一種汽車鼓式制動(dòng)器噴淋降溫控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能控制領(lǐng)域，尤其涉及一種汽車鼓式制動(dòng)器噴淋降溫控制系統(tǒng)及其 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)山地丘陵約占國(guó)土總面積43%，自然條件復(fù)雜且受生態(tài)環(huán)境制約大，不可避 免存在工程意義上的特殊困難路段，造成山區(qū)公路往往存在連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段。
[0003] 目前我國(guó)大中型貨車行車制動(dòng)器主要還是采用鼓式制動(dòng)器。鼓式制動(dòng)器相比盤式 制動(dòng)器，在散熱方面存在不足。對(duì)于一些事故高發(fā)的連續(xù)下坡路段的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析表 明，盡管道路技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)規(guī)范，但仍事故高發(fā)，且事故多為大中型貨車因鼓式制動(dòng)器 熱衰退導(dǎo)致制動(dòng)失效為主。究其緣由，除了超載因素，不外乎在連續(xù)下坡過(guò)程中同時(shí)還缺乏 輔助制動(dòng)或制動(dòng)器冷卻裝置。
[0004] 常見的輔助制動(dòng)裝置有：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)（緩速器）、電渦流緩速器、 液力緩速器等。
[0005] 液力緩速器和電渦流緩速器，連續(xù)下長(zhǎng)坡時(shí)控速效果較好，行車制動(dòng)器效能基本 保持不變，一般不會(huì)發(fā)生熱衰退，但購(gòu)置費(fèi)用較高，一般上萬(wàn)元或數(shù)萬(wàn)元。
[0006] 發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或排氣制動(dòng)，則是利用汽車下坡過(guò)程中倒拖停止工作并作為負(fù)載的發(fā) 動(dòng)機(jī)來(lái)耗散汽車下坡勢(shì)能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處主要 有兩點(diǎn)：首先，發(fā)動(dòng)制動(dòng)或排氣制動(dòng)的制動(dòng)效能與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此在使用時(shí)需將變速 器檔位置于低檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)磨損、噪聲較大；其次，在低壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)上使用時(shí)，效果較差。
[0007] 近年來(lái)雖然部分大中型貨車開始裝備了液力緩速器或電渦流緩速器，但主要市場(chǎng) 還多集中于客車。主要營(yíng)運(yùn)于山區(qū)公路的大中型貨車，由于電渦流緩速器在連續(xù)下長(zhǎng)坡路 段存在緩速性能隨溫度升高而下降等不足，若用液力緩速器替代，雖然具有全壽命使用成 本上的優(yōu)勢(shì)，但液力緩速器的價(jià)位更高。所以，就大中型貨車而言，目前國(guó)內(nèi)主要利用的輔 助制動(dòng)還是發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或排氣制動(dòng)。
[0008] 最新修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258-2012)中提出，對(duì)總質(zhì) 量大于12000kg、主要在山區(qū)道路行駛的貨車，應(yīng)配備緩速器或其它輔助制動(dòng)裝置，對(duì)于危 險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車，無(wú)論總質(zhì)量大小，在山區(qū)道路行駛時(shí)，都要求裝配緩速器或其它輔助制動(dòng)裝 置。通過(guò)對(duì)大量貨車駕駛員駕駛行為調(diào)查，在實(shí)際連續(xù)下長(zhǎng)坡過(guò)程中，若利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或 排氣制動(dòng)，出于減少車輛磨損和減小運(yùn)行時(shí)間以提高運(yùn)輸效益的考慮，在駕駛員主觀認(rèn)為 不會(huì)因制動(dòng)器熱衰退而導(dǎo)致汽車制動(dòng)效能失效的情況下，大多數(shù)駕駛員所采用的方式是盡 可能利用較高檔位而非掛低檔行駛下坡，同時(shí)通過(guò)淋水裝置來(lái)降低因頻繁利用制動(dòng)器參與 協(xié)助汽車控速制動(dòng)而上升的制動(dòng)器溫度，以便部分或完全恢復(fù)汽車制動(dòng)效能。加之考慮到 我國(guó)大多數(shù)貨車因不同程度客觀存在超載所導(dǎo)致的更加頻繁利用行車制動(dòng)器進(jìn)行下坡控 速制動(dòng)，制動(dòng)器實(shí)際承受的熱負(fù)荷更大，通過(guò)淋水降溫方式的措施就應(yīng)用更普遍了。
[0009] 汽車鼓式制動(dòng)器淋水降溫方式主要有重力式、氣壓式兩種。重力式是利用安裝在 車廂的高處的大容量?jī)?chǔ)水容器，通過(guò)給水管路和手動(dòng)控制閥，使冷卻水自儲(chǔ)水容器靠自身 重力的壓力流向分布于各制動(dòng)器附近的淋水噴頭，將冷卻水噴淋到制動(dòng)鼓外表面，通過(guò)水 的升溫蒸發(fā)吸熱使制動(dòng)鼓降溫，達(dá)到部分或完全恢復(fù)汽車制動(dòng)效能的目的。氣壓式則是利 用貯氣筒內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)調(diào)壓閥和氣壓開關(guān)閥接通安裝于車架兩側(cè)貯氣筒前后適當(dāng)位 置的儲(chǔ)水容器，儲(chǔ)水容器的容量根據(jù)布置空間大小以及用戶需要而定。氣壓開關(guān)閥在儲(chǔ)水 容器給水時(shí)需要關(guān)閉，斷開氣路。壓縮空氣通過(guò)調(diào)壓閥設(shè)定的氣壓從淋水箱頂部對(duì)淋水箱 中的冷卻水加壓，通過(guò)管路接通各制動(dòng)器附近的淋水噴頭實(shí)現(xiàn)對(duì)各車輪制動(dòng)鼓淋水降溫。 [0010]目前這兩種傳統(tǒng)淋水方式雖有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，購(gòu)置成本不高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在明 顯不足。
[0011] 首先，由于淋水方式不能實(shí)現(xiàn)精確控制，節(jié)水效果差，需要安裝較大容量的儲(chǔ)水容 器以滿足實(shí)際使用需要，從而明顯增加汽車整備質(zhì)量，降低了載質(zhì)量，使汽車動(dòng)力性、制動(dòng) 效能降低，燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性等變差。
[0012] 其次，傳統(tǒng)淋水方式在不間斷噴淋需要降溫制動(dòng)鼓時(shí)，大量冷卻水會(huì)最終落到地 面，降低了路面附著條件，尤其對(duì)于北方冬季還可能會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)冰，嚴(yán)重影響過(guò)往車輛交 通安全，成為傳統(tǒng)淋水方式最致命缺陷之一。
[0013] 再者需注意的是，傳統(tǒng)淋水方式易導(dǎo)致制動(dòng)鼓由于驟然冷卻產(chǎn)生的裂紋或破裂， 影響汽車制動(dòng)效能，甚至使汽車喪失制動(dòng)。
[0014] 最后，傳統(tǒng)噴淋方式還易導(dǎo)致冷卻水進(jìn)入制動(dòng)器摩擦副表面間，降低摩擦副摩擦 系數(shù)，降低制動(dòng)效能。同時(shí)，冷卻水還易夾帶泥沙等雜物進(jìn)入摩擦副表面間，加劇摩擦副的 磨損。
[0015] 另外，近些年雖然出現(xiàn)了一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制淋水裝置，其工作原理也僅限于在 制動(dòng)器某一熱衰退溫度值時(shí)或者對(duì)制動(dòng)器某一上、下溫度閾值范圍內(nèi)的不同溫度段進(jìn)行噴 淋狀態(tài)開關(guān)控制，不能較好獲得對(duì)制動(dòng)器在整個(gè)溫度變化過(guò)程中噴水量的精確控制及冷卻 降溫效果。這主要是因?yàn)椋?1) 沒有考慮溫度變化率，同時(shí)僅僅只是針對(duì)特定溫度或若干溫控范圍，所以整個(gè)噴淋 控制過(guò)程粗糙，仍存在冷卻水的浪費(fèi)及缺乏溫度控制的預(yù)測(cè)性，同時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致與之相關(guān) 的一系列不良后果； 2) 缺乏對(duì)制動(dòng)器溫度、制動(dòng)器摩擦副摩擦性能及其輸出摩擦力矩變化機(jī)理的較深入研 究與闡明，從而對(duì)溫度范圍閾值的確定缺乏理論支持。事實(shí)上，不同的摩擦副材料、制動(dòng)器 結(jié)構(gòu)等等因素都會(huì)對(duì)溫度范圍閾值的確定有較大影響。
[0016] 上述的不足，是導(dǎo)致傳統(tǒng)淋水降溫方式長(zhǎng)期遭到詬病的主要原因。因此，如何根據(jù) 不同制動(dòng)器溫度及其變化選擇合適的控制手段來(lái)精確控制噴水量，是解決傳統(tǒng)噴淋方式不 足的關(guān)鍵。
[0017] 同時(shí)，傳統(tǒng)的自動(dòng)控制，包括經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制，其控制器的設(shè)計(jì)需要建立在已 知控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上。對(duì)于實(shí)際的制動(dòng)器噴淋降溫動(dòng)態(tài)過(guò)程，影響因素很 多，獲取控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 為了克服現(xiàn)有制動(dòng)器噴淋降溫技術(shù)的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種汽車鼓式制動(dòng)器 噴淋降溫控制系統(tǒng)及其控制方法，以溫度傳感器測(cè)量裝置以及模糊控制器實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)關(guān)于噴 淋水量的模糊控制，在基礎(chǔ)控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)壓力控制，保證水壓不變進(jìn)行合理噴淋。
[0019] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種汽車鼓式制動(dòng)器噴淋降溫控制 系統(tǒng)，包括， 溫度傳感器測(cè)量裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)制動(dòng)鼓溫度，并將檢測(cè)溫度傳輸給模糊控制器；模糊控 制器，根據(jù)溫度傳感器測(cè)量裝置傳輸?shù)臋z測(cè)溫度以及模糊控制器內(nèi)的設(shè)定溫度，對(duì)存儲(chǔ)單 元中的模糊控制器查詢表進(jìn)行在線模糊查詢，查詢兩個(gè)輸入變量所對(duì)應(yīng)的精確噴淋水量， 并將精確噴淋水量對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)傳輸給噴淋執(zhí)行裝置； 噴淋執(zhí)行裝置，根據(jù)模糊控制器發(fā)出的精確噴淋水量輸出信號(hào)，對(duì)制動(dòng)鼓進(jìn)行定量噴 淋降溫； 壓力控制裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)噴淋執(zhí)行裝置內(nèi)的壓力信息，根據(jù)設(shè)定壓力，對(duì)噴淋執(zhí)行裝置 內(nèi)的水壓進(jìn)行調(diào)整，使噴淋執(zhí)行裝置內(nèi)的壓力恒定。
[0020] 本發(fā)明所述的壓力控制裝置包括實(shí)時(shí)檢測(cè)噴淋執(zhí)行裝置內(nèi)部水壓的壓力傳感器 測(cè)量裝置、壓力控制單元、控制噴淋執(zhí)行裝置進(jìn)水量的噴淋量控制閥、以及向噴淋執(zhí)行裝 置供水的液壓供水機(jī)構(gòu)，液壓供水機(jī)構(gòu)與噴淋執(zhí)行裝置之間的供水管道上設(shè)有噴淋量控制 閥，壓力控制單元根據(jù)壓力傳感器測(cè)量裝置采集的壓力信息，通過(guò)電子驅(qū)動(dòng)單元控制噴淋 量控制閥的打開或關(guān)閉。
[0021] 本發(fā)明所述的液壓供水機(jī)構(gòu)為儲(chǔ)水箱和水栗，水栗的抽取儲(chǔ)水箱內(nèi)的冷卻水向噴 淋執(zhí)行裝置供水。
[0022] 本發(fā)明所述的控制噴淋量控制閥與噴淋執(zhí)行裝置之間的管路上設(shè)有限壓閥。
[0023] 本發(fā)明所述的壓力控制裝置上述設(shè)有液體分配器，液體分配器的多路管道分別連 接多個(gè)噴淋執(zhí)行裝置，壓力傳感器測(cè)量裝置對(duì)液體分配器內(nèi)的水壓進(jìn)行檢測(cè)。
[0024] 本發(fā)明所述的液體分配器的其中一路管道與儲(chǔ)水箱連通，用于回水。
[0025] 一種汽車鼓式制動(dòng)器噴淋降溫控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟： 步驟一、模糊控制器包括變量模糊化接口模塊、模糊推理控制算法模塊、模糊判決接口 模塊，設(shè)定溫度設(shè)定值Τγ，Τγ= (Τ α+Tfi)/2,式中，Ta為制動(dòng)器制動(dòng)鼓外表面溫度，T Ji為制 動(dòng)裝置熱態(tài)制動(dòng)效能最低性能下的溫度，將各模塊初始化； 步驟二、溫度傳感器測(cè)量裝置檢測(cè)制動(dòng)鼓溫度，溫度采樣間隔時(shí)間為A t，并將每一個(gè) 采樣溫度輸入給模糊控制器，溫度傳感測(cè)量裝置將檢測(cè)到的關(guān)于制動(dòng)鼓溫度的采樣輸入量 T1，與溫度設(shè)定值Τγ比較，其中i = 1，2,…，得到溫度偏差e1= AT1= T1-Ty，根據(jù)上一采 樣時(shí)刻得到的溫度偏差ei AT1 ，可得到溫度偏差變化率為W (en D/ At; 步驟三、將溫度采樣值θι和溫度變化率采樣值e' ^俞入模糊控制器的變量模糊化 接口模塊，首先，兩輸入精確值eJP e '身別乘以各自量化因子k JU ^即》$ = 或，求得兩輸入變量米樣值ei及e ' i在各自模糊論域{_η μ-njl，…，0,… ,ne-l, ne}及{-rv, -rv+Ι,…，0,…，rv_l, ne，}上的量化等級(jí)％和氣;._，這里的ne與n 分別 為溫度偏差e和溫度偏差變化率e'量化檔數(shù)； 步驟四、根據(jù)兩輸入變量采樣值ei& e' i的量化等級(jí)％和乂，模糊控制器對(duì)存儲(chǔ)于存 儲(chǔ)單元中的模糊控制器查詢表進(jìn)行在線查詢，確定出與和％--對(duì)應(yīng)的用于控制被控 對(duì)象降溫的精確噴淋水量^值，然后將與U1值相當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?hào)傳入給噴淋執(zhí)行裝置完成對(duì) 制動(dòng)鼓