CN109501790B - 挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***及方法 - Google Patents

挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***及方法，引进二位二通电磁阀并结合ABS电磁阀对制动气压和滑移率进行联合控制，行车制动时，控制器计算出此时的最佳滑移率，当滑移率不满足判定条件时，控制器通过踏板信号实时计算出所需的电压制动信号，并迅速地传输至第一二位二通电磁阀和第二二位二通电磁阀，控制其阀门开闭，快速产生制动，减小时间延迟；当滑移率满足判定条件时，以滑移率为控制对象，控制ABS电磁阀的状态进行车辆的滑移率的控制，有效避免了因压力补偿***和滑移率控制***同时工作引起的气体压力相互抵消的不经济情况的发生，减少压缩气体能量的损失，同时减小挂车的响应时间和制动稳定性。

Description

挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***及方法
技术领域
本发明涉及挂车制动***，具体的说是一种应用于挂车的制动压力延迟补偿***与车轮滑移率控制***组成的联合控制***及其控制方法。
背景技术
汽车列车由于其装载质量大、运输效率高、成本低、安全可靠等优点已经被广泛应用于商用汽车***中，并可根据需要随时更换挂车，具有较高的灵活性，已成为运输行业重要的组成部分。现有的挂车大多采用气压制动***实现制动，挂车制动所需的控制气体需要从牵引车的串联双腔制动阀经挂车阀、挂车气制动接头作用于挂车紧急继动阀，然后挂车紧急继动阀再根据控制气体的压力大小向挂车各制动气室输出所需的制动压力。然而，气体的可压缩性及挂车制动气室与牵引车相距较远等问题造成了挂车的制动相较于牵引车存在压力上的延迟和时间上的滞后，这不仅会使挂车往复冲击牵引车，降低牵引销的寿命，甚至可能造成制动折叠、甩尾、侧滑等危险工况，严重影响着汽车列车的行驶安全性及制动稳定性。
目前解决挂车制动延迟的技术为通过电制动使挂车快速产生制动响应，例如中国专利公开号为CN200910099607.9的文献中提出了一种电控气压制动***，该***通过将牵引车踏板信号传递给电磁阀动作，提升制动响应。中国专利公开号为CN201410380037.1的文献中提出了一种解决挂车气压制动迟滞补偿的装置，该装置通过设置电路将制动踏板的位移转化为继电器磁铁的吸合，从而使挂车提前制动以减小制动迟滞时间。然而，这些技术尚没有考虑到气压延迟补偿与车轮滑移率之间的联合控制问题，尤其是当挂车在低附着系数路面上制动时，由于附着系数较低，车轮比较容易抱死，这时可能出现在对挂车压力进行补偿的同时，车轮ABS电磁阀也做出相应的动作以控制滑移率来保持车辆的稳定性，这就是说，通过压力补偿引起的气压增加又可能通过ABS电磁阀排入到大气中，这时压力补偿和滑移率调节动作是相互冲突的，这不仅造成了压缩气体能量的损失，而且会加剧制动元器件的磨损，降低使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的问题就是针对现有挂车气压制动***制动压力补偿与车轮滑移率控制之间的协调问题而提出一种挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***及其控制方法，对挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率进行实时调节，在提高挂车气压制动响应时间和保证挂车的制动稳定性的同时又减少制动过程气体的消耗量及制动元器件的磨损。
本发明所述的挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***采用的技术方案是：包括紧急继动阀，紧急继动阀通过其第一出气口连接四通接头的第一个接口，紧急继动阀的第二出气口连接第一三通接头的第一个接口，第一三通接头的另外两个接口各自一一对应地连接挂车储气筒和第一二位二通电磁阀的进口，四通接头的另外三个接口各自一一对应地连接第二二位二通电磁阀的进口、第三三通接头的第一个接口和第四三通接头的第一个接口，第三三通接头的另外两个接口各自一一对应地连接第二三通接头和右ABS电磁阀的一个接口，第二三通接头的另外两个接口分别一一对应地连接第一二位二通电磁阀的出口和第四三通接头的第二个接口，第四三通接头的第三个接口连接左ABS电磁阀，右ABS电磁阀与第五三通接头的第一个接口相连接，第五三通接头的另外两个接口分别一一对应地连接右气压传感器和右制动气室，左ABS电磁阀与第六三通接头的第一个接口相连接，第六三通接头的的另外两个接口分别一一对应地连接左气压传感器和左制动气室；左、右气压传感器分别检测左、右制动气室的气压，左、右轮轮速传感器分别检测挂车对应车轮的轮速，左、右气压传感器和左、右轮轮速传感器分别通过信号线连接控制器，控制器还通过控制线分别连接第一、第二二位二通电磁阀、第二二位二通电磁阀和左、右ABS电磁阀。
所述的挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***的控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：
A、控制器计算出当前时刻的挂车滑移率s、最佳滑移率s 0 、气压压力p；将挂车滑移率s和最佳滑移率s 0 作比较，若s≥s 0 ，进行滑移率控制，若s＜s 0 ，进行气压延迟补偿控制；
B、滑移率控制时，第一、第二二位二通电磁阀均关闭，第一出气口的压缩气体经过四通接头1分流后分别通过左、右ABS电磁阀，控制左、右制动气室和右制动气室的气体压力；
C、气压延迟补偿控制时，控制器将气压压力p和预期制动压力p 0 作比较，根据比较的大小确定第一、第二二位二通电磁阀的开闭，控制左、右ABS电磁阀12不工作。
进一步地，步骤B中，若s=s 0 ，控制器控制左、右ABS电磁阀对左、右制动气室实现保压控制；若s＞s 0 ，控制器控制左、右ABS电磁阀对左、右制动气室19实现减压控制。
进一步地，步骤C中，若p=p 0 ，控制器控制第一、第二二位二通电磁阀均保持关闭，第一出气口的压缩气体经四通接头分成两路，一路经过第三三通接头、右ABS电磁阀和第五三通接头进入右制动气室，另一路第四三通接头、左ABS电磁阀、第六三通接头进入左制动气室；若p＜p 0 ，控制器控制第一二位二通电磁阀开启、第二二位二通电磁阀保持关闭，第二出气口的压缩气体经第一三通接头、第一二位二通电磁阀并通过第二三通接头分成两路，一路经过第三三通接头、右ABS电磁阀、第五三通接头进入右制动气室，另一路经过第四三通接头、左ABS电磁阀和第六三通接头进入左制动气室；若p＞p 0 ，控制器控制第一二位二通电磁阀关闭，第二二位二通电磁阀开启，右制动气室内的气体经第五三通接头、右ABS电磁阀、第三三通接头、四通接头、第二二位二通电磁阀排入大气，左制动气室内的气体经第六三通接头、左ABS电磁阀、第四三通接头、四通接头、第二二位二通电磁阀排入大气，实现减压控制。
本发明的优点在于：
本发明利用电制动响应时间小的特点，引进二位二通电磁阀并结合ABS电磁阀对制动气压和滑移率进行联合控制。行车制动时，控制器计算出此时的最佳滑移率，当滑移率不满足判定条件时，控制器通过踏板信号实时计算出所需的电压制动信号，并迅速地传输至第一二位二通电磁阀和第二二位二通电磁阀，控制其阀门开闭，快速产生制动，减小时间延迟；当滑移率满足判定条件时，以滑移率为控制对象，控制ABS电磁阀的状态进行车辆的滑移率的控制。即对制动压力补偿与车轮滑移率进行了协调控制，有效避免了因压力补偿***和滑移率控制***同时工作引起的气体压力相互抵消的不经济情况的发生，减少了压缩气体能量的损失，并同时减小了挂车的响应时间和挂车的制动稳定性，在减小挂车制动气压上升的延迟时间和保证制动稳定性的同时，尽可能减少制动***气体的消耗量及制动元器件的磨损。另外本发明仅在原有的挂车制动***的基础上引进了两个二位二通电磁阀，设计成本低，并且本发明不影响原有的挂车制动***，即在气压补偿***失效的情况下，仍能保证挂车的制动，在提高车辆稳定性的同时，又避免了能量的浪费及制动器件的磨损。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为挂车原车机械制动***示意图；
图2为本发明所述的挂车制动压力补偿与车轮滑移率联合控制***的结构及控制框图，图中所示的点划线为电信号输入线路，虚线为电信号输出线路；
图中：1.控制管路接头；2.供气管路接头；3.紧急继动阀；4.第一三通接头；5.挂车储气筒；6.第一二位二通电磁阀；7.控制器；8.第二三通接头；9.第三三通接头；10.四通接头；11.第四三通接头；12.左ABS电磁阀；13.第二二位二通电磁阀；14.右ABS电磁阀；15.第五三通接头；16.右气压传感器；17.左气压传感器；18.第六三通接头；19.左制动气室；20.右制动气室；21.右轮轮速传感器；22.左轮轮速传感器；31.充气口；32.第一出气口；33.第二出气口；34控制口。
具体实施方式
如图1所示，挂车原车机械制动***具有紧急继动阀3，紧急继动阀3有四个端口，分别是充气口31、第一出气口32、第二出气口33和控制口34。紧急继动阀3通过控制口34和对应的管路连接控制管路接头1，通过充气口31和对应的管路连接供气管路接头2，通过第一出气口32和对应的管路连接左制动气室19和右制动气室20，通过第二出气口33和对应的管路连接挂车储气筒5。其中，控制管路接头1为制动***提供所需的控制压力，供气管路接头2为制动***充气，挂车储气筒5用于储存挂车必要的制动压缩气体，左制动气室19和右制动气室20用于将气体压力转化为制动推杆推力。
如图2所示，本发明所述的挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***包括所述的紧急继动阀3，紧急继动阀3通过控制口34和对应的管路连接控制管路接头1、通过充气口31和对应的管路连接供气管路接头2。紧急继动阀3的第一出气口32通过对应的管路连接四通接头10的第一个接口，紧急继动阀3的第二出气口33通过对应的管路连接第一三通接头4的第一个接口。
第一三通接头4的另外两个接口各自一一对应地连接挂车储气筒5和第一二位二通电磁阀6的进口，四通接头10的另外三个接口各自一一对应地连接第二二位二通电磁阀13的进口、第三三通接头9的第一个接口和第四三通接头11的第一个接口。
第三三通接头9的另外两个接口分别各自一一对应地连接第二三通接头8和右ABS电磁阀14的一个接口，第二三通接头8的另外两个接口分别一一对应地连接第一二位二通电磁阀6的出口和第四三通接头11的第二个接口，第四三通接头11的第三个接口连接左ABS电磁阀12。
右ABS电磁阀14与第五三通接头15的第一个接口相连接，第五三通接头15的另外两个接口分别一一对应地连接右气压传感器16和右制动气室20。
左ABS电磁阀12与第六三通接头18的第一个接口相连接，第六三通接头18的的另外两个接口分别一一对应地连接左气压传感器17和左制动气室19。
左气压传感器17、右气压传感器16分别检测进入左制动气室19、右制动气室20的气压，并且左气压传感器17、右气压传感器16通过信号线连接控制器7，给控制器7提供检测的气压信号。控制器7还通过控制线分别连接第一二位二通电磁阀6、第二二位二通电磁阀13、左ABS电磁阀12和右ABS电磁阀14，控制各个相应电磁阀的动作。
在挂车的左轮和右轮上各安装一个轮速传感器，是左轮轮速传感器22和右轮轮速传感器21，分别检测对应车轮的轮速，左轮轮速传感器22和右轮轮速传感器21分别通过信号线连接控制器7，给控制器7提供对应车轮的轮速信号。
控制器7本身输入的信号包括牵引车的踏板位移信号、挂车加速度信号、挂车车轮速度信号。
本发明所述的挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***工作时，为避免干扰挂车原车制动***，第一二位二通电磁阀6和第二二位二通电磁阀13均为常闭阀。控制器7预先存储了牵引车上的脚阀的常规静特性曲线，常规静特性曲线可通过常规公式拟合得出。
当驾驶员踩下牵引车的制动踏板时，行车制动开始，此时，控制器7接收来自牵引车上的制动踏板位移传感器采集的当前时刻的踏板位移信号、挂车加速度传感器采集的当前时刻的挂车加速度α信号、挂车车辆速度传感器采集的当前时刻的挂车车轮速度
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE001
信号、左轮轮速传感器22和右轮轮速传感器21分别采集的当前时刻的挂车左、右车轮转速ω1、ω2信号和左气压传感器17、右气压传感器16分别采集到的当前时刻的左制动气室19、右制动气室20的气压压力p 1 、p 2 信号，并比较左、右车轮转速ω1、ω2信号和气压压力p 1 、p 2 ，选取较大的转速值和压力值，即取ω= max(ω1,ω2)，p=max(p 1 、p 2 )。
控制器7根据获得的当前时刻的挂车车轮速度
Figure RE-307775DEST_PATH_IMAGE002
和轮速ω以及车轮半径R，通过公式
Figure RE-868069DEST_PATH_IMAGE003
计算出当前时刻的挂车滑移率s。控制器7根据制动踏板位移信号经牵引车上脚阀的静特性曲线计算出所需的预期制动压力p 0 。
控制器7根据获得的挂车加速度α，采用公式
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
计算求得利用附着系数
Figure RE-249503DEST_PATH_IMAGE005
。将挂车滑移率s代入Burckhardt模型公式
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE006
计算得到不同路面下的名义附着系数
Figure RE-544349DEST_PATH_IMAGE007
，其中C 1、C 2、C 3分别为不同路面的拟合参数。然后，将利用附着系数
Figure RE-692434DEST_PATH_IMAGE005
与所有的名义附着系数
Figure RE-372814DEST_PATH_IMAGE007
分别做差，取与
Figure RE-331674DEST_PATH_IMAGE005
差值绝对值最小的名义附着系数
Figure RE-97504DEST_PATH_IMAGE007
所对应的路面作为当前时刻的路面，并将此时的路面所对应的名义最佳滑移率
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE008
作为此时的最佳滑移率s 0 ，其中C 1、C 2、C 3和
Figure RE-862329DEST_PATH_IMAGE008
都预置在控制器7中以供调用，具体数值如下表1所示：
表1 不同路面的拟合参数C 1、C 2、C 3和名义最佳滑移率
Figure RE-600478DEST_PATH_IMAGE008
Figure RE-792556DEST_PATH_IMAGE009
。
控制器7将当前时刻的挂车滑移率s和最佳滑移率s 0 的大小作比较，根据比较的结果来选择当前状态下的控制方式为滑移率控制还是气压延迟补偿控制：
当s≥s 0 时，判断此时车轮已经抱死，则进行滑移率控制。在此滑移率控制过程中，因第一二位二通电磁阀6和第二二位二通电磁阀13不通电保持关闭，故而紧急继动阀3的第一出气口32的压缩气体经过四通接头10 分流后分别通过左ABS电磁阀12和右ABS电磁阀14控制左制动气室19和右制动气室20的气体压力。若s=s 0 ，则控制器7控制左ABS电磁阀12和右ABS电磁阀14对左制动气室19和右制动气室20实现保压控制。否则若s＞s 0 ，则控制器7控制左ABS电磁阀12和右ABS电磁阀14对左制动气室19和右制动气室20实现减压控制。
反之，当s＜s 0 时，此时判断车轮没有抱死，则进行气压延迟补偿控制：
控制器7将气压压力p和预期制动压力p 0 作比较，根据比较的大小确定第一二位二通电磁阀6和第二二位二通电磁阀13的开闭，在此气压延迟补偿控制过程中，左ABS电磁阀12和右ABS电磁阀14不通电，不工作。若p=p 0 ，则控制器7控制第一二位二通电磁阀6和第二二位二通电磁阀13保持关闭，此时制动气压经过挂车原车的制动回路向左制动气室19和右制动气室20充气，即紧急继动阀3的第一出气口32的压缩气体经四通接头10分成两路，一路经过第三三通接头9、右ABS电磁阀14和第五三通接头15进入右制动气室20，另一路第四三通接头11、左ABS电磁阀12、第六三通接头18进入左制动气室19。若p＜p 0 ，则控制器7控制第一二位二通电磁阀6得电开启、第二二位二通电磁阀13保持关闭，此时除了挂车原车的制动回路向制动气室充气外，紧急继动阀3的第二出气口33的压缩气体经第一三通接头4、第一二位二通电磁阀6并通过第二三通接头8分成两路，一路经过第三三通接头9、右ABS电磁阀14、第五三通接头15进入右制动气室20，另一路经过第四三通接头11、左ABS电磁阀12和第六三通接头18进入左制动气室19。由于第二出气口33连接的为挂车储气筒5，因此经过第一二位二通电磁阀6的压力上升速度快于第二出气口33气压的上升速度，可实现制动压力延迟补偿控制。若p＞p 0 ，控制器7控制第一二位二通电磁阀6失电关闭，第二二位二通电磁阀13得电开启，此时右制动气室20内的气体经第五三通接头15、右ABS电磁阀14、第三三通接头9、四通接头10、第二二位二通电磁阀13快速排入大气，左制动气室19内的气体经第六三通接头18、左ABS电磁阀12、第四三通接头11、四通接头10、第二二位二通电磁阀13快速排入大气，实现减压控制。

Claims (5)

1.一种挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制方法，采用挂车制动压力延迟补偿与车轮滑移率联合控制***，该联合控制***包括紧急继动阀(3)，紧急继动阀(3)通过其第一出气口(32)连接四通接头(10)的第一个接口，紧急继动阀(3)的第二出气口(33)连接第一三通接头(4)的第一个接口，第一三通接头(4)的另外两个接口各自一一对应地连接挂车储气筒(5)和第一二位二通电磁阀(6)的进口，四通接头(10)的另外三个接口各自一一对应地连接第二二位二通电磁阀(13)的进口、第三三通接头(9)的第一个接口和第四三通接头(11)的第一个接口，第三三通接头(9)的另外两个接口各自一一对应地连接第二三通接头(8)和右ABS电磁阀(14)的一个接口，第二三通接头(8)的另外两个接口分别一一对应地连接第一二位二通电磁阀(6)的出口和第四三通接头(11)的第二个接口，第四三通接头(11)的第三个接口连接左ABS电磁阀(12)，右ABS电磁阀(14)与第五三通接头(15)的第一个接口相连接，第五三通接头(15)的另外两个接口分别一一对应地连接右气压传感器(16)和右制动气室(20)，左ABS电磁阀(12)与第六三通接头(18)的第一个接口相连接，第六三通接头(18)的另外两个接口分别一一对应地连接左气压传感器(17)和左制动气室(19)；左、右气压传感器(17、16)分别检测左、右制动气室(19、20)的气压，左、右轮轮速传感器(22、21)分别检测挂车对应车轮的轮速，左、右气压传感器(17、16)、左、右轮轮速传感器(22、21)各通过信号线连接控制器(7)，控制器(7)还通过控制线分别连接第一、第二二位二通电磁阀(6、13)和左、右ABS电磁阀(12、14)，其特征是包括以下步骤：
A、控制器(7)计算出当前时刻的挂车滑移率s、最佳滑移率s0、预期制动压力p0、气压压力p；将挂车滑移率s和最佳滑移率s0作比较，若s≥s0，进行滑移率控制，若s＜s0，进行气压延迟补偿控制；
B、滑移率控制时，第一、第二二位二通电磁阀(6、13)均关闭，第一出气口(32)的压缩气体经过四通接头(10)分流后分别通过左、右ABS电磁阀(12、14)控制左、右制动气室(19、20)的气体压力；
C、气压延迟补偿控制时，控制器(7)将气压压力p和预期制动压力p0作比较，根据比较的大小确定第一、第二二位二通电磁阀(6、13)的开闭，控制左、右ABS电磁阀(12、14)不工作。
2.根据如权利要求1所述的控制方法，其特征是：步骤B中，若s＝s0，控制器(7)控制左、右ABS电磁阀(12、14)对左、右制动气室(19、20)实现保压控制；若s＞s0，控制器(7)控制左、右ABS电磁阀(12、14)分别对左、右制动气室(19、20)实现减压控制。
3.根据如权利要求1所述的控制方法，其特征是：步骤C中，若p＝p0，控制器(7)控制第一、第二二位二通电磁阀(6、13)保持关闭，第一出气口(32)的压缩气体经四通接头(10)分成两路，一路经过第三三通接头(9)、右ABS电磁阀(14)和第五三通接头(15)进入右制动气室(20)，另一路第四三通接头(11)、左ABS电磁阀(12)、第六三通接头(18)进入左制动气室(19)；若p＜p0，控制器(7)控制第一二位二通电磁阀(6)开启、第二二位二通电磁阀(13)保持关闭，第二出气口(33)的压缩气体经第一三通接头(4)、第一二位二通电磁阀(6)并通过第二三通接头(8)分成两路，一路经过第三三通接头(9)、右ABS电磁阀(14)、第五三通接头(15)进入右制动气室(20)，另一路经过第四三通接头(11)、左ABS电磁阀(12)和第六三通接头(18)进入左制动气室(19)；若p＞p0，控制器(7)控制第一二位二通电磁阀(6)关闭，第二二位二通电磁阀(13)开启，右制动气室(20)内的气体经第五三通接头(15)、右ABS电磁阀(14)、第三三通接头(9)、四通接头(10)、第二二位二通电磁阀(13)排入大气，左制动气室(19)内的气体经第六三通接头(18)、左ABS电磁阀(12)、第四三通接头(11)、四通接头(10)、第二二位二通电磁阀(13)排入大气，实现减压控制。
4.根据如权利要求1所述的控制方法，其特征是：步骤A中，控制器(7)先接收挂车加速度传感器采集的当前时刻的挂车加速度α信号、挂车车辆速度传感器采集的当前时刻的挂车车轮速度v信号、左、右轮轮速传感器(22、21)分别采集的当前时刻的挂车左、右车轮转速ω1、ω2信号和左、右气压传感器(17、16)分别采集到的当前时刻的左、右制动气室(19、20)的气压压力p1、p2信号，并比较左、右车轮转速ω1、ω2信号和气压压力p1、p2，取较大的转速ω＝max(ω1,ω2)和气压压力p＝max(p1，p2)，再根据公式
Figure FDA0002736789130000021
计算出当前时刻的挂车滑移率s，R是车轮半径。
5.根据如权利要求4所述的控制方法，其特征是：控制器(7)根据式μ＝a/g和μ1＝C1[1-exp(-C2s)]-C3s获得利用附着系数μ和不同路面下的名义附着系数μ1，将μ与所有的μ1分别做差，取与μ差值绝对值最小的μ1所对应的路面作为当前时刻的路面，并将路面所对应的名义最佳滑移率s*作为最佳滑移率s0，C1、C2、C3分别为不同路面的拟合参数。
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