基于发动机辅助制动功能的智能车重预估方法

孙晓鹏 杨正 任宪丰 于鹏飞 孟建平

（潍柴动力股份有限公司电控研究院 山东省潍坊市 261040）

1 发动机辅助制动原理

1.1 发动机辅助制动功能

发动机辅助制动功能可在车辆需要减速时，增加由柴油机产生的制动力矩，持续降低或稳定车辆速度，有效提高车辆在下坡路况下的安全性、降低刹车系统的使用频次，从而减轻制动系统的磨损程度，延长制动片的更换周期。在雨后或冰雪路面遇有紧急情况使用辅助制动，还可以防止车辆因减速过快而造成的车辆侧滑现象。使用辅助制动功能虽然不能将车辆紧急停止，但可以达到使车辆稳定减速的目的。

1.2 发动机辅助制动力计算

配置辅助制动功能的发动机有很多实现方式，包括排气制动、缸内制动、JACBO 制动、尤顺制动等。但不论哪种方式，对发动机本身来说，发动机辅助制动力FAux均可由发动机当前制动扭矩Tm和传动系参数决定，因此在车辆运行过程中，如果使能辅助制动功能，可通过发动机控制单元读出当前的制动扭矩，并推算出当前的辅助制动力。计算过程如下，读取制动扭矩Tm后，根据当前档位传动比ig、主减速比io、车轮半径r0以及传动系效率η，计算得到辅助制动力FAux，即公式（1）：

2 车辆行驶空气动力学阻力计算原理

车辆在正常运行过程中，制动阻力主要由滚动阻力fRoll、空气阻力fAir、坡度阻力fSlope、加速阻力fAcc等决定，上述阻力之和为空气动力学阻力fAero。其中，滚动阻力fRoll为充气轮胎在理想路面直线滚动，所受到的与轮胎滚动方向相反的阻力，主要分为弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应阻力，而阻力的大小主要受车轮载荷、轮胎结构材料及路面情况影响，常用计算公式如下。

其中，fp1为附加损失，主要由轮胎与转鼓间的摩擦生热所致的等效阻力，fp2为实际车重载荷下车辆在自由滚动时轮胎转轴的受力，rL为轮胎自由滚动时旋转轴至转鼓表面的最短距离，R 为转鼓半径。

空气阻力fAir指汽车直线行驶时受到的空气施加在行驶方向上的分阻力，车速是影响空气阻力的重要因素，换句话说假如车速稳定则空气阻力的值不会发生较大改变，计算公式如下。

其中，fAir为空气阻力，Cw为空气阻力系数，S 为迎风面积，VVeh为车速，VWind为风速，分为顺风+和逆风-，ρ 为空气密度。

坡度阻力fSlope为汽车在坡道行驶时，重力在坡面方向的分力，主要受车重和坡面角度影响，在维持车重连续相同坡度的行驶过程中可认为坡度阻力恒定。主要公式如下。

加速阻力为车辆加速时需要克服的保持等速运动的惯性力，加速阻力的大小主要受加速度和汽车质量影响，公式如下。

综上，汽车行驶过程中的动力学阻力可由这几个主要阻力来源求和得到，公式如下。

3 基于发动机辅助制动功能的智能车重预估算法

3.1 智能车重预估方法算法原理

对于配置辅助制动功能的发动机，不踩油门不踩下刹车状态下，发动机处于OVERRUN 状态，发动机控制器ECU 接收到辅助制动请求时，计算车辆制动前的加速度a1。当前车辆的制动阻力主要由为前文分析计算的空气动力学阻力，且短时间内在负载、车速不发生突变时可以基本保持恒值，因此可以用fAero结合计算当前的加速度a1假设预估车重，公式如下。

通常从按下辅助制动请求开关到辅助制动起作用需要1s时间。发动机辅助制动功能起作用前后，认为车速不发生突变，制动前后的空气动力学阻力fAero不变，发动机辅助制动起作用时，行驶阻力等于发动机辅助制动力FAux和空气动力学阻力fAero之和，计算当前车辆的加速度a2，结合假设预估车重的公式如下。

用公式（8）减去公式（7）即可得到车重预估公式（9）。

发动机辅助制动力FAux可由前文公式（1）计算得到，a1和a2分别为辅助制动生效前后的加速度，这样参数都为已知量，可以由此公式估算得到车重m。

3.2 智能车重预估方法流程

（1）判断当前车辆是否已经配置辅助制动功能，并且未开启辅助制动功能；

（2）判断当前车辆是否处于OVERRUN 状态，即松开油门，车辆处于滑行状态，并满足未踩下刹车条件；如果满足上述条件，发动机控制器ECU 接收到辅助制动请求，满足辅助制动激活的条件下，计算此时加速度a1；

（3）发动机辅助制动起作用时，计算此时整车加速度a2和发动机辅助制动力FAux，这样就得到了用于车重预估的全部参数，按照前文叙述的算法，即可得到车重。

智能车重预估计算算法流程图如图1所示。

图1：智能车重预估计算算法流程图

4 结果验证

为验证基于发动机辅助制动智能车重预估方法的可靠性，以某款含有发动机辅助制动功能的商用车（净车重10 吨）为试验对象，车速在0-70km/h 之间变化，在一段公路上开展了实车试验。实验过程中，改变车辆重量，在净车重10t、轻载20t、中载30t、重载40t 下分别开展试验，实时记录智能预估的车重值，结果如下，可以看到不管在何种负载情况下，预估的车重都是能维持在误差10%以内的，因此基于发动机辅助制动功能的智能车重预估方法是具有较好可靠性的，可以在无传感器的情况下用作车重预估。智能车重预估方法效果图如图2所示。

图2：智能车重预估方法效果图

5 结论

本发明的控制逻辑可以应用在各种商用车机型上，具有以下优点：

（1）该功能在现有机型上都可推广，不需要增加额外传感器和测试设备。

（2）该功能算法可靠，成本低。

（3）该功能可通过标定进行屏蔽，选择灵活。

（4）该功能有效估算车重，用于辅助判断当前负载情况，优化挡位决策。