Антиблокировочная, антизаносная тормозная система с электронным управлением

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к антиблокировочным тормозным системам транспортных средств. Антиблокировочная, антизаносная тормозная система с ограничением хода вспомогательного поршня в главном тормозном цилиндре содержит акселерометр и установленные на осях колес датчики веса, связанные с ЭВМ, которая работает с учетом зависимости продольного и поперечного коэффициентов сцепления от относительного скольжения при торможении, используя ограничение роста давления в тормозном приводе с последующей фиксацией и выдержкой постоянного давления, автономный цилиндр управления с емкостью. Внутри автономного цилиндра установлены неподвижная направляющая втулка и поршень-упор с уплотнением, который контактно связан со штоком и пружиной. Снаружи автономного цилиндра управления установлен связанный с ЭВМ клапан для замыкания и размыкания объема жидкости в автономном цилиндре управления. В главном тормозном цилиндре расположены основной и вспомогательный поршни, между которыми расположен упругий элемент постоянной или переменной жесткости. На поршень-упор в автономном цилиндре управления и вспомогательный поршень главного тормозного цилиндра передается движение педали тормоза через штоки и профилированные рычаги. Техническим результатом является улучшение технических характеристик антиблокировочной тормозной системы. 7 ил.

 

Устройство относится к транспортному машиностроению, а более конкретно к созданию антиблокировочных тормозных систем.

Известны антиблокировочные тормозные системы, например антиблокировочная система ABS 2фирмы "Bosch", включающая в себя педаль тормоза, главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем, гидравлический узел, в состав которого входят гидронасос с электродвигателем, модулятор с электроклапанами, гидроаккумуляторы с демпфирующими камерами - все они включены между главным и рабочими тормозными цилиндрами колес. В систему также входят датчики угловой скорости и продольного замедления, электронный блок и другие штатные узлы и детали.

Система ABS 2 работает по принципу обратного нагнетания с трехфазным рабочим циклом.

Регулирование тормозного момента на барабане осуществляется "импульсным" торможением. Величина импульсов достигает больших величин, и поэтому в ABS 2 в гидравлическом узле устанавливают мощные электромоторы на гидронасосах и демпфирующие камеры. Кроме того, что очень важно, импульсное торможение предусматривает торможение на каком-то среднем значении коэффициента сцепления (ϕ_х). Из технической литературы известно, что коэффициент ϕ_х составляет 75% от общего коэффициента сцепления (ϕ).

Отмеченные недостатки усложняют и делают конструкцию ABS сложной и дорогостоящей.

Мы предлагаем тормозное управление, которое позволяет целенаправленно менять величины коэффициентов сцепления в продольном (ϕ_х) и поперечном (ϕ_х) направлениях, используя при этом не "импульсный" способ торможения, а способ ограничения роста давления в тормозном приводе с последующей фиксацией и выдержкой постоянного давления.

Для исключения блокировки колес и бокового заноса при поворотах на закруглениях дорог предлагаем автономный гидравлический цилиндр, работающий с главным тормозным цилиндром, и инерционные датчики в поперечном направлении, которые исключают боковой занос на поворотах.

В отличие от ранее предложенных тормозных систем с ограничением хода вспомогательного поршня в главном тормозном цилиндре управление тормозной системой возлагаем на ЭВМ или микропроцессор, работающие с использованием диаграммы ϕ-s, характеризующей зависимость продольного (ϕ_х) и поперечного (ϕ_у) коэффициентов сцепления от относительного скольжения в процессе торможения.

Для учета постоянно меняющихся величин опорных реакций на колесах, соответственно, координат центра тяжести АТС и перемещений поршней на задней оси установлены датчики (индукционный, деформаций, перемещений и других конструкций), протарированные по весу (массе). Показания этих датчиков используются в программах ЭВМ, составленных на основе известных зависимостей для опорных реакций, координат центра тяжести и перемещений поршней.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - главный тормозной цилиндр с системой управления.

Фиг.2 - запорный клапан.

Фиг.3 - инерционные клапаны.

Фиг.4 - педаль тормоза с профилированными рычагами.

Фиг.5 - диаграмма зависимости коэффициента сцепления (ϕ) от коэффициента скольжения (S).

Фиг.6 - схема алгоритма.

Фиг.7 - структурная схема управления.

В указанных чертежах порядковые номера связаны с названиями следующих деталей: 1 - емкость с жидкостью; 2 - клапан запорный; 3 - корпус главного тормозного цилиндра; 4 - компенсационное отверстие; 5 - основной поршень главного тормозного цилиндра; 6 - манжета уплотнительная; 7 - пружина; 8 - поршень вспомогательный; 9 - автономный гидроцилиндр механизма управления с емкостью; 10 - шток поршня в главном цилиндре; 11 - шток автономного цилиндра управления; 12 - стержень упорный; 13 - втулка направляющая; 14 - поршень-упор подвижный; 15 - манжета уплотнительная; 16 - пружина; 17 - клапан для замыкания объема в автономном цилиндре управления; 18 - емкость для жидкости; 19 - составной корпус запорного клапана; 20 - шайба запорная; 21 - штифт ограничительный; 22 - электрический провод низкого напряжения в батарейном зажигании; 23 - пружина инерционного клапана; 24 - массы инерционного клапана; 25 - клапаны; 26 - педаль тормоза; 27 и 29 - профилированные рычаги; 28 - вал педали тормоза; F - усилие на педали; Р - усилие на штоке; R - реакция на внешние воздействия; Р_уд - удельное давление жидкости; К - контакты электрические клапана 17.

Связь между штоком 11 и поршнем-упором 14 контактная.

Суть изобретения в том, что антиблокировочная, антизаносная тормозная система с ограничением хода вспомогательного поршня в главном тормозном цилиндре отличается тем, что в механизме управления системы имеется ЭВМ, клапаны с инерционными массами, датчик опорных реакций, связанный с ЭВМ, автономный цилиндр с емкостью, снаружи которого установлен клапан для замыкания и размыкания объема жидкости в нем, также связанный с ЭВМ, а внутри его расположены втулка направляющая неподвижная, подвижный упор с уплотнением, связь которого со штоком и пружиной контактная. Кроме того, в главном тормозном цилиндре расположены основной и вспомогательный поршни, между которыми стоит упругий элемент постоянной или переменной жесткости, при этом на упор в цилиндре управления и вспомогательный поршень главного цилиндра передается движение на педали тормоза через штоки и рычаги специального профиля, указанная система работает с использованием диаграммы ϕ-s.

Наличие пружины 7 между поршнями 5 и 8 позволяет при замкнутом объеме передаточного механизма изменять удельное давление в нем и в его исполнительном органе. При этом меняются приводные силы в тормозных механизмах колес, которые, в конечном счете, определяют величины моментов на барабане и колесе.

Для того чтобы менять удельное давление в передаточном механизме, надо менять силу упругости пружины (Р_пр), она равняется Р_пр=с·х, где с - жесткость пружины, х - перемещение ее. Приняв жесткость пружины постоянной величиной, получим линейную зависимость силы упругости пружины от перемещения.

Следовательно, надо научиться определять величину перемещения вспомогательного поршня 8. С этой целью были определены математические модели для передних и задних колес АТС, находящегося в тормозном режиме.

X₁ и Х₂ - перемещение вспомогательных поршней в главном цилиндре соответственно для контура передних и задних колес (в см); ϕ_х - текущая величина коэффициента сцепления в продольном направлении, принята равной для передних и задних колес; G_a - полная масса автомобиля; а - координата центра тяжести АТС от передних колес; b - координата центра тяжести АТС от задних колес; h_g - вертикальная координата центра тяжести; r_ст - радиус колес статический - одинаковый для всех колес; r^I _б и r^II _б - радиус барабана соответственно для передних и задних колес; S^I _гл и S^II _гл - площади поршней главных тормозных цилиндров соответственно для передних и задних колес; S^I _n и S^II _n - площади поршней рабочих тормозных цилиндров колес; к - коэффициент трения контртел; l - внутреннее передаточное число тормозного механизма.

Зависимость математической модели от коэффициента сцепления колеса с опорой, можно легко перевести в зависимость от замедления при торможении АТС, используя равенство, где j - линейное замедление.

В конечном счете, применительно к автомобилю ГАЗ - 53 А были получены зависимости

X1=Ga·j·(2,38 + 0,343j)·0,00000050	(3)
Х2=Ga·j·(7,42 - 0,343j)·0,00000046	(4)

при следующих значениях параметров G_a=7400 кг, j=6,82 м/с² были получены конкретные величины перемещения поршней 8 при аварийном торможении: Х₁=12 см, X₂=11,8 см.

При этом все постоянные конструктивные параметры учтены множителем после скобок. Параметр перевода килограммов в ньютоны и база автомобиля оказали влияние на цифры в скобках (это уже не параметры центра тяжести автомобиля), и они изменяются при изменении загрузки АТС, коэффициента сцепления ϕ_х, координат центра тяжести.

Такие зависимости легко решаются, если знаешь загруженность АТС и изменяющиеся при этом параметры центра тяжести и тормозная система снабжена штатным акселерометром.

Для этого надо на осях колес установить датчики веса, которые должны постоянно подавать в ЭВМ изменяющиеся параметры реакций на колесах. В ее память можно заложить программы формул координат центра тяжести, и с учетом поступивших данных от датчиков веса она будет определять значение этих параметров и подавать их в программы формул (3) и (4).

Как только начнется торможение и акселерометр подаст конкретные значения замедлений в программы для формул (3) и (4), ЭВМ будет выдавать расчетные значения X_1расч и Х_2расч. Идет торможение АТС.

Работа предлагаемой тормозной системы.

При движении с малыми скоростями по двору гаража на погрузочно-разгрузочных площадках и т.п. ЭВМ можно отключать. При этом клапан 17 будет обесточен, и проход жидкости из цилиндра 9 в емкость 18 будет обеспечен.

При больших скоростях движения ЭВМ должна быть включена.

а) Служебное торможение

При таком торможении усилие на педали и темп его нарастания не высокий. Штатный акселерометр фиксирует возникшее замедление, и величина его поступает в ЭВМ. Начинается работа ЭВМ. При малом замедлении коэффициент скольжения S и соответствующий ему коэффициент сцепления мал и будет изменяться в пределах от нуля до величин, соответственных зоне перегиба по кривой диаграммы ϕ-s, меньших ϕ_max с определенной погрешностью.

Для удобства, будем рассматривать колеса одной оси, например передней оси.

На возникающие величины замедления при торможении ЭВМ будет выдавать расчетные значения Х_1расч=М и фиксировать в памяти. При поступлении других возросших значений Х_2расч ЭВМ должна сравнить их по зависимости X_2расч М≥0 и пока будет выдерживаться это неравенство ЭВМ команды на закрытие клапана 17 подавать не будет. Идет служебное торможение.

Дальше наступит такой момент, когда коэффициент сцепления ϕ_х достигнет почти максимальной величины (точка перегиба кривой ϕ по диаграмме ϕ-s) и соответственно линейное замедление (j) достигнет максимума. Начнется экстренное (аварийное) торможение.

б) Экстренное (аварийное) торможение.

При достижении равенства с некоторой погрешностью Х_1расч М≥0 ЭВМ подаст команду на замыкание контактов клапана 17. Клапан перекроет проход жидкости из цилиндра 9 в емкость 18. Объем жидкости в цилиндре замкнется, и штоки 10 и 11 остановятся. Торможение будет идти при максимально допустимом замедлении или до полной остановки АТС или с каким-то замедлением для служебного торможения.

При аварийном торможении, когда величины Х_расч и Р_уд достигли экстремальных значений, возможна блокировка колес, так как торможение идет на грани блокирования колес. Этого допускать нельзя. Для этого в процессе теоретических расчетов следует предусмотреть в тормозном механизме уменьшенные размеры радиусов барабанов колес или диаметров рабочих цилиндров. Эти величины входят в значения тормозного момента на барабане и позволяют выполнить неравенство М_б<М_к и таким образом исключить блокировку колес. При этом можно задаться допустимыми величинами ϕ_х и ϕ_у.

Контактная связь между поршнем-упором 14, пружиной 16 и штоком 11 делает механизм управления предлагаемой тормозной системы таким, что при любой неисправности в электронном блоке тормозная система способна обеспечивать процесс торможения обычным способом. Кроме того, предлагаемая тормозная система позволяет максимально использовать коэффициент сцепления, будь он большим или малым.

Как известно, коэффициент продольного сцепления ϕ_х меняется от покрытий, его состояния, от изношенности протектора шин, от скорости движения, от толщины водяной пленки в контакте колеса, от различных углов бокового увода, но характерной чертой этих зависимостей является то, что максимум их значений приходится на величину коэффициента скольжения (S) в зоне S=0,15÷0,25. Эта особенность делает предлагаемую тормозную систему максимально универсальной.

Антиблокировочная, антизаносная тормозная система с ограничением хода вспомогательного поршня в главном тормозном цилиндре, отличающаяся тем, что содержит акселерометр и установленные на осях колес датчики веса, связанные с ЭВМ, которая работает с учетом зависимости продольного и поперечного коэффициентов сцепления от относительного скольжения при торможении, используя ограничение роста давления в тормозном приводе с последующей фиксацией и выдержкой постоянного давления, автономный цилиндр управления с емкостью, внутри которого установлены неподвижная направляющая втулка и поршень-упор с уплотнением, который контактно связан со штоком и пружиной, снаружи автономного цилиндра управления установлен связанный с ЭВМ клапан для замыкания и размыкания объема жидкости в автономном цилиндре управления, кроме того, в главном тормозном цилиндре расположены основной и вспомогательный поршни, между которыми расположен упругий элемент постоянной или переменной жесткости, при этом на поршень-упор в автономном цилиндре управления и вспомогательный поршень главного тормозного цилиндра передается движение педали тормоза через штоки и профилированные рычаги.