载重汽车挂车的制动装置 【技术领域】
本发明涉及一种按权利要求1特征所述的载重汽车挂车的制动装置。
背景技术
由DE 38 29 951 C2已知一种载重汽车挂车制动装置，用于根据负载调整制动压力，其中，为四个汽车车轮的每个制动缸配设一个相应于传统的ABS阀的磁阀和一个车轮转速传感器。磁阀和车轮转速传感器与中央控制器连接，中央控制器在制动时根据轴的负载分配控制磁阀。在此装置中，为了根据轴负载调整制动压力，完全省略确定车轮的绝对滑转。确切地说，为了评估车轮转速信号，总是采用超过一个宁可说是粗略的中间轴的“车轮转速差阈值”，作为制动压力极限的准则。
由DE 44 43 522 A1已知一种确定路面斜度的方法，其中，对于一种被驱动的行驶状态和一种自由滚动的行驶状态，分别确定驱动轴与非驱动轴的车轮转速差，并由此差值确定倾斜常数。
由DE 198 09 546 C1已知一种方法用于在转弯行驶过程中自动确定可转向的汽车的轴距，其中轴距根据给定的轮距和测得的车轮圆周速度确定。
由申请人的先有技术已知一种载重汽车挂车用的电子制动系统，其中，为前轴制动器和后轴制动器分别配设一活性的压力调整模块。这些压力调整模块各有三个磁阀，亦即用于通气和排气以及用于一个“备用回路(Back-up-Kreis)”，以及有一个压力传感器。前轴压力调整模块的控制通过后轴压力调整模块进行，这导致高的布线费用。也就是说，针对磁阀需要三条控制线和一条地线，以及针对压力传感器需要一条传感器线和一条地线。
【发明内容】
本发明的目的是创造一种用于载重汽车挂车的制动装置，它低成本和需要较低地结构费用。
此目的通过权利要求1的特征达到。本发明有利的设计及进一步发展可见从属权利要求。
本发明的基本原理在于，载重汽车挂车前轴的制动器通过单个公共的ABS阀控制，它配属于两个前轴制动器，以及它由一个原本为后轴制动器配设的电子制动设备亦即EBS模块控制，确切地说，根据前轴与后轴之间的一个所谓的“滑转差(Differenzschlupf)”进行控制。
简单地说，后轴制动器的制动压力调整通过一个压力调整模块完成，它对为两个前轴制动器配设的ABS阀进行电控。
ABS继动阀仅由两个用于制动压力保持或排放的磁阀组成。在这里不需要用于前轴制动器的压力传感器。也不设任何备用阀。因此，为了连接压力调整模块与ABS阀只需要三条连接线。
因为按本发明不在前轴处设压力传感器，所以前轴制动器的压力调整不可能如有压力传感器那样非常准确。但尽管如此，在前轴处压力传感器的“缺失”可以通过一种所谓的“滑转差调整算法(Differenzschlupfregelalgorithmus)”基本上得到补偿，因为测量车轮速度并由此确定在两根轴的车轮上的车轮滑转，从而有可能“说明”有关于瞬时的制动力分布状况。
也就是说，前轴的制动压力调整根据由车轮转速传感器提供的车轮转速信号和由此导出的前轴与后轴之间的“滑转差信号”实施。
调整的目的在于，以这样的方式控制前轴制动压力：使制动时在前轮和后轮上产生的滑转相等，或，使前轴和后轴“滑转信号”之间的差值保持在一个给定值范围内。
以此方式保证两根轴近似均匀地减速或保证一个均匀的减速比。为此，前轴制动压力相应地调整，亦即必要时减小通过气动控制管路给定的制动压力。也就是说，经由气动控制管路给定的制动压力，与可通过ABS阀控制前轴制动缸的最大制动压力相等。
【附图说明】
下面借助附图表示的实施例详细说明本发明。其中：
图1按本发明的制动装置示意图；以及
图2在转弯行驶时挂车运动学关系的示意图。
图1示意表示载重汽车挂车的制动装置。
【具体实施方式】
此载重汽车挂车有一根可转向的包括前轮1、2的前轴和一根包括后轮3、4的后轴。为前轮1、2和后轮3、4分别配设一个车轮转速传感器5-8，它们通过电线9-12与一个电动气动制动压力调整模块13(EBS模块)连接，它原本配属于后轴制动器。为前轮1、2和后轮3、4分别配设一制动器14-17，它们可借助前轴的制动缸18、19或后轴的弹簧储能制动缸20、21操纵。
挂车的制动装置可通过三个接头与牵引车的制动装置连接，亦即一个气压供应管接头22、一个气动控制管路接头21和一个电控接头23。
供应管接头22通过单向阀25和停车阀26与压缩空气罐27连接。气动管路28从压缩空气罐27导向压力调整模块13的供应进口。此外，从停车阀26分出一根去压力调整模块13的气动管路29。在停车阀26与压缩空气罐27之间延伸的气动管路30与ABS阀32的供应进口31连接。
ABS阀32共同配属于前轴的两个制动缸18、19，以及通过气动管路33与制动缸18连接和通过气动管路34与制动缸19连接。此ABS阀32有两个电控进口，它们通过“一条”在这里仅示意表示的电线35与压力调整模块13连接。
此外，ABS阀32有一个气动控制进口36，它通过单向阀37与气动控制接头23连接。气动控制进口36还通过气动控制管路38与压力调整模块13的气动控制进口连接。压力调整模块13有一个组合在内的压力传感器(未表示)，它测量在气动控制管路38内的压力，亦即在ABS阀气动控制进口36处存在的控制压力，它与可控制制动缸18、19的最大压力相等。
压力调整模块13有气动出口39-42，它们通过配设的气动管路与弹簧储能制动缸20或21连接。
此外，在后轴处还设有气动的轴负载传感器或膜盒43、44，它们可以在制动和起动时确定轴负载，尤其动态的轴负载。这些轴负载传感器43、44通过电线与压力调整模块13连接，在这里仅举例借助于电线45表示。相应地在前轴处可以设轴负载传感器45、46，但这不是强制需要的。
在一次制动过程中，司机通过制动踏板和气动控制管路23以及电控制线24发出一个要求制动的信号。按照司机的制动要求，压力调整模块13根据瞬时轴负载分布控制弹簧储能制动缸20、21内的制动压力。通过车轮转速传感器8、9监测后轮3、4的车轮转速状况，以及在有抱死危险时必要时限制后轴制动压力。
与此同时，压力调整模块13通过电线35控制ABS阀32，确切地说根据在弹簧储能制动缸20、21中经控制的后轴制动压力和整台汽车的“车轮转速状况”进行控制，这一状况由车轮转速传感器5-8持续监测。根据由车轮转速传感器5-8提供的车轮转速信号，压力调整模块13确定一个“滑转差信号”，它通过一个在前轴和后轴的车轮1、2或3、4上可能存在的“滑转差”发出。
在制动过程中，压力调整模块13按这样的方式控制ABS阀32，即，使得在前轴上和在后轴上调整为近似相同的车轮滑转，或，使前轴与后轴之间的滑转差处于给定值范围内。
简而言之，制动缸18、19通过ABS阀32控制前轴制动压力，确切地说，根据司机提出的制动要求和后轴负载进行控制。除此之外可补充地通过轴负载传感器45、46测量前轴负载并在ABS阀32的控制中或在前轴的制动压力控制中计入。
按本发明的滑转差调整基本上由下面三个主要部分组成：
1.估算或计算在前轴上的当前制动压力。
2.在考虑可能的转弯行驶的情况下确定前轴与后轴之间的滑转差。
3.控制或调整滑转差。
估算前轴制动压力
已经说到，在前轴没有设压力传感器。因此前轴处的制动压力不能准确测量，而是近似估算，亦即计算。
通过气动控制进口36在ABS阀32上存在控制压力。此控制压力是已知的，因为它由在压力调整模块13中的压力传感器(未表示)测得。ABS阀32估算的出口压力，亦即前轴制动压力可处于其中的压力范围，在零与在管路36、38内存在的控制压力之间，后者在压力调整模块13中测量。
经控制的实际前轴压力近似地通过时间积分计算，确切地说根据由压力调整模块13通过电线35给定的ABS阀32的“控制特征曲线”，亦即根据ABS阀32“开和关行程的数量和”持续时间以及瞬时存在的控制和供应压力计算，其中供应压力例如为8bar。
也就是说，压力调整模块13通过ABS阀32向制动缸18、19供应“期望的”前轴制动压力。为了估算压力采用一个“变量”，它规定估算范围，“正常情况下”采用通过气动控制管路23给定的等于可控制的瞬时最大前轴制动压力“P-MAX”的控制压力作为范围自变量。但是若前轴阀认为是一个4S3M装置(包括四个传感器和三个制动压力控制阀的制动装置)以及此EBS是主动式的和所要求的制动压力高于压力调整模块的阈值，则适用于如下所述：
—所要求的制动压力应使用于作为估算用的范围界限，
—所期望的前轴制动压力应使用于作为ABS的“范围界限”，
—所期望的前轴制动压力和所期望的ABS制动压力的最小值应使用于作为估算用的期望压力。
滑转差的确定
通过滑转差计算得到下列数据用于借助“滑转差调节器”作进一步处理：
1.一个信号，它表示汽车的轴距-轮距比(Wheelbase-track-ratio)“已获得(gelernt)；
2.瞬时“转弯比”(cornering ratio)；
3.经直径和转弯比矫正的滑转差(differential slip)。
具有可转向的前轴的载重汽车挂车的轴距-轮距比，当满足规定的条件时可根据车轮速度“获得”或计算。表示轴距-滑转比已获得的信号，在轴距-轮距比从接通(Power on)后至少获得一次时产生。
轴距-轮距比可储存在EEPROM内。在这种情况下，当轴距-轮距比从挂车的EBS系统安装后至少获得一次时产生上述信号。只有在获得到一个与在EEPROM内储存的值有显著差别的轴距-轮距比时才应清除此信号。这可能暗示，挂车的EBS模块安装在另一辆汽车内。
若产生了此信号，则“滑转调节器”甚至在狭窄地转弯时也应凭借经转弯补偿的滑转差值。
此信号应在ABS作用期间以及附加地在这之后0.5秒产生。
转弯比
转弯比(cornering ratio)提供有关汽车正好行驶的曲线如何狭窄的信息。在这里，转弯比是由汽车两个后轮速度之差与“平均”后轴速度得出的在数量上的比值。它用百分数表示以及是一个非负的值(量)。也就是说，转弯比不需要提供有关汽车是否正在左转弯或右转弯行驶的信息。
滑转差
滑转差(differential slip)是经“车轮直径和转弯补偿的”。这意味着，在监测是否在前轴与后轴之间存在“滑转差”时，必须考虑汽车的车轮直径和转弯比，尤其是汽车是否瞬时转弯行驶或汽车是否直线行驶。也就是说，在具有可转向的前轴的挂车中，当转弯行驶时，前轮速度本质上大于后轮的速度。因此，滑转差不可能通过在前轴与后轴之间构成一种“简单的”车轮速度差确定。若在确定滑转差时人们不能考虑瞬时的转弯比，也就是没有在转弯行驶与直线行驶之间作出区别，从而必然存在误差。
在具有可转向的前轴的挂车中的运动学关系结合图2详细说明。在这里采用下列变量：
前轮速度 v1，v2
后轮速度 v3，v4
前轴平均速度 vVA
后轴平均速度 vHA
后轮速度差 ΔvHA
前轴基准速度 vVA，Ref
轴距 RST
轮距 SP
轴距-轮距比 φ
挂车的偏转速率 dΩ/dt
前轴相对于瞬时极M的平均转弯半径 R1
后轴相对于瞬时极M的平均转弯半径 R2。
图2示意表示有可转向的前轴包括前轮1、2和后轮3、4的挂车处于转弯行驶中。通过图1中表示的车轮转速传感器5、6测量前轮1、2的车轮圆周速度v1、v2。相应地用车轮转速传感器7、8测量后轮3、4的车轮转速或在考虑车轮直径的情况下测量后轮3、4的车轮圆周速度v3、v4。由车轮圆周速度v1、v2可以确定“平均的”前轴速度vVA：
vVA=v1+v22.]]>
相应地确定后轴平均速度vHA：
vHA=v3+v42.]]>
前轴与后轴之间的滑转差Δs可按下式确定：
Δs=vVA-vHAvHA[0,1%].]]>
轴距-轮距比的确定
轴距可使用毕达哥拉斯定理根据前轴平均速度和后轴平均速度计算。
因此挂车的轴距为：
RST=R12-R22]]>
将两个平均转弯半径分别与汽车的偏转速率相乘，得出在轴中点的“切向速度”，亦即前轴平均速度vVA和后轴平均速度vHA：
vVA=dΩ/dt≅R1;]]>
vHA=dΩ/dt≅R2.]]>
在后轴上的速度差，亦即在后轴右轮3与后轴左轮4之间的速度差为：
ΔvHA=dΩ/dt≅SP.]]>
轴距-轮距比φ可计算如下：
φ=RSTSP=R12-R22SP]]>
用dΩ/dt乘分子分母便得出：
φ=(dΩ/dt·R1)2-(dΩ/dt·R2)2dΩ/dt·SP=vVA2-vHA2ΔvHA]]>
因此轴距-轮距比可根据车轮速度计算。
但此公式只是在满足下列边界条件时才适用：
a)在车轮上没有纵向滑转或没有制动；
b)在车轮上没有侧向滑转，亦即没有明显的侧向加速度；
c)车轮速度通过车轮直径校准修正；
d)为了达到足够的精度车轮速度值不过小；
e)为了足够的精度存在显著的转弯比。
横向加速度，亦即侧向加速度，可根据速度和转弯比确定。轴距-轮距比的获得过程应在连续满足上述条件的情况下以测量持续时间平均1秒钟为基础。
当获得过程在接通(power on)后至少实施了一次时，应发出显示此获得过程的信号。直到那时应使用轴距-轮距比的给定值(defaultvalue)。例如作为轴距-轮距比的“初值”可给出φ＝2.5。
前轴与后轴之间滑转差的计算
计算可以上述公式
Δs=vVA-vHAvHA]]>
为基础。在此式中后轴平均速度vHA是基准速度(分母)。
但实际上应取代后轴平均速度vHA在分母内使用“前轴基准速度”，它由后轴平均速度vHA、转弯比和轴距-轮距比算出。
由图2可知，在采用毕达哥拉斯定理的情况下，前轴基准速度vVA，Ref可计算如下：
vVA,Ref=vHA2+(dΩ/dt·RST)2]]>
vVA,Ref=vHA2+(dΩ/dt·SP·φ)2]]>
由ΔvHA=dΩ/dt≅SP]]>得出：
vVA,Ref=vHA2+(ΔvHA·φ)2]]>
由此，用于计算滑转差Δs的公式如下：
Δs=vVA-vHA,RefvVA,Ref=vVAvVA,Ref-1[0,1%].]]>
滑转差的值原则上应进行过滤，其中，时间常数例如为0.25s。但在ABS作用的情况下不应进行过滤，因为在ABS作用期间过大的滑转差值影响ABS作用后的性能。
滑转调节器
向滑转调节器输入下列参数作为进口参数：
—经补偿的滑转差[0，1％]；
—转弯比[％]；
—显示轴距-轮距比已获得的信号。
滑转差调节器作为出口信号提供期望的前轴压力PVA或与此期望的前轴压力对应的用于前轴ABS阀的控制信号。
滑转调节器是一个纯积分调节器(I-Regler)。用于滑转调节器的反馈信号是经补偿的滑转差Δs[0，1％]。
调节器的控制信号或调节参数是前轴制动压力与挂车制动压力(亦即司机要求的后轴制动压力)之间的比值为[0，1％]。
控制信号为1000的意思是，前轴制动压力PVA与后轴制动压力PHA大小相等。
I项(这是控制信号本身)的放大应为
30%/s%.]]>
这意味着，在滑转差为+1％的情况下，控制信号，亦即期望的前轴制动压力PVA与期望的后轴制动压力PHA之比，有30％/s的增大率。
调节器应有1％的公差带。这意味着，若滑转差在区间[-1％，+1％]内，这相当于滑转差值为-10…+10，则应清除此放大，也就是说，不应改变控制信号。
调节器的初始化
在操纵EBS系统后，控制信号(I项)应初始化，具体而言用给定的比值为1∶1初始化，它相当于一个“起始值”为1000。
但此起始值可以在多次制动操作过程中调整。最佳的制动力分配取决于挂车的几何尺寸以及重心的水平和垂直位置，重心与负载有关。这些特性中任一项都不会从一个时刻到另一时刻迅速改变。因此假定，负载状态仅能在断开状态与接通状态之间改变，或在汽车停车时处于接通状态，而此状态持续时间不超过5分钟。
应设一变量存储器用于储存控制信号的初始化值。在一次“重置”后的给定值(default value)应为1000。当满足下列条件时它应通过控制信号修改：
a)车轮速度通过车轮直径校准修正；
b)从接通后至少完成一次车轮直径校准；
c)EBS和滑转调节都是活化的；
d)在瞬时制动操作时不施加ABS作用；
e)滑转差在最后0.5s持续处于-1％…+1％之间；
f)转弯比小于3％。
初始化值在汽车停车5分钟后应返回给定值(default value)1000。
安全水平
制动装置监测对于一个完整的功能是否存在必要的条件。有下列必要条件：
—存在四个车轮转速信号；
—存在控制压力信号；
—可提供后轴制动压力的调整。
需要下列安全水平：
—在一切都有效时有完整的功能；
—当车轮传感器存在故障时有均匀的制动压力分布，亦即没有滑转调节；
—当后轴制动压力调节存在故障时，控制压力向出口导通；在这种情况下不在任一轴上实施压力调节。
a)调节结束
若在EBS系统内出现故障，ABS阀控制通过控制压力管给定的在前轴制动缸内的最大压力。
b)1∶1调节
在一个车轮转速传感器故障时或当一个车轮转速传感器工作不可靠时，若EBS系统未活化，则实施“转换”到“Default”状态。在这种情况下，出口信号，亦即前轴制动压力PVA等于后轴制动压力PHA。
c)调节活化
前轴制动压力PVA应为：
此控制信号应在每个循环中计算。
在EBS作用时应采取“Default状态”(只在一种4S3M装置中)。
d)调节冻结
这种状态基本上对应于活化状态，但不改变控制信号。因此制动压力分布是“被冻结的”。
当满足下列条件之一时，从“活化状态”过渡到“被冻结的”状态。
—没有ABS-Flag-Clear(ABS活动性和在随后的5秒停止)；
—转弯比＞下限(当轴距-轮距比未获得时)；
—转弯比＞上限(当轴距-轮距比已获得时)。