CN105151019A - 一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统及其控制方法，包括温度传感器测量装置、模糊控制器、喷淋执行装置以及压力控制装置，通过温度传感器测量装置的实时温度检测，模糊控制器离线修改完善模糊规则及确定“模糊控制器查询表”并在线应用“模糊控制器查询表”的方式，实时控制喷淋执行装置对制动鼓进行定量喷淋降温，并通过压力控制装置实时检测喷淋执行装置内的水压，保证喷淋执行装置喷淋水压及水量稳定。

Description

一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统及其控制方法。

背景技术

我国山地丘陵约占国土总面积43％，自然条件复杂且受生态环境制约大，不可避免存在工程意义上的特殊困难路段，造成山区公路往往存在连续长大下坡路段。

目前我国大中型货车行车制动器主要还是采用鼓式制动器。鼓式制动器相比盘式制动器，在散热方面存在不足。对于一些事故高发的连续下坡路段的事故统计数据分析表明，尽管道路技术指标符合设计规范，但仍事故高发，且事故多为大中型货车因鼓式制动器热衰退导致制动失效为主。究其缘由，除了超载因素，不外乎在连续下坡过程中同时还缺乏辅助制动或制动器冷却装置。

常见的辅助制动装置有：发动机排气制动、发动机制动(缓速器)、电涡流缓速器、液力缓速器等。

液力缓速器和电涡流缓速器，连续下长坡时控速效果较好，行车制动器效能基本保持不变，一般不会发生热衰退，但购置费用较高，一般上万元或数万元。

发动机制动或排气制动，则是利用汽车下坡过程中倒拖停止工作并作为负载的发动机来耗散汽车下坡势能，具有结构简单，工作可靠、使用寿命长等优点，其不足之处主要有两点：首先，发动制动或排气制动的制动效能与发动机转速有关，因此在使用时需将变速器档位置于低档位，发动机磨损、噪声较大；其次，在低压缩比发动机上使用时，效果较差。

近年来虽然部分大中型货车开始装备了液力缓速器或电涡流缓速器，但主要市场还多集中于客车。主要营运于山区公路的大中型货车，由于电涡流缓速器在连续下长坡路段存在缓速性能随温度升高而下降等不足，若用液力缓速器替代，虽然具有全寿命使用成本上的优势，但液力缓速器的价位更高。所以，就大中型货车而言，目前国内主要利用的辅助制动还是发动机制动或排气制动。

最新修订的国家标准《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2012)中提出，对总质量大于12000kg、主要在山区道路行驶的货车，应配备缓速器或其它辅助制动装置，对于危险货物运输车，无论总质量大小，在山区道路行驶时，都要求装配缓速器或其它辅助制动装置。通过对大量货车驾驶员驾驶行为调查，在实际连续下长坡过程中，若利用发动机制动或排气制动，出于减少车辆磨损和减小运行时间以提高运输效益的考虑，在驾驶员主观认为不会因制动器热衰退而导致汽车制动效能失效的情况下，大多数驾驶员所采用的方式是尽可能利用较高档位而非挂低档行驶下坡，同时通过淋水装置来降低因频繁利用制动器参与协助汽车控速制动而上升的制动器温度，以便部分或完全恢复汽车制动效能。加之考虑到我国大多数货车因不同程度客观存在超载所导致的更加频繁利用行车制动器进行下坡控速制动，制动器实际承受的热负荷更大，通过淋水降温方式的措施就应用更普遍了。

汽车鼓式制动器淋水降温方式主要有重力式、气压式两种。重力式是利用安装在车厢的高处的大容量储水容器，通过给水管路和手动控制阀，使冷却水自储水容器靠自身重力的压力流向分布于各制动器附近的淋水喷头，将冷却水喷淋到制动鼓外表面，通过水的升温蒸发吸热使制动鼓降温，达到部分或完全恢复汽车制动效能的目的。气压式则是利用贮气筒内的压缩空气通过调压阀和气压开关阀接通安装于车架两侧贮气筒前后适当位置的储水容器，储水容器的容量根据布置空间大小以及用户需要而定。气压开关阀在储水容器给水时需要关闭，断开气路。压缩空气通过调压阀设定的气压从淋水箱顶部对淋水箱中的冷却水加压，通过管路接通各制动器附近的淋水喷头实现对各车轮制动鼓淋水降温。

目前这两种传统淋水方式虽有结构简单，购置成本不高等优点，但同时也存在明显不足。

首先，由于淋水方式不能实现精确控制，节水效果差，需要安装较大容量的储水容器以满足实际使用需要，从而明显增加汽车整备质量，降低了载质量，使汽车动力性、制动效能降低，燃油经济性、操纵稳定性等变差。

其次，传统淋水方式在不间断喷淋需要降温制动鼓时，大量冷却水会最终落到地面，降低了路面附着条件，尤其对于北方冬季还可能会导致路面结冰，严重影响过往车辆交通安全，成为传统淋水方式最致命缺陷之一。

再者需注意的是，传统淋水方式易导致制动鼓由于骤然冷却产生的裂纹或破裂，影响汽车制动效能，甚至使汽车丧失制动。

最后，传统喷淋方式还易导致冷却水进入制动器摩擦副表面间，降低摩擦副摩擦系数，降低制动效能。同时，冷却水还易夹带泥沙等杂物进入摩擦副表面间，加剧摩擦副的磨损。

另外，近些年虽然出现了一些简单的自动控制淋水装置，其工作原理也仅限于在制动器某一热衰退温度值时或者对制动器某一上、下温度阈值范围内的不同温度段进行喷淋状态开关控制，不能较好获得对制动器在整个温度变化过程中喷水量的精确控制及冷却降温效果。这主要是因为：

1)没有考虑温度变化率，同时仅仅只是针对特定温度或若干温控范围，所以整个喷淋控制过程粗糙，仍存在冷却水的浪费及缺乏温度控制的预测性，同时必然会导致与之相关的一系列不良后果；

2)缺乏对制动器温度、制动器摩擦副摩擦性能及其输出摩擦力矩变化机理的较深入研究与阐明，从而对温度范围阈值的确定缺乏理论支持。事实上，不同的摩擦副材料、制动器结构等等因素都会对温度范围阈值的确定有较大影响。

上述的不足，是导致传统淋水降温方式长期遭到诟病的主要原因。因此，如何根据不同制动器温度及其变化选择合适的控制手段来精确控制喷水量，是解决传统喷淋方式不足的关键。

同时，传统的自动控制，包括经典控制和现代控制，其控制器的设计需要建立在已知控制对象的精确数学模型的基础上。对于实际的制动器喷淋降温动态过程，影响因素很多，获取控制对象的精确数学模型较困难。

发明内容

为了克服现有制动器喷淋降温技术的缺陷，本发明旨在提供一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统及其控制方法，以温度传感器测量装置以及模糊控制器实现基础关于喷淋水量的模糊控制，在基础控制基础上实现压力控制，保证水压不变进行合理喷淋。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，包括，

温度传感器测量装置，实时检测制动鼓温度，并将检测温度传输给模糊控制器；模糊控制器，根据温度传感器测量装置传输的检测温度以及模糊控制器内的设定温度，对存储单元中的模糊控制器查询表进行在线模糊查询，查询两个输入变量所对应的精确喷淋水量，并将精确喷淋水量对应的输出信号传输给喷淋执行装置；

喷淋执行装置，根据模糊控制器发出的精确喷淋水量输出信号，对制动鼓进行定量喷淋降温；

压力控制装置，实时检测喷淋执行装置内的压力信息，根据设定压力，对喷淋执行装置内的水压进行调整，使喷淋执行装置内的压力恒定。

本发明所述的压力控制装置包括实时检测喷淋执行装置内部水压的压力传感器测量装置、压力控制单元、控制喷淋执行装置进水量的喷淋量控制阀、以及向喷淋执行装置供水的液压供水机构，液压供水机构与喷淋执行装置之间的供水管道上设有喷淋量控制阀，压力控制单元根据压力传感器测量装置采集的压力信息，通过电子驱动单元控制喷淋量控制阀的打开或关闭。

本发明所述的液压供水机构为储水箱和水泵，水泵的抽取储水箱内的冷却水向喷淋执行装置供水。

本发明所述的控制喷淋量控制阀与喷淋执行装置之间的管路上设有限压阀。

本发明所述的压力控制装置上述设有液体分配器，液体分配器的多路管道分别连接多个喷淋执行装置，压力传感器测量装置对液体分配器内的水压进行检测。

本发明所述的液体分配器的其中一路管道与储水箱连通，用于回水。

一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、模糊控制器包括变量模糊化接口模块、模糊推理控制算法模块、模糊判决接口模块，设定温度设定值T_γ，T_γ＝(T_α+T_β)/2，式中，T_α为制动器制动鼓外表面温度，T_β为制动装置热态制动效能最低性能下的温度，将各模块初始化；

步骤二、温度传感器测量装置检测制动鼓温度，温度采样间隔时间为Δt，并将每一个采样温度输入给模糊控制器，温度传感测量装置将检测到的关于制动鼓温度的采样输入量T_i，与温度设定值T_γ比较，其中i＝1,2,…，得到温度偏差e_i＝ΔT_i＝T_i-T_γ，根据上一采样时刻得到的温度偏差e_i-1＝ΔT_i-1＝T_i-1-T_γ，可得到温度偏差变化率为e′_i＝(e_i-e_i-1)/Δt；

步骤三、将温度采样值e_i和温度变化率采样值e′_i输入模糊控制器的变量模糊化接口模块，首先，两输入精确值e_i和e′_i分别乘以各自量化因子k_e或k_e'，即或求得两输入变量采样值e_i及e′_i在各自模糊论域{-n_e,-n_e+1,…,0,…,n_e-1,n_e}及{-n_e',-n_e'+1,…,0,…,n_e'-1,n_e'}上的量化等级和这里的n_e与n_e'分别为温度偏差e和温度偏差变化率e'量化档数；

步骤四、根据两输入变量采样值e_i及e′_i的量化等级和模糊控制器对存储于存储单元中的模糊控制器查询表进行在线查询，确定出与和一一对应的用于控制被控对象降温的精确喷淋水量u_i值，然后将与u_i值相当的输出信号传入给喷淋执行装置完成对制动鼓定量喷淋降温；

步骤五、压力控制装置实时检测喷淋执行装置内的压力信息，根据压力控制单元内设定的压力，将采集的压力信息与设定压力进行比较，通过电子驱动单元控制喷淋量控制阀的打开或关闭，对喷淋执行装置内的水压进行调整，使喷淋执行装置内的压力恒定为设定压力。

本发明所述的模糊控制器查询表为，在离线模糊推理计算中，模糊控制器对于温度采样值e_i的模糊论域X以及温度变化率采样值e′_i的模糊论域Y之间全部元素的所有组合，计算出两个输入模糊论域相应的以输出模糊论域Z中各元素表示的精确喷淋水量u变化值构成的矩阵，进而得到由该矩阵构成的相应查询表格。

本发明所述的模糊控制器查询表为二维数组，并以行序为主序顺序存储在存储单元内。

本发明所述的模糊控制器查询表的获得方法为，包括以下步骤：

步骤一、变量模糊化接口模块将两输入变量，即制动鼓外表面典型测温点温度偏差e及温度偏差变化率e'模糊化，得到输入模糊语言变量E与EC；

步骤二、将输入模糊语言变量E或EC与输出模糊语言变量U均采用“NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB”7个语言值，共可得49条控制规则，得到模糊控制规则表；

步骤三、选择模糊语言变量E、EC、U各自的7个语言值所对应的模糊集合 以及各模糊集合对应的隶属度函数，其中，l_e,l_e',l_u＝1,2,…,7，选定量化档数均为n，并确定模糊集合元素隶属度值；

步骤四、对每条模糊控制规则模糊蕴含关系，其中j＝1,2,…,49，根据式

进行的计算，式中，模糊矩阵需写成行向量，即式中为行向量，模糊向量为行向量，于是可得到整个模糊控制器控制规则的总模糊关系为

步骤五、考虑到量化档数n，根据两个输入模糊语言变量E和EC赋值表，对于模糊论域X上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}与模糊论域Y上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}间的所有组合(共(2n+1)²个组合)，分别确定自模糊论域X上某一元素取最大隶属度值时的模糊语言值所对应模糊集合和来自模糊论域Y上另一元素取最大隶属度值时的模糊语言值所对应模糊集合从而最终可得到(2n+1)²对模糊集合；

步骤六、对于(2n+1)²不同组合中某一组合的一对输入模糊集合，即与按照极大-极小合成规则，则可得到与该组合相应的模糊控制器输出模糊量为

其中，为行向量，ο是合成运算符号；

步骤七、利用加权平均法，求模糊控制器输出模糊量的平均值z₀，即式中为模糊控制器输出的隶属度，n为量化档数；

步骤八、利用式进行圆整得到模糊控制器输出量化等级

步骤九、根据比例因子k_u＝q/2n及式计算可得控制量y值，再将y值代入u＝y+q/2可求得用于控制对象降温的精确喷淋水量u值，u值范围为[0,q]，此u值即为模糊论域X上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}与模糊论域Y上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}间的所有(2n+1)²元素组合中的某一组合所对应精确喷淋水量值；

步骤十、将上述所有(2n+1)²元素组合与对不同组合进行模糊推理计算所得到的精确喷淋水量值一一对应，从而得到二维矩阵形式的模糊控制器查询表，将确定后的“模糊控制器查询表”存储于以行序为主序的二维数组顺序存储单元中，用于实时模糊控制在线查询。

本发明的有益效果是：

1、作为智能控制的模糊控制，则通过对操作者的学习、试验以及长期经验的总结，直接利用操作者在手动控制过程中处理模糊信息所表现的控制能力，吸取人脑识别和判决复杂控制对象的特点，按照一定的语言控制规则进行工作，利用心目中的模糊数量关系来建立系统的模糊控制模型，不依赖精确的数学模型，使得控制机理和控制策略易于理解和接受，从而对控制对象或过程实施控制，尤其对非线性复杂对象的控制显示了鲁棒性好、控制性能高的优点，为解决复杂的实际制动器喷淋降温动态过程控制问题提供了一种有效途径。

2、“模糊控制器查询表”存储于以行序为主序的二维数组顺序存储单元中。在实际喷淋降温模糊控制过程中，模糊控制器可直接根据采样和论域变换得到的温度偏差量化等级n_e和温度偏差变化率量化等级n_e'，利用查询表查找到与n_e和n_e'对应的同样以论域元素形式表现的控制量u变化值，并以此精确值去控制实际喷淋水过程，以达到预期控制目的，并实现由复杂模糊控制过程转化为实时性良好的在线查找查询表过程。

3、在制动器温度控制时，若能够保持水压不变，对于所需的实时的喷淋冷却水量大小调节仅取决于喷淋持续时间，而喷淋持续时间的实现可通过对控制脉冲信号脉宽调节来进行。故整个喷淋装置包含两级控制，基础级是分配器中水压的控制，在此基础上进行关于喷淋水量的模糊控制，将明显提高控制的精度，简化了控制算法，提高了系统工作的可靠性，同时成本也较低。

4、汽车鼓式制动器模糊喷淋控制系统，相关参数的确定能较好地适应汽车复杂行驶工况(尤其是山区道路工况)对鼓式制动器温度控制的需要，以期保证汽车制动效能符合安全要求。这里，温度控制范围[T_α,T_β]、设定值等的确定就是基于GB12676-2014中制动系Ⅱ型试验，目的是使制动器剩余制动效能仍能够满足紧急制动的最低要求。相关喷淋参数确定如喷淋量等，则既考虑了制动器温升热量的及时通过冷却水蒸发耗散，又不能使过多冷却水流到路面，降低路面附着系数(尤其是在冬季)，同时也减小了制动鼓温度的骤变，有助于减少使用中其裂纹的产生。需要注意的是，在本发明中喷淋量的模糊控制首先基于对于冷却水压力的稳定控制。

说明书附图

图1为本发明的控制原理框图；

图2为本发明的温度控制原理图；

图3为本发明的压力控制装置的原理框图；

图中：1、喷淋执行装置，2、压力控制装置，201、压力传感器测量装置，202、压力控制单元，203、喷淋量控制阀，3、液压供水机构，301、储水箱，302、水泵，4、液体分配器，5、限压阀，6、过滤器，7、逆止阀，8、溢流阀，9、安全阀。

具体实施方式

一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，如图1所示，主要包括模糊推理控制算法模块、变量模糊化接口模块、模糊判决(去模糊化)接口模块。

模糊控制器的输入为鼓式制动器的制动鼓外表面典型测温点温度偏差e及温度偏差变化率e'，输出为精确喷淋水量u。针对模糊控制器各组成模块，简要说明如下：

1、变量模糊化接口模块

该模块主要完成两输入变量即制动鼓外表面典型测温点温度偏差e及温度偏差变化率e'的模糊化，得到输入模糊变量E与EC，实现输入变量由精确量转变为模糊语言变量的目的。该模块实现功能：

1)确定输入变量准确值(温度偏差e、变化率e')的量化等级

简单讲，就是根据模糊控制器的输入变量准确值(e或e')和量化因子或由或求得两输入变量准确值(e或e')量化等级n_e和n_e'。需要说明的是，对于两输入变量(e或e')与模糊判决接口模块中的输出变量u，它们的量化档数可取为相同。

对于本发明，一般可取制动器制动鼓外表面温度50℃-100℃范围内的值作为模糊控制器温控起点温度T_α，温控终点温度T_β可根据国家标准GB12676-2014中制动系Ⅱ型试验后对M₃和N₃类车辆行车制动装置热态制动效能所规定的最低性能(允许最大制动距离或充分发出的平均减速度)要求来确定，例如此时对N₃类某型货车温控终点温度T_β可在300-350℃范围内的取值。若模糊控制系统设定值T_γ取为取为(T_α+T_β)/2，则制动鼓温度偏差e＝T_β-T_α的基本论域为[0,a]。对于温度偏差e＝T-T_γ，其基本论域为[-a/2,a/2]，T为制动鼓温度，模糊论域X为[-n,n]，n为量化档数，一般取6或7。温度偏差e量化因子为：则对温度偏差e输入值，由式λ_e＝e-a/2并根据进行计算，再利用下式

$n_e=\&lsqb;{\mathrm{\&gamma;}}_e\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}n& {\mathrm{\&gamma;}}_e\&GreaterEqual;n\\ \mathrm{sgn}\left({\mathrm{\&gamma;}}_e\right)\mathrm{int}\left(\right|{\mathrm{\&gamma;}}_e|+0.5)& \left|{\mathrm{\&gamma;}}_e\right|<n\\ -n& {\mathrm{\&gamma;}}_e\&le;-n\end{array}\right.$

对γ_e圆整，可得到与温度偏差e输入值对应的量化等级n_e，其中sgn函数为符号函数，int函数表示将一个实数向下取整为最接近的整数。

对于温控范围[T_α,T_β]内温度偏差变化率e'，其基本论域为[b,c]，b、c可根据国家标准GB12676-2014中制动系Ⅱ型试验确定，模糊论域Y仍可取为[-n,n]，量化因子为故对温度偏差变化率e'的输入值，由式λ_e'＝e'-(b+c)/2并根据进行计算，再类似于对γ_e的圆整，对γ_e'圆整后可得到与温度偏差变化率e'值对应的量化等级n_e'。

2)确定模糊语言变量E和EC语言值及对应的模糊集合

根据两输入变量e或e'各自相应的模糊语言变量E或EC赋值表，查找出在已确定量化等级n_e和n_e'上与最大隶属度值对应的模糊语言值所决定的模糊集合和这二个模糊集合便代表变量e与e'输入值的模糊化。

这里，所谓的“模糊语言变量E或EC赋值表”，根据给出的模糊语言变量E或EC的取值(如PB、PM、PS、Z、NS、NM、NS)，确定模糊论域X或Y上各元素(如量化档数n＝6，即模糊论域为[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6])隶属于各语言变量值模糊子集的隶属度。赋值表中，模糊语言变量值的赋值可根据实践经验或量测数据，并考虑到隶属函数形状、模糊集合间的相互作用等多方面因素对控制效果影响，由隶属函数(如三角形、正态等)确定。

2、模糊推理控制算法模块

模糊推理控制算法，即模糊控制规则，其实质上是多基于实践经验总结而得到的一条条模糊条件语句的集合，是模糊控制器的核心。完整的模糊控制规则由若干条结构相同、语言值不同的模糊条件语句构成，各条模糊条件语句之间的关系为“或”关系，其中每一条模糊条件语句当输入输出语言变量在各自论域上反映各语言值的模糊子集为已知时，都可以表达为论域积集上的模糊关系。

对于本发明中的两输入、单输出的模糊控制器，其完整模糊控制规则由具有下面相同格式的若干模糊条件语句来表达：其中，属于论域X的模糊集合取自模糊控制系统温度偏差e的模糊化；属于论域Y的模糊集合取自模糊控制系统温度偏差变化率e'的模糊化；属于论域Z的模糊集合是反映精确喷淋水控制量变化的模糊控制器一维输出。

因论域X上模糊集合论域Y上模糊集合和论域Z上模糊集合的元素均为离散值，故模糊集合可用模糊向量表示，相关的模糊关系可用模糊矩阵表示。模糊条件语句中的and采用min交运算(即 ${\mathrm{\&mu;}}_{\tilde{E}\&times;\widetilde{EC}}(x,y)=\min \{{\mathrm{\&mu;}}_{\tilde{E}}\left(x\right),{\mathrm{\&mu;}}_{\widetilde{EC}}\left(y\right)\},$ 映射分别称为模糊集合 隶属度函数)，每条规则模糊蕴含关系运算采用模糊蕴含最小(Mamdani)运算R_c，即

在本发明中，模糊推理合成规则使用“极大-极小”合成规则。在计算完整模糊规则每一条模糊条件语句决定的模糊蕴含关系(m为完整模糊规则模糊条件语句的语句数)之后，考虑到各条模糊条件语句间的“或”关系要进行“求并”运算，于是可得到整个模糊控制器控制规则(模糊控制算法)的总模糊关系为

其中“∨”表示求并运算。

故若对于输入模糊变量按照“极大-极小”合成规则，有输出模糊量

其中“ο”是合成运算符号，为行向量。

模糊控制规则除可用一组模糊条件语句表达外，还可用类似如下表格形式的模糊控制规则表来描述。

对于本发明，若输入模糊语言变量E或EC与输出模糊语言变量U均采用“NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB”语言值，共可得49条控制规则，如下表。

3、模糊判决接口模块

模糊控制器的输出是一个模糊集合，它反映控制语言的不同取值的一种组合。本发明中，作为控制对象的鼓式制动器仅需接受一个控制量-喷淋水量，因此就要从输出的模糊子集判决出一个精确的喷淋水量作为控制量以控制喷淋驱动装置定量喷淋，完成由一个模糊集合到普通集合的映射(判决)。具体实现这一判决的方法有多种，本发明采用加权平均法。

对于模糊控制器的模糊输出以其模糊论域Z(仍可取量化档数为n)中的每个元素z_k(k＝-n,…,0,…,n)作为待判决模糊控制器输出的隶属度的加权系数，即取乘积计算乘积和对于隶属度和的平均值z₀，即

$z_0=\frac{\underset{k=-n}{\overset{n}{\&Sigma;}}{z}_k\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\widetilde{U^{\&prime;}}}\left(z_k\right)}{\underset{k=-n}{\overset{n}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&mu;}}_{\widetilde{U^{\&prime;}}}\left(z_k\right)}$

对平均值z₀，按照下式

$n_{\widetilde{U^{\&prime;}}}=\&lsqb;z_0\&rsqb;=\mathrm{sgn}\left(z_0\right)\mathrm{int}\left(\right|z_0|+0.5)$

进行圆整得到模糊控制器输出量化等级

接下来需要进行输出量化等级到控制量y的变换。这里，输出基本论域[-y_u,y_u]上的控制量y比例因子为k_u＝y_u/n(n为量化档数)。若作为满足控制对象降温所需的实际输出精确喷淋水量u，其值范围为[0,q]。这里，q的大小往往与道路坡度与坡长、车速、环境温度等因素有关，故本发明中对于q值的确定，具体依据国家标准GB12676-1999中制动系Ⅱ型试验后对行车制动装置热态制动效能所规定的最低性能要求进行确定,这里q＝Q·Δt_q·ρ，Q为喷淋器喷口流量，其大小与冷却水压力有关；Δt_q为信号脉宽；ρ为水密度。

将y_u＝q/2代入k_u＝y_u/n即可确定比例因子k_u＝q/2n。因此对于输出量化等级根据确定的比例因子k_u及式计算可得控制量y值，进而将y值代入u＝y+q/2可求得用于控制对象降温的精确喷淋水量u。

4、控制过程的实时性

为了进一步使实际的鼓式制动器喷淋水降温模糊控制过程具有良好的实时性，可建立“模糊控制器查询表”。这里的“模糊控制器查询表”，就是在事先的离线计算中，模糊控制器对于模糊论域X、Y之间全部元素的所有组合，计算出相应的以输出模糊论域Z中各元素表示的精确喷淋水量u变化值构成的矩阵，进而可得由该矩阵构成的相应查询表格。

将完善确定后的“模糊控制器查询表”存储于以行序为主序的二维数组顺序存储单元中。在实际喷淋降温模糊控制过程中，模糊控制器可直接根据采样和论域变换得到的温度偏差量化等级n_e和温度偏差变化率量化等级n_e'，利用查询表查找到与n_e和n_e'对应的同样以论域元素形式表现的控制量u变化值，并以此精确值去控制实际喷淋水过程，以达到预期控制目的，并实现由复杂模糊控制过程转化为实时性良好的在线查找查询表过程。

模糊控制程序的计算

一、离线模糊推理计算

1、当输入模糊语言变量E或EC与输出模糊语言变量U均采用“NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB”7个语言值时，共可得49条控制规则。

2、选择模糊语言变量E、EC、U各自的7个语言值所对应的模糊集合 隶属函数，选定量化档数均为n，并确定模糊集合元素隶属度值。

3、对每条规则语句中前项条件部分所表示的模糊关系矩阵进行计算，即式中为行向量。

4、对每条规则的模糊蕴含关系，根据式

进行的计算。式中，模糊矩阵需写成行向量，模糊向量为行向量。

于是可得到整个模糊控制器控制规则的总模糊关系为

5、考虑到量化档数n，根据两个输入模糊语言变量E和EC赋值表，对于模糊论域X上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}与模糊论域Y上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}间的所有组合(共(2n+1)²个组合)，分别确定出来自模糊论域X上某一元素取最大隶属度值时的模糊语言值所对应模糊集合和来自模糊论域Y上另一元素取最大隶属度值时的模糊语言值所对应模糊集合从而最终可得到(2n+1)²对模糊集合。

6、对于(2n+1)²不同组合中某一组合的一对输入模糊集合，即与按照“极大-极小”合成规则，则可得到与该组合相应的模糊控制器输出模糊量为

为行向量。

7、利用加权平均法，求模糊控制器输出模糊量的平均值z₀，即式中为模糊控制器输出的隶属度。

8、利用式进行圆整得到模糊控制器输出量化等级

9、根据比例因子k_u＝q/2n及式计算可得控制量y值。再将y值代入u＝y+q/2可求得用于控制对象降温的精确喷淋水量u值。此u值即为模糊论域X上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}与模糊论域Y上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}间的所有(2n+1)²元素组合中的某一组合所对应精确喷淋水量值。

10、将上述所有(2n+1)²元素组合与对不同组合进行模糊推理计算所得到的精确喷淋水量值一一对应，从而得到二维矩阵形式的“模糊控制器查询表”。最后，将确定后的“模糊控制器查询表”存储于以行序为主序的二维数组顺序存储单元中，用于实时模糊控制在线查询。

二、在线模糊实时控制程序计算过程

1、模糊控制器各组成模块初始化。

2、温度采样间隔时间为Δt，温度传感测量装置将检测到的关于制动鼓温度的采样输入量T_i(i＝1,2,…)与温度设定值T_γ＝(T_α+T_β)/2比较，得到温度偏差e_i＝ΔT_i＝T_i-T_γ，式中，T_α为制动器制动鼓外表面温度，T_β为制动装置热态制动效能最低性能下的温度，根据上一采样时刻得到的温度偏差e_i-1＝ΔT_i-1＝T_i-1-T_γ，可得到温度偏差变化率为e′_i＝(e_i-e_i-1)/Δt；

3、将温度采样值e_i和温度变化率采样值e_i'输入模糊控制器的变量模糊化接口模块。首先，两输入精确值e_i和e′_i分别乘以各自量化因子k_e或k_e'，即或求得两输入变量采样值e_i及e′_i在各自模糊论域{-n_e,-n_e+1,…,0,…,n_e-1,n_e}及{-n_e',-n_e'+1,…,0,…,n_e'-1,n_e'}上的量化等级和这里的n_e与n_e'分别为温度偏差e和温度偏差变化率e'量化档数。

4、根据两输入变量采样值e_i及e′_i的量化等级和模糊控制器对存储于二维数组顺序存储单元中的“模糊控制器查询表”进行在线查询，确定出与和一一对应的用于控制被控对象降温的精确喷淋水量u_i值，然后将与u_i值相当的输出信号传入给喷淋执行装置完成对制动鼓定量喷淋降温。

三、压力控制

喷淋执行装置喷淋水量的精确控制有赖于对水压力的精确控制。压力传感器测量装置将液体分配器内喷淋冷却水的实时压力信号传入压力控制单元，与设定的目标水压值比较，压力控制单元根据压力偏差计算输出控制信号，控制信号经电子驱动装置控制喷淋量控制阀(二位二通电磁阀)的启闭，以实现液体分配器内冷却水压力基本不变。

1)当液体分配器中水压降低时，压力传感器测量装置将此刻水压信号传输至压力控制单元，与存储于压力控制单元中的设定目标水压值比较，压力控制单元根据正的压力偏差经计算输出控制信号，经电子驱动装置控制二位二通电磁阀开启，于是储水箱中的冷却水在水泵(柱塞泵)的泵送下，经过滤器、逆止阀、二位二通电磁阀进入液体分配器，使得液体分配器中水压上升，经液体分配器可对多个喷淋执行装置供水。

2)当液体分配器中水压升高时，压力传感器测量装置将此刻水压信号传输至压力控制单元，与存储于压力控制单元中的设定目标水压值比较，压力控制单元根据负的压力偏差经计算输出控制信号，经电子驱动装置控制二位二通电磁阀关闭。此时储水箱中的冷却水在水泵的泵送下，经过滤器、溢流阀返回储水箱，分配器中水压不再升高。若此时制动鼓温度升高需要喷淋降温时，分配器中的冷却水经喷淋器总成喷出，从而分配器中由于冷却水量减少，水压降低，这时重复再执行1)中的控制过程。

3)当液体分配器中水压过高时，限压阀打开，多余水量流回储水箱。

Claims (10)

1.一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，其特征在于：包括，

温度传感器测量装置，实时检测制动鼓温度，并将检测温度传输给模糊控制器；

模糊控制器，根据温度传感器测量装置传输的检测温度以及模糊控制器内的设定温度，对存储单元中的模糊控制器查询表进行在线模糊查询，查询两个输入变量所对应的精确喷淋水量，并将精确喷淋水量对应的输出信号传输给喷淋执行装置；

喷淋执行装置，根据模糊控制器发出的精确喷淋水量输出信号，对制动鼓进行定量喷淋降温；

压力控制装置，实时检测喷淋执行装置内的压力信息，根据设定压力，对喷淋执行装置内的水压进行调整，使喷淋执行装置内的压力恒定。

2.如权利要求1所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，其特征在于：所述的压力控制装置（2）包括实时检测喷淋执行装置（1）内部水压的压力传感器测量装置（201）、压力控制单元（202）、控制喷淋执行装置（1）进水量的喷淋量控制阀（203）、以及向喷淋执行装置（1）供水的液压供水机构（3），液压供水机构（3）与喷淋执行装置（1）之间的供水管道上设有喷淋量控制阀（203），压力控制单元（202）根据压力传感器测量装置（201）采集的压力信息，通过电子驱动单元控制喷淋量控制阀（203）的打开或关闭。

3.如权利要求2所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，其特征在于：所述的液压供水机构（3）为储水箱（301）和水泵（302），水泵的（302）抽取储水箱（301）内的冷却水向喷淋执行装置（1）供水。

4.如权利要求2所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，其特征在于：所述的控制喷淋量控制阀（203）与喷淋执行装置（1）之间的管路上设有限压阀（5）。

5.如权利要求3所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，其特征在于：所述的压力控制装置（2）上述设有液体分配器（4），液体分配器（4）的多路管道分别连接多个喷淋执行装置（1），压力传感器测量装置（201）对液体分配器（4）内的水压进行检测。

6.如权利要求5所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统，其特征在于：所述的液体分配器（4）的其中一路管道与储水箱（301）连通，用于回水。

7.如权利要求2所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、模糊控制器包括变量模糊化接口模块、模糊推理控制算法模块、模糊判决接口模块，设定温度设定值，，式中，为制动器制动鼓外表面温度，为制动装置热态制动效能最低性能下的温度，将各模块初始化；

步骤二、温度传感器测量装置检测制动鼓温度，温度采样间隔时间为，并将每一个采样温度输入给模糊控制器，温度传感测量装置将检测到的关于制动鼓温度的采样输入量，与温度设定值比较，其中，得到温度偏差，根据上一采样时刻得到的温度偏差，可得到温度偏差变化率为；

步骤三、将温度采样值和温度变化率采样值输入模糊控制器的变量模糊化接口模块，首先，两输入精确值和分别乘以各自量化因子或，即或，求得两输入变量采样值及在各自模糊论域及上的量化等级和，和分别为温度偏差和温度偏差变化率量化档数；

步骤四、根据两输入变量采样值和的量化等级和，模糊控制器对存储于存储单元中的模糊控制器查询表进行在线查询，确定出与和一一对应的用于控制被控对象降温的精确喷淋水量值，然后将与值相当的输出信号传入给喷淋执行装置完成对制动鼓定量喷淋降温；

步骤五、压力控制装置实时检测喷淋执行装置内的压力信息，根据压力控制单元内设定的压力，将采集的压力信息与设定压力进行比较，通过电子驱动单元控制喷淋量控制阀的打开或关闭，对喷淋执行装置内的水压进行调整，使喷淋执行装置内的压力恒定为设定压力。

8.如权利要求7所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统的控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器查询表为，在离线模糊推理计算中，模糊控制器对于温度采样值的模糊论域X以及温度变化率采样值的模糊论域Y之间全部元素的所有组合，计算出两个输入模糊论域相应的以输出模糊论域Z中各元素表示的精确喷淋水量u变化值构成的矩阵，进而得到由该矩阵构成的相应查询表格。

9.如权利要求8所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统的控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器查询表为二维数组，并以行序为主序顺序存储在存储单元内。

10.如权利要求8所述的一种汽车鼓式制动器喷淋降温控制系统的控制方法，其特征在于：所述的模糊控制器查询表的获得方法为，包括以下步骤：

步骤一、变量模糊化接口模块将两输入变量，即制动鼓外表面典型测温点温度偏差e及温度偏差变化率e'模糊化，得到输入模糊语言变量E与EC；

步骤二、将输入模糊语言变量E或EC与输出模糊语言变量U均采用“NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB”7个语言值，共可得49条控制规则，得到模糊控制规则表；

步骤三、选择模糊语言变量E、EC、U各自的7个语言值所对应的模糊集合以及各模糊集合对应的隶属度函数，其中，l_e,l_e',l_u＝1,2,…,7，选定量化档数均为n，并确定模糊集合元素隶属度值；

步骤四、对每条模糊控制规则模糊蕴含关系，其中j＝1,2,…,49，根据式

进行的计算，式中，模糊矩阵需写成行向量，即式中为行向量，模糊向量为行向量，于是可得到整个模糊控制器控制规则的总模糊关系为

步骤五、考虑到量化档数n，根据两个输入模糊语言变量E和EC赋值表，对于模糊论域X上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}与模糊论域Y上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}间的所有组合(共(2n+1)²个组合)，分别确定自模糊论域X上某一元素取最大隶属度值时的模糊语言值所对应模糊集合和来自模糊论域Y上另一元素取最大隶属度值时的模糊语言值所对应模糊集合从而最终可得到(2n+1)²对模糊集合；

步骤六、对于(2n+1)²不同组合中某一组合的一对输入模糊集合，即与(l_e,l_e'＝1,2,…,7)，按照极大-极小合成规则，则可得到与该组合相应的模糊控制器输出模糊量为

其中，为行向量，ο是合成运算符号；

步骤七、利用加权平均法，求模糊控制器输出模糊量的平均值z₀，即式中为模糊控制器输出的隶属度，n为量化档数；

步骤八、利用式进行圆整得到模糊控制器输出量化等级

步骤九、根据比例因子k_u＝q/2n及式计算可得控制量y值，再将y值代入u＝y+q/2可求得用于控制对象降温的精确喷淋水量u值，u值范围为[0,q]，此u值即为模糊论域X上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}与模糊论域Y上全部元素{-n,-n+1,…,0,…,n+1,n}间的所有(2n+1)²元素组合中的某一组合所对应精确喷淋水量值；

步骤十、将上述所有(2n+1)²元素组合与对不同组合进行模糊推理计算所得到的精确喷淋水量值一一对应，从而得到二维矩阵形式的模糊控制器查询表，将确定后的“模糊控制器查询表”存储于以行序为主序的二维数组顺序存储单元中，用于实时模糊控制在线查询。