孫曉鵬 楊正 任憲豐 于鵬飛 孟建平

（濰柴動(dòng)力股份有限公司電控研究院 山東省濰坊市 261040）

1 發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)原理

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)功能

發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)功能可在車輛需要減速時(shí)，增加由柴油機(jī)產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，持續(xù)降低或穩(wěn)定車輛速度，有效提高車輛在下坡路況下的安全性、降低剎車系統(tǒng)的使用頻次，從而減輕制動(dòng)系統(tǒng)的磨損程度，延長(zhǎng)制動(dòng)片的更換周期。在雨后或冰雪路面遇有緊急情況使用輔助制動(dòng)，還可以防止車輛因減速過快而造成的車輛側(cè)滑現(xiàn)象。使用輔助制動(dòng)功能雖然不能將車輛緊急停止，但可以達(dá)到使車輛穩(wěn)定減速的目的。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)力計(jì)算

配置輔助制動(dòng)功能的發(fā)動(dòng)機(jī)有很多實(shí)現(xiàn)方式，包括排氣制動(dòng)、缸內(nèi)制動(dòng)、JACBO 制動(dòng)、尤順制動(dòng)等。但不論哪種方式，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身來說，發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)力FAux均可由發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前制動(dòng)扭矩Tm和傳動(dòng)系參數(shù)決定，因此在車輛運(yùn)行過程中，如果使能輔助制動(dòng)功能，可通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元讀出當(dāng)前的制動(dòng)扭矩，并推算出當(dāng)前的輔助制動(dòng)力。計(jì)算過程如下，讀取制動(dòng)扭矩Tm后，根據(jù)當(dāng)前檔位傳動(dòng)比ig、主減速比io、車輪半徑r0以及傳動(dòng)系效率η，計(jì)算得到輔助制動(dòng)力FAux，即公式（1）：

2 車輛行駛空氣動(dòng)力學(xué)阻力計(jì)算原理

車輛在正常運(yùn)行過程中，制動(dòng)阻力主要由滾動(dòng)阻力fRoll、空氣阻力fAir、坡度阻力fSlope、加速阻力fAcc等決定，上述阻力之和為空氣動(dòng)力學(xué)阻力fAero。其中，滾動(dòng)阻力fRoll為充氣輪胎在理想路面直線滾動(dòng)，所受到的與輪胎滾動(dòng)方向相反的阻力，主要分為彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風(fēng)扇效應(yīng)阻力，而阻力的大小主要受車輪載荷、輪胎結(jié)構(gòu)材料及路面情況影響，常用計(jì)算公式如下。

其中，fp1為附加損失，主要由輪胎與轉(zhuǎn)鼓間的摩擦生熱所致的等效阻力，fp2為實(shí)際車重載荷下車輛在自由滾動(dòng)時(shí)輪胎轉(zhuǎn)軸的受力，rL為輪胎自由滾動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)軸至轉(zhuǎn)鼓表面的最短距離，R 為轉(zhuǎn)鼓半徑。

空氣阻力fAir指汽車直線行駛時(shí)受到的空氣施加在行駛方向上的分阻力，車速是影響空氣阻力的重要因素，換句話說假如車速穩(wěn)定則空氣阻力的值不會(huì)發(fā)生較大改變，計(jì)算公式如下。

其中，fAir為空氣阻力，Cw為空氣阻力系數(shù)，S 為迎風(fēng)面積，VVeh為車速，VWind為風(fēng)速，分為順風(fēng)+和逆風(fēng)-，ρ 為空氣密度。

坡度阻力fSlope為汽車在坡道行駛時(shí)，重力在坡面方向的分力，主要受車重和坡面角度影響，在維持車重連續(xù)相同坡度的行駛過程中可認(rèn)為坡度阻力恒定。主要公式如下。

加速阻力為車輛加速時(shí)需要克服的保持等速運(yùn)動(dòng)的慣性力，加速阻力的大小主要受加速度和汽車質(zhì)量影響，公式如下。

綜上，汽車行駛過程中的動(dòng)力學(xué)阻力可由這幾個(gè)主要阻力來源求和得到，公式如下。

3 基于發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)功能的智能車重預(yù)估算法

3.1 智能車重預(yù)估方法算法原理

對(duì)于配置輔助制動(dòng)功能的發(fā)動(dòng)機(jī)，不踩油門不踩下剎車狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)處于OVERRUN 狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器ECU 接收到輔助制動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，計(jì)算車輛制動(dòng)前的加速度a1。當(dāng)前車輛的制動(dòng)阻力主要由為前文分析計(jì)算的空氣動(dòng)力學(xué)阻力，且短時(shí)間內(nèi)在負(fù)載、車速不發(fā)生突變時(shí)可以基本保持恒值，因此可以用fAero結(jié)合計(jì)算當(dāng)前的加速度a1假設(shè)預(yù)估車重，公式如下。

通常從按下輔助制動(dòng)請(qǐng)求開關(guān)到輔助制動(dòng)起作用需要1s時(shí)間。發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)功能起作用前后，認(rèn)為車速不發(fā)生突變，制動(dòng)前后的空氣動(dòng)力學(xué)阻力fAero不變，發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)起作用時(shí)，行駛阻力等于發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)力FAux和空氣動(dòng)力學(xué)阻力fAero之和，計(jì)算當(dāng)前車輛的加速度a2，結(jié)合假設(shè)預(yù)估車重的公式如下。

用公式（8）減去公式（7）即可得到車重預(yù)估公式（9）。

發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)力FAux可由前文公式（1）計(jì)算得到，a1和a2分別為輔助制動(dòng)生效前后的加速度，這樣參數(shù)都為已知量，可以由此公式估算得到車重m。

3.2 智能車重預(yù)估方法流程

（1）判斷當(dāng)前車輛是否已經(jīng)配置輔助制動(dòng)功能，并且未開啟輔助制動(dòng)功能；

（2）判斷當(dāng)前車輛是否處于OVERRUN 狀態(tài)，即松開油門，車輛處于滑行狀態(tài)，并滿足未踩下剎車條件；如果滿足上述條件，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器ECU 接收到輔助制動(dòng)請(qǐng)求，滿足輔助制動(dòng)激活的條件下，計(jì)算此時(shí)加速度a1；

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)起作用時(shí)，計(jì)算此時(shí)整車加速度a2和發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)力FAux，這樣就得到了用于車重預(yù)估的全部參數(shù)，按照前文敘述的算法，即可得到車重。

智能車重預(yù)估計(jì)算算法流程圖如圖1所示。

圖1：智能車重預(yù)估計(jì)算算法流程圖

4 結(jié)果驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)智能車重預(yù)估方法的可靠性，以某款含有發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)功能的商用車（凈車重10 噸）為試驗(yàn)對(duì)象，車速在0-70km/h 之間變化，在一段公路上開展了實(shí)車試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，改變車輛重量，在凈車重10t、輕載20t、中載30t、重載40t 下分別開展試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄智能預(yù)估的車重值，結(jié)果如下，可以看到不管在何種負(fù)載情況下，預(yù)估的車重都是能維持在誤差10%以內(nèi)的，因此基于發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)功能的智能車重預(yù)估方法是具有較好可靠性的，可以在無傳感器的情況下用作車重預(yù)估。智能車重預(yù)估方法效果圖如圖2所示。

圖2：智能車重預(yù)估方法效果圖

5 結(jié)論

本發(fā)明的控制邏輯可以應(yīng)用在各種商用車機(jī)型上，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）該功能在現(xiàn)有機(jī)型上都可推廣，不需要增加額外傳感器和測(cè)試設(shè)備。

（2）該功能算法可靠，成本低。

（3）該功能可通過標(biāo)定進(jìn)行屏蔽，選擇靈活。

（4）該功能有效估算車重，用于輔助判斷當(dāng)前負(fù)載情況，優(yōu)化擋位決策。