CN2925986Y - 中重型汽车稳定性电子控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中重型汽车稳定性电子控制系统，即是气压式中重型汽车稳定性电子控制系统。其包括空气处理单元(10)、储气筒(11、12、13)、前轮制动气室(3、5)、后轮弹簧储能制动气室(23、26)和中央控制单元(33)等零部件。其特征是在汽车后悬架空气弹簧气囊上设置一个载荷压力传感器(29)，在汽车纵轴线靠近汽车重心的纵梁上设置侧向加速度传感器(30)和横摆角速度传感器(31)，在方向盘转向柱上设置方向盘转角传感器(32)，在制动阀(15)上设置制动强度传感器(14、16)。该系统克服了汽车制动时稳定性差的缺点，既满足中重型汽车的制动力要求，又提高系统的操纵稳定性和躲避障碍物的能力。

Description

中重型汽车稳定性电子控制系统

技术领域

本实用新型涉及汽车主动安全行驶装置，尤其是涉及一种在保留制动防抱死(ABS，Anti-lock Brake System)和驱动防滑转(ASR，Acceleration Slip Regulation)功能的基础上加入了稳定性控制的中重型汽车稳定性电子控制系统(ESP，Electronic ControlledStability Program)。

背景技术

经专利检索，国内有三个公司申请过与本申请有关的专利：第一个是上海燃料电池汽车动力系统有限公司申请的“依靠电动助力转向系统试验主动转向的电子稳定性控制系统”，申请号是CN200510030560.2，申请日是2005年10月14日，公开日是2006年3月22日，公开号是CN1749077；第二个是上海汇众汽车制造有限公司申请的“汽车电子稳定控制系统的液压执行机构”，申请号是CN200520038787.7，申请日是2005年1月7日，公开号是CN2763145，公开日是2006年3月8日；第三个是同济大学新能源汽车工程中心申请的“汽车电子稳定控制系统”，申请号是CN02266313.4，申请日是2002年8月14日，授权公开(公告)日是2004年2月11日，公告号是CN2602978。上海燃料电池汽车动力有限公司的“依靠电动助力转向系统试验主动转向的电子稳定性控制系统”是靠电子助力转向系统实施主动转向电子稳定控制系统。上海汇众汽车制造有限公司的“汽车电子稳定控制系统的液压执行机构”是用一个液压执行机构来提高汽车稳定性的电子控制系统。同济大学新能源汽车工程中心的“汽车电子稳定控制系统”是利用轮边驱动电机的制动功能代替原来的液压制动系统执行系统，来达到ESP的控制效果。以上三个专利都是针对乘用车的液压系统开发的执行机构，从而提高乘用车的稳定性控制，但对中重型汽车而言，液压制动系统所提供的制动力矩不能满足中重型汽车的制动需求，而且液压制动系统结构复杂，气压制动的汽车稳定电子控制系统在国内还处于空白。

集成ABS/ASR控制系统是一种集制动防抱死功能和驱动防滑转功能于一体的主动安全行驶装置，能够防止车辆在制动、起步和加速时由于车轮和地面之间产生过渡滑转或过渡滑移而导致车辆丧失行驶方向稳定性、动力性和转向操纵能力，使车辆在制动和驱动时都具有良好的操纵性，缩短反应时间，使车辆处于可控状态以保证行车安全的装置。目前，国内中重型汽车制动系统多采用气压制动方式，由制动阀控制气体的流动，当车轮发生抱死时由电磁阀调节制动气体的压力。但气压传动的缺点是系统反应时间长，滞后现象严重，这就使制动距离过长，降低行车的安全性。另外，现有的集成ABS/ASR控制系统多与有挂车的重型汽车相匹配，其结构复杂，牵引车和挂车制动时不同步工作，牵引车和挂车结合处磨损严重(兼容性差)。

发明内容

本实用新型所要解决技术问题是提供一种中重型汽车稳定性电子控制系统，尤其是提供一种可保证中重型汽车制动反应时间短，快速感知驾驶员的操作意图；加挂车时，挂车稳定性好，从而保证牵引车和挂车在转向、制动、驱动时都处于稳定状态，并具有良好的操纵稳定性、结构简单、安装容易、成本低廉、控制精度更高的适合于中重型汽车的气压式汽车稳定性电子控制系统。

本实用新型是按如下技术方案实现的。提供的中重型汽车稳定性电子控制系统包括空压机，空气处理单元，三个储气筒，车轮上安装的车轮转速传感器，左、右前轮制动气室，右、左后轮弹簧储能制动气室，制动阀，发动机控制单元，中央控制单元，手制动阀，继动阀，电子压力调节阀，电子压力调节器，其特征在于：在汽车后悬架的空气弹簧气囊上设置一个用于确定制动时前轴、后轴的载荷转移程度的载荷压力传感器；在汽车纵轴线靠近汽车重心的纵梁上设置一个用于确定车辆的行驶过程中侧向加速度和横摆角速度数值的侧向加速度传感器与一个横摆角速度传感器；在方向盘转向柱上设置一个用于感知驾驶员给转向轴的角度输入的方向盘转角传感器；在制动阀上设置两个用于确定双气体回路上的驾驶员需要的制动强度的制动强度传感器；载荷压力传感器，侧向加速度传感器，横摆角速度传感器，方向盘转角传感器和两个制动强度传感器的通讯端口分别与中央控制单元通讯端口线连接。

按照本实用新型技术方案提供的一种中重型汽车稳定性电子控制系统，其特征在于：当设有挂车时，在该系统中还设置一个挂车电子压力调节器，挂车连接头；该挂车电子压力调节器和挂车连接头的通讯端口分别与中央控制单元的通讯端口线连接；挂车电子压力调节器的四个进气口分别与第一个储气筒的出气口、手制动阀的出气口、制动阀的两个出气口气路连接。

通过实时采集车轮转速传感器和压力传感器(内嵌于电子压力调节阀与电子压力调节器)的信号，并通过信号线送至中央控制单元，由中央控制单元对信号进行分析、处理生成控制指令发送到执行机构电子压力调节阀、电子压力调节器和挂车电子压力调节器并执行相应的动作。

与现有的技术相比，本实用新型的优点如下：第一是本实用新型是一个整车系统的总体控制，它不仅具有牵引车的制动防抱死控制及驱动防滑控制的功能，还包含挂车的稳定性及防侧翻控制；第二是采用电气两回路的控制方式，既能满足中重型汽车的制动力要求，又提高系统的反应时间和容错能力；第三是在控制算法上，中重型汽车稳定性电子控制系统集合制动防抱死功能和驱动防滑功能于一体，并实现了制动时的制动力动态控制，提高了躲避障碍物的能力，操作稳定性有了改善；第四是制动时与挂车的制动兼容性得到改善，缩短制动距离，防止挂车的侧翻事故的发生，提高行车的安全性。

附图说明

图1为本实用新型中重型汽车稳定性电子控制系统的原理结构示意图。

图中：1.左前轮，2.左前轮车轮转速传感器，3.左前轮制动气室，4.电子压力调节阀，5.右前轮制动气室，6.右前轮车轮转速传感器，7.右前轮，8.电子压力调节阀，9.空压机，10.空气处理单元，11.储气筒，12.储气筒，13.储气筒，14.制动强度传感器，15.制动阀，16.制动强度传感器，17.手制动阀，18.继动阀，19.电子压力调节阀，20.电子压力调节器，21.右后轮，22.右后轮车轮转速传感器，23.右后轮弹簧储能制动气室，24.电子压力调节器，25.左后轮车轮转速传感器，26.左后轮弹簧储能制动气室，27.左后轮，28.挂车连接头，29.载荷压力传感器，30.侧向加速度传感器，31.横摆角速度传感器，32.方向盘转角传感器，33.中央控制单元，34.发动机控制单元。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施方式对本实用新型之结构做进一步详细说明。

参阅图1，一种用于中重型汽车上的汽车稳定性电子控制系统(ESP)，包括左前轮1，左前轮车轮转速传感器2，左前轮制动气室3，电子压力调节阀4，右前轮制动气室5，右前轮车轮转速传感器6，右前轮7，电子压力调节阀8，空压机9，空气处理单元10，储气筒11，储气筒12，储气筒13，制动强度传感器14，制动阀15，制动强度传感器16，手制动阀17，继动阀18，电子压力调节阀19，电子压力调节器20，右后轮21，右后轮车轮转速传感器22，右后轮弹簧储能制动气室23，电子压力调节器24，左后轮车轮转速传感器25，左后轮弹簧储能制动气室26，左后轮27，挂车连接头28，载荷压力传感器29，侧向加速度传感器30，横摆角速度传感器31，方向盘转角传感器32，中央控制单元33和发动机控制单元34。

组成中重型汽车稳定性电子控制系统的这些零部件分别用或者同时应用通信线路和通气管路依照设计方案按如下顺序连接装配起来：空压机9与空气处理单元10用气路连通，空气处理单元10的出气口与三个并联的储气筒11、12、13三个进气口气路连通，储气筒12、13的出气口与制动阀15的二个进气口气路连通，制动阀15的二个出气口示为A、B，出气口A通过气路分别与电子压力调节阀8和电子压力调节阀4的进气口连通，电子压力调节阀8和电子压力调节阀4的出气口分别与右前轮制动气室5和左前轮制动气室3进气口连通，用于控制右、左前轮制动气室5、3的制动压力；制动阀15的出气口B通过气路分别与电子压力调节器20和电子压力调节器24的进气口连通，电子压力调节器20和电子压力调节器24的出气口分别与右后轮弹簧储能制动气室23和左后轮弹簧储能制动气室26进气口连通，用于控制右、左后轮弹簧储能制动气室23、26的制动压力；储气筒11通过手制动阀17和继动阀18的一进气口和出气口与右、左后轮弹簧储能制动气室23、26气路连接；所述继动阀18的另一进气口与手制动阀17的出气口连通，其出气口与右、左后轮弹簧储能制动气室23、26相连接。

电子压力调节阀4的通讯端口，电子压力调节阀8的通讯端口，电子压力调节器20的通讯端口和电子压力调节器24的通讯端口分别与中央控制单元33的通讯端口线连接；左前轮上的车轮转速传感器2的通讯端口，右前车轮上的车轮转速传感器6的通讯端口，右后轮上的车轮转速传感器22的通讯端口和左后轮上的车轮转速传感器25的通讯端口分别与中央控制单元33的通讯端口线连接；在汽车后悬架的空气弹簧气囊上设置一个用于确定制动时前轴与后轴的载荷转移程度的载荷压力传感器29；在汽车纵轴线上靠近汽车重心位置的纵梁上设置用于确定车辆的行驶过程中侧向加速度和横摆角速度数值的侧向加速度传感器30与横摆角速度传感器31，在方向盘转向柱上设置用于感知驾驶员给转向轴角度输入的方向盘转角传感器32，，在制动阀上设置两个用于确定双气体回路上的驾驶员需要的制动强度的制动强度传感器14、16，载荷压力传感器29，侧向加速度传感器30，横摆角速度传感器31，方向盘转角传感器32和两个制动强度传感器14、16的通讯端口分别与中央控制单元通讯端口线连接。

当设有挂车时，在该系统中还设置一挂车电子压力调节器19、挂车连接头28，该挂车电子压力调节器19和挂车连接头28的通讯端口分别与中央控制单元33的通讯端口线连接，挂车电子压力调节器19的四个进气口分别与第一个储气筒11的出气口、手制动阀17出气口、制动阀15的两个出气口A、B气路连通。中央控制单元33与发动机控制单元34通讯均采用CAN(Controller Aera Network，控制器局域网)总线结构连接，以减轻车上的电线重量。

本实用新型汽车稳定性电子控制系统(ESP)的工作原理是：

通过方向盘转角传感器32和车轮转速传感器2、6、22、25信号识别驾驶员的驾驶意图，并把侧向加速度传感器30和横摆角速度传感器31测得信号值与中央控制单元33车辆模型计算的侧向加速度、横摆角速度、及方向盘转角的值进行对比，由中央控制器3 3发出控制指令，向特定的车轮实施制动控制，达到控制车辆稳定的目的。由于中重型汽车的满载货物时，重心高度较高，在转弯或躲避障碍物时容易发生侧翻事故，因此，中重型汽车稳定性电子控制的一个重要体现就是要控制车辆的侧翻(RSP，Roll Stability Program)。

在汽车的行驶过程中，如果前方突然出现障碍物时，驾驶员通常会在实施制动的同时猛打方向盘进行避让，这种情况下很容易发生失稳。此时，中央控制单元33会收到方向盘转角传感器32传来的方向盘转角信号的大小值及各个车轮1、7、21、27上的车轮转速传感器2、6、22、25传来的转速信号，并利用整车的动力学模型计算得到驾驶员上述操作要求的运动状态，与由车辆的侧向加速度传感器30和横摆角速度传感器31传来的信号计算得到的车辆当前的运动状态相比，并确定要求的轮胎作用力的大小，同时根据车轮转速信号判断当前车轮与路面之间的实际作用状态，计算得到实际能够提供的作用力的大小，将上述两个关于力的计算结果进行对比后，通过向电子压力调节阀4、8及电子压力调节器20、24发出控制指令，调整它们的电流的大小、强度来对通过它们的气体压力进行控制，从而对相应的车轮实施制动控制，达到控制车辆稳定行驶的作用。当地面和轮胎的摩擦力不足以抵消侧向力时，轮胎就会侧滑，引起车的横摆，造成不足转向或过多转向。这就需要对车辆进行横摆力矩控制，当车辆在转弯时发生转向不足使车辆向外偏离行驶路线，将制动力施加到牵引车的内后轮，同时对有挂车时的挂车进行全轮制动；发生转向过度时使车辆回转半径快速减少，将对外前轮实施制动控制，同时对有挂车时的挂车进行全轮制动；当带有挂车时，满载高速行驶突然转向时，高的重心将使部分车轮偏离地面，此时，中央控制单元33将会通过对横摆角速度传感器31及侧向加速度传感器30的信号进行分析计算后，对所有的车轮都实施制动控制，迅速降低车速，制动压力的大小与侧翻的程度成一定的比例。

当驾驶员判断需要对车辆进行减速时，驾驶员踩下制动踏板(制动踏板推动制动阀15产生动作)，使内嵌于制动阀15的两个制动强度传感器14、16产生一个电信号，此电信号能够反应出驾驶员踩下制动踏板的力度和速度的信息，该信号由信号线传递到中央控制单元33中，中央控制单元33把由轮速传感器2、6、22、25送来的车轮转速信息及电子压力调节阀4、8，电子压力调节器20、24内压力传感器(图中没有画出，内嵌在电子压力调节器件中)测得的压力信息经过分析、计算后再由中央控制单元33内部的程序发出控制指令，控制指令由通讯线传递到电子压力调节阀4、8和电子压力调节器20、24中去，它们在接收到中央控制单元33发出的指令后，使它内部的电磁阀产生动作，使来自储气筒11、12、13的压缩气体通过电子压力调节阀4、8，电子压力调节器20、24和挂车电子压力调节器19进入到左前轮制动气室3，右前轮制动气室5，右后轮弹簧储能制动气室23，左后轮弹簧储能制动气室26及挂车储气筒中去(挂车储气筒在挂车上，图中没有标出，其气体的进入是由挂车电子压力调节器19控制)。中央控制单元33的控制指令可以决定进入左前轮制动气室3、右前轮制动气室5，右后轮弹簧储能制动气室23和左后轮弹簧储能制动气室26气体的压力值，电子压力调节阀4、8，电子压力调节器20、24及挂车电子压力调节器19的内部有压力传感器，检测的压力值，此数值与驾驶员期望的压力值进行比较后反馈到中央控制单元33，直到此数值与期望的压力值相等为止，形成一个闭环调节过程。

驾驶员踩下制动踏板后，中央控制单元33发出控制指令，电子压力调节阀4、8，电子压力调节器20、24，挂车电子压力调节器19执行该控制指令。以左前轮的电子压力调节阀4为例来说明它的工作原理。左前轮的电子压力调节阀4在接收来自中央控制单元33的指令后，对电子压力调节阀4的ABS电磁阀(在电子压力调节阀内，图中没有标出)通电，使ABS电磁阀动作，电磁阀打开，使来自储气筒12的压缩气体经过制动阀15的出气口A通过电子压力调节阀4进入到左前轮的制动气室3，在压缩气体的作用下，制动器产生一制动力矩，开始对左前轮1实施制动控制，通过电子压力调节阀4的压力值大小由中央控制单元33决定，由电子压力调节阀4内的压力传感器测量后并反馈到中央控制单元33中去，直到通过的压力值与中央控制单元33要求值相同为止；左前车轮1的车轮转速传感器2把当前的车轮转速信息送到中央控制单元33中，中央控制单元33在判断车轮有抱死的趋势时，它的控制算法就自动调用制动防抱死控制逻辑，对左前车轮电子压力调节阀4的制动压力值进行调整，减少ABS电磁阀的控制电流，使通过电子压力调节阀4的气体压力值减少，当压力值减少到某一数值时，电子压力调节阀4内的排气阀就会在弹簧的作用下克服气体的压力而开启，把制动气室3的一部分压缩气体排放到大气中去，从而减少制动气室3内的压力，左前轮的制动力矩也相应的减少，也就起到了防抱死的功能，如此的增压、减压、保压循环工作，达到防止车轮抱死的目的。当电路系统存在严重的错误时，电控传动不能正常工作，中央控制单元33就会关闭整个系统，此时驾驶员再踩下制动踏板时，左前轮1的电子压力调节阀4没有电控信号，它里面的ABS电磁阀都不能正常工作，来自制动阀15的压缩气体克服弹簧预紧力顶开常闭电磁阀，通过电磁阀到左前轮1的制动气室3，此时的制动系统就成为普通的气压制动系统。气车稳定性电子控制系统(ESP)采用的电气双回路控制方式，使系统更加安全可靠。挂车电子压力调节器19的工作原理跟电子压力调节阀4的相同。在电子压力调节器20、24中，还分别内嵌了一个牵引控制阀(TCV，Traction Controll Valve)，当需要牵引力控制时，可以对后轴的制动压力进行控制。

在驱动工况下，当驱动轮的滑转率超过设定的门限后，中央控制单元33就会根据设定的控制算法发出相应的控制指令，对相应的车轮实施制动控制或发动机的转矩控制，从而保证车辆良好的行驶工况。

当汽车在分离路面直线低速行驶时(左右两侧车轮的附着系数不相同)，一侧驱动轮如右后轮行驶在低附着系数的路面上，左后轮行驶在高附着系数路面上，由于两个驱动轮的附着率不同，在相同的驱动力矩的作用下，左右两侧的车轮的滑转率不相同，由右后轮转速传感器检测到该车轮过分滑转，达到设定的滑转率门限值，汽车就不能顺利的加速、起步，此时，中央控制单元33就会调用驱动防滑转控制模式，通过通讯线把控制指令传递到发动机控制单元34，使发动机输出的扭矩减少；通过通讯线把控制指令传递到电子压力调节器20，对滑转率大的右后轮进行适当的制动控制，即增加右后轮的制动压力，使它的滑转率控制在允许的范围内。若制动压力过大，将导致右后轮有抱死的趋向，右后轮的车轮转速传感器就会检测到这一情况并反馈给中央控制单元33，中央控制单元33就对右后轮进行制动防抱死控制。电子压力调节器20内的ABS电磁阀和TCV阀控制右后侧的车轮21的制动气室23的制动压力，通过对ABS电磁阀和TCV阀的的开关程度来实现控制过程的增压、减压和保压的三个动作。

当汽车制动时，由于载货汽车在制动过程中，轴荷要发生转移，载荷转移程度可由载荷压力传感器29测得并反馈给中央控制单元33，中央控制单元33根据控制算法做出判断，适当调整前后轴的制动力矩的分配，控制施加给每个车轮的制动压力，动态的调整每个车轮的制动力，使它们都不产生抱死和过渡滑转的倾向。

Claims (2)

1.一种中重型汽车稳定性电子控制系统，包括空压机(9)，空气处理单元(10)，三个储气筒(11、12、13)，车轮(1、7、21、27)上安装的车轮转速传感器(2、6、22、25)，左、右前轮制动气室(3、5)，右、左后轮弹簧储能制动气室(23、26)，制动阀(15)，发动机控制单元(34)，中央控制单元(33)，手制动阀(17)，继动阀(18)，电子压力调节阀(4)，电子压力调节阀(8)，电子压力调节器(20、24)，其特征在于：在汽车后悬架的空气弹簧气囊上设置一个用于确定制动时前轴、后轴的载荷转移程度的载荷压力传感器(29)；在汽车纵轴线靠近汽车重心的纵梁上设置用于确定车辆的行驶过程中侧向加速度和横摆角速度数值的一个侧向加速度传感器(30)与一个横摆角速度传感器(31)；在方向盘转向柱上设置一个用于感知驾驶员给转向轴的角度输入的方向盘转角传感器(32)；在制动阀(15)上设置两个用于确定双气体回路上驾驶员需要的制动强度的制动强度传感器(14、16)；载荷压力传感器(29)，侧向加速度传感器(30)，横摆角速度传感器(31)，方向盘转角传感器(32)和两个制动强度传感器(14、16)的通讯端口分别与中央控制单元(33)通讯端口线连接。

2.按照权利要求1所述的一种中重型汽车稳定性电子控制系统，其特征在于：当设有挂车时，在该系统中还设置一个挂车电子压力调节器(19)，挂车连接头(28)；该挂车电子压力调节器(19)和挂车连接头(28)的通讯端口分别与中央控制单元(33)的通讯端口线连接；挂车电子压力调节器(19)的四个进气口分别与第一个储气筒(11)出气口、手制动阀(17)出气口、制动阀(15)的两个出气口气路连接。