CN107953872A - 一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，首先检测主车刹车信号灯是否接通，如未接通则电磁制动器保持断开，如果接通，则输出预制动力矩信号对房车进行预制动；进一步检测主车制动减速度，并据此预瞄预估房车跟随减速度，对电磁制动器输出相应控制信号，实现房车制动操作；对房车进行制动时，同步进行主车刹车信号接通/断开情况进行监测，并不断检测预瞄下一个时刻的跟随制动力矩，直至主车刹车信号解除。本发明能够提前预瞄主车制动减速度，最大限度地克服制动系统的延迟影响，使得房车能够实时与主车保持减速度一致，从而实现更平稳地制动。

Description

一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动 控制方法

技术领域

本发明涉及拖挂式房车的房车制动技术领域，尤其涉及一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法。

背景技术

拖挂式房车凭借其灵活的布置方式、齐备的家居生活配置以及和主车之间的分离便捷性，在欧美市场得到广泛的欢迎，随着国内经济的不断发展、人民生活水平大幅提高，房车将在中国体现出巨大的市场潜力。通过市场调研，目前我国关于拖挂式房车的相关企业，很大程度上处于为国外房车制造单位代工的技术末端，缺乏相关技术产权，因此我国对于拖挂式房车的相关技术储备亟需提升。

除了小型拖车仍采用机械式刹车外，目前一般拖挂房车大都采用惯性刹车和同步电磁刹车。惯性刹车的原理是主车制动时在连接点产生一个牵引杆推力，克服灵敏度界限后，拉杆被推入，同时操纵杠杆通过传动装置拉紧车轮制动器，实现自动制动。惯性刹车的原理决定了其无法实时根据主车制动减速度进行同步实时调整房车制动，因此，对于舒适性、安全性要求较高的中大型房车，则通常采取同步电磁制动刹车系统来实时跟踪主车制动减速度，进而调整房车制动力，使主车、房车达到较好的制动一致性，以提高拖挂式房车的整体安全、舒适性。

在房车同步电磁制动系统开发过程中，为了提高系统的通用性，通常只在控制系统中装载房车相关参数，通过减速度计测得主车实时减速度，以此为跟踪目标，进行拖挂式房车电磁制动器制动力矩调节。由于电磁制动器从施加制动电流信号到房车产生制动效果，这中间存在着大约300ms左右的系统延迟。即当以主车制动减速度为实时跟踪目标对房车施加相应的制动信号时，房车的制动响应减速度相较于主车存在系统滞后，无法达到较好的实时制动一致性。

因此有必要设计一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，使拖挂式房车在以主车制动减速度为目标信号进行跟随制动时，能够提前预瞄主车的制动减速度，从而最大限度地克服制动系统的延迟影响，使得房车能够实时与主车减速度一致，从而更平稳地制动。

发明内容

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。

一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据当前控制器装载的系统参数进行系统参数初始化，同时检测主车刹车信号灯是否接通，如果接通，则输出预制动力矩信号，对房车进行预制动，继续执行步骤(2)；如果未接通则电磁制动器保持断开，循环执行步骤(1)，直至信号灯接通为止；

步骤(2)：控制器实时检测主车制动减速度，并对已采集的主车减速度信号暂存，采用数值外插法进行预瞄估计出主车Δt时刻之后的制动减速度，以此作为房车当前所需跟随减速度，依据房车跟随减速度确定跟随制动力矩，Δt为房车从得到制动信号时到制动减速度实施过程中存在的系统延迟时间；

步骤(3)：根据当前跟随制动力矩，控制器对电磁制动器输出相应控制信号，对房车进行同步制动操作；

步骤(4)：控制器对主车刹车信号接通/断开情况进行监测，如果主车刹车信号接通，则保持当前跟随制动力矩，并返回步骤(2)，若主车刹车信号断开，控制器不输出制动力矩，并返回步骤(1)。

进一步，所述控制器安装在主车尾部，其包括加速度计模块、内存模块、CPU模块、接口模块；其输入信号为主车刹车灯信号、主车制动减速度信号，输出电磁制动器控制占空比信号。

进一步，所述步骤(1)中对房车进行预制动的力矩表达式为T＝f(0.1g)，其中f为制动力矩函数，g为重力加速度。

进一步，所述步骤(2)中跟随制动力矩T＝f[a₂(t)]，a₂(t)＝Cublic{t,a₁(t),t+Δt}，其中f为制动力矩函数，a₁为主车制动减速度，Cublic为三次样条插值函数，Δt为房车从得到制动信号时到制动减速度实施过程中存在的系统延迟时间。

进一步，所述跟随制动力矩可转换为控制器输出占空比，从而控制电磁制动器动作。

进一步，所述步骤(2)中采用数值外插法进行预瞄预估的具体过程为：根据从主车制动开始到当前时刻期间已有的制动减速度数据，预瞄得到Δt时刻之后的主车制动减速度，以此减速度作为房车制动跟踪目标，从而从制动原理上消除系统迟滞。

本发明的有益效果：

本发明在拖挂式房车传统同步电磁制动系统基础上，引入主车刹车灯信号、制动减速度作为房车制动控制信号，采用数值外插法根据从主车制动开始到当前时刻期间已有的制动减速度数据，预瞄得到Δt(房车从得到制动信号时到制动减速度实施过程中存在的系统延迟时间)时刻之后的主车制动减速度，以此减速度作为房车制动跟踪目标，从而从制动原理上消除系统迟滞。并在此基础上进行了实例仿真计算，为后续拖挂式房车同步制动控制提供了更科学合理的理论依据。

附图说明

图1为拖挂式房车电磁制动系统控制系统示意图；

图2为考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车跟随制动控制方法流程图；

图3为主车-房车制动系统作用时刻示意图；

图4为采用外插法的预瞄减速度示意图；

图5为主车-房车跟随制动减速度实例(未考虑延迟特性)；

图6为主车-房车跟随制动减速度实例(考虑系统延迟特性)；

图7为两种控制策略下的房车挂钩连接处纵向力对比。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

本发明针对的拖挂式房车同步电磁制动系统控制系统如图1所示，控制器安装在主车尾部，其输入信号为主车刹车灯信号、主车制动减速度信号；输出电磁制动器控制占空比信号。

如图2所示，一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，包括步骤：

步骤(1)：根据当前控制器装载的系统参数进行系统参数初始化，同时检测主车刹车灯信号是否接通，如果接通，则输出预制动力矩信号，对房车进行预制动，继续执行步骤(2)；如果未接通则电磁制动器保持断开(即输出零占空比)，循环执行步骤(1)，直至信号灯接通为止；

本实施例采取房车跟踪主车制动减速度的方式进行同步制动，当匹配到房车制动减速度为a时，根据考虑车轮制动惯性的力学方程得到制动力矩表达式：

其中，f为制动力矩函数，m为房车质量，r为车轮直径，n为车轮个数，J为车轮转动惯量。

针对拖挂式房车制动过程中，主车制动响应减速度信号要迟于主车制动踏板施加制动信号时刻的特点，在一般拖挂式房车制动系统仅接入主车制动减速度的基础上，引入主车刹车灯信号(主车制动踏板信号)，如图3所示，以主车制动踏板信号接通的初始时刻t₁为房车制动开始指令时刻，对房车发出施加预制动力矩信号(式(2))，从而可以避免“仅接入主车制动减速度信号”而带来房车制动开始时刻的延迟，起到一定的减缓主车房车制动不同步而带来的不平稳性。图3中t₀为初始时刻，t₂为控制器检测到主车初始减速度的时刻，t₃为主车制动结束时刻。

T＝f(0.1g)，t₁≤t＜t₂ (2)

其中g为重力加速度。

步骤(2)：控制器实时检测主车制动减速度，并对已采集的主车减速度信号暂存，采用数值外插法进行预瞄估计出主车Δt时刻之后的制动减速度，以此作为房车当前所需跟随减速度，依据房车跟随减速度确定跟随制动力矩，Δt为房车从得到制动信号时到制动减速度实施过程中存在的系统延迟时间；

当控制器检测到主车实时制动减速度后，采用图4所示的数值外插法根据从主车制动开始到当前时刻期间已有的制动减速度数据，预瞄得到Δt(其经验值约为300ms)时刻之后的主车制动减速度，以此减速度作为房车制动跟踪目标，从而从制动原理上消除系统迟滞，得到考虑电磁制动系统延迟特性的房车制动力矩：

T＝f[a₂(t)]，t₂＜t≤t₃ (3)

预瞄Δt时刻之后的主车制动减速度为：

a₂(t)＝Cublic{t,a₁(t),t+Δt}，t₂＜t≤t₃ (4)

其中a₁为主车制动减速度，Cublic为三次样条插值函数。

整个刹车过程房车制动力矩表达式为：

步骤(3)：当前跟随制动力矩转换为控制器输出占空比，控制器对电磁制动器输出相应控制信号，对房车进行同步制动操作；

步骤(4)：控制器对主车刹车信号接通/断开情况进行监测，如果主车刹车信号接通，则保持当前输出占空比，并返回步骤(2)，若主车刹车信号断开，控制器输出零占空比，并返回步骤(1)。

为了进一步验证考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法的有效性，选取某主车-房车制动系统实例，分别采取传统电磁制动和考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车跟随控制方法，对主车-房车跟随制动减速度进行对比验证。

表1房车基本参数

表1为房车基本参数，用于验证本发明的实例验证，根据本发明考虑电磁制动系统延迟特性的同步制动控制方法，对主车制动减速度信号采取外插法进行预瞄估计，从而对房车实施同步制动，具体仿真验证结果如下。

图5为未考虑系统延迟特性的主车-房车跟随制动减速度对比，从中可以看出，房车制动减速度明显滞后于主车制动减速度；而图6中由于采用了本发明提出的考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，主车房车的实际制动减速度则保持较好的一致性，其中减速度拐点处存在稍大偏差，是由拐点处外插值偏差造成的；图7则进一步从挂钩处纵向力(挂钩处纵向力更小)的角度证实了本发明的减速度跟踪精度优越性。

以上所述对本发明进行了简单说明，并不受上述工作范围限值，只要采取本发明思路和工作方法进行简单修改运用到其他设备，或在不改变本发明主要构思原理下做出改进和润饰的等行为，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：根据当前控制器装载的系统参数进行系统参数初始化，同时检测主车刹车灯信号是否接通，如果接通，则输出预制动力矩信号，对房车进行预制动，继续执行步骤(2)；如果未接通则电磁制动器保持断开，循环执行步骤(1)，直至信号灯接通为止；

步骤(2)：控制器实时检测主车制动减速度，并对已采集的主车减速度信号暂存，采用数值外插法进行预瞄估计出主车Δt时刻之后的制动减速度，以此作为房车当前所需跟随减速度，依据房车跟随减速度确定跟随制动力矩，Δt为房车从得到制动信号时到制动减速度实施过程中存在的系统延迟时间；

步骤(3)：根据当前跟随制动力矩，控制器对电磁制动器输出相应控制信号，对房车进行同步制动操作；

步骤(4)：控制器对主车刹车信号接通/断开情况进行监测，如果主车刹车信号接通，则保持当前跟随制动力矩，并返回步骤(2)，若主车刹车信号断开，控制器不输出制动力矩，并返回步骤(1)。

2.如权利要求1所述的一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，其特征在于，所述控制器安装在主车尾部，其包括加速度计模块、内存模块、CPU模块、接口模块；其输入信号为主车刹车灯信号、主车制动减速度信号，输出电磁制动器控制占空比信号。

3.如权利要求1所述的一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中对房车进行预制动的力矩表达式为T＝f(0.1g)，其中f为制动力矩函数，g为重力加速度。

4.如权利要求1所述的一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中跟随制动力矩T＝f[a₂(t)]，a₂(t)＝Cublic{t,a₁(t),t+Δt}，其中f为制动力矩函数，a₁为主车制动减速度，Cublic为三次样条插值函数。

5.如权利要求1所述的一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，其特征在于，所述跟随制动力矩可转换为控制器输出占空比，从而控制电磁制动器动作。

6.如权利要求4所述的一种考虑电磁制动系统延迟特性的拖挂式房车同步跟随制动控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用数值外插法进行预瞄预估的具体过程为：根据从主车制动开始到当前时刻期间已有的制动减速度数据，预瞄得到Δt时刻之后的主车制动减速度，以此减速度作为房车制动跟踪目标，从而从制动原理上消除系统迟滞。