气压制动系统报警压力修正方法研究

2021-10-30汤建新

汽车零部件 2021年10期

汤建新

(浙江吉利新能源商用车发展有限公司,浙江杭州 311228)

0 引言

汽车制动系统用于使行驶中的汽车减速或停车，是下坡行驶的汽车的车速保持稳定的机构[1]。汽车制动系直接影响汽车行驶的安全性和停车的可靠性[2]。因气压制动系统可以获得较大的制动驱动力，所以多应用于商用车，制动系统以气压作为制动的全部力源进行制动，司机作用于制动踏板的力仅用于对制动回路中控制元件的操纵。因此气压制动系统中的气压对车辆安全性和可靠性有决定性的影响[3]。

气体压力是气动技术领域的重要物理量，是工作介质——压缩空气的表征参数。在GB 12676《商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》中对报警装置有明确的要求：对依靠储能器进行行车制动的车辆，如不利用存储的能量就达不到规定的应急制动效能，除安装压力表外，还应安装报警装置。

1 现有报警策略

以某一新能源商用车气压制动系统为例，制动系统由电动空气压缩机、储气筒、干燥器总成、制动阀、气压传感器、ABS前桥控制单元、ABS后桥控制单元，制动执行机构等组成。如图1所示。

图1 制动系统简图

1.1 气压传感器布置形式和报警压力策略

气压传感器布置于制动阀进气口，布置于驾驶室内，气压传感器距储能装置储气筒3～5 m之间。布置图如图2所示。

图2 布置简图

仪表总成(以下简称IC)检测管路内的气压，IC转化为CAN信号，同时将此信号发送至整车控制器VCU(以下简称VCU)，VCU根据此信号，判断气压是否小于报警压力0.45 MPa，如小于报警压力，则VCU发送报警信号给IC和智能车载终端(以下简称T-BOX)。IC显示制动系统故障，提醒司机注意行车安全，同时T-BOX将此报警上传至监控平台。

1.2 误报警问题

由于气压传感器布置远离储气筒，测试点处受气流速度的影响，气流中的静压与壁面静压间有较大波动。

通过监控平台发现，一年中有30～50次因气压波动导致的制动系统低压误报警，影响驾乘人员的安全感。

2 气压传动控制模型

因整车气压制动系统管路比较复杂，控制回路中阀体较多，不易于模拟，需要简化成简单的气体充气模型，用于了解气体流动对气压的影响。

2.1 建立模型

图3为充气模型简化图。

图3 充气模型简化图

因空气流体复杂，在气压传动及控制中，气体流动视为一维定常流动，因制动系统响应时间较快，充放气过程简化为绝热过程。储气筒简化为气源，制动阀简化为开关阀，执行机构容积视为充气容积。

其容器充气至气源压力时间方程：

t=(1.285-pl/ps)τ

式中：ps为气源的绝对压力,MPa;

pl为容器内气体的初始绝对压力,MPa;

τ为充、放气的时间常数,s。

式中：V为容器容积,L;

S为充气阀有效截面积,mm2;

k1为等熵指数。

根据上述公式计算，一次完全制动后，气压传感器处大约在0.6 s后趋于稳定。

2.2 在制动过程中气压波动时间测试

通过CAN读取样车气压传感器处的压力值[4]，如图4所示，从图中可以看出气压值波动很大，一次点踩制动，压力波动最大值有200 kPa。

图4 样车气压值曲线

从图4可以看出压力波动导致压力峰值低于450 kPa，VCU误认为低压故障，一共7次，与实际监控平台记录相符。

由图还可以看出，因气压存在压力波动，VCU直接采用气压传感器的测量值用于低压报警会导致误报警问题，需要策略优化。

3 策略优化

对气压值进行实时地平滑计算，同时满足气压稳定时显示气压值能够反映实际值。设置实际压力值为p0(i),模拟显示值为pn(i)，模拟pn(i)=pn(i-1)+(p0(i)-pn(i-1))/N，N为修正系数，pn(i-1)为上一次VCU接到的显示值。同时通过分别设置N为5、10、20，通过MATLAB拟合曲线如图5所示[5]，其波动和平稳部分面部放大图如图6和图7所示。

图5 样车气压值拟合曲线

图6 样车气压值曲线波动部分局部放大图

图7 样车气压值曲线平稳部分局部放大图

4 结果分析

通过图5可以看出，当修正系数N取20时，气压值整体大于实际值，不符合系统安全原则；当修正系数N取5时，虽然在气压平缓时气压值贴近实际值，但在气压波动过程中滤波效果不佳，仍有比较大的波动；当修正系数N取10时，在气压波动过程中基本吻合气压的下降趋势，无明显上下跳动，同时气压值整体小于实际值，符合系统安全原则。

通过图6可以看出,当修正系数N取10时，模拟值仍能够满足小于450 kPa低压报警要求。通过图7可以看出,当修正系数N取10时，模拟值和实际值差小于10 kPa，此误差在气压传感器±30 kPa范围内，满足IC正常显示需求。

综上所述，修正系数N=10的拟合参数符合整车实际使用要求，修正函数确定为pn(i)=pn(i-1)+(p0(i)-pn(i-1))/10。

经样车实际验证，该修正函数可以有效地解决制动系统低压误报警问题。