CN1617812A - 用于汽车挂车的电制动装置及其操纵方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车挂车(5)的电制动装置(1)以及一种用于制动装置的控制方法。配有一个刚性牵引杆装置(7)的汽车挂车(5)通过在牵引车(2)制动时产生的冲撞力制动，其中制动装置(1)具有一个可以装配到刚性牵引杆装置(7)上的力测量装置(23)，它最好通过应变计(24，25)无运动地记录轴向作用在牵引杆装置(7)上的拉力和压力并通过一个控制器(26)获得用于制动所需的车轮制动器作用力并相应地操纵电车轮制动器。

Description

用于汽车挂车的电制动装置及其操纵方法
本发明涉及一种具有在方法和装置主权利要求前序部分中所述特征的用于汽车挂车的电制动装置及其操纵方法。
在美国已知这种用于汽车挂车的电制动装置。它们由电车轮制动器和一个测量装置组成，该车轮制动器具有一个可以连接到牵引汽车上的电源，该测量装置具有一个控制器用于获得所需的制动力。该测量装置由惯性测量仪和摆动测量仪构成，摆动测量仪接收制动时的延迟并在控制器上信号化。该控制器本身通过控制导线操纵电车轮制动器。该车轮制动器由制动块或其它制动部件组成，它们通过一个电动伺服驱动控制和充气。
本发明的目的是，提出一种更好的用于汽车挂车的电制动技术。
本发明通过在方法和装置主权利要求中的特征实现这个目的。
按照本发明的用于惯性制动挂车的电制动装置具有优点，该制动装置可以比上述已知的摆动或惯性测量仪更好且更精确地获得挂车在制动和重新加速时所产生的作用力。力测量装置也可以更快地反应，因此更早且更精确地对制动作出反应。作用力可以通过任意适合的方式直接或间接地、例如通过应力进行测量。在优选的实施例中所述应力测量装置由多个电子应变计组成并可以无运动地记录所产生的作用力。为此还具有一个完全刚性的牵引杆装置。除了在牵引杆和测量范围中的活动部件、如滑移部件或类似部件以外排除由于质量惯性、摩擦阻力、腐蚀现象等等造成的虚假影响。通过电应变计可以直接记录在牵引杆装置中直接产生的拉伸和张紧形式的拉力和压力，这一点提供最大的测量精度。
此外无摩擦和由于低的构造和保养费用产生的经济性是有利的。
为了提高测量精度，建议将应变计设置在一个刚性且最好实心壁的管接头上。在此它们设置在两个相互对置的纵向侧面上并最好位于管接头的中性相态区，在中性相态区中性弯曲线相对于垂直作用力延伸。通过这种方法可以尽可能地排除在测量时弯曲应力的影响。实心且无断口的壁板同样对测量结果具有积极的影响。
所述管接头在前端刚性地与挂车离合器连接并最好一体地成形在离合器外壳上。所述管接头在另一端与牵引杆装置刚性连接。在这个部位的一个夹紧和螺栓连接结构具有优点，它对于交变负荷也是持久可靠的，此外不会对力测量施加干扰影响。为此目的，如果应变计基本设置在前端的离合器外壳与向后的固定位置之间的轴向中间处并且与固定位置具有一个足够的间距是有利的。
所述控制器最好由高度集成的小型结构的控制器构成，它可以节省空间且受保护地安置在管接头内部。由此也可以缩短电应变计与控制器之间的导线连接。通过管接头也可以受保护地安置和敷设电源的前端连接电缆和通向电车轮制动器的向后的控制导线。出于相同的原因控制导线也可以在车架纵梁的内部空间里继续延伸到车轮制动器。
所述电源和连接电缆可以连接到牵引车的挂车插座上。它们通过永久正极触点(Dauerplus-kontakt)为控制器、力测量装置和电车轮制动器的运行供电。此外通过连接到牵引车的制动灯触点使挂车制动功能的接通和断开取决于牵引车中制动踏板的操纵。此外可以实现预制动，其中在力测量装置检测到挂车的冲撞力之前，挂车制动就已经在稍微操纵牵引车制动踏板时通过一个由控制器给出的相应给定值进行控制。此外通过这种最好可以调整到挂车重量的预制动可以排除挂车的摆动和离心以及左右晃动。
所述电制动装置能够在首次配备过程中组合在新的汽车挂车里面并可以与这个汽车挂车构成一个结构单元。因此本发明也包括具有一个集成的电制动装置的汽车挂车。此外本发明示出一个制动头，它由用于任意的牵引杆装置的固定部件构成并且它能够实现构成补装或改装的电制动装置或其它制动装置。在此在电车轮制动器和控制导线的扩大使用情况下已知的美国实施例的摆动测量仪和控制器可以由制动头替换。该制动头也可以作为独立的、必要时还要通过电车轮制动器补充的结构单元提供给汽车挂车的制造者，并在那里与任意的车架组合。在此推荐预精整，以便进一步简化安装。
在从属权利要求中给出本发明的其它有利的改进方案。
在附图中示例性地且示意地示出本发明。附图中：
图1以断开的侧视图示出由牵引车和汽车挂车组成的挂车，它具有一个用于挂车的电制动装置，
图2以局部断开的侧视图示出一个制动头，它具有一个挂车离合器和一个具有集成在一起的控制器和力测量装置的成形的管接头，
图3示出按照图2中箭头III的制动头俯视图，
图4以断开的侧视图示出一个完整的制动头，它具有装配附件和一个固定装置用于与汽车挂车的牵引杆装置连接，
图5示出沿着图4中V-V剖切线剖切制动头的横截面图，
图6示出按照图4中箭头VI的制动头俯视图，
图7至9以侧视图、俯视图和正视图示出制动头的夹紧部件，
图10和11以横截面图示出管接头和固定装置的两个几何形状变化。
图1以断开的侧视图示出一个牵引车(2)和一个耦联的且根据冲撞力制动的汽车挂车(5)。该牵引车(2)最好是轿车或轻型载重车并具有一个适合的牵引杆装置、如一个牵引钩或一个所谓的球形颈(3)，它在端部具有一个离合球。此外在牵引车(2)上在后盖处设置一个电的多极插座(4)，在其上通过不同的触点已经建立起具有永久正极的电流导线、用于牵引车(2)制动操作的制动灯信号和其它的用于挂车照明所需的电压和信号电流。
所述汽车挂车(5)具有一个任意结构形式的车架(6)，它配有一个刚性的牵引杆装置(7)。该车架(6)具有一个任意的结构并且有一个或多个具有轮子(9)的轴。所述牵引杆装置(7)在所示实施例中包括一个V形牵引杆，它具有两个向前成尖头一起延伸的并相互连接的牵引梁(8)。它们可以一体地过渡到车架(6)的纵梁或者与这个纵梁刚性连接。也可以选择另一牵引杆形式，例如一个单管牵引杆，它在车架(6)上具有一个相应的接头。此外牵引杆装置(7)可以包括一个挂车离合器(12)。
所述汽车挂车(5)具有一个电制动装置(1)，它由牵引车(2)通过一个连接电缆(28)和一个电源(27)供电。该电制动装置(1)在每个轮子(9)上包括一个或多个电车轮制动器(10)，它们可以具有任意的适合的结构形式。例如可以是鼓式制动器、盘式制动器或其它任意的适合的制动系统，它们配有一个任意的适合的电调整装置。该调整装置例如可以由具有弹簧加载调整杠杆的电磁铁、由电动主轴电机或者由任意其它的电的、电磁或类似激励器组成。
所述电车轮制动器(10)分别通过一个控制导线(29)与电制动装置(1)的控制器(26)连接并与电源(27)连接。
所述牵引梁(8)在前端具有挂车离合器(12)，它与牵引梁刚性连接。该挂车离合器(12)具有一个离合器外壳(13)，该外壳具有一个例如与牵引钩(3)的球形头共同作用的离合机构(14)。此外在挂车离合器(12)处可以有一个手刹装置(15)。这个装置可以作为纯机械的附加制动配有拉绳和可机械控制的车轮制动器上的制动块。也可以选择使这个装置连接到电制动装置(1)上，其中通过电池、自锁装置或类似机构也可以在断开耦联状态和不从牵引车(2)供电的情况下实现功能。
所述电制动装置(1)通过在牵引车(2)制动时在汽车挂车(5)上由于惯性产生的冲撞力进行控制。为了测量冲撞力或制动力并为了相应地操纵电车轮制动器(10)，该电制动装置具有一个最好装配在刚性牵引杆装置(7)外侧、但是可选择或附加地也可以装配在内侧的力测量装置(23)，它们最好无运动地作为压缩或拉伸记录在牵引杆装置(7)中作用的轴向拉力和压力。在此最好在力测量装置(23)处避开活动部件。
所述力测量装置(23)在所示实施例中具有多个应变计(24，25)，它们设置在管接头(16)的两个纵向延伸的侧壁上。该管接头(16)是刚性的并具有一个薄壁。为了避开干扰影响管壁最好在测量装置处是实心的，即没有断口、薄弱结构等等。
如图2所示，两个电应变计(24，25)分别在纵向和横向上最好在直径上对置的位置的设置在管接头(16)外面两侧。该应变计(24，25)在此位于管接头(16)的中性相态(22)区。这个中性相态区是在垂直力作用于牵引杆装置(7)或管接头(16)时的中性弯曲线范围并且也称为中性纤维。在这个中性相态(22)至少尽可能地避开弯曲应力，因此应变计(24，25)间接地通过拉伸和压缩在管接头(16)中首先测量在使用处产生的且沿着管轴线取向的轴向拉力和压力。对于中心设置的管接头(16)所测量的拉力和压力沿着中间的挂车纵向轴线取向。
对于应变计(24，25)在刚性牵引杆装置(7)如牵引梁另一位置上的另一可选择布置方案中，测量在那里产生的且沿着牵引梁取向的轴向拉力和压力。对于所有的实施例在必要时也可以测量或获得垂直的横向力。
所述应变计(24，25)例如在一个惠斯顿电桥中连接在一起并进行温度补偿。通过一个适合的应变片取向和一个相应的电桥也可以补偿横向力和支承力或其它不期望的影响。所述应变计(24，25)以及其电桥与控制器(26)通过在图2中所示的导线连接。
最好直的管接头(16)在前端刚性地与挂车离合器(12)连接。在优选的实施例中所述管接头(16)一体地成形在挂车离合器(12)向下敞开的离合器外壳(13)上。在此例如横截面为U形的离合器外壳(13)向后面延长形成管接头(16)，其中与后面的离合器机构(14)间隔距离地拉伸出一个底板部件(17)并通过焊接或类似工艺固定用于形成封闭的管壁。该底板部件(17)可以在前边缘上具有一个倒固的切口。所述挂车离合器(12)和管接头(16)最好由金属制成并且可以由钢板冲压和弯曲部件构成或者由铸造部件构成。
所述管接头(16)在后端上通过一个固定装置(19)与牵引梁(8)刚性连接。由此通过管接头(16)和固定装置(19)使挂车离合器(12)与牵引梁(8)和整个车架(6)组成一个连续的刚性连接结构。
所述固定装置(19)具有一个夹紧和螺栓连接结构(21)。这个连接结构由一个在后部外侧围卡管接头(16)的夹紧部件(20)构成，它在底侧通过焊接或类似工艺固定在一个最好金属的装配附件(18)、例如一个牵引板上。该夹紧部件(20)由金属制成并在横截面上具有一个向下敞开的弓形的U形。该夹紧部件(20)在前部漏斗形地扩大，由此例如可以构成一个用于应变计(24，25)的遮盖且受保护的装配空间。
通过这种造型使夹紧部件(20)与装配附件(18)构成一个用于紧密围卡的容纳管和一个与管接头(16)后端的夹紧连接。在这个夹紧范围里管接头(16)和夹紧部件(20)的侧壁具有对准的通孔用于最好横置的螺栓连接和其它适合的形状配合连接如铆接或类似连接。这些通孔同样最好位于中性相态(22)区。
所述力测量装置(23)、尤其是以电应变计(24，25)的形式在牵引杆装置(7)的纵向上定位在一个合适的位置上，在那里最好能够直接或间接地测量尽可能所有的由于牵引车(2)与汽车挂车(5)之间的速度差和尤其由于汽车挂车(5)的质量惯性引起的冲撞力和矫顽力。这个使用地点最好位于挂车离合器(12)在牵引钩(3)上的耦联点与汽车挂车(5)质量重心之间、尤其是耦联点与挂车结构在车架(6)上的最近的固定位置之间，以便能够获得尽可能大的重力分量。
在所示实施例中所述应变计(24，25)轴向最好设置在挂车离合器(12)与其离合器机构(14)与管接头(16)上的夹紧部件(20)之间的中间部位。它们例如在高度上或者间距上设置在底板部件(17)的前边缘后面。由此使它们除掉来自螺栓连接(21)和挂车离合器(12)的干扰影响。
所述装配附件(18)或牵引板与牵引梁(8)通过螺栓或类似部件连接。在此牵引板(18)最好顶靠在横截面为C形的牵引梁(8)的倒棱的上皮带表面上并旋紧在这里。该牵引板(18)在此具有一个适配于牵引杆形状的结构。在夹紧部件(20)处牵引板(18)还具有一个突出的凸起(30)，它为管接头(16)也为夹紧部件(20)在固定时提供一个侧面导向。
所述管接头(16)和夹紧部件(20)可以具有一个任意的适合的横截面。在图1至9的实施例中它们都具有一个基本上矩形的横截面。在此管接头(16)的侧壁和拉伸的底板部件(17)都向下突出一小段并在这里在凸起(30)的侧面上导引。
对此图10和11示出一种变型，其中在图10中所述管接头(16)由圆形横截面的圆柱管构成。所述夹紧部件(20)是一个倒圆的弓形件，它在上部具有一个紧密围卡管接头(16)的拱起而在下部具有连接的垂直壁。在此所述凸起(30)可以具有中心的纵向槽用于导引圆形管接头(16)。所述通孔或螺栓连接结构(21)至少部分地位于圆形部位。
在图11的变型中示出一个横截面为椭圆的管接头(16)，它具有一个相应适配的夹紧部件(20)。该椭圆管接头(16)在中间处具有直的垂直壁段，在其中设置通孔或螺栓连接结构(21)。所述管接头(16)在横截面上也可以具有椭圆形状、棱形形状或其它任意的形状。
所述控制器(26)是高度集成的控制器，它以汽车(2)现有的电压、如12、24或42伏工作，必要时可以变压。出于故障保险的原因该控制器(26)也可以具有一个集成的蓄能器，如一个电池，通过它可以在暂时中断时过渡性地供电。在此所述控制器(26)也可以具有一个监控电路用于监控电源和应答牵引车(2)上可能存在的故障状态。该控制器(26)可以设置在汽车挂车(5)的任意位置上。该控制器(26)的结构最好这样小，使它可以在管接头(16)内部空间中或在牵引梁(8)中找到位置。
所述控制器(26)可以通过连接电缆(28)连接到牵引车(2)的插座(4)上。在此连接电缆(28)可以是通用电缆并且也包括用于挂车照明所需的导线(未示出)，它们在必要时连接在控制器(26)上然后从那里继续引到汽车挂车(5)的照明装置，如制动灯、雾灯、倒车灯、标志灯、闪灯、附加的轮廓灯等。所述控制器(26)为了电制动装置(1)通过导线与永久正极并与牵引车(2)插座(4)的制动灯极连接。
所述控制器(26)作为自由编程以及计算机支持的控制器配有一个或多个微处理器、数据存储器、以及I/O接口。它含有一个比较和计算电路和一个控制电路用于操纵电车轮制动器(10)。来自已连接的电应变计(24，25)的力信号在控制器(26)中进行计算并转换成一个操纵电车轮制动器(10)的控制信号。
所述控制功能通过牵引车(2)的制动灯信号接通和断开。在此通过一个信号比较也可以执行汽车挂车(5)的预制动。牵引车(2)的制动灯信号在稍微操纵制动踏板时已经作出反应并接通控制器(26)。对于这种稍微的制动还不能测量到显著的延迟尤其是也测量不到汽车挂车(5)的冲撞和对应变计(24，25)的显著压力或者力测量信号位于一个给定的接通阈值以下。在这种情况下通过在控制器(26)中存储的程序已经在预制动行程中通过可调整的力操纵电车轮制动器(10)，使得汽车挂车(5)在牵引车(2)之前制动并由此使挂车保持拉力。预制动排除汽车挂车(5)的晃动和摆动效应。
一旦应变计(24，25)的力测量信号位于压力区并超过给定的阈值，则接通到正常的制动模式，其中根据力测量信号通过相应给定的程序操纵电车轮制动器(10)并在强度上进行控制和调节。一旦力测量信号又回落到上述阈值以下或变换到拉力区，则可以通过控制器(26)停止制动作用。只要司机的脚操纵制动踏板并使制动信号闪烁，就出现上述过程。在这种情况下所述控制器(26)还具有一定程度组合的再制动时间并使电车轮制动器(10)延迟释放。
图2至6示出一个制动头(11)的结构，它作为结构部件可以用于车架或汽车挂车(5)的首次配备和补装并在必要时也可以用于改装现有的电制动装置(1)。该制动头(11)由挂车离合器(12)组成，它具有已连接的管接头(16)以及固定装置(19)和集成的控制器(26)。对于这个实施例所述控制器(26)最好设置在管接头(16)内部并基本在应变计(24，25)的高度上。整个制动头(11)可以通过牵引板(18)作为完整的结构部件安装到牵引杆(7)上并与其通过螺栓或类似部件可靠连接。
所述电源(27)的连接电缆(28)已经与控制器(26)连接并穿过管接头(16)前端敞开的端部向下通过离合器外壳(13)的外露开孔引出来。在控制器(26)背面必要时可以插上已经存在的控制导线(29)。它们可以从后面从管接头(16)和夹紧部件(20)敞开的端部突出来。在这里在必要时可以具有一个相应的保护盖板。所述控制导线(29)可以穿过牵引板(18)上的孔向下并引到牵引梁(8)，在牵引梁中使控制导线向后敷设到电车轮制动器(10)。在控制器(26)背面也可以连接用于汽车照明的供电导线(未示出)。也可以选择使控制导线或供电导线在管接头(16)或夹紧部件(20)中向下穿出并引到牵引梁(8)。
所述制动头(11)可以通过其力测量装置(23)和其控制器(26)预精整。由此可以使挂车生产者安装制动头而无需进行自身的精整。必要时，如果制动头(11)要用于不同的重量并出现相应不同的精整，生产者还可以在控制器(26)上对实际许用的挂车重量进行调节或选择。
可以以不同的方式实现所示实施例的变型。一方面电制动装置(1)尤其是制动头(11)可以与其它的牵引杆(7)连接、例如一个单管牵引杆。在此例如所述夹紧部件(20)可以直接与单管牵引杆的前端连接。否则也可以使用另一相应适合的装配附件(18)。通过相应的附件结构也可以实现对刚性牵引杆的任意其它形状的配合和固定。
在另一变型中在管接头(16)上也可以在顶面或底面替代地或附加地设置应变计副。由此对于相应的应变片装置也能够接受车架(6)相对于牵引车(2)的横向运动。在另一变型中应变计(24，25)也可以直接设置在牵引梁(8)或纵梁上或者刚性牵引杆装置(7)或车架(6)的其它位置上，其中牵引梁(8)在前端其本身刚性地与挂车离合器(12)连接。在此耐交变负荷的连接、如焊接或类似连接是有利的。
附图标记清单
1     电制动装置
2     牵引车
3     牵引钩，球形颈
4     插座
5     汽车挂车
6     车架
7     牵引杆装置，牵引杆
8     牵引梁，纵梁
9     车轮
10    电车轮制动器
11    制动头
12    挂车离合器
13    离合器外壳
14    离合器机构
15    手刹装置
16    管接头
17    底板部件
18    装配附件，牵引板
19    固定装置
20    夹紧部件，夹紧弓
21    螺栓连接结构
22    中性相态
23    力测量装置
24    应变计，DMS
25    应变计，DMS
26    控制器
27    电源
28    连接电缆
29    控制电缆
30    凸起

Claims (16)

1.一种用于汽车挂车(5)的电制动装置(1)，具有一个刚性的牵引杆装置(7)和一个挂车离合器(12)，其中制动装置(1)具有一个可以连接到牵引车(2)上的电源(27)、电车轮制动器(10)和一个测量装置以及一个用于获得所需制动力的控制器(26)，其特征在于，所述测量装置是一个可装配在刚性牵引杆装置(7)上的力测量装置(23)，它无运动地记录轴向上作用在牵引杆装置(7)上的拉力和压力。
2.如权利要求1所述的制动装置，其特征在于，所述力测量装置(23)具有多个电应变计(24，25)。
3.如权利要求1或2所述的制动装置，其特征在于，所述应变计(24，25)设置在刚性的实心壁管接头(16)的两侧。
4.如权利要求1，2或3所述的制动装置，其特征在于，所述应变计(24，25)设置在管接头(16)的中性相态(22)区。
5.如权利要求1，2，3或4所述的制动装置，其特征在于，直的管接头(16)刚性地与挂车离合器(12)连接。
6.如权利要求5所述的制动装置，其特征在于，所述管接头(16)一体地成形在挂车离合器(12)的离合器外壳(13)上。
7.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述管接头(16)通过一个固定装置(19)通过夹紧和螺栓连接结构(21)与牵引杆装置(7)连接。
8.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述管接头(16)通过一个外侧围卡的夹紧部件(20)固定在一个装配附件(18)、最好是一个牵引板上。
9.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述应变计(24，25)轴向设置在挂车离合器(12)与管接头(16)上的夹紧部件(20)之间的中间处。
10.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述装配附件(18)具有一个轴向凸起(30)，用于导引管接头(16)。
11.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述装配附件(18)与一个或多个牵引梁(8)的前端刚性连接。
12.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述控制器(26)设置在管接头(16)里面。
13.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，电控制导线(29)在车架(6)的纵梁中敷设到电车轮制动器(10)。
14.如上述权利要求中任一项所述的制动装置，其特征在于，所述电制动装置(1)的电源(27)具有一个具有触点的连接电缆(28)，所述触点用于与牵引车(2)的制动灯和永久正极的导线连接。
15.一种用于尤其是如上述权利要求中任一项所述的制动装置的制动头，其特征在于，所述制动头(11)是牵引杆装置(7)的安装部件并且具有配有管接头(16)的挂车离合器(12)、应变计(24，25)、控制器(26)、电源(27)和装配附件(18)。
16.一种用于操纵汽车挂车(5)的电制动装置(1)的方法，该挂车配有一个刚性的牵引杆装置(7)和一个挂车离合器(12)，其中所述制动装置(1)具有一个可以连接到牵引车(2)的电源(27)、电车轮制动器(10)和一个测量装置以及一个控制装置用于获得和推导所需的制动力，其特征在于，在牵引车(2)制动时在汽车挂车(5)上产生的对刚性牵引杆装置(7)的冲撞力作为轴向作用在牵引杆装置(7)上的拉力和压力无运动地通过顶压或延伸借助应变计(24，25)被测量。
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