Патент на изобретение №2264313

(54) АНТИБЛОКИРОВОЧНАЯ, АНТИЗАНОСНАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

(57) Реферат:

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 (_х). Из технической литературы известно, что коэффициент _х составляет 75% от общего коэффициента сцепления ().

Отмеченные недостатки усложняют и делают конструкцию ABS сложной и дорогостоящей.

Мы предлагаем тормозное управление, которое позволяет целенаправленно менять величины коэффициентов сцепления в продольном (_х) и поперечном (_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 -s, характеризующей зависимость продольного (_х) и поперечного (_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 () 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 -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); _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

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 _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 -s, меньших _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 М0 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 _х достигнет почти максимальной величины (точка перегиба кривой по диаграмме -s) и соответственно линейное замедление (j) достигнет максимума. Начнется экстренное (аварийное) торможение.

б) Экстренное (аварийное) торможение.

При достижении равенства с некоторой погрешностью Х_1расч М0 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 _х и _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 _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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.11.2005

Извещение опубликовано: 20.03.2007 БИ: 08/2007