RU2729334C1

RU2729334C1 - Trailer brake

Info

Publication number: RU2729334C1
Application number: RU2019125297A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Николаевич Парышев; Александр Владимирович Ильтяков; Олег Юрьевич Моисеев; Валерий Васильевич Харин; Игорь Павлович Попов; Владимир Александрович Воронкин; Данил Алексеевич Харин
Original assignee: Валерий Васильевич Харин
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-08-06

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to trailer brake systems. Trailer brake actuated by braking system braking system signal of towing vehicle, brake line of which is not connected with trailer brake line, comprises braking system control unit, hydraulic accumulator, electric valves, accumulation tank and brake mechanism drive. Control unit consists of three parallel connected elements: hydraulic spool distributor, two-mode hydraulic element and resilient device arranged in one housing, which is fixedly fixed on trailer frame. All rods of elements are rigidly connected to each other and connected via trailer hitch head with tractor vehicle. Dual-mode element is equipped with a hydro-lock function in traction mode and a damper of longitudinal oscillations - in braking mode, the resilient device is made with the function of elastic coupling of the tractor and trailer. Hydraulic spool distributor is equipped with a servo system function that ensures optimum braking mode of the trailer. Three elements together with elements of braking mechanism and trailer form closed automatic control system.EFFECT: higher speed of braking system.1 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к органам управления тормозами, предназначенных для прицепов, и приводимых в действие электрическим сигналом торможения (стоп-сигналом) автомобиля-тягача, и может быть использовано на прицепах для грузовых и легковых автомобилей, у которых тормозная система (ТС) имеет гидравлический привод.The invention relates to vehicles, in particular to brake controls intended for trailers, and driven by an electric braking signal (stop signal) of a towing vehicle, and can be used on trailers for trucks and cars, in which the brake system ( TC) has a hydraulic drive.

Из уровня техники известно, что если тормозной привод автомобиля является гидравлическим, то из-за возможной разгерметизации его во время стыковки с тормозным приводом прицепа в настоящий момент в мировом автостроении не существует комбинации «гидравлический привод ТС автомобиля» и «привод ТС прицепа». Таким образом, на прицепе возможна тормозная система, привод которой является составной частью привода автомобиля-тягача только в том случае, если привод рабочей тормозной системы автомобиля является пневматическим.It is known from the prior art that if the vehicle brake drive is hydraulic, then due to its possible depressurization during docking with the trailer brake drive, there is currently no combination of "hydraulic drive of the vehicle vehicle" and "drive of the trailer vehicle" in the world automotive industry. Thus, a braking system is possible on a trailer, the drive of which is an integral part of the drive of the towing vehicle only if the drive of the service brake system of the vehicle is pneumatic.

В настоящее время мировое автостроение ежегодно производит 55 млн автомобилей в год, из них 45 млн - легковых. Известно, что тормозная система легкового автомобиля всегда имеет гидравлический привод. Поэтому автомобили категории M₁ (легковые автомобили) не могут иметь объединенного тормозного привода с прицепом, когда необходима комбинация «автомобиль категории M₁ + прицеп». Сказанное полностью относится и к существенной части грузовых автомобилей. Так, на автомобилях полной массой до 3,5 т (категория N₁) тормозной привод всегда гидравлический. Гидравлический привод используется и на значительной части автомобилей категории N₂.Currently, the global automotive industry annually produces 55 million cars a year, of which 45 million are passenger cars. It is known that the brake system of a passenger car is always hydraulically actuated. Therefore, M ₁ category vehicles (passenger cars) cannot have a combined brake drive with a trailer when a combination “M ₁ vehicle + trailer” is required. The foregoing fully applies to a significant part of trucks. So, on cars with a gross weight of up to 3.5 tons (category N ₁ ), the brake drive is always hydraulic. The hydraulic drive is also used on a large part of N ₂ vehicles.

Таким образом, только на 10-12% всех автомобилей (это категории N₂, N₃) существует пневмопривод. При этом до 90% остальных автомобилей (это в первую очередь легковые) не могут иметь объединенный с прицепом тормозной привод. Поэтому существующие прицепы для автомобилей категории M₁ и N₁ или не имеют своей тормозной системы, или она крайне несовершенна по тормозным качествам. Так, практически все прицепы категории O₁ (с полной массой не более 750 кг) лишены тормозной системы, а на прицепах категории O₂ (с полной массой более 750 кг, но не более 3,5 т) тормозная система представляет некий суррогат из тормозных механизмов и тормозного привода (тормоз наката инерционного типа), срабатывающего при накатывании прицепа на тормозящий автомобиль.Thus, only 10-12% of all cars (these are categories N ₂ , N ₃ ) have a pneumatic drive. At the same time, up to 90% of other cars (these are primarily passenger cars) cannot have a brake drive combined with a trailer. Therefore, the existing trailers for cars of category M ₁ and N ₁ either do not have their own braking system, or it is extremely imperfect in terms of braking performance. So, almost all trailers of category O ₁ (with a gross weight of not more than 750 kg) are deprived of a braking system, and on trailers of category O ₂ (with a gross weight of more than 750 kg, but not more than 3.5 tons), the brake system is a kind of surrogate from the brake mechanisms and a brake drive (inertial overrun brake), which is triggered when the trailer rolls onto the braking vehicle.

На фиг. 1 представлена схема сил при замедлении автопоезда, у которого прицеп имеет тормозную систему:FIG. 1 shows a diagram of the forces when decelerating a road train, in which the trailer has a braking system:

где

- силы инерции автомобиля и прицепа (приложены в центре масс); Rz_i - вертикальные реакции со стороны дороги на соответствующую ось автомобиля и прицепа; Rx_i - силы сцепления соответствующих колес автопоезда с дорогой (тормозные силы); Ga, Gn - вес автомобиля и прицепа соответственно; H_y, h_y, h_cy - высота центра масс автомобиля, прицепа и расстояние от дороги до тягово-сцепного устройства соответственно.Where

- the forces of inertia of the vehicle and the trailer (applied at the center of mass); Rz _i - vertical reactions from the road to the corresponding axle of the vehicle and trailer; Rx _i - adhesion forces of the corresponding wheels of the road train with the road (braking forces); Ga, Gn - weight of the car and trailer, respectively; H _y , h _y , h _cy - the height of the center of mass of the vehicle, trailer and the distance from the road to the towing hitch, respectively.

На фиг. 2 - изображена схема сил, действующих на прицеп при торможении, где R'z, R'x - реакции в сцепном устройстве.FIG. 2 shows a diagram of the forces acting on the trailer during braking, where R'z, R'x are the reactions in the coupling device.

Рассмотрим динамику торможения прицепа с использованием схемы на фиг. 2. Горизонтальная реакция в тягово-сцепном устройстве (соединительной головке):Consider the dynamics of trailer braking using the circuit in FIG. 2. Horizontal reaction in the trailer coupling (coupling head):

Сила сцепления Rx₃ (тормозная сила прицепа) определяется выражением:The adhesion force Rx ₃ (trailer braking force) is given by:

Rx₃=Rz₃×ϕ_х,Rx ₃ = Rz ₃ × ϕ _x ,

где ϕ_х - коэффициент сцепления колеса прицепа с дорогой в продольном направлении.where ϕ _х - coefficient of adhesion of the trailer wheel to the road in the longitudinal direction.

Окончательно:Finally:

где m_n - масса прицепа.where m _n is the mass of the trailer.

Сумма моментов относительно сцепного устройства:Sum of moments relative to coupling:

Вертикальная реакция на колесе прицепа:Vertical reaction on the trailer wheel:

Остальные реакции:Other reactions:

Представленные дифференциальные уравнения приобретают более простые соотношения, если рассматривается прицеп с центральной осью категории O₁ (без тормозной системы), для которого ƒ=0. Примем h_cy=h_y. Тогда реакции R'x и R'z примут простые выражения:The presented differential equations acquire simpler relations if a trailer with a central axle of category O ₁ (without a braking system) is considered, for which ƒ = 0. Let's take h _cy = h _y . Then the reactions R'x and R'z will take simple expressions:

R'z=0.R'z = 0.

Силы, действующие при торможении на автомобиль (прицеп заменен реакциями R''х и R''z), приведены на фиг. 3.The forces acting on the vehicle during braking (the trailer is replaced by the R''x and R''z reactions) are shown in Fig. 3.

Из приведенной на фиг. 3 схемы интерес представляют реакции на задних колесах автомобиля, так как их значения определяют потерю устойчивости автопоезда. Для реакции Rz₂ (учитывая R'z=R''z=0):As shown in FIG. 3 diagrams are of interest to the reactions on the rear wheels of the vehicle, since their values determine the loss of stability of the road train. For reaction Rz ₂ (considering R'z = R''z = 0):

Из этого выражения видно, что величина реакции Rz₂ уменьшается не только из наличия второго члена числителя (как у одиночного автомобиля), но и из-за действия прицепа (R''x). В то же время уменьшение вертикальной реакции Rz₂ при торможении увеличивает вероятность блокировки задних колес автомобиля. Но блокирование задних колес снижает коэффициент поперечного сцепления ϕ_у колеса с дорогой практически до нуля. Такой режим качения колес заднего моста с большой вероятностью приводит к поперечному заносу автомобиля, а для системы «автомобиль - прицеп» - к складыванию автопоезда.From this expression it can be seen that the value of the reaction Rz ₂ decreases not only from the presence of the second term of the numerator (as in a single car), but also due to the action of the trailer (R''x). At the same time, a decrease in the vertical reaction Rz ₂ during braking increases the likelihood of locking the rear wheels of the vehicle. But blocking the rear wheels reduces the coefficient of lateral adhesion ϕ _{at the} wheel to the road to almost zero. Such a rolling mode of the rear axle wheels with a high probability leads to a lateral skid of the car, and for the "car - trailer" system - to the folding of the road train.

Уменьшение вертикальной реакции Rz₂ не единственная причина складывания автопоезда. Рассмотрим модель в плане автопоезда с прицепом O₁ без тормозной системы. На фиг. 4 представлена схема сил в плане, действующих на автопоезд:The decrease in the vertical reaction of the Rz _{2 is} not the only reason for the folding of the road train. Consider a model in terms of a road train with a trailer O ₁ without a braking system. FIG. 4 shows a diagram of the forces in the plan acting on the road train:

Rx₁, Rx₂ - суммарные силы сцепления передних и задних колес автомобиля; ϕ - угол отклонения прицепа от прямолинейного движения при складывании автопоезда; Х(ϕ) - текущее плечо; М_В - возмущающий момент.Rx ₁ , Rx ₂ - total adhesion forces of the front and rear wheels of the vehicle; ϕ is the angle of deviation of the trailer from the straight-line movement when the road train is folded; X (ϕ) - current shoulder; _MV - disturbing torque.

Из приведенной схемы:From the above diagram:

где R_Э - эквивалентная реакция, действующая на автомобиль.where R _E is the equivalent reaction acting on the car.

Из последних выражений следует, что R_Э и

образуют пару сил с текущим плечом Х(ϕ), что приводит к появлению возмущающего момента М_В, направленного на складывание автопоезда (потеря устойчивости). Таким образом, рассмотренные факторы показывают, что при интенсивном торможении и отсутствии тормозной системы на прицепе появляется большая вероятность складывания автопоезда (потеря устойчивости), что может неизбежно привести к ДТП.From the last expressions it follows that R _E and

form a pair of forces with the current shoulder X (ϕ), which leads to the appearance of a disturbing moment М _В , directed to folding the road train (loss of stability). Thus, the factors considered show that with intensive braking and the absence of a braking system on the trailer, there is a high probability of the road train folding (loss of stability), which can inevitably lead to an accident.

Существующие конструкции тормозной системы в прицепах категории O₁ и О₂ в качестве приводной силы в тормозном приводе реализуют силу горизонтального взаимодействия между автомобилем и прицепом (реакция R'x на фиг. 2). При этом инерционная система прицепа включает в себя управляющее устройство, тормозной привод и колесные тормоза. Управляющее устройство инерционной тормозной системы состоит из комплекта деталей, интегрированных с тягово-сцепным устройством (соединительной головкой). В целом такую систему нередко обозначают как тормоз наката инерционного типа.The existing designs of the braking system in trailers of categories O ₁ and O ₂ as a driving force in the brake drive implement the force of horizontal interaction between the car and the trailer (reaction R'x in Fig. 2). In this case, the trailer inertia system includes a control device, a brake drive and wheel brakes. The inertia brake control unit consists of a set of parts integrated with the towing hitch (coupling head). In general, such a system is often referred to as an inertial overrun brake.

Тормоз наката используется, как правило, на прицепах с центральной осью. Прицеп с центральной осью - это буксируемое транспортное средство, оборудованное буксировочным устройством, которое не может перемещаться вертикально относительно прицепа и ось колес которого расположена (при равномерной загрузке) вблизи центра масс транспортного средства таким образом, что на тягач передается незначительная вертикальная статическая нагрузка, не превышающая 10% максимального веса прицепа, или 10 кН (в зависимости от того, какая величина меньше).The overrun brake is generally used on trailers with a center axle. A center-axle trailer is a towed vehicle equipped with a towing device that cannot move vertically relative to the trailer and whose wheel axle is located (when evenly loaded) near the center of mass of the vehicle in such a way that a negligible vertical static load is transferred to the tractor unit, not exceeding 10% of the maximum trailer weight, or 10 kN (whichever is less).

Наличие тормозной системы в виде тормоза наката у прицепа улучшает динамику торможения автопоезда. Однако полностью устранить приведенные выше причины, способствующие потере устойчивости автопоезда, такая конструкция тормозной системы принципиально не может. Эта генетическая принципиальность заключается в том, что для работы тормозной системы с тормозом наката обязательно наличие значительной силы R'x (см. фиг. 2). Более того, с появлением такой тормозной силы возникают продольных колебаний прицепа относительно автомобиля и значительно возрастает вероятность складывания автопоезда, что в целом приводит к потере устойчивости его в процессе торможения.The presence of a brake system in the form of a roll-off brake on the trailer improves the braking dynamics of the road train. However, such a design of the braking system, in principle, cannot completely eliminate the above reasons that contribute to the loss of stability of the road train. This genetic principle of principle lies in the fact that the presence of a significant force R'x is necessary for the operation of a brake system with a coast brake (see Fig. 2). Moreover, with the appearance of such a braking force, longitudinal oscillations of the trailer relative to the vehicle occur and the likelihood of folding the road train significantly increases, which, in general, leads to its loss of stability during braking.

Интенсивные продольные колебания способны привести к потере устойчивости автопоезда. Кроме того, существует еще один серьезный недостаток прицепа с тормозом наката. Так, при экстренном (аварийном) торможении темп нарастания толкающего усилия со стороны прицепа на автомобиль таков, что максимальное значение усилия R''x (фиг. 3) достигает 6 кН и больше при полной массе прицепа 750 кг. Такое торможение, как показывает практика, почти всегда заканчивается складыванием автопоезда (полная потеря устойчивости).Intense longitudinal vibrations can lead to a loss of stability of the road train. In addition, there is another serious disadvantage of a trailer with a roll-over brake. So, in case of emergency (emergency) braking, the rate of increase in the pushing force from the side of the trailer to the car is such that the maximum value of the force R''x (Fig. 3) reaches 6 kN and more with a total mass of the trailer of 750 kg. Such braking, as practice shows, almost always ends with the folding of the road train (complete loss of stability).

В качестве аналога принят патент №2013252 (электрогидравлический привод тормоза наката). Недостаток такого тормоза отмечен выше, т.е. все недостатки тормоза наката.Patent No. 2013252 was adopted as an analogue (electro-hydraulic drive of the overrun brake). The disadvantage of such a brake is noted above, i.e. all the disadvantages of the roll-over brake.

Здесь и далее рассматриваются тормозные системы прицепа как системы автоматического регулирования - САР.Hereinafter, trailer braking systems are considered as automatic control systems - CAP.

На фиг. 5 представлена структурная схема САР указанного аналога, где F - гидравлическая сила равная F=R'x-Rх₃, ТМ - тормозной механизм прицепа, Р_т - тормозная сила на колеса со стороны ТМ прицепа, ОР - объект регулирования (прицеп), Rx₃ - регулируемая величина (тормозная сила прицепа), ООС - обратная единичная отрицательная связь.FIG. 5 shows a block diagram of the automatic control system of the indicated analogue, where F is the hydraulic force equal to F = R'x-Rx ₃ , TM is the trailer brake mechanism, P _t is the braking force on the wheels from the side of the trailer TM, OP is the regulated object (trailer), Rx ₃ - adjustable value (trailer braking force), OOS - single negative feedback.

Указанная САР относится к замкнутым системам автоматического регулирования прямого действия (САР без внешнего источника энергии). В такой САР возникает проблема потери устойчивости из-за наличия ООС и низкой точности регулирования выходной величины Rx₃. При этом отклонение Rx₃ от R'x на элементе сравнения 1 имеет очень грубую и значительную величину при накате прицепа на автомобиль-тягач, что дополнительно с продольными колебаниями приводит к потере устойчивости автопоезда. В целом эти факторы не могут обеспечить качественное управление торможением прицепа.The specified ACS refers to closed-loop direct-acting automatic control systems (ACS without an external power source). In such an automatic control system, the problem of loss of stability arises due to the presence of OOS and low control accuracy of the output value Rx ₃ . In this case, the deviation of Rx ₃ from R'x on the comparison element 1 has a very coarse and significant value when the trailer rolls onto the towing vehicle, which, in addition to longitudinal vibrations, leads to a loss of stability of the road train. In general, these factors cannot provide good braking control of the trailer.

Из уровня техники известен тормоз прицепа, содержащий главный тормозной цилиндр со встроенным гидроаккумулятором, закрепленный на раме прицепа, шток которого через рычажно-шарнирный передаточный механизм связан с рычагом подвески подрессоренной оси прицепа. При этом главный тормозной цилиндр двумя трубопроводами связан с компенсационным бачком, а напорной магистралью, в которую включен двухпозиционный гидрораспределитель с электрическим управлением - с колесными тормозными цилиндрами. Электрический сигнал управления к гидрораспределителю поступает от цепи сигнала торможения автомобиля-тягача (патент РФ №2056310).A trailer brake is known from the prior art, comprising a master brake cylinder with a built-in hydraulic accumulator, attached to the trailer frame, the rod of which is connected to the suspension arm of the sprung axle of the trailer via a link-articulated transmission mechanism. In this case, the main brake cylinder is connected with two pipelines to the expansion tank, and the pressure line, which includes an electrically controlled two-position hydraulic valve, is connected to the wheel brake cylinders. The electrical control signal to the hydraulic valve comes from the braking signal circuit of the towing vehicle (RF patent No. 2056310).

Большим недостатком этого аналога является то, что зарядить энергией гидроаккумулятор на обычных по ровностям дорогах очень сложно, т.к. требуется большой ход подвески, что возможно только при движении автопоезда по разбитым дорогам с большими неровностями.The big disadvantage of this analogue is that it is very difficult to charge the accumulator with energy on roads that are normal for evenness. a long suspension travel is required, which is possible only when driving a road train on bumpy roads with large irregularities.

С точки зрения САР тормозная система указанного аналога относится к САР разомкнутого типа с программным управлением. В такой САР отсутствует обратная связь. Структурная схема САР аналога представлена на фиг. 6. Программа указанного аналога работает по простейшему алгоритму:From the point of view of the ACS, the brake system of this analogue refers to the ACS of the open type with program control. In such ATS, there is no feedback. The block diagram of the analogue ATS is shown in Fig. 6. The program of this analogue works according to the simplest algorithm:

При такой программе управления для любого режима торможения автомобиля тормозная система прицепа при наличии сигнала U₀, который подается на вход усилителя УС (фиг. 6), всегда включается на режим экстренного торможения, что никак не может являться качественным процессом торможения. Существует только один положительный момент для такой разомкнутой САР (у которой отсутствует ОС) - она обладает запасом устойчивости. Но это положительное свойство рассматриваемой САР не устраняет ее главный недостаток - отсутствие регулирования тормозных сил прицепа в зависимости от режима торможения автомобиля-тягача.With such a control program for any vehicle braking mode, the trailer braking system in the presence of a signal U ₀ , which is fed to the input of the US amplifier (Fig. 6), is always switched on to the emergency braking mode, which in no way can be a qualitative braking process. There is only one positive moment for such an open ACS (which has no feedback) - it has a stability margin. But this positive property of the ATS under consideration does not eliminate its main drawback - the lack of regulation of the braking forces of the trailer, depending on the braking mode of the towing vehicle.

Целью изобретения является обеспечение эффективности торможения прицепа.The aim of the invention is to ensure the braking efficiency of the trailer.

Технический результат заключается в повышении точности, быстродействия тормозной системы прицепа и запаса устойчивости автопоезда.The technical result consists in increasing the accuracy, speed of the trailer braking system and the stability margin of the road train.

Технический результат достигается реализацией следующих основных признаков: тормоз прицепа, приводимый в действие от сигнала тормозной системы автомобиля-тягача, содержащий магистраль тормозного привода, который не связан с магистралью тормозного привода автомобиля, а также блок управления тормозной системы, гидроаккумулятор, электроклапаны, накопительный бачок и привод тормозного механизма, отличающийся тем, что блок управления состоит из трех параллельно соединенных элементов-гидравлического золотникового распределителя, двухрежимного гидроэлемента и упругого устройства, размещенных в одном корпусе, который неподвижно закреплен на раме прицепа, а все штоки элементов жестко соединены между собой, и через головку тягово-сцепного устройства (ТСУ) соединены с автомобилем-тягачом, при этом двухрежимный элемент выполнен с функцией гидрозамка в тяговом режиме автомобиля и демпфера продольных колебаний - в режиме торможения, упругое устройство имеет функцию упругой связи тягача с прицепом, а гидравлический золотниковый распределитель выполнен с функцией следящей системы, которая обеспечивает оптимальный тормозной режим прицепа, к тому же упомянутые три элемента совместно с элементами тормозного механизма (ТМ) и прицепа (ОР) образуют замкнутую систему автоматического регулирования (САР), работающую по отклонению с демпфирующим элементом в обратной отрицательной связи, а в прямой ветви САР - усилитель на основе гидравлического золотникового распределителя (УС), играющего роль П-регулятора, тормозного механизма (ТМ) и прицепа (ОР), и элементом сравнения на входе САР в виде упругого устройства.The technical result is achieved by the implementation of the following main features: a trailer brake, actuated by a signal from the brake system of a towing vehicle, containing a brake drive line that is not connected to a brake drive line of a car, as well as a brake system control unit, a hydraulic accumulator, electrovalves, a storage tank, and a brake mechanism drive, characterized in that the control unit consists of three parallel-connected elements - a hydraulic spool valve, a dual-mode hydraulic element and an elastic device, located in one housing, which is fixed to the trailer frame, and all the element rods are rigidly connected to each other, and through the head of the towing device (TSC) is connected to the towing vehicle, while the dual-mode element is made with the function of a hydraulic lock in the traction mode of the vehicle and a damper for longitudinal vibrations in the braking mode, the elastic device has the function of elastic connection of the tractor with the trailer, and the hydraulic spool valve is made with the function of a follower system, which ensures the optimal braking behavior of the trailer, in addition, the three elements, together with the elements of the brake mechanism (TM) and the trailer (OP), form a closed automatic control system (ACS), working on deflection with a damping element in negative feedback, and in the forward branch of the ACS - an amplifier based on a hydraulic spool valve (US), playing the role of a P-regulator, a brake mechanism (TM) and a trailer (OP), and a comparison element at the ACS input in the form of an elastic device.

Кроме того содержит электронасос, обеспечивающий энергией торможение прицепа, с возможностью включения электронасоса от сигнала ближнего и (или) дальнего света, а также габаритных огней.In addition, it contains an electric pump that provides energy for braking the trailer, with the ability to turn on the electric pump from the signal of the low and (or) high beam, as well as side lights.

На чертежах изображены: На фиг. 7 - схема автономной тормозной системы прицепа; на фиг. 8 - характеристика упругого устройства; на фиг. 9 - конструкция, обеспечивающая нелинейность упругой характеристики упругого устройства 3 (фиг. 7); на фиг. 10 - структурная схема САР тормоза прицепа.The drawings show: FIG. 7 - diagram of the autonomous braking system of the trailer; in fig. 8 - characteristic of the elastic device; in fig. 9 - a structure providing nonlinearity of the elastic characteristics of the elastic device 3 (Fig. 7); in fig. 10 is a block diagram of the ATS of a trailer brake.

Тормоз прицепа состоит из трех параллельно соединенных элементов: (фиг. 7) гидравлического золотникового распределителя 1, двухрежимного гидроэлемента 2 и упругого устройства 3, размещенных в одном корпусе, который неподвижно закреплен на раме прицепа (точка В). При этом все штоки элементов жестко соединены между собой и через головку тягово-сцепного устройства (ТСУ) соединены с автомобилем-тягачом (точка А). Система тормоза прицепа также содержит электронасос 4, компенсационный (сливной) бачок 5 и гидроаккумулятор (ГА) 6, соединенные магистралью gc с гидравлическим двухпозиционным распределителем 1, который также соединен с бачком сливной магистралью dh и нагнетательной магистралью ƒk с приводом тормозного механизма (ТМ) 7 через электроклапан кл. 1, а сливная магистраль kl тормозного механизма ТМ 7 через электроклапан кл. 2 соединена с бачком 5. Двухрежимный гидроэлемент 2 содержит поршень со штоками, отдельные полости Е и М, которые соединены магистралью ip через электроклапан кл. 3 при его включении. Гидравлический золотниковый распределитель 1 содержит двухкромочный золотник 8. Упругое устройство 3 содержит упорный поршень 9, пружину растяжки 11 и пружину наката 10, а также опорные подвижные шайбы (кольца) 12.The trailer brake consists of three parallel-connected elements: (Fig. 7) a hydraulic spool valve 1, a dual-mode hydraulic element 2 and an elastic device 3, placed in one housing, which is fixedly fixed to the trailer frame (point B). In this case, all the rods of the elements are rigidly connected to each other and through the head of the towing hitch (TSS) are connected to the towing vehicle (point A). The trailer brake system also contains an electric pump 4, a compensation (drain) tank 5 and a hydraulic accumulator (GA) 6, connected by a gc line with a hydraulic on-off distributor 1, which is also connected to a tank by a drain line dh and a pressure line ƒk with a brake mechanism drive (TM) 7 via electrovalve cl. 1, and the drain line kl of the brake mechanism TM 7 through the electrovalve cl. 2 is connected to the reservoir 5. The dual-mode hydraulic element 2 contains a piston with rods, separate cavities E and M, which are connected by a line ip through an electrovalve cl. 3 when turned on. The hydraulic spool valve 1 contains a two-lip slide valve 8. The elastic device 3 contains a thrust piston 9, an extension spring 11 and a reel spring 10, as well as supporting movable washers (rings) 12.

Тормоз прицепа работает следующим образом:The trailer brake works as follows:

При включении ближнего света (габаритных огней) включается электронасос 4, который качает тормозную жидкость из бачка 5. Жидкость нагнетается в гидроаккумулятор (ГА) 6. При достижении определенного давления в ГА, например 7 МПа, электронасос 4 выключается.When the dipped beam (side lights) is turned on, the electric pump 4 is turned on, which pumps the brake fluid from the reservoir 5. The fluid is pumped into the accumulator (GA) 6. When a certain pressure in the GA, for example 7 MPa, is reached, the electric pump 4 is turned off.

Энергия ГА расходуется на привод тормозного механизма (ТМ) 7 при торможении прицепа. При движении автопоезда без торможения золотник 8 занимает положение как на фиг. 7. Нагнетательная магистраль gc и сливная магистраль dh перекрыты кромками золотника 8. Двухрежимный гидроэлемент 2 находится в режиме жесткого звена (гидрозамка), т.к. клапан кл. 3 выключен, что препятствует перетеканию жидкости между полостями Е и М. При работе элемента 2 в режиме гидрозамка точки А и В оказываются соединенными жестким звеном. Клапан кл 1 закрыт, клапан кл 2 открыт и тормозной механизм ТМ 7 находится в расторможенном состоянии.The energy of the GA is spent on the drive of the brake mechanism (TM) 7 when braking the trailer. When the road train is moving without braking, the spool 8 takes the position as in FIG. 7. Discharge line gc and drain line dh are closed by the edges of the spool 8. Dual-mode hydraulic element 2 is in the rigid link mode (hydraulic lock), because valve cl. 3 is turned off, which prevents the liquid from flowing between cavities E and M. When element 2 is operating in the hydraulic lock mode, points A and B are connected by a rigid link. Valve terminal 1 is closed, valve terminal 2 is open and the brake mechanism TM 7 is in a released state.

В начальной фазе торможения автомобиля включается сигнал торможения и этим же электрическим сигналом U_т открываются клапаны кл 1 и кл 3, клапан кл 2 закрывается. Элемент 2 переходит из режима гидрозамка в режим демпфирования продольных колебаний прицепа относительно автомобиля (жесткое звено 2 переходит в режим подвижного). Блок управления разблокирован и находится в состоянии готовности регулирования работы тормозного механизма ТМ 7.In the initial phase of braking the vehicle, the braking signal is turned on, and the valves Cl 1 and Cl 3 are opened with the same electrical signal U _t , the valve Cl 2 is closed. Element 2 passes from the hydraulic lock mode to the mode of damping the longitudinal vibrations of the trailer relative to the vehicle (rigid link 2 goes into the movable mode). The control unit is unlocked and is ready to regulate the operation of the TM 7 brake mechanism.

В следующей фазе нарастает тормозная сила на колесах автомобиля, при этом происходит накат прицепа на автомобиль, точки А и В сближаются, золотник 8 смещается влево (фиг. 7). Для начального смещения требуется преодолеть усилие Р_н предварительно сжатой пружины наката 10 (фиг. 8 и 9) упругого устройства 3 на фиг. 7. Усилие Р_н не должно превышать значения 20-40 Н. При смещении золотника 8 влево его левая кромка обеспечивает подачу тормозной жидкости из ГА 6 по нагнетательной магистрали gc через точку ƒ и открытый клапан кл 1 в колесный тормозной цилиндр тормозного механизма ТМ 7. Происходит нарастание тормозных сил прицепа, что является причиной движения золотника 8 вправо до перекрытия магистрали gc левой кромкой золотника 8. Тормозной механизм ТМ 7 отключается от ГА 6 при достижении усилия растяжки Р_т (фиг. 8 и 9) между автомобилем и прицепом. Т.к. усилие Р_т направленно против движения автопоезда, то оно обеспечивает «противоскладывание» автопоезда и гарантирует автопоезд от поперечного заноса, т.е. устойчивость режима торможения. Усилие Р_т растяжки представляет избыточное значение тормозной силы Rx₃ прицепа над инерционной силой Ри₂, т.е. Р_т=Rx₃- Ри₂ в начальной фазе торможения, при этом Рт≠Rx₃ (фиг. 2).In the next phase, the braking force on the wheels of the car increases, while the trailer rolls onto the car, points A and B approach each other, the spool 8 moves to the left (Fig. 7). For the initial displacement, it is required to overcome the force P _{n of the} pre-compressed reel spring 10 (Figs. 8 and 9) of the elastic device 3 in Figs. 7. Force P _n should not exceed 20-40 N. When the spool 8 is displaced to the left, its left edge ensures the supply of brake fluid from GA 6 through the delivery line gc through point ƒ and the open valve cl 1 into the wheel brake cylinder of the TM 7 brake mechanism. There is an increase in the braking forces of the trailer, which is the reason for the movement of the spool 8 to the right until the gc line is blocked by the left edge of the spool 8. The TM 7 brake mechanism is disconnected from the GA 6 when the stretching force P _t (Figs. 8 and 9) is reached between the car and the trailer. Because the force P _{t is} directed against the movement of the road train, then it provides "anti-folding" of the road train and guarantees the road train against side skidding, i.e. stability of the braking mode. The stretching force P _t represents the excess value of the braking force Rx _{3 of the} trailer over the inertial force Pi ₂ , i.e. R _t = Rx ₃ - Ri ₂ in the initial braking phase, wherein Pm ≠ Rx ₃ (figure 2.).

Для получения требуемой упругой характеристики (фиг. 8), предварительно сжатая пружина растяжки 11 в исходном состоянии опирается на одну из опорных шайб 12 (фиг. 9), которая в свою очередь упирается в поршень 9. Сказанное справедливо и для пружины наката 10. При смещении влево (вправо) упорного поршня 9 из исходного положения необходимо преодолеть усилие предварительно сжатой пружины 10 или 11. Это обеспечивает минимальную нелинейную зону нечувствительности САР для обеспечения устойчивости при любом режиме торможения.To obtain the required elastic characteristics (Fig. 8), the pre-compressed tension spring 11 in the initial state rests on one of the support washers 12 (Fig. 9), which in turn abuts against the piston 9. The same is true for the run-up spring 10. When displacement to the left (right) of the thrust piston 9 from the initial position, it is necessary to overcome the force of the pre-compressed spring 10 or 11. This provides the minimum non-linear dead zone of the automatic control system to ensure stability in any braking mode.

При дальнейшем увеличении замедления автомобиля увеличивается и замедление прицепа за счет увеличения тормозной силы прицепа Rx₃ так, что R'х→Рт.With a further increase in the deceleration of the car, the deceleration of the trailer also increases due to the increase in the braking force of the trailer Rx ₃ so that R'x → RT.

При уменьшении замедления автомобиля золотник 8 смещается вправо, тормозная жидкость из ТМ 7 сливается через точку ƒ и сливную магистраль dh. Такой режим продолжается до момента, соответствующего условию R'х→Рт. Усилия растяжки Рт препятствуют складыванию автопоезда, ее значение может соответствовать 300-400 Н.When the vehicle deceleration decreases, the spool 8 is shifted to the right, the brake fluid from TM 7 is drained through the point слив and the drain line dh. This mode continues until the moment corresponding to the condition R'х → Рт. Stretching forces Рт prevent folding of the road train, its value can correspond to 300-400 N.

При растормаживании автомобиля электрический сигнал торможения выключается. При этом клапаны кл1 и кл3 перекрывают соответствующие магистрали. Элемент 2 блокирует перемещения блока управления. Жидкость из ТМ 7 сливается через открытый клапан кл2 в бачок 4. Привод тормозной системы прицепа 7 отключается.When the vehicle is released, the electrical brake signal is switched off. In this case, valves Kl1 and Kl3 block the corresponding lines. Element 2 blocks the movement of the control unit. The liquid from TM 7 is drained through the open valve kl2 into the tank 4. The drive of the brake system of the trailer 7 is turned off.

Таким образом, при движении автопоезда в тяговом режиме его сцепное устройство представляет жесткий соединительный элемент, а при торможении за счет блока управления всегда выполняется условие R'→Рт. Такое условие обеспечивается следящими свойствами гидравлического распределителя 1 (фиг. 7).

Thus, when the road train is moving in traction mode, its coupling device is a rigid connecting element, and when braking due to the control unit, the condition R '→ Рт is always satisfied. This condition is ensured by the tracking properties of the hydraulic distributor 1 (Fig. 7).

Примечание: кл3 в п.п. 4 закроется, т.е. перейдет в исходное состояние, когда будут выполнены условия Uт=0 и X=Х₀ (реализация этого алгоритма в описании не приводится). При этом первое условие Uт=0 выполняется сразу с прекращением торможения автопоезда, а второе - спустя промежуток времени t, пока поршень гидрозамка 2 на фиг. 7 в процессе продольных колебаний прицепа не займет положение X=Х₀.Note: cl3 in p.p. 4 will close, i.e. will return to the initial state when the conditions Ut = 0 and X = X ₀ are satisfied (the implementation of this algorithm is not given in the description). In this case, the first condition Uт = 0 is fulfilled immediately with the termination of the braking of the road train, and the second - after a time interval t, while the piston of the hydraulic lock 2 in Fig. 7 in the process of longitudinal vibrations of the trailer will not take the position X = X ₀ .

На фиг. 10 представлена структурная схема САР предлагаемого решения. Указанная САР устраняет недостатки САР на фиг. 5 и 6. САР работает по отклонению с П-регулятором (П - пропорциональный регулятор). В качестве П-регулятора представлен золотниковый распределитель (УС), входной величиной (ошибкой регулирования) которого является перемещение h золотника (на фиг. 10), а выходной - давление тормозной жидкости Р. Входная величина формируется на сравнивающем элементом 3 (на фиг. 7) и 2 (на фиг. 10) по зависимостиFIG. 10 shows a block diagram of the ATS of the proposed solution. This CAP eliminates the disadvantages of the CAP in FIG. 5 and 6. The automatic control system operates on a deviation with a P-controller (P is a proportional controller). A spool valve (US) is presented as a P-regulator, the input value (control error) of which is the movement h of the spool (in Fig. 10), and the output value is the brake fluid pressure P. The input value is formed on the comparison element 3 (in Fig. 7 ) and 2 (in Fig. 10) according to the dependence

ΔR=R'x-Rx₃ и далее

ΔR = R'x-Rx ₃ and beyond

где С_э - эквивалентная жесткость пружинного элемента 3 (на фиг. 7).where C _e is the equivalent stiffness of the spring element 3 (in Fig. 7).

При этом h - является отклонением между регулируемой величиной Rx₃ и входной R'x. Звено 1 в ООС (фиг. 10), задача которого устранить продольные колебания прицепа, описывается дифференциальным уравнением второго порядка:In this case, h - is the deviation between the regulated value Rx ₃ and the input R'x. Link 1 in OOS (Fig. 10), the task of which is to eliminate the longitudinal vibrations of the trailer, is described by a second-order differential equation:

где m - приведенная масса автомобиля и прицепа;where m is the reduced mass of the car and the trailer;

Δ_х=х_а-x_b; - величина текущего смещения при колебании (фиг. 7);Δ _x = x _a -x _b ; - the value of the current displacement during oscillation (Fig. 7);

- первая и вторая производные Δ_х;

- the first and second derivatives of Δ _x ;

r_о - коэффициент сопротивления гидравлического элемента 2 (фиг. 7).r _about - coefficient of resistance of the hydraulic element 2 (Fig. 7).

Для устранения продольных колебаний прицепа коэффициент сопротивления r₀ должен быть:To eliminate the longitudinal vibrations of the trailer, the drag coefficient r ₀ must be:

где ψ≥0,7 - коэффициент апериодичности.where ψ≥0.7 is the aperiodicity coefficient.

САР предлагаемого технического решения обеспечивает высокую точность регулирования тормозных сил прицепа, быстродействие тормозного привода и запас устойчивости на всех режимах торможения автопоезда, что обеспечивает высокую активную безопасность автопоезда. По качеству работы предлагаемая тормозная система приближается к качеству современных ТС прицепа с общим тормозным (пневматическим) приводом автомобиля-тягача.The automatic control system of the proposed technical solution provides high accuracy of regulation of the trailer braking forces, the speed of the brake drive and the stability margin at all braking modes of the road train, which ensures high active safety of the road train. In terms of the quality of work, the proposed braking system is close to the quality of modern trailer vehicles with a common brake (pneumatic) drive of a towing vehicle.

Claims

1. A trailer brake, driven by a brake signal from the braking system of a tractor vehicle, the brake drive line of which is not connected to the brake drive line of the trailer, contains a brake system control unit, a hydraulic accumulator, electrovalves, a storage tank and a brake drive, characterized in that the control unit consists of three parallel-connected elements: a hydraulic spool valve, a dual-mode hydraulic element and an elastic device, located in one housing, which is fixedly fixed on the trailer frame, and all the element rods are rigidly connected to each other and are connected through the head of the towing hitch (TSS) with a towing vehicle, while the dual-mode element is made with the function of a hydraulic lock in the traction mode and a damper of longitudinal vibrations in the braking mode, the elastic device is made with the function of an elastic connection between the tractor and the trailer, and the hydraulic spool valve is made with the function of tracking systems s, which ensures the optimal braking performance of the trailer, moreover, these three elements, together with the elements of the brake mechanism (TM) and the trailer (OP), form a closed automatic control system (ACS) operating on deviation, with a damping element in negative feedback, and also, in the direct branch of the ACS, an amplifier based on a hydraulic spool valve, playing the role of a P-regulator, a brake mechanism (TM), a trailer (OP) and a comparison element at the input of the ACS in the form of an elastic device.

2. A trailer brake according to claim. 1, characterized in that it contains an electric pump that provides energy for braking the trailer, with the possibility of turning on the electric pump from a signal from the low and / or high beam.