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轮式工程机械新型电液制动系统
太原重型机械学院林慕义孙大刚李春超

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制动系统是轮式车辆的重要组成部分之一，是行车安全的重要保证，因此轮式车辆对制动系统从结构到性能不断提出更新更高的要求。传统制动系统的制动管路长，阀种类多，结构复杂，尤其对于轴距较长或带有挂车的车辆，制动传输路线长，常产生反应慢等制动滞后现象，安全性降低，且制动系统的成本较高。近年来，国外在车辆制动系统方面出现了很多新技术、新结构，其中线控制动是继车辆防抱死制动系统ABS、牵引力控制制动系统ASR等技术之后出现的一种新型制动型式。线控的概念源于飞机制造，随着电子技术的广泛应用，这一概念被引入车辆制造领域，出现了线控转向、线控驾驶及线控制动等技术在车辆上的应用。与传统的制动系统不同，线控制动以电子元件代替部分机械元件，成为机电一体化的制动系统。在电子控制系统中设计相应程序，操纵电控元件来控制制动力的大小及制动力的分配，可完全实现使用传统控制元件所能达到的ABS及ASR等功能。 1 线控制动系统的分类及特点目前线控制动系统分为两种类型：一种为电液制动系统EHB(Electro-hydraulic Brake)，另一种为电子机械制动系统EMB(Electro-Mechanical Brake)。电液制动系统是将电子与液压系统相结合，由电子系统提供控制，液压系统提供动力；电子机械制动系统则采用电线及电制动器完全取代传统制动系统中的空气或制动液等传力介质及传统制动器，是未来制动控制系统的发展方向。线控制系统的共同特点是都具有踏板转角与踏板力可按比例调控的电子踏板；具有控制制动力矩与踏板转角相对应的程序控制单元；具有的程序控制单元可基于其他传感器或控制器的输入信号实现主动制动及其它功能。与电子机械制动不同，电液制动不会占用车轮制动器附近空间，也不会增加额外重量。相对电子机械制动的42V电源的高能耗，电液制动利用原车电源即能充分满足要求。为满足大吨位量型车辆或工程机械的制动要求，只有采用液压系统才能产生足够的制动力矩。此外，由于工作及转向的需要，轮式工程机械一般都具有多路液压系统，利用原车液压源建立电液制动更容易。因此，在轮式工程机械上实现线控制的第一步是实现电液制动。 2 轮式工程机械电液制动系统动力制动系统以其优越的制动性能及可靠性背国内外广泛应用于轮式车辆。目前从国外引进的多种轮式工程机械，全部采用全液压动力制动系统。全液压动力制动尽管较气顶液式制动具有很多优势，但对于自行式登高作业车、集装箱搬运车等需要进行远程控制的车辆来说，仍需较长制动管路。采用电子与液压系统相结合的电液制动系统不但可以解决上述问题，而且较常规的全液压动力系统具有更多的优点。（图片）轮式工程机械的电液制动系统的基本结构及原理与汽车不同，它是在全动力制动系统的基础上采用电液新技术加以改进来实现的。图1所示系MICO公司的轮式车辆的线控电液制动系统方案。新系统增加了电子踏板、电控单元、阀驱动器及电液制动阀，取消了原有的压力控制阀，保留了原全动力制动系统中的泵、蓄能器充液阀、蓄能器及制动器。其基本原理是：电子踏板1将踏板角转换为电子信号，同时输入到电控单元2及阀驱动器3。电控单元2将控制电流及信号分别输入到电液制动阀4和阀驱动器3。阀驱动器3根据两个输入信号中的较大值产生控制电流输入到电液制动阀5。电液制动阀4、5根据输入电流调整输出到制动器的压力。由图1所示可以看出，尽管转换看似复杂，并增加了元件的数量，但设计人员可通过元件的调整布置，利用可编程电控单元使系统全动力制动系统所无法实现的功能。采用电液制动系统可将制动阀和液压管路布置于远离驾驶室而更接近于制动器的位置。不但改善了系统性能和操作人员的工作环境，而且减少了管路的消耗并使管路布置更容易；采用电液制动系统能够很容易地进行远程操作或增加遥控操作系统而无需采用更多的管路及阀；电液系统能适时监控制动系统的状况，使故障的诊断和排除更容易，提高了机械的安全性；制动信号还能与发动机电子控制器及变速器控制器共享以改进车辆的性能；通过调整控制方案可形成多用途、多形式的制动系统。（图片）电液制动系统能够实现多种控制方案，如防抱死制动、遥控制动及牵引控制制动等。图2为MI-CO公司带有牵引控制的电液制动系统方案。系统在全液压制动系统的基础上，增设了传感器、电液制动阀及电控单元。在电液制动阀中加入单项阀，使得双联制动阀的输出压力高于电液制动阀和牵引控制系统产生的压力。正常情况下电液制动阀2开启，制动压力由制动阀3控制，并与踏板上的操纵历程比例关系。安装于轮边的速度传感器1将产生的电子脉冲信号输入电控单元4。当车轮转动过快时，根据控制规则，电控单元控制发送到每个电液制动阀的电流，电液制动阀调整来自蓄能器的制动器压力。停止车轮的过度转动以改善车辆的牵引力。在车辆地面牵引工况恶劣的情况下，带有牵引控制的全动力制动系统能够帮助操作人员保证车辆具有足够的牵引力。目前电液制动系统的实施仍面临一些问题，如控制系统失效处理及抗干扰处理等。电液制动控制系统需要一个保证制动安全的监控系统，无论哪个电控元件失效，都应立即发出警告信息。轮式工程机械在工作过程中存在各种干扰信号，需要良好的抗干扰控制系统以消除这些干扰信号造成的影响。如果此类问题解决不好会使系统结构复杂，成本增高。 3 结束语对于轮式工程机械，从气顶液到全动力液压制动再到线控制制动是制动系统的发展趋势。采用线控制动中的电液制动是实现制动系统电子化的第一步。尽管面临一些需要解决的问题，通过电子与液压系统结合形成的多功能、多形式的电液制动系统能够为设备的操纵人员提供更完善的服务，具有广泛的应用前景。 10/28/2004


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