CN113335252B - 一种气刹制动的气压调节方法和气刹控制系统 - Google Patents

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    • B60T13/683—Electrical control in fluid-pressure brake systems by electrically-controlled valves in pneumatic systems or parts thereof

Abstract

本发明公开了一种气刹制动的气压调节方法和气刹控制系统，所述方法包括以下步骤：在需要刹车制动时，行车控制器生成一个目标气压值；根据所述目标气压值，行车控制器每隔第一时长给制动控制器发送一请求气压值，并使所述请求气压值平滑上升，直至所述目标气压值；再在结束刹车制动时从目标气压值平滑下降，直至所述请求气压值为零；制动控制器每隔第一时长从气压传感器获取气泵的实时气压，即测量气压值；制动控制器将所述测量气压值发送给行车控制器以提供制动反馈信号，并从行车控制器接收所述请求气压值；进而根据所述请求气压值和所述测量气压值进行计算输出控制信号给控制阀，对气泵气压进行平滑控制。

Description

一种气刹制动的气压调节方法和气刹控制系统
技术领域
本发明涉及车辆制动领域，尤其涉及一种气刹制动的气压调节方法和气刹控制系统。
背景技术
气刹制动原理是通过调节控制阀的阀门开关，当阀门打开时，气流通过气管输送到四个轮的刹车凸顶轴，轴体转动以凸缘顶动刹车片作用于刹车毂上，达到刹车目的，气刹制动的优点是反应迅速，刹车力度大，但是气刹的压力值比较难控制，所以气刹制动有时候会比较生硬，力度过大。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种气刹制动控制方法，应用于气刹控制系统，以在刹车过程中快速调节刹车的气压值，从而使刹车制动过程更为平滑。
为实现上述目的，本发明提供了一种气刹制动的气压调节方法，包括以下步骤：
在需要刹车制动时，行车控制器生成一个目标气压值；
根据所述目标气压值，行车控制器每隔第一时长给制动控制器发送一请求气压值，所述请求气压值以设定气压增量从零开始增长，直至所述目标气压值；
在行车控制器结束本次刹车制动或生成一个新的较小的目标气压值时，行车控制器每隔第一时长给制动控制器发送一请求气压值，所述请求气压值从目标气压值以设定气压增量开始下降，直至所述请求气压值为零或新的目标气压值；
制动控制器每隔第一时长从气压传感器获取气泵的实时气压，即测量气压值；
制动控制器将所述测量气压值发送给行车控制器以提供制动反馈信号，并从行车控制器接收所述请求气压值；进而根据所述请求气压值和所述测量气压值采用PD算法进行计算输出控制信号给控制阀；
控制阀根据所述控制信号调节储气筒和所述气泵之间的阀门开口大小，以使所述测量气压值和所述请求气压值趋同。
进一步的，所述制动控制器输出控制信号的方式为：在所述测量气压值小于第一气压限值时，制动控制器输出设定的初始值作为控制信号将所述阀门开口大小设置为第一阀门阈值；当所述测量气压值大于第一气压限值时，制动控制器根据实时状态和在前状态的测量气压值和请求气压值，采用PD算法计算并输出控制信号。
进一步的，所述PD算法的调节过程包括：
以第一时长Tt进行周期性计算：
在t时刻，计算t时刻的请求气压值r(t)和测量气压值的差值e(t)；
获取t-1时刻的请求气压值r(t-1)和测量气压值的差值e(t-1)；
计算t时刻，控制信号的输出为：
Figure BDA0003173353440000021
式中，Kp为比例增益；u(t)为控制信号；e(t)为请求气压值与测量气压值的差值。
进一步的，所述控制信号为PWM控制信号；
所述控制信号的占空比表示为
x(t)＝(p-b)/k+u(t)
其中，p为测量气压值，k为拟合的线系数；b为刹车气压值与PWM控制信号的占空比关系进行标定时确定的常量。
进一步的，所述控制信号的占空比的初始值，即b/k的取值范围为20-25％。
进一步的，所述第一气压限值的取值范围为15-20Kpa。
进一步的，所述第一时长为10ms-25ms。
本发明还提供了一种气刹控制系统，包括行车控制器、刹车控制器、气压传感器、制动阀、储气筒、气泵和制动凸轮；所述气刹控制系统执行如上任一技术方案所述的气刹制动的气压调节方法。
本发明的气刹制动的气压调节方法，可在刹车过程中有效地控制气刹的压力值，从而使刹车制动过程更为平滑快速。
附图说明
图1是气刹控制系统及其气刹制动的方法的流程图；
图2是储气筒标定时储气筒气压值及制动气压的变化曲线；
图3是实测的气刹制动请求气压值-测量气压值的关系图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种气刹控制系统，包括行车控制器、刹车控制器、储气筒、气压传感器、制动阀、气泵和制动凸轮等。其中，刹车控制器分多路控制信号控制多个制动阀，每个制动阀对应一个或多个气泵(刹车分泵)，每个气泵对应一个制动凸轮和至少一个气压传感器。气压传感器的信号汇集于刹车控制器形成控制反馈。
如图1-图3所示，在本实施例中，所述气刹控制系统执行如下的一种气刹制动的气压调节方法，包括以下步骤：
在需要刹车制动时，行车控制器VCU生成一个刹车气压的目标气压值；
根据所述目标气压值，行车控制器每隔第一时长(如20ms)给制动控制器发送一请求气压值，所述请求气压值以设定气压增量(如5Kpa)从零开始增长，直至所述目标气压值；
在行车控制器结束本次刹车制动或生成一个新的较小的目标气压值时，行车控制器每隔第一时长(如20ms)给制动控制器发送一请求气压值，所述请求气压值从目标气压值以设定气压增量(如5Kpa)开始下降，直至所述请求气压值为零或新的目标气压值；
制动控制器每隔第一时长从气压传感器获取气泵的实时气压，即测量气压值；制动控制器将所述测量气压值发送给行车控制器以提供制动反馈信号，并从行车控制器接收所述请求气压值；进而根据所述请求气压值和所述测量气压值采用PD算法进行计算输出控制信号给控制阀；
控制阀根据所述控制信号调节所述储气筒和所述气泵之间的阀门开口大小，以使所述测量气压值和所述请求气压值趋同。
在图3中，①为储气筒气压值，②为请求气压值，③为测量气压值。
通过该方式，可在刹车过程中平滑地控制气刹的压力值，从而使刹车制动过程更为平滑快速。
在刹车的初始阶段，因为前后刹车分泵的气压值为接近零，即气泵无气压，没有刹车力度，这时候需要储气筒快速给前后刹车分泵充气，当充气到一定阶段后，检测到前后刹车分泵的气压值(测量气压值)才会开始从一个很小的气压值迅速上升。
在本实施例中，控制信号为PWM电压信号，控制信号的调节是调节控制电压的占空比。
根据测试经验所得，刹车最初始阶段，控制电压的占空比为X1+30(表示占空比分子的数值，其分母为一千)，给一个较大占空比电压输出可以让刹车快速响应，降低刹车的系统延时。
根据测试经验所得，当检测到的测量气压值大于15Kpa时，气泵的气压值已经开始响应控制系统调节。
为此，在本实施例中，所述制动控制器输出控制信号的方式为：
在所述测量气压值小于第一气压限值(如15Kpa)时，制动控制器输出控制信号将所述阀门开口大小设置为第一阀门阈值；
当所述测量气压值大于第一气压限值(如15Kpa)时，制动控制器根据实时状态和在前状态的测量气压值和请求气压值，采用PD算法计算并输出控制信号。
采用PD算法调节电压占空比可以使当前测量气压值快速接近行车控制器当前发出的请求气压值。
在本实施例中，所述PD算法的调节过程包括：
以第一时长Tt进行周期性计算：
在t时刻，计算t时刻的请求气压值r(t)和测量气压值的差值e(t)；
获取t-1时刻的请求气压值r(t-1)和测量气压值的差值e(t-1)；
计算t时刻，控制信号补偿量为：
Figure BDA0003173353440000061
式中，Kp为比例增益；u(t)为控制信号补偿量；e(t)为请求气压值与测量气压值的差值。
为实现精准控制，需要对储气筒和控制电压的占空比的关系进行标定。通过控制不同占空比的电压输出给控制阀，占空比的精度为千分之1，从占空比为千分之一百开始输出，保持此占空比输出10秒，并且每隔50ms记录一次气压传感器的数值。接着按照此步骤，不断增加占空比值，占空比的增加幅度为千分之1。将测试到的数据，以占空比为X轴，气压传感器测得的气压值为Y轴，拟合出一个占空比和气压值的关系曲线，并可以将此曲线拟合成一个一元一次方程p＝kx+b。其中，p为测量气压值，k为拟合的线系数，b为刹车气压值与PWM控制信号的占空比关系进行标定时确定的常量。如图2所示。其中①为储气筒气压值，②为测量气压值。储气筒的气压值设置有上下限值，当储气筒的气压值降至下限值时，触发储气筒充气，将储气筒的气压值快速提升到上限值。
在标定气压阶段，已经得到了一个气压和控制电压占空比之间的关系公式p＝kx+b，p为气泵的测量气压值，x为占空比，k为拟合的线系数。当p＝0时候，可以从拟合的曲线得到一个初始的占空比x＝X1，如图2所示，X1的值为215。
为此，在本实施例中，控制信号(即控制电压的占空比)可表示为
x(t)＝(p-b)/k+u(t)
其中，x(t)为控制信号，p为实时的测量气压值。
为保证行车控制器的气刹制动的快速响应，在测试时，对部分参数做如下操作设定：(1)将第一时长设置为10ms-25ms；(2)第一气压限值的取值范围为15Kpa-20Kpa；(3)控制电压的占空比的初始值，即b/k的取值范围为20-25％。
本发明的气刹制动的气压调节方法，可在气刹制动过程中有效地控制气刹的压力值，从而使刹车制动过程更为平滑快速。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种气刹制动的气压调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
在需要刹车制动时，行车控制器生成一个目标气压值；
根据所述目标气压值，行车控制器每隔第一时长给制动控制器发送一请求气压值，所述请求气压值以设定气压增量从零开始增长，直至所述目标气压值；
在行车控制器结束本次刹车制动或生成一个新的较小的目标气压值时，行车控制器每隔第一时长给制动控制器发送一请求气压值，所述请求气压值从目标气压值以设定气压增量开始下降，直至所述请求气压值为零或新的目标气压值；
制动控制器每隔第一时长从气压传感器获取气泵的实时气压，即测量气压值；
制动控制器将所述测量气压值发送给行车控制器以提供制动反馈信号，并从行车控制器接收所述请求气压值；进而根据所述请求气压值和所述测量气压值采用PD算法进行计算输出控制信号给控制阀；
控制阀根据所述控制信号调节储气筒和所述气泵之间的阀门开口大小，以使所述测量气压值和所述请求气压值趋同；
所述制动控制器输出控制信号的方式为：
在所述测量气压值小于第一气压限值时，制动控制器输出设定的初始值作为控制信号将所述阀门开口大小设置为第一阀门阈值；
当所述测量气压值大于第一气压限值时，制动控制器根据实时状态和在前状态的测量气压值和请求气压值，采用PD算法计算并输出控制信号；
所述PD算法的调节过程包括：
以第一时长Tt进行周期性计算：
在t时刻，计算t时刻的请求气压值r(t)和测量气压值的差值e(t)；
获取t-1时刻的请求气压值r(t-1)和测量气压值的差值e(t-1)；
计算t时刻，控制信号补偿量为：
Figure FDA0003684980870000021
式中，Kp为比例增益；u(t)为控制信号；e(t)为请求气压值与测量气压值的差值；
所述控制信号为PWM控制信号；
所述控制信号的占空比表示为
x(t)＝(p-b)/k+u(t)
其中，p为测量气压值，k为拟合的线系数；b为刹车气压值与PWM控制信号的占空比关系进行标定时确定的常量；
所述控制信号的占空比的初始值，即b/k的取值范围为20-25％。
2.如权利要求1所述的气刹制动的气压调节方法，其特征在于，所述第一气压限值的取值范围为15Kpa-20Kpa。
3.如权利要求1所述的气刹制动的气压调节方法，其特征在于，所述第一时长为10ms-25ms。
4.一种气刹控制系统，包括行车控制器、刹车控制器、气压传感器、制动阀、储气筒、气泵和制动凸轮；其特征在于，所述气刹控制系统执行如权利要求1-3任一项所述的气刹制动的气压调节方法。
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