CN105313864B - 一种基于反馈控制的商用汽车半挂车制动力分配方法 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种基于反馈控制的商用汽车半挂车制动力分配方法。目的在于根据车轮滑移率实时动态分配商用汽车半挂车制动系统各个车轴制动力。该控制方法首先通过多维高斯隐马尔科夫模型判断驾驶员制动意图，并将辨识出的理想目标制动减速度传递给制动力分配控制器；控制器结合当前车辆状态进行车轮滑移率和车辆制动减速度的分层反馈控制达到从单个车轮水平和整车水平动态调节制动压力的目的，从而提高商用汽车半挂车制动效能和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于反馈控制的商用汽车半挂车制动力分配方法，具体的说是基于滑移率和车辆减速度联合反馈控制的商用汽车半挂车的制动力分配方法。
背景技术
运输过程中由于装载货物不同，商用汽车半挂车的整车质量变化很大。传统的制动系统以固定比例分配牵引车和挂车各个车轴的制动力，制动系统的非线性特征导致相同制动踏板形成产生的制动减速度大于或者小于理想值。无经验的驾驶员难以适应车辆的这种非线性特征，尤其是在侧滑、侧倾、甩尾、折叠等极限工况下，驾驶员无法控制车辆运行状态。基于滑移率控制的制动力分配方法可以在非紧急制动时控制牵引车后轮和挂车车轮的滑移率始终小于牵引车前轮的滑移率，避免商用汽车半挂车因牵引车后轮、挂车车轮先于牵引车前轮抱死出现折叠、摆尾等危险工况，从而提高车辆的制动安全性和稳定性。目前，电动气压制动系统已经产品化，并且已经成为欧洲商用车的标准配置。商用车电动气压控制系统供应商，例如克诺尔和威伯科，已有成熟的基于滑移率和载荷的制动力分配控制技术。在中国，电动气压制动系统的研究处于起步阶段，尚无成熟产品。
发明内容
本发明提出的制动力分配方法是克服了传统商用车制动系统存在的缺点，在保证制动稳定性和安全性的前提下，提供了一种基于滑移率和车辆制动减速度联合反馈控制的制动力分配方法。本发明中的控制方法保证重型商用车在制动过程中由电动气压制动系统制动力分配控制向制动防抱死系统(Anti-lock Brake System，ABS)控制的圆滑过渡。制动力分配控制算法一方面保证牵引车前、后轴，挂车车轴的滑移率在一定范围内保持一致并且牵引车后轴和挂车车轴的滑移率始终小于牵引车前轴的滑移率，充分利用轮胎和路面之间的附着系数，同时保证重型商用车在制动过程中始终是前轴先报死，尽管车辆失去转向能力但是避免摆尾、折叠危险工况的发生，增强车辆制动稳定性和安全性；车辆制动减速度的反馈控制实现了整车水平的制动减速度控制，减小车辆实际制动减速度和理想目标制动减速度的偏差，提高车辆的制动效能。本发明的制动力分配方法包括如下步骤：
1.通过多维高斯隐马尔科夫模型判断驾驶员制动意图，步骤如下：
1)数据采集：采集制动踏板开度信号、车速信号和车辆制动减速度信号，并对采集的制动踏板开度信号求导，并进行滤波处理得到制动踏板开度变化率信号；
2)对多维高斯隐马尔科夫模型进行离线训练：针对于驾驶员可能采取制动行为，如调节制动、紧急制动、持续制动和坡起辅助制动，采集制动踏板开度信号、制动踏板开度变化率信号，车速信号和车辆的制动减速度信号试验数据，分段处理采集到的实验数据，并将分段处理后的数据输入到多维高斯隐马尔科夫模型中，用自动回归平动模型算法对多维高斯隐马尔科夫模型进行训练。
3)意图辨识：将步骤1)中采集到的制动踏板开度信号、制动踏板开度变化率信号，车速信号和车辆的制动减速度信号输入到经过训练的多维高斯隐马尔科夫模型中，进行制动意图辨识，输出车辆的理想目标制动减速度；
2.估算车辆的参考车速。制动过程中，各个车轮均偏离纯滚动状态，相对于地面均有一定滑移，因而车轮中心的前进速度小于车辆的前进速度。最大轮速法将车辆的参考车速取为所有车轮中心前进速度最大值，用于计算各个车轮的实时滑移率。
3.根据传感器采集的车轮中心前进速度信号、车轮角减速度信号、制动减速信号预测牵引车和挂车各个车轮的滑移率，控制器根据设定方案进行滑移率控制。具体步骤如下：
1)预测车轮的角速度
ωt＝ω0-β·Δt
Δt为预测时间间隔，ω0为t0时刻车轮的角速度，β为车轮的角减速度，ωt为t+Δt时刻的车轮角速度。
2)预测车辆前进速度
Vref,t＝Vref,0-α·Δt
Vref,t为t+Δt时刻车辆的参考车速，Vref,0为t0时刻车辆的参考车速，α为t0时刻车辆的制减速度。
3)预测车轮滑移率
S为车轮的滑移率，rd为车轮的滚动半径。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为基于滑移率控制和车辆制动减速度反馈控制的制动力分配方法的控制流程图。
图2为判断驾驶员制动意图的流程图。
图3为滑移率控制的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的描述。
参阅图1，制动力分配方案的控制流程。程序初始化完成后，传感器采集用于判断驾驶员制动意图的信号并传递给制动意图辨识模块进行制动意图辨识，制动力分配控制器得到驾驶员的理想目标制动强度分别给牵引车和挂车各个车轮一个初始制动压力，并通过车轮滑移率控制和车辆制动减速度反馈控制使每个车轮的制动压力达到理想制动压力水平。
参阅图2，驾驶员制动意图辨识过程。首先，采集驾驶员可能采取的制动行为的实验数据，如紧急制动、调整制动、持续制动和坡起辅助制动；其次，对采集的数据进行预处理，剔除异常点、对采集到的制动踏板开度信号、车速信号、制动减速信号进行滤波处理，对滤波后的制动踏板开度信号求导得到制动踏板开度变化率信号，并将这些信号分段处理，从而形成有效的判断驾驶员制动意图的数据集合；再次，构建多维高斯隐马尔科夫模型，将经过处理的数据集合输入模型中，采用自动回归平动模型对多维隐马尔科夫模型进行离线训练，并优化模型参数；最后，采集车辆形式过程中驾驶员的制动行为数据，输入到经过训练优化的多维高斯隐马尔科夫模型中，选择似然度最大的制动意图信号输出。
参阅图3，当车速小于6Km/h时牵引车前、后轴和挂车车轴的制动气室压力由制动踏板控制。S1商用车的牵引车前轴滑移率，S2为商用车的牵引车后轴滑移率，S3为商用车的挂车车轴滑移率。整车当车速大于6Km/h时，基于滑移率控制的制动力分配算法开始工作。当滑移率小于20％时控制器通过调整制动气缸压力控制车轮的滑移率。当牵引车后轴、挂车车轴的滑移率超过牵引车前轴滑移率的95％时，控制算法通过压力控制模块减小牵引车后轴、挂车车轴制动气室的制动压力；当牵引车后轴、挂车车轴的滑移率低于牵引车前轴滑移率的90％时，控制算法通过压力控制模块增大牵引车后轴、挂车车轴制动气室的制动压力。当滑移率大于20％时，ABS开始工作。当任一车轮的滑移率超过20％时，ABS开始起作用。
Claims (1)
1.一种基于反馈控制的商用汽车半挂车制动力分配方法，其特征在于：车轮滑移率前馈和车辆减速度反馈的分层控制，保证车辆载荷变化时相同制动踏板开度产生的制动减速度相同，步骤如下：
a)制动力分配控制器采集制动踏板开度信号、轮速信号、车轮角速度信号和车轮角减速度信号，采用多维高斯隐马尔科夫模型判断驾驶员制动意图；采集驾驶员可能采取的制动行为的试验数据，包括紧急制动、调整制动、持续制动和坡起辅助制动，提出基于多维隐马尔科夫模型的驾驶员制动意图判断方法，包括步骤如下：①数据采集：采集制动踏板开度信号、车速信号和车辆制动减速度信号，并对采集的制动踏板开度信号求导，并进行滤波处理得到制动踏板开度变化率信号；②对多维高斯隐马尔科夫模型进行离线训练：针对于驾驶员可能采取制动行为，包括调节制动、紧急制动、持续制动和坡起辅助制动，采集制动踏板开度信号、制动踏板开度变化率信号，车速信号和车辆的制动减速度信号试验数据，分段处理采集到的实验数据，并将分段处理后的数据输入到多维高斯隐马尔科夫模型中，用自动回归平动模型算法对多维高斯隐马尔科夫模型进行训练；③意图辨识：将步骤①中采集到的制动踏板开度信号、制动踏板开度变化率信号，车速信号和车辆的制动减速度信号输入到经过训练的多维高斯隐马尔科夫模型中，进行制动意图辨识，输出车辆的理想目标制动减速度；当制动意图判断模块判定当前工况为紧急制动时，无论踏板是否踩到底，电子控制系统的辅助制动功能将释放制动气室的最大制动压力，全力制动，直至驾驶员松开制动踏板；
b)从单个车轮出发，控制器通过控制各个车轮预测滑移率实现牵引车和半挂车车轮的理想制动压力分配，从而实现对车轮的制动控制，提高车辆制动稳定性；从整车角度出发，制动减速度的反馈控制，减小车辆实际制动减速度与制动意图辨识出的理想目标制动减速度的偏差，从而提高车辆制动效能，保证重型商用车在制动过程中由电控气压制动系统制动力分配控制向制动防抱死系统控制的圆滑过渡，根据采集到的轮速信号、车轮角速度信号和车轮角减速度信号预测牵引车和挂车各个车轮的滑移率，保证牵引车后轮和挂车车轮的滑移率跟随牵引车前轴的滑移率，充分利用车轮与地面之间的附着系数，防止车辆制动时出现摆尾、侧滑、折叠危险工况；同时制动力分配控制器将车辆的实际制动减速度同制动意图辨识出的理想目标减速度对比，通过闭环控制对制动压力进行补偿，实现整车水平的制动减速度控制，提高车辆的制动效能，制动力分配控制算法一方面保证牵引车前、后轴，挂车车轴的滑移率在一定范围内保持一致并且牵引车后轴和挂车车轴的滑移率始终小于牵引车前轴的滑移率。
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