陆中华 程秀生
吉林大学

摘要 简述了液力缓速器工作原理，并给出了所研究液力缓速器台架试验得到的转子转速与制动扭矩之间关系曲线。利用Matlab软件建立了车辆恒速下坡制动模型，通过仿真对比了控制周期、充液量初始值和每个控制周期内充液量变化值等参数对恒速控制效果的影响。根据液力缓速器控制参数的仿真结果，选定各参数最佳值进行了实车道路试验。结果表明，仿真得到的恒速控制策略应用到实际控制中是有效的。

主题词 液力缓速器 恒速控制策略 仿真

l 前言

液力缓速器高速制动力矩大、制动平稳、噪声小、寿命长、结构体积较小，在现代车辆上得到了日益广泛的应用。下坡恒速制动是液力缓速器的重要功能之一，其可以减轻车轮制动器的负荷，避免热衰退导致制动失效引发的安全事故，从而提高行车安全性。车辆下坡过程中坡度是不断变化的．同时还会遇到超车、转弯等情况，因此研究下坡恒速控制策略非常重要。传统的研究方法是通过反复的道路试验来开发和完善控制策略的，周期长且耗资耗时。本文利用Matlab建立了液力缓速器的恒速控制模型，并通过仿真来研究下坡恒速控制策略。

2 工作原理

本文研究的液力缓速器为单一减速制动型分体式结构，其主要由转子、定子散热系统、控制系统等组成（图1），可以串联或并联安装在传动系中。定子和转子相对布置，转子随轴转动，定子固定在壳体上。液力缓速器工作时，工作液在转子叶片带动下循环冲击定子叶片，动量矩发生变化，产生制动力矩，并将旋转机械能转化为工作液的热能，通过散热机构将热量带走。

3.2 液力缓速器子模块

仿真模型的核心是液力缓速器子模块，如图4所示。模型考虑了充液延迟对液力缓速器制动性能的影响。对于缓速器制动特性曲线，是在图2的基础上完善的，加入了最大制动扭矩和制动功率的限制，认为制动特性不受温度的影响，最大制动扭矩为4kN•m，最大制动功率为540kW。

充液量的改变是通过控制器调节控制比例阀的占空比来实现的。在恒速控制过程中，当驾驶员踩下加速踏板或制动踏板时，缓速器会退出恒速控制，当驾驶员放松踏板后，控制器会再次记录当前的车速作为目标车速，重新开始恒速控制。恒速控制策略中几个控制参数的确定是决定恒速控制效果优劣的关键。

恒速控制模块使用Matlab/Stateflow进行建模，这个模块包括3个状态，分别为保持缓速器充液量、增加充液量和减少充液量。在仿真过程中，根据输入参数，在这3个状态之间相互转换，自动调节缓速器的充液量，使车速接近并保持在目标车速范围内。

4 仿真结果和分析

仿真模型中，设定目标车速为36krn/h、坡度为6％，其他参数根据试验车辆的实际情况输入。与控制策略有关的参数包括控制周期T、充液量的初始值Q和每个控制周期内充液量的变化值q。

图5为当T= 1s、Q= 0时不同充液量变化值的仿真结果。从图5中可以看出，当q值增加时，可以减少车速进入目标车速范围内的时间，但是q值取的过大会造成车速上下振荡，使得车辆不能进入目标车速范围内。

根据以上控制参数的仿真结果，选定各参数最佳值如下：控制周期T= 1s，初始充液量Q = 0，充液量的变化值q为车辆加速度的函数。进行实车道路试验，试验地点为宝鸡蔡家坡北塬坡，车辆的初始速度为零，目标车速为30km/h，车辆满载总质量为40t，当车速达到30km/h后，液力缓速器恒速制动开始工作。图9为装有液力缓速器车辆道路试验结果。从图9中可以看出，缓速器开始工作时，由于液力缓速器的液力作用有一定的延时，缓速器的制动力矩的上升会有一定的延时，车速会继续增加，但是随着缓速器制动力矩的增加车速逐渐减小，并且最后会使车速稳定在目标车速附近。从曲线上可以看到，在中间位置有一个车速下降的过程，这是因为在试验过程中需要转弯，驾驶员踩了制动踏板，造成了车速下降．在制动解除后，通过恒速控制，车速又恢复到目标车速附近。可见，所选用控制参数能有效完成车辆恒速下坡的任务。

5 结束语

利用Matlab建立了液力缓速器直线下坡制动模型。通过模型的仿真和分析，得出了恒速控制逻辑所需的控制参数值，再将其用于实际的控制试验中，结果表明其具有很好的控制效果。