本发明属于车辆线控制动系统技术领域，特别是一种集成度高、控制精确、安全性好、适应性强，能够对气制动商用车的制动气压进行双模式控制的双模式控制系统。
背景技术：
随着全球范围内智能/无人驾驶汽车技术和新能源汽车技术的发展，越来越多的商用车辆装备自动紧急制动系统(aebs)、自适应巡航控制(acc)、制动能量回收系统(rbs)等驾驶辅助系统和节能驾驶系统。商用车的主动安全和节能行驶涉及到对其纵向动力学的线控操纵，这必须要由高性能电控气制动系统来完成，为保证系统的可靠性，在电控制动失效时，商用车还应具备气控气制动的功能。因此，电控和气控双模式控制的商用车气制动系统具有非常好的应用前景。
现有的商用车电控和气控双模气压制动系统如中国发明专利申请“一种车辆电控气压制动系统”(申请号：201410421560.4，公开日：2014-12-10)所述，使用包括制动控制器、前桥比例电磁阀、前桥梭阀、后桥比例电磁阀、后桥梭阀及常开型两位三通电磁阀的结构来实现器制动系统的电控制动。在需要实施电控行车制动时，制动控制器控制比例电磁阀动作，从梭阀输出气压，在需要实施人工行车制动时，制动控制器使比例电磁阀断电，从梭阀输出行车制动阀气压。这种结构主要由于采用电磁比例阀，使得制动气压无法精确控制，另外当电控制动与人工制动同时工作时，需要通过梭阀比较气压，选择气压大的输出，驾驶员不能迅速接管汽车。又如中国实用新型专利申请“重型汽车电控气压行车制动装置”(申请号：cn201420134650.0，公开日：2014-7-30)使用包括电子制动踏板、车载ecu、前桥比例继动阀、后桥比例继动阀、备压电磁阀来实现制动气压的电控。这种结构主要由于采用电磁比例阀，使得制动气压无法精确控制，虽然使用了备压电磁阀，但是其仅为后桥提供备压，其备压的目的是为了提高后桥气压建立的速度。
总之，现有技术存在的问题是：(1)集成度低，对传统的制动系统要进行较大改动，增加系统的复杂度，(2)由于采用比例电磁阀无法对商用车的制动气压进行精确电控，(3)由于采用梭阀进行比较，在电控和气控制动之间进行动态切换不方便(4)扩展性不好，不能在多轴车辆上使用。这对于商用车的智能/无人驾驶极为不利，主要表现为：(1)无法对车辆的速度和加速度进行精确控制，(2)当紧急情况下需要驾驶员接管时，无法实线快速切换。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种商用车双模式气压制动系统，集成度高、控制精确、安全性好、适应性强。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种商用车双模式气压制动系统，包括主控制器1、电控气制动桥阀2、电子脚阀3、储气筒4、abs阀5和制动气室6；所述电控气制动桥阀2与电子脚阀3通过气控管路7相连，电控气制动桥阀2与主控制器1通过电控线路9相连；所述电控气制动桥阀2既可通过电子脚阀3的气控管路7控制abs阀5与储气筒4相连，也可通过电控线路9控制abs阀5与储气筒4相连，abs阀5另一端与制动气室6相连，所述电子脚阀3通过电控线路9与主控制器1相连。
优选地，所述电控气制动桥阀2包括设在阀体25外侧的进气口21、出气口22、排气口32和气压控制口24，所述进气口21用于与压缩气源相连，出气口22用于与制动气缸或者abs阀的进气口相连，排气口23用于与大气相连，气压控制口24用于与气动控制阀相连，继动活塞29控制进气口21与出气口22的联通，还包括集成在阀体25顶盖内的电子控制单元26和电磁阀控制板274以及置于阀体25内的增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273和气压传感器28；所述电子控制单元26与电磁阀控制板274电连接，电磁阀控制板274与增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273和气压传感器28电连接；所述增压电磁阀271常闭电磁阀，减压电磁阀272为常闭电磁阀，备压电磁阀273为常开电磁阀；所述增压电磁阀271的气路一端与进气口21相通，另一端与继动活塞29的控制端相通；所述减压电磁阀272的气路一端与出气口22相通，另一端与排气口23相通；所述备压电磁阀273的气路一端与气压控制口24相通，另一端与继动活塞29的控制端相通；所述继动活塞29的控制端出口与排气口23相通；所述气压传感器28的气路与出气口22相通。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、集成度高：电控气制动桥阀集成度高，便于将主控制器、电子脚阀、电控气制动桥阀嵌入到传统的商用车气制动回路中，易实现商用车气制动系统的电控操纵；
2、控制精确：电控气制动桥阀可精确实现单轴制动压力的电控操纵，主控制器可根据实际需要，在各轴之间精确分配制动力；
3、安全性好：电控气制动桥阀具有电控和气控功能，可根据主控制器的指令，实现电控，在电控功能关闭或失效时，可执行驾驶员的通过制动踏板进行的气控制动电控和气控双模式控制互为备份，提高了系统的冗余度和安全性；
4、适应性强：该系统通过增加电控气制动桥阀的方式将该系统扩展到3轴、4轴等多轴车辆以及挂车、半挂车等大型车辆上。
总之，本发明的商用车双模式气压制动系统，可根据主控制器的要求实现单轴制动气压的精确控制和各轴制动气压的精确分配，同时电控和气控操纵模式互为备份，系统具有很好的制动冗余，可确保系统的安全性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是2轴商用车制动气压双模式控制系统结构示意图。
图2为4轴商用车制动气压双模式控制系统结构示意图。
图2所示4轴商用车制动气压双模式控制系统是将图1所示的二轴车辆扩展为四轴车辆，每一轴的电控制动模块由1个电控气制动桥阀2、2个abs阀、2个制动气室组成，而主控制器1、电子脚阀3则不需要增加，气控管路7和气动管路8可根据储气筒4的位置进行布置。
图3是图1、2中电控气制动桥阀的结构原理图。
图4为图3所示电控气制动桥阀的内部结构示意图。
图5为制动管路气压控制逻辑图。
图6为制动管路气压控制原理示意图。
图7为电控和气控双模式气压控制方法示意图。
图中，1为主控制器、2为电控气制动桥阀(每轴车轮对应1个)、3为电子脚阀、4为储气筒(分别为前后桥储气筒)、5为abs阀(每个车轮对应1个)、6为制动气室(每个车轮对应1个)、7为气控管路、8为电气连接线束、9为气制动管路(包括电源线、can总线、信号线等)；
21为进气口，22为出气口，23为排气口，24为控制口，25电控气制动桥阀顶盖，26为电子控制单元，27为电磁阀模组，28为气压传感器，29为继动活塞，210为消声器，211为线束接口；
271为增压电磁阀，272为减压电磁阀，273为备压电磁阀，274为电磁阀控制板，267为连接电子控制单元与电磁阀模组的线束，278为连接电磁阀模组与气压传感器的线束。
具体实施方式
如图1所示，本发明商用车双模式气压制动系统，包括主控制器1、电控气制动桥阀2、电子脚阀3、储气筒4、abs阀5和制动气室6；
所述电控气制动桥阀2与电子脚阀3通过气控管路7相连，电控气制动桥阀2与主控制器1通过电控线路9相连；
所述电控气制动桥阀2既可通过电子脚阀3的气控管路7控制abs阀5与储气筒4相连，也可通过电控线路9控制abs阀5与储气筒4相连，
abs阀5另一端与制动气室6相连，
所述电子脚阀3通过电控线路9与主控制器1相连。
优选地，所述主控制器1和电子脚阀3均为一个，所述控气制动桥阀2和储气筒4为每轴一个，所述abs阀5和制动气室6为每轮一个。
优选地，所述主控制器1通过整车can总线11与整车其他控制模块信号相连。
驱动制动系统在气控模式下工作，与电控桥阀2的电控回路23连接，驱动制动系统在电控模式下工作，与电控桥阀2的气制动回路连接，实现制动。
图1所示为二轴商用车双模式气压制动系统，图2为四轴商用车双模式气压制动系统。
如图2所示，四轴商用车双模气压制动系统在二轴商用车制动气压双模式控制系统的基础上，进一步扩展为4轴商用车应用，将由电控气制动桥阀2、abs阀5、制动气室6组成的单轴电控制动模块扩展到4轴商用车第3、第4轴。因此，本发明可适用于2轴、3轴、4轴商用车，以及可通过增加主控制器的方式，扩展到挂车列车。
如图3、4所示，作为本发明商用车双模式气压制动系统核心部件，优选地，所述电控气制动桥阀2包括设在阀体25外侧的进气口21、出气口22、排气口32和气压控制口24，所述进气口21用于与压缩气源相连，出气口22用于与制动气缸或者abs阀的进气口相连，排气口23用于与大气相连，气压控制口24用于与气动控制阀相连，继动活塞29控制进气口21与出气口22的联通，还包括集成在阀体25顶盖内的电子控制单元26和电磁阀控制板274以及置于阀体25内的增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273和气压传感器28；
所述电子控制单元26与电磁阀控制板274电连接，电磁阀控制板274与增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273和气压传感器28电连接；
所述增压电磁阀271常闭电磁阀，减压电磁阀272为常闭电磁阀，备压电磁阀273为常开电磁阀；
所述增压电磁阀271的气路一端与进气口21相通，另一端与继动活塞29的控制端相通；
所述减压电磁阀272的气路一端与出气口22相通，另一端与排气口23相通；
所述备压电磁阀273的气路一端与气压控制口24相通，另一端与继动活塞29的控制端相通；
所述继动活塞29的控制端出口与排气口23相通；
所述气压传感器28的气路与出气口22相通。
优选地，所述电控气制动桥阀2的增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273与电磁阀控制板274集成为电磁阀模组27，电磁阀模组27通过线束267与电子控制单元26连接，通过线束278与气压传感器连接。
所述电控气制动桥阀2的工作原理如下：
1、增压电磁阀271为常闭电磁阀，控制进气口21的开关。不通电时，进气口21的压缩气体不能进入电控回路；通电时，增压电磁阀271打开，进气口21的压缩气体进入电控回路，推动继动活塞29，导通进气口21和出气口22，使得压缩气体进入制动管路。
2、减压电磁阀272为常闭电磁阀，控制出气口22的开关。不通电时，出气口22的压缩气体不能进入电控回路；通电时，减压电磁阀272打开，出气口22的压缩气体与排气口23导通排气，同时继动活塞29复位。
3、备压电磁阀273为常开电磁阀，控制气动控制口24的开关。控制口24与气控回路连接，不通电时，备压电磁阀273打开，导通气控回路，来自气控回路的压缩气体推动继动活塞29，导通进气口21和出气口22，使得压缩气体进入制动管路；通电时，备压电磁阀关闭，气控回路失效，通过增压电磁阀271、减压电磁阀272的电控实现制动气压的上升、下降和保持。
4、电控模块失效时，增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273全部复位，电控回路失效，备压电磁阀273导通气控回路，实现气控制动。
如图5所示，电子控制单元26采集气压传感器28信号，获取出气口气压值，并向增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273发出打开或关闭指令，实现制动管路气压的上升、下降和保持功能。
1、电控制动管路气压的上升，备压电磁阀273上电关闭，增压电磁阀271上电打开，减压电磁阀272断电关闭。
2、电控制动管路气压的下降，备压电磁阀273上电关闭，增压电磁阀271断电关闭，减压电磁阀272上电打开。
3、电控制动管路气压的保持，备压电磁阀273上电关闭，增压电磁阀271断电关闭，减压电磁阀272断电关闭。
4、气控制动管路气压，备压电磁阀273断电打开，增压电磁阀271断电关闭，减压电磁阀272断电关闭。
作为本发明商用车双模式气压制动系统核心部件，电控气制动桥阀2的电子控制单元26根据期望的制动气压pdes控制管路气压，通过控制增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273的开启时间，实现制动气压的跟随控制，各电磁阀的开启时间按如下方法确定：
(10)增压时，减压电磁阀272关闭、增压电磁阀271打开的控制时间需满足：
tde＝-tstep×(pdes-prel)/(λdepstep_de)+αprel,pdes<prel；
(20)减压时，减压电磁阀272打开、增压电磁阀271关闭的控制时间需满足：
tin＝tstep×(pdes-prel)/(λinpstep_in)+αprel,pdes>prel；
上述两式中，pdes为期望的制动压力，prel为实际的制动压力，λde为减压阀迟滞特性参数，λin为增压阀迟滞特性参数，pstep_de为单位控制周期减压阀气压下降常数，pstep_in为单位控制周期增压阀气压上升常数，α为与管路气压有关的迟滞补偿系数。。
电控气制动桥阀2将电子控制单元、电磁阀模组、气压传感器与电控气制动桥阀阀体集成在一起，体积小巧，便于安装使用。将电控回路与气控回路集成在一起，可进行电控、气控双模式控制，在电控回路失效时，还可保证气控回路的有效性，大大提高了安全性。
同时，利用气压传感器实时采集管路气压，采用闭环控制方法，控制各电磁阀的开启时间，精确控制单桥的制动压力，使其与期望的制动压力保持一致。有效提高气压测量、控制的精度和效率。
下面详细说明各电磁阀的开启时间确定的来源。
如图6所示，电子控制单元26根据期望的制动气压pdes指令控制管路气压，根据上述逻辑，通过控制增压电磁阀271、减压电磁阀272、备压电磁阀273的开启或关闭时间，实现制动气压的跟随控制，各电磁阀的开启时间按如下方法确定：
ep＝pdes-prel
式中，pdes为期望的制动压力，prel为实际的制动压力，ep为期望的制动压力与实际的制动压力的差值。
pde＝λdepstep_de
pin＝λinpstep_in
式中，pde为单位控制周期下降的气压值，pin单位控制周期上升的气压值，λde为减压阀迟滞特性参数，λin为增压阀迟滞特性参数，pstep_de为单位控制周期减压阀气压下降常数，pstep_in为单位控制周期增压阀气压上升常数。
tde＝-tstep×ep/pde+αprel,ep<0
tin＝tstep×ep/pin+αprel,ep>0
式中，tde为减压阀关闭、增压阀断开的时间，tin减压阀断开、增压阀关闭的时间，tstep为单位控制时间，α为迟滞补偿系数，与管路气压有关。
综上所述，得到：
(10)增压时，减压电磁阀272关闭、增压电磁阀271打开的控制时间需满足：
tde＝-tstep×(pdes-prel)/(λdepstep_de)+αprel,pdes<prel；
(20)减压时，减压电磁阀272打开、增压电磁阀271关闭的控制时间需满足：
tin＝tstep×(pdes-prel)/(λinpstep_in)+αprel,pdes>prel；
上述两式中，pdes为期望的制动压力，prel为实际的制动压力，λde为减压阀迟滞特性参数，λin为增压阀迟滞特性参数，pstep_de为单位控制周期减压阀气压下降常数，pstep_in为单位控制周期增压阀气压上升常数，α为与管路气压有关的迟滞补偿系数，与管路气压有关。
如图7所示，本发明通过以电磁阀组的模式实现气控、电控的双模式控制，其特征在于：驾驶员0-1通过电子脚阀3操纵电控气制动桥阀2的气控备压回路212，使得备压口生成与驾驶员踩制动踏板相适应的气压；主控制器1生成期望的制动压力，期望的制动压力来源于：
1、线控气制动时，主控制器1采集制动踏板3的踏板转角信号，根据驾驶员的制动踏板转角生成对应的期望制动压力；
2、协调制动时，主控制器1从整车can总线0-2上采集其他控制模块提出的期望的制动压力，例如aeb控制器、acc控制器、能量回收控制器等。
主控制器1将期望的制动压力输入电控气制动桥阀控制器26，电子控制单元26根据系统的状态决定采用电控还是气控制动模式，电控和气控模式的切换逻辑如下：
1、当整车请求制动系统处于电控气制动状态时，电子控制单元26断开备压口的连接，将备压切换开关213-1与电控回路211导通，车辆处于电控制动模式；
2、当整车处于驾驶员0-1接管不管驾驶员以何种理由接管状态时，电子控制单元26导通备压切换开关213-1与备压口的连接，与气控备压回路212导通，车辆处于气控制动模式；
3、当电控气制动系统出现故障时，备压切换开关213-1复位，与备压口的连接，与气控备压回路212导通，车辆处于气控制动模式。
当制动系统处于电控制动模式时，电子控制单元26通过气压传感器28采集出气口气压，通过对气压控制开关213-2开关时间的控制，实现制动气压的精确电控，控制方法如下：
1、当需要增加制动气压时，气压控制开关213-2导通进气口与出气口；
2、当需要保持制动气压时，气压控制开关213-2断开出气口与进气口和排气口的连接；
3、当需要降低制动气压时，气压控制开关213-2导通进气口与排气口。
如图4所示，电控气制动桥阀由备压电磁阀273、增压电磁阀271、减压电磁阀272、电子控制单元26、气压传感器28等组成。其中，备压电磁阀273为常闭电磁阀，增压电磁阀271为常开电磁阀，减压电磁阀272为常开电磁阀。当增压电磁阀271、减压电磁阀272断电时，备压电磁阀273实现备压切换开关213-1的功能；当备压电磁阀273断电时，增压电磁阀271、减压电磁阀272组合实现气压控制开关213-2的功能，其工作逻辑如下：
1、电控气制动升压时，备压电磁阀273上电，增压电磁阀271上电，减压电磁阀272断电。
2、电控气制动降压时，备压电磁阀273上电，增压电磁阀271断电，减压电磁阀272上电。
3、电控气制动保压时，备压电磁阀273上电，增压电磁阀271断电，减压电磁阀272断电。
4、气控制动时，备压电磁阀273断电，增压电磁阀271断电，减压电磁阀272断电。