一种具有主动制动功能的气压制动系统及控制方法与流程

本发明属于汽车制动技术领域，具体的说是一种具有主动制动功能的气压制动系统及控制方法。

背景技术：

目前随着驾驶辅助技术的普及(如自适应巡航技术)以及自动驾驶技术的不断探索，开发出一种安全可靠且具有主动制动功能的制动系统成为亟需解决的问题。驾驶辅助技术和自动驾驶技术对制动系统要求：其一要实现主动制动功能；其二要响应快速准确，使制动力能稳定跟随期望制动力。此外在新能源汽车中，电机制动力参与制动，需要气压制动力协调电机制动力变化，要求制动系统前、后轴的制动力可以独立调节。本发明提出的具有主动制动功能的气压制动系统可以应用于具有自适应巡航功能的纯电动客车上，还可以应用于具有制动能量回收功能的纯电动客车上。

申请号为201410421560.4的中国专利提出了一种车辆电控气压制动系统，其通过在行车制动阀并联两个比例电磁阀，实现主动增压功能。其具有人工驾驶和无人驾驶两种模式。然而其构型只能增压和减压，没有保压功能，也无法实现制动防抱死功能。

申请号为201610517776.X的中国专利提出了一种纯电动公交客车制动控制系统及其控制方法，其通过在后轴制动管路加装ASR阀实现后轴制动力的独立控制，然而其构型无法实现前轴制动力的控制，只能通过人工制动的方法对前轴施加制动力。

技术实现要素：

本发明提供了一种可以独立控制气压制动系统前、后轴制动力，能实现客车自适应巡航系统或者制动能量回收系统的主动制动功能和防抱死功能的具有主动制动功能的气压制动系统及控制方法。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种具有主动制动功能的气压制动系统，该系统包括压力源模块、压力调节模块、执行模块；所述的压力源模块用于采集并储存气体；所述的压力调节模块用于调节所采集的气体；所述的执行模块用于实现行车制动和测量车轮轮速；所述的压力源模块与压力调节模块通过管路连接，使前轴与后轴连接；所述的执行模块的一端与前轮、后轮连接，另一端与压力调节模块通过管路连接。

所述的压力源模块包括气泵26、卸荷阀25、湿储气筒24、四回路保护阀22、前轴干储气筒20和后轴干储气筒21；所述的压力调节模块包括制动阀9、前轴TCS阀7、后轴TCS阀10、前轴双通单向阀8、后轴双通单向阀11、前轴压力传感器28、后轴压力传感器29、前轴三通3、后轴三通15、前右ABS阀2、前左ABS阀4、后右ABS阀16、后左ABS阀14、手动阀23和快放阀19；所述的执行模块包括前轴右轮制动气室1、前轴左轮制动气室5、后右制动气室17、后左制动气室13、前右轮速传感器27、前左轮速传感器6、后右轮速传感器18和后左轮速传感器12；

所述的气泵26的出口a与卸荷阀25的入口p管路连接；所述的卸荷阀25的出口a与湿储气筒24的入口p管路连接；所述的湿储气筒24的出口a与四回路保护阀22的入口p管路连接；所述的四回路保护阀22三个出口a1、a2、a3分别与手动阀23、前轴干储气筒20、后轴干储气筒21的入口p口管路连接；所述的手动阀23的出口a1与快放阀19的入口p管路连接；所述的快放阀19的出口a2、a1分别与后右制动气室17的前腔p1口、后左制动气室13的前腔p1管路连接；所述的快放阀19的出口a3与大气相通；所述的前轴干储气筒20的出口a分别与前轴TCS阀7的入口p口和制动阀9的前腔入口p1管路连接；所述的后轴干储气筒21的出口a分别与制动阀9的后腔入口p2和后轴TCS阀10的入口p管路连接；所述的前轴TCS阀7的出口a与前轴双通单向阀8的入口p1管路连接；所述的制动阀9的前腔出口a1与前轴双通单向阀8的入口p2管路连接；所述的后轴TCS阀10的出口a与后轴双通单向阀11的入口p1管路连接；所述的后轴双通单向阀11的入口与制动阀9的后腔出口a2管路连接；所述的前轴双通单向阀8的出口a与前轴压力传感器28的入口p口管路连接；所述的压力传感器28的出口a与前轴三通3的入口p管路连接；所述的后轴双通单向阀11的出口a与后轴压力传感器29的p口管路连接；所述的后轴压力传感器29的a口与后轴三通15的入口p管路连接；所述的前轴三通3的出口a1、a2分别与前右ABS阀2的入口p和前左ABS阀4的入口p管路连接；所述的后轴三通15的出口a1、a2分别与后右ABS阀16的入口p和后左ABS阀14的入口p管路连接；所述的前右ABS阀2的出口a与前轴右轮制动气室1的入口p管路连接；所述的前左ABS阀4的出口a与前轴左轮制动气室5的入口p管路连接；所述的后右ABS阀16的出口a与后右制动气室17的入口p2管路连接；所述的后左ABS阀14的出口a与后左制动气室13的后腔入口p2管路连接；所述的前右ABS阀2的a口、所述的前轴右轮制动气室1与前右车轮相连；所述的前右车轮上设置有前右轮速传感器27；所述的前轴左轮制动气室5与前左车轮相连；所述的前左车轮上设置有前左轮速传感器6；所述的后右制动气室17与后右车轮相连；所述的后右车轮上设置有后右轮速传感器18；所述的后左制动气室13与后左车轮相连；所述的后左车轮上设置有后左轮速传感器12。

一种具有主动制动功能的气压制动系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

步骤一、检测主动制动标志位是否为1；

步骤二、检测车轮是否有抱死倾向，若有抱死倾向进入防抱死模式；

步骤三、分配前后轴制动压力；

步骤四、输出阀控制电流信号。

所述的步骤一的具体步骤为：主动制动标志位由整车控制器发出，制动控制器接受信号，当整车需求主动制动时，主动制动标志位置1，若主动制动标志位为0，前轴TCS阀7、后轴TCS阀10、前右ABS阀2、前左ABS阀4、后右ABS阀16、后左ABS阀14均断电，系统初始化，若主动标志位为1，执行步骤二所述的步骤二的具体步骤为：检测是否有抱死倾向通过滑移率判断，第i个轮胎滑移率计算如下式所示：

其中v为车速,单位为m/s，车速通过最大轮速法确定，选择4个轮胎轮速最大的计算车速，轮速由轮速传感器获得；ωi为第i个轮的轮速，单位为rad/s；r为车轮的滚动半径，单位为m；若滑移率大于门限值S1＝20％，轮胎有抱死倾向，执行步骤四，进入防抱死模式；否则执行步骤三。

所述的步骤三的具体步骤为：

31)由整车控制器ECU获取期望总制动力信号；

32)通过载荷传感器获取整车载荷大小；

33)根据整车载荷和期望总制动力在该车型的制动力分配曲线图上找到f线组和r线组上对应的曲线，两条线的交点所对应的制动力分配系数即为理想制动力分配系数，也就是本发明在该载荷下取用的整车制动力分配系数β；

34)根据制动力分配系数β，计算前后轴分配的期望制动压力。具体计算方式为前轴制动力等于制动力分配系数β乘以整车期望总制动力，后轴制动力为整车期望总制动力减去前轴制动力。

所述的步骤四的具体步骤为：

通过压力传感器获取前后轴当前制动气室压力，将前后轴期望制动压力与前后轴当前制动压力比较，输出阀控制电流信号；具体方法为：

若i轴期望制动压力>当前制动压力，则控制i轴增压：该轴ABS阀的进气阀线圈和排气阀线圈均不通电，该轴的TCS阀通电；

若i轴需求制动压力＝当前制动压力，则控制i轴的保压：该轴ABS阀的进气阀线圈通电、排气阀线圈不通电，该轴的TCS阀通电；

若i轴需求制动压力<当前制动压力，则控制i轴减压；该轴ABS阀的进气阀线圈不通电、排气阀线圈通电，该轴的TCS阀通电。

本发明的有益效果为：

1、目前没有前、后轴压力可以分别独立控制的构型，而本发明提出了一种气压制动系统构型，可以实现前、后轴制动压力的独立控制。

2、本发明提出的气压制动系统构型可以实现制动防抱死功能。

3、本发明提出的气压制动系统构型基于原有气压制动系统，通过加装TCS阀、ABS阀、双通单向阀、压力传感器改装而得。改装容易，推广性强。

4、本发明提出的气压制动系统构型应用技术范围广，可以用于客车自适应巡航系统的制动执行层、单电机驱动电动客车制动能量回收系统的制动执行层、双电机驱动电动客车制动能量回收系统的制动执行层、客车无人驾驶技术的制动执行层。

附图说明

图1为本发明所述的具有主动制动功能的气压制动系统的结构示意图；

图2为本发明所述的具有主动制动功能的气压制动系统的控制方法的控制方法流程图。

图中：1、前轴右轮制动气室；2、前右ABS阀；3、前轴三通；4、前左ABS阀；5、前轴左轮制动气室；6、前左轮速传感器；7、前轴TCS阀；8、前轴双通单向阀；9、制动阀；10、后轴TCS阀；11、后轴双通单向阀；12、后左轮速传感器；13、后左制动气室；14、后左ABS阀；15、后轴三通；16、后右ABS阀；17、后右制动气室；18、后右轮速传感器；19、快放阀；20、前轴干储气筒；21、后轴干储气筒；22、四回路保护阀；23、手动阀；24、湿储气筒；25、卸荷阀；26、气泵；27、前右轮速传感器；28、前轴压力传感器；29、后轴压力传感器。

具体实施方式

参阅图1，一种具有主动制动功能的气压制动系统，该系统包括压力源模块、压力调节模块、执行模块；主要由气泵、卸荷阀、湿储气筒、四回路保护阀、手动阀、两个干储气筒、制动阀、两个TCS阀、两个双通单向阀、两个压力传感器、两个三通、四个ABS阀、四个制动气室组成。

所述的压力源模块采集并储存气体，包括气泵26、卸荷阀25、湿储气筒24、四回路保护阀22、前轴干储气筒20和后轴干储气筒21。所述的气泵26用于抽取外界空气，并压缩为高压气体储存于湿储气筒24中。所述的卸荷阀25用于调节湿储气筒24中压缩空气的压力，使之保持在规定的压力范围内，同时使气泵26卸荷空转，减少功率损失。所述的四回路保护阀22确保当某一回路失效时其它回路仍能正常工作。所述的后轴干储气筒21用于储存后轴高压制动气体。所述的前轴干储气筒20用于储存前轴高压制动气体。

所述的压力调节模块用于调节所采集的气体，包括制动阀9、前轴TCS阀7、后轴TCS阀10、前轴双通单向阀8、后轴双通单向阀11、前轴压力传感器28、后轴压力传感器29、前轴三通3、后轴三通15、前右ABS阀2、前左ABS阀4、后右ABS阀16、后左ABS阀14、手动阀23和快放阀19。

所述的手动阀23用于施加或解除驻车制动。所述的快放阀19用于驻车制动时放出制动气室前腔气体。当快放阀19的p口有高压气体时，a1与a2口封闭，当快放阀19的p口无高压气体，a口与大气相通；所述的制动阀9连接制动踏板，用于调节前后轴制动气室压力。所述前轴TCS阀7和后轴TCS阀10是常闭电磁阀，控制气体的流进流出。所述前轴双通单向阀8和后轴双通单向阀11有两个入口p1、p2一个出口a，可以使入口压力更高的一路气体进入制动气室。双通单向阀8连接在前轴制动管路。双通单向阀11连接在后轴制动管路。所述前右ABS阀2、前左ABS阀4、后右ABS阀16、后左ABS阀14是直接控制式气压调节器，包括膜片式进气阀、膜片式排气阀和两个两位三通电磁阀组成，用于调节制动气室1、制动气室5、制动气室17、制动气室13的压力。ABS电磁阀有两条线束分别驱动进气阀线圈和排气阀线圈，其工作原理是：若两条线圈线均未通电(ABS阀未通电状态)，p和a口导通，制动气室增压；若排气阀线圈通电，进气阀线圈条线未通电(ABS阀半通电状态)，p和大气相通，制动气室减压，若两条线圈均通电(ABS阀全通电状态)，p、a口封闭，制动气室保压。所述前轴压力传感器28、后轴压力传感器29为BOSCH公司生产的主动式压力传感器，用以检测前、后轴制动压力。

所述的执行模块用于实现行车制动和测量车轮轮速，包括前轴右轮制动气室1、前轴左轮制动气室5、后右制动气室17、后左制动气室13、前右轮速传感器27、前左轮速传感器6、后右轮速传感器18和后左轮速传感器12。

所述前右制动气室1、前左制动气室5为前轴右轮和前轴左轮的单腔制动气室，用于实现行车制动。所述后右制动气室17、后左制动气室13为后轴右轮和后轴左轮的双腔制动气室，后腔用于实现行车制动和前腔用于驻车制动。前右轮速传感器27、前左轮速传感器6、后右轮速传感器18、后左轮速传感器12为霍尔式轮速传感器，用于测量前轴右轮、前轴左轮、后轴右轮、后轴左轮的车轮轮速。

一种具有主动制动功能的气压制动系统的连接关系如下：

气泵26通过卸荷阀25与湿储气筒24连接。湿储气筒24与四回路保护阀22连接。四回路保护阀22分出三路分别接入前、后轴的干储气筒和手动阀23。对于每个轴的气压回路：干储气筒分出两路连接到TCS阀和制动阀入口，TCS阀和制动阀出口与一个双通单向阀连接，双通单向阀通过压力传感器与三通连接，三通分出两路通过ABS阀连接到制动气室。手动阀通过快放阀19连接到后轴的制动气室前腔。

所述的气泵26的出口a与卸荷阀25的入口p管路连接；所述的卸荷阀25的出口a与湿储气筒24的入口p管路连接；所述的湿储气筒24的出口a与四回路保护阀22的入口p管路连接；所述的四回路保护阀22三个出口a1、a2、a3分别与手动阀23、前轴干储气筒20、后轴干储气筒21的入口p口管路连接；所述的手动阀23的出口a1与快放阀19的入口p管路连接；所述的快放阀19的出口a2、a1分别与后右制动气室17的前腔p1口、后左制动气室13的前腔p1管路连接；所述的快放阀19的出口a3与大气相通；所述的前轴干储气筒20的出口a分别与前轴TCS阀7的入口p口和制动阀9的前腔入口p1管路连接；所述的后轴干储气筒21的出口a分别与制动阀9的后腔入口p2和后轴TCS阀10的入口p管路连接；所述的前轴TCS阀7的出口a与前轴双通单向阀8的入口p1管路连接；所述的制动阀9的前腔出口a1与前轴双通单向阀8的入口p2管路连接；所述的后轴TCS阀10的出口a与后轴双通单向阀11的入口p1管路连接；所述的后轴双通单向阀11的入口与制动阀9的后腔出口a2管路连接；所述的前轴双通单向阀8的出口a与前轴压力传感器28的入口p口管路连接；所述的压力传感器28的出口a与前轴三通3的入口p管路连接；所述的后轴双通单向阀11的出口a与后轴压力传感器29的p口管路连接；所述的后轴压力传感器29的a口与后轴三通15的入口p管路连接；所述的前轴三通3的出口a1、a2分别与前右ABS阀2的入口p和前左ABS阀4的入口p管路连接；所述的后轴三通15的出口a1、a2分别与后右ABS阀16的入口p和后左ABS阀14的入口p管路连接；所述的前右ABS阀2的出口a与前轴右轮制动气室1的入口p管路连接；所述的前左ABS阀4的出口a与前轴左轮制动气室5的入口p管路连接；所述的后右ABS阀16的出口a与后右制动气室17的入口p2管路连接；所述的后左ABS阀14的出口a与后左制动气室13的后腔入口p2管路连接；所述的前右ABS阀2的a口、所述的前轴右轮制动气室1与前右车轮相连；所述的前右车轮上设置有前右轮速传感器27；所述的前轴左轮制动气室5与前左车轮相连；所述的前左车轮上设置有前左轮速传感器6；所述的后右制动气室17与后右车轮相连；所述的后右车轮上设置有后右轮速传感器18；所述的后左制动气室13与后左车轮相连；所述的后左车轮上设置有后左轮速传感器12。

气压制动系统工作工程如下：

驾驶员模式行车制动系统工作过程：

前轴TCS阀7、前轴TCS阀10始终处于关闭状态。驾驶员踩下制动踏板，带动制动阀9的前腔和后腔阀门打开，踏板深度越大，阀门开度越大，空气流量越大。高压空气由前轴干储气筒20的a口出来进入制动阀9的前腔p1口，经过制动阀9限流后从a1口出来进入前轴双通单向阀8的p2口。前轴双通单向阀8的p1口无高压气体，因此前轴双通单向阀22的p2-a口导通。高压气体从前轴双通单向阀8的a口出来经过前轴的前轴压力传感器28、前轴三通3进入前右ABS阀2的p口和前左ABS阀4的p口。前右ABS阀2和前左ABS阀4处于未通电状态，p-a2口导通，高压气体由前右ABS阀2的a2口和前左ABS阀4的a2口进入前右制动气室1和前左制动气室5，分别对前轴右轮和前轴左轮施加制动力。

高压空气由后轴干储气筒21的a口出来进入制动阀9的后腔p2口，经过制动阀9限流后从a2口出来进入后轴双通单向阀11的p2口。后轴双通单向阀11的p1口无高压气体，因此后轴双通单向阀11的p2-a口导通。高压气体从后轴双通单向阀11的a口出来经过后轴压力传感器29、后轴三通15进入后右ABS阀16的p口和后左ABS阀14的p口。后右ABS阀16和后左ABS阀14处于未通电状态，p-a2口导通，高压气体由后右ABS阀16的a2口和后左ABS阀14的a2口进入后右制动气室17的后腔和后左制动气室13的后腔，分别对后轴右轮和后轴左轮施加制动力。

增压模式系统工作过程：

当上层控制系统对气压制动系统施加增压请求后，制动控制器响应指令，前轴TCS阀7和后轴TCS阀10通电打开。

高压空气由前轴干储气筒20的a口出来进入前轴TCS阀7的p口，经过前轴TCS阀7从a口出来进入前轴双通单向阀8的p1口。前轴双通单向阀8的p2口无高压气体，因此前轴双通单向阀8的p2-a口导通。高压气体从前轴双通单向阀8的a口出来经过前轴三通3进入前右ABS阀2的p口和前左ABS阀4的p口。前右ABS阀2和前左ABS阀4的p-a2口导通，高压气体由前右ABS阀2的a2口和前左ABS阀4的a2口进入前右制动气室1和前左制动气室5，分别对前轴右轮和前轴左轮施加制动力。

高压空气由后轴干储气筒21的a口出来进入后轴TCS阀10的p口，经过后轴TCS阀20限流后从a口出来进入后轴双通单向阀11的p2口。后轴双通单向阀15的p2口无高压气体，因此后轴双通单向阀15的p2-a口导通。高压气体从后轴双通单向阀11的a口出来经过后轴三通15进入后右ABS阀16的p口和后左ABS阀14的p口。后右ABS阀16和后左ABS阀14的p-a2口导通，高压气体由后右ABS阀16的a2口和后左ABS阀14的a2口进入后右制动气室17的后腔和后左制动气室13的后腔，分别对后轴右轮和后轴左轮施加制动力。

保压模式系统工作过程：

当上层控制系统对气压制动系统施加保压请求后，制动控制器响应指令，前右ABS阀2、前左ABS阀4、后左ABS阀14、后右ABS阀16全通电状态。前轴TCS阀7和后轴TCS阀10断电。制动气室气体与管路不连接，实现保压。

减压模式系统工作过程：

当上层控制系统对气压制动系统施加减压请求后，制动控制器响应指令，前右ABS阀2、前左ABS阀4、后左ABS阀14、后右ABS阀16半通电状态，前轴TCS阀7和后轴TCS阀10断电。制动气室与大气相通，实现减压。

驻车制动系统工作过程：

驾驶员操作驻车制动手柄放置在驻车位置，手动阀23的a1口与大气相通，快放阀25中p口的高压气体经过手动阀a2口排出至大气。后左制动气室13前腔和后右制动气室17前腔中的高压气体通过快放阀19排出至大气。后左制动气室13前腔和后右制动气室17中的弹簧力释放，实施驻车制动。

解除驻车制动系统工作过程：

驾驶员操作驻车制动手柄放置在行车位置，手动阀23的a1口与p口相通，湿储气筒24中的高压气体通过四回路保护阀22、手动阀23进入快放阀19，并由快放阀19的a2口、a1口进入后右制动气室17和后左制动气室13的前腔。制动气室前腔的弹簧被压回，解除驻车制动。

参阅图2，一种具有主动制动功能的气压制动系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

步骤一、检测主动制动标志位是否为1；

步骤二、检测车轮是否有抱死倾向，若有抱死倾向进入防抱死模式；

步骤三、分配前后轴制动压力；

步骤四、输出阀控制电流信号。

所述的步骤一的具体步骤为：主动制动标志位由整车控制器发出，制动控制器接受信号，当整车需求主动制动时，主动制动标志位置1，若主动制动标志位为0，前轴TCS阀7、后轴TCS阀10、前右ABS阀2、前左ABS阀4、后右ABS阀16、后左ABS阀14

均断电，系统初始化，若主动标志位为1，执行步骤二。

所述的步骤二的具体步骤为：检测是否有抱死倾向通过滑移率判断，第i个轮胎滑移率计算如下式所示：

其中v为车速,单位为m/s，车速通过最大轮速法确定，选择4个轮胎轮速最大的计算车速，轮速由轮速传感器获得；ωi为第i个轮的轮速，单位为rad/s；r为车轮的滚动半径，单位为m；若滑移率大于门限值S1＝20％，轮胎有抱死倾向，执行步骤四，进入防抱死模式；否则执行步骤三。

所述的步骤三的具体步骤为：

31)由整车控制器ECU获取期望总制动力信号；

32)通过载荷传感器获取整车载荷大小；

33)根据整车载荷和期望总制动力在该车型的制动力分配曲线图上找到f线组和r线组上对应的曲线，两条线的交点所对应的制动力分配系数即为理想制动力分配系数，也就是本发明在该载荷下取用的整车制动力分配系数β；

34)根据制动力分配系数β，计算前后轴分配的期望制动压力。具体计算方式为前轴制动力等于制动力分配系数β乘以整车期望总制动力，后轴制动力为整车期望总制动力减去前轴制动力。

所述的步骤四的具体步骤为：

通过压力传感器获取前后轴当前制动气室压力，将前后轴期望制动压力与前后轴当前制动压力比较，输出阀控制电流信号；具体方法为：

若i轴期望制动压力>当前制动压力，则控制i轴增压：该轴ABS阀的进气阀线圈和排气阀线圈均不通电，该轴的TCS阀通电；

若i轴需求制动压力＝当前制动压力，则控制i轴的保压：该轴ABS阀的进气阀线圈通电、排气阀线圈不通电，该轴的TCS阀通电；

若i轴需求制动压力<当前制动压力，则控制i轴减压；该轴ABS阀的进气阀线圈不通电、排气阀线圈通电，该轴的TCS阀通电。

其中，i轴为前轴或者是后轴。