CN108340898A - 一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***及其控制方法，在房车上增加轮速传感器，结合主车车速得出房车车轮的滑移率，实现防抱死的房车同步制动；在房车两轮之间增加能量回收电机，电机输出轴与车轮连接桥之间设置离合器，当需要电机介入时离合器结合，无需电机工作时离合器分离；实时监测主车加速度计信号，当其信号为负值时则离合器结合，电机启动能量回收模式向超级电容充电；进一步检测挂钩处受力应变，当受力为压应力时接入电磁制动器进一步制动；其中能量回收电机还能辅助驱动，当加速度计为正值、且挂钩处受力为拉应力时将离合器结合，利用超级电容驱动电机进行房车的辅助驱动，以应对主车动力不足。

Description

一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁 制动***及其控制方法

技术领域

本发明涉及拖挂式房车的制动协调技术领域，尤其涉及一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***及其控制方法。

背景技术

随着国内经济的不断发展、人民生活水平大幅提高，房车将在中国体现出巨大的市场潜力，与之配套的房车制动***相关技术亦亟需提升。电磁制动***凭借其灵活的布置方式、快速的响应特性以及***移植的通用性，受到了轻载型拖挂车辆的青睐，尤其适用于和拖车相对独立的拖挂式房车制动***。

拖挂式房车中的电磁制动***通常采取同步跟踪主车制动减速度的方法，进而调整房车制动力，使主车、房车达到较好的制动一致性，以提高拖挂式房车的整体安全、舒适性。当拖挂式房车行驶于复杂路况(紧急制动、频繁加减速、路面打滑等)，此时单纯地以主车制动减速度为房车跟踪制动目标，则无法满足制动稳定性、安全可靠性以及节能等要求。

现有拖挂式房车电磁制动器制动信号的产生一般根据主车的刹车踏板信号，或者以主车的制动减速度信号为依据，从而进行电磁制动器制动强度的实时调节，上述调节方式存在无法防止房车车轮抱死情况发生，再者房车电磁制动器频繁刹车过程中存在能量耗散损失现象。因此，本发明在拖挂式房车已有电磁制动***的基础上，增加一套拖挂式房车能量回收***，使其能够在房车跟随主车制动时辅助制动、主车加速时提供瞬间额外动力辅助驱动，再综合车轮滑移率、主车/房车减速度等状态，最终形成一套综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***及其控制方法，从而最大限度地增加拖挂式房车电磁制动***的可靠稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对拖挂式房车电磁制动***，增加一套拖挂式房车能量回收***，使其能够在房车跟随主车制动时辅助制动、主车加速时提供瞬间额外动力辅助驱动，再综合车轮滑移率、主车/房车减速度等状态，最终形成一套综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***及其控制方法，从而最大限度地增加拖挂式房车电磁制动***的可靠稳定性。本发明采用如下技术方案：

一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，包括房车能量回收-协调制动模块；所述房车能量回收-协调制动模块能够在房车跟随主车制动时辅助制动、在主车加速时提供瞬间额外动力辅助驱动，并在辅助制动时能够回收能量。

进一步，所述房车能量回收-协调制动模块包括能量回收电机、电控离合器、超级电容、电磁制动器以及能量回收控制器；所述能量回收电机通过所述电控离合器的控制接入或断开所述电磁制动***；所述电磁制动器用于所述拖挂式房车的主车-房车同步制动，制动时，在所述能量回收控制器的控制下将所回收的能量储存在所述超级电容中；所述超级电容储存的电能能够在房车瞬态加速过程中为房车提供瞬时额外辅助驱动动力。

进一步，所述能量回收电机设置在房车的两轮之间，所述电控离合器设置在所述能量回收电机输出轴与车轮连接桥之间；当需要电机介入工作时，离合器结合；无需电机工作时，离合器分离。

进一步，所述拖挂式房车跟随电磁制动***还包括房车制动安全备份模块；所述房车制动安全备份模块包括所述能量回收电机、所述超级电容、所述电磁制动器以及安全备份控制器；在房车电磁制动器断电的情况下，由安全备份控制器控制接入超级电容为电磁制动器提供备份电源；在电磁制动器失效无法工作时，由安全备份控制器控制接入能量回收电机进行辅助备份制动。

进一步，所述能量回收控制器与所述安全备份控制器均设置在电子控制单元ECU内。

进一步，还包括防抱死协调跟踪主车制动模块；所述防抱死协调跟踪主车制动模块包括房车轮速传感器、房车车速传感器以及电磁制动器；在房车电磁制动器进行制动过程中，由电子控制单元结合房车轮速信息、房车车速信息，对房车各车轮在制动过程中的滑移率实时控制，实现协调制动与防抱死。

进一步，所述房车各车轮在制动过程中的滑移率控制范围在15％～20％。

进一步，所述电子控制单元包括输入模块、运算控制模块、输出模块；

所述输入模块分别与制动踏板行程传感器、轮速传感器、加速度计、挂钩力应变片、状态监测器连接，所述输入模块用于接收制动踏板开度信号、轮速信号、加速度/减速度信号、挂钩应力信号、电磁制动器通/断信号、电源状态信号，并将信号传送到所述运算模块；

所述运算模块包括防抱死协调跟踪主车制动模块的运算模块、房车能量回收-协调制动模块的运算模块、房车制动安全备份模块的运算模块，各运算模块根据输入状态进行综合运算判定，最终给出控制指令到输出执行模块；

所述输出模块与执行器电性连接，所述输出模块根据生成的指令控制执行器运行；所述执行器包括超级电容可控开关、能量回收电机工作状态开关、电控离合器开关、电磁制动器的PWM控制器的输出波形。

一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***的控制方法，包括防抱死协调跟踪主车制动方法、房车能量回收-协调制动方法、房车制动安全备份的方法；

所述防抱死协调跟踪主车制动方法：在房车车轮上增加轮速传感器，结合主车的车速信号得出房车各车轮在制动过程中的滑移率，当主车刹车时，测得主车减速度并给予相应的制动力矩，以保持主车-房车制动减速度的一致性，在跟踪主车减速度过程中，当出现房车车轮抱死情况时，则通过适当松开房车电磁制动器，将房车车轮滑移率稳定在15％～20％，以保证房车最佳的制动稳定性；

所述房车能量回收-协调制动方法：在房车两轮之间增加能量回收电机，电机输出轴与车轮连接桥之间设置电控离合器，当检测到主车加速度计信号为负值时，即主车处于制动减速状态，则电控离合器结合，电机启动能量回收模式向超级电容充电，并借助电机处于发电状态时提供的阻力矩对房车进行初步制动；在此基础上，进一步地检测挂钩处所受力应变信息，当挂钩处受力为压应力时，则接入电磁制动器进行进一步制动，以达到主车-房车的制动一致性；

所述房车制动安全备份方法：将能量回收电机作为电磁制动器发生故障时的备份制动器，当电磁制动器不工作时，将离合器结合，电机调至发电状态拖行房车，起到辅助备份制动的功能；或者，如果电磁制动器从主车所取供电电源线路发生故障，将超级电容介入提供备份电源。

进一步，在所述房车能量回收-协调制动方法中，接入电磁制动器进行进一步制动时，需要补充提供的制动力矩的计算公式如下：

其中，n为制动车轮个数；F为挂钩处受力；U为发电机端电压；I为发电机发电电流；为功率因素；w为车轮转速；r为制动车轮半径；i为制动车轮到发电机传动***的传动比；

所述能量回收电机还具备辅助驱动的功能，当主车加速度计检测到信号为正值，即主车处于加速行驶状态，且挂钩处受力为拉应力时，则将电控离合器结合，利用超级电容中储存的电能驱动电机进行房车的辅助驱动。

本发明的有益效果：

本发明在拖挂式房车传统同步电磁制动***基础上，增加ABS以及能量回收功能，并将主车、房车运动状态量引入到ABS以及能量回收控制***中去，从而实现一种安全可靠、节能环保的拖挂式房车跟随协调制动***及其控制方法。

附图说明

图1为拖挂式房车制动***结构布局示意图

图2为集能量回收与协调制动于一体的控制***关系图

图3为本发明一实施例的电子控制***结构图；

图4为主车-房车力作用关系示意图

图5为防抱死协调跟踪主车制动模块对应控制流程图

图6为房车能量回收-协调制动模块控制流程示意图

图7为房车制动安全备份模块控制流程示意图

图中标记：1-加速度计；2-连接球头；3-挂钩力应变片；4-能量回收电机；5-电磁制动器；6-房车右轮速传感器；7-超级电容；8-房车左轮速传感器；9-离合器；10-电磁制动控制器。

具体实施方式

本发明相较于传统拖挂式房车电磁同步制动***以主车单一制动减速度为跟踪目标而言，改进的内容包括如下：

1、在房车车轮上增加了轮速传感器，结合房车的车速信号可得出房车各车轮在制动过程中的滑移率，实现了兼顾防抱死的房车同步制动功能。

2、本发明在房车两轮之间增加一能量回收电机4，电机输出轴与车轮连接桥之间设置一电控离合器9，当需要电机介入工作时，离合器结合；无需电机工作时，离合器分离，以减少***中能量的损耗。

3、本发明实时监测主车加速度计信号，当检测到主车加速度计1信号为负值(即主车处于制动减速状态)，则离合器结合，电机启动能量回收模式向超级电容充电；进一步地检测挂钩处受力应变，当挂钩处受力为压应力时，则接入电磁制动器进行进一步制动，以达到主车-房车的制动一致性。

4、本发明中的能量回收电机还具备辅助驱动的功能，当加速度计检测到信号为正值(即主车处于加速状态)，且挂钩处受力为拉应力时，则将离合器结合，利用超级电容中储存的电能驱动电机进行房车的辅助驱动，以应对拖挂式房车在实际行驶中，由于上坡等路况而导致的主车动力不足现象。

5、本发明将传统单车辆的ABS、制动能量回收功能运用到拖挂式房车制动***中，引入主车-房车之间的减速度、相互作用力等关系量，综合考虑各部件之间的运行协调机理，给出一套综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***及其控制方法。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明针对的拖挂式房车同步电磁制动***工作连接示意图如图1所示，其中主要包括防抱死协调跟踪主车制动模块、房车能量回收-协调制动模块、房车制动安全备份模块，具体如下：

防抱死协调跟踪主车制动模块包括房车轮速传感器、房车车速传感器、电磁制动器5以及电磁制动控制器10，在房车制动过程中，在协调房车跟随主车一致性制动的同时，根据各个车轮实际转速和房车实际线速度实时计算出滑移率，当滑移率超出一定范围发生抱死死，适当调低电磁制动器信号强度，直至实时滑移率降低至合适范围，对房车的滑移率亦起到抑制作用，同时起到协调制动与防抱死功能；

房车能量回收-协调制动模块包括能量回收电机、电控离合器、超级电容、电磁制动器以及能量回收控制器(能量回收控制器通过检测房车的行驶状态(检测减速度计值，大于等于0为驱动，小于0为制动)、电池的SOC状态等，对能量回收电机工作状态进行控制)，其在房车制动过程中，在保证实施主车-房车同步制动安全性的同时，实现制动能量的最大化回收，并将回收能量储存在超级电容中，在房车瞬态加速过程中为房车提供瞬时额外辅助驱动动力；

房车制动安全备份模块包括能量回收电机、超级电容、电磁制动器以及安全备份控制器，在房车电磁制动器断电的情况下，接入超级电容为其提供备份电源，在电磁制动器失效时，接入能量回收电机进行辅助备份制动。具体地，安全备份控制器通过检测电磁制动器端电压，当端电压为0时，即电磁制动器断电，此时接入超级电容为其提供备份电源；检测电磁制动器工作电流，当电流大于10倍额定电流时，即电磁制动器击穿失效，此时接入能量回收电机进行辅助备份制动。

本发明中各部件功用关系图如图2所示，其中主车加速度计1用以测量主车纵向减速度/加速度值；挂钩力应变片3用以测量拖挂处所受拉/压力数值；轮速传感器测量车轮转速；电磁制动电源给电磁制动器5以及电磁制动控制器10供电；电机用以回收能量以及辅助驱动；超级电容是储存回收电量并为辅助驱动电机提供电源；电磁制动控制器10综合主车减速度、轮速、挂钩力等信号，给出电磁体制动电流；辅助制动/驱动控制器综合主车减速度/加速度、挂钩力、超级电容状态等信号，给出电机工作指令。

图3所述电子控制单元可在现有拖挂式列车制动控制单元的基础上设计，包括输入模块、运算控制模块、输出模块。

所述输入模块分别与所述制动踏板行程传感器、轮速传感器、加速度计、挂钩力应变片、状态监测器连接，所述输入模块用于接收制动踏板开度信号、轮速信号、加速度/减速度信号、挂钩应力信号、制动器通/断路信号、电源状态信号，并将信号传送到所述运算模块。其中，状态监测器通过检测电源端电压，当端电压为电磁制动器工作电压时，输出电源正常工作信号，当端电压为0时，则输出电源故障信号。

所述运算控制模块包括防抱死协调跟踪主车制动模块的运算模块、房车能量回收-协调制动模块的运算模块、房车制动安全备份模块的运算模块，各运算模块根据输入状态进行综合运算判定，最终给出控制指令到输出模块。

所述输出模块与执行器电连接，输出模块根据生成的指令控制执行器运行。所述执行器包括超级电容可控开关、能量回收电机工作状态开关、离合器开关、PWM控制器的输出波形(用于控制电磁制动器)。

本发明中防抱死协调跟踪主车制动模块对应控制流程图如图4所示，在房车车轮上增加轮速传感器6、8，结合主车的车速信号得出房车各车轮在制动过程中的滑移率，当主车刹车时，测得主车减速度并给予相应的制动力矩，以保持主车-房车制动减速度的一致性，在跟踪主车减速度过程中，当出现房车车轮抱死情况时，则通过适当松开房车电磁制动器5，将房车车轮滑移率稳定在15％～20％，以保证房车最佳的制动稳定性。

本发明中房车能量回收-协调制动模块控制流程示意图如图5所示，在房车两轮之间增加一能量回收电机4，电机输出轴与车轮连接桥之间设置一电控离合器9，当检测到主车加速度计1信号为负值时(即主车处于制动减速状态)，则离合器9结合，电机启动能量回收模式向超级电容7充电，并借助电机处于发电状态时提供的阻力矩对房车进行初步制动；在此基础上，进一步地检测挂钩2处所受力应变，当挂钩2处受力为压应力时，则接入电磁制动器5进行进一步制动，以达到主车-房车的制动一致性。

上述在能量回收电机介入工作的情况下，根据图6的主车-房车力作用关系示意图，电磁制动器需补充提供的制动力矩计算公式如下：

其中，n为制动车轮个数；F为挂钩处受力；U为发电机端电压；I为发电机发电电流；为功率因素；w为车轮转速；r为制动车轮半径；i为制动车轮到发电机传动***的传动比。

能量回收电机4还具备辅助驱动的功能，当主车加速度计1检测到信号为正值(即主车处于加速行驶状态)，且挂钩2处受力为拉应力时，则将离合器9结合，利用超级电容7中储存的电能驱动电机进行房车的辅助驱动，以应对拖挂式房车在实际行驶中，由于上坡等路况而导致的主车动力不足现象。

本发明中房车制动安全备份模块控制流程示意图如图7所示，将能量回收电机4作为电磁制动器5发生故障时的备份制动器，当电磁制动器5不工作时，将离合器9结合，电机调至发电状态拖行房车，起到辅助备份制动的功能；同时，如果电磁制动器从主车所取供电电源线路发生故障，将超级电容7介入以提供备份电源，以提高的拖挂式房车电磁制动***的制动可靠性。

综上所述，本发明将传统单一车辆的ABS、制动能量回收功能运用到拖挂式房车制动***中，引入主车-房车之间的减速度、相互作用力等关系量，综合考虑各部件之间的运行协调机理，给出一套综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***及其控制方法。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，包括房车能量回收-协调制动模块；所述房车能量回收-协调制动模块能够在房车跟随主车制动时辅助制动、在主车加速时提供瞬间额外动力辅助驱动，并在辅助制动时能够回收能量。

2.根据权利要求1所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，所述房车能量回收-协调制动模块包括能量回收电机(4)、电控离合器(9)、超级电容(7)、电磁制动器(5)以及能量回收控制器；所述能量回收电机(4)通过所述电控离合器(9)的控制接入或断开所述电磁制动***；所述电磁制动器(5)用于所述拖挂式房车的主车-房车同步制动，制动时，在所述能量回收控制器的控制下将所回收的能量储存在所述超级电容(7)中；所述超级电容(7)储存的电能能够在房车瞬态加速过程中为房车提供瞬时额外辅助驱动动力。

3.根据权利要求2所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，所述能量回收电机(4)设置在房车的两轮之间，所述电控离合器(9)设置在所述能量回收电机输出轴与车轮连接桥之间；当需要电机介入工作时，离合器(9)结合；无需电机工作时，离合器分离。

4.根据权利要求2所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，所述拖挂式房车跟随电磁制动***还包括房车制动安全备份模块；所述房车制动安全备份模块包括所述能量回收电机(4)、所述超级电容(7)、所述电磁制动器(5)以及安全备份控制器；在房车电磁制动器断电的情况下，由安全备份控制器控制接入超级电容(7)为电磁制动器提供备份电源；在电磁制动器(5)失效无法工作时，由安全备份控制器控制接入能量回收电机进行辅助备份制动。

5.根据权利要求2或4所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，所述能量回收控制器与所述安全备份控制器均设置在电子控制单元ECU内，为电子控制单元的一部分。

6.根据权利要求1所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，还包括防抱死协调跟踪主车制动模块；所述防抱死协调跟踪主车制动模块包括房车轮速传感器、房车车速传感器以及电磁制动器；在房车电磁制动器进行制动过程中，由电子控制单元结合房车轮速信息、房车车速信息，对房车各车轮在制动过程中的滑移率实时控制，实现协调制动与防抱死。

7.根据权利要求6所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，所述房车各车轮在制动过程中的滑移率控制范围在15％～20％。

8.根据权利要求6所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***，其特征在于，所述电子控制单元包括输入模块、运算控制模块、输出模块；

所述输入模块分别与制动踏板行程传感器、轮速传感器、加速度计、挂钩力应变片、状态监测器连接，所述输入模块用于接收制动踏板开度信号、轮速信号、加速度/减速度信号、挂钩应力信号、电磁制动器通/断信号、电源状态信号，并将信号传送到所述运算模块；

所述运算模块包括防抱死协调跟踪主车制动模块的运算模块、房车能量回收-协调制动模块的运算模块、房车制动安全备份模块的运算模块，各运算模块根据输入状态进行综合运算判定，最终给出控制指令到输出执行模块；

所述输出模块与执行器电性连接，所述输出模块根据生成的指令控制执行器运行；所述执行器包括超级电容可控开关、能量回收电机工作状态开关、电控离合器开关、电磁制动器的PWM控制器的输出波形。

9.一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***的控制方法，其特征在于，包括防抱死协调跟踪主车制动方法、房车能量回收-协调制动方法、房车制动安全备份的方法；

所述防抱死协调跟踪主车制动方法：在房车车轮上增加轮速传感器6、8，结合主车的车速信号得出房车各车轮在制动过程中的滑移率，当主车刹车时，测得主车减速度并给予相应的制动力矩，以保持主车-房车制动减速度的一致性，在跟踪主车减速度过程中，当出现房车车轮抱死情况时，则通过适当松开房车电磁制动器，将房车车轮滑移率稳定在15％～20％，以保证房车最佳的制动稳定性；

所述房车能量回收-协调制动方法：在房车两轮之间增加能量回收电机(4)，电机输出轴与车轮连接桥之间设置电控离合器(9)，当检测到主车加速度计(1)信号为负值时，即主车处于制动减速状态，则电控离合器结合，电机启动能量回收模式向超级电容(7)充电，并借助电机处于发电状态时提供的阻力矩对房车进行初步制动；在此基础上，进一步地检测挂钩处所受力应变信息，当挂钩处受力为压应力时，则接入电磁制动器进行进一步制动，以达到主车-房车的制动一致性；

所述房车制动安全备份方法：将能量回收电机作为电磁制动器发生故障时的备份制动器，当电磁制动器不工作时，将离合器结合，电机调至发电状态拖行房车，起到辅助备份制动的功能；或者，如果电磁制动器从主车所取供电电源线路发生故障，将超级电容介入提供备份电源。

10.根据权利要求9所述的一种综合考虑制动协调、安全与节能的拖挂式房车跟随电磁制动***的控制方法，其特征在于，在所述房车能量回收-协调制动方法中，接入电磁制动器进行进一步制动时，需要补充提供的制动力矩的计算公式如下：

其中，n为制动车轮个数；F为挂钩处受力；U为发电机端电压；I为发电机发电电流；为功率因素；w为车轮转速；r为制动车轮半径；i为制动车轮到发电机传动***的传动比；

所述能量回收电机还具备辅助驱动的功能，当主车加速度计检测到信号为正值，即主车处于加速行驶状态，且挂钩处受力为拉应力时，则将电控离合器结合，利用超级电容中储存的电能驱动电机进行房车的辅助驱动。