CN114954390A - 半挂汽车分布式制动系统、轮组制动策略及附着估计方法 - Google Patents

半挂汽车分布式制动系统、轮组制动策略及附着估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半挂汽车分布式制动系统、轮组制动策略及附着估计方法。制动系统包括电子控制单元、空气压缩机、牵引车制动储气筒、挂车制动储气筒、第一轮速传感器组、牵引车第一桥控制模块、第二轮速传感器组、牵引车第二桥控制模块、第三轮速传感器组、牵引车第三桥控制模块、第四轮速传感器组、挂车第一桥控制模块、第五轮速传感器组、挂车第二桥控制模块、第六轮速传感器组、挂车第三桥控制模块、横摆角速度传感器、横向加速度传感器和纵向加速度传感器。本发明可以实现对半挂汽车每一轮胎制动力的独立调节,可以实现对半挂汽车每一轮胎滑转率的独立调节,可以实现制动过程中更精确的车速与附着系数获取，提升附着系数估计的精度。

Description

半挂汽车分布式制动系统、轮组制动策略及附着估计方法
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，尤其涉及半挂汽车分布式制动系统、轮组制动策略及附着估计方法。
背景技术
半挂汽车作为广泛使用的道路运输工具之一，在国民生产生活中发挥着重要作用。随着公路运输的快速发展，半挂汽车的智能化、无人化已成为未来的发展趋势，由智能无人半挂汽车组成的大规模车队行驶在未来将成为主要的货物运输模式。
智能无人半挂汽车取消了脚阀以及集成于脚阀中的机械式安全冗余制动备份系统，但又要求制动系统出现单点故障之后仍然能够保证一定的制动功能。目前半挂汽车所采用的一种常规电控制动系统在牵引车前桥采用单个压力调节阀调节前桥左右侧制动力，后桥采用两个压力调节阀分别调节后桥左右侧制动力，挂车采用两个压力调节阀分别调节挂车左右两侧制动力，这种制动系统布置形式在单轮制动系统电子部件故障后会引发某一轮组制动失效，进而造成整车运行失稳，不利于行驶安全的实现。
进一步地，路面状况、轮胎结构等因素保持不变时，轮胎制动的侧纵向附着系数与滑转率之间的关系可以看作固定不变。目前主流的制动系统制动策略往往将制动系统中的轮组等效为单一轮胎并对其制动力进行统一调控，这导致了固定的目标纵向制动力约束下，轮组所能产生的侧向制动力往往为一固定值，未能充分利用半挂汽车多轴多轮可能产生的轮组侧纵向附着力。智能化背景下，线控底盘集成控制强调将底层制动系统充分解耦，各轮完全独立制动前提下，在满足轮组总的纵向目标制动力之后，轮组内各轮胎采用不同的滑转率可带来多种轮组侧向附着力选择，有利于进一步提升半挂汽车的制动稳定性。同时，各轮完全独立制动还是保证智能半挂汽车制动安全冗余机制的一种有效制动系统构型，在单轮制动系统电子部件故障后，轮组中其余轮胎仍能实现部分制动，保证了行车安全。
此外，目前估计附着系数的主要方法为：基于轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器、转角传感器等测得的轮速、车辆加速度、横摆角速度、前轮转角信息，通过使用无迹卡尔曼滤波器对整车纵向车速、横向车速及质心侧偏角进行估计得到车辆行驶过程中的重要状态参数，经车辆系统动力学公式计算来对附着系数进行估计。该种估计方法对车辆纵向车速的估计精度要求较高，且需要一定的时间完成估计过程方能得到估计结果，不利于防抱死制动等安全功能的实施。基于分布式制动系统的新构型与相应的轮组顺序制动策略能够实现更好的附着系数估计。鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种半挂汽车分布式制动系统、轮组制动策略及附着估计方法，可以实现对半挂汽车每一轮胎制动力的独立调节；可以实现对半挂汽车每一轮胎滑转率的独立调节；基于所提出的半挂汽车分布式制动系统及其轮组顺序制动策略，可以实现制动过程中更精确的车速与附着系数获取，提升附着系数估计的精度。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种半挂汽车分布式制动系统，包括电子控制单元1、空气压缩机2、牵引车制动储气筒3、挂车制动储气筒4、第一轮速传感器组5、牵引车第一桥控制模块6、第二轮速传感器组7、牵引车第二桥控制模块8、第三轮速传感器组9、牵引车第三桥控制模块10、第四轮速传感器组11、挂车第一桥控制模块12、第五轮速传感器组13、挂车第二桥控制模块14、第六轮速传感器组15、挂车第三桥控制模块16、横摆角速度传感器17、横向加速度传感器18和纵向加速度传感器19；
第一轮速传感器组5、第二轮速传感器组7、第三轮速传感器组9、第四轮速传感器组11、第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15均包含两个轮速传感器；第一轮速传感器组5的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车前桥的左右两轮上；第二轮速传感器组7的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车第二桥的左右两轮上；第三轮速传感器组9的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车第三桥的左右两轮上；第四轮速传感器组11的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第一桥的左右两轮上；第五轮速传感器组13的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第二桥的左右两轮上；第六轮速传感器组15的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第三桥的左右两轮上；
所述第一轮速传感器组5、第二轮速传感器组7、第三轮速传感器组9、第四轮速传感器组11、第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15与所述电子控制器单元1连接，用于将每一桥上左右两轮的转速信息上传至所述电子控制单元1以及相对应的控制模块；
横摆角速度传感器17、横向加速度传感器18、纵向加速度传感器19固定在牵引车车架处，与电子控制单元1连接，用于将车辆侧向加速度与纵向加速度信息上传至所述电子控制单元1；
牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10、挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16分别与对应桥的左右轮胎制动气缸通过气管连接，牵引车制动储气筒3通过气管与牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10相连并供应高压气体；挂车制动储气筒4通过气管与挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16相连并供应高压气体；同时，牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10、挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16均通过CAN总线与所述电子控制单元1连接，电子控制单元1向其发送电信号以分别控制各个桥轮胎的气压；
所述牵引车第一桥控制模块6分别控制牵引车前桥左右两侧制动器的制动压力，所述牵引车第二桥控制模块8分别控制牵引车第二桥左右两侧制动器的制动压力，所述牵引车第三桥控制模块10分别控制牵引车第三桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第一桥控制模块12分别控制挂车第一桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第二桥控制模块14分别控制挂车第二桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第三桥控制模块16分别控制挂车第三桥左右两侧制动器的制动压力；
所述空气压缩机2、牵引车制动储气筒3、挂车制动储气筒4均固定于牵引车车架后侧；空气压缩机2与牵引车制动储气筒3、挂车制动储气筒4通过气管连接，向其补充高压气体。
牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10、挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16均由继动阀、增压阀、减压阀、备压阀、压力传感器、阀组机械结构组成，分别固定于对应桥附近的车架处。
一种利用所述的半挂汽车分布式制动系统的轮组顺序制动策略与附着系数估计方法，包括如下步骤：
1)电子控制单元1计算当前所需制动力，根据载荷信息，将总目标制动力分为牵引车前桥目标制动力、牵引车后桥目标制动力和挂车目标制动力，分别与牵引车前桥、牵引车后桥、挂车的载荷相适应；
2)电子控制单元1判断当前制动需求是否属于轻度制动；
3)如果当前制动需求属于轻度制动，发送牵引车前桥目标制动力信号至牵引车第一桥控制模块6，发送牵引车后桥目标制动力信号至牵引车第二桥控制模块8，发送挂车目标制动力至挂车第一桥控制模块12；
此过程中，通过第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15测得的挂车第二桥左右轮速ω13L和ω13R及挂车第三桥左右轮速ω15L和ω15R计算出纵向车速vy，计算公式如下：
vy＝(ω13L+ω13R+ω15L+ω15R)*R/4 公式1
公式1中，vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；ω13L为挂车第二桥左轮轮速，单位为rad/s；ω13R为挂车第二桥右轮轮速，单位为rad/s；ω15L为挂车第三桥左轮轮速，单位为rad/s；ω15R为挂车第三桥右轮轮速，单位为rad/s；
通过第四轮速传感器组11测得的挂车第一桥左右轮速ω11L及ω11R计算出正在制动的挂车第一桥的左右轮滑移率α11L及α11R，计算公式如下：
α11L＝(vy-ω11L*R)/vy 公式2
α11R＝(vy-ω11R*R)/vy 公式3
公式2和公式3中，ω11L为挂车第一桥左轮轮速，单位为rad/s；ω11R为挂车第一桥右轮轮速，单位为rad/s；α11L为挂车第一桥的左轮轮滑移率，单位为％；α11R为挂车第一桥的右轮轮滑移率，单位为％；vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；
同样的，根据纵向加速度传感器19测得的纵向加速度a通过公式4和公式5分别计算出挂车第一桥制动力系数s11L及s11R：
s11L＝k11L*a 公式4
s11R＝k11R*a 公式5
公式4和公式5中，s11L为挂车第一桥左轮的制动力系数，单位为％；s11R为挂车第一桥右轮的制动力系数，单位为％；a为纵向加速度，单位为m2/s；k11L及k11R是根据半挂车参数计算出的挂车第一桥左轮和右轮的轴荷系数，单位为s/m2；
进一步地，通过将制动力系数除以分别对应的滑移率，得出滑移率-制动力系数的斜率，根据前期的标定得出的不同附着系数对应的滑移率-制动力系数曲线斜率，即得出两侧车轮的附着系数；
4)如果当前制动需求不属于轻度制动，则发送牵引车前桥目标制动力信号至牵引车第一桥控制模块6，发送大小为牵引车后桥目标制动力二分之一的制动力信号至牵引车第二桥控制模块8，发送大小为牵引车后桥目标制动力二分之一的制动力信号至牵引车第三桥控制模块10；向挂车第一桥控制模块12发送不断增大的目标制动力信号，向挂车第二桥控制模块14与挂车第三桥控制模块16发送数值为零的目标制动力信号；
此时，通过第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15测得的挂车第二桥左右轮速ω13L和ω13R及挂车第三桥左右轮速ω15L和ω15R通过公式1计算出纵向车速vy：
vy＝(ω13L+ω13R+ω15L+ω15R)*R/4 公式1
公式1中，vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；ω13L为挂车第二桥左轮轮速，单位为rad/s；ω13R为挂车第二桥右轮轮速，单位为rad/s；ω15L为挂车第三桥左轮轮速，单位为rad/s；ω15R为挂车第三桥右轮轮速，单位为rad/s；
地面产生制动力受到制动器制动力与地面附着条件的限制，当增大目标制动力信号时，制动器制动力增大，轮胎滑移率增大，纵向附着系数随着轮胎滑移率的增大先增大后减小，最终导致车辆所受制动力先增大后减小；因此，整车制动减速度增大至峰值后开始减小的瞬间，根据纵向加速度传感器19测得的纵向加速度a通过公式4和公式5分别计算出挂车第一桥左轮的制动力系数s11L及挂车第一桥右轮的制动力系数s11R：
s11L＝k11L*a 公式4
s11R＝k11R*a 公式5
公式4和公式5中，s11L为挂车第一桥左轮的制动力系数，单位为％；s11R为挂车第一桥右轮的制动力系数，单位为％；a为纵向加速度，单位为m2/s；k11L及k11R是根据半挂车参数计算出的挂车第一桥左轮和右轮的轴荷系数，单位为s/m2；
此时的挂车第一桥左轮和右轮的轮胎制动力系数s11L和s11R即认为是两侧车轮的附着系数；之后，控制挂车第一桥控制模块12的目标制动力信号减小，保持挂车第一桥轮胎的制动力处于开始制动后的最大值；若此时向挂车第一桥控制模块12发送的目标制动力信号仍未达到挂车目标制动力信号，向挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16发送目标制动力信号，使得向挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16发送的制动力信号之和等于挂车目标制动力。
步骤2)和步骤4)中，所述轻度制动的判断标准为：计算得到的当前所需制动力小于预设的制动力阈值Fset，则当前制动需求属于轻度制动；计算得到的当前所需制动力大于等于预设的制动力阈值Fset，则当前制动需求不属于轻度制动；该制动力阈值Fset为一根据不同车型预先设置好的定值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提出的半挂汽车分布式制动系统可以实现对半挂汽车每一轮胎制动力的独立调节。
本发明提出的半挂汽车分布式制动系统可以实现对半挂汽车每一轮胎滑转率的独立调节。
基于所提出的半挂汽车分布式制动系统及其轮组顺序制动策略，可以实现制动过程中更精确的车速与附着系数获取，提升附着系数估计的精度。
附图说明
图1为本发明的一种半挂汽车分布式制动系统的示意图；
图2为本发明的一种基于半挂汽车分布式制动系统的轮组顺序制动策略及附着系数估计方法流程图。
其中的附图标记为：
1、电子控制单元 2、空气压缩机
3、牵引车制动储气筒 4、挂车制动储气筒
5、第一轮速传感器组 6、牵引车第一桥控制模块
7、第二轮速传感器组 8、牵引车第二桥控制模块
9、第三轮速传感器组 10、牵引车第三桥控制模块
11、第四轮速传感器组 12、挂车第一桥控制模块
13、第五轮速传感器组 14、挂车第二桥控制模块
15、第六轮速传感器组 16、挂车第三桥控制模块
17、横摆角速度传感器 18、横向加速度传感器
19、纵向加速度传感器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示，一种半挂汽车分布式制动系统，包括电子控制单元1、空气压缩机2、牵引车制动储气筒3、挂车制动储气筒4、第一轮速传感器组5、牵引车第一桥控制模块6、第二轮速传感器组7、牵引车第二桥控制模块8、第三轮速传感器组9、牵引车第三桥控制模块10、第四轮速传感器组11、挂车第一桥控制模块12、第五轮速传感器组13、挂车第二桥控制模块14、第六轮速传感器组15、挂车第三桥控制模块16、横摆角速度传感器17、横向加速度传感器18和纵向加速度传感器19。
第一轮速传感器组5、第二轮速传感器组7、第三轮速传感器组9、第四轮速传感器组11、第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15均包含两个轮速传感器。第一轮速传感器组5的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车前桥的左右两轮上；第二轮速传感器组7的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车第二桥的左右两轮上；第三轮速传感器组9的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车第三桥的左右两轮上；第四轮速传感器组11的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第一桥的左右两轮上；第五轮速传感器组13的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第二桥的左右两轮上；第六轮速传感器组15的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第三桥的左右两轮上。
所述第一轮速传感器组5、第二轮速传感器组7、第三轮速传感器组9、第四轮速传感器组11、第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15与所述电子控制器单元1连接，用于将每一桥上左右两轮的转速信息上传至所述电子控制单元1以及相对应的控制模块。
横摆角速度传感器17、横向加速度传感器18、纵向加速度传感器19固定在牵引车车架处，与电子控制单元1连接，用于将车辆侧向加速度与纵向加速度信息上传至所述电子控制单元1。
牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10、挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16均由继动阀、增压阀、减压阀、备压阀、压力传感器、阀组机械结构组成，分别固定于对应桥附近的车架处。牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10、挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16分别与对应桥的左右轮胎制动气缸通过气管连接，牵引车制动储气筒3通过气管与牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10相连并供应高压气体；挂车制动储气筒4通过气管与挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16相连并供应高压气体；同时，牵引车第一桥控制模块6、牵引车第二桥控制模块8、牵引车第三桥控制模块10、挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16均通过CAN总线与所述电子控制单元1连接，电子控制单元1向其发送电信号以分别控制各个桥轮胎的气压。
所述牵引车第一桥控制模块6分别控制牵引车前桥左右两侧制动器的制动压力，所述牵引车第二桥控制模块8分别控制牵引车第二桥左右两侧制动器的制动压力，所述牵引车第三桥控制模块10分别控制牵引车第三桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第一桥控制模块12分别控制挂车第一桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第二桥控制模块14分别控制挂车第二桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第三桥控制模块16分别控制挂车第三桥左右两侧制动器的制动压力。
所述空气压缩机2、牵引车制动储气筒3、挂车制动储气筒4均固定于牵引车车架后侧。空气压缩机2与牵引车制动储气筒3、挂车制动储气筒4通过气管连接，向其补充高压气体。
如图2所示，一种利用上述半挂汽车分布式制动系统的轮组顺序制动策略与附着系数估计方法，包括如下步骤：
1、电子控制单元1计算当前所需制动力，根据载荷信息，将总目标制动力分为牵引车前桥目标制动力、牵引车后桥目标制动力和挂车目标制动力，分别与牵引车前桥、牵引车后桥、挂车的载荷相适应。
2、电子控制单元1判断当前制动需求是否属于轻度制动。
所述轻度制动的判断标准为：计算得到的当前所需制动力小于预设的制动力阈值Fset，则当前制动需求属于轻度制动；计算得到的当前所需制动力大于等于预设的制动力阈值Fset，则当前制动需求不属于轻度制动。该制动力阈值Fset为一根据不同车型预先设置好的定值。
3、如果当前制动需求属于轻度制动，发送牵引车前桥目标制动力信号至牵引车第一桥控制模块6，发送牵引车后桥目标制动力信号至牵引车第二桥控制模块8，发送挂车目标制动力至挂车第一桥控制模块12。
此过程中，通过第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15测得的挂车第二桥左右轮速ω13L和ω13R及挂车第三桥左右轮速ω15L和ω15R计算出纵向车速vy，计算公式如下：
vy＝(ω13L+ω13R+ω15L+ω15R)*R/4 公式1
公式1中，vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；ω13L为挂车第二桥左轮轮速，单位为rad/s；ω13R为挂车第二桥右轮轮速，单位为rad/s；ω15L为挂车第三桥左轮轮速，单位为rad/s；ω15R为挂车第三桥右轮轮速，单位为rad/s。
通过第四轮速传感器组11测得的挂车第一桥左右轮速ω11L及ω11R计算出正在制动的挂车第一桥的左右轮滑移率α11L及α11R，计算公式如下：
α11L＝(vy-ω11L*R)/vy 公式2
α11R＝(vy-ω11R*R)/vy 公式3
公式2和公式3中，ω11L为挂车第一桥左轮轮速，单位为rad/s；ω11R为挂车第一桥右轮轮速，单位为rad/s；α11L为挂车第一桥的左轮轮滑移率，单位为％；α11R为挂车第一桥的右轮轮滑移率，单位为％；vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m。
同样的，根据纵向加速度传感器19测得的纵向加速度a通过公式4和公式5分别计算出挂车第一桥制动力系数s11L及s11R：
s11L＝k11L*a 公式4
s11R＝k11R*a 公式5
公式4和公式5中，s11L为挂车第一桥左轮的制动力系数，单位为％；s11R为挂车第一桥右轮的制动力系数，单位为％；a为纵向加速度，单位为m2/s；k11L及k11R是根据半挂车参数计算出的挂车第一桥左轮和右轮的轴荷系数，单位为s/m2。
进一步地，通过将制动力系数除以分别对应的滑移率，得出滑移率-制动力系数的斜率，根据前期的标定得出的不同附着系数对应的滑移率-制动力系数曲线斜率，即可得出两侧车轮的附着系数。
4、如果当前制动需求不属于轻度制动，则发送牵引车前桥目标制动力信号至牵引车第一桥控制模块6，发送大小为牵引车后桥目标制动力二分之一的制动力信号至牵引车第二桥控制模块8，发送大小为牵引车后桥目标制动力二分之一的制动力信号至牵引车第三桥控制模块10。向挂车第一桥控制模块12发送不断增大的目标制动力信号，向挂车第二桥控制模块14与挂车第三桥控制模块16发送数值为零的目标制动力信号。
此时，通过第五轮速传感器组13和第六轮速传感器组15测得的挂车第二桥左右轮速ω13L和ω13R及挂车第三桥左右轮速ω15L和ω15R通过公式1计算出纵向车速vy：
vy＝(ω13L+ω13R+ω15L+ω15R)*R/4 公式1
公式1中，vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；ω13L为挂车第二桥左轮轮速，单位为rad/s；ω13R为挂车第二桥右轮轮速，单位为rad/s；ω15L为挂车第三桥左轮轮速，单位为rad/s；ω15R为挂车第三桥右轮轮速，单位为rad/s。
地面产生制动力受到制动器制动力与地面附着条件的限制，当增大目标制动力信号时，制动器制动力增大，轮胎滑移率增大，纵向附着系数随着轮胎滑移率的增大先增大后减小，最终导致车辆所受制动力先增大后减小。因此，整车制动减速度增大至峰值后开始减小的瞬间，根据纵向加速度传感器19测得的纵向加速度a通过公式4和公式5分别计算出挂车第一桥左轮的制动力系数s11L及挂车第一桥右轮的制动力系数s11R：
s11L＝k11L*a 公式4
s11R＝k11R*a 公式5
公式4和公式5中，s11L为挂车第一桥左轮的制动力系数，单位为％；s11R为挂车第一桥右轮的制动力系数，单位为％；a为纵向加速度，单位为m2/s；k11L及k11R是根据半挂车参数计算出的挂车第一桥左轮和右轮的轴荷系数，单位为s/m2。
此时的挂车第一桥左轮和右轮的轮胎制动力系数s11L和s11R即认为是两侧车轮的附着系数。之后，控制挂车第一桥控制模块12的目标制动力信号减小，保持挂车第一桥轮胎的制动力处于开始制动后的最大值。若此时向挂车第一桥控制模块12发送的目标制动力信号仍未达到挂车目标制动力信号，向挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16发送目标制动力信号，使得向挂车第一桥控制模块12、挂车第二桥控制模块14和挂车第三桥控制模块16发送的制动力信号之和等于挂车目标制动力。

Claims (4)

1.一种半挂汽车分布式制动系统，其特征在于：所述制动系统包括电子控制单元(1)、空气压缩机(2)、牵引车制动储气筒(3)、挂车制动储气筒(4)、第一轮速传感器组(5)、牵引车第一桥控制模块(6)、第二轮速传感器组(7)、牵引车第二桥控制模块(8)、第三轮速传感器组(9)、牵引车第三桥控制模块(10)、第四轮速传感器组(11)、挂车第一桥控制模块(12)、第五轮速传感器组(13)、挂车第二桥控制模块(14)、第六轮速传感器组(15)、挂车第三桥控制模块(16)、横摆角速度传感器(17)、横向加速度传感器(18)和纵向加速度传感器(19)；
第一轮速传感器组(5)、第二轮速传感器组(7)、第三轮速传感器组(9)、第四轮速传感器组(11)、第五轮速传感器组(13)和第六轮速传感器组(15)均包含两个轮速传感器；第一轮速传感器组(5)的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车前桥的左右两轮上；第二轮速传感器组(7)的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车第二桥的左右两轮上；第三轮速传感器组(9)的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的牵引车第三桥的左右两轮上；第四轮速传感器组(11)的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第一桥的左右两轮上；第五轮速传感器组(13)的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第二桥的左右两轮上；第六轮速传感器组(15)的两个轮速传感器分别设置在半挂汽车的挂车第三桥的左右两轮上；
所述第一轮速传感器组(5)、第二轮速传感器组(7)、第三轮速传感器组(9)、第四轮速传感器组(11)、第五轮速传感器组(13)和第六轮速传感器组(15)与所述电子控制器单元(1)连接，用于将每一桥上左右两轮的转速信息上传至所述电子控制单元(1)以及相对应的控制模块；
横摆角速度传感器(17)、横向加速度传感器(18)、纵向加速度传感器(19)固定在牵引车车架处，与电子控制单元(1)连接，用于将车辆侧向加速度与纵向加速度信息上传至所述电子控制单元(1)；
牵引车第一桥控制模块(6)、牵引车第二桥控制模块(8)、牵引车第三桥控制模块(10)、挂车第一桥控制模块(12)、挂车第二桥控制模块(14)和挂车第三桥控制模块(16)分别与对应桥的左右轮胎制动气缸通过气管连接，牵引车制动储气筒(3)通过气管与牵引车第一桥控制模块(6)、牵引车第二桥控制模块(8)、牵引车第三桥控制模块(10)相连并供应高压气体；挂车制动储气筒(4)通过气管与挂车第一桥控制模块(12)、挂车第二桥控制模块(14)和挂车第三桥控制模块(16)相连并供应高压气体；同时，牵引车第一桥控制模块(6)、牵引车第二桥控制模块(8)、牵引车第三桥控制模块(10)、挂车第一桥控制模块(12)、挂车第二桥控制模块(14)和挂车第三桥控制模块(16)均通过CAN总线与所述电子控制单元(1)连接，电子控制单元(1)向其发送电信号以分别控制各个桥轮胎的气压；
所述牵引车第一桥控制模块(6)分别控制牵引车前桥左右两侧制动器的制动压力，所述牵引车第二桥控制模块(8)分别控制牵引车第二桥左右两侧制动器的制动压力，所述牵引车第三桥控制模块(10)分别控制牵引车第三桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第一桥控制模块(12)分别控制挂车第一桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第二桥控制模块(14)分别控制挂车第二桥左右两侧制动器的制动压力，所述挂车第三桥控制模块(16)分别控制挂车第三桥左右两侧制动器的制动压力；
所述空气压缩机(2)、牵引车制动储气筒(3)、挂车制动储气筒(4)均固定于牵引车车架后侧；空气压缩机(2)与牵引车制动储气筒(3)、挂车制动储气筒(4)通过气管连接，向其补充高压气体。
2.如权利要求1所述的半挂汽车分布式制动系统，其特征在于：牵引车第一桥控制模块(6)、牵引车第二桥控制模块(8)、牵引车第三桥控制模块(10)、挂车第一桥控制模块(12)、挂车第二桥控制模块(14)和挂车第三桥控制模块(16)均由继动阀、增压阀、减压阀、备压阀、压力传感器、阀组机械结构组成，分别固定于对应桥附近的车架处。
3.一种利用如权利要求1或2所述的半挂汽车分布式制动系统的轮组顺序制动策略与附着系数估计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)电子控制单元(1)计算当前所需制动力，根据载荷信息，将总目标制动力分为牵引车前桥目标制动力、牵引车后桥目标制动力和挂车目标制动力，分别与牵引车前桥、牵引车后桥、挂车的载荷相适应；
2)电子控制单元(1)判断当前制动需求是否属于轻度制动；
3)如果当前制动需求属于轻度制动，发送牵引车前桥目标制动力信号至牵引车第一桥控制模块(6)，发送牵引车后桥目标制动力信号至牵引车第二桥控制模块(8)，发送挂车目标制动力至挂车第一桥控制模块(12)；
此过程中，通过第五轮速传感器组(13)和第六轮速传感器组(15)测得的挂车第二桥左右轮速ω13L和ω13R及挂车第三桥左右轮速ω15L和ω15R计算出纵向车速vy，计算公式如下：
vy＝(ω13L+ω13R+ω15L+ω15R)*R/4 公式1
公式1中，vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；ω13L为挂车第二桥左轮轮速，单位为rad/s；ω13R为挂车第二桥右轮轮速，单位为rad/s；ω15L为挂车第三桥左轮轮速，单位为rad/s；ω15R为挂车第三桥右轮轮速，单位为rad/s；
通过第四轮速传感器组(11)测得的挂车第一桥左右轮速ω11L及ω11R计算出正在制动的挂车第一桥的左右轮滑移率α11L及α11R，计算公式如下：
α11L＝(vy-ω11L*R)/vy 公式2
α11R＝(vy-ω11R*R)/vy 公式3
公式2和公式3中，ω11L为挂车第一桥左轮轮速，单位为rad/s；ω11R为挂车第一桥右轮轮速，单位为rad/s；α11L为挂车第一桥的左轮轮滑移率，单位为％；α11R为挂车第一桥的右轮轮滑移率，单位为％；vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；
同样的，根据纵向加速度传感器(19)测得的纵向加速度a通过公式4和公式5分别计算出挂车第一桥制动力系数s11L及s11R：
s11L＝k11L*a 公式4
s11R＝k11R*a 公式5
公式4和公式5中，s11L为挂车第一桥左轮的制动力系数，单位为％；s11R为挂车第一桥右轮的制动力系数，单位为％；a为纵向加速度，单位为m2/s；k11L及k11R是根据半挂车参数计算出的挂车第一桥左轮和右轮的轴荷系数，单位为s/m2；
进一步地，通过将制动力系数除以分别对应的滑移率，得出滑移率-制动力系数的斜率，根据前期的标定得出的不同附着系数对应的滑移率-制动力系数曲线斜率，即得出两侧车轮的附着系数；
4)如果当前制动需求不属于轻度制动，则发送牵引车前桥目标制动力信号至牵引车第一桥控制模块(6)，发送大小为牵引车后桥目标制动力二分之一的制动力信号至牵引车第二桥控制模块(8)，发送大小为牵引车后桥目标制动力二分之一的制动力信号至牵引车第三桥控制模块(10)；向挂车第一桥控制模块(12)发送不断增大的目标制动力信号，向挂车第二桥控制模块(14)与挂车第三桥控制模块(16)发送数值为零的目标制动力信号；
此时，通过第五轮速传感器组(13)和第六轮速传感器组(15)测得的挂车第二桥左右轮速ω13L和ω13R及挂车第三桥左右轮速ω15L和ω15R通过公式1计算出纵向车速vy：
vy＝(ω13L+ω13R+ω15L+ω15R)*R/4 公式1
公式1中，vy为纵向车速，单位为m/s；R为车轮半径，单位为m；ω13L为挂车第二桥左轮轮速，单位为rad/s；ω13R为挂车第二桥右轮轮速，单位为rad/s；ω15L为挂车第三桥左轮轮速，单位为rad/s；ω15R为挂车第三桥右轮轮速，单位为rad/s；
地面产生制动力受到制动器制动力与地面附着条件的限制，当增大目标制动力信号时，制动器制动力增大，轮胎滑移率增大，纵向附着系数随着轮胎滑移率的增大先增大后减小，最终导致车辆所受制动力先增大后减小；因此，整车制动减速度增大至峰值后开始减小的瞬间，根据纵向加速度传感器(19)测得的纵向加速度a通过公式4和公式5分别计算出挂车第一桥左轮的制动力系数s11L及挂车第一桥右轮的制动力系数s11R：
s11L＝k11L*a 公式4
s11R＝k11R*a 公式5
公式4和公式5中，s11L为挂车第一桥左轮的制动力系数，单位为％；s11R为挂车第一桥右轮的制动力系数，单位为％；a为纵向加速度，单位为m2/s；k11L及k11R是根据半挂车参数计算出的挂车第一桥左轮和右轮的轴荷系数，单位为s/m2；
此时的挂车第一桥左轮和右轮的轮胎制动力系数s11L和s11R即认为是两侧车轮的附着系数；之后，控制挂车第一桥控制模块(12)的目标制动力信号减小，保持挂车第一桥轮胎的制动力处于开始制动后的最大值；若此时向挂车第一桥控制模块(12)发送的目标制动力信号仍未达到挂车目标制动力信号，向挂车第二桥控制模块(14)和挂车第三桥控制模块(16)发送目标制动力信号，使得向挂车第一桥控制模块(12)、挂车第二桥控制模块(14)和挂车第三桥控制模块(16)发送的制动力信号之和等于挂车目标制动力。
4.如权利要求3所述的轮组顺序制动策略与附着系数估计方法，其特征在于：步骤2)和步骤4)中，所述轻度制动的判断标准为：计算得到的当前所需制动力小于预设的制动力阈值Fset，则当前制动需求属于轻度制动；计算得到的当前所需制动力大于等于预设的制动力阈值Fset，则当前制动需求不属于轻度制动；该制动力阈值Fset为一根据不同车型预先设置好的定值。
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