Противоблокировочное устройство тормозной системы транспортного средства Советский патент 1991 года по МПК B60T8/00 G05D13/62 

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к противоблокиро- вочным устройствам тормозных систем транспортных средств.

Известны противоблокировочные устройства, содержащие формирователь сигнала скорости колеса, дифференцирующий блок, блок определения максимума производной скорости колеса, выполненный в виде пикового детектора, блоки сравнения, исполнительный блок, усилитель, модулятор сброса тормозного давления и блок прогнозирования скорости колеса, выполненный в виде элемента памяти.

Работа известных устройств основана на сравнении скорости колеса с прогнозируемой скоростью, а также на сравнении сигналов замедления и ускорения колеса с определенными пороговыми значениями.

Недостатком известных устройств является влияние инерционности элементов устройства и тормозного привода и запаздывания на выработку сигналов управления (например, влияние запаздывания обнаружения момента максимального ускорения колеса для начала повторного повышения тормозного давления) из-за отсутствия компенсации инерционных задержек, причем с учетом особенностей торможения на различных по сцепным свойствам участках торможения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является проти- воблокировочное устройство, содержащее формирователь сигнала скорости колеса, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, к первому входу блока прогнозирования скорости и через последовательно соединенные дифференцирующий блок и блок определения экстремума производной скорости колеса к второму входу блока прогнозирования скорости, третий вход которого через блок управления прогнозируемой скоростью подключен к выходу первого блока сравнения и первому входу исполнительного блока, второй блок сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами формирователя опорного напряжения и дифференцирующего блока, а выход - с первым входом исполнительного блока.

Указанное устройство обладает недостатком, заключающимся в том, что приспо- сабливание к различным условиям торможения осуществляется по величине замедления или ускорения колеса, определяемой в предыдущем цикле работы системы, т.е. с запаздыванием на время одного цикла работы (до 1 с). Это приводит к тому, что устройство недостаточно эффективно работает в случае резкого изменения сцепных свойств дороги, например при съезде в процессе торможения с сухого асфальтобетона на мокрый или при попадании на обледенелый участок дороги и т.п. В таких случаях колеса автомобиля уже находятся на новом, ином по сцепным свойствам, участке торможения, но еще целый цикл устройство работает в расчете на свойства предыдущего участка торможения. Это снижает общую эффективность работы устройства при торможении на неоднородных по сцепным свойствам поверхностях движения, увеличивая тормозной путь, уменьшая устойчивость и ухудшая управляемость автомобиля.

Цель изобретения - повышение точности и надежности устройства путем уменьшения запаздывания в определении величины временного упреждения инерционных задержек устройств в зависимости от изменяющихся условий торможения.

Поставленная цель достигается тем, что в противоблокировочное устройство, содержащее последовательно соединен0 ные формирователь сигнала скорости колеса, дифференциатор, блок определения экстремума производной скорости и блок прогнозирования скорости, последовательно соединенные первый блок сравнения и

5 исполнительный блок, последовательно соединенные формирователь опорного напряжения и второй блок сравнения, выходом подключенный к второму входу исполнительного блока, блок управления, вход ко0 торого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с вторым входом блока прогнозирования скорости, причем выход дифференциатора подключен к второму входу второго блока сравне5 ния, а выход формирователя сигнала скорости колеса соединен с третьим входом блока прогнозирования скорости и первым входом первого блока сравнения, введены два вентиля и сумматор, первый и второй

0 входы которого через вентили, включенные в прямом и обратном направлениях соответственно, соединены с выходом дифференциатора, третий вход - с выходом блока прогнозирования скорости, а выход - с

5 вторым входом первого блока сравнения.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Противоблокировочное устройство со0 держит формирователь 1 сигнала скорости колеса, первый блок 2 сравнения, блок 3 прогнозирования скорости, дифференциатор 4, блок 5 определения экстремума производной скорости, блок 6 управления,

5 исполнительный блок 7, второй блок 8 сравнения, формирователь 9 опорного напряжения, сумматор 10 и вентили 11 и 12.

Формирователь 1 сигнала скорости колеса представляет собой последовательно

0 соединенные датчик скорости колеса (чаще всего применяется частотный датчик) и преобразователь его сигнала в аналоговый сигнал скорости колеса (для частотного датчика таким преобразователем является преобра5 зователь частоты в напряжение ПЧН),

Блок 3 прогнозирования скорости колеса содержит элемент аналоговой памяти, в качестве которого применен интегратор на операционном усилителе, начальные условия в который заносятся с помощью управляемого электронного ключа, информационный вход которого является первым входом блока 3 прогнозирования скорости и подключен к выходу формирователя 1 сигнала скорости колеса. Управляющий вход этого управляемого ключа представляет собой второй вход блока 3 прогнозирования скорости и соединен с выходом блока 5 определения экстремума производной скорости колеса. Третий вход блока 3 прогнозирования скорости колеса представляет собой вход интегратора блока прогнозирования и подключен к выходу блока 6 управления прогнозируемой скоростью.

Дифференциатор 4 выполнен на операционном усилителе.

Блок 5 определения экстремума производной скорости колеса представляет собой нуль-орган с емкостным входом, срабатывающий при перемене направления изменения производной скорости колеса, т.е. при прохождении им экстремальных точек. На выходе нуль- органа включен формирователь импульсов, формирующий импульс в момент максимального ускорения колеса. Блок 5 может быть также выполнен в виде пикового детектора, работающего, например, при такой полярности выходных сигналов дифференциатора 4, которая соответствует реальному ускорению колеса, и блока сравнения сигналов производной скорости колеса и сигнала на выходе пикового детектора. На выходе блока сравнения также включен формирователь импульсов, формирующий импульсы нормированной длительности при прохождении ускорением колеса своего максимального значения.

Блок 6 управления выполнен в виде источника опорного напряжения, величина напряжения которого переключается в зависимости от фазы работы противоблокиро- вочного устройства с помощью ключа, управляемого выходным сигналом первого блока 2 сравнения.

Исполнительный блок 7 состоит из схемы совпадения И, объединяющей выходы блоков 2 и 8 сравнения, первого усилителя мощности, подключенного к выходу первого блока 2 сравнения, второго усилителя мощности, подключенного к выходу схемы совпадения И и двух модуляторов, модулятора сброса тормозного давления, подключенного к выходу первого усилителя мощности, и модулятора выдержки тормозного давления, подключенного к выходу второго усилителя мощности.

Первый и второй блоки 2 и 8 сравнения выполнены на операционных усилителях,

Формирователь 9 опорного напряжения представляет собой каскад, задающий опорное напряжение для второго блока 8 сравнения. Он представляет собой, напри- 5 мер, резистивный делитель напряжения, подключенный к источнику напряжения питания (в частном случае величина этого опорного напряжения может быть равна нулю), Вентили 11 и 12 могут быть выполнены

10 на полупроводниковых диодах, как показано на фиг.1.

Противоблокировочное устройство работает следующим образом.

При движении автомобиля на выходе

15 формирователя 1 сигнала скорости колеса формируется аналоговый сигнал с амплитудой, прямо пропорциональной скорости колеса. Этот сигнал запаздывает по отношению к реальной скорости (окружной

0 скорости) колеса из-за наличия фильтрующих элементов в формирователе 1. На фиг.2а реальная окружная скорость колеса VK изображена пунктирной линией, а измеряемая окружная скорость колеса VK, сфор5 мированная с помощью формирователя 1,- сплошной линией, причем для удобства анализа эти скорости приведены к одному масштабу, как и представленная некоторая оптимальная скорость колеса Von г, при дви0 жении с которой колесо имеет оптимальный коэффициент сцепления, а также прогнозируемая скорость Vnp, формируемая с помощью блока 3 прогнозирования скорости. Выходной сигнал формирователя 1 подает5 ся на дифференциатор 4, где подвергается операции дифференцирования со сглаживанием. Образующийся на выходе этого дифференциатора 4 инвертированный сигнал производной скорости колеса, значение

0 которого - VK приведено на фиг 26, еще больше запаздывает по времени по сравне- ниюс реальной производной скорости колеса. Эти два сигнала (сигналы скорости и ее производной по времени) являются

5 информационными и определяют всю работу противоблокировочного устройства. Противоблокировочное устройство должно привести скорость колеса в соответствие с оптимальной скоростью колеса, г.е такой

0 скоростью, при движении с которой колесо находится в оптимальных по сцеплению .условиях, а с л е д о в а т е л ь н о , .а в- томобиль в этом случае тормозится с наибольшей эффективностью. Таким образом,

5 назначение противоблокировочного устройства состоит в том, что необходимо определить значение такой оптимальной скорости, а также,управляя процессом торможения колеса с помощью изменения тормозного момента подведенного к колесу,

привести скорость колеса в соответствие с оптимальным значением. Оптимальное значение скорости колеса находится в диапазоне, примерно 0,7 - 0,9 скорости автомобиля, причем как ее величина, так и интенсивность изменения зависят от многих факторов процесса торможения.

В предлагаемом устройстве осуществляется кусочно-линейная аппроксимация оптимальной скорости колеса с помощью блока 3 прогнозирования скорости. В фазе затормаживания на вход интегратора этого блока подается с выхода блока 6 управления постоянное напряжение, определяющее интенсивность уменьшения выходного напряжения 3 прогнозирования скорости, Эту интенсивность изменения прогнозируемой скорости Vnp (фиг.2а) выбираются из расчета торможения колеса на поверхности с высоким коэффициентом сцепления (около 0,8 - 0,9), а начальную величину прогнозируемой скорости задают . в начальный момент изменения как некоторую часть скорости автомобиля (примерно 0,7 - 0,8). Сигналы прогнозируемой скорости с выхода блока 3 и инвертированный сигнал производной скорости колеса с выхода дифференциатора 4 подаются на сумматор 10, в котором происходит суммирование зтих сигналов, т.е. практически получается корректирующий сигнал,,

VKop Vnp-aVK,

причем благодаря вентилям 11 и 12 коэффициент а может иметь разное значение при различной полярности сигнала дифференциатора 4, т.е. различен для ускорения и замедления колеса. Это расширяет возможности определения оптимальной коррекции величины прогнозируемой скорости. Выходной сигнал сумматора 10 подается в блок 2 сравнения, в котором сравнивается по величине с сигналом скорости колеса УК, снимаемым с выхода формирователя 1. Пока сигнал Скорости колеса VK больше, чем скорректированный сигнал VKop, выходной сигнал блока 2 сравнения равен нулю. В момент времени ti указанные сигналы сод- падают и далее сигнал скорости колеса W становится меньше сигнала VKOP, это приво: дит к появлению на выходе блока 2 сравнения сигнала сброса тормозного давления (сигнал Сброс на фиг.2в). Указанный сигнал через исполнительный блок 7 управляет модулятором сброса, в результате чего через некоторое время, определяемое инерционными свойствами канала управления, начинает уменьшаться тормозной момент Мт, как показано на фиг.2д.

Когда тормозной момент Мт станет ниже момента по сцеплению Мф , начинается разгон колеса, т.е. замедление колеса переходит в ускорение. В окрестности нулевого

значения производной скорости колеса, определяемого формирователем 9 опорного напряжения, сигнал производной скоро- колеса сравнивается со значением опорного напряжения формирователя 9,

0 вследствие чего на выходе второго блока 8 сравнения появляется сигнал, поступающий на другой вход исполнительного блока 7 и приводящий к выдержке тормозного давления и момента (сигнал Выдержка на

5 фиг.2г) через некоторое время запаздывания.

Выдержка тормозного момента уменьшает расход тормозного вещества. Окончание цикла работы противоблокирозочного

0 устройства происходит по окончании сигнала Сброс на выходе первого блока 2 срав- нения, Этот момент tin определяется совпадением прогнозируемой скорости, скорректированной с учетом величины ус5 корения колеса (составляющая н,а фиг.2а), с измеряемой скоростью колеса VK. Так как такая коррекция величины прогнозируемой скорости происходит при ускорении колеса, т.е. посраанениюс пред0 ыдущим случаем коррекции в момент времени ti при другой полярности выходного сигнала дифференциатора 4, то выходной сигнал дифференциатора 4 поступает на сумматор 10 через другой вентиль. Это

5 позволяет изменять степень коррекции в зависимости от фаз работы противоблоки- ровочного устройства, с большей точностью компенсируя инерционные задержки всего тракта управления тормозным моментом,

0 что существенно улучшает приспосабливае- мость устройства к изменяющимся по сцеплению условиям торможения. При переходе к фазе сброса тормозного давления после выработки сигнала Сброс блоком 2 срав5 нения происходит изменение опорного напряжения, вырабатываемого блоком 6 управления, и, следовательно, происходит изменение интенсивности уменьшения прогнозируемой скорости. .Такой характер про0 гнозирования скорости колеса необходим для того, чтобы прогнозируемая скорость, аппроксимирующая (кусочно-линейно) оптимальную скорость колеса автомобиля при торможении, опережала по времени опти5 мальную скорость, чтобы компенсировать инерционные задержки в устройстве и тормозном приводе автомобиля.

Оптимизация на ЭЦВМ алгоритма работы устройства подтверждает правильность

выбора .такого характера изменения прогнозируемой скорости и ее коррекции. Таким образом, принцип формирования скорректированного сигнала можно представить следующим образом:

VKoP Vnp-aVKl-a | Q

В момент т.к прохождения измеряемым ускорением колеса своего максимума, что свидетельствует о прохождении коэффициентом сцепления максимального по проскальзыванию значения (как известно, в зависимости от проскальзывания колеса его коэффициент сцепления в продольном направлении имеет экстремальный характер), на выходе блока 5 определения экстремума производной скорости колеса формируется импульс нормированной длительности, который подается на управляющий вход блока 3 прогнозирования скорости и разрешает занесение в интегратор (элемент аналоговой памяти) этого блока определенной части сигнала скорости колеса V« (в частности, примерно 0,9 VK). Последнее необходимо для амплитудной компенсации погрешностей, возникающих из-за инерционных временных запаздываний определения момента максимума ускорениия колеса.

Возможны упрощенные варианты предлагаемого устройства;

а)с неизменной интенсивностью изменения прогнозируемой скорости и одинаковым коэффициентом a ai-32 коррекции по производной;

б)с неизменной интенсивностью изменения прогнозируемой скорости, но с различными коэффициентами ai з 32 коррекции по производной;

в)с одинаковыми коэффициентами коррекции по производной, но с различной в разных фазах интенсивностью уменьшения прогнозируемой скорости.

Из приведенных вариантов вариант а) наименее эффективен, а вариант б) обеспечивает построение структурно наиболее простого, но работоспособного противобло- 5 кировочного устройства.

Таким образом, предлагаемое противо- блокировочное устройство позволяет улучшить комфортабельность движения автомобиля, повысить эффективность тор10 можения, сокращая по сравнению с известными устройствами тормозной путь, улучшая устойчивость и управляемость автомобиля.

Формула изобретения

5 Противоблокировочное устройство тормозной системы транспортного средства, содержащее последовательно соединенные формирователь сигнала скорости колеса, дифференциатор, блок определения экстре0 мума производной скорости и блок прогнозирования скорости, последовательно соединенные первый блок сравнения и исполнительный блок, последовательно соединенные формирователь опорного

5 напряжения и второй блок сравнения, выходом подключенный к второму входу исполнительного блока, блок управления, вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с вторым входом

0 блока прогнозирования скорости, причем выход дифференциатора подключен к второму входу второго блока сравнения, а выход формирователя сигналов скорости колеса соединен с третьим входом блока

5 прогнозирования скорости и первым входом первого блока сравнения, отличающееся тем, что. с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит два вентиля и сумматор, первый и

0 второй входы которого через вентили, включенные в прямом и обратном направлениях соответственно, соединены с выходом дифференциатора, третий вход - с выходом блока прогнозирования скорости, а выход 5 с первым входом первого блока сравнения.

Фиг,1

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к конструкции противоблокировочных устройств тормозных систем транспортных средств. Целью изобретения является повышение точности и надежности устройства путем уменьшения запаздывания в определении величины временного упреждения инерционных задержек устройства в зависимости от изменяющихся условий торможения. Противоблокировочное устройство тормозной системы транспортного средства содержит формирователь сигнала скорости колеса, дифференциатор, блок определения экстремума производной скорости и блок управления, первый блок сравнения и исполнительный блок, блок прогнозирования, формирователь опорного сигнала и второй блок сравнения, а также вентили и сумматор. В устройстве осуществляется кусочно-линейная аппроксимация "оптимальной" скорости колеса с помощью блока прогнозирования скорости. Устройство позволяет изменять степень коррекции скорости в зависимости от фаз работы противоблокировочного устройства, компенсировать инерционные задержки всего тракта управления тормозным моментом, что позволяет улучшить приспосабливаемость устройства к изменяющимся по сцеплению условиям торможения. 2 ил.