專利名稱：機電式acbs汽車緩速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機電式ACBS汽車緩速器，由外束式齒輪傳動制動器、氣源和控制閥、水循環冷卻系統、中央緩速器控制系統(ECU)及外圍電氣部分組成，特別適用于客車、重型車輛制動系統的緩速裝置。更具體而言是指一種新型可自動間隙調整的外束式齒輪傳動制動器、氣制動閥門控制技術、水冷技術及輔助制動控制技術的系統。
背景技術：
近年來，隨著國家車輛行車和制動安全的相關法律先后出臺，汽車緩速器市場的需求量增長迅速，電渦流緩速器占有很大的市場，電渦流緩速器的主要缺點在于尺寸龐大、 機體沉重、消耗電能且受周圍環境溫度影響較大，目前只適用于大型商用車輛。目前國產的電渦流緩速器存在加工工藝粗糙，轉子熱變形厲害、緩速器壽命短、存在磁場渦流熱散熱不足，線圈易燒斷，檔位易產生誤操作以及與整車的匹配電氣等問題。現有的汽車主制動器內張式鼓式剎車裝置，多為定心凸輪式外張領從蹄式制動器，缺點是驅動凸輪的力要大而效率卻相對較低，其效率約為0. 6 0. 8，且內張式鼓式制動器的制動效能和散熱性不是很好，制動力穩定性差，在不同路面上制動力變化很大，不易于掌控，而且由于散熱性不好，鼓式制動器長時間制動熱衰退現象很明顯，制動功率不斷下降，影響行車安全，所以它不滿足山區公路上連續下坡行駛時的制動要求。所以，有必要研制一種新型機電式ACBS緩速器，采取最有效的控制技術，實現制動功率恒定、制動車速恒定、制動器摩擦溫升受控，散熱迅速、并具有點剎、恒功率和恒速等功能。
發明內容
本發明專利的目的是為了克服現有的技術不足，提供一種剎車功率恒定、平穩性與剎車效果明顯增強，采用循環水冷卻系統，明顯降低制動產生的摩擦鼓溫升，提高制動系統使用壽命和行車安全性的緩速器及其控制方法。較其它緩速器，其質量輕、體積小、價格低廉、反應靈敏、制動效果好、能長時間持續下坡。此緩速器控制技術涉及到了對車輛原有氣制動系統的改進，在不影響整車原有制動性能的情況下，充分利用氣室和氣路來完成緩速器的供氣。在電路方面，涉及到了車速、溫度、氣制動壓力、駕駛員操作的判斷和防誤操作功能，能夠實現速度、溫度、壓力的實時監控以及與ABS的匹配，CAN總線的通信等功能。 采用ISP編程技術、電源管理、硬件看門狗等技術，保證了控制器更好的穩定性。如圖1、圖2、圖3所示，本發明的機電式ACBS汽車緩速器的結構設計技術方案是 支架(1)安裝在汽車變速箱輸出端的后蓋上(變速箱輸出軸法蘭)或固定在車輛底盤上，摩擦鼓(8)安裝在變速箱輸出軸法蘭盤上(傳動軸上或主減速器主動齒輪法蘭盤上)，需要制動時，通過控制氣室內氣壓大小，推動自動調整臂(10)繞主齒輪軸(11)轉動，主齒輪軸 (11)上的主動齒輪(13)帶動左右驅動齒輪(12)、( 15)，通過周輪系統，使得左右齒條帶動左右蹄鐵以支承銷(9)為軸心，同時向摩擦鼓(8)的中心抱緊，使車輛減速，達到制動效果。如圖4、圖5所示，本發明的機電ACBS緩速器的控制方法采用的技術方案是一套獨立的控制氣路，其包括，駐車/中央緩速器儲氣筒(17)、差動繼動閥(27)、常閉電磁閥 (30)以及PCV調節閥(25)。其中駐車/中央緩速器儲氣筒(17)通過差動繼動閥(27)與中央緩速器制動氣室(31)相連接，常閉電磁閥(30)和PCV調節閥(25)也通過差動繼動閥 (27)相連接，提供緩速器氣室另一條氣路。如圖4所示，水循環冷卻系統采用電動水泵(36)來驅動，管路接到發動機水冷系統形成回路，帶走熱量，在緩速器不工作的情況下，電動水泵(36)不工作，斷開接到緩速器的管路，充分利用了車輛現有的設備來實現了緩速器的降溫，成本低，散熱效率高。輪速傳感器(19)采用霍爾式接近開關，通過傳動軸上安裝的小塊永磁鐵來實現輪速的監控，安裝簡單，反應速度快，能夠在惡劣的工況下長期工作，程序動態的對得到的輪速進行計算，能自動的實現緩速器抱死放氣，實現防抱死功能，還能與ABS共同工作。采用精度較高，測溫范圍大的K型安裝式薄膜熱電偶鼓溫傳感器(23)來監控摩擦鼓工作表面的溫度，通過程序設定的溫度極限值來保證緩速器正常工作。該控制電路板利用大功率N溝道增強型VMOS場效應管來進行功率放大，完成電磁閥的驅動。使用DC隔離穩壓模塊來實現24V蓄電池到控制器電源的隔離，抗干擾性強，數字地和模擬地可隔離。采用MAXIM公司的MAX813L芯片來實現電源管理和看門狗功能。利用程序判斷駕駛員在操作端的意圖，防止駕駛員出現誤操作。采用AT89S52單片機來實現ISP編程，能夠在線修改控制器的程序。采用Philips公司的獨立CAN控制器 SJA1000及CAN總線驅動器TJA1050，支持CAN 2. OB協議。本發明提供一種機電式ACBS汽車緩速器控制技術，利用車輛上已有的駐車儲氣筒作為氣源，安裝較少的控制閥門就可以實現緩速器獨立的氣路，另外，電路板采用 AT89S52新型16位單片機及其MAXIM、Philips、Atmel系列外圍應用芯片，提高了控制系統的穩定性、可靠性、多功能性，VMOS場效應管驅動電路可作為通用車載器件的驅動電路。
圖1外束式齒輪傳動制動器裝配圖主視圖； 圖2外束式齒輪傳動制動器裝配左視圖； 圖3外束式齒輪傳動制動器齒輪傳動原理圖； 圖4機電式ACBS汽車緩速器原理圖； 圖5本發明的中央緩速器控制系統電氣部分示意圖； 圖6本發明的中央緩速器控制系統硬件框圖； 圖7本發明的中央緩速器控制系軟件流程圖。附圖中1_支架2-摩擦片3-左蹄鐵4-左齒條5-齒輪傳動箱6_右齒條 7-右蹄鐵8-摩擦鼓9-支承銷10-自動調整臂11-主齒輪軸12-右驅動齒輪13-主齒輪 14-過渡齒輪15-左驅動齒輪16-串列雙腔制動閥17-駐車/中央緩速器儲氣筒18-后制動繼動閥19-輪速傳感器20-CAN總線21-點火開關22-緩速器操作手柄23-鼓溫傳感器24-壓力傳感器25-PCV調節閥26-快放閥27-差動繼動閥28-感載比例閥29-三通管30-常閉電磁閥31-中央緩速器制動氣室32-中央緩速器控制系統33-溫度報警燈 34-壓力信號燈35-汽車電瓶36-電動水泵。具體實施方案如圖4、圖5所示，串列雙腔氣制動閥(16)往后制動氣室去的氣經感載比例閥(28) 分作兩路，一路送往后制動繼動閥(18)執行后輪制動功能，另一路用于控制氣路以送往差動繼動閥(27)的控制氣路口 A，駐車/中央緩速器儲氣筒(17)過來的氣經過三通管(29) 分為兩路，一路作為緩速器氣室的氣源送到差動繼動閥(27)進氣口，另一路則經過常閉電磁閥(30)作為控制氣路送到差動繼動閥(27)的控制氣路口 B，差動繼動閥(27)的出氣口經快放閥(26)直接連接到PCV調節閥(25)，PCV調節閥(25)連接到中央緩速器制動氣室 (31)，以實現制動功能。當踩下制動踏板時，串列雙腔氣制動閥(16)的輸出氣壓經感載比例閥(28)的分壓后作為差動繼動閥(27)的控制壓力輸入，在控制壓力作用下，將進氣閥推開，于是壓縮空氣便由駐車/中央緩速器儲氣筒(17)直接通過進氣口進入中央緩速器制動氣室(31)，不流經制動閥，這大大縮短了制動氣室的充氣管路，加速了氣室的充氣過程，提高了制動反應速度。當駕駛員控制緩速器操作手柄(22)將常閉電磁閥(30)通電時，駐車/ 中央緩速器儲氣筒(17)經三通管(29)的另一氣路，由于常閉電磁閥(30)的導通而作為控制氣路輸入到差動繼動閥(27)，從而使壓縮空氣由駐車/中央緩速器儲氣筒(17)進入中央緩速器制動氣室(31)。制動器開始工作，制動力由制動氣室經自動調整臂(10)傳到齒輪主軸(11)，主動軸帶動主齒輪(13)旋轉，對于右邊主齒輪(13)把轉矩傳到右驅動齒輪(12)， 由右驅動齒輪帶動右齒條(6)，進而帶動右蹄鐵(7)。對于左邊主齒輪(13)把力傳到過渡齒輪(14)，改變旋轉方向后，再傳給左邊的驅動齒輪(15)，由左邊驅動齒輪傳到左邊的齒條(4)，進而帶動左邊的蹄鐵(3)。左右兩蹄鐵共用一個支承銷(9)，兩蹄鐵同時繞蹄鐵軸 (9)為軸心轉動，同時與外輪鼓(8)表面同時接觸，產生摩擦力，形成制動力距，車輛速度就會逐漸減少，從而實現了制動器對車輛的制動功能。另外制動過程中產生的摩擦熱，制動時軸流風扇葉片產生的風場能帶走一部分熱量。車輛松剎車時，中央緩速器制動氣室中的制動氣體可通過快放閥(26)放入大氣， 制動氣室內壓力下降，制動氣室中回位彈簧在回位力的作用下帶動調整臂，進而使領蹄和從蹄向兩邊松開，摩擦片與制動鼓分離，從而實現制動器的松剎功能。車輛正常行駛時，本發明緩速器不工作，軸流風扇式制動輪鼓隨車輛傳動軸轉動， 車速越高，風速越大，對流換熱增大，有利于降低輪鼓溫度。控制過程1 輔助制動形式，常閉電磁閥(30)和PCV調節閥(25)不通電，緩速器靠制動踏板起作用
如圖5所示，踩下制動踏板時，通過拉桿機構操縱串列雙腔氣制動閥(16)，后輪制動儲氣筒的壓縮空氣通過制動閥上腔，經過感載比例閥(28)的分壓，一路作為控制氣路控制差動繼動閥(27)的進氣，使駐車/中央緩速器儲氣筒(17)的壓縮氣體直接通過差動繼動閥 (27)、快放閥(26)及PCV調節閥(25)，進入中央緩速器制動氣室(31)，使緩速器制動啟動， 緩速器會承受汽車超載部分的制動并分擔車輪制動器部分制動減輕其制動壓力，提高車輛主制動系統壽命。控制過程2 緩速器靠電控單元起作用
如圖5所示，在下長坡過程中，采用緩速器單獨制動來保持汽車的行駛速度，當駕駛員撥動緩速器操作手柄(22)時，壓力信號燈(34)亮，常閉電磁閥(30)通電，駐車/中央緩速器儲氣筒(17)的壓縮氣體，通過常閉電磁閥(30)、差動繼動閥(27)、快放閥(26)、PCV調節閥(25)進入中央緩速器制動氣室(31)，在此過程中，選好設定的檔位后，中央緩速器控制(32)系以駕駛員設定下坡速度為目標，通過接受傳動軸輪速傳感器(19)的轉速信號， 得到汽車的車速，再根據壓力傳感器(24)的信號，從而發出相應的電信號驅動PCV調節閥 (25)來控制中央緩速器制動氣室(31)制動壓力，保證制動力矩，使車速在設定的車速范圍內變化。并保證在此過程中，傳動軸不會被抱死，不會引起車輪的滑移。在此過程中，電動水泵(36)開始工作，緩速器水循環冷卻系統源源不斷的帶走緩速器產生的制動熱量，鼓溫傳感器(23)會監控中央緩速器制動輪鼓的溫度高低，若長時間制動導致緩速器溫度過高， 緩速器中央控制系統會在制動器失效的溫度臨界點，溫度報警燈(33)閃爍，關閉電動水泵 (36)，表明緩速器溫度過高，此時將自動停止緩速器工作，提醒駕駛員必須采用主制動器才能保證汽車以希望的車速行駛。在圖6所示實施例中，所述的硬件框架(1)，虛線內為控制電路總成，集成控制器盒內，虛線外部為傳感器、電磁閥、電動水泵、操作手柄外圍。具體表現為傳感器信號作為控制器輸入，電磁閥、電動水泵驅動信號作為控制器輸出，控制器電路包含光電隔離、信號處理電路、大功率驅動模塊、電源模塊、看門狗電路、電源管理模塊、CAN總線控制器及ISP編程輸出接口。如圖7所述的軟件流程圖，程序指令按如下步驟執行 (1)單片機初始化步驟521后進入I/O 口初始化步驟522 ；
(2)設置中斷入口步驟523與堆棧、看門狗指針設置步驟524；
(3)設置片內寄存器初始狀態步驟(525);
(4)設置定時器寄存器初值與限定速度初值步驟(526)與關定時器，設置計數初值步驟(527)；
(5)循環監視P3口輸入步驟(528)與水泵驅動、防誤操作子程序(529);
(6)判斷P3口的值是否等于OEH (530)，結果為是，則初始化電磁閥狀態(531)，然后進入FMOD (532)，隨后進入開啟定時器(533)以及讀取Tl計數(534)、計算速度(534)，計算完速度后進入判斷速度是否大于5Km/h，結果為是，則關閉定時器、重設初值(537)后返回(527)后繼續執行，結果為否，則設置電磁閥放氣(538)后執行(537)并隨后返回(527) 后繼續執行；
(7)若(6)中判斷P3口的值是否等于OEH (530)結果為否，則繼續判斷P3的值是否等于0CH(539)，結果為是，則設定S2 (540)后進入(545)開啟定時器，P3不等于0CH，則繼續判斷P3是否等于08H (541)，結果為是則設定S2 (542)后進入(545)開啟定時器，P3 不等于08H，再繼續判斷P3是否等于OOH (543)，結果為是，則設定S2 (544)后進入(545) 開啟定時器；
(8)開啟定時器(545)后，讀取Tl的計數值(546)并隨即計算速度(547)。然后將得到的速度進行計算，首先判斷是否大于5Km/h，結果為是則繼續判斷得到的速度是否大于設定的速度S2(549)，若小于5Km/h則設置電磁閥放氣(552)后進入關定時器，重設初值步驟 (551)，然后返回(527)后繼續執行，(549)之后若結果為是，設定電磁閥進氣后(550)進入 (551)返回(527)繼續執行。車輛持續下長坡制動時，按照國家相關長坡實驗標準，即在坡度7%、坡長6Km的坡道上，不采用主制動而保證汽車以30Km/h的速度正常行駛至坡底。本發明專利通過控制氣室內的氣壓，從而控制氣室推動的自動調整臂(10)運動情況，保證汽車在30士5Km的速度范圍行駛，當速度增大超過設定的范圍時，本發明的制動器就開始工作，通過不斷的制動、 松剎的不斷循環過程來實現車輛的減速。
權利要求
1.機電式ACBS汽車緩速器，其特征是由外束式齒輪傳動制動器、氣源和控制閥、水循環冷卻系統、中央緩速器控制系統(ECU)及電外圍電氣部分等三部分組成；具有溫升受控，具有點剎、恒功率和恒速等特點，可實現制動功率恒定、制動車速恒定、制動器摩擦散熱迅速功能。
2.根據權利要求1所述的機電式ACBS汽車緩速器，其特征是所述的外束式齒輪傳動制動器，由支架(1)、蹄鐵總成(左蹄鐵⑶和右蹄鐵(7))、摩擦片(2)(左右各兩片或多片且具有互換性)、左齒條(4)、齒輪傳動箱(5)右齒條(6)，摩擦鼓(8)、支承銷(9)、周輪組(包括主齒輪(13)、左驅動齒輪(15)、右驅動齒輪(12)以及過渡齒輪(14))、間隙自動調整臂 (10)、主齒輪軸(11)等組成。
3.根據權利要求1所述的機電式ACBS汽車緩速器，其特征是支架(1)安裝在汽車變速箱輸出端的后蓋上(變速箱輸出軸法蘭)或固定在車輛底盤上，摩擦鼓(8)安裝在變速箱輸出軸法蘭盤上(傳動軸上或主減速器主動齒輪法蘭盤上)，支承銷(9)安裝在支架下端的蹄鐵支座上，左右制動蹄鐵同時繞支承銷(9)向內旋轉緊束摩擦鼓，使得與安裝在制動蹄鐵內表面的摩擦片(2 )與摩擦鼓(8 )外表面接觸摩擦產生制動。
4.根據權利要求1所述的機電式ACBS汽車緩速器，其特征是所述的氣源和控制閥， 包括串列雙腔制動器閥(16)，駐車儲氣筒(17)，PCV調節閥(25)，快放閥(26)，差動繼動閥 (27)，感載比例閥(28)，三通管(29)，常閉電磁閥(30)。
5.根據權利要求1所述的機電式ACBS汽車緩速器，其特征是所述的水循環冷卻系統，緩速器的進水口經電動水泵(36)接管路連接到發動機水冷系統水箱的出水口，出水口經管路連接到發動機水冷系統水箱的進水口，相當于將緩速器的水循環管路與發動機水循環管路并聯到了一起。
6.根據權利要求1所述的機電式ACBS汽車緩速器，其特征是所述的中央緩速器控制系統(E⑶)及外圍電氣部分，包括AT89S52新型低功耗單片機及電源和信號處理模塊，外圍電氣部分，輪速傳感器(19)、鼓溫傳感器(23)、壓力傳感器(24)及緩速器操作手柄(22)作為E⑶的輸入信號，常閉電磁閥(30)、PCV調節閥(25)、報警和顯示電路(33、34)作為E⑶ 及相關驅動模塊的輸出信號。
7.根據權利要求1所述的機電式ACBS汽車緩速器，其特征是可以通過所述的中央緩速器控制系統(ECU)，設定緩速器操作手柄(22)各檔位下的速度范圍及制動氣室壓力值、 摩擦鼓(8)剎車工作面的溫度極限；啟用所述的中央緩速器控制系統(32)后，當汽車速度大于設定的速度時，啟用緩速器，使轉速控制在恒定的范圍內；壓力傳感器(24)可根據不同的車速要求設定緩速器的制動壓力；當鼓溫傳感器(23)監測到摩擦鼓工作表面工作溫度大于設定溫度時，緩速器停止工作。
8.根據權利要求1所述的機電式ACBS汽車緩速器，其特征在于駕駛員可以通過制動腳踏板控制串列雙腔制動器閥(16)向差動繼動閥(27)供氣，差動繼動閥(27)的控制氣路導通，使得駐車儲氣筒(17)的氣從差動繼動閥(27)的進氣口到出氣口后，經快放閥(26)、 PCV調節閥(25)進入中央緩速器制動氣室(31);駕駛員采用緩速器操作手柄(22)控制時， 常閉電磁閥(30)單獨導通了駐車儲氣筒(17)到中央緩速器制動氣室(31)的控制氣路，不需要通過串列雙腔制動器閥(16)。
9.根據權利要求3所述的一種機電式ACBS汽車緩速器控制技術，其特征在于駕駛員通過緩速器操作手柄(22)控制緩速器工作時，中央緩速器控制系統(32)接受緩速器操作手柄(22)的檔位信號和輪速傳感器(19)反饋的車速信號，通過中央緩速器控制系統(32) 的大功率驅動電路控制電磁閥進放氣，并通過壓力傳感器(24)的反饋信號來控制中央緩速器制動氣室(31)壓使得緩速器保持一定的壓力來保持一定的制動力；壓力過大容易導致緩速器抱死，中央緩速器控制系統(32)能夠及時識別壓力大小并通過PCV調節閥(25)放氣，以減少壓力；長時間工作時，中央緩速器控制系統(32)實時監控鼓溫傳感器(23)信號并在達到設定的溫度極限值之前通過PCV調節閥(25)放氣。
10.根據權利3所述的一種機電式ACBS汽車緩速器控制技術，其特征在于程序能夠通過I/O端口的輸入信號，通過存儲在E⑶的邏輯表來判斷駕駛員是否產生了誤操作或者是否操作手柄出現了問題，并且當車速低于5Km/h時，控制緩速器速不會啟動；通過硬件看門狗芯片，定時的向ECU發送信號來判斷ECU是否陷入死循環，若陷入死循環則將其復位， 輪速計算采用M/T測速法，在高速和低速段均可獲得較高的分辨。
全文摘要
本發明公開了一種機電式ACBS(Anti-lockCentralBrakingSystem)汽車緩速器及其控制方法。該緩速器包括四部分外束式齒輪傳動制動器、氣源與控制閥、水循環冷卻系統、中央緩速器控制系統(ECU)及外圍電氣部分。支架固定在汽車變速箱輸出端蓋連接端面上，摩擦鼓(8)安裝在汽車變速箱輸出軸法蘭盤上(傳動軸或主減速器主動齒輪法蘭盤上)，制動時摩擦片擠壓摩擦鼓(8)，形成制動力以達到汽車緩速或輔助制動的目的。控制部分采用氣動控制，由駐車儲氣筒供氣，通過多個氣動控制閥調整緩速器制動氣室內的壓力來控制緩速器工作。本發明可實現制動功率恒定、車速恒定、溫升受控等功能，具有制動靈敏、整體質量輕、性價比高的特點，提高了車輛制動系統的性能和行車安全性。
文檔編號B60T5/00GK102211574SQ20111003761
公開日2011年10月12日 申請日期2011年2月14日 優先權日2011年2月14日
發明者唐應時, 黃道兵 申請人:唐應時, 黃道兵