(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИЛЫ ТОРМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
1
Изобретение относится к автомоби-, лестроению и может быть использовано в пневматической тормозной системе как устройство, регулирующее силы торможения при различном весовом состоянии и для различных транспортных средств.
В тормозных системах используют противоблокировочные устройства, задачей которых является согласование силы торможения с коэффициентом сцепления между кoлeqaми автомобиля и дорожным покрытием.
В общем случае тормозные цилиндры передних и задних колес автомобиля связаны с главным клапаном управления через модулятор, который управляется посредством сигналов от логического блока. Давление в тормозных цилиндрах периодически изменяется, причем увеличение давления прекращается на грани блокировки колеса, т.е. в случае достижений максимального соответствия тормозного момента и момента тормозной силы на колесе.
В тормозных системах применяют зависящие от нагрузки регуляторы, которые согласуют торможения с различной нагрузкой автомобиля при служеб-
ном торможении. Одним из требований к таким регуляторам является оптимизация заданного распределения тормозных сил при любой нагрузке автомобиля.
В тормозных системах устанавливают также регуляторы торможения, учитывающие перераспределение осевой нагрузки при торможении автомобиля.
10
Возможно сочетание в тормозной системе с противоблокировочным устройством регулятора торможения с механическим приводом.
Однако подобная система является
15 сложной в конструктивном выполнении, что понижает надежность в эксплуатации .. .
Для устранения этих недостатков регулирование силы торможения в зави20симости от осевой нагрузки и нагрузки автомобиля в общем случае осуществляется аналогично регулированию от блокирования колеса посредством электронного измерительного и логического
25 блока, связанного с регулирующим устройством.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, для регулирования силы тормо30жения транспортного средства, содержащее регулировочные клапаны, установленные в магистрали от тормозного крана к колесным тормозным цилин драм передней и задней осей, противоблокировочное устройство с блоком управления указанными клапанами и устройство обработки информации, .входные .каналы которого подключены к датчику управляющего давления тор мозного крана, к датчикам давления в упомянутых колесных тормозных цилиндрах и к датчику осевой .нагрузки транспортного средства, а выходные каналы - к блоку управления 1. Недостатком этого устройства является то, что.необходим сложный ре лировочный клапан, который управляе ся различными напряжениями, и поэто му вследствие гистерезиса магнита и колебаний напряжения ухудшается точ ность регулирования, а процесс управления неоптимален, Цель изобретения - повышение эффективности управления процессом то можения путем повышения точности ре гулирования тормозных сил на осях в соответствии с заданной характерист кой торможения. Указанная цель достигается тем, что устройство обработки информации выполнено на аналоговых элементах, каждый регулировочный клапан выполнен трехпозиционным с двумя управля ющими обмотками, а блок управления выполнен на элементах форглирования цифровых сигналов управления. На фиг. 1 дана схема первого варианта предлагаемого устройства; на фиг. 2 - то же, второго варианта на фиг, 3-9 - характеристики, определяющие действующие на переднюю и заднюю оси транспортного средства тормозные силы,- при различных режим работы и в зависимости от соотношения тормозного давления Р.. к управляемому давлению Pg; на фиг. 10 схема регулирования тормозного давления по характеристике на фиг. 4; на фиг.11 - то же,по характеристике на фиг. 5; на фиг. 12 - то характеристике на фиг.-б. Тормозная система содержит колес ные тормозные цилиндры 1 и 2 задней оси автомобиля, а торможение передней оси осуществляют колесные тормозные цилиндры 3 и 4. В первом варианте выполнения тормозные цилиндры 1 и 2 задней .оси соединены магис ралями .с датчиками 5 и б, чувствите ными к величине тормозного давления Pg, т.е. к величине выходного давле ния в тормозных цилиндрах 1 и 2, и электрически связанными проводниками 7 и 8 , переД{Ж1щими импульс напря жения, т.е. информацию, в электронный блок-устройство 9 обработки информации . Система также содержит трехпозиционные регулировочные клапаны 1013, каждый с двумя управляющими обмотками 14-21 соответственно. Трех- позиционные клапаны установлены в магистрали 22 от тормозного крана 23 к каждому колесному тормозному цилиндру. Питание системы сжатым воздухом осуществляется из баллона 24. Принцип действия трехпозиционных клапанов поясняется на примере од)ого клапана 10, так как остальньае клапаны работают по такому же принципу, даже при совместном выполнении, различных функций. В изображенном на фиг. 1 положении клапан 10 включен на пропускание сжатого воздуха таким образом, чтобы можно было осуществить наполнение тормозного цилиндра 1 из магистрали 22. В этом случае часть 10.1 соединяет тормозные магистрали. При возбуладении одной из обмоток 14,15 в зависимости от соответствующего подключения часть 10.2 трехпозиционного клапана 10 перемещается вверх в такое положение, что тормоз-,, ные магистрали разобщаются и перекры ваются, т.е. тормозной цилиндр 1 не связан с магистралью 22, и, несмотря на приведение в действие тормозного крана 23 и дальнейшее наподнение магистрали 22, давление POI в тормозном цилиндре 1 остается постоянным. Если возбуждаются обмотки 14 и 15, трехпозиционный клапан 10 переходит в такое состояние, что часть 10.3 перекрывает магистраль 22, в то врСемя как тормозной цилиндр 1 может вентилироваться через канал К и выхлопное устройство е в клапане 10. Между кузовом и задней частью автомобиля расположены упругие элементы 25 и 26 пневмоподвески, к которым подсоединены датчики 27 и 28, чувствительные к величине давления в них, и, следовательно, к величине осевой нагрузки транспортного средства. Датчики 27 и 28 электрически связаныпроводниками 29 и 30 со входами устройства 9. Датчики могут быть выполнены таким образом, что различное давление преобразуется в изменение магнитного поля, приводящее к изменению сопротивления и вместе к различному электрическЬму напряжению, поступающему в виде импульсов по проводникам 29 и 30 в устройство 9. Датчики 27 и 28 являются преобразователями изменения состояния упругого элемента подвески в электрический сигнал. В зависимости от конкретного выполнения упругого элемента выбирается соответствующий преобразователь, К тормозному крану 23 подключен датчик 31, электрическисвязанный проводником 32 с устройством 9. Датчик 31 чувствителен к величине давления тормозного крана, т.е. к величине управляющего давления Р, преобразуемого в электрический импульс напряжения. Устройство 9 обработки информации является {Регулирующим устройством и выполнено таким образом, что обрабатывает информацию о тормозном давлении РС( обоих тормозных цилиндров 1 и 2, управляемом давлении Pg и о нагрузке автомобиля и по каналам 33 и 34 подает выходную информацию на усилитель 35, от которого по соответствующим каналам 36-43 она передается в управляющие обмотки 14-21. От исходной.информации, поступающей в блок 9, зависит какая из обмоток 14-21 трехпозиционных клапанов 10-13 возбуждается, при этом, когда возбуждены обе обмотки 14 и 15, часть 10,3 трехпозиционного клапана 10 определяет состояние тормозных магистралей. К усилителю 35 подключено также противоблокировочное устройство 44 транспортного средства с блоком управления. Задача этого устройства заключается в том, чтобы предотвращать с помощью клапанов 10-13 дальнейшую передачу среды давления в тормозные цилиндры, если достигнута максимальная сила трения между шиной автомобиля и дорожным покрытием В этом случае автомобилем еще можно управлять. Однако, если не -ограничит давление, быстро достигается блокировка колеса, скольжение увеличива ется до максимального значения и автомобиль становится неуправляелвли Противоблокировочное устройство посредством каналбв 45 и 46 подклю чено к каналам 33 и 34, т.е. выхода ПБС подключены к выходам устройства 9, в то время как в первом варианте на фиг. 1 другие два канала 47 и 48 не соединены с каналами 33,34 и связаны непосредственно с- усилителем 35 Система по первому варианту работает следующим образом. Тормозные устройства рассчитаны всегда на максимальную нагрузку. Если предположить, что автомобиль полностью загружен, в режиме служебн ого торможения противоблокировочное устройство 44 необязательно, и положение трехпозиционных клапанов 10-13 показано на. фиг. 1. При этом после приведения в действие тормозного крана 23 все тормозные цилиндры 1-4 наполняются сжатым воздухом из магистрали 22 и соответствующих соединительных магистралей. Управляемое давление Pg равно давлению Р.. Характеристика тормозных сил, действую щих на колеса передней оси В/а и задней оси Р(нц% изображена на фиг.З прямой линией, т.е. при Р,.,: Ре 1 тормозные силы, прилагаемые к колесам, равны. Информация, поступающая в блок 9 по проводникам 7,8,29,30 и 32 обрабатывается таким образом. что не возбуждается ни одна из обмоток 14,16,18 или 20. Если предположить, что автомобиль не загружен и не принять никаких мер для соответствия тормоз- ных силна осях,то вследствие разгруженности задней оси при торможении сначала заблокируются задние колеса,а затем передние,Однако для безопасности движения требуется,чтобы задние колеса блокировались после блокировки передних. Чтобы удовлетворить этому требованию в разгруженном или частично нагруженном автомобиле, необходимо в определенный момент прекратить подачу давления в тормозные цилиндры 1 и 2 задних колес. Такое действие возможно за счет того, что в зависимости от нагрузки по проводникам 29 и 30 в блок 9 поступает информация, которая вместе с информацией,поступающей по проводникам 7 и 8, оЬр-абатывается в выходную информацию и передается по каналам 33 и 34 в усилитель 35, а по каналам 36-39 - в обмотки 14-17 таким образом, что части-10.2 и 11.2 обоих трехпозиционных клапанов 10 и 11 перекр1ывгиот тормозные магистрали, В тормозные цилиндры 1 и 2 давление не поступает из магистрали 22. Возбуждение соответствующих обмоток происходит не сразу, а по истечении определенного промежутка времени. На фиг. 3 описанное изображено ломаной линией с перегибом в точке К для характеристики тормозных сил задней оси, в то время как характеристика передней оси остается прежней (прямая линия). На фиг. 4 изображены соотнсшения сил при разгруженном наполовину и полностью загруженном автомобиле. Для половинной нагрузки точка перегиба К;, , определяющая срабатывание клапанов 10 и 11, остается постоянной. В отдельных случаях нецелесообразно после достижения определенной точки перегиба К поддерживать постоянной силу РИА f действующую на колеса задней оси, а необходимо изменять, как показано на фиг. 5. Наклонные линии определяют тор- , мозные силы на задней оси для различных СОСТОЯНИЙ загруженности автомобиля. Точки перегиба К , К.,К() и Kij определяются поданной по проводникам 29 и 30 информацией о загруженности автомобиля, а наклон прямой определяется соотношением Рд : Pg, т.е. информацией, поданной по проводникам 7,8 и 32. Наклонная характеристика силы Р может быть заменена ступенчатообразной с различной степенью приближения к линиям Рна-Для этого возбуждаются обмотки 14 или 15 и 16 и 41 17, чтобы на короткое время част 10.2 и 11.2 клапанов 10 и 11 определяли состояние системы. Вследствие этого независимо от управляемого да ления Pg на короткое время тормозное давление Р остается постоянным По истечении этого времени обмотки 14 или 15 и 16 или 17 обесточиваютс т.е. тормозные цилиндры 1 и 2 полуSiaroT возможность наполняться из магистрали 22. Следствием этого являет ся малое возрастание давления Рд в обоих тормозных цилиндрах 1 и 2. Описанные процессы повторяются, так что возможно достижение точек X Х , х, лежащих на соответствующей РИД линии. Таким образом, имея соответствующую информацию и электронный блок 9, практически можно аппроксими ровать любую характеристику для тормозной силы задней оси. Для автомобиля соотносительно малым межосевым расстоянием требуются характеристики, изобрашенные на фиг. 6. Для такого автомобиля при торможении вследствие момента опрокидывания, вызванного силой инерции задняя ось разгружается, а передняя соответственно нагружается.Динамиче кое перераспределение нагрузки треб ет уменьшения тормозных сил для предотвращения блокировки задних ко лес,т.е.с увеличением давления Pg т мозное давление Р должно уменьшатьЭто можно осуществить, если за точкой перегиба К, определяемой по загруженности автомобиля, части 10.3 и 11.3 переместить в положение для продувки цилиндров 1 и 2 на короткое время, а затем тормозные магистрёи1и посредством частей 10.2 и 11.2. Естественно для этого требуется возбуждение и обесточивание обмоток 1417 клапанов Ю и 11 по сигналам от блока 9. Повторяемость процесса определяет точки У, у . У, лежащие на заданной характеристике Рцд., На фиг. 7 изображены характеристи ки, которые могут быть получены поддержанием постоянным давления Ра,.и кратковременной подачей давления в тормозные цилиндры 1 и 2, При этом время для поддержания давления постоянным и для подачи давления должно быть различным в общем случае, чтобы обеспечить положение точек X, х , х на характеристиках с различной кривизной. у автомобилей с малым межосевым расстоянием при торможении происходит динамическое перераспределение нагрузки по осям, вследствие этого требуется изменить тормозное дааление Р,, в тормозных цилиндрах передней оси в зависимости от нагрузки и степени торможения. Это требование может быть выполнено в системе по фиг. 2, которая содержит те же необходимые элементы, что и первый вариант (часть их не показана). Отличительной особенностью второго варианта является установка датчиков 49 и 50, аналогичных датчикам 5 и б, и связь датчиков 49 и 50 информационными каналами 51 и 52 с блоком 9. Кроме того, каналы 47 и 48 от противоблокировочного устройства 44 подключены к выходным каналам 33 и 34 блока 9, связанным с усилите- лем 35. Путем соответствующего управления трехпозиционными клапанами 10,11 и 12,13 каждой оси можно получить характеристики тормозных , изображенные на фиг. В и 9. При таком изменении тормозных сил можно получить оптимальный закон регулирования, т.е. независимо от загрузки автомобиля получить равенство удельных тормозных сил для автомобиля с определенны 1и конструктивными параметрами . Оптимальное регулирование происходит по известным зависимостям, поз- тому блок 9 может быть выпол 1ен с элементами формирования сигналов управления без больших затрат. Ограничение давления в тормозном цилиндре при достижении заданного значения, определенного загрузкой автомобиля, осуществляется по схеме на фиг. 10. С неизображенного датчика (можёт быть 27 или 28) для измерения осевой нагрузки на вход компаратора 5-3 поступает напряжение Vj , соответствующее осевой нагрузке задней оси. На другой вход компаратора 53 поступает напряжение Vpg, соответствующее давлению Pg и преобразованное неизображенным датчиком, например 31. В компараторе 53 сравниваются напряжения и Vpg. Если , формируете сигнал на выходе, который через функциональную схему ИЛИ 54 и конечный усилитель 55 поступает на впускной клапан 56, который в закрытом положении препятствует поступлению давления в тормозной цилиндр. Постоянная величина давления поддерживается до тех пор, пока напряжение Vp не станет меньше напряжения и не затухнет сигнал на выходе компаратора 53. С уменьшением Pg уменьшается и давление в тормозном цилиндре колеса, т.е. Рд. Второй вход элемента ИЛИ 54 .подключен к противоблокировочиому устройству 44. Схема на фиг, 11 реализует управление для получения хара ктеристик по фиг, 5. При впускной клапан закрывается, а в тормозном цилиндре поддерживается постоянное давление. Дальнейшее повышение давления Р в тормозном цилиндре заднего колеса с меньшей скоростью по происходит формуле VP v. . где VP - напряжение, соответствую щее тормозHOJ давлению в тормозном цилиндре колеса задней оси; m - задаваемый коэффициент, определяющий наклон прямой РНД . Вычислитель 57 на операционном усилителе 58 образует разность (ц , Соответствующее значению разно сти напряжение подается на делитель напряжения R, Rj,делящий это напря жение на заданный коэффициент т. Но уре -Ущ вое зй чение напряжения подается через резистор Кд на вход включенного в качестве сумматора 59 операционного усилителя 60. С неизо раженного датчика осевой нагрузки п проводнику L и через резистор Rj на тот же вход сумматора 59 передается напряжение V,| ,соответствующее нагрузке. Другой вход сумматора 59 через резистор R (, подключен к массе. На выходе сумматора формируется rpa-V величина + . Это напряжение подается на вход компенсатора 6 и сравнивается с поданным на другой вход напряжением Vp, соответствую щим давлению в тормозном цилиндре ко леса задней оси. VPe -VLH Если VP 7/ Vj , С компаратора 61 через функциональную схему ИЛИ 62 и конечный усилитель 63 поступает выходной сигнал на впускной клапан 64, который закрывается, прерывая подачу давления в тормозной цилиндр. Посредством деления напряжения VP и суммирования напряжения Vpp-Viu V,,. + можно снижать длитель« m ность выходного сигнала с компаратора, т.е. уменьщать время закрытия и открытия впускного клапана 64, поэтому возможно рег:улировать наклон прямой Рц; . Элементы 65 противоблокировочного устройства подключены на другой вход функциональной схемы ИЛИ 62, а также к выпускному клапану 67 через конечный усилитель 66. На фиг. 12 показана схема, аналогичная схеме на фиг. 11, но отличаюУре-УН А щаяся тем, что значение m суммируется, а вычитается из напряжения Урд, т.е. получают закон регулирования по характеристикам на фиг Если поданное в тормозные цилиндры давление Рд превышает заданный предел, определяемый осевой нагрузкой (точка К), впускной клапан закры вается, препятствуя повышению давления в тормозном цилиндре. Понижение по наклонной прямой согласно выражению . . . Вычитатель 57.1 на операционном усилителе 58 образует разность Урр - Vp, , соответствующее этой разности значение напряжения подается на делитель Rj Э значение т, наУре -VbM пряжение подается через резистор R, на вход включенного в качестве вычислителя 68 операционного усилителя 60.1. По проводнику L через резисторRj на второй вход вычитателя 68 подается напряжение У|ц , соответствующее осевой нагрузке. На выходе образуется напряжение, Уре -W г U соответствующее разности iкоторое подается на вход компаратора 61 и сравнивается с напряжением У и г поданным на другой вход. Если у р &-Уьн 7/ У - ;;; , через фунКЦИОРон -ьн m нальную схему ИЛИ 69 и конечный усилитель 66.1 выходной сигпсш подается на выпускной клапан 67.1, который открывается, а давление в тормозном цилиндре уменьщается. Чтобы при достижении точки перегиба К , т.е. когда Уре можно было поддерживать постоянным тормозное давление, предусмотрен компаратор 70, который сравнивает напряжение Урр и Уьн если ходной сигнал через функциональную схему ИЛИ 71 и конечный усилитель 72 возбуждает запорный клапан 73. Один из входов функциональных схем ИЛИ 69 и 71 соединен с элементами 65.1 противоблокировочного устройства. Описанное выше управление трехпозиционными клапанами осуществляется постоянным напряжением с помощью описанных элементов, формирующих цифровой сигнал, что имеет особое преимущество для скорости и точности переключения, а следовательно,и- для эффективного управления процессом торможения. Формула изобретения Устройство для регулирования силы торможения транспортного средства, содержащее регулировочные клапаны, установленные в магистрали от тормозного крана к колесным тормозным цилиндрам передней и задней осей, противоблокировочное устройство с блоком управления указанными клапанами и устройство дбработки информации, входные каналы которого подключены к датчику управляющего давления тормозного крана, к датчикам давления в упомянутых колесных тормозных цилиндрах и к датчику осевой нагрузки транспортного средства, а выходные каналы - к блоку управления, отличающееся тем, что, с целью повьшения эффективности управления процессом торможения путем повышения точности регулирования тормозных сил на осях в соответствии с заданной характеристикой торможения каждый регулировочный клапан выполнен трехпозиционным с двумя управляющими обмотками, а блок управления выполнен на элементах формирования цифровых сигналов управления, при этом устройство обработки информации выполнено на аналоговых элементах,
Источники информации, принятые во вынимание при экспертизе
1. Заявка ФРГ 2057973, кл. 63 С 53/07, опублик 1972.
Фиг. 7 /J
fUZ-S
5S
55
3 Upe о
kt
ФигЮ tf,a/r7xi/,,..
