緩速器和排氣制動聯(lián)合制動的控制系統(tǒng)模型及其建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于車輛制動技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及緩速器和排氣制動聯(lián)合制動的控制系統(tǒng) 模型及其建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 重型車輛在復(fù)雜的工況下，比如：長下坡制動，平路頻繁制動等，行車主制動較一 般工況制動強度大幅增加，如：制動器的加快磨損，制動襯片加速衰退等，達(dá)到某種嚴(yán)重程 度，可導(dǎo)致主制動的失靈，造成交通事故。液力緩速器可實現(xiàn)恒速和分級制動功能，能有效 減少主制動的壓力。較其它輔助制動（發(fā)動機制動，電渦流緩速器），具有制動力矩大，制動 平穩(wěn)，噪聲小、壽命長，體積小等優(yōu)點。
[0003] 國外對于電控液力緩速器的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，比如：德國CF， 德國福伊特，瑞典斯堪尼亞，美國通用汽車公司的Allison系列液力緩速器等，但是國外液 力緩速器雖技術(shù)成熟，但是成本較高，因此國內(nèi)主機廠商未能進(jìn)行大規(guī)模的匹配，國內(nèi)液力 緩速器的發(fā)展以法士特為先驅(qū)，近幾年來國內(nèi)液力緩速器技術(shù)不斷的成熟并將液力緩速器 推向了市場，得到了用戶的認(rèn)可，并且成本遠(yuǎn)低于國外廠商的液力緩速器。
[0004] 目前國內(nèi)液力緩速器的電控系統(tǒng)全部為手寫代碼形式，但是對于控制系統(tǒng)的許多 參數(shù)需要反復(fù)的實驗才能確定，這對于臺架實驗和裝車測試成本較高，如果參數(shù)一改再改， 不但會造成開發(fā)成本增加，還會造成開發(fā)周期增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供緩速器和排氣制動聯(lián) 合制動的控制系統(tǒng)模型及其建立方法，本發(fā)明以MATLAB/SMULINK為工具，建立包括環(huán)境 阻力在內(nèi)的緩速器和排氣制動聯(lián)合制動控制系統(tǒng)模型，通過快捷的改變模型參數(shù)來獲得精 確的緩速器和排氣制動聯(lián)合制動的結(jié)果。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 緩速器和排氣制動聯(lián)合制動的控制系統(tǒng)模型建立方法，包括以下步驟：
[0008] 1)通過反復(fù)的臺架實驗獲得緩速器的外特性曲線，即：氣壓-傳動軸轉(zhuǎn)速-緩速 器制動扭矩關(guān)系；
[0009] 2)通過反復(fù)轉(zhuǎn)鼓獲得準(zhǔn)確的排氣制動外特性曲線，即：發(fā)動機轉(zhuǎn)速-排氣制動功 率關(guān)系；
[0010] 3)根據(jù)輪胎半徑，后橋速比和車速獲得傳動軸轉(zhuǎn)速，以緩速器的外特性曲線為依 據(jù)，根據(jù)氣壓和傳動軸轉(zhuǎn)速獲得緩速器制動扭矩，進(jìn)而通過緩速器制動扭矩、后橋速比和輪 胎半徑得到緩速器制動力；根據(jù)傳動軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)速，以排氣制動外 特性曲線為依據(jù)，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速獲得排氣制動功率，然后計算出排氣制動扭矩，進(jìn)而通過 排氣制動扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到排氣制動力；根據(jù)空氣阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積和車速 獲得風(fēng)阻制動力；根據(jù)坡度、車重和摩擦阻力系數(shù)獲得道路阻力制動力；
[0011] 4)將緩速器制動力、排氣制動力、風(fēng)阻制動力和道路阻力制動力疊加為總制動力， 然后轉(zhuǎn)化為加速度，最終轉(zhuǎn)化為速度，從而實現(xiàn)車輛的恒速下坡功能和制動功能。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟3)中根據(jù)氣壓和傳動軸轉(zhuǎn)速獲得緩速器制動扭矩的方法為：根據(jù) 氣壓-傳動軸轉(zhuǎn)速-制動扭矩關(guān)系在MATLAB/SMULINK中進(jìn)行三維制表并插值查表即能夠 獲得任何氣壓和整車傳動軸轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的緩速器制動扭矩。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟3)中依照排氣制動外特性曲線獲得排氣制動功率的方法為：根據(jù) 發(fā)動機轉(zhuǎn)速-排氣制動功率關(guān)系在MATLAB/SMULINK中進(jìn)行二維制表并插值查表即能夠得 到任何發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的排氣制動功率。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟3)中根據(jù)排氣制動功率計算排氣制動扭矩的方法為：設(shè)定一個發(fā) 動機轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速>設(shè)定值時，T = PX9550/N，其中T為排氣制動扭矩，P為排氣制 動功率，N為發(fā)動機轉(zhuǎn)速；當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速<設(shè)定值時，排氣制動扭矩為0。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟4)中的恒速下坡功能是以PID算法做為恒速下坡過程中的控制算 法，所述的PID算法包括比例系數(shù)Kp、積分時間常數(shù)Ti和微分時間常數(shù)Td三個參數(shù)，通過 輸入實時車速與目標(biāo)車速的差值調(diào)節(jié)參數(shù)至合適值，最終使車速保持平穩(wěn)。
[0016] 緩速器和排氣制動聯(lián)合制動的控制系統(tǒng)模型，包括：
[0017] 傳動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊：用于將輪胎半徑，后橋速比和車速轉(zhuǎn)換為傳動軸轉(zhuǎn)速；
[0018] 緩速器模塊：用于將氣壓和傳動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為緩速器制動扭矩，進(jìn)而通過緩速器 制動扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到緩速器制動力；
[0019] 排氣制動模塊：用于將傳動軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位轉(zhuǎn)化為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，并以排氣制 動外特性曲線為依據(jù)，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速獲得排氣制動功率，然后計算出排氣制動扭矩，進(jìn)而 通過排氣制動扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到排氣制動力；
[0020] 風(fēng)阻模塊：用于將空氣阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積和車速轉(zhuǎn)化為風(fēng)阻制動力；
[0021] 道路阻力模塊：用于將坡度、車重和摩擦阻力系數(shù)轉(zhuǎn)化為道路阻力制動力；
[0022] 車速轉(zhuǎn)化模塊：用于將緩速器制動力、排氣制動力、風(fēng)阻制動力和道路阻力制動力 疊加為總制動力，然后轉(zhuǎn)化為加速度；
[0023] 車速輸出模塊：用于將加速度轉(zhuǎn)化為車速，并將車速傳遞給傳動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊 和風(fēng)阻模塊。
[0024] 進(jìn)一步地，還包括恒速PID控制模塊：用于接收車速輸出模塊的車速，并根據(jù)車速 與目標(biāo)車速的差值調(diào)解自身參數(shù)，然后將輸出的氣壓值傳送給緩速器模塊。
[0025] 進(jìn)一步地，緩速器模塊包括用于將氣壓和傳動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為緩速器制動扭矩的制 動扭矩轉(zhuǎn)換子模塊和用于將緩速器制動扭矩、后橋速比和輪胎半徑轉(zhuǎn)化為緩速器制動力的 制動力轉(zhuǎn)換子模塊，其中制動扭矩轉(zhuǎn)換子模塊包括用于模擬緩速器充油過程的慣性環(huán)節(jié)模 塊。
[0026] 進(jìn)一步地，排氣制動模塊包括用于將傳動軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位轉(zhuǎn)化為發(fā)動機轉(zhuǎn) 速，并以排氣制動外特性曲線為依據(jù)，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速獲得排氣制動扭矩的排氣制動子模 塊，其中排氣制動子模塊包括用于判斷發(fā)動機轉(zhuǎn)速是否大于設(shè)定值的if-else判斷模塊， 若是，以公式T = PX9550/N計算出排氣制動扭矩，其中T為排氣制動扭矩，P為排氣制動 功率，N為發(fā)動機轉(zhuǎn)速；若否，排氣制動扭矩為0。
[0027] 進(jìn)一步地，坡度通過坡度采集傳感器采集。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0029] 本發(fā)明以MATLAB/SMULINK為工具，建立包括環(huán)境阻力在內(nèi)的緩速器和排氣制動 聯(lián)合制動控制系統(tǒng)，通過快捷的改變控制模型參數(shù)來獲得精確的緩速器和排氣制動聯(lián)合制 動的結(jié)果，可以借此控制系統(tǒng)模型快速、準(zhǔn)確、有效的得出緩速器的恒速和制動效果，而且 此控制系統(tǒng)模型全部為模塊化形式，方便后續(xù)開發(fā)整車制動系統(tǒng)（緩速器制動、行車主制 動、發(fā)動機制動、排氣制動）的移植等。并建立不同工況下緩速器匹配整車的數(shù)據(jù)庫，有效 的縮短緩速器匹配整車的前期理論計算，可以對整車廠匹配緩速器尤其在批量化的整車匹 配緩速器過程中，做出快速高效準(zhǔn)確的響應(yīng)，縮短緩速器匹配整車的周期，有效的提高工作 效率，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)整體框架圖；
[0031] 圖2是緩速器模塊不意圖；
[0032] 圖3是制動扭矩轉(zhuǎn)換子模塊示意圖；
[0033] 圖4是制動力轉(zhuǎn)換子模塊示意圖；
[0034] 圖5是排氣制動模塊示意圖；
[0035] 圖6是排氣制動子模塊示意圖；
[0036] 圖7是風(fēng)阻模塊不意圖；
[0037] 圖8是道路阻力模塊示意圖；
[0038] 圖9是正弦子模塊示意圖；
[0039] 圖10是余弦子模塊示意圖；
[0040] 圖11是恒速PID算法不意圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0042] 緩速器和排氣制動聯(lián)合制動的控制系統(tǒng)模型建立方法，包括：
[0043] 1)通過反復(fù)的臺架實驗獲得緩速器的外特性曲線，即：氣壓-傳動軸轉(zhuǎn)速-緩速 器制動扭矩關(guān)系；
[0044] 2)通過反復(fù)轉(zhuǎn)鼓獲得準(zhǔn)確的排氣制動外特性曲線，即：發(fā)動機轉(zhuǎn)速-排氣制動功 率關(guān)系；
[0045] 3)根據(jù)輪胎半徑，后橋速比和車速獲得傳動軸轉(zhuǎn)速，以緩速器的外特性曲線為依 據(jù)，根據(jù)氣壓和傳動軸轉(zhuǎn)速獲得緩速器制動扭矩，其方法為根據(jù)氣壓-傳動軸轉(zhuǎn)速-制動扭 矩關(guān)系在MATLAB/SMULINK中進(jìn)行三維制表并插值查表即能夠獲得任何氣壓和整車傳動 軸轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的緩速器制動扭矩，進(jìn)而通過緩速器制動扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到緩 速器制動力；
[0046] 根據(jù)傳動軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)速，以排氣制動外特性曲線為依據(jù)， 根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速獲得排氣制動功率，其方法為根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速-排氣制動功率關(guān)系在 MATLAB/SMULINK中進(jìn)行二維制表并插值查表即能夠得到任何發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的排氣制動功 率，然后計算出排氣制動扭矩，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速>設(shè)定值時，T = PX9550/N，其中T為排氣制 動扭矩，P為排氣制動功率，N為發(fā)動機轉(zhuǎn)速；當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速<設(shè)定值時，排氣制動扭矩為0， 進(jìn)而通過排氣制動扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到排氣制動力；
[0047] 根據(jù)空氣阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積和車速風(fēng)阻制動力；根據(jù)坡度、車重和摩擦阻力系數(shù) 獲得道路阻力制動力；
[0048] 4)將緩速器制動力、排氣制動力、風(fēng)阻制動力和道路阻力制動力疊加為總制動力， 然后轉(zhuǎn)化為加速度，最終轉(zhuǎn)化為速度，從而實現(xiàn)車輛的恒速下坡功能和制動功能，其中恒速 下坡功能是以PID算法做為恒速下坡過程中的控制算法，