CN114673594B - 一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法及系统 - Google Patents

一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法及系统，根据制动踏板动作试验数据分别建立山区道路行驶工况和水平路面行驶工况；以车辆制动踏板动作参数构建滚动时间窗，计算制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，以制动踏板平均开度、持续作用时间、时间窗制动占有率以及建立的山区道路行驶工况和水平路面行驶工况计算判断车辆行驶工况，当识别为山区道路行驶工况时排气制动系统开启；在排气制动系统介入工作后，利用辨识工况变化主动退出系统，另外实时感知加速踏板动作或系统开关动作作为系统退出的辅助控制措施。本发明根据汽车的行驶工况主动开启和关闭排气制动系统，避免出现因驾驶人错误操作而引发的制动安全事故。

Description

一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法及系统
技术领域
本发明涉及汽车安全技术领域，尤其涉及一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法及系统。
背景技术
随着汽车工业的发展，尤其是近些年物流行业的崛起让载货汽车占据了较大的市场份额，由于载货汽车的使用特性也导致了很多交通事故的发生，在一些路面条件较差的山区，载货汽车的下坡制动安全成为热点问题。重型载货汽车在下坡路段因驾驶人路况不熟悉行车制动系统操作不当易引发制动器热衰退相关的交通事故，造成人员伤亡和经济损失。
辅助制动系统在商用车领域应用较为广泛，为了降低行车制动系统在下坡路段的热负荷，不依赖于摩擦制动的发动机制动系统、排气制动系统和缓速器制动广泛用于商用车辆中，但是因为驾驶人不熟悉路况和经验不够丰富等因素没有及时开启排气制动、缓速器制动系统引发制动器热衰退造成的重特大交通事故时有发生，由于山区路段道路纵向坡度信息难准确获取，辅助制动系统及时开启和关闭对于载货汽车制动安全一直是一个难题。考虑到山区道路制动踏板动作特征与其他路段存在显著的差异，为此提出了基于道路行驶工况辨识的重型载货汽车排气制动系统主动控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法及系统，以克服现有技术的不足。
一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，包括以下步骤：
S1，根据车辆山区道路行驶和水平正常路面行驶试验制动踏板动作数据分别建立基于马尔科夫理论的山区道路行驶工况和水平路面行驶工况；
S2，实时采集行驶车辆制动踏板动作参数，根据获取的车辆制动踏板动作参数构建滚动时间窗，计算滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，利用制动踏板平均开度、持续作用时间、时间窗制动占有率以及建立的山区道路行驶工况和水平路面行驶工况判断车辆行驶工况；
S3，若车辆行驶工况为山区道路行驶工况，则主动控制排气制动系统开启，否则退出排气制动系统，实现主动控制。
进一步的，采集的制动踏板动作参数包括制动踏板开度和持续作用时间。
进一步的，根据车辆制动踏板动作参数以及车辆行驶道路特征，建立具有连续时间序列特性的马尔科夫工况模型。
进一步的，采用试验法采集获取车辆山区道路行驶和水平正常路面行驶的制动踏板动作数据，根据试验法获取的车辆制动踏板动作参数构建滚动时间窗，得到滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，建立车辆在山区道路行驶和水平路面行驶的工况模型，根据山区道路行驶和水平路面行驶的工况模型得到山区道路行驶工况和水平路面行驶工况。
进一步的，建立的滚动时间窗长度为30s、60s、90s或120s。
进一步的，利用车辆CAN总线在线采集车辆制动踏板动作参数。
进一步的，当车辆加速踏板动作、手动关闭系统或识别到水平路面行驶工况时自动退出排气制动系统。
进一步的，制动踏板平均开度
Figure GDA0003967846110000024
Figure GDA0003967846110000021
制动踏板作用时间t'i：
Figure GDA0003967846110000022
时间窗制动占有率：
Figure GDA0003967846110000023
进一步的，山区道路行驶工况和水平路面行驶工况对应建立的模型的概率密度函数为式(6)：
Figure GDA0003967846110000031
其中，ζ表示高斯概率密度函数；cik,μik,σik分别为状态i的第k个混合高斯函数的权重、均值矢量和协方差矩阵；M为混合高斯函数个数。
一种重型载货汽车排气制动系统主动控制系统，包括数据采集模块和数据处理模块；
数据采集模块用于实时采集行驶车辆制动踏板动作参数，并将采集的数据传输至数据处理模块；
数据处理模块根据获取的车辆制动踏板动作参数构建滚动时间窗，计算滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，利用制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，以车辆山区道路行驶和水平正常路面行驶试验制动踏板动作数据分别建立的基于马尔科夫理论的山区道路行驶工况和水平路面行驶工况为基准，判断行驶车辆的行驶工况，若车辆行驶工况为山区道路行驶工况，则主动控制排气制动系统开启，否则退出排气制动系统.
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，根据车辆山区道路行驶和水平正常路面行驶试验制动踏板动作数据分别建立基于马尔科夫理论的山区道路行驶工况和水平路面行驶工况；实时采集行驶车辆制动踏板动作参数，根据获取的车辆制动踏板动作参数构建滚动时间窗，计算滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，利用制动踏板平均开度、持续作用时间、时间窗制动占有率以及建立的山区道路行驶工况和水平路面行驶工况判断车辆行驶工况，本发明能够在排气制动系统介入工作后，利用辨识工况变化主动退出系统，另外实时感知加速踏板动作或系统开关动作作为系统退出的辅助控制措施，本发明根据汽车的行驶工况主动开启和关闭排气制动系统，避免出现因驾驶人错误操作而引发的制动安全事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对专利中所需要使用的附图作简单地介绍，以下附图仅示出了本发明的某些实例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例制动踏板开度随时间变化示意图；
图2为本发明实施例提供的时间窗分割示意图；
图3为本发明实施例提供的不同时间窗长度辨识结果；
图4为本发明实施例不同时间窗长度排气制动系统开启和关闭时刻；
图5为本发明实施例提供的一种排气制动系统控制策略图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
考虑到现有的辅助制动系统在商用车领域应用较为广泛，而由于驾驶人经验不足和路况不熟导致错误使用制动系统引发制动安全事故时有发生，因此本发明提供一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法及系统，下面通过实例进行描述。
如图5所示，当识别到驾驶员开始操纵制动踏板时，根据所获取的制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，利用制动踏板动作与开启排气制动系统的因果关系建立具有连续时间序列特性的马尔科夫模型。
本发明所使用的模型为隐马尔科夫模型，隐马尔可夫模型的状态能通过观测向量序列观察到，每个观测向量都是通过某些概率密度分布表现为各种状态，每一个观测向量是由一个具有相应概率密度分布的状态序列产生，使用隐马尔科夫模型可以达到预测的目的。
实施例
本发明选取的道路模型为京昆高速雅安-西昌段K25-K174左线和右线，制动踏板开度随时间的变化如图1所示。
制动踏板平均开度
Figure GDA0003967846110000051
Figure GDA0003967846110000052
制动踏板作用时间t'i：
Figure GDA0003967846110000053
单位时间窗内制动踏板作用比例pi，即时间窗制动占有率：
Figure GDA0003967846110000054
根据前向-后向算法，前向向量α(t,j)和后向向量β(t,j)的迭代式(4)、式(5)如下：
Figure GDA0003967846110000061
Figure GDA0003967846110000062
其中，aij为状态转移矩阵中i状态转移到j状态的概率；Ot是t时刻所处的观测状态，且观测序列矩阵长度为T；bi(Ot)为处于i状态时刻，下一状态Ot的出现概率；N为状态数。
多维马尔科夫模型不能直接应用于随时间连续变化的量，观测序列表述需要用混合高斯马尔科夫模型，此时模型的概率密度函数为式(6)。
Figure GDA0003967846110000063
其中，ζ表示高斯概率密度函数；cik,μik,σik分别为状态i的第k个混合高斯函数的权重、均值矢量和协方差矩阵；M为混合高斯函数个数；
观测序列可以表示为式(7)：
Figure GDA0003967846110000064
考虑到用最大值或平均值难以准确描述制动系统参数变化过程，本发明采用时间窗分割法，时间窗分割如图2所示：
首先将采集参数划分成片段，其次对每个片段内参数均值进行离散化处理，最后获得基于时间窗的连续变化序列数。
本发明数据采集频率为10Hz，设置时间窗长度T′为分别为30s、60s、90s和120s，如图4所示，制动后获得的n个时间窗序列数m个观测值如式(8)：
Figure GDA0003967846110000065
基于制动踏板开度将制动后获得的n个时间窗序列数m个观测值作为观测序列输入，采用前向-后向算法进行求解，得出山区道路行驶工况概率，判断汽车是否处于山区下坡道路状态；具体依据隶属度函数判断，当前工况和建立的两种工况之一隶属度大于设定的阈值即为判定工况。
本发明不需要增加额外传感器，利用车辆CAN总线数据，经车辆控制单元(ECU)运算后给排气制动系统发送信号进行开启和关闭的控制，排气制动系统控制策略如图5所示，具体如下：
S101：获取所述汽车制动踏板开度。
实时采集车辆制动踏板开度信息，根据制动踏板的开度、作用时间判断驾驶员驾驶人操作行为。
S102：构建重型载货汽车山区道路制动工况。
利用试验数据，运用滚动时间窗分割方法提取滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率参数，建立具有马尔科夫特性的山区道路行驶工况模型和水平路面行驶工况模型,山区道路行驶工况模型和水平路面行驶工况模型用于构建车辆在山区道路行驶工况和水平路面行驶工况。
S103：对制动踏板开度数据进行在线处理辨识。
在线辨识驾驶员操纵制动踏板动作，实时获得滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率3参数，利用建立的山区道路行驶和水平路面行驶工况在线辨识，利用隶属度函数判断车辆行驶状态。
S104：判断排气制动系统开启时间。
如果隶属度函数的数值大于设定阈值判定车辆处于山区道路制动工况，输出1，主动开启排气制动系统；本申请设定阈值为90％)。
S105：关闭排气制动系统。
当辨识到车行驶在山区道路制动工况以外工况时，输出0，关闭排气制动系统。
关闭排气制动系统补充条件：
为了更加完善控制系统，当感知加速踏板动作时，排气制动系统主动退出；当驾驶人手动关闭排气制动系统时，排气制动系统主动退出。
本发明实施例提供的排气制动系统主动控制方法，根据制动踏板平均开度、持续作用时间、时间窗制动占有率及加速踏板参数等准确辨识汽车行驶工况，主动控制排气制动系统开启和关闭，避免因驾驶人错误操作而引发制动安全事故。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据车辆山区道路行驶和水平正常路面行驶试验制动踏板动作数据分别建立基于马尔科夫理论的山区道路行驶工况和建立基于马尔科夫理论的水平路面行驶工况；
S2，实时采集行驶车辆制动踏板动作的开度、作用时间，运用滚动时间窗分割方法提取滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，利用制动踏板平均开度、持续作用时间、时间窗制动占有率判断车辆当前行驶工况；
S3，若车辆行驶工况为山区道路行驶工况，则主动控制排气制动系统开启，否则退出排气制动系统，实现主动控制。
2.根据权利要求1所述的一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，其特征在于，具体的，根据所获取的车辆制动踏板动作参数和时间窗制动占有率，利用制动踏板动作与开启排气制动系统的因果关系建立具有连续时间序列特性的马尔科夫模型。
3.根据权利要求1所述的一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，其特征在于，建立的滚动时间窗长度为30s、60s、90s或120s。
4.根据权利要求1所述的一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，其特征在于，利用车辆CAN总线在线采集车辆制动踏板动作参数。
5.根据权利要求1所述的一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，其特征在于，当车辆加速踏板动作、手动关闭系统或识别到水平路面行驶工况时自动退出排气制动系统。
6.根据权利要求1所述的一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，其特征在于，制动踏板平均开度
Figure FDA0003967846100000012
Figure FDA0003967846100000011
制动踏板作用时间t`i：
Figure FDA0003967846100000021
时间窗制动占有率：
Figure FDA0003967846100000022
7.根据权利要求1所述的一种重型载货汽车排气制动系统主动控制方法，其特征在于，山区道路行驶工况和水平路面行驶工况对应建立的模型的概率密度函数为式(6)：
Figure FDA0003967846100000023
其中，ζ表示高斯概率密度函数；cik,μik,σik分别为状态i的第k个混合高斯函数的权重、均值矢量和协方差矩阵；M为混合高斯函数个数。
8.一种重型载货汽车排气制动系统主动控制系统，其特征在于，包括数据采集模块和数据处理模块；
数据采集模块用于实时采集行驶车辆制动踏板动作参数，并将采集的数据传输至数据处理模块；
数据处理模块根据获取的车辆制动踏板动作参数构建滚动时间窗，计算滚动时间窗内制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，利用制动踏板平均开度、持续作用时间和时间窗制动占有率，以车辆山区道路行驶和水平正常路面行驶试验制动踏板动作数据分别建立的基于马尔科夫理论的山区道路行驶工况和水平路面行驶工况为基准，判断行驶车辆的行驶工况，若车辆行驶工况为山区道路行驶工况，则主动控制排气制动系统开启，否则退出排气制动系统。
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