ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМОЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Электронная система управления рабочей тормозной системой транспортного средства предназначена для обеспечения управления рабочими тормозными системами автомобилей многоцелевого назначения (АМН), например, производства ОАО «КАМАЗ», ОАО «AЗ «Урал», с функциями антиблокировочного (АБС) и противобуксовочного (ПБС) режимов.
Известно устройство для автоматического управления торможением транспортной машины (см. патент РФ №2086441 на изобретение, МПК 6 В60Т 8/72, В60Т 8/00, опубл. 10.08.1997 г., по заявке №94022029/11 от 17.06.1994 г. на «Способ автоматического управления торможением транспортной машины и устройство для его осуществления», патентообладатель Ставропольский политехнический институт). Известное устройство для автоматического управления торможением транспортной машины содержит тормозной кран, связанный с педалью торможения, датчик исходного положения педали торможения, модулятор давления, тормозной механизм, затормаживаемое колесо, датчик скорости колеса, устройство выборки-хранения, датчик давления, блок оценки вектора состояния затормаживаемого колеса, управляющее устройство.
Сущность изобретения заключается в том, что в процессе непрерывного торможения оценивают моменты сил торможения каждого тормозного колеса, определяют оценку суммарной тормозной силы и оценку скорости движения транспортной машины. При заданном постоянном проскальзывании для каждого колеса определяют оценку заданной скорости колеса, сравнивают заданную скорость с фактической и определяют ошибку регулирования скорости каждого тормозного колеса.
С использованием оценок момента сил торможения и ошибок регулирования скорости определяют заданное давление в тормозном приводе каждого тормозного колеса, сравнивают заданное давление с фактическим давлением и по сигналу ошибки формируют управляющие сигналы, которые подают на модуляторы давления каждого тормозного колеса.
Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: датчик скорости колеса, модулятор давления, управляющее устройство.
Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что данное устройство, обеспечивая повышение эффективности торможения транспортного средства за счет формирования структуры системы автоматического управления на основе адаптивных методов оценки вектора состояния системы, не производит диагностирование технического состояния блока управления и периферийных устройств с выдачей сообщений о неисправностях и не имеет возможности работы в противобуксовочном режиме, чем не обеспечивает достаточную надежность работы транспортного средства в сложных экспуатационно-дорожных условиях.
Известно антиблокировочное устройство для тормозной системы транспортного средства (см. патент РФ №2254247 на изобретение, МПК 7, В60Т 8/88, опубл. 20.06.2005 г., по заявке №2004100919/11 от 09.01.2004 г. на «Антиблокировочное устройство «Родина» для тормозной системы транспортного средства», патентообладатель ООО "Объединение Родина"), содержащее электронный блок, к выводам электрического разъема которого подключены бортовая сеть, датчики частоты вращения ведомых и ведущих колес, электромагнитные клапаны модуляторов тормозного давления и контрольная лампа, и установленный в приводе рабочей тормозной системы манометрический включатель сигнала торможения, электрический контакт которого связан с обмоткой реле включения ламп стоп-сигнала, при этом электронный блок выполнен в виде размещенной на плате однокристальной микроЭВМ с энергонезависимым оперативно-запоминающим устройством параметров и эффективности торможения, при этом электронный блок снабжен дополнительным выводом и согласующим усилителем или логическим ключом с низким уровнем выходного сигнала.
Устройство обеспечивает возможность гарантированного включения ламп "стоп-сигнала" не только при нажатии педали тормоза, но и при другом внезапном замедлении транспортного средства в процессе движения, например при резком "сбросе газа", переключении передач, включении "моторного тормоза" и т.д. При одновременном повышении безопасности транспортного средства, особенно при движении в колонне. Кроме того, в режиме диагностики обеспечивается возможность вывода информации на контрольную лампу о замедлении или эффективности торможения транспортного средства независимо от срабатывания (исправности) манометрического включателя сигнала торможения.
Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: электронный блок, датчики частоты вращения ведомых и ведущих колес, микропроцессорные контроллеры.
Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что аналог, осуществляя функции управления в антиблокировочном режиме и обеспечивая возможность вывода информации на контрольную лампу, не обеспечивает противобуксовочный режим работы, что приводит к снижению надежности работы транспортного средства в сложных экспуатационно-дорожных условиях.
Известно наиболее близкое техническое решение к заявляемому (см. патент Республики Беларусь №517 на полезную модель, МПК 7, В60Т 8/88, опубл. 30.03.2002 г. по заявке №u20010206 от 09.08.2001 г. на «Управляющее устройство для противоблокировочной системы тормозов транспортного средства», патентообладатель Научно производственное республиканское унитарное предприятие "Экран"), содержащее плату с электрическими соединительными и сигнальными магистралями и размещенные на плате первый и второй микропроцессорные контроллеры, связанные между собой каналом информационного обмена, источник питания, кварцевый резонатор, входные формирователи датчиков частоты вращения ведущих и ведомых колес, согласующие усилители электроуправляемых модуляторов давления (ЭУМД), согласующие усилители питающего реле, контрольных ламп и диагностических линий, блок фиксации предаварийных режимов работы и эффективности торможения, включающий энергонезависимое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с автономным источником питания и схемой контроля питания и приоритета, буферный инвертор и дополнительное устройство энергонезависимой памяти, входы согласующих усилителей подключены к одноименным портам ввода/вывода обоих микропроцессорных контроллеров через элементы «ИЛИ».
Устройство позволяет осуществлять наряду с управляющими функциями встроенную диагностику и вывод информации о неисправностях и эффективности работы системы как на контрольные лампы, так и на внешнее считывающее устройство. При этом обеспечивается дублирование хранения информации в энергонезависимом ОЗУ (за последние 40 с) и дополнительном электроперепрограммируемом постоянном запоминающем устройстве (ЭППЗУ) (за все время работы, если не проводилось принудительное стирание информации по специальному коду), что существенно повышает возможность надежного получения оперативной и достоверной информации в процессе диагностирования системы или анализа ее функционирования, например, в случае возникновения дорожно-транспортного происшествия (ДТП).
Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: два микропроцессорных контроллера, источник питания.
Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что устройство не имеет возможности использования внедорожного антиблокировочного режима и дополнительного противобуксовочного режима для полноприводных автотранспортных средств (АТС), чем не обеспечивает возможность повышения тормозной эффективности и улучшения устойчивости и управляемости в сложных эксплуатационно-дорожных условиях.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании электронной системы для управления в режимах антиблокировочном (АБС) и противобуксовочном (ПБС) рабочими тормозными системами автомобилей многоцелевого назначения (АМН).
Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в возможности повышения тормозной эффективности и улучшения устойчивости и управляемости, особенно на скользких, мокрых дорогах и сыпучих грунтах путем поддержания относительного скольжения тормозящих колес в узком диапазоне для сокращения тормозного пути и для поддержания управляемости автомобиля при торможении.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
2
1
2
1
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели обеспечивается тем, что в электронную систему управления рабочей тормозной системой транспортного средства (ЭСУ Т), содержащую блок управления (БУ), включающий два микроконтроллера (МК) и первый преобразователь напряжения (ПН), причем вход и выход MK являются соответвующими выходом и входом МК, соответствующие входы MK и МК являются выходом ПН, дополнительно введены датчики скорости колес (ДСК), кнопки включения режимов АБС и ПБС, электропневмомодуляторы (ЭПМ), контрольные лампы (КЛ) АБС и ПБС, клеммы (К) 15 и 30, дифференциальный клапан (ДК), интерфейс CAN, БУ дополнительно содержит фильтры/преобразователи сигналов колесных датчиков (ФСКД), буферные каскады дискретных входов (БКДВ), ПН, приемопередатчик (ПП) CAN, генератор, элемент «И», выходные ключи с коммутацией на питание (ВККП), ключи с коммутацией на общую шину (ККШ), причем входы ЭПМ, КЛ АБС и КЛ ПБС являются выходами БУ, выходы ДСК, кнопок включения режимов АБС и ПБС, К15, К30 являются входами БУ, один выход БУ предназначен для подключения ДК, другой выход БУ предназначен для подключения интерфейса CAN, вход-выход MK и МК являются выходом генератора, вход которого является выходом ПН, выход МК и МК через элемент «И» подсоединены к входу KKШ, первый выход которого является входом МК, а второй - выходом БУ для подключения к КЛ АБС, один вход ПН является выходом MK, выход ПН является входом ПН, выход которого соединен с входом MK, входы MK соединены с выходами ДСК через входы ФСКД, входы ФСКД являются входами БУ, выход БКДВ соединен с соответствующим входом MK, входы БКДВ являются входами БУ для подключения к кнопкам включения режимов АБС и ПБС, входы-выходы ПП CAN являются входом-выходом БУ для подключения интерфейса CAN и входом-выходом MK, входы-выходы ВККП и KKШ соединены с соответствующими входами-выходами MK, выход одного ВККП является выходом БУ для подключения ДК, выходы других ВККП являются выходами БУ для подключения ЭПМ, выход ККШ является выходом БУ для подключения к КЛ ПБС, два входа ПН являются входами БУ и подсоединены к клеммам АТС.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен пример реализации электронной системы управления рабочей тормозной системой транспортного средства, на фиг.2 приведена схема блока управления.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
2
1
2
1
Электронная система управления рабочей тормозной системой транспортного средства 1 содержит датчики скорости колес 2, 3, 4 и 5 (фиг.1), кнопки включения режимов АБС 6 и ПБС 7, ЭПМ 8, 9, 10 и 11, ДК 12, интерфейс CAN 13, КЛ АБС 14 и КЛ ПБС 15, К15, К30 и блок управления 16 (фиг.2), включающий ФСКД 17, БКДВ 18, ПН 19, ПН 20, ПП CAN 21. МК 22 и МК 23, генератор 24, элемент «И» 25, ВККП 26 и 27, ККШ 29 и ККШ 28, причем входы ЭПМ 8, 9, 10 и 11, КЛ АБС 14 и КЛ ПБС 15 являются выходами БУ 16, выходы ДСК 2, 3, 4 и 5, кнопок включения режимов АБС 6 и ПБС 7, К15, К30 являются входами БУ 16, один выход БУ 16 предназначен для подключения ДК 12, другой выход БУ 16 предназначен для подключения интерфейса CAN 13, вход и выход MK 22 являются соответвующими выходом и входом МК 23, соответствующие входы MK 22 и МК 23 являются выходом ПН 19, вход-выход MK 22 и МК 23 являются выходом генератора 24, вход которого является выходом ПН 19, выход MK 22 и МК 23 через элемент «И» 25 подсоединены к входу ККШ 29, первый выход которого является входом MK 22, а второй - выходом БУ 16 для подключения к КЛ АБС 14, один вход ПН 19 является выходом MK 22, выход ПН 19 является входом ПН 20, выход которого соединен с входом MK 22, входы MK 22 соединены с выходами ДСК 2, 3, 4 и 5 через входы ФСКД 17, входы ФСКД 17 являются входами БУ 16, выход БКДВ 18 соединен с соответствующим входом МК 22, входы БКДВ 18 являются входами БУ 16 для подключения к кнопкам включения режимов АБС 6 и ПБС 7, входы-выходы ПП CAN 21 являются входом-выходом БУ 16 для подключения интерфейса CAN 13 и входом-выходом MK 22, входы-выходы ВККП 26, 27 и KKШ 28 соединены с соответствующими входами-выходами МК 22, выход одного ВККП 26 является выходом БУ 16 для подключения ДК 12, выходы других ВККП 27 являются выходами БУ 16 для подключения ЭПМ 8, 9, 10 и 11, выход ККШ 28 является выходом БУ 16 для подключения к КЛ ПБС 15, два входа ПН 19 являются входами БУ 16 и подсоединены к К15 и К30.
Устройство обеспечивает следующие режимы работы:
- штатный режим, в котором обеспечивается выполнение требований по назначению;
- технологический режим, в котором обеспечивается возможность записи или обновления программного обеспечения, а также наборов данных конфигурации;
- аварийный режим - при неисправности оборудования электронной системы управления рабочей тормозной системой транспортного средства, датчиков или блока управления, сам блок управления отключает регулирование режимов АБС и ПБС и в этом случае работает только рабочая тормозная система без ухудшения ее технических характеристик.
1
2
Функции контроля параметров элементов системы и эффективности торможения программно реализованы в MK 22 и МК 23, совокупное применение которых повышает надежность ЭСУ Т 1. Повышение надежности связано с возможностью проверки корректности работы одного микроконтроллера другим. Это позволяет при неисправности одного из микроконтроллеров, неисправности периферийного оборудования (ДСК 2-5 и ЭПМ 8-11) отключать БУ 16. В этом случае рабочая ЭСУ Т 1 может работать без антиблокировочного и противобуксовочного режимов, то есть полный отказ ЭСУ Т 1 не приводит к отказу автомобиля в целом.
ЭПМ 8-11 предназначены для регулирования давления в тормозных камерах по сигналам, поступающим на них с БУ 16.
ДК 12 обеспечивает противобуксовочный режим и предназначен для обеспечения рабочего давления в тормозных контурах при не нажатой педали тормоза.
Через интерфейс CAN 13 осуществляется обмен информацией между БУ 16 и внешними устройствами.
1
ФСКД 17 предназначены для преобразования двухполярных синусоидальных сигналов от датчиков скорости колес в прямоугольные нормированные по амплитуде сигналы для подачи на счетные входы MK 22.
1
БКДВ 18 предназначены для преобразования дискретных сигналов от кнопок включения режимов АБС 6 и ПБС 7 в сигналы нормированные по напряжению для подачи на входы МК 22.
1
2
ПН 19 и ПН 20 предназначены для формирования питающих напряжений 5 В и 2.5 В для составных частей БУ 16.
ПП CAN 21 предназначен для реализации физического уровня интерфейса CAN 13.
1
2
MK 22 предназначен для обработки информации с ДСК 2-5, для контроля за работой МК 23, для организации обмена информацией с технологическими средствами отладки и контроля.
2
1
МК 23 предназначен для управления ключами, для контроля за работой MK 22.
1
2
Генератор 24 предназначен для выработки тактового сигнала для MK 22 и MK 23.
1
1
2
Элемент «И» 25 предназначен для выработки сигнала управления KKШ 29 из двух сигналов от MK 22 и МК 23.
ВККП 26 и 27 предназначены для формирования управляющего воздействия на ДК 12 и ЭПМ 8-11 и диагностирования неисправностей в цепях подключения ДК 12 и ЭПМ 8-11.
1
2
KKШ 29 и ККШ 28 предназначены для формирования управляющего воздействия на КЛ АБС 14 и КЛ ПБС 15.
К15 и К30 являются клеммами автотранспортного средства.
Устройство работает следующим образом.
В антиблокировочном режиме ЭСУ Т 1 предотвращает блокировку колес при торможении. Это позволяет сохранить контроль над АТС и уменьшить тормозной путь при экстренном торможении. Особенно это актуально при разнородном дорожном покрытии под колесами на разных бортах АТС.
При движении АТС БУ 16 (см. фиг.1) контролирует скорости каждого колеса. ДСК 2-5 (см. фиг.1) при движении АТС вырабатывают импульсы, частота которых пропорциональна скорости колес. Эти сигналы скорости поступают на БУ 16, который их обрабатывает и в зависимости от этого управляет исполнительным оборудованием. При приближении момента блокировки колеса (при торможении АТС), т.е. когда частота вращения колеса резко падает, приближаясь к нулю, БУ 16 подает сигнал на клапаны отсечки ЭПМ 8-11 (см. фиг.1) для предотвращения увеличения давления в тормозных камерах колес. При этом в тормозной камере каждого колеса давление стабилизируется. Затем БУ 16 подает сигнал на клапан сброса соответствующего ЭПМ 8-11 для уменьшения давления в тормозной камере колес. Через некоторое время клапаны сброса отключаются и давление стабилизируется. При этом частота вращения колес увеличивается. Клапаны отсечки отключаются. Если частота вращения колес вновь уменьшается, приближаясь к нулю, т.е. когда приближается момент блокировки колес, процесс вновь повторяется до полной остановки АТС. В зависимости от скорости изменения частоты вращения колеса время работы клапанов отсечки и сброса изменяется. При увеличении скорости изменения частоты вращения колес, время включения клапанов отсечки и сброса ЭПМ 8-11 уменьшаются, но частота их включения увеличивается, и, наоборот, при уменьшении скорости изменения частоты вращения колес, время включения клапанов увеличивается, но частота их включения уменьшается.
В режиме АБС ЭСУ Т 1 имеет возможность включения режима внедорожного антиблокировочного режима. При торможении на рыхлом покрытии этот режим позволяет кратковременно блокировать колеса для создания перед ними холмика грунта для более эффективного торможения. БУ 16 обеспечивает вывод информации о включении внедорожного режима АБС в виде световых мигающих кодов на КЛ АБС 14 в кабине на приборной панели (на чертеже не показано).
Регулирование в антиблокировочном режиме обеспечивается при коэффициентах сцепления колес АТС с поверхностью дорожного полотна в диапазоне от 0,1 до 0,8.
2
Колебания продольного замедления/ускорения АТС составляют менее 6 м/с. Диапазон скоростей для антиблокировочного режима, в котором предусмотрено регулирование, 10-125 км/ч.
Противобуксовочный режим ЭСУ Т 1 применяется для предотвращения пробуксовывания ведущих колес АТС независимо от степени нажатия педали подачи топлива. Предотвращение пробуксовывания колес происходит двумя способами:
- снижение крутящего момента двигателя при одновременном пробуксовывании всех колес АТС;
- обеспечение дополнительного тормозящего момента на отдельных пробуксовывающих колесах, посредством тормозной системы АТС.
По сигналам от ДСК 2-5 в БУ 16 производится вычисление скорости и ускорения АТС и каждого колеса.
Если рассчитанное значение ускорения АТС выше заданного порога и скорости колес при этом равны, то принимается решение о проскальзывании всех колес АТС. БУ 16 по интерфейсу CAN 13 через приемопередатчик CAN 21 (см. фиг 2) транслирует электронной системе управления двигателем команду уменьшения крутящего момента двигателя. При этом происходит уменьшение частоты вращения колес предотвращая их пробуксовку.
Если ускорение и скорость отдельных колес становится выше рассчитанного значения скорости и ускорения АТС, то принимается решение о проскальзывании этих колес. БУ 16 включает ДК 12, за счет которого производится подача рабочего давления в тормозные контуры колес, а также управлением ЭПМ 8-11 производится дозирование тормозных усилий на проскальзывающие колеса и отсечка тормозного давления в контурах не проскальзывающих колес. Таким образом скорости колес при разгоне АТС выравниваются, что позволяет сохранить управляемость автомобиля в сложных дорожных условиях.
Возможно комбинированное управление скоростями колес при работе режима ПБС. При этом производится управление крутящим моментом двигателя и корректировка скорости отдельных колес дозированием тормозных усилий.
Режим ПБС включается кнопкой включения режима ПБС 20. Блок управления 1 обеспечивает вывод информации о включении режима ПБС на КЛ ПБС 15 в кабине на приборной панели (на чертеже не показано). При отключении режима ПБС водителю предоставляется возможность двигаться методом «раскачки» при буксовании АТС. Диапазон скоростей для противобуксовочного режима, в котором предусмотрено регулирование, 0-40 км/ч.
В ЭСУ Т 1 БУ 16 осуществляет самодиагностику работоспособности системы с указанием характера и места неисправностей и отказов при помощи световых мигающих кодов и передачи по интерфейсу CAN 13 через приемопередатчик CAN 21 этих сведений для бортовой системы контроля и диагностики. При выявлении неисправности или отказа загорается КЛ АБС 14 в кабине на приборной панели.
Таким образом, ЭСУ Т 1 обеспечивает многоканальное регулирование процессов торможения колес АТС в антиблокировочном и противобуксовочном режимах, внутренний самоконтроль, а также контроль технического состояния и диагностирование рабочей тормозной системы.
Из рассмотренного материала видно, что заявляемая полезная модель является новой, промышленно применимой и решает поставленную техническую задачу с заявленным техническим результатом.