一種基于反饋控制的商用汽車半掛車制動(dòng)力分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于反饋控制的商用汽車半掛車制動(dòng)力分配方法，具體的說(shuō)是基 于滑移率和車輛減速度聯(lián)合反饋控制的商用汽車半掛車的制動(dòng)力分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)輸過(guò)程中由于裝載貨物不同，商用汽車半掛車的整車質(zhì)量變化很大。傳統(tǒng)的制 動(dòng)系統(tǒng)W固定比例分配牽引車和掛車各個(gè)車軸的制動(dòng)力，制動(dòng)系統(tǒng)的非線性特征導(dǎo)致相同 制動(dòng)踏板形成產(chǎn)生的制動(dòng)減速度大于或者小于理想值。無(wú)經(jīng)驗(yàn)的駕駛員難W適應(yīng)車輛的運(yùn) 種非線性特征，尤其是在側(cè)滑、側(cè)傾、甩尾、折疊等極限工況下，駕駛員無(wú)法控制車輛運(yùn)行狀 態(tài)?；诨坡士刂频闹苿?dòng)力分配方法可W在非緊急制動(dòng)時(shí)控制牽引車后輪和掛車車輪的 滑移率始終小于牽引車前輪的滑移率，避免商用汽車半掛車因牽引車后輪、掛車車輪先于 牽引車前輪抱死出現(xiàn)折疊、擺尾等危險(xiǎn)工況，從而提高車輛的制動(dòng)安全性和穩(wěn)定性。目前， 電動(dòng)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)品化，并且已經(jīng)成為歐洲商用車的標(biāo)準(zhǔn)配置。商用車電動(dòng)氣壓控 制系統(tǒng)供應(yīng)商，例如克諾爾和威伯科，已有成熟的基于滑移率和載荷的制動(dòng)力分配控制技 術(shù)。在中國(guó)，電動(dòng)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的研究處于起步階段，尚無(wú)成熟產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出的制動(dòng)力分配方法是克服了傳統(tǒng)商用車制動(dòng)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，在保證 制動(dòng)穩(wěn)定性和安全性的前提下，提供了一種基于滑移率和車輛制動(dòng)減速度聯(lián)合反饋控制的 制動(dòng)力分配方法。本發(fā)明中的控制方法保證重型商用車在制動(dòng)過(guò)程中由電動(dòng)氣壓制動(dòng)系統(tǒng) 制動(dòng)力分配控制向制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（Anti-lockBrakeSystem,AB巧控制的圓滑過(guò)渡。制 動(dòng)力分配控制算法一方面保證牽引車前、后軸，掛車車軸的滑移率在一定范圍內(nèi)保持一致 并且牽引車后軸和掛車車軸的滑移率始終小于牽引車前軸的滑移率，充分利用輪胎和路面 之間的附著系數(shù)，同時(shí)保證重型商用車在制動(dòng)過(guò)程中始終是前軸先報(bào)死，盡管車輛失去轉(zhuǎn) 向能力但是避免擺尾、折疊危險(xiǎn)工況的發(fā)生，增強(qiáng)車輛制動(dòng)穩(wěn)定性和安全性；車輛制動(dòng)減速 度的反饋控制實(shí)現(xiàn)了整車水平的制動(dòng)減速度控制，減小車輛實(shí)際制動(dòng)減速度和理想目標(biāo)制 動(dòng)減速度的偏差，提高車輛的制動(dòng)效能。本發(fā)明的制動(dòng)力分配方法包括如下步驟：
[0004] 1.通過(guò)多維高斯隱馬爾科夫模型判斷駕駛員制動(dòng)意圖，步驟如下：
[0005] 1)數(shù)據(jù)采集：采集制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、車速信號(hào)和車輛制動(dòng)減速度信號(hào)，并對(duì)采 集的制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)求導(dǎo)，并進(jìn)行濾波處理得到制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率信號(hào)；
[0006] 2)對(duì)多維高斯隱馬爾科夫模型進(jìn)行離線訓(xùn)練：針對(duì)于駕駛員可能采取制動(dòng)行為， 如調(diào)節(jié)制動(dòng)、緊急制動(dòng)、持續(xù)制動(dòng)和坡起輔助制動(dòng)，采集制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、制動(dòng)踏板開(kāi)度 變化率信號(hào)，車速信號(hào)和車輛的制動(dòng)減速度信號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分段處理采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并 將分段處理后的數(shù)據(jù)輸入到多維高斯隱馬爾科夫模型中，用自動(dòng)回歸平動(dòng)模型算法對(duì)多維 高斯隱馬爾科夫模型進(jìn)行訓(xùn)練。
[0007] 3)意圖辨識(shí)：將步驟1)中采集到的制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率信 號(hào)，車速信號(hào)和車輛的制動(dòng)減速度信號(hào)輸入到經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的多維高斯隱馬爾科夫模型中，進(jìn) 行制動(dòng)意圖辨識(shí)，輸出車輛的理想目標(biāo)制動(dòng)減速度；
[0008] 2.估算車輛的參考車速。制動(dòng)過(guò)程中，各個(gè)車輪均偏離純滾動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于地面均 有一定滑移，因而車輪中屯、的前進(jìn)速度小于車輛的前進(jìn)速度。最大輪速法將車輛的參考車 速取為所有車輪中屯、前進(jìn)速度最大值，用于計(jì)算各個(gè)車輪的實(shí)時(shí)滑移率。
[0009] 3.根據(jù)傳感器采集的車輪中屯、前進(jìn)速度信號(hào)、車輪角減速度信號(hào)、制動(dòng)減速信號(hào) 預(yù)測(cè)牽引車和掛車各個(gè)車輪的滑移率，控制器根據(jù)設(shè)定方案進(jìn)行滑移率控制。具體步驟如 下：
[0010] 1)預(yù)測(cè)車輪的角速度
[0011] ωt=ωβ·Δt 陽(yáng)01引 At為預(yù)測(cè)時(shí)間間隔，ω。為t。時(shí)刻車輪的角速度，β為車輪的角減速度，ωt為 t+At時(shí)刻的車輪角速度。
[0013] 2)預(yù)測(cè)車輛前進(jìn)速度
[0014] Vr噸t=Vr噸0-口·At 陽(yáng)01引 ￥抽,1為*+^*時(shí)刻車輛的參考車速，￥,6^。為*。時(shí)刻車輛的參考車速，〇為*〇時(shí) 刻車輛的制減速度。
[0016] 3)預(yù)測(cè)車輪滑移率
[0017]
[0018] S為車輪的滑移率，rd為車輪的滾動(dòng)半徑。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：
[0020] 圖1為基于滑移率控制和車輛制動(dòng)減速度反饋控制的制動(dòng)力分配方法的控制流 程圖。
[0021] 圖2為判斷駕駛員制動(dòng)意圖的流程圖。
[0022] 圖3為滑移率控制的邏輯框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的描述。
[0024] 參閱圖1，制動(dòng)力分配方案的控制流程。程序初始化完成后，傳感器采集用于判斷 駕駛員制動(dòng)意圖的信號(hào)并傳遞給制動(dòng)意圖辨識(shí)模塊進(jìn)行制動(dòng)意圖辨識(shí)，制動(dòng)力分配控制器 得到駕駛員的理想目標(biāo)制動(dòng)強(qiáng)度分別給牽引車和掛車各個(gè)車輪一個(gè)初始制動(dòng)壓力，并通過(guò) 車輪滑移率控制和車輛制動(dòng)減速度反饋控制使每個(gè)車輪的制動(dòng)壓力達(dá)到理想制動(dòng)壓力水 平。
[0025]參閱圖2,駕駛員制動(dòng)意圖辨識(shí)過(guò)程。首先，采集駕駛員可能采取的制動(dòng)行為的 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如緊急制動(dòng)、調(diào)整制動(dòng)、持續(xù)制動(dòng)和坡起輔助制動(dòng)；其次，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處 理，剔除異常點(diǎn)、對(duì)采集到的制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、車速信號(hào)、制動(dòng)減速信號(hào)進(jìn)行濾波處理，對(duì) 濾波后的制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)求導(dǎo)得到制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率信號(hào)，并將運(yùn)些信號(hào)分段處理， 從而形成有效的判斷駕駛員制動(dòng)意圖的數(shù)據(jù)集合；再次，構(gòu)建多維高斯隱馬爾科夫模型，將 經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)集合輸入模型中，采用自動(dòng)回歸平動(dòng)模型對(duì)多維隱馬爾科夫模型進(jìn)行離線 訓(xùn)練，并優(yōu)化模型參數(shù)；最后，采集車輛形式過(guò)程中駕駛員的制動(dòng)行為數(shù)據(jù)，輸入到經(jīng)過(guò)訓(xùn) 練優(yōu)化的多維高斯隱馬爾科夫模型中，選擇似然度最大的制動(dòng)意圖信號(hào)輸出。
[0026] 參閱圖3,當(dāng)車速小于6Km/h時(shí)牽引車前、后軸和掛車車軸的制動(dòng)氣室壓力由制動(dòng) 踏板控制。S1商用車的牽引車前軸滑移率，S2為商用車的牽引車后軸滑移率，S3為商用車 的掛車車軸滑移率。整車當(dāng)車速大于6Km/h時(shí)，基于滑移率控制的制動(dòng)力分配算法開(kāi)始工 作。當(dāng)滑移率小于20%時(shí)控制器通過(guò)調(diào)整制動(dòng)氣缸壓力控制車輪的滑移率。當(dāng)牽引車后 軸、掛車車軸的滑移率超過(guò)牽引車前軸滑移率的95%時(shí)，控制算法通過(guò)壓力控制模塊減小 牽引車后軸、掛車車軸制動(dòng)氣室的制動(dòng)壓力；當(dāng)牽引車后軸、掛車車軸的滑移率低于牽引車 前軸滑移率的90%時(shí)，控制算法通過(guò)壓力控制模塊增大牽引車后軸、掛車車軸制動(dòng)氣室的 制動(dòng)壓力。當(dāng)滑移率大于20%時(shí)，ABS開(kāi)始工作。當(dāng)任一車輪的滑移率超過(guò)20%時(shí)，ABS開(kāi) 始起作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于反饋控制的商用汽車半掛車制動(dòng)力分配方法，其特征在于：車輪滑移率前 饋和車輛減速度反饋的分層控制，保證車輛載荷變化時(shí)相同制動(dòng)踏板開(kāi)度產(chǎn)生的制動(dòng)減速 度相同，步驟如下： a) 制動(dòng)力分配控制器采集制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、輪速信號(hào)、車輪角速度信號(hào)和車輪角減 速度信號(hào)，采用多維高斯隱馬爾科夫模型判斷駕駛員制動(dòng)意圖； b) 從單個(gè)車輪出發(fā)，控制器通過(guò)控制各個(gè)車輪預(yù)測(cè)滑移率實(shí)現(xiàn)牽引車和半掛車車輪的 理想制動(dòng)壓力分配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪的制動(dòng)控制，提高車輛制動(dòng)穩(wěn)定性；從整車角度出發(fā)， 制動(dòng)減速度的反饋控制，減小車輛實(shí)際制動(dòng)減速度與制動(dòng)意圖辨識(shí)出的理想目標(biāo)制動(dòng)減速 度的偏差，從而提高車輛制動(dòng)效能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于：提出基于隱馬爾科夫模型的駕駛員 制動(dòng)意圖判斷方法，包括步驟如下： a) 數(shù)據(jù)采集：采集制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、車速信號(hào)和車輛制動(dòng)減速度信號(hào)，并對(duì)采集的 制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)求導(dǎo)，并進(jìn)行濾波處理得到制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率信號(hào)； b) 對(duì)多維高斯隱馬爾科夫模型進(jìn)行離線訓(xùn)練：針對(duì)于駕駛員可能采取制動(dòng)行為，如調(diào) 節(jié)制動(dòng)、緊急制動(dòng)、持續(xù)制動(dòng)和坡起輔助制動(dòng)，采集制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、制動(dòng)踏板開(kāi)度變化 率信號(hào)，車速信號(hào)和車輛的制動(dòng)減速度信號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分段處理采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將分 段處理后的數(shù)據(jù)輸入到多維高斯隱馬爾科夫模型中，用自動(dòng)回歸平動(dòng)模型算法對(duì)多維高斯 隱馬爾科夫模型進(jìn)行訓(xùn)練； c) 意圖辨識(shí)：將步驟a)中采集到的制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率信號(hào)，車 速信號(hào)和車輛的制動(dòng)減速度信號(hào)輸入到經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的多維高斯隱馬爾科夫模型中，進(jìn)行制動(dòng) 意圖辨識(shí)，輸出車輛的理想目標(biāo)制動(dòng)減速度；當(dāng)制動(dòng)意圖判斷模塊判定當(dāng)前工況為緊急制 動(dòng)時(shí)，無(wú)論踏板是否踩到底，電子控制系統(tǒng)的輔助制動(dòng)功能將釋放制動(dòng)氣室的最大制動(dòng)壓 力，全力制動(dòng)，直至駕駛員松開(kāi)制動(dòng)踏板。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于：根據(jù)采集到的輪速信號(hào)、車輪角速度 信號(hào)和車輪角減速度信號(hào)預(yù)測(cè)牽引車和掛車各個(gè)車輪的滑移率，保證牽引車后輪和掛車車 輪的滑移率跟隨牽引車前軸的滑移率，充分利用車輪與地面之間的附著系數(shù)，防止車輛制 動(dòng)時(shí)出現(xiàn)擺尾、側(cè)滑、折疊等危險(xiǎn)工況；同時(shí)制動(dòng)力分配控制器將車輛的實(shí)際制動(dòng)減速度同 制動(dòng)意圖辨識(shí)出的理想目標(biāo)減速度對(duì)比，通過(guò)閉環(huán)控制對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)整車水 平的制動(dòng)減速度控制，提高車輛的制動(dòng)效能。
【專利摘要】本文公開(kāi)了一種基于反饋控制的商用汽車半掛車制動(dòng)力分配方法。目的在于根據(jù)車輪滑移率實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分配商用汽車半掛車制動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)車軸制動(dòng)力。該控制方法首先通過(guò)多維高斯隱馬爾科夫模型判斷駕駛員制動(dòng)意圖，并將辨識(shí)出的理想目標(biāo)制動(dòng)減速度傳遞給制動(dòng)力分配控制器；控制器結(jié)合當(dāng)前車輛狀態(tài)進(jìn)行車輪滑移率和車輛制動(dòng)減速度的分層反饋控制達(dá)到從單個(gè)車輪水平和整車水平動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力的目的，從而提高商用汽車半掛車制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。
【IPC分類】B60T8/1761
【公開(kāi)號(hào)】CN105313864
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510769454
【發(fā)明人】鄭宏宇, 王琳琳, 萬(wàn)瀅, 趙偉強(qiáng), 宗長(zhǎng)富
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日