Способ управления антиблокировочной системой торможения транспортного средства

 

Использование: в машиностроении, а именно в антиблокировочных системах тормозов автомобилей и других транспортных средств. Сущность изобретения: измеряют и анализируют сигнал, пропорциональный фактически реализуемому колесом тормозному моменту, при этом начало операции автоматического выключения/включения осуществляют при обнаружении спада тормозного момента, повторяют эту операцию на протяжении всего времени спада тормозного момента, а завершают операцию выключения/включения тормозного привода при возрастании тормозного момента. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в антиблокировочных системах тормозов автомобилей и других транспортных средств.

Известен способ управления антиблокировочной системой в процессе торможения транспортного средства, при котором измеряют тормозной момент на колесе и в зависимости от его величины уменьшают тормозное давление на колодки тормоза, причем система управления чувствительна к двум сигналам - величине усилия включения тормоза, прикладываемого оператором, и тормозному моменту, развиваемому тормозом (патент США 4.822.133, кл. 303-100, 1987).

Недостатком известной системы является ограничение величины тормозного момента, развиваемого тормозом, установленным оператором значением тормозного момента. Другими словами регулирование тормозного момента происходит относительно величины тормозного момента, установленного оператором, а не величины тормозного момента, оптимального с точки зрения процесса торможения. Это в свою очередь приводит к недостаточному использованию тормозного усилия на колесе и, как следствие, приводит к снижению эффективности торможения.

Известен также способ управления процессом экстренного торможения транспортного средства, по которому измеряют изменение величины тормозной, силы, одновременно измеряют величину прижимного усилия и при достижении величины тормозной силы максимального значения ограничивают дальнейшее увеличение прижимного усилия, а при изменении величины тормозной силы корректируют величину прижимного усилия так, чтобы отношение величин прижимного усилия и тормозной силы оставлялось постоянным (патент РФ, 2013250, кл. В 60 Т 8/52, 1989).

Недостатком этого способа является сложность его реализации, заключающаяся в измерении двух сигналов: тормозной силы и величины прижимного усилия на тормозных колодках в различных несопоставимых условиях. Это приводит к тому, что в различных условиях (влажность, износ тормозных накладок, различные дорожные условия и проч.) постоянство отношения величины тормозной силы и величины прижимного усилия на тормозных колодках не является однозначным и то, что подходит к одним условиям торможения, может не соответствовать другим условиям. В конечном итоге способ может быть реализован только в определенных дорожных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализуемый с помощью устройства, содержащего тормозной привод, датчик тормозного усилия, модулятор, фильтр электрического сигнала и блок дифференцирования (патент РФ 2034728, кл. В 60 Т 8/58, 1995). Этот способ заключается в том, что при достижении тормозным моментом экстремума тормозной привод отключают. Достижение тормозным моментом экстремума определяют с помощью дифференцирования сигнала и определения величины производной этого сигнала, равной нулю. Именно это служит причиной управляющего воздействия на принудительное отключение привода тормоза.

К недостаткам этого способа следует отнести неправильный выбор стратегии управления антиблокировочной системой при служебном торможении. Так, анализ экспериментальных данных, полученных авторами настоящего изобретения и другими исследователями (см., например, Л.Л. Борисов. Исследование возможностей динамического регулирования тормозных сил автомобилей и седельных автопоездов. Дис. канд. , Минск, БПИ, 1974, с.203), показывает, что характер изменения тормозного момента в начальный период экстренного торможения сопровождается его резким возрастанием и значительной скоростью спада в течение короткого интервала времени 0,1-0,15 с. В то же время характер изменения тормозного момента при служебном торможении не имеет явно выраженного спада, который имеет место при экстренном торможении.

Другим недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает адаптацию к характеристикам системы "тормоз - колесо - опорная поверхность - режим торможения", которые в силу различных фактором (температура, влажность, масса, проводимость и др.) могут оказывать существенное влияние на процесс управления антиблокировочной системой.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности торможения и устойчивости движения транспортных средств в процессе торможения, как экстренного, так и служебного, при различных режимах движения, за счет максимального использования коэффициента сцепления колеса с дорогой и с адаптацией процесса регулирования к переменным характеристикам системы "тормоз - колесо - опорная поверхность - режим торможения".

Поставленная задача решается тем, что в известном способе управления антиблокировочной тормозной системой транспортного средства в процессе торможения, по которому измеряют, обрабатывают анализируют сигналы, характеризующие состояние сцепления колес с опорной поверхностью, автоматически выключают/включают тормозной привод при блокировке колес и повторяют операцию выключения/включения тормозного привода, согласно изобретению измеряют, обрабатывают и анализируют сигнал, пропорциональный фактически реализуемому колесом тормозному моменту, при этом начало операции автоматического выключения/включения осуществляют при обнаружении спада тормозного момента, повторяют эту операцию на протяжении всего времени спада тормозного момента, а завершают операцию выключения/включения тормозного привода при возрастании тормозного момента.

Поставленная задача решается также и тем, что обработка сигнала соответствующего фактически реализуемому колесом тормозному моменту, заключается в вычислении производной функции этого сигнала по времени, причем при отрицательных значениях производных начинают операции автоматического выключения/включения тормозного привода, а завершают операции выключения/включения тормозного привода при положительных значениях производных.

Поставленная задача решается также и тем, что продолжительность операции выключения/включения в интервале времени от выключения до включения тормозного привода определяют в зависимости от электромеханических свойств модуляторов давления потока рабочего тела и тормозных механизмов.

Поставленная задача решается также и тем, что управление торможением осуществляют раздельно для каждого колеса.

На фиг. 1 изображена блок-схема способа управления антиблокировочной тормозной системой транспортного средства; на фиг. 2 представлена осциллограмма стендовых испытаний, характеризующая процесс экстренного торможения по предлагаемому способу; на фиг. 3 представлена осциллограмма стендовых испытаний, характеризующих процесс торможения при переходе от экстренного торможения к служебному; на фиг. 4 схематично представлен один из алгоритмов обработки сигнала, пропорционального фактически реализуемому колесом тормозному моменту, который в дальнейшем используется для формирования сигналов управления золотниковым механизмом модулятора давления рабочей среды в тормозном приводе; на фиг. 5 и 6 представлены результаты натурных испытаний процесса торможения автомобиля ВАЗ-2108 при использовании антиблокировочной системы (АБС) в соответствии с изобретением; на фиг. 7 представлены результаты испытаний процесса торможения автомобиля ВАЗ-2108 без АБС.

При торможении транспортного средства колесо 1, связанное известным образом с корпусом машины 2, посредством упруго-диссипативного элемента 3 в процессе торможения взаимодействует с опорной поверхностью 4, в результате чего возникает тормозной момент, равный М_Т = F_T R, где F_T - тормозная сила, возникающая в пятне контакта колеса 1 с опорной поверхностью 4; R - динамический радиус качения колеса 1 транспортного средства.

Способ управления антиблокировочной тормозной системой транспортного средства реализуется посредством блок-схемы (фиг. 1). Возникающий тормозной момент воспринимается элементом 5, который воздействует на датчик момента 7 (ДМ), установленный на неподрессоренной массе 7 транспортного средства (не показано). Элемент 5 связан с неподрессоренной массой 7 с помощью специальных элементов крепления 8, позволяющих элементу 5 ограниченную упругую подвижность относительно тела его крепления 7. От ДМ 6 электрический сигнал, пропорциональный фактически реализуемому колесом тормозному моменту, передается усилителю-корректору 9 (УК). Усиленный сигнал подается на вход цифроаналогового вычислительного устройства 10 (ЦАВУ), который производит формирование импульсных сигналов по переднему и заднему фронтам производной тормозного момента. Далее ЦАВУ передает сигнал на выходной каскад 11 (ВК). Сигнал от ВК 11 поступает на модулятор 12, который связан с источником давления 13, например, педальным тормозом (не показан).

При поступлении сигнала от ВК 11 на золотниковый механизм модулятора 12 производится сброс рабочей среды из тормозной системы в сливной бачок 14, тем самым происходит разблокировка тормозящего колеса 1. После отработки сигнала выключения модулятор автоматически переключается в исходное положение и направляет рабочую среду к исполнительному механизму. Если производная по времени фактически реализуемого колесом тормозного момента к этому времени остается отрицательной, модулятор вновь производит сброс рабочей среды из тормозной системы в сливной бачок 14 и вновь включает цепь торможения. Описанная операция выключения/включения тормозного привода повторяется до тех пор, пока уровень сформированного ЦАВУ 10 сигнала не достигнет +U_p.

Рассмотрим в качестве примеров, управление процессом торможения транспортного средства с использованием предлагаемого способа при различных режимах торможения. Осциллограммы записи тормозного момента и угловой скорости вращения колеса были получены в результате стендовых испытаний. На фиг.2 представлена осциллограмма, иллюстрирующая изменение тормозного момент М и угловой скорости вращения колеса , в зависимости от времени процесса торможения. Начальный период торможения характеризуется резким возрастанием тормозного момента М. При достижении М своего максимального значения в последующем происходит его спад до минимального значения, соответствующего точке "1". От точки "1" срабатывает система управления, которая производит сброс давления рабочей среды в тормозной системе, в результате происходит падение тормозного момента М. В последующем золотниковый механизм модулятора закрывается (участок 2 - 3), но при этом на указанном участке не происходит повышение тормозного момента, хотя угловая скорость вращения колеса отлична от нуля. Следовательно, для более надежного приведения колеса до начального состояния, соответствующего по состоянию до торможения, система производит еще один сброс давления рабочей среды в тормозной системе, тем самым уменьшая тормозной момент до значения, соответствующего на точке "4". От точки "4" наблюдается резкое возрастание тормозного момента после полной разблокировки колес и в дальнейшем весь процесс управления повторяется. Необходимо отметить, что в начальной стадии регулирования время регулирования t_p1 несколько больше, чем время t_p2 на втором этапе, что объясняется адаптацией системы регулирования к электромеханическим характеристикам тормозной системы. Моменты времени отмеченные t₁, t₂, t₃ соответствуют блокировке колес.

На фиг. 3 представлен вариант комбинированного торможения, позволяющий произвести проверку адаптации предлагаемого способа к изменению режимов торможения. Начальный период торможения характеризуется резким возрастанием тормозного момента (участок 0₁ - 1). После прохождения точки максимума "1" наблюдается спад момента, что объясняется скольжением колеса. Система на участке 2 - 3 - 4 производит регулирование, в результате чего колесо выводится из состояния блокировки. В дальнейшем на участке 4 - 5 происходит возрастание тормозного момента, при котором не происходит блокировки, и система регулирования не включается в работу. Падение момента на участке 5 - 6 обусловлено воздействием оператора. Система регулирования не включается в работу, так как колесо не находится в состоянии блокировки. Участок 5 - 6 - 7 относится к режиму служебного торможения, а участок 0₁ - 1 - 2 - 3 к участку экстренного торможения. Следовательно, из анализа процесса регулирования можно заключить, что система регулирования по предлагаемому способу может адаптироваться к различным режимам торможения.

На фиг. 4 схематично представлена одна из операций обработки сигнала, пропорционального моменту, которой определяется его производная -U_p, +U_p, нижний и верхний уровень опорного сигнала производных. На фиг. 5 и 6 приведены осциллограммы натурных испытаний торможения заднего правого колеса на автомобиле ВАЗ-2108 с опытным устройством управления при движении по асфальтовой поверхности, покрытой уплотненным снежным покровом. При этом фиг. 5 соответствует скорости 16,7 м/с, а фиг. 6 - скорости 40 м/с. Для сравнения на фиг. 7 приведена осциллограмма экстренного торможения в тех же условиях, но без автоматического регулирования.

Практическая возможность реализации предлагаемого устройства подтверждена изготовлением опытного образца, а его работоспособность доказана стендовыми и натурными испытаниями.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества.

1. Возможность практической реализации на любом транспортном средстве.

2. Максимальное использование коэффициента сцепления.

3. Адаптация к переменным характеристикам системы "тормоза - колесо - опорная поверхность - режим торможения".

Формула изобретения

1. Способ управления антиблокировочной тормозной системой транспортного средства в процессе торможения, по которому измеряют, обрабатывают, анализируют сигналы, характеризующие состояние сцепления колес с опорной поверхностью, автоматически выключают/включают тормозной привод при блокировке колес и повторяют операцию выключения/включения тормозного привода, отличающийся тем, что измеряют, обрабатывают и анализируют сигнал, пропорциональный фактически реализуемому колесом тормозному моменту, при этом начало операции автоматического выключения/включения осуществляют при обнаружении спада тормозного момента, повторяют эту операцию на протяжении всего времени спада тормозного момента, а завершают операцию выключения/включения тормозного привода при возрастании тормозного момента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка сигнала, соответствующего фактически реализуемому колесом тормозному моменту, заключается в вычислении производной функции этого сигнала по времени, причем при отрицательных значениях производных начинают операции автоматического выключения/включения тормозного привода, а завершают операции выключением/включением тормозного привода, при положительных значениях производных.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что продолжительность операции выключения/включения в интервале времени от выключения до включения тормозного привода определяют в зависимости от электромаханических свойств модуляторов давления потока рабочего тела и тормозных механизмов.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что управление торможением осуществляют раздельно для каждого колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7