CN109501787B - 一种全工况的拖挂式房车同步制动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全工况的拖挂式房车同步制动控制方法，首先通过传感器采集分析得到牵引车辆制动信息、减速度和道路坡道角信息，并将拖挂式房车的制动模式分为三种：水平行驶同步制动模式、坡道下行同步制动模式和坡道上行同步制动模式；其次预估房车跟随减速度，对电磁制动器输出相应控制信号对拖挂式房车实施制动；进一步，根据制动后牵引车辆实时状态对拖挂式房车同步制动控制进行修正和制动模式的重新选择，实现满足全工况的拖挂式房车同步制动控制，从而使拖挂式房车的电磁制动系统更加安全可靠。

Description

一种全工况的拖挂式房车同步制动控制方法
技术领域
本发明涉及拖挂式房车的房车制动技术领域，尤其涉及拖挂式房车同步制动控制方法。
背景技术
房车，又称为旅居车，简称RV，是一种可移动的用于人员宿营的专用车辆。房车装备有专用装置，具有日常生活设施及储藏的功能。房车主要分为自行式房车和拖挂式房车两种。自行式房车具有独立的驱动系统，无需牵引车辆。拖挂式房车没有独立的驱动系统，需要通过拖挂装置与牵引车辆相连，由牵引车辆提供行驶的驱动力。拖挂式房车一般采用中置轴的方式，不同于一般的全挂车辆，所以拖挂式房车也被称为旅居中置轴挂车。因此拖挂式房车具有中置轴挂车结构简单、重心低、自重小的优点。
近年来，随着人民生活水平的提高和道路交通条件的改善，拖挂式房车的市场前景广大；同时房车作为国家和政府鼓励和扶持的新兴产业，房车产业已经逐步形成“研发-生产-销售-露营地”的产业链；此外国内房车生产厂商数量正在不断增加，已有多家汽车生产厂家加入房车领域，可见房车产业具有良好的发展前景。然而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还需提升。
目前拖挂式房车大都采用惯性刹车和同步电磁刹车。电磁制动器是一种新型制动器，现在大部分已用到拖车尤其是拖挂式房车的房车制动上。和传统液压式制动器相比，电磁制动器有其突出的优点，电缆代替管路，提高制动器灵敏度，可靠性高，安装方便；其次，控制器设计方便，代表了制动器的发展趋势，为实现车辆自动化、智能化提供了基础设备。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，通过减速度计测得牵引车辆实时减速度，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。由于实际工况复杂，减速度计不能准确地反应实际制动情况，尤其是存在坡道角度时，对于电磁制动器制动力矩的调节就会出现差错。即当以牵引车辆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，房车的制动响应出现与牵引车辆不同步的情况，无法达到较好的全工况同步制动控制。
因此有必要设计一种拖挂式房车电磁制动系统全工况同步控制策略，使拖挂式房车在以牵引车辆制动减速度、道路坡道角为目标信号进行跟随制动时，能够准确的根据行驶工况调节房车电磁制动器制动力矩，从而最大限度地实现拖挂式房车同步制动控制，使得拖挂式房车能够与牵引车辆制动响应一致，从而使拖挂式房车的电磁制动系统更加安全可靠。
发明内容
为实现上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现。
一种全工况的拖挂式房车同步制动控制方法，初始化拖挂式房车的系统参数，牵引车辆ECU根据传感器采集的数据，计算出当前牵引车辆的制动踏板行程x、减速度a、行驶道路坡角α和车辆行驶状态i，记牵引车辆的水平行驶状态为i＝0，下坡行驶状态为i＝-1，上坡行驶状态为i＝1；同步制动控制器读取x，a、α和i，判断拖挂式房车当前行驶状态，选择不同的同步制动模式：当i＝0时，执行水平行驶同步制动模式；当i＝-1时，执行坡道下行同步制动模式，当i＝1时，执行坡道上行同步制动模式。
进一步，所述水平行驶同步制动模式具体为：根据同步制动控制器读取的牵引车辆制动踏板行程x，判断牵引车辆是否处于制动状态：若x≥x0，判断牵引车辆制动，根据减速度a信号做参考，估计出房车当前应保持的跟随减速度a1，依据房车跟随减速度a1计算电磁制动器的制动力矩，同步制动控制器对电磁制动器输出相应控制信号，对房车进行水平行驶同步制动操作，同步制动控制器读取牵引车辆的实时制动踏板行程x'大小，如果x'≥x0，则保持当前跟随制动力矩，同时读取牵引车辆1的实时减速度a'并将并a'赋值给a，并返回预估减速度a1的过程，如果x'<x0，则同步制动控制器输出“0”占空比，电磁制动器不动作，重新进行制动模式的选择；若x<x0，重新进行制动模式的选择。
更进一步，所述电磁制动器制动力矩的公式为：
Figure GDA0002732708230000021
其中T为制动力矩，m为拖挂式房车(4)的质量，r为拖挂式房车(4)的车轮直径，n为拖挂式房车(4)的车轮个数，J为拖挂式房车(4)的车轮转动惯量，
Figure GDA0002732708230000022
为制动踏板被踩下的速度，
Figure GDA0002732708230000031
为制动踏板被踩下的加速度，ξ1、ξ2为经验系数，用于根据制动踏板被踩下的缓急程度对制动力矩进行修正补偿，a0为预设的固定常数，用于补预先制动保证制动安全，Δt为制动踏板被踩下而加速度传感器未检测到减速度的时间。
进一步，所述坡道下行同步制动模式具体为：根据已读取的牵引车辆的减速度a信号做参考，估计出房车当前应保持的跟随减速度a2，再依据房车跟随减速度a2以及道路坡角α信号计算电磁制动器的制动力矩，同步制动控制器对电磁制动器输出相应控制信号，对房车进行坡道下行同步制动操作，同步制动控制器读取牵引车辆的实时行驶道路坡角α'和车辆行驶状态i'，如果i'<0，则保持当前跟随制动力矩，并返回坡道下行同步制动模式初始阶段，如果i'≥0，为保证制动安全，当前时刻同步制动控制器保持上一时刻制动控制信号不变，则重新进行制动模式的选择。
更进一步，所述电磁制动器制动力矩的公式为：
Figure GDA0002732708230000032
进一步，所述坡道上行同步制动模式具体为：同步制动控制器读取牵引车辆的制动踏板行程x，判断牵引车辆是否处于制动状态：如果x≥x0，判断牵引车辆制动，根据已读取的牵引车辆减速度a信号做参考，估计出房车当前应保持的跟随减速度a3，再依据房车跟随减速度a3以及道路坡角α信号计算电磁制动器的制动力矩，同步制动控制器对电磁制动器输出相应控制信号，对拖挂式房车进行坡道上行同步制动操作；同步制动控制器读取牵引车辆的实时制动踏板行程x'大小，如果x'≥x0，则保持当前跟随制动力矩，同时读取牵引车辆1的实时减速度a'并将并a'赋值给a，并返回预估减速度a3的过程，如果x'<x0，进一步，同步制动控制器读取牵引车辆的实时行驶道路坡角α'和车辆行驶状态i'，如果i'>0，则保持当前跟随制动力矩，并返回坡道上行同步制动模式初始阶段，如果i'≤0，当前时刻同步制动控制器保持上一时刻制动控制信号不变，重新进行制动模式选择；如果x<x0，拖挂式房车不制动，重新进行制动模式选择。
更进一步，所述电磁制动器制动力矩的公式为：
Figure GDA0002732708230000041
进一步，所述传感器包括行程传感器、加速度计、陀螺仪与水平位移传感器。
进一步，所述x0为制动踏板空行程。
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，引入牵引车辆的减速度a、行驶道路坡角α以及车辆行驶状态信息，并将拖挂式房车的制动模式分为三种：水平行驶同步制动模式、坡道下行同步制动模式和坡道上行同步制动模式，以此实现全工况拖挂式房车同步制动。解决了传统同步电磁制动系统仅根据牵引车辆制动减速度无法适用于坡道行驶工况的问题。
附图说明
图1为本发明一种拖挂式房车电磁制动系统控制系统示意图；
图2为本发明一种拖挂式房车电磁制动系统全工况同步控制策略流程图；
图3为本发明一种水平行驶同步制动模式控制策略流程图；
图4为本发明一种坡道下行同步制动模式控制策略流程图；
图5为本发明一种坡道上行同步制动模式控制策略流程图；
图6为本发明拖挂式房车水平行驶受力平衡示意图；
图7为本发明拖挂式房车坡道下行受力平衡示意图；
图8为本发明拖挂式房车坡道上行受力平衡示意图；
图中，1、牵引车辆；2、牵引车辆ECU；3、同步制动控制器；4、拖挂式房车；5、电磁制动器；6、载荷传感器；7、传感器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，为本发明拖挂式房车电磁制动系统控制系统，牵引车辆ECU 2安装在牵引车辆1中，其作用是接受牵引车辆1的传感器7采集的信号，并将信号进行分析计算，处理得到牵引车辆1的制动踏板行程x、减速度a、行驶道路坡角α以及车辆行驶状态i，再将处理结果传递给同步制动控制器3；所述传感器为行程传感器(安装在制动踏板上)、加速度计、陀螺仪与水平位移传感器(安装在牵引车辆1上)，用于采集牵引车辆1的制动踏板行程、行驶减速度、车身角度变化量以及车身水平状态变化量；同步制动控制器3安装在牵引车辆1的尾部，其输入信号为牵引车辆ECU 2提供的牵引车辆1的制动踏板行程x、减速度a、行驶道路坡角α以及车辆行驶状态i信号和载荷传感器6提供的房车轴荷信号，输出信号为控制电磁制动器5的占空比信号；载荷传感器6安装在拖挂式房车4的车轴上，用于测量房车轴荷，为计算制动力矩提供拖挂式房车4整备质量；电磁制动器5安装在拖挂式房车4的制动轮毂上，为拖挂式房车4制动提供制动力，是电磁制动系统的执行器；电磁制动器5制动力矩可转换为同步制动控制器3的输出占空比，从而控制电磁制动器5动作。
如图2、图3、图4、图5所示，一种拖挂式房车电磁制动系统全工况同步控制策略，包括步骤：
步骤(1)：根据当前同步制动控制器3装载的系统参数(具体为：拖挂式房车4的车轮半径、拖挂式房车4的车轮个数、拖挂式房车4的车轮转动惯量和重力减速度)及当前拖挂式房车4的轴荷，对拖挂式房车4进行系统参数初始化，通过牵引车辆1上安装的牵引车辆ECU 2分析计算传感器7采集的车辆信息，处理得到牵引车辆1的制动踏板行程x、减速度a、行驶道路坡角α以及车辆行驶状态i，并记水平行驶状态为i＝0，下坡行驶状态为i＝-1，上坡行驶状态为i＝1；判断牵引车辆1的当前行驶状态，选择不同的同步制动模式：当i＝0时，执行步骤(2)，水平行驶同步制动模式；当i＝-1时，执行步骤(6)，坡道下行同步制动模式，当i＝1时，执行步骤(9)，为坡道上行同步制动模式。
步骤(2)：进入水平行驶同步制动模式，根据同步制动控制器3从牵引车辆ECU 2中读取牵引车辆1的制动踏板行程x大小，将制动踏板行程x与制动踏板空行程x0进行比较判断牵引车辆1是否处于制动状态(即制动踏板行程x≥x0)，如果x≥x0，执行步骤(3)；如果x<x0，同步制动控制器3输出“0”占空比，电磁制动器5不动作，并返回执行步骤(1)。
步骤(3)：以已读取的牵引车辆1的减速度a信号做参考，估计出拖挂式房车4当前应保持的跟随减速度a1，依据拖挂式房车4跟随减速度a1计算电磁制动器5的制动力矩，公式如下：
Figure GDA0002732708230000051
其中，T为电磁制动器5的制动力矩，m为拖挂式房车4的质量，r为拖挂式房车4的车轮直径，n为拖挂式房车4的车轮个数，J为拖挂式房车4的车轮转动惯量，
Figure GDA0002732708230000052
为制动踏板被踩下的速度，
Figure GDA0002732708230000053
为制动踏板被踩下的加速度，ξ1、ξ2为经验系数，用来根据制动踏板被踩下的缓急程度，对制动力矩进行修正补偿，a0为预设的固定常数，用于补偿制动踏板被踩下而加速度计未检测到减速度过程中拖挂式房车4需要响应的制动减速度，做到预先制动保证制动安全；t为制动时间。
Δt＝t1-t0 (2)
其中，t0为制动踏板被踩下的时刻，即x>0时的时刻，t1为加速度计检测到减速度的时刻，Δt为t1与t0的差，表示制动踏板被踩下而加速度计未检测到减速度的时间。
步骤(4)：根据当前所需电磁制动器5的制动力矩，同步制动控制器3对电磁制动器5输出占空比信号，使电磁制动器5动作，对拖挂式房车4进行水平行驶同步制动操作。
步骤(5)：经过步骤(4)的制动过程，同步制动控制器3从牵引车辆ECU 2中读取牵引车辆1的实时制动踏板行程x'大小，如果x'≥x0，则保持当前输出占空比，同时读取牵引车辆1的实时减速度a'并将并a'赋值给a，然后返回步骤(2)，如果x'<x0，则同步制动控制器3输出“0”占空比，电磁制动器5不动作，并返回执行步骤(1)。
步骤(6)：进入坡道下行同步制动模式，以已读取的牵引车辆1的减速度a信号做参考，估计出拖挂式房车4当前应保持的跟随减速度a2，再依据拖挂式房车4跟随减速度a2以及道路坡角α信号计算电磁制动器5制动力矩，公式如下：
Figure GDA0002732708230000061
步骤(7)：根据当前所需电磁制动器5制动力矩，同步制动控制器3对电磁制动器5输出占空比信号，使电磁制动器5动作，对拖挂式房车4进行坡道下行同步制动操作。
步骤(8)：经过步骤(7)的制动过程，同步制动控制器3从牵引车辆ECU 2中读取牵引车辆1的实时行驶道路坡角α'和车辆行驶状态i'，如果i'<0，则保持当前输出占空比，并返回步骤(6)，如果i'≥0，为保证制动安全，当前时刻同步制动控制器3保持输出上一时刻占空比，返回步骤(1)，重新进行制动模式选择。
步骤(9)：进入坡道上行同步制动模式，根据同步制动控制器3从牵引车辆ECU 2中读取牵引车辆1的制动踏板行程x大小，将制动踏板行程x与制动踏板空程x0判断牵引车辆1是否处于制动状态(即制动踏板行程x≥x0)，如果x≥x0，执行步骤(10)；如果x<x0，同步制动控制器3输出“0”占空比，电磁制动器5不动作，并返回执行步骤(1)。
步骤(10)：根据已读取的牵引车辆1加速度a信号进行预瞄，估计出房车当前应保持的跟随减速度a3，再依据房车跟随减速度a3以及道路坡角α信号计算电磁制动器5制动力矩，公式如下：
Figure GDA0002732708230000071
步骤(11)：根据当前所需电磁制动器5制动力矩，同步制动控制器3对电磁制动器5输出占空比信号，使电磁制动器5动作，对拖挂式房车4进行坡道上行同步制动操作。
步骤(12)：经过步骤(11)的制动过程，同步制动控制器3从牵引车辆ECU 2中读取牵引车辆1的实时制动踏板行程x'大小，如果x'≥x0，则保持当前输出占空比，同时读取牵引车辆1的实时减速度a'并将并a'赋值给a，然后返回步骤(9)，如果x'<x0，执行步骤(13)。
步骤(13)：同步制动控制器3从牵引车辆ECU 2中读取牵引车辆1的实时行驶道路坡角α'和车辆行驶状态i'，如果i'>0，则保持当前输出占空比，并返回步骤(9)，如果i'≤0，为保证制动安全，当前时刻同步制动控制器3保持输出上一时刻占空比，返回步骤(1)，重新进行制动模式选择。
如图6所示，根据拖挂式房车4水平行驶受力平衡示意图，当拖挂式房车4制动时，理想同步制动状态下，牵引车辆1与拖挂式房车4之间是没有作用力的，则根据牛顿力学定律，拖挂式房车4的平衡关系式为公式(1)。
如图7所示，根据拖挂式房车4坡道下行受力平衡示意图，当拖挂式房车4制动时，理想同步制动状态下，牵引车辆1与拖挂式房车4之间是没有作用力的，则根据牛顿力学定律，拖挂式房车4的平衡关系式为公式(3)。
如图8所示，根据拖挂式房车4坡道上行受力平衡示意图，当拖挂式房车4制动时，理想同步制动状态下，牵引车辆1与拖挂式房车4之间是没有作用力的，则根据牛顿力学定律，拖挂式房车4的平衡关系式为公式(4)。
以上所述对本发明所提供的一种拖挂式房车电磁制动系统全工况同步控制策略进行了简单说明，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 (5)

1.一种全工况的拖挂式房车同步制动控制方法，其特征在于，初始化拖挂式房车(4)的系统参数，牵引车辆ECU(2)根据传感器(7)采集的数据，计算出当前牵引车辆(1)的制动踏板行程x、减速度a、行驶道路坡角α和车辆行驶状态i，记牵引车辆(1)的水平行驶状态为i＝0，下坡行驶状态为i＝-1，上坡行驶状态为i＝1；同步制动控制器(3)读取x、a、α和i，判断拖挂式房车(4)当前行驶状态，选择不同的同步制动模式：当i＝0时，执行水平行驶同步制动模式；当i＝-1时，执行坡道下行同步制动模式，当i＝1时，执行坡道上行同步制动模式；
所述水平行驶同步制动模式具体为：根据同步制动控制器(3)读取的牵引车辆(1)制动踏板行程x，判断牵引车辆(1)是否处于制动状态：若x≥x0，判断牵引车辆(1)制动，根据减速度a信号做参考，估计出房车当前应保持的跟随减速度a1，依据房车跟随减速度a1计算电磁制动器(5)的制动力矩，同步制动控制器(3)对电磁制动器(5)输出相应控制信号，对房车进行水平行驶同步制动操作，同步制动控制器(3)读取牵引车辆(1)的实时制动踏板行程x'大小，如果x'≥x0，则保持当前跟随制动力矩，同时读取牵引车辆(1)的实时减速度a'并将a'赋值给a，并返回预估跟随减速度a1的过程，如果x'<x0，则同步制动控制器(3)输出“0”占空比，电磁制动器(5)不动作，重新进行制动模式的选择；若x<x0，重新进行制动模式的选择；
所述坡道下行同步制动模式具体为：根据已读取的牵引车辆(1)的减速度a信号做参考，估计出房车当前应保持的跟随减速度a2，再依据房车跟随减速度a2以及道路坡角α信号计算电磁制动器(5)的制动力矩，同步制动控制器(3)对电磁制动器(5)输出相应控制信号，对房车进行坡道下行同步制动操作，同步制动控制器(3)读取牵引车辆(1)的实时行驶道路坡角α'和车辆行驶状态i'，如果i'<0，则保持当前跟随制动力矩，并返回坡道下行同步制动模式初始阶段，如果i'≥0，为保证制动安全，当前时刻同步制动控制器(3)保持上一时刻制动控制信号不变，则重新进行制动模式的选择；
所述坡道上行同步制动模式具体为：同步制动控制器(3)读取牵引车辆(1)的制动踏板行程x，判断牵引车辆(1)是否处于制动状态：如果x≥x0，判断牵引车辆(1)制动，根据已读取的牵引车辆(1)减速度a信号做参考，估计出房车当前应保持的跟随减速度a3，再依据房车跟随减速度a3以及道路坡角α信号计算电磁制动器(5)的制动力矩，同步制动控制器(3)对电磁制动器(5)输出相应控制信号，对拖挂式房车(4)进行坡道上行同步制动操作；同步制动控制器(3)读取牵引车辆(1)的实时制动踏板行程x'大小，如果x'≥x0，则保持当前跟随制动力矩，同时读取牵引车辆(1)的实时减速度a'并将a'赋值给a，并返回预估跟随减速度a3的过程，如果x'<x0，进一步，同步制动控制器(3)读取牵引车辆(1)的实时行驶道路坡角α'和车辆行驶状态i'，如果i'>0，则保持当前跟随制动力矩，并返回坡道上行同步制动模式初始阶段，如果i'≤0，当前时刻同步制动控制器(3)保持上一时刻制动控制信号不变，重新进行制动模式选择；如果x<x0，拖挂式房车(4)不制动，重新进行制动模式选择；
所述x0为制动踏板空行程。
2.根据权利要求1所述的拖挂式房车同步制动控制方法，其特征在于，所述水平行驶同步制动模式时，电磁制动器(5)制动力矩的公式为：
Figure FDA0002934144800000021
其中T为制动力矩，m为拖挂式房车(4)的质量，r为拖挂式房车(4)的车轮直径，n为拖挂式房车(4)的车轮个数，J为拖挂式房车(4)的车轮转动惯量，
Figure FDA0002934144800000022
为制动踏板被踩下的速度，
Figure FDA0002934144800000023
为制动踏板被踩下的加速度，ξ1、ξ2为经验系数，用于根据制动踏板被踩下的缓急程度对制动力矩进行修正补偿，a0为预设的固定常数，用于补预先制动保证制动安全，t为制动时间，Δt为制动踏板被踩下而加速度传感器未检测到减速度的时间。
3.根据权利要求1所述的拖挂式房车同步制动控制方法，其特征在于，所述坡道下行同步制动模式下的电磁制动器(5)制动力矩公式为：
Figure FDA0002934144800000024
其中：m为拖挂式房车(4)的质量，r为拖挂式房车(4)的车轮直径，n为拖挂式房车(4)的车轮个数，J为拖挂式房车(4)的车轮转动惯量，
Figure FDA0002934144800000025
为制动踏板被踩下的速度，
Figure FDA0002934144800000026
为制动踏板被踩下的加速度，ξ1、ξ2为经验系数，用于根据制动踏板被踩下的缓急程度对制动力矩进行修正补偿，a0为预设的固定常数，用于补预先制动保证制动安全，t为制动时间，Δt为制动踏板被踩下而加速度传感器未检测到减速度的时间。
4.根据权利要求1所述的拖挂式房车同步制动控制方法，其特征在于，所述坡道上行同步制动模式时，电磁制动器(5)制动力矩的公式为：
Figure FDA0002934144800000031
其中：m为拖挂式房车(4)的质量，r为拖挂式房车(4)的车轮直径，n为拖挂式房车(4)的车轮个数，J为拖挂式房车(4)的车轮转动惯量，
Figure FDA0002934144800000032
为制动踏板被踩下的速度，
Figure FDA0002934144800000033
为制动踏板被踩下的加速度，ξ1、ξ2为经验系数，用于根据制动踏板被踩下的缓急程度对制动力矩进行修正补偿，a0为预设的固定常数，用于补预先制动保证制动安全，t为制动时间，Δt为制动踏板被踩下而加速度传感器未检测到减速度的时间。
5.根据权利要求1所述的拖挂式房车同步制动控制方法，其特征在于，所述传感器(7)包括行程传感器、加速度计、陀螺仪与水平位移传感器。
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