制動防抱死裝置的製作方法
2023-06-09 04:19:31 2
專利名稱：制動防抱死裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由「隨動輪」及相關部件組成的制動防抱死裝置(ABS)。
背景技術：
汽車制動防抱死技術早在20世紀二三十年代就有專利發布，但在汽車上廣泛使用卻是近20多年來的事。在汽車技術發展史上，還沒有哪一項專利技術像制動防抱死裝置那樣歷經了如此漫長的歲月。可靠性、價格及性能一直是制約制動防抱死裝置推廣的主要原因。為了在制動時將滑移率控制在理想滑移率附近的狹小範圍之內，ABS就要對制動系統壓力進行反覆調節，其控制方式直接決定ABS的控制效果。幾十年前採用的機械式制動壓力調節裝置，由於獲取的車輪轉速信號不夠精確，制動壓力調節的適時性和精確性也難於保證，控制效果並不理想。目前，ABS控制方式很多，主要有邏輯門限值控制、最優控制和滑動模態變結構控制等。但目前絕大多數ABS都是採用邏輯門限值控制方式。根據現代控制理論提出的最優控制和滑動模態變結構控制方式，從理論上分析，這些控制方式具有極優異的防抱制動性能，但這些控制方式為了獲取數學模型中所需的相關控制參數及狀態變量，均需準確和實時地確定汽車速度(汽車瞬時速度)。然而在汽車制動過程中，車速和輪速並不相等，而目前都是通過車速傳感器的信號間接地計算出車速，在準確性和實用性上都不能滿足這些控制方式的要求。而能滿足要求的車速傳感器，如多譜勒(Doppler)雷達等，其成本太高、技術複雜而很少採用，因而這些控制方式目前真正實際應用的很少。因此，ABS發展至今，大多數產品仍是採用邏輯門限值控制方式。該種控制方式的缺點是系統的控制邏輯比較複雜、控制不夠平穩。
發明內容
本發明的目的是提供一種能準確和實時地確定汽車速度(汽車瞬時速度)以獲得理想的控制效果的制動防抱死裝置。
為實現上述目的，本發明的解決方案是在汽車車輪旁邊增加一個輪子，汽車在運行過程中此輪隨之轉動，為了敘述方便，本發明將其稱為「隨動輪」。用彈性物質將隨動輪以合適的壓力跟地面接觸，壓力的大小應能使隨動輪在汽車運行及制動過程中始終滿足或足夠接近V＝ωr(V為車輪中心的平移速度，亦即車速，ω為車輪轉動角速度，r為隨動輪的半徑)，壓力太小隨動輪不能滿足V＝ωr，壓力太大將明顯抵消車輪對地面的壓力。由於隨動輪並不直接參與驅動和制動，只是「隨動」，故隨動輪以相對較小的壓力跟地面接觸即可滿足V＝ωr。由於隨動輪始終滿足V＝ωr，所以利用隨動輪能準確和實時的確定汽車速度(汽車瞬時速度)。當汽車制動過程中車輪趨於抱死時，車輪的轉速低於隨動輪的轉速，自動控制系統據此對制動壓力進行調節防止車輪抱死。也可以讓隨動輪直接參與驅動和制動，只要驅動力和制動力的大小能使隨動輪滿足V＝ωr即可。本發明的制動防抱死裝置除用於汽車外、也可用於列車、飛機等任何適用本裝置的交通工具。
驅動防滑裝置(ASR)是制動防抱死裝置的進一步擴大和延伸，本發明的制動防抱死裝置能實現驅動防滑功能。當汽車驅動過程中車輪趨於滑轉時，車輪的轉速高於隨動輪的轉速，自動控制系統據此降低發動機輸出扭矩或對車輪適當制動防止車輪滑轉。
本發明的制動防抱死裝置的隨動輪能準確和實時地確定汽車速度(汽車瞬時速度)，這為ABS採用最優控制和滑動模態變結構控制開避了一條低成本的途徑。由於隨動輪能準確獲取汽車瞬時速度，也使得採用邏輯門限值控制方式的ABS的性能及可靠性均得以明顯提高。
適當增大隨動輪對地面的壓力能使隨動輪在滿足或足夠接近V＝ωr的前提下獲得一個足夠大的扭矩，在車輪和隨動輪轉速差產生的同時可利用兩輪的扭矩直接作用於機械裝置防止車輪抱死，因此，採用隨動輪的機械式ABS系統能獲得很好的控制效果。
圖1是本發明制動防抱死裝置第一個實施方式的示意圖。
圖2是本發明制動防抱死裝置第二個實施方式的示意圖。
圖3是圖2所示制動防抱死裝置的局部示意圖。
圖4是本發明制動防抱死裝置第三個實施方式的示意圖。
圖5是圖4所示制動防抱死裝置的局部示意圖。
圖6是本發明制動防抱死裝置第四個實施方式的示意圖。
具體實施例方式
圖1所示的制動防抱死裝置由車輪1和車輪傳感器3、隨動輪2和隨動輪傳感器4、制動輪缸5、制動主缸6、制動踏板7、液壓泵8、電子控制單元9、電磁閥10、電動機11和儲液器12組成。開始制動時，駕駛員踩制動踏板7，制動壓力由制動主缸6產生，制動主缸6和制動輪缸5的制動液壓相通，液壓泵8也不工作，ABS系統沒有參與控制，整個過程和常規液壓制動系統相同，制動壓力不斷上升。當駕駛員繼續踩制動踏板7，油壓繼續升高到車輪1出現抱死趨勢時，車輪1的轉速低於隨動輪2的轉速，當車輪1與隨動輪2的轉速差增大到一定值時，電子控制單元9根據車輪傳感器3和隨動輪傳感器4提供的信號發出指令，使電磁閥10通電，把制動主缸6和制動輪缸5的通路切斷，系統油壓保持不變，汽車以最佳滑移率制動。若制動力保持不變，車輪1與隨動輪2的轉速差增大時，電子控制單元9根據車輪傳感器3和隨動輪傳感器4傳出的信號發出指令，增大電磁閥10的電流，使制動輪缸5和儲液器12相通，制動液流入儲液器12，制動壓力降低，同時驅動電動機11啟動，液壓泵8開始工作，把流回儲液器12的制動液加壓後輸送到制動主缸6，為下次制動作好準備。當車輪1與隨動輪2的轉速差減小到一定值時，電子控制單元9根據車輪傳感器3和隨動輪傳感器4提供的信號發出指令，切斷通往電磁閥10的電流，使制動主缸6和制動輪缸5再次連通，增加了制動壓力。這樣反覆循環地控制，將車輪的滑移率始終控制在最佳範圍。
由於汽車的瞬時速度能從隨動輪傳感器4直接獲取，而車輪1實際瞬時轉速能從車輪傳感器3直接獲取，這兩組數據能準確和實時地反映出車輪1的滑移率(車輪1的瞬時滑移率)使系統的控制邏輯變得簡單，提高了系統的可靠性及性能。因此採用隨動輪的ABS系統能將滑移率精確地控制在理想滑移率附近的狹小範圍之內。
控制精確度提高後還能進一步擴充ABS系統的功能，根據汽車駛入的不同路面使汽車以不同的滑移率制動，因為路面不同(例如水泥路面、泥濘路面、雪地及冰面等)使制動最佳滑移率在8％～30％內變化，此ABS系統在電子控制單元7內設置多組不同的標定程序，當汽車駛入不同的路面時按下對應的按鈕，或者給ABS系統設置自動調節功能。
本制動防抱死裝置利用隨動輪2還能很方便地實現驅動防滑功能。當汽車驅動過程中車輪1趨於滑轉時，車輪1的轉速高於隨動輪2的轉速，電子控制單元9根據車輪傳感器3和隨動輪傳感器4傳出的信號發出指令，對供油量、點火參數、節氣門位置或輔助空氣等進行調整，降低發動機輸出扭矩，或對車輪1適當制動，消除車輪滑轉。當滑轉趨勢消除時，車輪1與隨動輪2的轉速差減小，當此轉速差減小到一定值時，電子控制單元9根據車輪傳感器3和隨動輪傳感器4的信號發出指令，使車輪1驅動力增大。這樣反覆控制，使車輪1獲得最大驅動力。
圖2所示的制動防抱死裝置由車輪1、隨動輪2、「機械脈衝產生裝置」13、傳感器14、制動輪缸5、制動主缸6、制動踏板7、液壓泵8、電子控制單元9、電磁閥10、電動機11和儲液器12組成。機械脈衝產生裝置13如圖3所示，它由齒輪15、脈衝杆16、彈簧17和齒輪18等組成，脈衝杆16與齒輪15的接觸面是凹凸不平的輪齒狀。當車輪1與隨動輪2的轉速不相等時，齒輪15和齒輪18的轉速也相應地不相等，此時脈衝杆16能對傳感器14發出機械脈衝，傳感器14產生相應頻率的電信號輸入電子控制單元9，電信號的頻率隨著車輪1與隨動輪2的轉速差的變化而變化，因此脈衝頻率反映的是準確的瞬時滑移率。開始制動時，駕駛員踩制動踏板7，制動壓力由制動主缸6產生，制動主缸6和制動輪缸5的制動液壓相通，液壓泵8也不工作，車輪1與隨動輪2轉速相等，齒輪15和齒輪18的轉速也相等，此時脈衝杆16對傳感器14無機械脈衝，ABS系統沒有參與控制，整個過程和常規液壓制動系統相同，制動壓力不斷上升。當駕駛員繼續踩制動踏板7，油壓繼續升高到車輪1出現抱死趨勢時，車輪1的轉速低於隨動輪2的轉速，相應地齒輪15的轉速低於齒輪18的轉速，脈衝杆16對傳感器14發出機械脈衝，傳感器14將相應頻率的電信號輸入電子控制單元9，當電信號的頻率增大到一定值時，電子控制單元9發出指令使電磁閥10通電，把制動主缸6和制動輪缸5的通路切斷，系統油壓保持不變，汽車以最佳滑移率制動。若制動力保持不變，車輪1與隨動輪2的轉速差增大時，電子控制單元9根據傳感器14的信號發出指令，增大電磁閥10的電流，使制動輪缸5和儲液器12相通，制動液流入儲液器12，制動壓力降低，同時驅動電動機11啟動，液壓泵8開始工作，把流回儲液器12的制動液加壓後輸送到制動主缸6，為下次制動作好準備。當車輪1與隨動輪2的轉速差減小到一定值時，電子控制單元9根據傳感器14的信號發出指令，切斷通往電磁閥10的電流，使制動主缸6和制動輪缸5再次連通，增加了制動壓力。這樣反覆循環地控制，將車輪的滑移率始終控制在最佳範圍。
當然，傳感器14也可以採用光電式傳感器，其優點是機械脈衝產生裝置13可相應改成無機械脈衝的裝置。
圖4所示的制動防抱死裝置由車輪1、隨動輪2、「離心式控制器」19、電路開關單元23、制動輪缸5、制動主缸6、制動踏板7、液壓泵8、電磁閥10、電動機11和儲液器12組成。離心式控制器19和電路開關單元23如圖5所示。離心式控制器19由齒輪15、飛鐵20、齒輪18、飛鐵21、頂杆22以及彈簧等零件組成，它能根據車輪1和隨動輪2的轉速差發出相應的控制動作。電路開關單元23由一些電路開關等組成，起到閉合或斷開相關電路的作用。當車輪1與隨動輪2的轉速不相等時，齒輪15和齒輪18的轉速也不相等，此時飛鐵20和飛鐵21的離心力也相應地不相等，飛鐵張開，飛鐵臂推動頂杆22移動，使電路開關閉合或斷開。開始制動時，駕駛員踩制動踏板7，制動壓力由制動主缸6產生，制動主缸6和制動輪缸5的制動液壓相通，液壓泵8也不工作，車輪1與隨動輪2轉速相等，此時飛鐵20和飛鐵21的離心力相等，頂杆22無動作，ABS系統沒有參與控制，整個過程和常規液壓制動系統相同，制動壓力不斷上升。當駕駛員繼續踩制動踏板7，油壓繼續升高到車輪1出現抱死趨勢時，車輪1的轉速低於隨動輪2的轉速，相應地齒輪15的轉速低於齒輪18的轉速，此時飛鐵20的離心力小於飛鐵21的離心力，頂杆22開始動作，當車輪1與隨動輪2的轉速差增大到一定值時，頂杆22推動電路開關使電磁閥10通電，把制動主缸6和制動輪缸5的通路切斷，系統油壓保持不變，汽車以最佳滑移率制動。若制動力保持不變，車輪1與隨動輪2的轉速差增大時，飛鐵使頂杆22動作幅度加大，閉合另一組開關增大電磁閥10的電流，使制動輪缸5和儲液器12相通，制動液流入儲液器12，制動壓力降低，同時頂杆22閉合電動機11的開關，液壓泵8開始工作，把流回儲液器12的制動液加壓後輸送到制動主缸6，為下次制動作好準備。當車輪1與隨動輪2的轉速差減小到一定值時，頂杆22切斷通往電磁閥10的電流，使制動主缸6和制動輪缸5再次連通，增加了制動壓力。這樣反覆循環地控制，將車輪的滑移率始終控制在最佳範圍。
本裝置還能很方便的實現驅動防滑功能，當汽車驅動過程中車輪1趨於滑轉時，車輪1的轉速高於隨動輪2的轉速，相應地齒輪15的轉速高於齒輪18的轉速，此時飛鐵20的離心力大於飛鐵21的離心力，頂杆22向另一方向移動閉合另一組開關，對供油量、點火參數、節氣門位置或輔助空氣等進行調整，降低發動機輸出扭矩，或對車輪1適當制動，消除車輪滑轉。當滑轉趨勢消除，車輪1與隨動輪2的轉速差減小到一定值時，頂杆22斷開相關電路的開關，車輪1驅動力增大。這樣反覆控制，使車輪獲得最大驅動力。
只要作適當的調整，本裝置還可以取消相關電路，使離心式控制器19直接作用於閥門對制動壓力進行調節，實現防抱死制動。由於齒輪15和齒輪18獲取的車輪1和隨動輪2的轉速差相當準確，只要適當增大隨動輪對地面的壓力，增大飛鐵的質量，使頂杆22的推力增大、靈敏度提高，也能獲得很好的控制效果。
本裝置作適當調整也可實現驅動防滑功能。
圖6所示的制動防抱死裝置由車輪1、隨動輪2、「機械式控制器」19、制動踏板7、齒條25、齒輪26、彈簧27、齒條28、齒輪29、彈簧30和制動閘31等組成。機械式控制器19可以是如圖5所示的離心式控制器，也可以採用其他方式，它能根據車輪1與隨動輪2的轉速差發出相應的控制動作。圖中虛線表示還有相關連結機構。開始制動時，駕駛員踩制動踏板7，制動力經彈簧傳給制動閘31，機械式控制器19無控制動作，彈簧27和彈簧30的拉力相等，制動系統按常規制動方式工作，制動力不斷上升。當駕駛員繼續踩制動踏板7，制動力繼續升高到車輪1出現抱死趨勢時，車輪1的轉速低於隨動輪2的轉速，當車輪1與隨動輪2的轉速差增大到一定值時，機械式控制器19通過相關機構鎖止齒輪26，與齒輪26相嚙合的齒條27被固定，制動力保持不變，汽車以最佳滑移率制動。若制動力保持不變，車輪1與隨動輪2的轉速差增大時，機械式控制器19通過相關機構使齒輪29與隨動輪齒輪24相嚙合，齒輪29順時針轉動使齒條28右移，彈簧27伸長，拉力增大，彈簧30縮短，拉力減小，與彈簧30相連結的制動閘31的制動力相應減小，車輪1與隨動輪2的轉速差減小。當車輪1與隨動輪2的轉速差減小到一定值時，機械式控制器19通過相關機構釋放齒輪29，由於此時彈簧27的拉力大於彈簧30的拉力，齒條28左移，彈簧30伸長，制動閘31的制動力增大，車輪1與隨動輪2的轉速差增大。這樣反覆循環地控制。在此循環過程中若齒條28最大限度地左移(即彈簧27和彈簧30的拉力相等)，車輪1與隨動輪2的轉速差仍不能增大到所需值時，機械式控制器19通過相關機構釋放齒輪26，制動系統拉力增大。這一過程與原來的循環過程又構成一個大的循環過程。
適當增大隨動輪2對地面的壓力，並在齒輪29和齒輪24的嚙合機構及控制機構中作適當調整還可給制動助力，利用齒輪24的扭矩增加制動力。採用助力制動後可取消彈簧27、齒條25和齒輪26。
本裝置作適當調整後，機械式控制器19對相關機構進行調節也可實現驅動防滑功能。
本裝置利用隨動輪齒輪24提供的扭矩對制動力進行調節而不直接採用機械式控制器19，是因為機械式控制制器19提供的力矩有限，而適當增大隨動輪2對地面的壓力，在滿足或足夠接近V＝ωr的前提下可使齒輪24獲得較大扭矩。
當然，本裝置的機械式控制器19及相關控制機構也可採用電子元器件。
本發明的制動防抱死裝置不局限於採用以上機種方式，只要防抱死功能或防滑功能是利用了隨動輪2得以實現的，也屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種制動防抱死裝置(ABS)，利用「隨動輪」(2)確定汽車的瞬時速度，隨動輪(2)是車輪(1)旁邊一個隨著車子的運動而轉動的輪子，故稱隨動輪，當汽車制動過程中車輪(1)趨於抱死時，車輪(1)的轉速低於隨動輪(2)的轉速，自動控制系統據此對制動壓力進行調節防止車輪(1)抱死，此裝置也可用於列車、飛機等作何適用本裝置的交通工具。
2.根據權利要求1所述的制動防抱死裝置，其特徵是此裝置利用隨動輪(2)實現驅動防滑功能(ASR)，當汽車驅動過程中車輪(1)趨於滑轉時，車輪(1)的轉速高於隨動輪(2)的轉速，自動控制系統據此降低發動機輸出扭矩或對車輪(1)適當制動防止車輪(1)滑轉。
全文摘要
一種由「隨動輪」及相關部件組成的制動防抱死裝置(ABS)。其「隨動輪」是車輪旁邊一個隨著汽車的運動而轉動的輪子，故稱「隨動輪」，汽車在運行及制動過程中此輪始終滿足或足夠接近V＝ωr，當汽車制動過程中車輪趨於抱死時，自動控制系統根據車輪與隨動輪的轉速差對制動壓力進行調節防止車輪抱死。本制動防抱死裝置還能實現驅動防滑功能(ASR)，當汽車驅動過程中車輪趨於滑轉時，自動控制系統根據車輪與隨動輪的轉速差降低發動機輸出扭矩或對車輪適當制動防止車輪滑轉。
文檔編號B60T8/32GK1528627SQ200310101148
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月18日 優先權日2003年10月18日
發明者彭盛章 申請人:彭盛章