CN109398098B - 半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法、装置及系统,该方法包括:接收制动踏板位移信号,计算需求制动力,得到目标制动强度;接收蓄能器出口压力信号,计算最大再生制动力,得到蓄能状态;接收车轮转速和制动转矩,计算车轮滑移率和其对应的地面制动力,进而计算路面峰值附着系数和半挂车车轴路面附着力,识别出路面附着条件;根据目标制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间摩擦制动力与再生制动力,发送制动指令至再生制动系统和/或液压防抱死制动系统。本公开在保证制动能量回收最优化的同时,兼顾制动稳定性。
Description
技术领域
本公开属于半挂汽车列车的技术领域,尤其是涉及一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法、装置及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
汽车列车是公路运输中重要的车辆之一,是发展公路运输、提高经济效益最有效而简单的重要手段。汽车列车可以是专用汽车中的厢式、罐式、自卸式、起重举升式、仓棚式及特种车辆的任何一种。它具有其他运输方式无法代替的迅速、机动、灵活、安全的优势,能完成其他运输所不能或难以完成的超高、超宽、超长、有特定要求的物资运输。对高大货物运输具有高效、低耗、及时、灵活的特殊优点。因此,汽车列车早已成为经济发达国家的主要公路运输形式,而得到积极的发展。随着我国公路建没和汽车工业的迅速发展,汽车列车向着轻量化、重型化、多轴化、专用化、系列化方向发展,必将成为我国的主要公路运输工具。
汽车列年由牵引车、挂车和连接装置组成。其中,挂车是指用于载运人员和(或)货物及其他特殊用途、需由汽车牵引的一种无动力的道路车辆。主要分为半挂车和全挂车。半挂车是指车轴置于车辆重心(当车辆均匀受载时)后面,并且装有可将水平或垂直力传递到牵引车连接装置的挂车。
在半挂汽车列车的挂车部分加装液压再生制动系统可以改善半挂汽车列车的动力性和燃油经济性。为了获得较高的能量回收率,控制器将会优先使用再生制动力制动。但是,再生制动力的加入既改变了车轴间制动力的分配,又削弱了液压防抱死系统对车轮滑移率的调节作用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,解决现有技术中如何在保证制动能量回收最优化的同时,兼顾制动稳定性的问题,本公开提供了一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法、装置及系统,实现半挂汽车列车再生制动与防抱死制动协调控制。
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面,提供一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法。
为了实现上述目的,本公开采用如下一种技术方案:
一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法,该方法包括:
接收制动踏板位移信号,计算需求制动力,得到目标制动强度;
接收蓄能器出口压力信号,计算最大再生制动力,得到蓄能状态;
接收车轮转速和制动转矩,计算车轮滑移率和其对应的地面制动力,进而计算路面峰值附着系数和半挂车车轴路面附着力,识别出路面附着条件;
根据目标制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间摩擦制动力与再生制动力,发送制动指令至再生制动系统和/或液压防抱死制动系统。
进一步地,在该方法中,根据目标制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间摩擦制动力与再生制动力,具体方法步骤为:
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面,提供一种计算机可读存储介质。
为了实现上述目的,本公开采用如下一种技术方案:
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令由终端设备处理器加载。由终端设备处理器执行所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法。
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面,提出一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置。
为了实现上述目的,本公开采用如下一种技术方案:
一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置,采用终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法。
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面,提供一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统。
为了实现上述目的,本公开采用如下一种技术方案:
一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统,基于一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法,该系统包括:依次连接的半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置、液压再生制动系统和液压防抱死制动系统。
进一步地,所述液压再生制动系统包括蓄能器、单向阀、液压泵、溢流阀和油箱。
进一步地,所述液压再生制动系统接收制动指令制动过程中,挂车车轴带动液压泵旋转产生再生制动力矩使轮速降低,同时液压泵将机械能转换为液压能储存在蓄能器中。
进一步地,所述液压防抱死制动系统包括ESP/ABS控制器、ESP/ABS液压调节单元和制动轮缸;所述半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置通过控制器局域网络总线发送制动指令至所述ESP/ABS控制器,所述ESP/ABS控制器根据制动指令计算出目标制动压力,设置液压制动轮缸压力变化量的上下阈值,控制ESP/ABS液压调节单元进行压力调节。
本公开的有益效果:
(1)本公开所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法、装置及系统,充分地使用液压再生制动力制动,实现制动能量回收最优化。
(2)本公开所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法、装置及系统,根据按固定比例分配三轴制动力的半挂汽车列车制动系统,本公开所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法根据制动强度、蓄能状态与路面附着条件,分配三轴间机械摩擦与再生制动力,调节摩擦制动力以控制车轮滑移率,在保证制动能量回收最优化的同时,兼顾制动稳定性。
(3)若制动轮缸压力调节幅度过大而滑移率较高,则逐步退出再生制动扭矩以改善ABS系统对滑移率的调节作用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为根据本公开一个或多个实施例的液压混合动力式半挂汽车列车整车结构示意图;
图2为根据本公开一个或多个实施例的最优能量回收复合制动控制策略图;
图3为根据本公开一个或多个实施例的制动力系数—滑移率关系曲线图;
其中,1、牵引车前轴;2、牵引车后轴;3、制动踏板位移传感器;4、整车控制单元(VCU);5、半挂车车轴;6、液压再生制动系统;7、传动装置;8、ESP/ABS控制器;9、ESP/ABS液压调节单元;
其中,6、液压再生制动系统的组成部分为:
6-1、压力传感器;6-2、单向阀;6-3、液压泵/马达;6-4、离合器;6-5、油箱;6-6、溢流阀;6-7、液压气囊式蓄能器。
具体实施方式:
下面将结合本公开的一个或多个实施例中的附图,对本公开的一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本公开的一个或多个实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要注意的是,附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分,所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为备选的实现中,方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行,或者它们有时也可以按照相反的顺序执行,这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是,流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合,可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合,下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
半挂汽车列车整车结构如图1所示。本公开的一个或多个实施例以某重型半挂汽车列车为原型,将液压再生制动系统6加装在半挂车车桥。液压再生制动系统6由液压气囊式蓄能器6-7、单向阀6-2、液压泵或马达6-3、离合器6-4、压力传感器6-1、溢流阀6-6和油箱6-5等组成。
一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置采用整车控制单元(VehicleControl Unit,VCU)4通过接收制动踏板位移传感器3采集的制动踏板位移信号得出需求制动力,根据监测车轮转速和制动转矩识别得出路面附着条件,并综合考虑制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间机械摩擦与再生制动力。
制动过程中,半挂车车轴5带动液压再生制动系统6的液压泵6-3旋转产生再生制动力矩使轮速降低。同时液压泵6-3将机械能转换为液压能储存在液压气囊式蓄能器6-7中。液压防抱死制动系统(Anti-lock Braking System,ABS)包括ESP/ABS控制器8、ESP/ABS液压调节单元9和制动轮缸等部分,采用传统的逻辑门限控制方法将车轮滑移率控制在最佳范围内。
本文参照逻辑门限控制算法,制订了ABS控制逻辑算法。具体算法如下,制动开始,车轮角减速度低于门限值,则取此时的转速作为初始的参考车速。ABS控制器开始接收车速、轮速信号计算车轮滑移率,调节摩擦制动力将滑移率控制在最佳范围内。设置液压制动轮缸压力变化量的上下阈值。若挂车车轴制动轮缸压力调节幅度接近阈值而滑移率较高,则逐步退出再生制动扭矩以降低滑移率。
如图2所示,一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法,该方法包括:
接收制动踏板位移信号,计算需求制动力,得到目标制动强度;
接收蓄能器出口压力信号,计算最大再生制动力,得到蓄能状态;
接收车轮转速和制动转矩,计算车轮滑移率和其对应的地面制动力,进而计算路面峰值附着系数和半挂车车轴路面附着力,识别出路面附着条件;
根据目标制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间摩擦制动力与再生制动力,发送制动指令至再生制动系统和/或液压防抱死制动系统。
进一步地,在该方法中,根据目标制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间摩擦制动力与再生制动力,具体方法步骤为:
其中,状态①和状态③制动强度较低,需求制动力可全部由再生制动力承担;
状态④和状态⑤的路面附着条件较差,应退出再生制动系统并按固定比值β1、β2和β3分配三轴制动器制动力,同时采用液压防抱死制动系统控制三轴的纵向滑移率;
状态②和状态⑥属于路面附着条件较好、制动强度较高的工况,半挂车车轴的地面制动力应由再生制动力和摩擦制动力协调施加。通过控制液压泵排量而保持再生制动力不变,不改变ABS算法,调节摩擦制动力使车轮滑移率保持在最佳滑移率附近。若需求制动力高于挂车车轴附着力,则剩余需求制动力将以固定比值分配于牵引车前轴和后轴。系数A为牵引车前轴与后轴的制动器制动力比值,可由系数A得出牵引车前轴和后轴制动力的各自比例。
液压再生制动系统与ABS协调控制系统的具体工作过程如下:
整车控制单元(Vehicle Control Unit,VCU)根据制动踏板位移和蓄能器出口压力信号得出需求制动力和最大再生制动力,根据车轮滑移率λ与其对应的地面制动力FXb识别得出路面峰值附着系数(识别依据可参考图3),并由制动强度、蓄能状态与路面附着条件做出三轴制动力分配决策,如图2所示。VCU通过控制器局域网络(Controller AreaNetwork,CAN)总线发送给ESP/ABS(Electric Stability Program)摩擦制动扭矩指令。ESP/ABS根据摩擦制动扭矩指令计算出目标制动压力,采集各轮缸的压力信号并进行压力控制。
有关车轮的地面制动力FXb和滑移率λ的计算可参考式(1)和(2)。
Jwω'=FXbrw-Tf-Tbr (1)
式中,Jw为车轮的转动惯量,kg·m2;ω’为车轮角减速度,rad/s2;FXb为车轮的纵向地面制动力,N;rw为车轮的滚动半径,m;Tf为滚动阻力矩,N·m;Tbr为施加在车轮的制动转矩(N·m),牵引车前轴和后轴车轮只有摩擦制动转矩,而挂车车轴还包括再生制动转矩;μ(λ)为车轮的制动力系数,与车轮纵向滑移率λ有关;FZ为车轮的垂向载荷,N。ω可以由转速传感器检测得出,Tbr可根据制动轮缸压力信号计算得出。故由车轮转速信号和轮缸压力信号即可确定地面制动力FXb,进而得出制动力系数μ(λ)。
根据以上各式,控制器通过运算可得出一组(λ,μ(λ))数据点并参考图3进行曲线拟合和插值即可识别当前路面附着条件。如图3所示,和λ0分别为路面峰值附着系数与其对应的滑移率;为车轮完全抱死时对应的路面附着系数。
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面,提供一种计算机可读存储介质。
为了实现上述目的,本公开采用如下一种技术方案:
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备设备的处理器加载并执行所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法。
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面,提供一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置。
为了实现上述目的,本公开采用如下一种技术方案:
一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置,采用终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法。
这些计算机可执行指令在设备中运行时使得该设备执行根据本公开中的各个实施例所描述的方法或过程。
在本实施例中,计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质,其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身,诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如,通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
本文所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备,或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令,并转发该计算机可读程序指令,以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开内容操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码,所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如C++等,以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中,通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路,例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA),该电子电路可以执行计算机可读程序指令,从而实现本公开内容的各个方面。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。因此,本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法,其特征在于,该方法包括:
接收制动踏板位移信号,计算需求制动力,得到目标制动强度;
接收蓄能器出口压力信号,计算最大再生制动力,得到蓄能状态;
接收车轮转速和制动转矩,计算车轮滑移率和其对应的地面制动力,进而计算路面峰值附着系数和半挂车车轴路面附着力,识别出路面附着条件;
根据目标制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间摩擦制动力与再生制动力,发送制动指令至再生制动系统和/或液压防抱死制动系统;
在所述方法中,根据目标制动强度、蓄能状态与路面附着条件分配三轴间摩擦制动力与再生制动力,具体方法步骤为:
3.一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,其特征在于,所述指令适于由终端设备处理器加载并执行如权利要求1-2任一项所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法。
4.一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置,采用终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,其特征在于,所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-2任一项所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法。
5.一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统,其特征在于,基于如权利要求1-2任一项所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制方法,所述半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统包括:依次连接的半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置、液压再生制动系统和液压防抱死制动系统。
6.如权利要求5所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统,其特征在于,所述液压再生制动系统包括蓄能器、单向阀、液压泵、溢流阀和油箱。
7.如权利要求5所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统,其特征在于,所述液压再生制动系统接收制动指令制动过程中,挂车车轴带动液压泵旋转产生再生制动力矩使轮速降低,同时液压泵将机械能转换为液压能储存在蓄能器中。
8.如权利要求5所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统,其特征在于,所述液压防抱死制动系统包括ESP/ABS控制器、ESP/ABS液压调节单元和制动轮缸。
9.如权利要求8所述的一种半挂汽车列车液压再生制动优化控制系统,其特征在于,所述半挂汽车列车液压再生制动优化控制装置通过控制器局域网络总线发送制动指令至所述ESP/ABS控制器,所述ESP/ABS控制器根据制动指令计算出目标制动压力,设置液压制动轮缸压力变化量的上下阈值,控制ESP/ABS液压调节单元进行压力调节。
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