一种多模式的液压制动系统及其控制方法

1.本发明涉及液压制动领域，具体涉及一种多模式的液压制动系统及其控制方法。


背景技术：

2.制动系统是指对车辆的行驶速度进行强制降低的一系列装置，由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四部分组成。主要功用是使行驶中的车辆减速甚至停车和使下坡行驶的车辆速度保持稳定。但是由于各类车辆的工况不一，对制动系统的通用性提出了高要求。尤其针对工作环境恶劣、负载多变且运动惯性巨大的工况，对制动系统的制动性能提出了极高的要求。
3.目前全液压制动的最高技术为电液比例式制动控制技术，由于比例阀存在中位死区，导致制动器的压力响应慢，制动过程滞后。比例阀存在内泄漏，导致制动压力难以长期稳定，控制精度低。同时，比例阀的滑阀结构对油液清洁度的要求极高，油液污染会导致阀芯的卡滞，导致制动器无法有效制动，可靠性差，难以满足复杂工况下全液压制动的要求。而数字液压技术采用数字开关阀为核心控制元件，频响快，高频启闭生成的离散流体在管路中融合后可以比拟连续流体控制的效果，控制精度高，而且只有开和关两种状态，对油液的清洁度不敏感，所以抗污染能力更强，响应更快。但是数字开关阀的流量小，在需要大流量制动的时候，往往存在流量不足的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多模式的液压制动系统及其控制方法。本发明把以三位三通电磁换向阀为控制元件的电液比例控制技术和以数字开关阀为控制元件的数字液压技术融合，在数字式和复合式制动模式的基础上兼顾防抱死功能，保障了紧急制动的安全性，并通过控制器智能切换工作模式，提高了制动系统的通用性。
5.本发明首先提供了一种多模式的液压制动系统，包括二位三通的数字开关阀、电磁式三位三通比例换向阀、控制器、压力检测系统、速度检测系统和位移检测系统；
6.所述的控制器分别与位移检测系统、压力检测系统、速度检测系统相连以获取相应的检测信号；控制器与电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀相连分别对其进行控制，控制器还用于对外部充液系统进行控制；
7.位移检测系统用于获取外部踏板装置的位移信号；压力检测系统用于获取外部制动器的制动油腔压力信号，速度检测系统用于获取车轮转速；
8.电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀的进油口与外部充液系统连接，其中二位三通的数字开关阀的进油口还与蓄能器相连，电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀的出油口连接外部制动器的制动油腔；电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀回油口与外部油箱连接。
9.进一步的，所述控制器还能获取外部蓄能器的压力信号。
10.本发明还公开了一种上述多模式的液压制动系统的控制方法，其包括如下步骤：
11.1)控制器通过位移检测系统、压力检测系统和速度检测系统对相应的检测信号进行实时采集；
12.2)当控制器接收到位移检测系统的制动指令信号后，控制器根据压力检测系统的反馈信号对当前制动油腔压力信号进行判断，
13.2.1)当控制器判断当前制动油腔压力信号满足设定的轻载阈值时，在t1时刻向数字开关阀传输最适驱动频率f1和最适占空比大小β，此时控制器传输阀口开度γ让比例阀保持中位机能；
14.由于数字开关阀响应滞后时间短，频响高，所以在t2时刻开始建压；油液先从数字开关阀p口输入，通过数字开关阀将油液输入到制动器；当制动压力达到目标制动压力p0时，控制器再计算数字开关阀当前最适驱动频率f1’
和占空比β’的大小，多余油液通过数字开关阀的t口回到油箱，使制动油腔压力稳定在目标制动压力p0，实现制动压力的精准调控；
15.2.2)当控制器判断当前制动压力满足设定的重载阈值时，在t1时刻向数字开关阀传输最适驱动频率f1和最适占空比大小β，控制器传输阀口开度γ调整比例阀进油路的阀口开度大小；由于数字开关阀响应滞后时间短，频响高，所以在t2时刻开始先建压；与此同时，比例阀开始响应，在越过死区之后，参与制动建压，油液分为两路，一路通过数字开关阀，另一路通过比例阀后，两路油液最终均进入制动器；当制动压力达到目标制动压力p0时，控制器计算数字开关阀当前最适驱动频率f1’
、占空比β’和比例阀最适阀口开度γ’，并使得多余油液进入通过回油口回到油箱，实现对目标制动压力p0的高动态响应和高精度控制；
16.2.3)在2.1)的工作模式中，当控制器检测到制动压力过大，达到抱死压力p1且速度检测系统检测到急刹信号时，启动防抱死模式，控制器向数字开关阀传输最适低频驱动频率f2和占空比调制β给数字开关阀，开启点刹工作，进行紧急制动；
17.在2.2)的工作模式中，当控制器检测到制动压力过大，达到抱死压力p1且速度检测系统检测到急刹信号时，启动防抱死模式，控制器向比例阀传输阀口开度γ使其保持中位机能，控制器向数字开关阀传输最适低频驱动频率f2和占空比调制β给数字开关阀，开启点刹工作，进行紧急制动。
18.进一步的，所述2.1)和2.2)中，驱动频率f1和f1’
的范围为100-300hz，占空比β和β’的范围为0-100％。
19.进一步的，所述2.3)中，驱动频率f2的范围为10-20hz。
20.进一步的，所述轻载阈值选择区间为6-12mpa；重载阈值选择区间为大于12mpa；所述急刹信号是指在1.5s内，车辆运动速度减小到原运行速度的20％以下。
21.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果有：
22.1.本发明提出将数字开关阀和传统比例阀结合的结构，解决了传统制动技术响应慢、稳定性差等问题；
23.2.本发明采用了数字式制动模式，通过数字开关阀的高频启闭，减小了制动响应时间，同时达到制动压力精准调控的效果；
24.3.本发明采用了复合式制动模式，在大流量制动的同时，兼顾其快速响应性和其
稳定性；
25.4.本发明在以上两种模式上兼顾了防抱死模式，通过数字开关阀的低频启闭，进行车辆点刹，达到了紧急制动的效果，保障了行驶车辆的安全性，增加了制动系统的通用性，并可通过控制器自主切换制动模式。
附图说明
26.图1为多模式的液压制动系统原理示意图；
27.图2为数字式控制模式的示意图；
28.图3为复合式控制模式的示意图；
29.图4为数字式控制模式、复合式控制模式下的控制系统建压对比图；
30.图5为防抱死模式控制系统控压对比图；
31.其中，1-二位三通的数字开关阀，2-蓄能器，3-电磁式三位三通比例换向阀。
具体实施方式
32.下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
33.如图1所示，本实施例的多模式的液压制动系统，包括二位三通的数字开关阀1、电磁式三位三通比例换向阀3、控制器、压力检测系统、速度检测系统和位移检测系统；
34.所述的控制器分别与位移检测系统、压力检测系统、速度检测系统相连以获取相应的检测信号；控制器与电磁式三位三通比例换向阀3、二位三通的数字开关阀1相连分别对其进行控制，控制器还用于对外部充液系统进行控制；控制器分别向充液系统传输输入信号α，向数字开关阀传输占空比调制信号β(0-100％)、驱动频率信号f1、f2，向比例阀传输阀口开度γ。
35.位移检测系统用于获取外部踏板装置的位移信号；压力检测系统用于获取外部制动器的制动油腔压力信号，速度检测系统用于获取车轮转速；
36.电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀的进油口与外部充液系统连接，其中二位三通的数字开关阀1的进油口还与蓄能器2相连，电磁式三位三通比例换向阀3、二位三通的数字开关阀1的出油口连接外部制动器的制动油腔；电磁式三位三通比例换向阀3、二位三通的数字开关阀1回油口与外部油箱连接。
37.在本发明的一个具体实施例中，充液系统是给蓄能器充液，保障蓄能器可以提供足够的制动压力，当控制器检测到蓄能器压力不足时，通过传输控制信号α，充液系统向蓄能器充液补充压力。
38.控制器通过压力检测系统和速度检测系统对制动器的信号实时采集后，智能切换数字式制动模式、复合式制动模式和防抱死制动模式三种制动工作模式。
39.目标制动压力p0的大小由踏板装置的行程决定，即行程距离越大，目标制动压力p0也就越大(目标制动压力p0≤抱死压力p1)。
40.以下对本发明的多模式的液压制动系统的控制方法进行介绍：
41.控制器通过位移检测系统、压力检测系统和速度检测系统对相应的检测信号进行
实时采集；其中，压力检测系统对制动器的制动油腔压力进行检测；速度检测系统对车轮转速进行检测后，通过检测系统内部换算得到车辆的行驶速度。
42.当控制器接收到位移检测系统的制动指令信号后，控制器根据压力检测系统和速度检测系统的反馈信号对当前制动压力进行判断，
43.工作模式一(数字式制动模式)
44.如图2所示，工作模式一为数字式建压和数字式控压的控制模式，当控制器接收到位移检测系统的制动指令信号后，控制器根据压力检测系统的反馈信号，经过控制器内部运算，当检测到当前制动压力满足“轻载”阈值时(6-12mpa内选定的一个阈值)，在t1时刻向数字开关阀传输最适驱动频率f1(100-300hz)和最适占空比大小β(0-100％)。此时，控制器传输阀口开度γ让比例阀保持中位机能。由于数字开关阀响应滞后时间短，频响高，所以在t2时刻开始建压，但是数字开关阀输出流量小，整个建压过程相较于模式二比较长(如图4所示)。
45.因此，工作模式1建压时，油液先从p口输入，通过高频驱动频率f1和占空比调制β的数字开关阀，油液输入到制动器。当制动压力达到目标制动压力p0时，控制器再计算最适驱动频率f1(100-300hz)和占空比β的大小，多余油液通过数字开关阀回到t口，使其稳定在目标制动压力p0，实现制动压力的精准调控。
46.工作模式二(复合式制动模式)
47.如图3所示，工作模式二为数字/比例复合式建压和数字/比例复合式控压的控制模式。当控制器接收到位移检测系统的制动指令信号后，控制器根据压力检测系统的反馈信号，经过控制器内部运算，当检测到当前制动压力满足“重载”阈值时(重载阈值大于12mpa，根据具体情况选择)，在t1时刻向数字开关阀传输最适驱动频率f1(100-300hz)和最适占空比大小β(0-100％)，控制器调整比例阀进油路的阀口开度γ，，计算最适阀口开度γ的大小。由于数字开关阀响应滞后时间短，频响高，所以在t2时刻开始先建压。与此同时，比例阀开始响应，在越过死区之后，参与制动建压，油液经过数字开关阀和比例阀汇总至制动器，进行大流量的压力制动(如图4所示)。
48.因此，工作模式2建压时，油液先从p口输入，分为两路，通过高频驱动频率f1和占空比调制β的数字开关阀。另一路通过比例阀后，油液进入制动器。当制动压力达到目标制动压力p0时，控制器再次通过压力检测系统和速度检测系统实时计算最适占空比β、最适驱动频率f1和比例阀最适阀口开度γ的大小，使得多余油液进入回油口t口，实现了对目标制动压力p0的高动态响应和高精度控制。
49.工作模式三(防抱死制动模式)
50.当制动压力过大，达到抱死压力p1时，会造成爆胎、漂移、侧翻等一系列安全事故。工作模式三是在工作模式一和二的基础上附加防抱死功能。当处于数字式制动模式时，由控制器检测到制动压力达到p1且速度检测系统检测到急刹信号时(在1.5s内，车辆运动速度减小到原运行速度的20％以下)，启动防抱死模式，控制器经过计算向数字开关阀传输最适低频驱动频率f2(10-20hz)和占空比调制β的大小，开启点刹工作，进行紧急制动。
51.同理，当处于复合式制动模式时，由控制器检测到制动压力达到p1且速度检测系统检测到急刹信号时(在1.5s内，车辆运动速度减小到原运行速度的20％以下)，启动防抱死模式，控制器向比例阀传输比例阀的阀口开度γ，使其保持中位机能。控制器经过计算向
数字开关阀传输最适低频驱动频率f2(10-20hz)和占空比调制β的大小，开启点刹工作，进行紧急制动。
52.若目标制动压力均为p0时，本发明的制动系统在数字式控制模式和复合式控制模式下的建压对比效果如图4所示。
53.模式一：当t1时刻控制器接收到制动信号时，t2时刻开始建压，此时数字开关阀高频响应，在t5时刻达到目标制动压力p0后，通过控制器实时调控数字开关阀β和驱动频率f1的大小进行精准控压，使制动压力保持p0不变；
54.模式二：当t1时刻控制器接收到制动信号时，由于数字开关阀响应速度远大于比例阀，所以也在t2时刻开始建压。与此同时，比例阀也开始响应，在t3时刻越过死区后，和数字开关阀一起建压，在t4时刻到达目标制动压力p0，通过控制器实时调控数字开关阀β的大小和比例阀的阀口开度γ的大小进行精准控压，使制动压力保持p0不变。
55.如图5所示，为本发明的制动系统在模式三下的对比效果。
56.模式三：数字式工作模式时，在t7时刻达到抱死压力p1，启动防抱死模式，通过数字开关阀低频启闭，对车轮点刹，进行紧急制动；同理，复合式工作模式时，在t6时刻达到抱死压力p1，启动防抱死模式，关闭比例阀，使其使其进出油口都封闭，通过数字开关阀低频启闭，对车轮点刹，进行紧急制动。
57.本发明把以三位三通电磁换向阀为控制元件的电液比例控制技术和以数字开关阀为控制元件的数字液压技术融合，在数字式和复合式制动模式的基础上兼顾防抱死功能，保障了紧急制动的安全性，并通过控制器智能切换工作模式，提高了制动系统的通用性。
58.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种多模式的液压制动系统，其特征在在于，包括二位三通的数字开关阀、电磁式三位三通比例换向阀、控制器、压力检测系统、速度检测系统和位移检测系统；所述的控制器分别与位移检测系统、压力检测系统、速度检测系统相连以获取相应的检测信号；控制器与电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀相连分别对其进行控制，控制器还用于对外部充液系统进行控制；位移检测系统用于获取外部踏板装置的位移信号；压力检测系统用于获取外部制动器的制动油腔压力信号，速度检测系统用于获取车轮转速；电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀的进油口与外部充液系统连接，其中二位三通的数字开关阀的进油口还与蓄能器相连，电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀的出油口连接外部制动器的制动油腔；电磁式三位三通比例换向阀、二位三通的数字开关阀回油口与外部油箱连接。2.根据权利要求1所述的多模式的液压制动系统，其特征在在于，所述控制器还能获取外部蓄能器的压力信号。3.一种如权利要求1所述的多模式的液压制动系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)控制器通过位移检测系统、压力检测系统和速度检测系统对相应的检测信号进行实时采集；2)当控制器接收到位移检测系统的制动指令信号后，控制器根据压力检测系统的反馈信号对当前制动油腔压力信号进行判断，2.1)当控制器判断当前制动油腔压力信号满足设定的轻载阈值时，在t1时刻向数字开关阀传输最适驱动频率f1和最适占空比大小β，此时控制器传输阀口开度γ让比例阀保持中位机能；由于数字开关阀响应滞后时间短，频响高，所以在t2时刻开始建压；油液先从数字开关阀p口输入，通过数字开关阀将油液输入到制动器；当制动压力达到目标制动压力p0时，控制器再计算数字开关阀当前最适驱动频率f1’
和占空比β’的大小，多余油液通过数字开关阀的t口回到油箱，使制动油腔压力稳定在目标制动压力p0，实现制动压力的精准调控；2.2)当控制器判断当前制动压力满足设定的重载阈值时，在t1时刻向数字开关阀传输最适驱动频率f1和最适占空比大小β，控制器传输阀口开度γ调整比例阀进油路的阀口开度大小；由于数字开关阀响应滞后时间短，频响高，所以在t2时刻开始先建压；与此同时，比例阀开始响应，在越过死区之后，参与制动建压，油液分为两路，一路通过数字开关阀，另一路通过比例阀后，两路油液最终均进入制动器；当制动压力达到目标制动压力p0时，控制器计算数字开关阀当前最适驱动频率f1’
、占空比β’和比例阀最适阀口开度γ’，并使得多余油液进入通过回油口回到油箱，实现对目标制动压力p0的高动态响应和高精度控制；2.3)在2.1)的工作模式中，当控制器检测到制动压力过大，达到抱死压力p1且速度检测系统检测到急刹信号时，启动防抱死模式，控制器向数字开关阀传输最适低频驱动频率f2和占空比调制β给数字开关阀，开启点刹工作，进行紧急制动；在2.2)的工作模式中，当控制器检测到制动压力过大，达到抱死压力p1且速度检测系统检测到急刹信号时，启动防抱死模式，控制器向比例阀传输阀口开度γ使其保持中位机能，控制器向数字开关阀传输最适低频驱动频率f2和占空比调制β给数字开关阀，开启点刹工
作，进行紧急制动。4.根据权利要求3所述的多模式的液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述2.1)和2.2)中，驱动频率f1和f1’
的范围为100-300hz，占空比β和β’的范围为0-100％。5.根据权利要求3所述的多模式的液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述2.3)中，驱动频率f2的范围为10-20hz。6.根据权利要求3所述的多模式的液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述轻载阈值选择区间为6-12mpa；重载阈值选择区间为大于12mpa；所述急刹信号是指在1.5s内，车辆运动速度减小到原运行速度的20％以下。7.根据权利要求3所述的多模式的液压制动系统的控制方法，其特征在于，控制器检测蓄能器的压力，当蓄能器压力不足时，向充液系统传输控制信号α，充液系统向蓄能器充液补充压力。

技术总结
本发明公开了一种多模式的液压制动系统及其控制方法，所述系统包括二位三通的数字开关阀、电磁式三位三通比例换向阀、控制器、压力检测系统、速度检测系统和位移检测系统；控制器通过压力检测系统和速度检测系统对制动器的信号实时采集后，智能切换数字式制动模式、复合式制动模式和防抱死制动模式三种制动工作模式。本发明把以三位三通电磁换向阀为控制元件的电液比例控制技术和以数字开关阀为控制元件的数字液压技术融合，在数字式和复合式制动模式的基础上兼顾防抱死功能，保障了紧急制动的安全性，并通过控制器智能切换工作模式，提高了制动系统的通用性。提高了制动系统的通用性。提高了制动系统的通用性。


技术研发人员：钟麒 徐恩光 贾体伟 余诚 何贤剑 王俊贤
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/5/25