基于載荷的緩速器制動(dòng)力矩控制方法

楊效軍，楊 瑞

YANG Xiao-jun, YANG Rui

（山東交通職業(yè)學(xué)院，濰坊 261206）

0 引言

緩速器作為汽車輔助制動(dòng)裝置，人們的注意力主要集中于非緊急制動(dòng)工況及長距離下坡工況下其減速制動(dòng)性能，而忽視了它對制動(dòng)穩(wěn)定性的影響。制動(dòng)力矩控制研究對象一般選擇前后主制動(dòng)器制動(dòng)力分配比β為定值的雙軸汽車，滿載工況下對緩速器制動(dòng)力與主制動(dòng)器制動(dòng)力分配比進(jìn)行優(yōu)化匹配[1,2]，保證商用汽車在滿載工況下前/后軸利用附著系數(shù)滿足制動(dòng)法規(guī)GB12676要求，提高行車安全。然而，空載或輕載時(shí)前/后軸利用附著系數(shù)卻無法滿足制動(dòng)法規(guī)要求[3,4]（如圖1所示），存在制動(dòng)安全隱患。因此，在空載或者輕載工況下駕駛?cè)藛T一般選擇慎用緩速器。

圖1 利用附著系數(shù)

針對上述問題，提出了基于載荷的緩速器制動(dòng)力矩控制方法，在任意載荷下利用附著系數(shù)均能滿足法規(guī)要求，提高制動(dòng)穩(wěn)定性和行車安全。

1 安裝緩速器后的利用附著系數(shù)

設(shè)汽車前輪剛要抱死或前、后輪同時(shí)剛要抱死時(shí)產(chǎn)生的減速度為du/dt=zg，z是制動(dòng)強(qiáng)度， 則：

安裝緩速器后前后軸利用附著系數(shù)分別表示為[5,6]：

其中，β為前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配比；

G為汽車重量（N）；

fr為緩速器施加到驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)力（N）。

L為汽車前后軸中心線距離（m）；

hg為汽車質(zhì)心高度（m）；

b為汽車質(zhì)心到后軸中心線的距離（m）；

a為汽車質(zhì)心到前軸中心線的距離（m）。

2 制動(dòng)力分配比與緩速器匹配模型

根據(jù)GB12676制動(dòng)法規(guī)要求：除M1、N1類別的車輛，在制動(dòng)強(qiáng)度0.15≤z＜0.3時(shí)，每根軸的利用附著系數(shù)應(yīng)位于φ =z±0.08兩條平行于理想附著系數(shù)直線φ =z的平行線之間，且前軸利用附著系數(shù)應(yīng)在后軸利用附著系數(shù)之上；而在制動(dòng)強(qiáng)度z≥0.3時(shí)，后軸的利用附著系數(shù)應(yīng)滿足φ ＜(z-0.02)/0.74。根據(jù)這一要求建立如下利用附著系數(shù)不等式組：

將式(1)和式(2)代入不等式(3)并將其分解為式(4)～式(9)六個(gè)不等式，并以這六個(gè)不等式作為緩速器制動(dòng)力及主制動(dòng)器制動(dòng)力分配比的優(yōu)化控制模型。

3 控制模型計(jì)算方法

取主制動(dòng)器制動(dòng)力分配比β與制動(dòng)強(qiáng)度z的計(jì)算步長為0.01，將得到β及不同取值區(qū)間的制動(dòng)強(qiáng)度z的離散化向量。即：

其中，矩陣 由不等式(5)～不等式(7)生成， 由不等式(8)和不等式(9)生成；N1是向的維數(shù)，N2是向量維數(shù)。

為了選擇合適的緩速器制動(dòng)力，定義緩速器最大制動(dòng)力與最小制動(dòng)力之比為：

di取值區(qū)間根據(jù)具體車型確定。如果di位于取值區(qū)間內(nèi)則認(rèn)為對應(yīng)的及為有效值，由此建立緩速器最大制動(dòng)力向量最小制動(dòng)力向量及主動(dòng)制動(dòng)器制動(dòng)力分配比優(yōu)化向量

那么任意載荷下的緩速器最大制動(dòng)力、最小制動(dòng)力及主制動(dòng)器制動(dòng)力分配比分別定義為：

4 應(yīng)用實(shí)例

某輕型貨車結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 某型貨車結(jié)構(gòu)參數(shù)

滿載工況：

半載工況：

空載工況：

表2 滿載、半載、空載下的及

表2 滿載、半載、空載下的及

frmax ( N) frmin(N) oβ滿載 5357 3157 0.45半載 3476 2035 0.58空載 1826 1045 0.68

將表2中滿載、半載及空載三種的緩速器最大制動(dòng)力矩frmax、最小制動(dòng)力矩frmin及主制動(dòng)器制動(dòng)力分配比β帶入式(1)和式(2)分別畫出利用附著系數(shù)的仿真曲線，分別如圖2、圖3和圖4所示。其中，圖2～圖4中的曲線(a)是與緩速器最大制動(dòng)力矩frmax對應(yīng)的利用附著系數(shù)曲線，而曲線(b)是與最小制動(dòng)力矩frmin對應(yīng)的利用附著系數(shù)曲線。

圖2 滿載工況下的利用附著系數(shù)曲線

圖3 半載工況下的利用附著系數(shù)曲線

圖4 空載工況下的利用附著系數(shù)曲線

從圖2～圖4可以看出：滿載工況下，利用附著系數(shù)曲線更靠近理想曲線地面附著條件能夠得到更充分的發(fā)揮；半載與空載工況下，利用附著系數(shù)曲線距離理想曲線相對較遠(yuǎn)。但無論是那種載荷工況，制動(dòng)強(qiáng)度為0.15～0.3時(shí)，利用附著系數(shù)曲線均位于兩條平行于理想附著系數(shù)利用曲線±0.08之間，且滿足前軸利用附著系數(shù)曲線位于后軸利用附著系數(shù)曲線之上的法規(guī)要求。制動(dòng)強(qiáng)度z≥0.3時(shí)，后軸利用附著系數(shù)都滿足的GB12676法規(guī)要求，而且對于半載和空載仍然具有前軸利用附著系數(shù)曲線位于后軸利用附著系數(shù)曲線之上的特點(diǎn)，克服了空載或輕載工況前后車軸抱死順序不滿足法規(guī)要求的現(xiàn)象，提高了行車安全。

5 結(jié)論

實(shí)車計(jì)算證明基于載荷的緩速器制動(dòng)力控制模型及其處理方法能夠解決商用汽車安裝緩速器后只有滿載工況下前后軸利用附著系數(shù)滿足GB12676法規(guī)要求而空載或輕載工況無法滿足法規(guī)要求的問題。對于安裝了載荷傳感器、主制動(dòng)器制動(dòng)力調(diào)整比例閥、ABS等制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的商用汽車，可以實(shí)現(xiàn)任意載荷下利用附著系數(shù)均能滿足GB12676法規(guī)要求，提高。

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