用于液力缓速器的智能控制方法及系统与流程

1.本发明涉及车辆辅助制动技术领域，具体涉及一种用于液力缓速器的智能控制方法及系统。


背景技术：

2.为了保证重型车辆的行车安全，除行车制动器外，车辆还需配备辅助制动器。常用的辅助制动器有液力缓速器和电涡流缓速器两种。与电涡流缓速器相比，液力缓速器的单位质量制动效能高，且无热衰退现象，因此重型、大功率车辆普遍采用液力缓速器作为辅助制动器缓速器结构。
3.液力缓速器的定子和转子放置在壳体内构成工作腔，储液腔上部是空气腔，下部存有工作液，当空气进入储液腔后，腔内气体压力增大，会推动储液腔下部的工作液通过控制管路上升，随后沿着进液管路进入到定子中心位置，多余的空气通过浮子室排出。工作腔和储液腔相互连通，通过给定压力的空气，控制储液腔的工作液的容积，最终达到控制工作腔充液率。进行制动时，通过控制进入储液腔的空气压力，控制储液腔的液位高度变化，从而使相应的液体总量进入工作腔，改变工作腔的充液率，从而根据工况动态控制缓速器的扭矩，并将制动力矩传递到车轮上，产生制动作用，辅助车辆刹车。例如，中国专利文献cn105121238a公开了通过给储液腔补充压力，对缓速器进行控制，控制期间压力保持相对稳定。在该方法控制下，缓速器高转速下的制动力矩保持在一定的范围内。
4.然而，在使用过程中发现，当车辆在长下坡路段行驶时，如果液力缓速器制动力矩不足导致车辆速度增加，上述专利文献中的缓速器制动力矩在高转速段保持稳定，不能阻止车辆速度持续增加，缓速器控制过程中没有固有安全性，会导致车辆行驶过程中出现危险。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种用于液力缓速器的控制方法及系统，以提高液力缓速器控制过程中的固有安全性，避免车辆在长下坡行驶过程中发生危险。
6.根据本发明的第1方面，提供了一种用于液力缓速器的控制方法，其中，所述液力缓速器的储液腔内设有用于检测工作液液面高度变化的液位传感器，该方法包括：
7.实时获取所述液位传感器的检测值以监测储液腔内工作液液位高度的变化量，并根据所述液位高度的变化量控制所述控制阀向储液腔内充入高压空气或从储液腔内释放高压空气，使储液腔的工作液液面高度保持稳定。
8.还可以在起始状态，获取所述液力缓速器的档位设定信息，根据所述档位设定信息控制控制阀向液力缓速器的储液腔内充入高压空气，使储液腔内的工作液液面高度达到对应位置；
9.储液腔的工作液液面变化得出进入工作腔的液体总量，进而通过液体总量除以工作腔容积，得出充液率。储液腔的工作液液面高度保持稳定，也即充液率保持稳定。充液率
不变，会使缓速器的制动力矩，随着车辆速度升高而升高，从而使车辆速度不能持续升高，最终限制车辆速度稳定在某一值，具有固有安全性。
10.根据本发明的第2方面，提供了一种用于液力缓速器的控制系统，该控制系统包括：
11.液位传感器，设置在储液腔中，用于检测储液腔中的工作液液面高度；
12.控制阀，其进气口通过气路与外部高压空气源连接，出气口与储液腔上部的空气腔连接；
13.控制器，分别与所述液位传感器及所述控制阀连接，用于执行以下控制过程：
14.实时获取所述液位传感器的检测值以监测储液腔内工作液液位高度的变化量，并根据所述液位高度的变化量控制所述控制阀向储液腔内充入高压空气或从储液腔内释放高压空气，使储液腔的工作液液面高度保持稳定。
15.还可以在起始状态，获取所述液力缓速器的档位设定信息，根据所述档位设定信息控制控制阀向液力缓速器的储液腔内充入高压空气，使储液腔内的工作液液面高度达到对应位置；
16.储液腔内的工作液液面高度保持稳定，使车辆速度不能持续升高，从而具有固有安全性。
17.根据本发明的第3方面，提供了一种用于液力缓速器的控制方法，其中，所述液力缓速器包括设置在储液腔内用于检测工作液液面高度变化的液位传感器；接收所述车辆行驶参数获取单元所述液位传感器发送的工作液液面高度，然后利用map图修正输出所述储液腔中的液体总量或者所述工作腔的充液率；
18.将所述液体总量计算单元输出的所述储液腔中的液体总量或者所述工作腔的充液率与对应的目标值进行比较，并根据比较结果操作控制阀进行开度调节，以调节所述储液腔的高压空气压力。
19.根据本发明的第4方面，提供了一种用于液力缓速器的控制系统，该控制系统包括：
20.液位传感器，设置在储液腔中，用于检测储液腔中的工作液液面高度；
21.温度传感器，用于检测所述工作液的温度；
22.控制阀，其进气口通过气路与外部高压空气源连接，出气口与储液腔上部的空气腔连接；
23.控制器，其输入端口与所述液位传感器、所述温度传感器、所述车辆行驶参数单元连接，输出端口与所述控制阀连接，包括：
24.数据处理单元，用于所述液位传感器发送的液位高度检测值，并根据所述标定map图将所述液位高度检测值转换为液位高度修正值，然后将所述液位高度检测值及其修正值进行归一化及向量表示，得到状态参数向量；
25.液体总量计算单元，包括一经过训练的液体总量估算模型，该模型输入所述状态参数向量，输出所述储液腔中的液体总量或者所述工作腔的充液率之一；
26.控制单元，将所述液体总量计算单元输出的所述储液腔中的液体总量或者所述工作腔的充液率之一与对应的目标值进行比较，并根据比较结果，操作所述控制阀进行开度调节，以调节所述储液腔的高压空气压力。
27.在上述方面其他的一个示例中，所述液位传感器为线性输出传感器，通过所述液位传感器检测输出的液位高度值，当工作液液面下降到设定值时，控制器控制所述控制阀减小高压空气压力，使储液腔工作液液面升高；当检测到液面高度高于设定值时，控制器控制所述控制阀增加高压空气压力，使储液腔工作液液面降低。通过调节储液腔工作液液面，保证充液率反馈调节到设定值。
28.在上述方面其他的一个示例中，所述液位传感器输出离散信号，当工作液液面下降到设定值时，触发离散式传感器的区间下限，并输出该离散信号到控制器，控制器控制所述控制阀减小高压空气压力，使储液腔工作液液面升高；当检测到液面高度高于设定值时，触发离散式传感器的区间上限，并输出该离散信号到控制器，控制器控制所述控制阀增加高压空气压力，使储液腔工作液液面降低。通过调节储液腔工作液液面，保证充液率反馈调节到设定的区间范围内。
29.在上述方面其他的一个示例中，还包括：构建储液腔的液面高度与液体容量的标定map图，由控制器通过查表计算或者其他函数关系得出储液腔液位变化量引起的容积变化，以确定充液率变化。
30.在上述方面其他的一个示例中，所述液位传感器相对于储液腔内的工作液液面倾斜地放置，实际液位高度为传感器的检测值h与cosθ的乘积，其中，θ为传感器与竖直方向的夹角。
31.在上述方面其他的一个示例中，在所述储液腔中沿液面高度方向设置挡板，该挡板与储液腔内壁面围成一相对封闭空间，所述液位传感器设置在该相对封闭空间中，所述挡板至少在上部及底部设有通孔，使得所述相对封闭空间与储液腔内位于该空间外的工作液能够通过所述通孔自由流通。
32.在上述方面其他的一个示例中，所述液体总量估算模型可以换成lstm单元。
33.与现有技术相比，本发明通过在储液腔中设置液位传感器，尤其是采用网络模型在考虑多个影响因素的情况下基于液位检测值得到储液腔或工作腔中的实际液体总量或者工作腔的实际充液率，进而通过控制储液腔中压力，使工作液液面高度，即工作腔的充液率维持在与档位对应的设定值，使输出力矩随着车辆速度升高，从而限制车辆速度稳定在某一值，使车辆在长下坡路段行驶时具有固有安全性。并且，即使缓速器压力控制方式失效，也能保持整车进行平稳的功能，提高了车辆行驶的安全性。
附图说明
34.结合附图，从示例性实施例的以下描述，这些和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，在附图中：
35.图1为根据本发明实施例1的设有液位传感器的液力缓速器及其控制系统结构示意图；
36.图2为液力缓速器车速控制原理示意图；
37.图3为根据本发明实施例1的一种液位传感器结构示意图；
38.图4为根据本发明实施例1的另一种液位传感器结构示意图；
39.图5为根据本发明实施例2的用于液力缓速器的控制系统结构示意图。
具体实施方式
40.以下将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在这方面，示例性实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于本发明所阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述示例性实施例来解释示例性实施例的方面。
41.如本发明所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。在元件列表之前的诸如“至少一个”的表达修饰整个元件列表，并且不修饰列表的单独元件。
42.图1为根据本发明实施例的设有液位传感器的液力缓速器及其控制系统结构示意图。如图所示，该液力缓速器包括储液腔1、转子2及定子3，所述转子2及定子3分别装有叶片，并相对地设置在壳体内的工作腔中，该工作腔与所述储液腔1相互连通。
43.所述储液腔1上部形成空气腔，下部为工作液。当压力空气进入所述储液腔1后，腔内气体压力增大，推动所述储液腔1下部的工作液通过控制管路4上升，随后沿进液管路经定子3进入所述工作腔中。通过给储液腔1一定压力的空气，控制所述储液腔中的工作液容积，以达到控制所述工作腔的充液率的目的。这里，充液率指所述工作腔内的液体量与工作腔容积之间的比值。
44.空载状态下，工作液处于储液腔内，工作腔内全部为空气。缓速器处于工作状态时，将压缩空气通过控制阀吹进储液腔，并推动工作液通过储液腔下部的管路，引导工作液进入到工作腔。
45.当转子2运动时，带动工作液运动，并在定子3上减速，从而对转子2产生制动力矩，并将制动力矩传递到传动齿轮7上，从而产生制动作用，辅助汽车刹车。
46.在此过程中，由于工作液会产生热量，因此还包括换热器6，使工作液在工作腔与换热器之间循环流动，并通过换热器交换到整车散热系统中。具体地，转子2旋转产生的离心作用使工作液压力增大，通过出液管路5回流到换热器6，随后从所述换热器6进入到进液管路，形成进液管路、工作腔、出液管路、换热器的循环流动。
47.液力缓速器下坡缓速行驶的控制原理如图2所示，控制器以实际车速和设定车速的偏差为输入信号，当实际车速小于设定车速时，控制器的输出信号减小控制阀开度，使液力缓速器的充液率减小，继而使液力缓速器提供的制动力矩减小，从而使车速增加到设定值。当实际车速大于设定车速时，控制器的输出信号增加控制阀开度，使液力缓速器的充液率增加，继而使液力缓速器提供的制动力矩增大，从而使车速降低到设定值。
48.由此可见，准确控制充液率是实现车速控制，也即辅助制动效果的关键。由于液力缓速器内的储液腔和工作腔之间的液体总体积一定，因此可以通过计算储液腔内的液面高度来推算进入工作腔的液体总量，进而得出工作腔内的充液率。
49.实施例1：
50.如图1所示，本发明在所述储液腔1中设置用于检测储液腔内工作液液面高度的液位传感器8，该液位传感器8与所述控制器连接，控制器根据液位传感器8的检测值，计算工作腔内的充液率或充液率变化量，并操作所述控制阀达到目标开度，将储液腔内工作液液面高度保持在所需范围内，从而维持工作腔的充液率稳定。
51.在一个示例中，所述液位传感器8为线性输出的传感器，如电容位移传感器、电涡
流位移传感器、超声波传感器等。此类传感器可以线性输出液位高度，输出值是连续的，因此可以通过此类传感器检测输出的液位高度，估算出进入缓速器工作腔的液体流量，进而得出充液率。
52.在某些情况下，例如在车辆行驶在长下坡路段时，需要液力缓速器提供稳定均匀的辅助制动力矩，为此需要在控制过程中，使充液率保持恒定。假设与该充液率对应的目标液面高度为h0，当检测到的实际液面高度h低于目标液面高度h0时，控制器操作所述控制阀减小气体压力，以降低工作腔的充液率；否则，当检测到的实际液面高度h高于目标液面高度h0时，控制器增加气体压力，以增加工作腔的充液率。
53.在另外的一个示例中，所述液位传感器8可以输出的液位高度检测值为离散量。图3为此类离散式传感器的一个示例。如图3所示，浮子81通过连杆带动与之连接的滑动变阻器82，使滑动变阻器输出相应的电阻值，控制器根据该电阻值计算得到液位检测值。或者，浮子还可以带动与之连接的磁体，并通过一检测装置(如干簧管、霍尔传感器等)检测因磁铁位移产生的磁场变化来获得液位检测值。
54.在该示例中，因为液位传感器8输出的为离散信号，当工作液液面下降到设定值时，触发离散式液位传感器8的区间下限，并输出该位置离散值到控制器，控制器减小气体压力，使储液腔1液面升高。
55.当检测到液面高度高于设定值时，触发离散式液位传感器8的区间上限，并输出该位置离散值到控制器，控制器增加气体压力，使储液腔1液面降低。
56.在另外的一个示例中，液位传感器8相对于储液腔内的工作液液面倾斜地放置。此时，实际的液位高度为液位传感器8的检测值h与cosθ的乘积，其中，θ为液位传感器8与竖直方向的夹角。通过将液位传感器8倾斜安装在储液腔内，使得安装方式更加灵活，可以适应不同内部腔体结构的储液腔。
57.在上述示例中，为了减少车辆行驶过程中，由于路面不平坦导致的车身晃动对液面高度产生的影响，如图4所示，在所述储液腔中沿液面高度方向设置挡板111，该挡板111与储液腔内壁面围成一相对封闭空间，液位传感器8设置在该相对封闭空间中，所述挡板111至少在上部及底部设有通孔112、113，使得所述相对封闭空间与储液腔内位于该空间外的工作液能够通过所述通孔自由流通。本发明通过将通过将液位传感器8安装在一个与储液腔主体相对隔离的腔体内，降低了因车身晃动导致的储液腔内的工作液液面变化对传感器的干扰，提高了液位传感器的检测可靠性。
58.进一步地，所述相对封闭空间中还包括多个水平挡板114，所述水平挡板114设置在所述挡板111和/或储液腔内壁面上，围绕液位传感器沿液位高度方向间隔排布。通过设置所述水平挡板，可以阻挡因车辆晃动、震动导致的工作液飞溅，从而进一步减少了液位检测误差。
59.由于液力缓速器在长时间使用后，工作液总量会发生损耗，因此，所述液位传感器还用于检测空载状态下的储液腔初始工作液面高度。当该初始液面高度低于预设值时，控制器发出报警信号，提醒用户进行油液高度调整。
60.在进行工作液补充或加注时，如果工作液液面高度过高时，液力缓速器会因为工作液过多而发生喷油现象。为了减少此情况发生，当所述液位传感器检测工作液液面高度超过许用高度时，所述控制器发出报警信号，提醒用户进行油液高度调整，避免日常维护中
因油液过多发生喷油导致的油液损失以及设备表面油液污染情况发生。
61.当液力缓速器长时间以高负荷运行时会出现过热现象，导致辅助刹车效能降低，严重还可能导致设备损坏。为此，所述液力缓速器还设有温度传感器。可选地，所述温度传感器安装工作腔出口、换热器进口处、换热器出口等位置。
62.当所述温度传感器的检测值高于预设值时，则启动防过载模式，降低液力缓速器的产生的制动力矩以及因为制动力矩产生的耗散功率，从而降低缓速器的工作液温度。例如，通过排出储液腔内的一部分空气，以降低工作腔的充液率。通过该方法可以保护液力缓速器的最大功率，防止缓速器因为功率过大，换热器不能及时将热量传递出去，导致整个缓速器温度过高，最终损坏缓速器。
63.基于上述液力缓速器，对本发明提供的用于液力缓速器的控制方法进行具体说明。
64.在起始状态，获取液力缓速器的档位设定信息，根据所述档位设定信息向液力缓速器储液腔内充入高压空气，使储液腔内的工作液液面达到对应位置。
65.在液力缓速器工作过程中，实时获取液位传感器的检测值以监测储液腔内工作液液位高度变化量，并根据所述液位高度变化量控制高压空气进入或释放，使储液腔的工作液液面高度保持稳定。
66.当所述液位传感器为线性输出传感器时，通过所述液位传感器检测输出的液位高度值，当工作液液面下降到设定值时，控制器控制所述控制阀减小高压空气压力，使储液腔工作液液面升高；当检测到液面高度高于设定值时，控制器控制所述控制阀增加高压空气压力，使储液腔工作液液面降低。通过调节储液腔工作液液面，保证充液率反馈调节到设定值。
67.当所述液位传感器为离散输出传感器时，由于传感器输出的是离散信号，当下降到期望液面高度时，触发离散式传感器的区间下限，并输出该位置离散值到控制器，控制器减小空气压力，使储液腔液面升高。当检测到液面高度高于期望液面高度时，触发离散式传感器的区间上限，并输出该位置离散值到控制器，控制器增加空气压力，使储液腔液面降低。
68.当不需要液力缓速器提供辅助制动时，由于此时储液腔的压力降低，而工作腔因为转子的旋转离心作用，输出的高压工作液会返回到储液腔。此时只要保持控制阀排气通道打开，以排出缓速器的储液腔上部的空气，进而进入到非工作状态。
69.实施例2：
70.在某些情况下，储液腔的形状可能为不规则形状，此时液位传感器8的检测值与储液腔内的液体总量或进入工作腔的液体总量之间不再成线性关系，而需要对液位检测值进行修正，以提高控制的准确性。例如，构建液面高度与液体容量的标定map图，由控制器通过查表计算或者其他函数关系得出储液腔液位变化量引起的容积变化。
71.为解决上述问题，以实现维持工作腔的充液率稳定，如图5所示，所述控制系统还包括温度传感器10用于检测所述工作液的温度；例如，将温度传感器探头设置在所述工作腔出口处、换热器进口处、换热器出口等位置。
72.可选地，所述控制器5包括：
73.数据处理单元51，用于接收所述液位传感器发送的液位高度检测值，所述温度传
感器发送的工作液温度，确定是否缓速器的温度过高，如果过高，则启动防过载模式，增加液位高度，降低充液率，使制动功率降低。
74.液体总量计算单元52，其包括一经过训练的液体总量估算模型，该模型处理输入所述状态参数向量，输出所述储液腔中的液体总量或者所述工作腔的充液率。
75.控制单元53，将所述液体总量计算单元输出的所述储液腔中的液体总量或者所述工作腔的充液率与对应的目标值进行比较，并根据比较结果，操作所述控制阀12进行开度调节。
76.所述液体总量估算模型例如可以采用卷积神经网络(cnn)、改进的cnn网络等构建，并通过构建包含工作液温度、液位高度检测值及其修正值，以及液体总量或充液率的样本数据，采用常规的训练方法进行训练，在此不再赘述。
77.示例性地，所述液体总量估算模型可以换成多个lstm单元(long short-term memory networks，长短期记忆网络)。所述数据处理单元将所述所述工作液温度、所述液位高度检测值及其修正值，与当前时刻数据构造为时间序列数据，输入所述液体总量计算单元，输出所述储液腔的液体总量或者所述工作腔的充液率。
78.lstm是为了对长期的数据进行模型化，将递归神经网络的中间层置换为lstm块而得到的，具有输入层x、具有lstm块的中间层h以及输出层y。lstm块具有三个控制门：输入门、遗忘门和输出门以及存储器单元。存储单元表示内部状态，可以长时间保持数据。输入门和输出门分别用于调节输入数据和输出数据。遗忘门用于调节存储单元的状态转变。
79.本实施例中，在对lstm进行训练时，可以采用先期试验的数据，包括液位传感器的检测值及其修正值、工作液温度、工作腔的液体总量或充液率等时间序列数据。其中，所述液位传感器8为线性输出的传感器，如电容位移传感器、电涡流位移传感器、超声波传感器等。此类传感器可以线性输出液位高度，输出值是连续的，利用包含lstm单元的液体总量估算模型可以估算出进入缓速器工作腔的液体总量，进而得出充液率。
80.可以理解，前述实施例1中的内容在不发生冲突的情况下，同样适用于实施例2，例如液位传感器的安装结构等，处于篇幅考虑，在此未重复描述。
81.在一个示例中，可以通过温度传感器检测缓速器的工作液温度，如果温度过高，温度过高表明缓速器的功率负载过高，需要降低缓速器的产生的阻力，以及因为阻力产生的耗散功率，从而降低缓速器的温度。此时，控制控制阀排出储液腔的一部分空气，以降低缓速器的充液率。
82.在另外的一个示例中，当液位传感器检测到储液腔液位高度超出设定值时，例如液位过低或过高，控制器发出报警信号，例如通过仪表台发出声光报警信息，提示驾驶员进行调整。
83.虽然已经参考附图描述了一个或多个示例性实施例，但是本领域普通技术人员将会理解，在不脱离由权利要求所定义的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。