[发明专利]一种重型商用车智能液力辅助制动系统及控制方法

权利要求书

1.一种重型商用车智能液力辅助制动系统，包括制动输出轴(13)和ECU控制器(2)，其特征在于：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(10)和出油口(15)，所述进油口(10)连接油箱(7)，油箱(7)通过气压控制阀组连接储气罐(26)，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)，出油口(15)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)；所述进油口(10)和出油口(15)设置流量传感器；所述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；还包括与ECU控制器(2)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(2)中还设置有计算和控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种重型商用车智能液力辅助制动系统，其特征在于：所述储气罐(26)连接有气泵电机(25)，气泵电机连接ECU控制器(2)。

3.根据权利要求1或2所述的一种重型商用车智能液力辅助制动系统，其特征在于：所述温度传感器(20)设置在单向阀(18)和热交换器(21)之间。

4.一种重型商用车智能液力辅助制动控制方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的重型商用车智能液力辅助制动系统，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，进行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_x-F_R-F_Lx-T_r

其中，G_x为车重在行驶方向的分力；F_R为滚动阻力；F_Lx为风阻；T_r为液力缓速器制动转矩在车轮端的等效制动力；

G_x＝G·sinθ

F_R＝mg·f_R

f_R＝7.6×10^-3+5.6×10^-5v_a

其中，G为车重；θ为车辆行驶坡度；f_R为滚动助力系数；v_a为车速、单位为Km/h；C_D为风阻系数；A为迎风面积；ρ_air为空气密度；得方程一：ma＝mgsinθ-F_R-F_lx-T_r

其中，T_r可表达为方程二：

再其中，q₀可表达为方程三：q₀＝∫(Q_in-Q_out)dt/V_c

其中，q₀为工作腔的充液率；λ为液力辅助系统的液力系数；ρ_oil为工作液的介质密度；g为重力加速度；n_r为制动轴转速；D为工作腔最大循环圆半径；Q_in、Q_out为工作腔进出口流量；V_c为定子工作腔体积；

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_air开始充液迅速产生制动力矩，在此阶段制动时，工作液温度低，工作腔的充液率q₀低，制动能量功率小于散热功率，进口P_air通过补充气压(23)和储气罐(26)共同作用，迅速达到最大控制气压3.2bar，并将可调节流阀(17)开度调至最小，辅助系统制动力矩平衡和充液率控制如下：

ma＝mgsinθ-F_R-F_lx-T_r

q₀＝∫(Q_in-Q_out)dt/V_c；

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_c是决定最大输出力矩的决定因素，为了提高换热器换热功率，ECU控制器(2)输出流量调节信号(19)控制可调节流阀(17)，以d_n+1＝d_n+2mm的阶级开始增大工作腔出口节流面积且节流面积满足d≤12mm，提高换热器换热效率，同时通过快排阀快速降低工作腔进口端油箱气压P_air，快速降低进口流量，并根据制动轴转速降低实时调节工作腔进口端油箱气压P_air逐步提升进口流量，使制动能量功率和散热功率处于平衡状态，液压辅助系统制动力矩平衡和充液率控制如下：

ma＝mgsinθ-F_R-F_lx-T_r

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q₀＝1，换热器换热效率不在成为制约因素，为了保证液力辅助制动系统保持最大制动功率，ECU控制器(2)动态输出气压控制信号(6)和流量调节信号(19)来控制气压P_air和出口节流面积d工作腔的充液率维持在q₀＝1，液压辅助系统制动力矩平衡和充液率控制如下：

ma＝mgsinθ-F_R-F_lx-T_r

q₀＝100％；

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，在保证冷却系统安全的前提下，输出制动力矩；通过控制油箱气压控制工作腔进口流量Q_in，通过控制可调节流阀(17)开度控制工作腔出口流量Q_out；

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；

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_d，当减速制动后车速v_a≤v_d，车辆启动恒速控制策略，ECU控制器采用持续增加或降低充液率的控制策略来调节液力辅助制动系统的制动力矩，动态输出气压控制信号(6)和流量调节信号(19)来控制气压P_air和出口节流面积d的相关性，来控制充液率的增减，进而控制至目标充液率，调节车辆车速，辅助系统制动力矩平衡和充液率控制如下：

ma＝mgsinθ-F_R-F_lx-T_r＝0

其中，q₀为当前充液率，q_d为目标车速v_d对应的目标充液率。