一种重型商用车智能液力辅助制动系统及控制方法

技术领域

本发明属于车辆制动技术领域，涉及一种重型商用车智能液力辅助制动系统及控制方法。

背景技术

商用车是一种重要的运输工具，在远距离运送人和货物的过程中被广泛使用。而在公共交通领域据统计，我国31％的高速公路建在山地、丘陵和高原上，客观的地形条件决定了这些地段的道路会存在较长的下坡路段，甚至有些地区会存在连续数公里乃至数十公里的连续下坡路段，车辆在下坡路段行驶的时候需要频繁或者连续制动。由于大多数商用车辆都是重型车辆，它们在长距离连续减速时需要很大的制动动力。

如果采用传统摩擦制动将减少的动能转化为热能，由于制动过程中的温度较高，制动系统容易出现热退现象，既不能保证制动的安全性，也不能回收能量或重复利用。现在也有液力辅助制动系统，可以用于重型商用车，对于该类制动系统，较为理想的要求有制动力矩大、响应时间快、稳定性好适应全速或者较长的下坡路段的连续或者频繁制动，现有的液力辅助制动系统通常只有简单的控制方式，难以在不同工况下同时满足上述的制动要求。

发明内容

本发明主要是解决重型商用车液力辅助制动系统制动性能发挥不足，现有的辅助制动系统及控制方法准确性差，技术实现和使用成本高的问题，本发明集成高制动效率的液力缓速器和快速响应的机-电-液控制系统，提供了一种重型商用车智能液力辅助制动系统及控制方法，既能保留现有液力辅助制动系统的优点，又能在全速度和长下坡工况下提高最大制动力矩持续时间和响应时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种重型商用车智能液力辅助制动系统，包括制动输出轴和ECU控制器，其特征在于：所述制动输出轴一端设置转子，与转子对应设置有定子，所述定子内部为工作腔，定子工作腔具有进油口和出油口，所述进油口连接油箱，油箱通过气压控制阀组连接储气罐，油箱中还设有压力传感器，所述压力传感器、气压控制阀组均连接ECU控制器；所述出油口依次通过可调节流阀、单向阀、热交换器回连至油箱，出油口与热交换器之间还设有温度传感器，所述可调节流阀、温度传感器连接ECU控制器，所述ECU控制器还连接制动档位开关。

作为优选，所述储气罐连接有气泵电机，气泵电机连接ECU控制器。

作为优选，所述气压控制阀组从储气罐至油箱依次设置启动开关阀、气动比例压力控制阀、快排阀，所述快排阀为三通阀，快排阀的第三端口连接有气压补充装置，气压补充装置与油箱之间还设有单向压力阀。

作为优选，所述温度传感器设置在单向阀和热交换器之间。

作为优选，所述进油口和出油口设置流量传感器。

作为优选，还包括与ECU控制器相连的采集道路信息的道路识别系统、采集车辆信息的车辆信息采集系统，所述ECU控制器中还设置有计算和控制模块。

一种重型商用车智能液力辅助制动控制方法，包括以下步骤：

步骤1，道路识别系统采集路面行驶信息，采集道路坡度信号、路面附着系数信号，传递给ECU控制器的计算和控制模块；

步骤2，车辆信息采集系统采集车辆的行驶车速和整车重量，传递给ECU控制器的计算和控制模块；压力传感器和温度传感器采集油箱的油压反馈信号和工作腔回流的油温反馈信号，流量传感器采集定子工作腔进油量和出油量信号，并传递给ECU控制器的计算和控制模块；

步骤3，ECU控制器依据采集信息，计算制动工况下整车动力学计算，减速制动工况时，判断液力辅助制动系统所处减速制动模式；

步骤4，依据步骤3的制动模式选择，液力辅助制动系统开启工作，控制工作腔的进口油箱气压和出口可调节流阀开度，在保证冷却系统安全的前提下，输出制动力矩；

步骤5，在制动过程中继续监测车辆信息，当行驶车速小于目标车速，液力辅助系统将转入恒速行驶工况，维持目标车速行驶进入恒速模式。

作为优选，步骤3中，整车动力学计算，其表达为：

ma＝G

其中，G

G

F

f

其中，G为车重；θ为车辆行驶坡度；f

其中，T

再其中，q

其中，q

步骤4中，通过控制油箱气压控制工作腔进口流量Q

作为优选，步骤3中减速制动模式包括三种：

Mode1，基于冷启动的初始减速模式，车辆处于高速运行状态时，液力辅助制动系统处于冷启动阶段，ECU控制器(2)控制开启启动开关阀，调节气动比例压力控制阀(4)，产生气压控制信号(6)，控制定子工作腔的进口端油箱气压P

ma＝mg sinθ-F

q

Mode2，基于最大制动能量模式，随着工作腔充液率增加，制动能量功率不断增加，高于散热功率，导致工作液温度不断升高，在此工况下，当工作液温度接近T≤150℃的极值，辅助制动系统输出的制动力矩需要在在保证冷却系统安全的前提下即T≤150℃下运行，缓速器的换热器热设计功率P

ma＝mg sinθ-F

Mode3，基于满充液减速模式，在减速制动后半段中车速逐渐降低，输出轴转速降低，工作腔内的充液率不断增加直至q

ma＝mg sinθ-F

q

作为优选，步骤5中，恒速模式为：

Mode4，基于目标车速的恒减速模式，制动档位开关设定不同的档位对应不同目标车速v

ma＝mg sinθ-F

本发明依据车辆制动工况动态调节辅助系统进口控制气压和出口节流阀，改变辅助制动系统的最大制动功率和响应时间，从而实现液力辅助制动系统随着制动工况的改变始终匹配最优区域，充分发挥辅助制动系统的智能化优势，提高车辆运行中的安全性和经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1是本发明的一种液力辅助制动系统结构图。

附图2是本发明的ECU控制器原理框图。

附图3是本发明的控制流程图。

附图4是本发明的制动工况下制动管理策略图。

附图5是本发明的制动工况下的车速和制动力矩效果图。

图中：1、制动档位开关，2、ECU控制器，3、气动开关阀，4、气动比例压力控制阀，5、快排阀，6、气压控制信号，7、油箱，8、压力传感器，9、油压反馈信号，10、进油口，11、定子，12、转子，13、制动输出轴，14、定子固定架，15、出油口，16、油管，17、可调节流阀，18、单向阀，19、流量调节信号，20、温度传感器、21、热交换器，22、油温反馈信号，23、气压补充装置，24、气压控制管道，25、气泵电机，26、储气罐，27、气泵控制信号。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种重型商用车智能液力辅助制动系统，如图1所示，包括制动输出轴13和ECU控制器2，所述制动输出轴13一端设置转子12，与转子对应设置有定子11，所述定子内部为工作腔，定子工作腔具有进油口11和出油口15，所述进油口11和出油口15设置流量传感器。所述进油口11连接油箱7，油箱7通过气压控制阀组连接储气罐26，储气罐26连接有气泵电机25，用于给储气罐充气，气泵电机连接ECU控制器2。油箱7中还设有压力传感器8，所述压力传感器、气压控制阀组均连接ECU控制器2；所述出油口15依次通过可调节流阀17、单向阀18、热交换器21回连至油箱7，单向阀18与热交换器21之间还设有温度传感器20，所述可调节流阀17、温度传感器20连接ECU控制器2，所述ECU控制器2还连接制动档位开关1。制动档位开关1包括5个档位，制动档位开关0档时，目标车速设置为0Km/h，适合重型车全速度制动工况；制动档位开关1档时，目标车速设置为15Km/h，适合重型车下长坡和低速行驶制动工况；制动档位开关2档时，目标车速设置为30Km/h，适合重型车下长坡和中速行驶制动工况；制动档位开关3档时，目标车速设置为45Km/h，适合重型车下短坡和中速行驶制动工况；制动档位开关4档时，目标车速设置为60Km/h，适合重型车匀速巡航行驶工况。

气压控制阀组从储气罐26至油箱7依次设置启动开关阀3、气动比例压力控制阀4、快排阀5，所述快排阀为三通阀，快排阀的第三端口连接有气压补充装置23，气压补充装置23与油箱之间还设有单向压力阀。单向压力阀当气压补充装置23一侧气压高于油箱气压时开启。

ECU控制器2还连接有采集道路信息的道路识别系统、采集车辆信息的车辆信息采集系统，所述ECU控制器2中还设置有计算和控制模块，上述结构图1中未示出。

制动输出轴、转子、定子组成液力缓速器，当液力缓速器出转矩时，车辆行驶的动能转化为工作液的内能，在这个过程中，液力缓速器相当于加热器，将工作液迅速加热，从而将动能转化为内能，达到减速制动的目的。

一种重型商用车智能液力辅助制动控制方法，如图2、3所示，采用上述的液力辅助制动系统，包括以下步骤：

步骤1，道路识别系统采集路面行驶信息，采集道路坡度信号、路面附着系数信号，传递给ECU控制器2的计算和控制模块；

步骤2，车辆信息采集系统采集车辆的行驶车速和整车重量，传递给ECU控制器2的计算和控制模块；压力传感器和温度传感器采集油箱的油压反馈信号9和工作腔回流的油温反馈信号22，流量传感器采集定子工作腔进油量和出油量信号，并传递给ECU控制器的计算和控制模块；

步骤3，ECU控制器依据采集信息，计算制动工况下整车动力学计算，减速制动工况时，判断液力辅助制动系统所处减速制动模式；步骤3中，整车动力学计算，其表达为：

ma＝G

其中，G

G

F

f

其中，G为车重；θ为车辆行驶坡度；f

其中，T

再其中，q

其中，q

步骤4，依据步骤3的制动模式选择，液力辅助制动系统开启工作，控制工作腔的进口油箱气压和出口可调节流阀17开度，通过控制油箱气压控制工作腔进口流量Q

步骤5，在制动过程中继续监测车辆信息，当行驶车速小于目标车速，液力辅助系统将转入恒速行驶工况，维持目标车速行驶进入恒速模式。

如图4所示，步骤3中减速制动模式包括三种：

Mode1，基于冷启动的初始减速模式，车辆处于高速运行状态时，液力辅助制动系统处于冷启动阶段，ECU控制器(2)控制开启启动开关阀(3)，调节气动比例压力控制阀(4)，产生气压控制信号(6)，控制定子工作腔的进口端油箱气压P

ma＝mg sinθ-F

q

Mode2，基于最大制动能量模式，随着工作腔充液率增加，制动能量功率不断增加，高于散热功率，导致工作液温度不断升高，在此工况下，当工作液温度接近T≤150℃的极值，辅助制动系统输出的制动力矩需要在在保证冷却系统安全的前提下即T≤150℃下运行，缓速器的换热器热设计功率P

ma＝mg sinθ-F

Mode3，基于满充液减速模式，在减速制动后半段中车速逐渐降低，输出轴转速降低，工作腔内的充液率不断增加直至q

ma＝mg sinθ-F

q

步骤5中，恒速模式为：

Mode4，基于目标车速的恒减速模式，制动档位开关设定不同的档位对应不同目标车速v

ma＝mg sinθ-F

如图5所示，重型商用车利用液力辅助制动系统的制动工况下的车速和制动力矩效果被分析。车重为8t,坡度为20°，行驶车速为60Km/h,目标车速为30Km/h的行驶工况被验证，该系统最大制动力矩达到了3200Nm,最大制动热功率持续的时间到0.56s和响应时间缩短到0.6s，多项指标得到大幅度提升。