一种车辆气压制动压力变化率测量方法及装置与流程

本发明属于汽车制动领域，更具体地，涉及一种能够实时测量车辆气压制动压力变化率的测量方法及装置。

背景技术：

随着汽车主动安全、辅助驾驶和自动驾驶等先进智能安全技术的发展，制动系统作为保障车辆安全的核心，智能安全对制动系统的控制精度提出了新的要求。气压制动作为众多制动方式的一种，广泛应用于客车、货车等车辆制动系统中，且由于其结构简单、可靠性高以及在动力源瞬时失效仍能维持制动能力等优点，使得气压制动系统在车辆制动领域占据不可替代的地位。但是，气压制动系统工作时，由于气体的可压缩性、传输时延以及易泄漏欠压等问题，导致实际制动压力响应和预期制动压力响应之间存在压力偏差或时间偏差。

气压制动过程中制动压力-时间响应关系如图1所示。纵轴线上，在预定时刻(·所示)，实际制动压力或大于(δp1)或小于(δp2)预期制动压力，该偏差即为制动压力偏差；横轴线上，达到预期制动压力所需制动时间或提前(δt1)、或滞后(δt1)于预期时刻，该偏差即为制动时间偏差。

对于辅助驾驶或自动驾驶车辆，制动系统的自主干预能力增强，而人工干预能力减弱，任何制动压力偏差或制动时间偏差均可能导致制动失效，所以须保证制动压力和制动时间均满足制动预期。因此，综合考虑压力和时间响应，采用单位时间制动压力的变化——制动压力变化率作为电控气压制动系统新的评价指标和控制指标，且制动压力变化率可表示为：

其中，pc为制动气室压力，kpa；t为时间，s。

制动系统压力变化率目前主要通过测量压力并对其进行微分后间接计算得到，由于压力传感器的分辨率及噪声信号的影响，造成压力微分数据波动大、计算精度低。因此，若能实现制动压力变化率的精确测量，将为制动系统精准制动控制提供技术支撑，对车辆平顺性和乘客舒适性的提高具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种车辆气压制动压力变化率测量方法及装置，由此解决如何实现制动压力变化率的精确测量，并通过温度补偿减小测量误差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种车辆气压制动压力变化率测量方法，包括：

在待测量的制动气室内压力改变时，受层流阻尼管影响，等温容器内气体压力变化滞后于所述待测量的制动气室内压力，利用压差传感器测得所述等温容器和所述制动气室之间的压差；

利用压力传感器测得所述等温容器内的压力，然后根据所述等温容器内的压力和所述等温容器和所述制动气室之间的压差得到所述待测量的制动气室内的压力变化率。

优选地，所述层流阻尼管位于所述制动气室和所述等温容器之间，所述层流阻尼管由n个内半径为r，长度为l的毛细管并联插入内径为d的气管中构成，且所述层流阻尼管内流动阻力系数为：流经所述层流阻尼管的空气质量流量g为：其中，pa为大气压力，ρa为大气密度，μ为空气动力粘度，pc表示所述等温容器中的压力，ps表示所述待测量的制动气室内压力。

优选地，由确定所述等温容器内气体压力变化，由确定所述等温容器内温度变化，其中，r为所述等温容器内气体状态常数，v为所述等温容器的体积，w为所述等温容器内气体质量，θ为所述等温容器内温度，cv为定积比热，cp为定压比热，θa为环境温度，hu为所述等温容器的热交换系数，sh为所述等温容器的换热面积。

优选地，由pj＝ps-pc确定所述等温容器和所述制动气室之间的压差pj，忽略所述等温容器内温度变化的影响时，由确定制动压力变化率的测量值，并由和解析得到忽略温度变化影响时的制动压力变化率测量值dpc^*/dt及所述等温容器内温度θ，拟合出二者之间关系式并对温度影响进行补偿。

优选地，通过忽略温度变化影响时的制动压力变化率测量值dpc^*/dt得到对应等温容器内温度θ，再结合考虑温度变化时等温容器中气体状态变化方程及层流阻力管中质量流量方程，则考虑温度变化影响时的制动压力变化率测量值为：

按照本发明的另一个方面，提供了一种车辆气压制动压力变化率测量装置，包括：层流阻尼管、等温容器、压差传感器、压力传感器及ad转换模块；

其中，所述层流阻尼管的第一端及所述压差传感器的第一端分别与待测量的制动气室连接，所述层流阻尼管的第二端及所述压差传感器的第二端均与所述等温容器连接，所述等温容器的另一端与所述压力传感器的一端连接，所述压力传感器的另一端及所述压差传感器的另一端均与所述ad转换模块连接；

在所述待测量的制动气室内压力改变时，受所述层流阻尼管影响，所述等温容器内气体压力变化滞后于所述待测量的制动气室内压力，利用所述压差传感器测得所述等温容器和所述制动气室之间的压差；

利用所述压力传感器测得所述等温容器内的压力，然后根由所述ad转换模块据所述等温容器内的压力和所述等温容器和所述制动气室之间的压差得到所述待测量的制动气室内的压力变化率。

优选地，所述层流阻尼管位于所述制动气室和所述等温容器之间，所述层流阻尼管由n个内半径为r，长度为l的毛细管并联插入内径为d的气管中构成，且所述层流阻尼管内流动阻力系数为：流经所述层流阻尼管的空气质量流量g为：其中，pa为大气压力，ρa为大气密度，μ为空气动力粘度，pc表示所述等温容器中的压力，ps表示所述待测量的制动气室内压力。

优选地，由确定所述等温容器内气体压力变化，由确定所述等温容器内温度变化，其中，r为所述等温容器内气体状态常数，v为所述等温容器的体积，w为所述等温容器内气体质量，θ为所述等温容器内温度，cv为定积比热，cp为定压比热，θa为环境温度，hu为所述等温容器的热交换系数，sh为所述等温容器的换热面积。

优选地，由pj＝ps-pc确定所述等温容器和所述制动气室之间的压差pj，忽略所述等温容器内温度变化的影响时，由确定制动压力变化率的测量值，并由和解析得到忽略温度变化影响时的制动压力变化率测量值dpc^*/dt及所述等温容器内温度θ，拟合出二者之间关系式并对温度影响进行补偿。

优选地，通过忽略温度变化影响时的制动压力变化率测量值dpc^*/dt得到对应等温容器内温度θ，再结合考虑温度变化时等温容器中气体状态变化方程及层流阻力管中质量流量方程，则考虑温度变化影响时的制动压力变化率测量值为：

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明应用层流阻尼管、等温容器、压差传感器和压力传感器进行制动压力变化率的测量，旨在实现制动压力变化率的实时精确测量，为基于制动压力变化率的车辆态势控制提供参考信息，可提升车辆态势控制精度，提高车辆行驶稳定性、平顺性和乘客舒适性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种气压制动过程中制动压力-时间响应关系图；

图2是本发明实施例提供的一种车辆气压制动压力变化率测量方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种制动压力变化率测试装置结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种充气过程制动压力变化率测试曲线示例图；

图5是本发明实施例提供的一种排气过程制动压力变化率测试曲线示例图；

其中，1为制动气室，2为层流阻尼管，3为等温容器，4为压差传感器，5为压力传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

如图2所示是本发明实施例提供的一种车辆气压制动压力变化率测量方法的流程示意图，在图2所示的方法中包括以下步骤：

s1：在待测量的制动气室内压力ps改变时，受层流阻尼管影响，等温容器内气体压力pc变化滞后于ps，利用压差传感器测得等温容器和制动气室之间的压差pj；

s2：利用压力传感器测得等温容器内的压力pc，然后根据等温容器内的压力pc和等温容器和制动气室之间的压差pj得到待测量的制动气室内的压力变化率dps/dt的测量值dpc/dt。

以下对各步骤的具体实现方式进行详细说明。

如图3所示是本发明实施例提供的一种制动压力变化率测试装置的结构示意图，当待测量的制动气室1内压力ps改变时，流经层流阻尼管2后，流入等温容器3内气体压力pc稍晚变化，此时压差传感器4测得等温容器3和制动气室1之间的压差pj，压力传感器5测得等温容器3中的压力pc，并考虑等温容器3内温度变化以减小测量误差。因此，在误差允许范围内，可实时获取制动气室内压力变化率dps/dt的测量值dpc/dt。其中，压差信号和压力信号经ad转换模块采集并转换后，在led显示器中实时显示当前制动压力变化率数值，且可通过串口通信将采集数据发送到计算机上存储和处理。

作为一种优选实施例，层流阻尼管2由若干根(如54根)内径为0.6mm、外径为1mm、长度为100mm的毛细管并联插入内径为9mm、外径为12mm、长度为100mm的气管内构成，此时层流阻尼管2内流动阻力系数为：

流经层流阻尼管2的空气质量流量g为：

其中，pa、ρa分别为大气压力(pa)和密度(kg/m³)；μ为空气动力粘度(pa·s)。l表示毛细管长度，n表示毛细管数量，r表示毛细管的内半径。

作为一种优选实施例，等温容器是在体积为v的金属容器内填充一定密度的铜丝。当容器内压力变化小于200kpa/s时，容器内温度变化低于3k，此时忽略温度变化测量误差不超过1％。然而，当等温容器用于制动压力变化率测量时，容器内压力变化远超200kpa/s，将造成较大的温度变化，因此为减小测量误差，须考虑温度变化的影响。

在体积为v＝4×10^-5m³的金属容器内填充线径为50μm、充填率为300kg/m³的纤细铜丝构成等温容器。由于在制动压力变化率测量时，其内部压力变化过大导致其内部温度变化超出等温特性阈值，需补偿温度变化引起的压力变化，此时等温容器内气体状态变化为：

其中，r为气体状态常数；v为等温容器的体积(m³)；w、θ分别为等温容器内气体质量(kg)和温度(k)；cv为定积比热(j/kg/k)；cp为定压比热(j/kg/k)；θa为环境温度(k)；hu、sh分别为等温容器的热交换系数(w/m²/k)和换热面积(m²)。

压力传感器的输出为pc，压差传感器的输出为：

pj＝ps-pc

忽略等温容器内温度变化的影响时，制动压力变化率的测量值为：

由于等温容器内的实际温度难以实时精确测量，因此通过公式：

和公式：

解析得到忽略温度变化影响时的制动压力变化率测量值dpc^*/dt对应的等温容器内温度θ的两列数值，并运用多项式拟合得到两者间的关系式。在实际制动压力变化率测量过程中，先通过忽略温度变化得到制动压力变化率测量值dpc^*/dt，然后通过拟合的关系式，得到等温容器内的温度θ。再结合考虑温度变化时等温容器中气体状态方程及层流阻力管中质量流量方程，则考虑温度变化影响时的制动压力变化率测量值为：

如图4所示是采用本发明方式实现的一种充气过程制动压力变化率测试曲线示例图；如图5所示是采用本发明方式实现的一种排气过程制动压力变化率测试曲线示例图。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。