制器。
4.如权利要求3所述的电流控制同步协调气压制动系统，其特征在于，所述陶瓷压电体将0～0.8MPa的气压按比例转化为4～20mA的微电流向单片机智能控制器输出。
5.如权利要求1所述的电流控制同步协调气压制动系统，其特征在于，所述压电阀为比例式压电阀。
6.如权利要求3所述的电流控制同步协调气压制动系统，其特征在于，所述前制动单元和后制动单元同步制动的延迟在0.01秒以内。
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