緩速器和排氣制動(dòng)聯(lián)合制動(dòng)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(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及緩速器和排氣制動(dòng)聯(lián)合制動(dòng)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(zhǎng)下坡制動(dòng)，平路頻繁制動(dòng)等，行車主制動(dòng)較一 般工況制動(dòng)強(qiáng)度大幅增加，如：制動(dòng)器的加快磨損，制動(dòng)襯片加速衰退等，達(dá)到某種嚴(yán)重程 度，可導(dǎo)致主制動(dòng)的失靈，造成交通事故。液力緩速器可實(shí)現(xiàn)恒速和分級(jí)制動(dòng)功能，能有效 減少主制動(dòng)的壓力。較其它輔助制動(dòng)（發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，電渦流緩速器），具有制動(dòng)力矩大，制動(dòng) 平穩(wěn)，噪聲小、壽命長(zhǎng)，體積小等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 國(guó)外對(duì)于電控液力緩速器的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，比如：德國(guó)CF， 德國(guó)福伊特，瑞典斯堪尼亞，美國(guó)通用汽車公司的Allison系列液力緩速器等，但是國(guó)外液 力緩速器雖技術(shù)成熟，但是成本較高，因此國(guó)內(nèi)主機(jī)廠商未能進(jìn)行大規(guī)模的匹配，國(guó)內(nèi)液力 緩速器的發(fā)展以法士特為先驅(qū)，近幾年來(lái)國(guó)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(chǎng)，得到了用戶的認(rèn)可，并且成本遠(yuǎn)低于國(guó)外廠商的液力緩速器。
[0004] 目前國(guó)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(duì)于控制系統(tǒng)的許多 參數(shù)需要反復(fù)的實(shí)驗(yàn)才能確定，這對(duì)于臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和裝車測(cè)試成本較高，如果參數(shù)一改再改， 不但會(huì)造成開(kāi)發(fā)成本增加，還會(huì)造成開(kāi)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(dòng)聯(lián) 合制動(dòng)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(dòng)聯(lián)合制動(dòng)控制系統(tǒng)模型，通過(guò)快捷的改變模型參數(shù)來(lái)獲得精 確的緩速器和排氣制動(dòng)聯(lián)合制動(dòng)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(dòng)聯(lián)合制動(dòng)的控制系統(tǒng)模型建立方法，包括以下步驟：
[0008] 1)通過(guò)反復(fù)的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)獲得緩速器的外特性曲線，即：氣壓-傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速-緩速 器制動(dòng)扭矩關(guān)系；
[0009] 2)通過(guò)反復(fù)轉(zhuǎn)鼓獲得準(zhǔn)確的排氣制動(dòng)外特性曲線，即：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速-排氣制動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸轉(zhuǎn)速獲得緩速器制動(dòng)扭矩，進(jìn)而通過(guò)緩速器制動(dòng)扭矩、后橋速比和輪 胎半徑得到緩速器制動(dòng)力；根據(jù)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以排氣制動(dòng)外 特性曲線為依據(jù)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速獲得排氣制動(dòng)功率，然后計(jì)算出排氣制動(dòng)扭矩，進(jìn)而通過(guò) 排氣制動(dòng)扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到排氣制動(dòng)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(dòng)力；根據(jù)坡度、車重和摩擦阻力系數(shù)獲得道路阻力制動(dòng)力；
[0011] 4)將緩速器制動(dòng)力、排氣制動(dòng)力、風(fēng)阻制動(dòng)力和道路阻力制動(dòng)力疊加為總制動(dòng)力， 然后轉(zhuǎn)化為加速度，最終轉(zhuǎn)化為速度，從而實(shí)現(xiàn)車輛的恒速下坡功能和制動(dòng)功能。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟3)中根據(jù)氣壓和傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速獲得緩速器制動(dòng)扭矩的方法為：根據(jù) 氣壓-傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速-制動(dòng)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(dòng)軸轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的緩速器制動(dòng)扭矩。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟3)中依照排氣制動(dòng)外特性曲線獲得排氣制動(dòng)功率的方法為：根據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速-排氣制動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的排氣制動(dòng)功率。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟3)中根據(jù)排氣制動(dòng)功率計(jì)算排氣制動(dòng)扭矩的方法為：設(shè)定一個(gè)發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速>設(shè)定值時(shí)，T = PX9550/N，其中T為排氣制動(dòng)扭矩，P為排氣制 動(dòng)功率，N為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速<設(shè)定值時(shí)，排氣制動(dòng)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(guò)程中的控制算 法，所述的PID算法包括比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間常數(shù)Ti和微分時(shí)間常數(shù)Td三個(gè)參數(shù)，通過(guò) 輸入實(shí)時(shí)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(dòng)聯(lián)合制動(dòng)的控制系統(tǒng)模型，包括：
[0017] 傳動(dòng)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(dòng)軸轉(zhuǎn)速；
[0018] 緩速器模塊：用于將氣壓和傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為緩速器制動(dòng)扭矩，進(jìn)而通過(guò)緩速器 制動(dòng)扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到緩速器制動(dòng)力；
[0019] 排氣制動(dòng)模塊：用于將傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并以排氣制 動(dòng)外特性曲線為依據(jù)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速獲得排氣制動(dòng)功率，然后計(jì)算出排氣制動(dòng)扭矩，進(jìn)而 通過(guò)排氣制動(dòng)扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到排氣制動(dòng)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(dòng)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(dòng)力；
[0022] 車速轉(zhuǎn)化模塊：用于將緩速器制動(dòng)力、排氣制動(dòng)力、風(fēng)阻制動(dòng)力和道路阻力制動(dòng)力 疊加為總制動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為緩速器制動(dòng)扭矩的制 動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)換子模塊和用于將緩速器制動(dòng)扭矩、后橋速比和輪胎半徑轉(zhuǎn)化為緩速器制動(dòng)力的 制動(dòng)力轉(zhuǎn)換子模塊，其中制動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)換子模塊包括用于模擬緩速器充油過(guò)程的慣性環(huán)節(jié)模 塊。
[0026] 進(jìn)一步地，排氣制動(dòng)模塊包括用于將傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速，并以排氣制動(dòng)外特性曲線為依據(jù)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速獲得排氣制動(dòng)扭矩的排氣制動(dòng)子模 塊，其中排氣制動(dòng)子模塊包括用于判斷發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算出排氣制動(dòng)扭矩，其中T為排氣制動(dòng)扭矩，P為排氣制動(dòng) 功率，N為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；若否，排氣制動(dòng)扭矩為0。
[0027] 進(jìn)一步地，坡度通過(guò)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(dòng) 聯(lián)合制動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)快捷的改變控制模型參數(shù)來(lái)獲得精確的緩速器和排氣制動(dòng)聯(lián)合制 動(dòng)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(dòng)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(kāi)發(fā)整車制動(dòng)系統(tǒng)（緩速器制動(dòng)、行車主制 動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、排氣制動(dòng)）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(kù)，有效 的縮短緩速器匹配整車的前期理論計(jì)算，可以對(duì)整車廠匹配緩速器尤其在批量化的整車匹 配緩速器過(guò)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(shuō)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(dòng)扭矩轉(zhuǎn)換子模塊示意圖；
[0033] 圖4是制動(dòng)力轉(zhuǎn)換子模塊示意圖；
[0034] 圖5是排氣制動(dòng)模塊示意圖；
[0035] 圖6是排氣制動(dòng)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(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0042] 緩速器和排氣制動(dòng)聯(lián)合制動(dòng)的控制系統(tǒng)模型建立方法，包括：
[0043] 1)通過(guò)反復(fù)的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)獲得緩速器的外特性曲線，即：氣壓-傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速-緩速 器制動(dòng)扭矩關(guān)系；
[0044] 2)通過(guò)反復(fù)轉(zhuǎn)鼓獲得準(zhǔn)確的排氣制動(dòng)外特性曲線，即：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速-排氣制動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸轉(zhuǎn)速獲得緩速器制動(dòng)扭矩，其方法為根據(jù)氣壓-傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速-制動(dòng)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(dòng) 軸轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的緩速器制動(dòng)扭矩，進(jìn)而通過(guò)緩速器制動(dòng)扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到緩 速器制動(dòng)力；
[0046] 根據(jù)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速和變速箱檔位獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以排氣制動(dòng)外特性曲線為依據(jù)， 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速獲得排氣制動(dòng)功率，其方法為根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速-排氣制動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的排氣制動(dòng)功 率，然后計(jì)算出排氣制動(dòng)扭矩，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速>設(shè)定值時(shí)，T = PX9550/N，其中T為排氣制 動(dòng)扭矩，P為排氣制動(dòng)功率，N為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速<設(shè)定值時(shí)，排氣制動(dòng)扭矩為0， 進(jìn)而通過(guò)排氣制動(dòng)扭矩、后橋速比和輪胎半徑得到排氣制動(dòng)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(dòng)力；根據(jù)坡度、車重和摩擦阻力系數(shù) 獲得道路阻力制動(dòng)力；
[0048] 4)將緩速器制動(dòng)力、排氣制動(dòng)力、風(fēng)阻制動(dòng)力和道路阻力制動(dòng)力疊加為總制動(dòng)力， 然后轉(zhuǎn)化為加速度，最終轉(zhuǎn)化為速度，從而實(shí)現(xiàn)車輛的恒速下坡功能和制動(dòng)功能，其中恒速 下坡功能是以PID算法做為恒速下坡過(guò)程中的控制算法，