CN106402207B - 快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制*** - Google Patents

快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制***，包括油泵(1)、起效阀(4)、换热器(5)、充液量调节阀(9)和电子控制单元ECU(10)；所述起效阀(4)由二位二通滑阀(2)和第一先导阀(3)组成，充液量调节阀(9)由二通插装阀(8)和第二先导阀(7)组成；起效阀用于控制液力缓速器轮腔(6)的快速起效，充液量调节阀(9)用于精确控制产生的制动力矩，换热器(5)连接液力缓速器轮腔输入端和输出端，实现散热；本发明可控制油液快速充入缓速器轮腔中，以实现制动力矩的快速起效，且可以根据车辆工况与使用需求，精确控制缓速器输出制动力矩，并可保证液力缓速器具有良好的散热能力。

Description

快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制***
技术领域
本发明属于车辆减速制动控制技术领域，具体涉及一种快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制***。
背景技术
目前，车辆上常用的行车制动器多为盘式制动器或鼓式制动器，均属于摩擦片式制动装置。车辆在长下坡路段、城市交通或载重低速行驶等工况下，频繁或长时间地使用此类制动器时，制动器将大量动能转变为热能，导致摩擦元件温度过高，摩擦系数降低，制动效能下降，即发生制动性能的“热衰退现象”。热衰退现象导致车辆制动效能严重降低，极易酿成重大事故。
为了解决上述问题，各国纷纷出台相应的法规政策规定车辆必须装备辅助制动装置，主要有发动机排气制动、液压制动、电涡流缓速制动、液力缓速制动等装置。其中，液力缓速器以其体积小、制动力矩大、制动效能持续时间长等优点，现已作为机械主制动器的有效辅助制动装置被广泛应用。液力缓速器多布置在车辆传动变速机构前方或后方，能使车辆在高速行驶工况下，配合车辆机械主制动器有效地降低或保持行驶速度，减轻机械主制动器磨损，保证车辆安全平稳地减速制动。
液压控制技术是决定液力缓速器综合性能的关键技术之一。液力缓速器对其制动力矩的控制主要依靠液压控制***对轮腔内进行快速精确地充入适量油液，并根据车辆工况精确控制来实现。传统的机械—液压式液压控制***，由于其存在机械部分，因此存在结构复杂、控制响应慢的问题，而且控制功能少，一般只能输出一个定量，而且输出精度差，因此目前逐渐被以电控液压/气动元件为核心的电控***取代。另外，由于液力缓速器工作时会产生大量的热量，其液压***也应该保证液力缓速器具有良好的散热能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可实现快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制***。在液力缓速器使用中，可控制油液快速充入缓速器轮腔中，以实现制动力矩的快速起效，且可以根据车辆工况与使用需求，精确控制缓速器输出制动力矩，并可保证液力缓速器具有良好的散热能力。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制***，包括油泵、起效阀、换热器、充液量调节阀和电子控制单元ECU；所述起效阀由二位二通滑阀和第一先导阀组成，充液量调节阀由二通插装阀和第二先导阀组成；油泵提供***油液输出口和控制油液输出口；
油泵的***油液输出口连接二位二通滑阀的a口，二位二通滑阀的b口连接液力缓速器轮腔的进油口，形成充液支路；
液力缓速器轮腔的第一出油口连接换热器入口，换热器出口接入所述充液支路，并位于二位二通滑阀与液力缓速器轮腔之间，形成循环散热支路；
液力缓速器轮腔的第二出油口连接二通插装阀进油口a1，二通插装阀出油口b1连接二通插装阀开式油箱，形成充液量调节支路；
油泵的控制油液输出口通过第一先导阀连接二位二通滑阀的控制油端口，并通过第二先导阀连接二通插装阀的控制油端口，形成控制油支路；
ECU连接两个先导阀的控制输入端，形成电控支路。
优选地，所述第一先导阀为电磁换向阀；电磁换向阀的A口连接二位二通滑阀的控制油端口，P口连接油泵的控制油液输出口，回油口T连接电磁换向阀开式油箱，电磁控制端连接ECU。
优选地，所述第二先导阀为比例减压阀；比例减压阀的出油口U1连接二通插装阀的控制油端口，进油口P1连接油泵的控制油液输出口，回油口T1连接比例减压阀开式油箱，电磁控制端连接ECU。
优选地，所述油泵中，粗滤器入口与开式油箱相连，粗滤器出口连接控制油泵入口；控制油泵出口连接第一精滤器入口；第一精滤器出口作为控制油液输出口；
粗滤器出口进一步连接***油泵入口；***油泵出口连接第二精滤器入口；第二精滤器出口作为***油液输出口。
优选地，所述油泵中进一步包括两个安全溢流阀；第一安全溢流阀连接在第一精滤器出口和粗滤器的入口之间；第二安全溢流阀连接在第二精滤器出口和粗滤器的入口之间。
优选地，第二安全溢流阀与粗滤器的入口之间的管路上安装呼吸器。
优选地，所述ECU根据外部反馈的制动踏板的动作情况和车辆当前状态，获得液力缓速器轮腔当前的目标制动力矩；根据目标制动力矩确定利用闭环控制算法获得液力缓速器工作状态，分为四个工况：
当所需制动力矩为0时，处于未工作工况，ECU不给第一先导阀和第二先导阀控制信号，两个先导阀关闭，没有制动力矩输出；
当所需制动力矩从0变为非0时，处于起效工况，ECU给第一先导阀换向信号，起效阀迅速起效，***油液进入液力缓速器轮腔中，产生制动力矩；此时，ECU向第二先导阀输出高控制电流，使得第二先导阀输出并作用于二通插装阀控制油端口的控制油压高于二通插装阀进油口a1处的油压，使得二通插装阀阀芯关闭；
起效工况之后进入稳定工况，ECU根据目标制动力矩的变化，向第二先导阀输出控制信号，调整第二先导阀的输出油压，进而调整二通插装阀的阀芯开度，从而调节液力缓速器轮腔部的充液量使其迅速接近所述目标制动力矩；
当液力缓速器需要停止工作时，ECU停止给第一先导阀和第二先导阀输出控制信号，停止输出制动力矩。
有益效果：
(1)本发明结构简单，通过少量器件的使用，达到快速起效且制动力矩精确的效果。
(2)本发明的换热器出口连接起效阀出口，与连接起效阀入口相比，本发明的连接方式，更为简单，充分利用液力缓速器轮腔出口油压高于进口油压的特点，将轮腔的第一出油口通过换热器与轮腔进油口相连，仅利用一个二位二通滑阀即可实现缓速器快速充油与循环散热的控制，阀系整体结构得到简化。
(3)本发明采用起效阀与充液量调节阀相配合以实现液力缓速器快速起效且制动力矩精确控制。直接采用现有的电磁阀来对液力缓速器进出口油液流量进行控制无法满足缓速器充放油***对低压降、大流量的需求。因此，采用电磁换向阀先导控制大通径的二位二通滑阀，开关控制响应速度快，可控制大流量油液迅速进入缓速器轮腔中，液力缓速器可快速起效；利用可连续精确输出控制油压的比例减压阀先导控制二通插装阀，连续调节控制精度高，可根据输入比例减压阀控制信号，实现对缓速器轮腔第二出口油液流量的精确调节，进而实现对缓速器轮腔充液量以及输出制动力矩的精确控制。
附图说明
图1为液力缓速器整体液压控制原理图。
其中，1-油泵，2-二位二通滑阀，3-电磁换向阀(第一先导阀)，4-起效阀，5-换热器，6-液力缓速器轮腔，7-比例减压阀(第二先导阀)，8-二通插装阀，9-充液量调节阀，10-电子控制单元ECU，11-液力缓速器轮腔进油口，12-液力缓速器轮腔的第一出油口，13-液力缓速器轮腔的第二出油口，14-充液三通接头，15-电磁换向阀开式油箱，16-二通插装阀开式油箱，17-比例减压阀开式油箱，18-***油泵安全溢流阀，19-控制油液输出三通接头(控制油液输出口)，20-控制油液输出三通接头，21-第一精滤器，22-控制油泵，23-控制油泵安全溢流阀，24-粗滤器，25-开式油箱，26-呼吸器，27-***油泵，28-第二精滤器，29-***油液输出三通接头(***油液输出口)。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制***，其包括油泵1、起效阀4、换热器5、充液量调节阀9和液压控制***电控器即电子控制单元(ECU，Electronic Control Unit)10。
油泵1为缓速器液压控制***提供***油液与控制油液，其中***油液为缓速器轮腔内部流动的传动介质，控制油液用于液压先导阀控制使用。油泵1主要包括：开式油箱25、呼吸器26、粗滤器24、***油泵27及其第二精滤器28、***油泵安全溢流阀18、***油液输出三通接头29、控制油泵22及其第一精滤器21、控制油泵安全溢流阀23、控制油液输出三通接头20以及相应管路。
起效阀4用于控制***油液通过充液支路快速充入液力缓速器轮腔6，即控制其快速起效，当缓速器需要停止工作时，起效阀4可关闭充液支路。起效阀4主要包括：二位二通滑阀2、起到其先导作用的电磁换向阀3、电磁换向阀开式油箱15(可连通开式油箱25)以及相应管路。
充液量调节阀9用于精确控制液力缓速器轮腔6内充液量，另外当缓速器需要停止工作时，充液量调节阀9完全打开，即可以起到快速排尽轮腔内油液的作用。主要包括：二通插装阀8、起到其先导作用的比例减压阀7、二通插装阀开式油箱16(可连通开式油箱25)、比例减压阀开式油箱17(可连通开式油箱25)以及相应管路。
液力缓速器轮腔6上分布有一个进油口11与两个出油口，分别为出油口12与出油口13，即一路进油(充液支路)，两路出油(循环散热支路与充液调节支路)。***油液可通过充液支路流入缓速器轮腔6进油口11；循环散热支路上安装有换热器5，保证由缓速器轮腔出油口12流出的***油液热量可以有效地得到散失，冷却后的油液可通过充液三通接头14流入充液支路；从出油口13流出的油液流入充液量调节支路，到达充液量调节阀，以进行充液量精确控制。
ECU10用于控制两个先导阀：电磁换向阀3与比例减压阀7的工作状态。另外，控制油泵输出的控制油液可通过控制油液输出三通接头19分别提供给两个先导阀。
为了实现上述功能，各组件之间通过如下连接方式构成充液支路、循环散热支路、充液量调节支路、控制油支路、***油支路、辅助支路和电控支路。具体来说，连接关系为：
1)充液支路：油泵1连接***油液输出三通接头29，***油液输出三通接头29其中一个接口作为***油液输出口。其中，***油液输出三通接头29的***油液输出口连接二位二通滑阀2的进口a；二位二通滑阀的出口b通过充液三通接头14连接液力缓速器轮腔6进油口11；
2)循环散热支路：液力缓速器轮腔6的第一出油口12连接换热器5入口；换热器5出口连接充液三通接头14，即连入充液支路；
3)充液量调节支路：液力缓速器轮腔6的第二出油口13连接二通插装阀8进油口a1；二通插装阀8出油口b1连接二通插装阀开式油箱16；
4)控制油支路：粗滤器24入口与开式油箱25相连，粗滤器24出口连接控制油泵22入口；控制油泵22出口连接第一精滤器21入口；第一精滤器21出口通过控制油液输出三通接头20与三通接头19连接电磁换向阀3的P口和比例减压阀7的进油口P1；电磁换向阀3的A口连接二位二通滑阀2的控制油端口；电磁换向阀3的回油口T连接电磁换向阀开式油箱15；比例减压阀7的出油口U1连接二通插装阀8的控制油端口，比例减压阀7的回油口T1连接比例减压阀开式油箱17。
5)***油支路：粗滤器24出口进一步连接***油泵27入口；***油泵27出口连接第二精滤器28入口；第二精滤器28出口通过***油液输出三通接头29连接二位二通滑阀2的入口a；
6)辅助支路：控制油液输出三通接头20连接控制油泵安全溢流阀23入口，控制油泵安全溢流阀23出口连接开式油箱25。三通接头29连接***油泵安全溢流阀18入口，***油泵安全溢流阀18出口连接开式油箱25。***油泵安全溢流阀18与粗滤器24的入口之间的管路上安装呼吸器26。
7)电控支路：ECU控制电路连接电磁换向阀与比例减压阀的控制输入端。
ECU 10根据内部控制策略对液压***控制阀系进行控制。驾驶员可根据车况控制液力缓速器控制踏板，ECU 10可根据驾驶员制动踏板操作情况以及车辆当前状态，实时计算出当前车辆所需的目标制动力矩，ECU 10可通过车辆上布置的传感器实时监测车辆制动车速与减速度，进而反推得到液力缓速器轮腔6当前输出制动力矩，基于智能闭环控制控制算法实时对缓速器充液量调节阀进行控制，调节液力缓速器轮腔6内部充液情况，以实现对输出制动力矩的连续调控。
驾驶员操控制动踏板，ECU10根据制动踏板动作情况确定液力缓速器6的目标制动力矩。不同的制动力矩对应不同的液力缓速器工作状态，具体可以分为以下四个工况：未工作工况、起效工况、稳定工况与关闭工况。
1)未工作工况
当液力缓速器未工作时(所需制动力矩为0)，ECU10不给电磁换向阀3与比例减压阀7控制信号，两个先导阀关闭，来自控制油泵的控制油液被堵塞在电磁换向阀3的P口与阀7P1口处，即没有控制油压输出给二位二通滑阀2右端控制腔与二通插装阀8上端控制腔，来自油泵1的***油液被堵塞在二位二通滑阀2进口a处，其无法通过充液支路进入缓速器轮腔6中，此时没有制动力矩输出。
2)起效工况
当液力缓速器需要工作时(所需制动力矩不为0)，ECU10给电磁换向阀3换向信号，电磁换向阀3迅速起效，来自控制油泵的控制油液通过电磁换向阀3的P口流到电磁换向阀3的A口，进而作用在二位二通滑阀2右端控制腔，控制油液可迅速压缩二位二通滑阀2左端回位弹簧，使二位二通滑阀2的阀芯向左侧运动至完全开启，即起效阀4快速起效，来自油泵1的***油液可快速通过二位二通滑阀2的进出口a、b与充液支路进入液力缓速器轮腔6中，液力缓速器轮腔6中的充液量快速上升，产生制动力矩。
与此同时，为保证缓速器制动力矩快速起效，此时充液量调节阀9应处于关闭状态。ECU10给比例减压阀7输出高控制电流(500mA)，使其阀芯开度较大，来自控制油泵的控制油液流入比例减压阀7的P1口，通过比例减压阀7流到其输出端U1，由于此时控制电流较大，U1端输出控制油压亦较大，较大的比例减压阀7输出控制油压作用于二通插装阀8上端控制腔。而液力缓速器轮腔6中部分油液可通过旋转轮腔离心力的作用，通过液力缓速器轮腔6的出油口13与充液量调节支路流到二通插装阀8进口a1，但二通插装阀8上端控制腔油压远高于二通插装阀8进口a1处油压，因此二通插装阀8阀芯关闭，没有油液可通过二通插装阀8出口b1流出到二通插装阀开式油箱16。
此外，液力缓速器轮腔6中也有部分油液可通过旋转轮腔离心力的作用，通过出油口12流入循环散热支路流到换热器5，进行冷却散热，而后流到三通接头14处。由于二位二通滑阀2出口b处油压高，而液力缓速器轮腔6进油口11油压低，因此来自循环散热路的油液通过三通接头14直接流回充液支路，进入液力缓速器轮腔6的进油口11，而完成循环散热过程。
3)稳定工况
当缓速器起效后，通常需要保持一定的输出制动力矩，或维持一定的车速进行持续制动过程，此时液力缓速器轮腔6应可根据使用工况，快速且精确地调节内部充液量。在此工况下，起效阀4保持开启状态，充液支路与循环散热支路保持畅通。ECU10根据驾驶员制动意图，计算出缓速器目标制动力矩，并实时采集整车速度与车辆减速度信号，以此推算出缓速器输出制动力矩，并通过闭环控制算法输出控制电流，驱动比例减压阀7调节其阀芯开度，以调整比例减压阀7的输出控制压力，进而调整二通插装阀8的阀芯开度，进而快速精确地动态调节U1端输出油压，调节过程中比例减压阀7排出的控制油液可通过出口T1排出到开式油箱17。而输出到二通插装阀8上端控制腔的控制油压可与二通插装阀8进口a1***油压相互作用，调节二通插装阀8阀芯开度，并控制充液量调节支路输出流量，进而调节液力缓速器轮腔6内部充液量，达到实时精确控制制动力矩的目标，实时满足驾驶员的制动需求。
4)关闭工况
当液力缓速器需要停止工作时，液力缓速器轮腔6内部油液应快速排出，制动力矩迅速降低。ECU10停止给电磁换向阀3输出控制信号，二位二通滑阀3在回位弹簧的作用下快速关闭，即来在控制油泵的控制油液在P口处堵塞，无法流入二位二通滑阀2的液压控制端继续保持二位二通滑阀2开启，另外二位二通滑阀2右端控制腔储存的具有一定压力的油液可通过电磁换向阀阀3的A口流到电磁换向阀3的出油口T，进而流到开式油箱15。此时二位二通滑阀2在左端回位弹簧的作用下快速关闭，来自***油泵的***油液被堵塞在二位二通滑阀2的a口，即充液支路终止工作，停止为缓速器轮腔充油。
此外，ECU10停止给比例减压阀7输出控制信号，比例减压阀7阀芯在内部回位弹簧的作用下完全关闭，P1端控制油液无法进入到输出端U1，另外二通插装阀8上端控制腔储存的具有一定压力的油液可通过T1口快速排出，即二通插装阀8上端控制腔油压降低至0，而来自液力缓速器轮腔6出油口13的具有一定压力的油液通过充液量调节支路，流到二通插装阀8进口a1，将阀芯完全打开，液力缓速器轮腔6中的油液可快速通过阀二通插装阀8出口b1流出，流进开式油箱16，快速排尽液力缓速器轮腔6内油液，缓速器制动力矩迅速降低，液力缓速器停止工作。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种快速起效且制动力矩精确控制的液力缓速器液压控制***，其特征在于，包括油泵(1)、起效阀(4)、换热器(5)、充液量调节阀(9)和电子控制单元ECU(10)；所述起效阀(4)由二位二通滑阀(2)和第一先导阀(3)组成，充液量调节阀(9)由二通插装阀(8)和第二先导阀(7)组成；油泵(1)提供***油液输出口(29)和控制油液输出口(19)；
油泵(1)的***油液输出口(29)连接二位二通滑阀(2)的a口，二位二通滑阀(2)的b口连接液力缓速器轮腔(6)的进油口(11)，形成充液支路；
液力缓速器轮腔(6)的第一出油口(12)连接换热器(5)入口，换热器(5)出口接入所述充液支路，并位于二位二通滑阀(2)与液力缓速器轮腔(6)之间，形成循环散热支路；
液力缓速器工作时，出口油压高于进口油压，来自油泵(1)的油液可通过充液支路流入缓速器轮腔进油口(11)，缓速器轮腔出口(12)流出的***油液通过循环散热支路换热器(5)散热，流入充液支路；
液力缓速器轮腔(6)的第二出油口(13)连接二通插装阀(8)进油口a1，二通插装阀(8)出油口b1连接二通插装阀开式油箱(16)，形成充液量调节支路；
油泵(1)的控制油液输出口(19)通过第一先导阀连接二位二通滑阀(2)的控制油端口，并通过第二先导阀(7)连接二通插装阀(8)的控制油端口，形成控制油支路；
ECU(10)连接两个先导阀的控制输入端，形成电控支路。
2.如权利要求1所述的液力缓速器液压控制***，其特征在于，所述第一先导阀(3)为电磁换向阀；电磁换向阀(3)的A口连接二位二通滑阀(2)的控制油端口，P口连接油泵(1)的控制油液输出口(19)，回油口T连接电磁换向阀开式油箱(15)，电磁控制端连接ECU(10)。
3.如权利要求1所述的液力缓速器液压控制***，其特征在于，所述第二先导阀(7)为比例减压阀；比例减压阀(7)的出油口U1连接二通插装阀(8)的控制油端口，进油口P1连接油泵(1)的控制油液输出口(19)，回油口T1连接比例减压阀开式油箱(17)，电磁控制端连接ECU(10)。
4.如权利要求1所述的液力缓速器液压控制***，其特征在于，所述油泵(1)中，粗滤器(24)入口与开式油箱(25)相连，粗滤器(24)出口连接控制油泵(22)入口；控制油泵(22)出口连接第一精滤器(21)入口；第一精滤器(21)出口作为控制油液输出口；
粗滤器(24)出口进一步连接***油泵(27)入口；***油泵(27)出口连接第二精滤器(28)入口；第二精滤器(28)出口作为***油液输出口。
5.如权利要求4所述的液力缓速器液压控制***，其特征在于，所述油泵(1)中进一步包括两个安全溢流阀(23,18)；第一安全溢流阀(23)连接在第一精滤器(21)出口和粗滤器(24)的入口之间；第二安全溢流阀(18)连接在第二精滤器(28)出口和粗滤器(24)的入口之间。
6.如权利要求5所述的液力缓速器液压控制***，其特征在于，第二安全溢流阀(18)与粗滤器(24)的入口之间的管路上安装呼吸器(26)。
7.如权利要求1所述的液力缓速器液压控制***，其特征在于，所述ECU根据外部反馈的制动踏板的动作情况和车辆当前状态，获得液力缓速器轮腔(6)当前的目标制动力矩；根据目标制动力矩确定利用闭环控制算法获得液力缓速器工作状态，分为四个工况：
当所需制动力矩为0时，处于未工作工况，ECU(10)不给第一先导阀(3)和第二先导阀(7)控制信号，两个先导阀关闭，没有制动力矩输出；
当所需制动力矩从0变为非0时，处于起效工况，ECU(10)给第一先导阀(3)换向信号，起效阀(4)迅速起效，***油液进入液力缓速器轮腔(6)中，产生制动力矩；此时，ECU(10)向第二先导阀(7)输出高控制电流，使得第二先导阀(7)输出并作用于二通插装阀(8)控制油端口的控制油压高于二通插装阀(8)进油口a1处的油压，使得二通插装阀(8)阀芯关闭；
起效工况之后进入稳定工况，ECU(10)根据目标制动力矩的变化，向第二先导阀(7)输出控制信号，调整第二先导阀(7)的输出油压，进而调整二通插装阀(8)的阀芯开度，从而调节液力缓速器轮腔(6)内部的充液量使其迅速接近所述目标制动力矩；
当液力缓速器需要停止工作时，ECU(10)停止给第一先导阀(3)和第二先导阀(7)输出控制信号，停止输出制动力矩。
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