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技术领域

本实用新型涉及一种电控随动气压制动迟滞补偿装置，更确切地说，本实 用新型涉及一种商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置。

背景技术

在汽车列车的制动系统中，由于挂车的制动动作是由主车制动时产生的高 压气体驱动的，该气体在控制管路中的流动需消耗一定的时间，故汽车列车在 制动时后部挂车的制动时间会滞后于主车，制动过程中会出现由于主、挂车制 动不匹配所造成的车辆折叠、甩尾、侧滑等危险工况，同时挂车的制动滞后会 加剧汽车列车制动时的轴荷转移以及挂车对主车的冲击力，使牵引车轮胎磨损 严重。

针对该问题，中国专利公告(布)号为CN104118415A，公告(布)日为 2014年8月5日，发明名称为“挂车气压制动迟滞补偿装置”，该案中提出了一 套利用制动踏板检测开关信号和刹车灯信号来控制半挂车制动的装置，该装置 可以缩短半挂车制动的滞后时间，但却无法控制挂车的制动强度，即无论主车 以何等强度实施制动，挂车都会以其最大的制动强度实施制动。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在汽车列车制动时挂 车制动滞后与对挂车制动强度无法控制的问题，提供了一种商用半挂车闭环电 控制动迟滞补偿装置。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的商 用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置由机械部分和控制器组成，机械部分又分 为牵引车机械部分与挂车机械部分。

所述的牵引车机械部分包括第一压力传感器；

所述的挂车机械部分包括第一电磁阀、第二压力传感器与第二电磁阀；

所述的控制器包括A/D转换芯片、第一继电器与第二继电器；

第一压力传感器的信号输出端口即3端口通过导线与控制器中的A/D转换 芯片的26端口相连接，第二压力传感器的信号输出端口即3端口通过导线与A/D 转换芯片的27端口相连接，第一电磁阀的信号输入端和第一继电器的5端口电 连接，第二电磁阀的信号输入端和第二继电器的5端口电连接。

技术方案中所述的牵引车机械部分还包括第一号三通、第一气动管路及第 二气动管路；

所述的第一号三通固定在牵引车的车架上，位于原车制动系统中的挂车阀 的控制气口处，第一气动管路的右端通过转换接头与第一号三通的左端口连接， 第二气动管路的左端通过转换接头与第一号三通的右端口连接；第一压力传感 器通过其底端与第一号三通的第三端口螺纹连接，第一气动管路的左端与原车 制动系统中的制动阀的控制气体输出口相连接，第二气动管路的右端与原车制 动系统中的挂车阀的控制气口连接。

技术方案中所述的挂车机械部分还包括第三气动管路、单向阀、第四气动 管路、第二号三通、第五气动管路、第六气动管路、第三号三通、第七气动管 路、第四号三通与第八气动管路；所述的第一电磁阀、第二压力传感器、第二 电磁阀和单向阀固定在挂车车架上；单向阀的左端与第三气动管路的右端连接， 单向阀的右端与第四气动管路的左端连接，第三气动管路的左端与原车制动系 统中的挂车阀的控制气体输出口相连接，第四气动管路的右端与第二号三通的 左端口相连接，位于挂车上的储气筒通过第五气动管路和第一电磁阀的上端相 连接，第一电磁阀通过其底端与第二号三通的第三端口螺纹连接，第二个三通 右端口与第六气动管路的左端相连接，第六气动管路的右端与第三号三通的左 端口相连接，第二压力传感器通过其端部与第三号三通的第三端口螺纹连接， 第三号三通的右端口与第七气动管路左端连接，第七气动管路的右端与第四号 三通的左端口连接，第二电磁阀通过其端部与第四号三通的第三端口螺纹连接， 第四号三通的右端通过第八气动管路与原车制动系统中的紧急继动阀的控制气 口连接。

技术方案中所述的控制器还包括单片机、反相器、第二光电耦合器、第一 光电耦合器、车载电源、电源转换电路、复位电路、时钟电路与执行部分电路。 单片机的9端口与单片机的复位电路中的电阻R1的一端电连接，单片机的18 端口与19端口依次和单片机的时钟电路中的电容C2与电容C3的一端电连接， 单片机的29端口和电源转换电路中的集成稳压芯片的3端口电连接，电源转换 电路中的集成稳压芯片的1端口和第一压力传感器的2端口、第二压力传感器 的2端口、车载电源、执行部分电路中的第一继电器的3端口与执行部分电路 中的第二继电器的3端口电连接，执行部分电路中的第一光电耦合器的1端口 与执行部分电路中的第二光电耦合器的1端口依次和单片机的5端口与4端口 电连接，单片机的10端口、30端口、39端口、38端口、37端口、36端口、35 端口、34端口、33端口、32端口、26端口与24端口依次和A/D转换芯片的6 端口、10端口、21端口、20端口、19端口、18端口、8端口、15端口、14端 口、17端口、9端口与25端口电连接，单片机的12端口通过反相器与A/D转 换芯片的7端口电连接。

技术方案中所述的单片机的型号为STC89C52，集成稳压芯片的型号为 CW7805，第一压力传感器与第二压力传感器的型号皆为BST6600，第一电磁阀与 第二电磁阀的型号皆为KX52310-08，第一光电耦合器与第二光电耦合器的型号 皆为GD-310，第一继电器与第二继电器的型号皆为JQX-13F，A/D转换芯片的型 号为ADC0809。

技术方案中所述的电源转换电路包括集成稳压芯片、车载电源、电容C4与 电容C5；所述的集成稳压芯片的1端口同时和车载电源与电容的正极电连接， 集成稳压芯片的2端口同时和车身、电容C4与电容C5的负极电连接，电容C5 的正极与集成稳压芯片的3端口电连接，电容C4的正极和集成稳压芯片的1端 口与车载电源电连接。

技术方案中所述的复位电路包括开关、电容C1、电阻R1与电阻R2；

电容C1的一端、电阻R2的一端及电阻R1的一端电连接，电阻R2的另一 端与车身相连接即接地，电阻R1的另一端与开关的一端电连接,开关的另一端 与电容C1的另一端电连接，开关的另一端并与集成稳压芯片的3端口电连接。

技术方案中所述的时钟电路包括电容C3、电容C2和晶振；电容C2的一端 与晶振的一端以及单片机的18端口电连接，电容C3的一端与晶振的另一端及 单片机的19端口电连接，电容C2与电容C3的另一端同与车身电连接即接地。

技术方案中所述的执行部分电路还包括第一继电器、第二继电器、第一电 磁阀及第二电磁阀；执行部分电路中的第一继电器与第二继电器的3端口同和 车载电源电连接，第一继电器与第二继电器的2端口与4端口同时和车身电连 接即接地，第一继电器与第二继电器的1端口依次和第一光电耦合器与第二光 电耦合器的3端口电连接，第一光电耦合器与第二光电耦合器的4端口同时和 车身电连接即接地，第一光电耦合器与第二光电耦合器的2端口同时和车身电 连接即接地。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置通过用电控取 代传统的气控，大幅减少了挂车制动的驱动时间，能显著改善挂车制动的滞后 现象。

2.本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置能很好的融入 原车的制动系统，与原车的制动系统能很好的协同工作，在补偿装置失效时， 不会影响原车的制动系统的功能。

3.本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置采用闭环控 制，能够实现对半挂车制动的随动控制，使主车和挂车的制动力保持相对一致， 能够减少制动时半挂车对牵引车的拖拽和冲击作用。

4.本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置结构简单，便 于安装，成本较低，且仅需对原车制动系统做出微小改动，故其具有较好的市 场前景。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置结构组成 的轴测投影图。

图2为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置中控制系 统结构组成的示意图。

图3为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置中单片机 与A/D转换芯片连接示意图。

图4为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置中电源转 换电路的结构原理图。

图5为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置中单片机 的复位电路的结构原理图。

图6为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置中单片机 的时钟电路的结构原理图。

图7为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置中的执行 部分电路结构原理图。

图8为本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置的控制流 程框图。

图中：1.第一气动管路，2.第一号三通(内丝)，3.第一压力传感器，4.第 一电磁阀，5.第五气动管路，6.第二压力传感器，7.第二电磁阀，8.导线，9. 第八气动管路，10.第四号三通(外丝)，11.控制器，12.第七气动管路，13.第 三号三通(内丝)，14.第六气动管路，15.第二号三通(外丝)，16、第四气动 管路，17.单向阀，18.第三气动管路，19.第二气动管路，20.开关，23.单片机， 24.A/D转换芯片，25.集成稳压芯片，27.车身，29.车载电源，30.第一继电器， 31.第二继电器，32.第二光电耦合器，33.第一光电耦合器，34.晶振，38.反相 器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

参阅图1与图2，本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置 分为机械部分和控制器11，其中机械部分又分为牵引车机械部分与挂车机械部 分。

所述的牵引车机械部分由型号为BST6600的第一压力传感器3、第一号三通 2、第一气动管路1及第二气动管路19组成。

所述的挂车机械部分由第三气动管路18、单向阀17、第四气动管路16、第 二号三通15、型号为KX52310-08的第一电磁阀4、第五气动管路5、第六气动 管路14、第三号三通13、型号为BST6600的第二压力传感器6、第七气动管路 12、第四号三通10、型号为KX52310-08的第二电磁阀7与第八气动管路9组成。

所述的控制器11即由型号为STC89C52的单片机23、型号为ADC0809的A/D 转换芯片24、型号为CW7805的集成稳压芯片25、反相器38、型号为GD-310的 第二光电耦合器32、型号为GD-310的第一光电耦合器33、+24V的车载电源29、 型号为JQX-13F的第一继电器30、型号为JQX-13F的第二继电器31、晶振34、 电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4与电容C5组成。

原车的制动系统由位于牵引车上的制动阀(用来驱动牵引车的制动动作)、 挂车阀(通过向紧急继动阀输入控制气体从而驱动半挂车的制动动作)以及位 于半挂车上的紧急继动阀(受控制气体作用用来控制半挂车的制动)等组成， 其工作原理为：当驾驶员踩下制动踏板时，制动阀被打开，牵引车储气筒中的 高压气体通过制动阀分别进入牵引车制动气室和挂车阀的控制气口，从而实现 牵引车的制动并打开挂车阀，此时储气筒中的高压气体会通过挂车阀到达位于 牵引车上的紧急继动阀的控制气口，从而打开紧急继动阀，实现半挂车的制动。

所述的牵引车机械部分中的第一号三通2固定在主车的车架上，位于原车 制动系统中的挂车阀的控制气口处，第一气动管路1的右端、第二气动管路19 的左端均通过转换接头与第一号三通2的左、右口连接；第一压力传感器3通 过其底端的外螺纹与第一号三通2相连接，用来检测该处控制气体的压力值， 第一气动管路1的另一(左)端与原车制动系统中的制动阀的控制气体输出口 相连，第二气动管路19的另一(右)端连接到挂车阀的控制气口。

所述的挂车机械部分中的第一电磁阀4、第二电磁阀7、单向阀17和第二 压力传感器6固定在挂车车架上，其中单向阀17的左端通过第三气动管路18 和第四气动管路16接入到原车制动系统中的紧急继动阀的控制气路中，第三气 动管路18的另一端与挂车阀的控制气体输出口相连，第四气动管路16的另一 (右)端与第二号三通15的左端相连接，单向阀17在保证挂车阀输出的高压 气体能到达紧急继动阀控制器口的同时防止挂车储气筒输出到紧急继动阀控制 气口的高压气体反向流入到挂车阀处，挂车储气筒通过第五气动管路5和第一 电磁阀4相连，第一电磁阀4通过其端部的内螺纹同第二号三通15连接，第二 号三通15位于紧急继动阀的控制气路上，其另外两个(左、右)端口分别与第 四气动管路16和第六气动管路14相连接，第二压力传感器6通过其端部的外 螺纹与第三号三通13连接，第三号三通13位于紧急继动阀的控制气口处并通 过第六气动管路14和第七气动管路12连接到紧急继动阀的控制气路上，第二 电磁阀7通过其端部的内螺纹与第四号三通10相连接，另一端口与大气相通， 第四号三通10的一(左)端连接有第七气动管路12，第四号三通10的另一(右) 端通过第八气动管路9与紧急继动阀的控制气口连接。电磁阀4和电磁阀7以 及压力传感器3和压力传感器6通过导线8与控制器11相连接。

控制器11包括有车载电源29、单片机23、A/D转换芯片24、反相器38、 单片机的复位电路、单片机的时钟电路、第二光电耦合器32、第一光电耦合器 33、第一继电器30、第二继电器31、电源转换电路与执行部分电路。

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参阅图3，单片机23通过引脚ALE即引脚P控制着A/D转换芯片24的时钟 频率，通过引脚P3.0即引脚RXD控制A/D转换芯片24启动模数转换，A/D转换 芯片24信号转换完成后通过引脚EOC和反相器38向单片机23发出中断请求， 单片机23响应中断请求后会通过引脚AD0～AD7接收来自A/D转换芯片24输出 引脚OUT1～OUT8输出的数据。

参阅图4，所述的电源转换电路由型号为CW7805的集成稳压芯片25、电容 C4、电容C5、车身27和车载电源29组成；

所述的型号为CW7805的集成稳压芯片25的1端口和车载电源29与电容C4 的正极电连接，型号为CW7805的集成稳压芯片25的3端口和VCC输出端与电 容C5的正极电连接，电容C4与电容C5的负极和车身27相连即接地。

所述的电源转换电路能将车载电源29的+24V电压转化成+5V电压，用来给 控制器11中的各芯片或电路供电。

参阅图5，所述的复位电路由电容C1、开关20、电阻R1、电阻R2和车身 27组成，复位电路通过单片机23的9端口即RET引脚与单片机23相连。当控 制系统出现故障时，可以按下开关20，从而使系统重新启动。

参阅图6，所述的时钟电路包括有电容C2、电容C3、车身27和晶振34， 单片机的时钟电路通过单片机的XTAL1引脚即19端口和XTAL2引脚即18端口 与单片机23电连接，为单片机23提供工作的时钟频率。

参阅图7，所述的执行部分电路由第二光电耦合器32、第一光电耦合器33、 第一继电器30、第二继电器31、第一电磁阀4、第二电磁阀7以及车载电源29 组成。

执行部分电路通过单片机23的引脚P1.3与引脚P1.4与单片机23相连接。 当单片机23的引脚输出高电平时，就能使与其相连的光电耦合器(第二光电耦 合器32、第一光电耦合器33)的发光二极管发光，从而使该光电耦合器(第二 光电耦合器32或第一光电耦合器33)输出高电平并导通与之相连的继电器(第 二继电器31或第一继电器30)，从而使相应的电磁阀(第一电磁阀4、第二电 磁阀7)导通。光电耦合器(第二光电耦合器32或第一光电耦合器33)用来隔 离电磁阀(第一电磁阀4与第二电磁阀7)对单片机23产生的电磁干扰。

第一压力传感器3的信号输出端口即3端口通过导线与控制器中的A/D转 换芯片24的26端口相连接，第二压力传感器6的信号输出端口即3端口通过 导线与A/D转换芯片24的27端口相连接，第一压力传感器3与第二压力传感 器6的端口1同和车身27连接即接地，第一压力传感器3与第二压力传感器6 的端口2和车载电源29电连接，执行部分电路中的第一电磁阀4的信号输入端 和第一继电器30的5端口电连接，执行部分电路中的第二电磁阀7的信号输入 端和第二继电器31的5端口电连接，第一继电器30与第二继电器31的3端口 同和车载电源29电连接，第一继电器30的2端口与4端口同和车身27连接即 接地，第二继电器31的2端口与4端口同和车身27连接即接地，第一继电器 30的1端口与第一光电耦合器33的3端口电连接，第二继电器31的1端口和 第二光电耦合器32的3端口电连接，执行部分电路中的第二光电耦合器32与 第一光电耦合器33的2端口与4端口均与车身27连接即接地，第二光电耦合 器32的1端口与第一光电耦合器33的1端口依次和单片机23的4端口与5端 口电连接，单片机23的20端口与车身27连接即接地，单片机23的18端口与 19端口依次和时钟电路中的电容C2与电容C3的正极电连接，同时单片机23的 18端口与19端口也和晶振34的两个接口并联连接，电容C2与电容C3的负极 与车身27相连即接地，单片机23的9端口与复位电路中的电容C1的正极、电 阻R2的一端及电阻R1的一端电连接，单片机23的29端口、31端口、40端口 同和电源转换电路中的集成稳压芯片25的3端口电连接，单片机23的10端口、 30端口、39端口、38端口、37端口、36端口、35端口、34端口、33端口、 32端口、26端口与24端口依次和A/D转换芯片24的6端口、10端口、21端 口、20端口、19端口、18端口、8端口、15端口、14端口、17端口、9端口 与25端口电连接，单片机23的12端口通过反相器38与A/D转换芯片24的7 端口电连接。电阻R2的另一端与车身27相连即接地，电阻R1的另一端连接开 关20的一端,开关20的另一端与电容C1的负极同时和型号为CW7805的集成稳 压芯片25的3端口电连接，A/D转换芯片24的11端口、12端口、22端口同时 与集成稳压芯片25的3端口电连接，A/D转换芯片24的13端口、16端口、23 端口、24端口、26端口同时和车身27相连即接地，集成稳压芯片25的1端口 同时和车载电源29与电容C4的正极电连接，集成稳压芯片25的2端口同时和 车身27与电容C5的负极电连接，电容C5的正极与集成稳压芯片25的3端口 电连接，电容C4的正极和集成稳压芯片25的1端口与车载电源29电连接。

参阅图8，第一压力传感器3与第二压力传感器6周期性地向控制器11输 入反馈信号，单片机23通过比较第一压力传感器3与第二压力传感器6的输入 信号输出相应信号来控制第一电磁阀4与第二电磁阀7的通断，从而实现对紧 急继动阀控制气压的闭环控制。设置差值ΔX能够防止电磁阀因为超调的存在而 反复通断，这能提高电磁阀的功能稳定性和其使用寿命。

本实用新型所述的商用半挂车闭环电控制动迟滞补偿装置的工作原理：

当车辆需要制动减速时，驾驶员踩下制动踏板，制动阀被打开，储气筒中 的高压气体会通过制动阀充入到挂车阀的控制气口，挂车阀在控制气体的作用 下会成比例地打开其出气口，并通过第三气动管路18、单向阀17、第四气动管 路16、第二号三通15、第六气动管路14、第三号三通13、第七气动管路12、 第四号三通10和第八气动管路9向挂车上的紧急继动阀控制气口输入控制气 体，与此同时，安装在挂车阀控制气口处的第一压力传感器3也会测出该处的 气体压力值，并传至A/D转换芯片24的数据输入端即26端口，A/D转换芯片 24会将该模拟信号转换成8位二进制数字信号并通过与单片机23相连的数据输 出端口将该数据传至单片机23，单片机23接收并处理该信号后会通过5端口输 出高电平从而导通第一继电器30使第一电磁阀4被打开，此时挂车储气筒中的 高压气体会通过第五气动管路5、第一电磁阀4、第二号三通15、第六气动管路 14、第三号三通13、第七气动管路12、第四号三通10和第八气动管路9充入 到紧急继动阀的控制气口，从而驱动半挂车的制动动作，单向阀17用来防止挂 车储气筒输出到紧急继动阀控制气口的高压气体反向流入到挂车阀处，同时它 能保证挂车阀输出的高压气体能够到达紧急继动阀控制器口。当紧急继动阀控 制气口有高压气体作用时，挂车就会产生相应的制动动作。由于挂车储气筒中 的气体通过极短的管路到达紧急继动阀的控制气口，故该气体的传输时间会明 显少于由挂车阀传来的控制气体在管路中的传输时间，故该电控装置能缩短半 挂车制动的响应时间，减轻半挂车的制动滞后现象。

当控制气体到达原车制动系统中位于半挂车上的紧急继动阀的控制气口处 时，安装在紧急继动阀控制气口的第二压力传感器6会采集到该处的气压信号 并通过A/D转换芯片24的27端处口将信号传至A/D转换芯片24中，A/D转换 芯片24将该信号转换成数字信号后通过数据输出端口将信号传至单片机23，单 片机23接收该信号后会将其与第一压力传感器3的信号进行比较，若该信号小 于第一压力传感器3的信号，且其差值超过预设的ΔX，则单片机23的5端口 保持高电平，单片机23的4端口输出低电平，从而打开第一电磁阀4并闭合第 二电磁阀7，使挂车储气筒继续向紧急继动阀的控制气口充气，这会使该处的气 压值升高，第二压力传感器6的输出信号也会增大，当该信号值同第一压力传 感器3的信号的差值在±Δ之间时，单片机23的4端口与5端口都会输出低电 平，从而断开第一继电器30与第二继电器31，使第一电磁阀4与第二电磁阀7 均闭合，此时紧急继动阀控制气口处的控制气压与挂车阀控制气口的气压接近 等值，挂车的制动强度与牵引车相近并保持不变。

当驾驶员松开制动踏板减弱或解除制动时，第一压力传感器3处的气压值 会减小，使其信号值小于第二压力传感器6，且其差值超过预设的ΔX时，单片 机23的4端口、5端口会分别输出高电平和低电平，从而闭合第二继电器31、 断开第一继电器30使第一电磁阀4保持闭合而使第二电磁阀7打开，于是紧急 继动阀控制气口处的高压气体便会通过第八气动管路9、第四号三通10和第二 电磁阀7排向大气从而减弱或解除挂车的制动。

单片机23的控制目标是使第二压力传感器6的输出值跟随第一压力传感器 3的输出值，即让紧急继动阀控制气口的气压值跟随挂车阀控制气口的气压值变 化，这可以使半挂车的制动强度与牵引车的制动强度保持相对一致。由于挂车 储气筒中的高压气体会先于挂车阀传来的高压气体到达紧急继动阀的控制气 口，故采用电控会缩短挂车制动的响应时间，同时在解除制动时，紧急继动阀 的控制气体会通过电磁阀7而非挂车阀排入大气，这能缩短半挂车解除制动的 时间，减弱半挂车对牵引车的拖拽作用。综上所述，采用该商用半挂车制动迟 滞补偿装置可以在缩短半挂车制动响应时间、改善其制动迟滞的同时保证半挂 车的制动强度跟随牵引车的制动强度的变化而随动变化。