TWI472451B - 可調節abs電子剎車制動力之系統 - Google Patents

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可調節ABS電子剎車制動力之系統
本發明係有關一種可調節ABS電子剎車制動力之系統,尤指一種兼具可依車速自動調整不同之剎車力道、雙模系統剎車效果佳與液壓剎車單元具有獨特減壓閥等優點之可調節ABS電子剎車制動力之系統。
目前電動機車使用較普遍的剎車系統為傳統液壓式碟剎或鼓式剎車,而在防鎖死剎車系統(Antilock Brake System,簡稱ABS)的運用上更是以液壓式剎車為主。
傳統防鎖死剎車系統實際動作為快速而反覆的剎車→放開→剎車→放開,使車輪始終處於快速剎車與放開的間隙滾動狀態,以防止緊急剎車時車體的方向偏移、側滑及甩尾等情況。但是,在車子由剎車到停止的過程中,剎車力道無法產生變化,無法依車速快而剎車力道較大;車速慢而剎車力道變小的狀況達到最佳之剎車效能。故,無法依車速自動調整不同之剎車力道。
而在剎車控制的切換上,一般只討論到當電子剎車力過大或過小時以傳統剎車(非防鎖死剎車系統)輔助的切換模式,仍未有結合防鎖死剎車系統的控制策略。本發明改善以上的缺點,提出一完整的雙模式剎車調節切換系統,以達到電動機車行進時的最佳剎車效果。
因此,有必要研發新技術以解決上述缺點及問題。
本發明之目的,在於提供一種可調節ABS電子剎車制動力之系統,其兼具可依車速自動調整不同之剎車力道、雙模系統剎車效果佳與液壓剎車單元具有獨特減壓閥等功效。特別是,本發明所欲解決之問題包括:目前機車尚無可隨車速變化而改變剎車力道,以及結合電子剎車與機械剎車之防鎖死剎車系統 制動裝置等問題。
解決上述問題之技術手段係提供一種可調節ABS電子剎車制動力之系統,用以設於一電動機車上,其包括:兩個電動機驅動器;兩個電動機,係分別設於該電動機車之前輪與後輪上,並分別與兩個電動機驅動器相對應,該前、該後輪分別設有一前輪軸與一後輪軸,該每一電動機皆設有一定子三相線圈及一電動機輸出軸,該定子三相線圈包括一第一線圈、一第二線圈及一第三線圈,該兩個電動機輸出軸係為永久磁性元件,並分別與相對應之該前、該後輪軸同軸連結;六個霍爾感測器,係分別電性連接該兩個定子三相線圈的該第一線圈、該第二線圈及該第三線圈,而分別用以偵測該前、該後輪上之該電動機的電動機輸出軸轉速N n N m ;一電瓶,係當該前、該後輪上之該電動機作為電動馬達,用以供電給該兩個電動機驅動器以驅動電動馬達;一油門把手,係用以產生一前輪油門命令與一後輪油門命令,而可分別透過該兩個電動機驅動器,控制該兩個電動機;兩個剎車把手,係分別用以產生一前輪剎車命令與一後輪剎車命令,而分別控制該前、該後輪之剎車動作;一個兩輪間滑差值運算部,係具有一微處理器及兩個電磁開關,該微處理器係依該電動機車之有無剎車,而分別控制該兩個電磁開關啟閉,該兩個電磁開關係分別對應該前、該後輪;當該電動機車剎車,該微處理器係以該兩個電動機輸出軸轉速N n N m ,及該前、該後輪是否有前、後輪減速機構,而分別以公式N f =kN n N b =qN m 換算出前、後輪轉速N f N b ,其中,當該前、該後輪分別無減速機構時,k =1=q ;當該前、該後輪分別有減速機構時,kq 分別為該減速機構之減速比; 並當產生該前、該後輪剎車命令時,該微處理器係以測得之該前、該後輪轉速N f N b 其中之較小者為較小輪速N w ,其輪軸至輪胎面之垂直距離為R 1 ,而該前、該後輪轉速N f N b 其中之較大者為較大輪速N v ,其輪軸至輪胎面之垂直距離為R 2 ,並記錄較大輪速N v 其前面的第一取樣輪速N v (t k )及第二取樣輪速N v (t k -1 );且當該電動機車剎車,係同步觸發一中斷信號給該微處理器,該微處理器記錄該前、該後輪剎車命令出現之剎車時間△t 、第k 週期取樣時間t k 以及第k -1週期取樣時間t k -1 ,且0t t k -t k -1 ,以供該微處理器利用數值外插而配合下列公式,運算出參考輪速V ref (R 2 ,t ),再經下列公式,運算出該電動機車剎車時的兩輪間即時滑差值S ;當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 小於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器係停止輸出一閥啟動信號;且當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器係輸出該閥啟動信號,且對應該前、該後輪而輸出兩個可變週期之脈波寬度調變信號,該每一脈波寬度調變信號係包括一第一脈波寬度調變信號、一第二脈波寬度調變信號及一第三脈波寬度調變信號;並當無該前、該後輪剎車命令時,該微處理器係輸出一泵浦啟動信號;其特徵係在於:兩個電子剎車單元,係分別設於該前、該後輪上,該每一 電子剎車單元係包括:複數個上橋二極體,係分別連結該第一、第二與第三線圈;複數個下橋二極體,係分別對應該複數個上橋二極體,且分別連結該第一、第二與第三線圈;複數個下橋剎車電晶體,係分別與該複數個下橋二極體相對應,並分別連結該第一、第二與第三線圈,該第一、該第二、該第三脈波寬度調變信號係分別控制該複數個下橋剎車電晶體反覆的導通與截止;一負載,係與該複數個上橋二極體及該複數個下橋二極體電性連結;當該電動機車剎車且該兩個電動機由電動馬達變為發電機;該電子剎車單元係於下列兩種剎車模式中變換:[a]短路剎車模式:該複數個下橋剎車電晶體依序導通,並與相對應之該定子三相線圈形成迴路,該負載概呈短路,使相對應之該定子三相線圈與該電動機輸出軸間之磁吸阻力變大,並透過輪軸使相對應之該輪產生較大之剎車力矩;[b]動能剎車模式:該複數個下橋剎車電晶體依序截止,該複數個上橋二極體依序與相對應之該複數個下橋二極體、相對應之該定子三相線圈及該負載形成迴路,使相對應之該定子三相線圈與該電動機輸出軸間之磁吸阻力變小,並透過輪軸使該相對應之該輪產生較小之剎車力矩;兩個液壓剎車單元,係分別設於該前、該後輪上,並受該兩輪間滑差值運算部控制,該每一液壓剎車單元係包括:一主油槽,係用以儲存一剎車油液;一剎車總泵,係連通該主油槽,並當該兩個剎車把手的至少其中之一呈剎車動作時,用以持續加壓輸出該剎車油液;一碟剎裝置,係連通該剎車總泵,並當該剎車油液停止與持續供入該剎車油液時,分別於一放鬆位置與一加壓位置間變換; 一碟盤,係與相對應之該輪軸同軸連結;並當該碟剎裝置分別於該放鬆位置與該加壓位置間變換時,隨之分別控制相對應之該輪軸轉動與停止;一閥,係連通該剎車總泵與該碟剎裝置;並依該閥啟動信號之無有,而於一關閉位置與一開啟位置間變換,當位於該關閉位置時,用以使該碟剎裝置呈正常機械剎車;且當位於該開啟位置時,用以使該碟剎裝置呈減壓剎車,達到提高安全剎車之結構;一副油槽,係連通該閥,用以容納該閥位於該開啟位置時減壓輸出之該剎車油液;一回油泵浦,係連通該副油槽及該主油槽;並當接收該泵浦啟動信號,用以將該剎車油液由該副油槽朝該主油槽傳輸;藉此,當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 小於滑差設定值S safe ,該微處理器即停止輸出該閥啟動信號,用以控制該碟剎裝置保持正常剎車力;當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器同步輸出該閥啟動信號、該兩個可變週期之脈波寬度調變信號及該複數個常閉脈波訊號;用以控制該碟剎裝置呈減壓剎車,提高剎車安全,並用以控制該前、該後輪產生類似防鎖死剎車作用,達到兼具碟剎減壓剎車及ABS電子防鎖死剎車結合之裝置。
本發明之上述目的與優點,不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中,獲得深入瞭解。
茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後:
參閱第一、第二、第三、第四A、第五及第十A圖,本發明係為一種可調節ABS電子剎車制動力之系統,用以設於一電動機車90上,其包括:兩個電動機驅動器10;兩個電動機20,係分別設於該電動機車90之前輪91與 後輪92上,並分別與兩個電動機驅動器10相對應,該前、該後輪91與92分別設有一前輪軸911與一後輪軸921,該每一電動機20皆設有一定子三相線圈21及一電動機輸出軸22,該定子三相線圈21包括一第一線圈21A、一第二線圈21B及一第三線圈21C,該兩個電動機輸出軸22係為永久磁性元件,並分別與相對應之該前、該後輪軸911與921同軸連結;六個霍爾感測器30,係分別電性連接該兩個定子三相線圈21的該第一線圈21A、該第二線圈21B及該第三線圈21C,而分別用以偵測該前、該後輪91與92上之該電動機20的電動機輸出軸轉速N n N m ;一電瓶40,係當該前、該後輪91與92上之該電動機20作為電動馬達,用以供電給該兩個電動機驅動器10以驅動電動馬達;一油門把手50,係用以產生一前輪油門命令51與一後輪油門命令52,而可分別透過該兩個電動機驅動器10,控制該兩個電動機20;兩個剎車把手60,係分別用以產生一前輪剎車命令61(或稱為前輪剎車電流,其為壓電訊號)與一後輪剎車命令62(或稱為後輪剎車電流,其為壓電訊號)(參閱第十B圖),而分別控制該前、該後輪91與92之剎車動作;一個兩輪間滑差值運算部70,係具有一微處理器71及兩個電磁開關72,該微處理器71係依該電動機車90之有無剎車,而分別控制該兩個電磁開關72啟閉,該兩個電磁開關72係分別對應該前、該後輪91與92;當該電動機車90剎車,該微處理器71係以該兩個電動機輸出軸轉速N n N m ,及該前、該後輪91與92是否有前、後輪減速機構91A與92A,而分別以公式N f =kN n N b =qN m 換算出前、後輪轉速N f N b (參閱 第十A圖),其中,當該前、該後輪91與92分別無減速機構91A與92A時,k =1=q ;當該前、該後輪91與92分別有減速機構91A與92A時,kq 分別為該減速機構91A與92A之減速比;並當產生該前、該後輪剎車命令61與62時,該微處理器71係以測得之該前、該後輪轉速N f N b 其中之較小者為較小輪速N w ,其輪軸至輪胎面之垂直距離為R 1 ,而該前、該後輪轉速N f N b 其中之較大者為較大輪速N v ,其輪軸至輪胎面之垂直距離為R 2 ,並記錄較大輪速N v 其前面的第一取樣輪速N v (t k )及第二取樣輪速N v (t k -1 )(參閱第七圖);且當該電動機車90剎車,係同步觸發一中斷信號給該微處理器71,該微處理器71記錄該前、該後輪剎車命令61與62出現之剎車時間△t 加上第k 週期取樣時間t k (以及第k -1週期取樣時間t k -1 ),且0t t k -t k -1 ,以供該微處理器71利用數值外插而配合下列公式,運算出參考輪速V ref (R 2 ,t ),再經下列公式,運算出該電動機車90剎車時的兩輪間即時滑差值S ;當經過一偵測時間△T (參閱第七圖)之兩輪間即時滑差值S 小於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器71係停止輸出一閥啟動信號71A;且當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器71係輸出該閥啟動信號71A,且對應該前、該後輪91與92而輸出兩個可變週期之脈波寬度調變信號71B及複數(三)個常閉脈波 訊號71D,該每一脈波寬度調變信號71B係包括一第一脈波寬度調變信號711、一第二脈波寬度調變信號712及一第三脈波寬度調變信號713;並當無該前、該後輪剎車命令61與62時,該微處理器71係輸出一泵浦啟動信號71C;其特徵係在於:兩個電子剎車單元80A,係分別設於該前、該後輪91與92上,該每一電子剎車單元80A係包括:複數個上橋二極體(D1、D3、D5),係分別連結該第一、第二與第三線圈21A、21B與21C;複數個下橋二極體(D2、D4、D6),係分別對應該複數個上橋二極體(D1、D3、D5),且分別連結該第一、第二與第三線圈21A、21B與21C;複數個下橋剎車電晶體(S2、S4、S6),係分別與該複數個下橋二極體(D2、D4、D6)相對應,並分別連結該第一、第二與第三線圈21A、21B與21C,該第一、該第二、該第三脈波寬度調變信號711、712與713,係分別控制該複數個下橋剎車電晶體S2(參閱第六A及第六C圖)、S4(參閱第六E及第六G圖)與S6(參閱第六I及第六K圖)反覆的導通(啟動)與截止(關閉);一負載801,係與該複數個上橋二極體(D1、D3、D5)及該複數個下橋二極體(D2、D4、D6)電性連結;當該電動機車90剎車且該兩個電動機20由電動馬達變為發電機;該電子剎車單元80A係於下列兩種剎車模式中變換:
[a]短路剎車模式:該複數個下橋剎車電晶體S2、S4與S6依序導通,並與相對應之該定子三相線圈21形成迴路,該負載801概呈短路,使相對應之該定子三相線圈21與該電動機輸出軸22間之磁吸阻力變大,並透過輪軸使相對應之該輪產生較大之剎車力矩;該複數個下橋剎車電晶體S2、S4與S6 依序啟動形成下列迴路:參閱第六A圖,其迴路元件依序:該第二線圈21B、該第一線圈21A、該下橋剎車電晶體S2、該下橋二極體D4,再回到該第二線圈21B。
參閱第六C圖,其迴路元件依序:該第三線圈21C、該第一線圈21A、該下橋剎車電晶體S2、該下橋二極體D6,再回到該第三線圈21C。
參閱第六E圖,其迴路元件依序:該第一線圈21A、該第二線圈21B、該下橋剎車電晶體S4、該下橋二極體D2,再回到該第一線圈21A。
參閱第六G圖,其迴路元件依序:該第三線圈21C、該第二線圈21B、該下橋剎車電晶體S4、該下橋二極體D6,再回到該第三線圈21C。
參閱第六I圖,其迴路元件依序:該第一線圈21A、該第三線圈21C、該下橋剎車電晶體S6、該下橋二極體D2,再回到該第一線圈21A。
參閱第六K圖,其迴路元件依序:該第二線圈21B、該第三線圈21C、該下橋剎車電晶體S6、該下橋二極體D4,再回到該第三線圈21C。
[b]動能剎車模式:該複數個下橋剎車電晶體S2、S4與S6依序截止,該複數個上橋二極體(D1、D3、D5)依序與相對應之該複數個下橋二極體(D2、D4、D6)、相對應之該定子三相線圈21及該負載801形成迴路,使相對應之該定子三相線圈21與該電動機輸出軸22間之磁吸阻力變小,並透過輪軸使該相對應之該輪產生較小之剎車力矩;該複數個下橋剎車電晶體S2、S4與S6依序截止形成下列迴路:參閱第六B圖:其迴路元件依序:該第二線圈21B、該第一線圈21A、該上橋二極體D1、該負載801、該下橋二極體D4,再回到該第二線圈21B。
參閱第六D圖:其迴路元件依序:該第三線圈21C、該第 一線圈21A、該上橋二極體D1、該負載801、該下橋二極體D6,再回到該第三線圈21C。
參閱第六F圖:其迴路元件依序:該第一線圈21A、該第二線圈21B、該上橋二極體D3、該負載801、該下橋二極體D2,再回到該第一線圈21A。
參閱第六H圖:其迴路元件依序:該第三線圈21C、該第二線圈21B、該上橋二極體D3、該負載801、該下橋二極體D6,再回到該第三線圈21C。
參閱第六J圖:其迴路元件依序:該第一線圈21A、該第三線圈21C、該上橋二極體D5、該負載801、該下橋二極體D2,再回到該第一線圈21A。
參閱第六L圖:其迴路元件依序:該第二線圈21B、該第三線圈21C、該上橋二極體D5、該負載801、該下橋二極體D4,再回到該第二線圈21B。
兩個液壓剎車單元80B,係分別設於該前、該後輪91與92上,並受該兩輪間滑差值運算部70控制,該每一液壓剎車單元80B係包括:一主油槽81,係用以儲存一剎車油液811;一剎車總泵82,係連通該主油槽82,並當該兩個剎車把手60的至少其中之一呈剎車動作時,用以持續加壓輸出該剎車油液811;一碟剎裝置83,係連通該剎車總泵82,並當該剎車油液811停止與持續供入該剎車油液811時,分別於一放鬆位置P1(參閱第四A圖)與一加壓位置P2(參閱第四B圖)間變換;一碟盤84,係與相對應之該輪軸同軸連結;並當該碟剎裝置83分別於該放鬆位置P1與該加壓位置P2間變換時,隨之分別控制相對應之該輪軸轉動與停止;一閥85,係連通該剎車總泵82與該碟剎裝置83;並依該閥啟動信號71A之無有,而於一關閉位置P3(參閱第四A圖)與一開啟位置P4(參閱第四B圖)間變換,當位於該關閉位置 P3時,用以使該碟剎裝置83呈正常機械剎車;且當位於該開啟位置P4時,用以使該碟剎裝置83呈減壓剎車,達到提高安全剎車之結構;一副油槽86,係連通該閥85,用以容納該閥85位於該開啟位置P4時減壓輸出之該剎車油液811;一回油泵浦87,係連通該副油槽86及該主油槽81;並當接收該泵浦啟動信號71C,用以將該剎車油液811由該副油槽86朝該主油槽81傳輸;藉此,當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 小於滑差設定值S safe ,該微處理器71即停止輸出該閥啟動信號71A,用以控制該碟剎裝置83保持正常剎車力;當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器71同步輸出該閥啟動信號71A及該兩個可變週期之脈波寬度調變信號71B;用以控制該碟剎裝置83呈減壓剎車,提高剎車安全,並用以控制該前、該後輪91與92產生類似防鎖死剎車作用,達到兼具碟剎減壓剎車及ABS電子防鎖死剎車結合之裝置。
實務上,設定該滑差設定值S safe 等於0.2(此係為乾燥路面最佳數值,該數值可因實際路面情況加以調整);其為邊界速度v b (此係舉例之數值,可因實際情況加以調整,或依該滑差設定值S safe 、電動馬達回授電流、該前、該後輪轉速N f N b 而設定);該前、該後輪轉速N f N b 其中之較小者為較小輪速N w ,其被定義為輪速;該前、該後輪轉速N f N b 其中之較大者為較大輪速N v ,其被定義為車速;藉此,當該微處理器71輸出該兩個可變週期之脈波寬度調變信號71B;控制該前、該後輪91與92產生類似防鎖死剎車作用時:若車速大於邊界速度v b ,則較大輪速N v 與較小輪速N w 之剎 車力比例分別呈變大與變小(實驗數據以剎車力比調為9:1為較佳,當然,此係實驗之數值,比例可依實際情況加以調整);若車速等於邊界速度v b (即在安全剎車範圍內),則將對前輪速N f 與後輪速N b 之剎車力比調為7:3(此為實驗後之最佳剎車力比例,同樣的,該比例可依實際情況加以調整);若車速小於邊界速度v b ,則較大輪速N v 與較小輪速N w 之剎車力比例分別呈變小與變大(實驗數據以剎車力比調為3:5為較佳,同樣的,此係舉例之數值,該比例可因實際情況加以調整);若車速與輪速的其中之一小於時速20公里以下(此係舉例之數值,該數值可依實際情況加以設定);該微處理器71停止輸出該兩個可變週期之脈波寬度調變信號71B。
該兩輪間滑差值運算部70又包括複數(六)個電流感測器70A,係分別對應該複數個下橋剎車電晶體(S2、S4、S6);其係當該前輪剎車命令61(或是該後輪剎車命令62)大於設定值(Ia),則可調整微處理器71輸出之脈波寬度調變信號71A的導通週期T ON 變小以及截止週期T OFF 變長(參閱第九圖),達到限電流作用以防止相關裝置受損的功能。
當該兩輪間滑差值運算部70有前(或是後)輪油門命令51(或是52,且此時電動機車90無剎車),該微處理器71係控制與前輪91(或是後輪92)相對應之電磁開關72關閉;當該兩輪間滑差值運算部70無前(或是後)輪油門命令51(或是52)以及有前(或是後)輪剎車命令61(或是62)時(此時電動機車90剎車),該微處理器71係控制與前輪91(或是後輪92)相對應之電磁開關72啟動,並同步禁制該前(或是後)輪91(或是92)上電動機驅動器10。
該複數個下橋剎車電晶體(S2、S4、S6),係分別與該複數個下橋二極體(D2、D4、D6)構成電路結構。
該負載801可為功率電阻。
當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之 滑差設定值S safe ,該微處理器71並對應該前、該後輪91與92,而分別輸出複數(六)個常閉脈波訊號71D;該每一電子剎車單元80A又包括:複數個上橋剎車電晶體(S1、S3、S5),係分別對應該複數個上橋二極體(D1、D3、D5)而構成電路結構;且該複數個上橋剎車電晶體(S1、S3、S5)係分別對應該複數個下橋剎車電晶體(S2、S4、S6);且該複數個常閉脈波訊號71D係分別控制相對應之該複數個上橋剎車電晶體(S1、S3、S5)呈截止;藉此,當該複數個下橋剎車電晶體(S2、S4、S6)依序導通時,相對應之該定子三相線圈21(亦即電動馬達)的回授電流之流動路徑係:流向相對應之該下橋剎車電晶體(S2、S4、S6)→流向相對應之該下橋二極體(D2、D4、D6)→流向相對應之該定子三相線圈21。
當該複數個下橋剎車電晶體(S2、S4、S6)依序截止,相對應之該定子三相線圈21(亦即電動馬達)的回授電流之流動路徑係:流向相對應之該上橋二極體(D1、D3、D5)→流向該負載801→流向相對應之該下橋二極體(D2、D4、D6)→流向相對應之該定子三相線圈21。
關於本發明之動作過程,於開始後可包括下列步驟:
步驟A(891):電動機車行進。
步驟B(892):即時量測油門命令與剎車命令,以供判別電動機車之狀態。
步驟C(893):判別電動機車是否呈剎車狀態?若判別結果為“否”(包括滑行狀態),則回到步驟B(892)重新動作,判別結果為“是”,則進下一步驟。
步驟D(894):即時量測兩個電動機輸出軸轉速N n N m ,以間接算出兩輪間即時滑差值S
步驟E(895):判別兩輪間即時滑差值S 是否大於0.2(此係為乾燥路面最佳數值,該數值可依實際路面情況加以調整)?若判別結果為“否”,進行步驟F1(896A),若判別結果 為“是”,則進行步驟F2(896B)。
關於步驟F1(896A):進行機械剎車,提供一般剎車功能。
關於步驟F2(896B):同時進行碟剎減壓剎車及ABS電子防鎖死剎車結合之效果。
前述兩步驟為各別獨立之步驟,完成後可分別結束。
本發明之動作係如下所述:參閱第一及第十一圖,首先,設定該前、該後輪91與92其輪軸至輪胎面之垂直距離R 1R 2 皆為20公分,接著以該油門把手50對該前、後輪91與92上之該電動機20,分別輸入該前、該後輪油門命令51與52(皆為1),則該兩個電動機20成為電動馬達驅動該電動機車90行進。
當該前、該後輪油門命令51與52皆為0,且該前、該後輪剎車命令61與62皆為0時,判定該電動機車90呈滑行狀態。假設行進至時速70時突然按壓該兩個剎車把手60而分別產生該前、該後輪剎車命令61與62(皆為1),而控制該前、該後輪91與92剎車(亦即該前、該後輪油門命令51與52皆為0),系統判定為剎車狀態。而該前、該後輪91與92可能分別產生如(表一)所示的剎車狀況(為方便說明,假設t k =10.5、△t =10.8-10.5=0.3、t k -1 =10.5-1=9.5,k =1=q ,並以車輪切線速度取代輪轉速作ABS運作的分析。實際下表一內的各數據皆隨實際使用狀況而有變動):
此時本發明分為兩個動作模式:
[a]正常剎車模式:該兩輪間滑差值運算部70判別經一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 小於滑差設定值S safe , 該微處理器71即停止輸出該閥啟動信號71A,用以控制該碟剎裝置83保持正常剎車力。
[b]雙模剎車模式:該兩輪間滑差值運算部70判別經一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器71同步輸出該閥啟動信號71A、該兩個可變週期之脈波寬度調變信號71B及該複數個常閉脈波訊號71D;用以控制該碟剎裝置83呈減壓剎車,提高剎車安全,並用以控制該前、該後輪91與92產生ABS電子防鎖死剎車作用。(可以ABS電子防鎖死剎車作用為主,以減壓剎車為輔)
當電子式ABS制動系統啟動時,參閱第八圖,該微處理器71禁制該電動機驅動器10,啟動該電磁開關72,並輸出該第一脈波寬度調變信號711A、該第二脈波寬度調變信號711B及該第三脈波寬度調變信號711C;而分別控制該第二、該第四、該第六剎車電晶體S2、S4與S6依序反覆的導通與截止,用以控制該前輪91(或是該後輪92)上之該第一、該第二與第三線圈21A、21B與21C可於短路剎車模式與動能剎車模式間變換, 使該定子三相線圈21與該電動機輸出軸22不會完全鎖死,並透過該前輪軸(或是該後輪軸)對該前輪91(或是該後輪92)反覆的剎車與放鬆,而將該前、該後輪91與92產生的剎車扭力調整均勻,最後使該電動機車90平穩減慢速度或是停止。
亦即,當短路剎車時,因該負載801短路,使該定子三相線圈21與該電動機輸出軸22間之磁吸阻力變大,並透過輪軸使相對應之該輪產生較大之剎車力矩(如第九圖所示,假設第一脈波寬度調變信號711為短週期,當下橋剎車電晶體S2導通時,短路剎車以車輪轉速快速下降線段M表示車速快速下降),當動能剎車時,其剎車力的輸出是因回授電流經過負載801而減弱,並與該電動機輸出軸22間產生較小的磁場以吸住電動機輸出軸22,再加上與地面的摩擦阻力使該前輪91(或是該該後輪92)產生較小的剎車制動力(如第九圖所示,下橋剎車電晶體S2截止時,車輪剎車力放鬆,而以轉速緩慢之下降線段N表示車速緩慢下降),至於該下橋剎車電晶體S4與S6動作原理相同,恕不贅述。並可分別以第一曲線L1與第二曲線L2表示碟剎減壓剎車及ABS電子防鎖死剎車結合之裝置之剎車效果優於機械剎車之效果。
舉例來講,參閱第十A及第十B圖,當該前輪91(第一線段L1)時速為62公里(均速)、該後輪92(第二線段L2)時速為47公里,此時雙輪的滑差為0.319大於邊界速度v b 所對應的滑差0.2,因此控制車速輪和輪速輪之剎車力比為9:1。而當時間到達35.041秒,雙輪的滑差值被降低至0.2,此時控制剎車力變化為7:3,最後當時間到達35.341秒,因車輪速已降低至20公里以下,該電子剎車單元80A停止作動。
綜上所述,本發明之優點及功效可歸納如下:
[1]可依車速自動調整不同之剎車力道。當車速大於邊界速度v b ,本發明自動將較大輪速與較小輪速之剎車力比調為9:1(此係舉例之數值,該比例可因實際情況加以調整);當車速等於邊界速度v b (即在安全剎車範圍內),自動將前輪與後輪 之剎車力比調為7:3(此係舉例之數值,可因實際情況加以調整);當車速小於邊界速度v b ,則將較大輪速與較小輪速剎車力比調為3:5,再當車速與輪速的其中之一小於時速20公里以下(此係舉例之數值,可依實際情況加以設定);則自動停止電子剎車。全程不需人工控制,革除人為誤差。使剎車動作過程完全以即時變化自動控制最佳狀況。故,可依車速自動調整不同之剎車力道。
〔2]雙模系統剎車效果佳。本發明同時具備減壓剎車加電子剎車,以及單純的機械剎車。並以兩輪間即時滑差值S 為依據自動進行切換。可產生優於傳統液壓剎車之剎車效果。故,雙模系統剎車效果佳。
[3]液壓剎車單元具有獨特減壓閥。本發明之液壓剎車單元具有獨特之閥,當兩輪間滑差值運算部判別經一偵測時間之兩輪間即時滑差值小於滑差設定值,該閥係位於關閉位置,用以控制該碟剎裝置呈正常剎車力(機械剎車);當兩輪間滑差值運算部判別經一偵測時間後之兩輪間即時滑差值大於預設之滑差設定值,該閥係位於部分開啟位置,用以控制該碟剎裝置呈減壓剎車,提高剎車安全。
以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明,對於該實施例所做的任何簡單修改與變化,皆不脫離本發明之精神與範圍。
由以上詳細說明,可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的,實已符合專利法之規定,爰提出發明專利之申請。
10‧‧‧電動機驅動器
20‧‧‧電動機
21‧‧‧定子三相線圈
21A‧‧‧第一線圈
21B‧‧‧第二線圈
21C‧‧‧第三線圈
22‧‧‧電動機輸出軸
30‧‧‧霍爾感測器
40‧‧‧電瓶
50‧‧‧油門把手
51‧‧‧前輪油門命令
52‧‧‧後輪油門命令
60‧‧‧剎車把手
61‧‧‧前輪剎車命令
62‧‧‧後輪剎車命令
70‧‧‧兩輪間滑差值運算部
70A‧‧‧電流感測器
71‧‧‧微處理器
71A‧‧‧閥啟動信號
71B‧‧‧脈波寬度調變信號
71C‧‧‧泵浦啟動信號
71D‧‧‧常閉脈波訊號
711‧‧‧第一脈波寬度調變信號
712‧‧‧第二脈波寬度調變信號
713‧‧‧第三脈波寬度調變信號
72‧‧‧電磁開關
80A‧‧‧電子剎車單元
80B‧‧‧液壓剎車單元
801‧‧‧負載
81‧‧‧主油槽
811‧‧‧剎車油液
82‧‧‧剎車總泵
83‧‧‧碟剎裝置
84‧‧‧碟盤
85‧‧‧閥
86‧‧‧副油槽
87‧‧‧回油泵浦
891‧‧‧步驟A
892‧‧‧步驟B
893‧‧‧步驟C
894‧‧‧步驟D
895‧‧‧步驟E
896A‧‧‧步驟F1
896B‧‧‧步驟F2
90‧‧‧電動機車
91‧‧‧前輪
911‧‧‧前輪軸
91A、92A‧‧‧減速機構
92‧‧‧後輪
921‧‧‧後輪軸
D1、D3、D5‧‧‧上橋二極體
D2、D4、D6‧‧‧下橋二極體
S1、S3、S5‧‧‧上橋剎車電晶體
S2、S4、S6‧‧‧下橋剎車電晶體
P1‧‧‧放鬆位置
P2‧‧‧加壓位置
P3‧‧‧關閉位置
P4‧‧‧開啟位置
L1‧‧‧第一線段
L2‧‧‧第二線段
L3‧‧‧第三線段
L4‧‧‧第四線段
M、N‧‧‧下降線段
X1‧‧‧第一曲線
X2‧‧‧第二曲線
N n N m ‧‧‧電動機輸出軸轉速
N v ‧‧‧較大輪速
Nv (t k )‧‧‧第一取樣輪速
Nv (t k -1 )‧‧‧第二取樣輪速
t ‧‧‧剎車時間
t k ‧‧‧第k週期取樣時間
t k -1 ‧‧‧第k-1週期取樣時間
T ON ‧‧‧導通週期
T OFF ‧‧‧截止週期
R 1R 2 ‧‧‧輪軸至輪胎面之垂直距離
第一圖係本發明之應用例之示意圖
第二圖係本發明之主要結構之示意圖
第三圖係分別為本發明之前、後輪上的電動機、兩輪間滑差值運算部、電子剎車單元與液壓剎車單元之示意圖
第四A與第四B圖係分別為液壓剎車單元保持剎車力與減壓之示意圖
第五圖係本發明之較佳實施例之電路圖
第六A及第六B圖係分別為本發明之下橋剎車電晶體(S2)導通與截止時與第二、第一線圈間之導通關係之示意圖
第六C及第六D圖係分別為本發明之下橋剎車電晶體(S2)導通與截止時與第三、第一線圈間之導通關係之示意圖
第六E及第六F圖係分別為本發明之下橋剎車電晶體(S4)導通與截止時與第一、第二線圈間之導通關係之示意圖
第六G及第六H圖係分別為本發明之下橋剎車電晶體(S4)導通與截止時與第三、第二線圈間之導通關係之示意圖
第六I及第六J圖係分別為本發明之下橋剎車電晶體(S6)導通與截止時與第一、第三線圈間之導通關係之示意圖
第六K及第六L圖係分別為本發明之下橋剎車電晶體(S6)導通與截止時與第二、第三線圈間之導通關係之示意圖
第七圖係本發明之車輪轉速取樣之曲線圖
第八圖係本發明之電磁開關、霍爾感測器與剎車電晶體之啟閉時序之對應波形圖
第九圖係本發明之週期脈波寬度調變信號、剎車電晶體與車速之對應波形圖
第十A圖係本發明之兩輪輪速變化之曲線圖
第十B圖係本發明之前、後輪剎車電流變化之曲線圖
第十一圖係本發明之動作流程圖
10‧‧‧電動機驅動器
20‧‧‧電動機
30‧‧‧霍爾感測器
40‧‧‧電瓶
50‧‧‧油門把手
51‧‧‧前輪油門命令
52‧‧‧後輪油門命令
60‧‧‧剎車把手
61‧‧‧前輪剎車命令
62‧‧‧後輪剎車命令
70‧‧‧兩輪間滑差值運算部
70A‧‧‧電流感測器
71‧‧‧微處理器
71A‧‧‧閥啟動信號
71B‧‧‧脈波寬度調變信號
71C‧‧‧泵浦啟動信號
711‧‧‧第一脈波寬度調變信號
712‧‧‧第二脈波寬度調變信號
713‧‧‧第三脈波寬度調變信號
72‧‧‧電磁開關
80A‧‧‧電子剎車單元
80B‧‧‧液壓剎車單元
91‧‧‧前輪
92‧‧‧後輪
R 1R 2 ‧‧‧輪軸至輪胎面之垂直距離

Claims (6)

  1. 一種可調節ABS電子剎車制動力之系統,用以設於一電動機車上,其包括:兩個電動機驅動器;兩個電動機,係分別設於該電動機車之前輪與後輪上,並分別與兩個電動機驅動器相對應,該前、該後輪分別設有一前輪軸與一後輪軸,該每一電動機皆設有一定子三相線圈及一電動機輸出軸,該定子三相線圈包括一第一線圈、一第二線圈及一第三線圈,該兩個電動機輸出軸係為永久磁性元件,並分別與相對應之該前、該後輪軸同軸連結;六個霍爾感測器,係分別電性連接該兩個定子三相線圈的該第一線圈、該第二線圈及該第三線圈,而分別用以偵測該前、該後輪上之該電動機的電動機輸出軸轉速N n N m ;一電瓶,係當該前、該後輪上之該電動機作為電動馬達,用以供電給該兩個電動機驅動器以驅動電動馬達;一油門把手,係用以產生一前輪油門命令與一後輪油門命令,而可分別透過該兩個電動機驅動器,控制該兩個電動機;兩個剎車把手,係分別用以產生一前輪剎車命令與一後輪剎車命令,而分別控制該前、該後輪之剎車動作;一個兩輪間滑差值運算部,係具有一微處理器及兩個電磁開關,該微處理器係依該電動機車之有無剎車,而分別控制該兩個電磁開關啟閉,該兩個電磁開關係分別對應該前、該後輪;當該電動機車剎車,該微處理器係以該兩個電動機輸出軸轉速N n N m ,及該前、該後輪是否有前、後輪減速機構,而分別以公式N f =kN n N b =qN m 換算出前、後 輪轉速N f N b ,其中,當該前、該後輪分別無減速機構時,k =1=q ;當該前、該後輪分別有減速機構時,kq 分別為該減速機構之減速比;並當產生該前、該後輪剎車命令時,該微處理器係以測得之該前、該後輪轉速N f N b 其中之較小者為較小輪速N w ,其輪軸至輪胎面之垂直距離為R 1 ,而該前、該後輪轉速N f N b 其中之較大者為較大輪速N v ,其輪軸至輪胎面之垂直距離為R 2 ,並記錄較大輪速N v 其前面的第一取樣輪速N v (t k )及第二取樣輪速N v (t k -1 );且當該電動機車剎車,係同步觸發一中斷信號給該微處理器,該微處理器記錄該前、該後輪剎車命令出現之剎車時間△t 、第k 週期取樣時間t k 以及第k -1週期取樣時間t k -1 ,且0t t k -t k -1 ,以供該微處理器利用數值外插而配合下列公式,運算出參考輪速V ref (R 2 ,t ),再經下列公式,運算出該電動機車剎車時的兩輪間即時滑差值S ;當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 小於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器係停止輸出一閥啟動信號;且當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器係輸出該閥啟動信號,且對應該前、該後輪而輸出兩個可變週期之脈波寬度調變信號,該每一脈波寬度調變信號係包括一第一脈波寬度調變信號、一第二脈波寬度調變信號及一 第三脈波寬度調變信號;並當無該前、該後輪剎車命令時,該微處理器係輸出一泵浦啟動信號;其特徵係在於:兩個電子剎車單元,係分別設於該前、該後輪上,該每一電子剎車單元係包括:複數個上橋二極體,係分別連結該第一、第二與第三線圈;複數個下橋二極體,係分別對應該複數個上橋二極體,且分別連結該第一、第二與第三線圈;複數個下橋剎車電晶體,係分別與該複數個下橋二極體相對應,並分別連結該第一、第二與第三線圈,該第一、該第二、該第三脈波寬度調變信號係分別控制該複數個下橋剎車電晶體反覆的導通與截止;一負載,係與該複數個上橋二極體及該複數個下橋二極體電性連結;當該電動機車剎車且該兩個電動機由電動馬達變為發電機;該電子剎車單元係於下列兩種剎車模式中變換:[a]短路剎車模式:該複數個下橋剎車電晶體依序導通,並與相對應之該定子三相線圈形成迴路,該負載概呈短路,使相對應之該定子三相線圈與該電動機輸出軸間之磁吸阻力變大,並透過輪軸使相對應之該輪產生較大之剎車力矩;[b]動能剎車模式:該複數個下橋剎車電晶體依序截止,該複數個上橋二極體依序與相對應之該複數個下橋二極體、相對應之該定子三相線圈及該負載形成迴路,使相對應之該定子三相線圈與該電動機輸出軸間之磁吸阻力變小,並透過輪軸使該相對應之該輪產生較小之剎車力矩;兩個液壓剎車單元,係分別設於該前、該後輪上,並受 該兩輪間滑差值運算部控制,該每一液壓剎車單元係包括:一主油槽,係用以儲存一剎車油液;一剎車總泵,係連通該主油槽,並當該兩個剎車把手的至少其中之一呈剎車動作時,用以持續加壓輸出該剎車油液;一碟剎裝置,係連通該剎車總泵,並當該剎車油液停止與持續供入該剎車油液時,分別於一放鬆位置與一加壓位置間變換;一碟盤,係與相對應之該輪軸同軸連結;並當該碟剎裝置分別於該放鬆位置與該加壓位置間變換時,隨之分別控制相對應之該輪軸轉動與停止;一閥,係連通該剎車總泵與該碟剎裝置;並依該閥啟動信號之無有,而於一關閉位置與一開啟位置間變換,當位於該關閉位置時,用以使該碟剎裝置呈正常機械剎車;且當位於該開啟位置時,用以使該碟剎裝置呈減壓剎車,達到提高安全剎車之結構;一副油槽,係連通該閥,用以容納該閥位於該開啟位置時減壓輸出之該剎車油液;一回油泵浦,係連通該副油槽及該主油槽;並當接收該泵浦啟動信號,用以將該剎車油液由該副油槽朝該主油槽傳輸;藉此,當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 小於滑差設定值S safe ,該微處理器即停止輸出該閥啟動信號,用以控制該碟剎裝置保持正常剎車力;當經過一偵測時間△T 之兩輪間即時滑差值S 大於預設之滑差設定值S safe ,該微處理器同步輸出該閥啟動信號、該兩個可變週期之脈波寬度調變信號及該複數個常閉脈波訊號;用以控制該碟剎裝置呈減壓剎車,提高剎車安全,並用以控制該前、該後輪產生類似防鎖死剎車作用,達到兼具碟剎減壓剎車及ABS電子防鎖死剎車結合之裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可調節ABS電子剎車制動力之系統,其中:該滑差設定值S safe 等於0.2,其為邊界速度v b ;該前、該後輪轉速N f N b 其中之較小者為較小輪速N w ,其被定義為輪速;該前、該後輪轉速N f N b 其中之較大者為較大輪速N v ,其被定義為車速;藉此,當該微處理器輸出該兩個可變週期之脈波寬度調變信號;控制該前、該後輪產生類似防鎖死剎車作用時:若車速大於邊界速度v b ,則較大輪速N v 與較小輪速N w 之剎車力比例分別呈變大與變小;若車速等於邊界速度v b ,則將對前輪速N f 與後輪速N b 之剎車力比調為7:3;若車速小於邊界速度v b ,則較大輪速N v 與較小輪速N w 之剎車力比例分別呈變小與變大;若車速與輪速的其中之一小於時速20公里以下,該微處理器停止輸出該兩個可變週期之脈波寬度調變信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可調節ABS電子剎車制動力之系統,其中:該兩輪間滑差值運算部又包括複數個電流感測器,係分別對應該複數個下橋剎車電晶體,其係當該前輪剎車命令與該後輪剎車命令的其中之一大於設定值,用以調整該微處理器輸出之脈波寬度調變信號的導通週期,達到限電流作用。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可調節ABS電子剎車制動力之系統,其中:該複數個下橋剎車電晶體,係分別與該複數個下橋二極體構成電路結構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可調節ABS電子剎車制動力之系統,其中,該負載係為功率電阻。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可調節ABS電子剎車制動力之系統,其中:該微處理器對應該前、該後輪係分別輸出複數個常閉脈波訊號;該每一電子剎車單元又包括:複數個上橋剎車電晶體,係分別對應該複數個上橋二極體而構成電路結構;且該複數個上橋剎車電晶體係分別對應該複數個下橋剎車電晶體;該複數個常閉脈波訊號係分別控制相對應之該複數個上橋剎車電晶體呈截止。
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