CN113561953B - 一种重载车辆线控冗余制动操纵***及其容错控制方法 - Google Patents

一种重载车辆线控冗余制动操纵***及其容错控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重载车辆线控冗余制动操纵***，包括：通过液压油路依次相连的供油子***、控制阀组和执行组件；其中，所述控制阀组包括：两个以上比例电磁阀和冗余控制组件；所述执行组件包括：两个以上制动油缸；所述供油子***的输出油口同时与两个以上比例电磁阀连接，两个以上比例电磁阀通过冗余控制组件分别与两个以上制动油缸连接；所述冗余控制组件以电控或液控的方式使供油子***与执行组件之间具有一路以上通路；容错控制方法可通过电控或液控方式实现***冗余和容错控制，保证车辆的制动功能。

Description

一种重载车辆线控冗余制动操纵***及其容错控制方法
技术领域
本发明涉及车辆制动操纵与控制技术领域，具体涉及一种重载车辆线控冗余制动操纵***及其容错控制方法。
背景技术
目前，大多数重载车辆的制动操纵***仍采用机械-液压操纵形式，通过踏板以机械形式控制液压阀输出油压，实现对车辆制动力的控制。该控制方式造成了制动操纵***响应时间长、空间布置困难等问题，且无法满足未来车辆智能化、无人化发展需求。电液制动操纵***能够满足车辆的线控化操纵，但在实现线控化制动操纵的基础上，如何保证***内部电磁阀、油泵等部件出现故障时车辆仍具有有效的制动操纵功能，是本领域亟待解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种重载车辆线控冗余制动操纵***及其容错控制方法，使***在满足线控制动操纵功能的同时具备容错控制功能，能够在某一支路出现故障的情况下保证车辆制动操纵***的正常运行，提升重载车辆制动操纵***的可靠性；在***中部分泵、阀等部件出现故障时，容错控制方法可通过电控或液控方式实现***冗余和容错控制，保证车辆的制动功能。
本发明的技术方案为：一种重载车辆线控冗余制动操纵***，包括：通过液压油路依次相连的供油子***、控制阀组和执行组件；其中，所述控制阀组包括：两个以上比例电磁阀和冗余控制组件；所述执行组件包括：两个以上制动油缸；所述供油子***的输出油口同时与两个以上比例电磁阀连接，两个以上比例电磁阀通过冗余控制组件分别与两个以上制动油缸连接；所述冗余控制组件以电控或液控的方式使供油子***与执行组件之间具有一路以上通路。
优选地，所述控制阀组包括：两个比例电磁阀，与之对应，所述执行组件包括：两个制动油缸。
优选地，所述冗余控制组件包括：常开电磁开关阀和常闭电磁开关阀，每个所述比例电磁阀的出口与常闭电磁开关阀的入口通过液压油路连接，两个常闭电磁开关阀的出口均与常开电磁开关阀通过液压油路连接；同时，两个常闭电磁开关阀的出口分别通过液压油路连接一个制动油缸，且每个常闭电磁开关阀与对应的制动油缸之间的液压油路上设有制动油缸压力传感器。
优选地，所述冗余控制组件为液控逻辑阀，两个比例电磁阀的出口分别通过液压油路与液控逻辑阀的输入油口连接，液控逻辑阀的输出油口分别通过液压油路与两个制动油缸连接。
优选地，所述供油子***由一个以上供油模块组成，所述供油模块的输出油口与控制阀组的输入油口相连。
优选地，每个所述供油模块包括：制动油泵、蓄能器和溢流阀；
每个所述制动油泵由电机驱动，每个制动油泵的入口与***油箱相连，出口通过液压油路与比例电磁阀的进口相连；且每个制动油泵的出口与比例电磁阀的进口之间的液压油路上依次设置溢流阀、供油压力传感器和蓄能器；
其中，每个溢流阀的出口与***油箱相连；每个溢流阀作为安全阀，负责调整对应供油模块的供油压力；蓄能器能够储存设定容积的压力油。
优选地，当各支路供油压力传感器的供油压力小于设定值时，蓄能器补油。
优选地，当车辆需要在操纵***完全掉电工况下处于制动状态时，制动油缸内部的弹簧处于使制动油缸伸出一侧；当车辆需要在操纵***完全掉电工况下处于制动解脱状态时，制动油缸内部的弹簧处于使制动油缸缩回一侧。
一种重载车辆线控冗余制动操纵***的容错控制方法，包括以下步骤：
步骤一：车辆上电后，通过外部的制动控制器采集制动踏板转角信号、供油压力信号和制动油缸压力信号；
步骤二：若供油压力低于操纵***的设定压力，则制动油泵开始工作，为操纵***充油；
步骤三：当制动踏板被踩下时，制动控制器根据预设的制动踏板转角与制动油缸压力之间的关系，输出对应支路的比例电磁阀的控制电流，从而反控制各自支路的制动油缸的压力；
步骤四：制动控制器通过各支路的制动油缸压力信号判断其工作是否正常，若某支路制动油缸压力低于目标油压，则认为该支路出现失效，通过制动控制器接通常开电磁开关阀、断开失效一侧的常闭电磁开关阀，对该支路进行压力补偿，以电控的方式为两个制动油缸供油，实现容错控制功能。
一种重载车辆线控冗余制动操纵***的容错控制方法，包括以下步骤：
步骤一：车辆上电后，通过外部的制动控制器采集制动踏板转角信号、供油压力信号和制动油缸压力信号；
步骤二：若供油压力低于操纵***的设定压力，则制动油泵开始工作，为操纵***充油；
步骤三：当制动踏板被踩下时，制动控制器根据预设的制动踏板转角与制动油缸压力之间的关系，输出对应支路的比例电磁阀的控制电流，从而反控制各自支路的制动油缸的压力；
步骤四：当两个比例电磁阀的输出油压一致，液控逻辑阀的阀芯处于中位，两个比例电磁阀的输出端通过液控逻辑阀的输出油口共同为两个制动油缸供油；当一个比例电磁阀的输出油压低于另一个时，阀芯向油压较低一侧移动，切断油压较低一侧的比例电磁阀的输出油口与制动油缸的入口之间的连接，由压力较高一侧的比例电磁阀同时为两个制动油缸供油，从而实现液控冗余控制。
有益效果：
1、本发明提供的重载车辆线控冗余制动操纵***，具有两路以上相互冗余的制动操纵支路，两路以上制动操纵支路通过冗余控制组件以电控或液控的方式实现一路以上联通，能够在实现车辆制动***线控操纵的基础上提高***可靠性。
2、本发明提供的重载车辆线控冗余制动操纵***，通过两个常闭电磁开关阀和一个常开电磁开关阀实现两个制动操纵支路之间的冗余电控，保证制动操纵***中的供油子***和制动油缸之间具有一路以上通路。
3、本发明提供的重载车辆线控冗余制动操纵***，通过液控逻辑阀实现两个制动操纵支路之间的冗余液控，保证制动操纵***中的供油子***和制动油缸之间具有一路以上通路。
4、本发明提供的一种重载车辆线控冗余制动操纵***的容错控制方法，通过外部的制动控制器实时采集各支路的制动踏板转角信号、供油压力信号和制动油缸压力信号，判断制动操纵***各支路是否处于正常工作状态，在某一支路出现异常时通过控制常开电磁开关阀和常闭电磁开关阀实现操纵***的容错控制，该控制方法能够实现车辆线控制动操纵***的容错控制，满足高可靠性、无人化、智能化车辆的发展需求。
5、本发明提供的另一种重载车辆线控冗余制动操纵***的容错控制方法，通过外部的制动控制器实时采集各支路的制动踏板转角信号、供油压力信号和制动油缸压力信号，判断制动操纵***各支路是否处于正常工作状态；通过液控逻辑阀实时平衡两支路间的油压，当某一支路压力过低时由压力正常一侧支路为***内制动油缸供油；该控制方法也能够实现车辆线控制动操纵***的容错控制，满足高可靠性、无人化、智能化车辆的发展需求。
附图说明
图1为本发明提供的第一种制动操纵***的原理图。
图2为本发明提供的第二种制动操纵***的原理图。
图3为本发明提供的第三种制动操纵***的原理图。
图4为本发明提供的制动操纵***与控制***的连接原理图。
图5为本发明提供的制动操纵***的控制原理图。
其中，1-制动油泵，2-比例电磁阀，3-制动油缸，4-蓄能器，5-溢流阀，6-常开电磁开关阀，7-常闭电磁开关阀，8-液控逻辑阀，S1、S2-制动油缸压力传感器，S3、S4-供油压力传感器。
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。
实施例1：
本实施例提供了一种重载车辆线控冗余制动操纵***，使***在满足线控制动操纵功能的同时具备容错控制功能，能够在某一支路出现故障的情况下保证车辆制动操纵***的正常运行，提升重载车辆制动操纵***的可靠性。
该制动操纵***包括：通过液压油路依次相连的供油子***、控制阀组和执行组件；其中，供油子***的输出油口与控制阀组的输入油口相连，控制阀组的输出油口与执行组件的输入油口相连；
本实施例中，如图1所示，供油子***由两个供油模块组成，每个供油模块包括：制动油泵1、蓄能器4和溢流阀5；控制阀组由两个控制模块和一个常开电磁开关阀6组成，每个控制模块由比例电磁阀2和常闭电磁开关阀7组成；执行组件包括：两个制动油缸3；
每个制动油泵1由电机驱动，每个制动油泵1的入口与***油箱相连，每个制动油泵1的出口通过液压油路与比例电磁阀2的进口相连；每个制动油泵1的出口与比例电磁阀2的进口之间的液压油路上依次设置溢流阀5(溢流阀5的入口连接在该液压油路上)、供油压力传感器(S3或S4)和蓄能器4；每个比例电磁阀2的出口与常闭电磁开关阀7的入口通过液压油路连接，两个常闭电磁开关阀7的出口均与常开电磁开关阀6通过液压油路连接，同时，两个常闭电磁开关阀7的出口分别通过液压油路连接一个制动油缸3，且每个常闭电磁开关阀7与对应的制动油缸3之间的液压油路上设有制动油缸压力传感器(S1或S2)；
其中，每个溢流阀5的出口与***油箱相连；每个溢流阀5作为安全阀，负责调整对应供油模块的供油压力；蓄能器4能够储存设定容积的压力油，保证该回路能够在制动油泵1停止工作后仍能进行设定的制动操纵动作；比例电磁阀2负责根据控制***的指令调节制动油缸3的压力；常开电磁开关阀6和常闭电磁开关阀7负责在制动操作***内某一回路出现故障时，以电控的方式联通该回路与其他回路，实现容错控制功能，并具备不同回路之间的调压功能，实现各车轴或车轮间的制动力分配；执行组件可根据制动操纵***无油压情况下需要处于制动状态或解脱状态的需求，决定每个制动油缸3内部的弹簧位置及刚度，当车辆需要在操纵***完全掉电工况下处于制动状态时，弹簧应处于使制动油缸3伸出一侧；当车辆需要在操纵***完全掉电工况下处于制动解脱状态时，弹簧应处于使制动油缸3缩回一侧；
本实施例采用两路分布式供油子***供油，当该操纵***正常工作时，常开电磁开关阀6与常闭电磁开关阀7均不通电，由两路比例电磁阀2直接控制两个制动油缸3的压力；当其中一个制动油缸3的油压不正常时，该支路的常闭电磁开关阀7通电断开，常开电磁开关阀6通电闭合，由该操纵***内压力正常的支路同时向两个制动油缸3供油。
实施例2：
与实施例1不同的是，本实施例中，如图2所示，供油子***由一个供油模块组成，该供油模块同时为两个控制模块及所控制的两个制动油缸3供油；
当操纵***正常工作时，常开电磁开关阀6与常闭电磁开关阀7均不通电，由两路比例电磁阀2直接控制两个制动油缸3的压力；当其中一个制动油缸3的压力不正常时，该支路的常闭电磁开关阀7通电断开，常开电磁开关阀6通电闭合，由操纵***内压力正常(压力在设定阈值之内为正常)的支路同时向两个制动油缸3供油。
实施例3：
与实施例2不同的是，本实施例中，如图3所示，控制阀组中两个比例电磁阀2的出口分别通过液压油路与液控逻辑阀8的输入油口连接(即液控逻辑阀8代替了常开电磁开关阀6和常闭电磁开关阀7，液控逻辑阀8两端的敏感腔与其两个输入油口分别相连，液控逻辑阀8的阀芯能够根据液压力的作用向压力较低一侧移动，将压力较低一侧的输入油口与输出油口断开，压力较高一侧的输入油口与输出油口连通)；液控逻辑阀8的输出油口分别通过液压油路与两个制动油缸3连接；其中，液控逻辑阀8负责在制动操作***内某一回路出现故障时，以液控的方式联通该回路与其他回路，实现容错控制功能；
需要说明的是本实施例中两个制动油缸3的压力始终相同；
本实施例采用一路供油子***供油，当两支路比例电磁阀2的输出油压一致时，两支路比例电磁阀2的出口同时与执行油缸3的输入油口连通，制动油泵1通过两比例电磁阀2同时为两个制动油缸3供油，当两支路比例电磁阀2的输出油压不一致时，液控逻辑阀8的阀芯向油压低的支路所在方向移动，使液控逻辑阀8的输出油口只与油压较高一侧比例电磁阀2的出口连通，起到容错控制的功能。
该操纵***的形式不限于以上三种实施例所提供的实施方式，还包括各种制动操纵支路数量以及各制动操纵支路在整车上的布置位置，如各车轮/履带独立或各车轴独立或左前/右后交叉式分布等。
实施例4：
在实施例1和实施例2的基础上，本实施例提供了一种重载车辆线控冗余制动操纵***的容错控制方法，在***中部分泵、阀等部件出现故障时，该方法可通过电控方式实现***冗余和容错控制，保证车辆的制动功能。
如图4和5所示，该容错控制方法包括以下步骤：
步骤一：车辆上电后，通过外部的制动控制器对制动踏板转角信号、供油压力信号和制动油缸压力信号进行采集；
步骤二：若供油压力低于操纵***的设定压力，则制动油泵1开始工作，为操纵***充油；
步骤三：当制动踏板被踩下时，制动控制器根据预设的制动踏板转角与制动油缸压力之间的关系，输出对应支路的比例电磁阀2的控制电流，从而反控制各自支路的制动油缸3的压力；
步骤四：制动控制器通过各支路的制动油缸压力信号判断其工作是否正常；
步骤五：若某支路的制动油缸压力低于目标油压，则认为该支路出现失效，通过制动控制器接通常开电磁开关阀6、断开失效一侧的常闭电磁开关阀7，对该支路进行压力补偿，以电控的方式为两个制动油缸3供油，实现容错控制功能。
本实施例中，根据检测到的各支路供油压力传感器的信号，判断是否需要为蓄能器4补油，当需要补油时，启动电机泵为蓄能器4补油，直至***油压满足需求。
实施例5：
在实施例3的基础上，本实施例提供了一种重载车辆线控冗余制动操纵***的容错控制方法，在***中部分泵、阀等部件出现故障时，该方法可通过液控方式实现***冗余和容错控制，保证车辆的制动功能。
该容错控制方法包括以下步骤：
步骤一：车辆上电后，通过外部的制动控制器对制动踏板转角信号、供油压力信号和制动油缸压力信号进行采集；
步骤二：若供油压力低于操纵***的设定压力，则制动油泵1开始工作，为操纵***充油；
步骤三：当制动踏板被踩下时，制动控制器根据预设的制动踏板转角与制动油缸压力之间的关系，输出对应支路的比例电磁阀2的控制电流，从而反控制各自支路的制动油缸3的压力；
步骤四：操纵***通过液控逻辑阀8实现液控容错控制，两支路中的比例电磁阀2的输出端与液控逻辑阀8的两个输入油口以及两端敏感腔相连，当两个支路均正常工作时，两个比例电磁阀2的输出油压一致，液控逻辑阀8的阀芯处于中位，两个比例电磁阀2的输出端通过液控逻辑阀8的输出油口共同为两个制动油缸3供油；当一个比例电磁阀2的输出油压低于另一个时，阀芯由于力平衡关系向油压较低一侧移动，切断油压较低一侧的比例电磁阀2的输出油口与制动油缸3的入口之间的连接，由压力较高一侧的比例电磁阀2同时为两个制动油缸3供油，从而实现操纵***中某一支路出现故障情况下的液控冗余控制。
若两支路的制动油缸压力信号和供油压力信号表示两支路同时失效，则向整车控制器及车辆操纵面板发送制动操纵***失效警告信号。
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 (6)

1.一种重载车辆线控冗余制动操纵***，其特征在于，包括：通过液压油路依次相连的供油子***、控制阀组和执行组件；其中，所述控制阀组包括：两个以上比例电磁阀(2)和冗余控制组件；所述执行组件包括：两个以上制动油缸(3)；所述供油子***的输出油口同时与两个以上比例电磁阀(2)连接，两个以上比例电磁阀(2)通过冗余控制组件分别与两个以上制动油缸(3)连接；所述冗余控制组件以电控或液控的方式使供油子***与执行组件之间具有一路以上通路；
所述控制阀组包括：两个比例电磁阀(2)；所述冗余控制组件为液控逻辑阀(8)，两个比例电磁阀(2)的出口分别通过液压油路与液控逻辑阀(8)的输入油口连接，液控逻辑阀(8)的输出油口分别通过液压油路与两个制动油缸(3)连接。
2.如权利要求1所述的重载车辆线控冗余制动操纵***，其特征在于，所述供油子***由一个以上供油模块组成，所述供油模块的输出油口与控制阀组的输入油口相连。
3.如权利要求2所述的重载车辆线控冗余制动操纵***，其特征在于，每个所述供油模块包括：制动油泵(1)、蓄能器(4)和溢流阀(5)；
每个所述制动油泵(1)由电机驱动，每个制动油泵(1)的入口与***油箱相连，出口通过液压油路与比例电磁阀(2)的进口相连；且每个制动油泵(1)的出口与比例电磁阀(2)的进口之间的液压油路上依次设置溢流阀(5)、供油压力传感器和蓄能器(4)；
其中，每个溢流阀(5)的出口与***油箱相连；每个溢流阀(5)作为安全阀，负责调整对应供油模块的供油压力；蓄能器(4)能够储存设定容积的压力油。
4.如权利要求3所述的重载车辆线控冗余制动操纵***，其特征在于，当各支路供油压力传感器的供油压力小于设定值时，蓄能器(4)补油。
5.如权利要求1所述的重载车辆线控冗余制动操纵***，其特征在于，当车辆需要在操纵***完全掉电工况下处于制动状态时，制动油缸(3)内部的弹簧处于使制动油缸(3)伸出一侧；当车辆需要在操纵***完全掉电工况下处于制动解脱状态时，制动油缸(3)内部的弹簧处于使制动油缸(3)缩回一侧。
6.一种重载车辆线控冗余制动操纵***的容错控制方法，其特征在于，它使用如权利要求1所述的操纵***，包括以下步骤：
步骤一：车辆上电后，通过外部的制动控制器采集制动踏板转角信号、供油压力信号和制动油缸压力信号；
步骤二：若供油压力低于操纵***的设定压力，则制动油泵(1)开始工作，为操纵***充油；
步骤三：当制动踏板被踩下时，制动控制器根据预设的制动踏板转角与制动油缸压力之间的关系，输出对应支路的比例电磁阀(2)的控制电流，从而反控制各自支路的制动油缸(3)的压力；
步骤四：当两个比例电磁阀(2)的输出油压一致，液控逻辑阀(8)的阀芯处于中位，两个比例电磁阀(2)的输出端通过液控逻辑阀(8)的输出油口共同为两个制动油缸(3)供油；当一个比例电磁阀(2)的输出油压低于另一个时，阀芯向油压较低一侧移动，切断油压较低一侧的比例电磁阀(2)的输出油口与制动油缸(3)的入口之间的连接，由压力较高一侧的比例电磁阀(2)同时为两个制动油缸(3)供油，从而实现液控冗余控制。
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