CN1065488C - 控制或调节车辆制动系统的方法及设备 - Google Patents

Abstract

控制或调节车辆制动系统的方法和装置，它们有根据司机制动要求对车轮制动器进行控制的电子控制装置，至少一个车轮有一个测量车轮载荷的测量装置，电子控制装置至少根据制动要求和检测的车轮载荷对车轮制动器产生控制信号，根据车轮载荷状态，从预定的多个赋值选出由制动要求来求车轮制动器的控制信号用的赋值，并在制动时按此赋值控制制动器。

Description

控制或调节车辆制动系统的方法及设备

本发明涉及控制或调节车辆制动系统用的方法和设备，它可以用电子学方法控制或调节制动系统，制动系统最好是电动气动的、电动液压的或电动的制动系统。

在使用这种制动系统的情况下，为了改善制动过程，最好是在控制或调节制动时将制动过程中车辆载荷的移动(axle load shift)考虑在内。从控制或调节制动系统的先有技术。人们已知考虑制动过程中车轴载荷转移的不同解决方案。这些已知方案有一个共同的特点，就是在制动过程中要求很高的计算能力，以及具有高度计算复杂性的复杂的计算过程。在某些情况下，这还造成不能令人满意的过渡特性或制动特性。例如，从DE-A 3416979提出的方案中就可以看出这一点。它提出一种制动力电子调节器，后者用制动压力和减速度计算车辆的重量，从而确定新的制动压力分布。这样，为了确定制动压力分布，必须在制动压力，减速度和修正后的制动压力之间建立起联结(coupling)，而这种联结既需要高度的计算复杂性，又要有很长时间让系统稳定(settle)。

因此，本发明的目的是为与载荷有关的制动系统的控制或调节规定一些措施，采取了这些措施制动过程所需的计算量(power)显著被减少了。

根据本发明的一个方面，用于调节车轴的轮上的制动压力的方法，所述方法包括：在至少一个轴的至少一个轮上测量轴载荷，在非制动操作期间，根据所述至少一个轮上的所述轴载荷确定车辆的载荷状态，确定司机的制动命令；提供特征制动压力轮廓值，根据制动命令和车辆的载荷状态描述所需的制动压力，在非制动操作期间，根据车辆的所述确定的载荷状态确定一个特征制动压力轮廓值，根据所述确定的特征制动压力轮廓值和所述制动命令，确定在所述至少一个轮上的所需制动压力，和根据所述至少一个轮上的所述所需制动压力，调节所述至少一个轮上的制动压力。

根据本发明的另一方面，用于调节车轴的轮上的制动压力的设备，所述设备包括：在非制动操作期间，根据所述至少一个轮上的所述轴载荷确定车辆的载荷状态的设备，确定司机的制动命令的设备；提供特征制动压力轮廓值的设备，该轮廓值根据制动命令和车辆的载荷状态描述所需的制动压力，在非制动操作期间，根据车辆的所述确定的载荷状态确定一个特征制动压力轮廓值的设备，根据所述确定的特征制动压力轮廓值和所述制动命令，确定在所述至少一个轮上的所需制动压力的设备，和根据所述至少一个轮上的所述所需制动压力，调节所述至少一个轮上的制动压力的设备。

利用本发明主权利要求的各项特点就可以做到这一点。

本发明的优点是：

本发明提出的方法可显著减小制动过程中各车轮上的制动压力对载荷依赖关系的计算复杂性。结果由于制动过程中可以处理大量通道制动系统操作方法得到明显改进。尤其是本发明的方法做快速的，多通道的，特别是指定车轮的制动压力调节成为可能。

在这种情况下，特别有利的是可以使用性能价格比高的计算机系统。

特别有利的是可使各制动压力对载荷有关的计算在预定的极限内适应车辆和制动系统当时的运行条件。同时另一个优点是，如果超过了允许的极限有可能指示出了故障。

本发明提出的方法只将车辆运行期间发生了变化的数据装入制动装置用的电子控制装置中的一个或多个计算机。

从以下对所举实施例以及从属权利要求的说明中还将显示其他优点。

在下文中将参照用图说明的各实施例对本发明作更详细说明。这样图1表示电动调节或控制的制动系统原理说明。图2，3，4，5和6显示制动系统的典型特性，它们结合起来在图7中以三维立体曲线显示。图8显示确定制动压力分布用的流程图，而图9的流程图说明制动过程中预定制动压力分布的自适应过程。

实施例说明：

图1显示一个最佳的可电动控制的制动系统线路图。所示制动系统属于电动气动型。一个司机可以操作的制动操作阀10有一个电动部分10a和两个气动部分10b和10c，用来检测司机的要求。电动部分10a用电线12接至电子控制器14。控制器14经通讯系统16接至压力调节模块18，20，22和24，后者各接至车辆的车轮制动分泵。另外，用插接器28把控制器14接至尾部(trailer)的电线26接至控制器14。接至各压力调节模块的输入线把这些模块连接到用于检测转速、磨损或温度的传感器。这样，指配给车轮制动分泵30的压力调节模块18通过电线32接至传感器34，指配给车轮制动分泵36的压力调节模块20通过电线38接至传感器40，指配给车轮制动分泵42的压力调节模块22用电线44接至传感器46，指配给车轮制动分泵48的压力调节模块24用电线50接至传感器52。另外，举例来说，图1显示两个空气弹簧波纹管54和56，所述波纹管54接至压力检测用的传感器58，用来检测车轴的载荷，其输出线60接至压力调节模块22。

检测制动压力的传感器集成在压力调节模块内。其测量值可经通信系统传给控制部件。

制动系统的气动部分包括两个制动回路，前轴和后轴最好分开。第一制动回路包括制动操作阀10的气动部分10C，后者用气动制动信号线62和供气管线64接至压力调节模块18和20。压力容器66分配给供气管线64。另外，制动信号线68由线62接至尾部的控制阀70，由此，制动信号线72和供气管线74接至接头76和78，用来接往尾部的制动系统。第二制动回路包括制动操作阀10的气动部分10b，后者经制动信号线80和供气管线82接至压力调节模块22和24。空器84分配给供气管线82。另外，制动信号线86由管线80接至尾部控制阀70。一个容器88经管线90接至尾部控制阀70，用来给尾部制动系统提供压力。产生压缩空气的部件(空压机、压力调节器、安全阀)在此处均未示出。

图1所描述的制动系统可以用电动方式控制或调节。为此目的，控制器14根据由制动操作阀10的电气部分10a确定的操作轻重或操作力大小检测出司机的制动要求，并经电线12传送。根据预先确定的关系，将司机的制动要求变换成制动控制器的所需值。在该最佳的实施例中，各车轮制动的所需压力值是根据由司机制动要求产生的参照值的预定的特性曲线确定。这些特性曲线通过通信系统16传给各个压力调节模块。压力调节模块调节作为压力控制回路一部分的车轮制动分泵内的压力。为此目的，实际压力是借助于指配给该车轮压力分泵的压力传感器在压力调节器内确定的。在图1的实施例中装有车轴载荷传感器58，用来考虑车轴载荷及其变化。这个车轴载荷，以及如果合适还有压力值由压力调节模块22检测出来，并经通信系统传送给电子控制器14。在那里，根据车辆上用空气弹簧波纹管已测出的车轴载荷，借助于已编程的特性曲线，推算出其他车轮的轴载荷，并对参照变量与所要求压力值的赋值关系(assignment)作相应的改变。为了控制可用电动方式控制或调节的尾部制动系统，参照变量相应地经电线26和插接器28传送给尾部的制动系统。紧急时，车轮可随着制动踏板的操作经气动制动回路进行制动。

下文所描述的步骤不仅仅用于图1所示制动系统的最佳实施例，而且也可用于如由先有技术所已知的属于电动气动、电动液压或纯电动性质的其他电动或电子制动系统。

另外，在该最佳实施例中，只画出一个空气弹簧波纹管上的一个车轴载荷传感器。本发明提出的方法也可以有利地用于车轴上装其他波纹管检测轴载荷的制动系统。人们已知利用钢板弹簧悬挂装置在车轴上测量车轴载荷的方法。另外，在另一个有利的实施例中，车轴载荷的检测不仅限于发动机的后轴，而且也可以检测其前轴或拖车的车轴，在拖有拖车的车辆上，同样可以在个别车轮上或车轴上，或全部车轴上测定车轴载荷。对于本领域的技术人员还知道直接或间接地测量轴载荷的相应方法。

不仅在该最佳实施例中在控制器14内进行压力予设定或压力调节，而且在这种情况下电子制动系统还包括检测车轮制动器的作用压力、制动器摩擦衬片的磨损、车轮与道路之间附着力、制动温度以及根据车轮转速确定的制动情况等的程序单元。同时在上述制动压力调节上，还可以再加上车辆减速度调节、耦合力调节以及制动力矩或制动力调节。另外制动控制器还可以在车轮制动器的作用压力、制动摩擦衬片的磨损、车轮与道路间的附着力及制动温度等方面进行修改。这在下文中不再叙述。

本发明提出的在制动过程中考虑车轴载荷的方法的基本思想是，采用分割计算步骤的方法，在非制动阶段和制动阶段，由制动要求、车轮或车轴载荷以及制动压力的物理赋值，使计算机的负荷达到最优。因而显著减轻了制动阶段所需计算量。本发明提出的方法本质量，在车辆生产线的末端，把该车辆的压力特性曲线，包括所有重要的静态和动态函数关系装入电子控制器。这时不涉及所用的制动调节策略。然后，在非制动阶段，瞬间要求的制动压力分布在连续运行期间由车轴或车轮载荷信号确定，而为调节目的要使用的制动压力则在制动期间根据贮存好的压力特性曲线由此确定。除此之外，在最佳实施例中，预定的曲型特性曲线，在预先确定的允差范围内与当时瞬间的变化相匹配或相适应。

预先确定的特性曲线和特性字段贮存在这样复杂的控制系统的控制器14中，它们是在车辆生产线末端在上述编程过程的结束(end-of-line)阶段装入中央电子控制器中的，并贮存在装在控制器14中的存贮模块中。根据本发明提出的方法，对于已定的载荷状态的基本制动压力特性曲线，在编程的最后阶段装入电子控制器中，这些特性曲线描述了制动压力对于非制动运行时瞬间的载荷状态以及对司机制动要求的依赖关系。

在一种推荐的设计中，车辆各车轴的制动压力基本特性曲线是假如这样用于两种已定的载荷状态，即空车载荷状态及车辆满载的载荷状态。在另一个较佳的实施例中，可以设置两种以上的制动压力这种基本特性曲线，例如半载时的特性曲线等。为确定控制所用的实际制动压力，在这些预定的特性曲线之间进行内插。

在最佳实施例中的这种特性曲线示于图2至图7中。

在这种情况下，图2表示将制动踏板的操作量β(制动踏板的位置或操作压力)赋值给参考值US，后者代表不考虑对载荷依赖关系的司机制动要求。在这种情况下，在制动踏板的不踏至数值β0之前，不发出参考值Us。

图3表示至少一个车轴载荷传感器58测出的载荷测量值(载荷值UL)和对其一设想的车轴设计求出的载荷状态LZ之间的关系。在这种情况下，显示了两种特性曲线的载荷状态，即车辆空载的LZ1和车辆满载的LZ2。在采用预置车轴载荷压力的情况下，这个载荷状态是对一个车轴测定的，而在采用预置车轮载荷压力(wheel-specificpressure preset)时，是对每个车轮测定的。

这些特性曲线载荷状态所要求的制动压力曲线是预先确定的。图4作为举例示出一辆车两个轴上的两种载荷状态1和2的制动压力曲线。在这种情况下，图4a显示第一轴LZ1载荷状态下准备设定的制动泵压力PBZ1与参考值US的关系(虚线曲线)，以及LZ2载荷状态下的这两者间的关系(实线曲线)。图4b显示轴2制动泵压力PBZ2与参考值US的依赖关系的相应情况。这些基本的制动压力特性曲线是根据制动压力分布的合法要求和根据照EC指南71／320／EEC中有关制动力分配(braking assignment)的规定计算或确定的。车辆关于载荷分布(重心位置)、车辆质量、所要求的减速曲线的数据，以及关于制动系统和轮胎的数据均用于此目的。对基本制动压力特性曲线的基础的选择需要时可在合法要求的框架范围内预先设定。同时，车轮制动的作用压力、制动器的磨损、道路与车轮的附着力、制动程度以及制动温度可能也是重要的。主要特点是，在一最佳实施例中，基本制动压力特性曲线至少针对两种设计的载荷状态；最好对空载状态和满载状态确定。作为举例，图4a和4b各显示两条已找到的运用于最佳实施例的基本制动特性曲线。在这种情况下，应该指出，在这个最佳实施例中，制动泵压力是针对一个车轴预先确定的。在另一个较好的实施例中，制动泵压力可以针对各个车轮制动器预先确定。按照图4a和4b的基本制动压力特性曲线的4条曲线可以对双轴车辆设置。另外，对有两个以上车轴的车辆可以特定轴或特定轮方式预先确定基本制动压力特性曲线。

在各基本制动压力特性曲线之间，作为测定的载荷状态的函数进行的内插，用点划线画出，它表明当载荷状态发生变化时，特性曲线上各点的走向。在这种情况下，两条预先确定的制动压力特性曲线值之间进行的内插最好是线性的。

图5显示按图4a和4b的最佳实施例而言在两种载荷状态LZ1(实线)和LZ2(虚线)下，轴1的制动泵压力与轴2的制动泵压力之间的关系。这条制动压力曲线已被发现适用于一个最佳实施例，而且考虑了变化了的车辆质量和合法规定的制动带中的位置。第一区(从原点到第一点之间的区域)提供了实施摩擦制动之前的赋值方法。在第二区(介乎第一点和第二点之间)考虑到已经改变的车辆质量，第一轴和第二轴之间的制动力分布保持不变。在第三区(第二点和第三点之间)压力分布与被制动的车轮上的均匀的道路附着应力匹配，这一点继续至第四区。在其后显示的第五区(第四点和第五点之间)中，考虑到制动期间的稳定性判据，制动压力针对最优减速度进行分布。

基本特性曲线的特性折点(bend points)是在编程最后阶段被输入的。控制用的电子装置用已知的内插法确定其中间值。

图6所示的第一轴(1)和第二轴(2)的参考值US与制动泵压力PBZ之间的关系是就任所需载荷状态LZX算出的。

图7把已示出各特性曲线加以汇总，以三维立体特性曲线簇的方式显示出来。一车轴或一车轮的制动泵压力PBZ，作为载荷状态LZ和参比值US的函数算出作为第三维，而载荷状态LZ则是由测出的一个或多个车轮或车轴的载荷UL根据水平的特性曲线确定，参考值US则根据制动踏板的操作量β借助于图前面的水平的特性曲线确定。在这种情况下，在该最佳实施例中，载荷状态1和载荷状态2的基本特性曲线是永久性地预先确定的，而载荷状态x的特性曲线则是用内插法求出的。在另一个较好的实施例中，可以预先确定多条制动压力特性曲线，从而可以改善制动压力分布对轴载荷关系曲线的精度。准备设定的制动压力是根据特性曲线LZ1和特性曲线LZ2上的各个特性值。针对瞬间载荷状态LZX的瞬时值US用内插法算出的。

图8针对单轴或单轮制动的情况用流程图说明本发明提出的方法的实施方式。该流程图简要地勾画了在电子控制装置的一个或多个微处理器上运行的计算机程序。

车辆开动时本程序段启动之后对制动系统进行初始化，在第一步100测出一个或多个车轮或车轴的载荷。在102步，用预先确定的赋值法把测量值赋给车轮或车轴。例如，有一个轴载荷传感器分配给前轴，另一个分配给后轴的情况下，把前轴传感器的测量值赋给前轴，而把后轴传感器的测量值赋给后轴。然后按照所贮存的特性曲线确定相关轴的载荷状态(104步)。利用测定的瞬间载重状态LZ，在106步中，借助内插或外推法由基本特性曲线确定瞬间的制动压力特性曲线并加以贮存。在非制动的操作过程中，106步之后紧接一个与瞬间操作条件相对应的与载重相关的制动压力赋值过程。在下一个判定步108中进行检查，以判定制动踏板是否被踏下。如果不是这样，程序段返回重复100步。如果踏板被踏下，就是说引发了一个制动过程，则110步以较佳的方式，由制动踏板的操作量β借助于预先确定的特性曲线确定参考值US，然后在下一步112，由贮存的载荷一压力关系曲线上读出与参考值US对应的车轴或车轮制动器的制动分泵压力，如果需要，在114步进行制动压力的调节。然后在116步进行检查，以确定制动过程是否已经完成，就是说制动踏板是否已经松开。如果不是这样，程序段返回重复110步。如果是这样，则程序段返回重复100步。

这样就可以肯定，停车时或行驶而未制动时，重复执行步骤100至108。在此情况下，一般都对电气载荷信号值进行滤波(filtered)。另外，在另一设计中，还可以借助于进一步的衰减和把它分成稳态载荷和动态载荷，进一步改善制动压力的调节。在这种情况下在图8的106步中，动态载荷由不经滤波或仅仅轻度滤波的测量值算出，而稳态载荷则由经过深度滤波或衰减的载荷测量值得出。按照图8，借助于通过在步骤114之后(116步骤前)跳回步骤100步所选定的周期内的适当特性，确定用于调节制动压力的稳态载荷分布和动态载荷分布。

然后，在驾驶而未制动时，进行稳态制动压力特性曲线的选择。当时必须设定的车轮制动分泵内的压力可以在制动的过程中非常迅速地根据所选择的制动压力赋值过程加以确定。这样计算机就可以从制动过程的繁重计算中解脱出来，因为它只需要考虑永久性地预先确定的赋值过程。动态载荷可以仅在很少几个周期内毫无约束(binding)地确定(用于监视或自适应)。

为了进一步改善，预先确定的制动压力特性曲线进行自适应处理。这样就可以把车辆运行过程中的变化考虑在内。基本制动特性曲线自适应的基本想法是，对例如制动作用压力、制动器摩擦衬片的磨损、附着力、制动程度、制动温度、偶合力以及原动车辆和拖车交接的协调性等的所需功能状态的要求值和实际值加以比较，就会发现缺乏一致性，于是对瞬间特性曲线的点作自适应处理，以便使要求值与实际值相等。在这种情况下，最好以一种有利方式预先确定一个包括特性曲线点上、下限值的一个窗口。如果要求的修正量大于偏差极限所允许的值，则可以为司机产生一个故障信息或警告信息。

图9以单轴或单轮制动为例，用流程图表示自适应的方法。

制动操作时，程序段启动之后，在第一步200读出载荷状态LZ、参考变量US和经对车轮转速或车速进行微分确定的制动程度a。在步骤202，根据参考值US由预先确定特性曲线确定所要求的制动程度Areg。在下一个判定步骤204进行检查，以确定实际制动程度是否对应于所要求的制动程度。如果是这样，本程序段结束，因为无需修正。如果不是这样，则根据载荷状态LZ和参考变量US，对制动泵压力PBZ的瞬态特性曲线上的点进行修正。如步骤206所示，这可以加或减一个固定值△，或加或减一个由制动程度要求值和实际值之间的误差推导出的△值来完成。然后在步骤208中确定作为载荷状态和参考变量函数的，该制动泵压力极限值PBZlimit，然后进行检查，在一下判定步210中确定修正后的制动泵压力值PBZ是否分别小于或大于上限值或下限值。若是如此，则程序段结束，若非如此，根据步骤212认可出了故障，并向司机发出报警，然后程序段结束。

除了将要求的制动程度与实际的制动程度加以比较之外，还可以将其他参数的上述要求值和实际值用到另一个较佳的实施例中，这样，也可以适当改变制动压力基本特性曲线簇使之适应所有车轮制动器的制动作用同时开始的情况，适应制动摩擦片均匀磨损的情况，适应制动轮的予定所需附着力以及适应制动温度或偶合力的要求值。

Claims (8)

1．用于调节车轴的轮上的制动压力的方法，所述方法包括：

在至少一个轴的至少一个轮上测量轴载荷(UL)，

在非制动操作期间，根据所述至少一个轮上的所述轴载荷(UL)确定车辆的载荷状态值(LZ)，

提供特征制动压力轮廓值，该轮廓值根据制动命令(β)和车辆的载荷状态(LZ)描述所需的制动压力，

在非制动操作期间，根据车辆的载荷状态(LZ)确定一个特征制动压力轮廓值(步骤106)，

根据在前一个非制动操作过程中确定的特征制动压力轮廓值和所述制动命令(β)，确定在所述至少一个轮上的所需制动压力(Us)，和

根据所述至少一个轮上的所需制动压力(Us)，调节所述至少一个轮上的制动压力(pBZ)。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于，在车辆生产过程中提供所述特征制动压力轮廓值。

3．根据权利要求1的方法，其特征在于，分别为至少两种载荷状态提供至少两个特征制动压力轮廓值。

4．根据权利要求3的方法，其特征在于，所述至少两个载荷状态表示一个空车辆和一个全载荷车辆。

5．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述特征制动压力轮廓值根据车辆的操作参数而变化。

6．根据权利要求5的方法，其特征在于，所述特征制动压力轮廓值根据操作参数的所需和实际值的比较结果而变化。

7．根据权利要求1的方法，其特征在于，为轮组提供特征制动压力轮廓值，每一组有至少一个轴载荷已经被测量的轮，在所述至少一个轮上的所需的制动压力是基于所述至少一个轮上的所述特征制动压力，和所述至少一个轮上的测量的轴载荷。

8．用于调节车轴的轮上的制动压力的设备，所述设备包括：

在至少一个轴的至少一个轮上测量轴载荷的装置，

在非制动操作期间，根据至少一个轮上的轴载荷确定车辆的载荷状态的装置，

确定司机的制动命令的装置；

提供特征制动压力轮廓值的设备，该轮廓值根据制动命令和车辆的载荷状态描述所需的制动压力，

在非制动操作期间，根据车辆的载荷状态确定一个特征制动压力轮廓值的装置，

根据在前一个非制动操作过程中确定的特征制动压力轮廓值和制动命令，确定在至少一个轮上所需的制动压力的装置，和

根据所述至少一个轮上的所需制动压力，调节至少一个轮上的制动压力的装置。

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