液力缓速器的充液比自动获取方法及装置.pdf

本发明公开了一种液力缓速器的充液比自动获取方法及装置，其中，方法包括以下步骤：建立驱动力-行驶阻力方程；判断液力缓速器的工作状态；如果为减速初期控制状态，则根据方程和最大散热功率得到充液比；如果为减速后期控制状态，则根据方程和最大制动功率得到充液比；如果为恒速阶段控制状态，则根据方程和当前充液比和坡度值得到充液比。本发明实施例的方法，在液力缓速器的不同工况下，通过提取整车的参数自动输出当前液力缓速器应该处于的充液比，实现自动控制和快速充液比定位，保证车辆行驶的稳定性，提高阀体的寿命，简单便捷。

1.  一种液力缓速器的充液比自动获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立驱动力-行驶阻力方程，其中，所述驱动力-行驶阻力方程包括：驱动力、风阻、滚 动阻力和液力缓速器的输出制动力；
判断所述液力缓速器的工作状态，其中，所述工作状态包括减速初期控制状态、减速 后期控制状态和恒速阶段控制状态；
如果为所述减速初期控制状态，则根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓速器的 最大散热功率得到所述液力缓速器的第一充液比；
如果为所述减速后期控制状态，则根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓速器的 最大制动功率得到所述液力缓速器的第二充液比；
如果为所述恒速阶段控制状态，则根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓速器的 当前充液比和坡度值得到所述液力缓速器的第三充液比。

2.  根据权利要求1所述的液力缓速器的充液比自动获取方法，其特征在于，所述驱动 力-行驶阻力方程的公式为：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，G_x为所述驱动力，F_w为所述风阻，F_f为所述滚动阻力，F_r为所述液力缓速器 的输出制动力。

3.  根据权利要求2所述的液力缓速器的充液比自动获取方法，其特征在于，所述液力 缓速器的第一充液比为：
γ 1 ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>
其中，W_radiating为所述最大散热功率，a₁为换算系数，u_a为车辆行驶速度，T为所述液 力缓速器的输出扭矩。

4.  根据权利要求2所述的液力缓速器的充液比自动获取方法，其特征在于，所述液力 缓速器的第二充液比γ₂^{^}≡1。

5.  根据权利要求2所述的液力缓速器的充液比自动获取方法，其特征在于，所述液力 缓速器的第三充液比为：
γ 3 ^ = γ + - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 u . a l 2 · u a 2 , ]]>
γ为所述当前充液比，u_a1为第一车速，u_a2为第二车速，为车辆处于所述第一车速 时对应的第一加速度，为车辆处于所述第二车速时对应的第二加速度，为车辆的当前 加速度，l₂为预设值，u_a为车辆的目标恒速车速。

6.  一种液力缓速器的充液比自动获取装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立驱动力-行驶阻力方程，其中，所述驱动力-行驶阻力方程包括：驱 动力、风阻、滚动阻力和液力缓速器的输出制动力；
判断模块，用于判断所述液力缓速器的工作状态，其中，所述工作状态包括减速初期 控制状态、减速后期控制状态和恒速阶段控制状态；
获取模块，当为所述减速初期控制状态时，用于根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述 液力缓速器的最大散热功率得到所述液力缓速器的第一充液比，并且当为所述减速后期控 制状态时，用于根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓速器的最大制动功率得到所述 液力缓速器的第二充液比，以及当为所述恒速阶段控制状态时，用于根据所述驱动力-行驶 阻力方程和所述液力缓速器的当前充液比和坡度值得到所述液力缓速器的第三充液比。

7.  根据权利要求6所述的液力缓速器的充液比自动获取装置，其特征在于，所述驱动 力-行驶阻力方程的公式为：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，G_x为所述驱动力，F_w为所述风阻，F_f为所述滚动阻力，F_r为所述液力缓速器 的输出制动力。

8.  根据权利要求7所述的液力缓速器的充液比自动获取装置，其特征在于，所述液力 缓速器的第一充液比为：
γ 1 ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>
其中，W_radiating为所述最大散热功率，a₁为换算系数，u_a为车辆行驶速度，T为所述液 力缓速器的输出扭矩。

9.  根据权利要求7所述的液力缓速器的充液比自动获取装置，其特征在于，所述液力 缓速器的第二充液比γ₂^{^}≡1。

10.  根据权利要求7所述的液力缓速器的充液比自动获取装置，其特征在于，所述液 力缓速器的第三充液比为：
γ 3 ^ = γ + - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 u . a l 2 · u a 2 , ]]>
γ为所述当前充液比，u_a1为第一车速，u_a2为第二车速，为车辆处于所述第一车速 时对应的第一加速度，为车辆处于所述第二车速时对应的第二加速度，为车辆的当前 加速度，l₂为预设值，u_a为车辆的目标恒速车速。

液力缓速器的充液比自动获取方法及装置
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种液力缓速器的充液比自动获取方法及装 置。
背景技术
当车辆在坡道行驶的时，通过液力缓速器代替行车制动，从而自动地实现车辆减速到 恒速的目的。具体地，液力缓速器将车辆的动能转换成液力缓速器工作液的内能，并由车 辆散热器散出。其中，液力缓速器的扭矩大小与当前转速和工作腔内气体和液体的比例有 关，并且受到车辆当前散热功率的限制。
液力缓速器的工作工况分为以下三个阶段：A.减速初期控制。此过程中缓速器转速 较快，容易产生较大的扭矩，易导致制动功率大于车辆散热功率，使工作液温度上升，一 旦工作液温度超过允许温度将对工作液造成永久损坏。B.减速后期控制。此过程中缓速器 转速已经降低，缓速器需要一直处于满充液工作状态，以保证缓速器的制动效率。C.恒速 阶段控制。此过程中对车辆的需求是可以在任何能够实现的车速下，立即恒速行驶，因此 需要缓速器自动调节充液比，输出可以恒速的制动扭矩。
解决的技术问题：1.基于最大散热功率的自动制动控制；2.基于最大制动功率的自动制 动控制；3.基于复杂路面的自动恒速控制。三个技术问题都涉及在变转速的条件下，动态 并且自动地调节缓速器工作腔内的充液比。因此，解决技术问题的关键点包括：1.自动控 制；2.快速充液比定位。
相关技术中，针对关键点1：相关技术中例如分级式的控制策略，液力缓速器充液比 分为四个档位，分别为100％、75％、50％和25％，不同的充液比对应着不同的输出扭矩， 驾驶员根据行车情况，自动选择缓速器在哪个档位工作。针对关键点2：相关技术中例如 持续迭代式的控制策略。举例而言，驾驶员给定一个目标恒速车速u₁，在当前车速u₂大于 u₁时，缓速器自动以每时间步长10％的充液率增长，在当前车速u₂小于u₁时，缓速器自动 以每时间步长10％的充液率减小。依此进行持续迭代的恒速控制。
然而，针对上述关键点1：只能手动调节输出扭矩大小，无法自动调节。针对上述关 键点2：根据车辆选用阀体响应的不同，时间步长与每步长改变的充液率会有所不同，但 都会产生当前车速u₂在目标车速u₁附近波动的现象，并且永远处于连续调节的状态，无法 锁定相应的充液比，而且由于迭代的存在，使最终恒速时间变得很长，尤其当汽车行驶在 路况复杂的道路上时，以上策略会使车辆达到恒速的时间变得更长。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种能快速充液比定位，简单便捷的液力缓速器的 充液比自动获取方法。
本发明的另一个目的在于提出一种液力缓速器的充液比自动获取装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种液力缓速器的充液比自动获取方法， 包括以下步骤：建立驱动力-行驶阻力方程，其中，所述驱动力-行驶阻力方程包括：驱动力、 风阻、滚动阻力和液力缓速器的输出制动力；判断所述液力缓速器的工作状态，其中，所 述工作状态包括减速初期控制状态、减速后期控制状态和恒速阶段控制状态；如果为所述 减速初期控制状态，则根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓速器的最大散热功率得 到所述液力缓速器的第一充液比；如果为所述减速后期控制状态，则根据所述驱动力-行驶 阻力方程和所述液力缓速器的最大制动功率得到所述液力缓速器的第二充液比；如果为所 述恒速阶段控制状态，则根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓速器的当前充液比和 坡度值得到所述液力缓速器的第三充液比。
根据本发明实施例提出的液力缓速器的充液比自动获取方法，在液力缓速器的不同工 况下，通过提取整车的参数自动输出当前液力缓速器应该处于的充液比，即获取充液比的 控制目标，实现自动控制和快速充液比定位，从而快速稳定车辆，保证车辆行驶的稳定性， 提高阀体的寿命，简单便捷。
另外，根据本发明上述实施例的液力缓速器的充液比自动获取方法还可以具有如下附 加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述驱动力-行驶阻力方程的公式为：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，G_x为所述驱动力，F_w为所述风阻，F_f为所述滚动阻力，F_r为所述液力缓速器 的输出制动力。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器的第一充液比为：
γ 1 ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>
其中，W_radiating为所述最大散热功率，a₁为换算系数，u_a为车辆行驶速度，T为所述液 力缓速器的输出扭矩。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器的第二充液比γ₂^{^}≡1。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器的第三充液比为：
γ 3 ^ = γ + - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 u . a l 2 · u a 2 , ]]>
γ为所述当前充液比，u_a1为第一车速，u_a2为第二车速，为车辆处于所述第一车速 时对应的第一加速度，为车辆处于所述第二车速时对应的第二加速度，为车辆的当前 加速度，l₂为预设值，u_a为车辆的目标恒速车速。
本发明另一方面实施例提出了一种液力缓速器的充液比自动获取装置，包括：建立模 块，用于建立驱动力-行驶阻力方程，其中，所述驱动力-行驶阻力方程包括：驱动力、风阻、 滚动阻力和液力缓速器的输出制动力；判断模块，用于判断所述液力缓速器的工作状态， 其中，所述工作状态包括减速初期控制状态、减速后期控制状态和恒速阶段控制状态；获 取模块，当为所述减速初期控制状态时，用于根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓 速器的最大散热功率得到所述液力缓速器的第一充液比，并且当为所述减速后期控制状态 时，用于根据所述驱动力-行驶阻力方程和所述液力缓速器的最大制动功率得到所述液力缓 速器的第二充液比，以及当为所述恒速阶段控制状态时，用于根据所述驱动力-行驶阻力方 程和所述液力缓速器的当前充液比和坡度值得到所述液力缓速器的第三充液比。
根据本发明实施例提出的液力缓速器的充液比自动获取装置，在液力缓速器的不同工 况下，通过提取整车的参数自动输出当前液力缓速器应该处于的充液比，即获取充液比的 控制目标，实现自动控制和快速充液比定位，从而快速稳定车辆，保证车辆行驶的稳定性， 提高阀体的寿命，简单便捷。
另外，根据本发明上述实施例的液力缓速器的充液比自动获取装置还可以具有如下附 加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述驱动力-行驶阻力方程的公式为：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，G_x为所述驱动力，F_w为所述风阻，F_f为所述滚动阻力，F_r为所述液力缓速器 的输出制动力。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器的第一充液比为：
γ 1 ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>
其中，W_radiating为所述最大散热功率，a₁为换算系数，u_a为车辆行驶速度，T为所述液 力缓速器的输出扭矩。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器的第二充液比γ₂^{^}≡1。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器的第三充液比为：
γ 3 ^ = γ + - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 u . a l 2 · u a 2 , ]]>
γ为所述当前充液比，u_a1为第一车速，u_a2为第二车速，为车辆处于所述第一车速 时对应的第一加速度，为车辆处于所述第二车速时对应的第二加速度，为车辆的当前 加速度，l₂为预设值，u_a为车辆的目标恒速车速。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显 和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的液力缓速器的充液比自动获取方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的车辆行驶示意图；
图3为根据本发明一个实施例的车辆用液力缓速器制动的过程示意图；
图4为根据本发明一个实施例的无观测器的车辆速度与时间的关系示意图；
图5为根据本发明一个实施例的无观测器的工作腔充液率示意图；
图6为根据本发明一个实施例的有观测器的车辆速度与时间的关系示意图；
图7为根据本发明一个实施例的有观测器的工作腔充液率示意图；
图8为根据本发明一个实施例的质量观测误差中速度与时间的关系示意图；
图9为根据本发明一个实施例的质量观测误差中对应充液率示意图；以及
图10为根据本发明实施例的液力缓速器的充液比自动获取装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或 者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术 语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是 机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两 个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在 本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以 包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之 间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在 第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二 特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特 征水平高度小于第二特征。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的液力缓速器的充液比自动获取方法及 装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的液力缓速器的充液比自动获取方 法。参照图1所示，该方法包括以下步骤：
S101，建立驱动力-行驶阻力方程，其中，驱动力-行驶阻力方程包括：驱动力、风 阻、滚动阻力和液力缓速器的输出制动力。
在本发明的一个实施例中，参照图2所示，驱动力-行驶阻力方程的公式为：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，G_x为驱动力，F_w为风阻，F_f为滚动阻力，F_r为液力缓速器的输出制动力，不 同制动阶段，F_r具体的表现行形式不同。
S102，判断液力缓速器的工作状态，其中，工作状态包括减速初期控制状态、减 速后期控制状态和恒速阶段控制状态。
进一步地，参照图3所示，车辆用液力缓速器的制动阶段的整个过程分为三段： stage1、stage2和stage3。其中，stage1(最大散热功率控制)对应减速初期控制状态： stage2(最大制动功率控制)对应减速后期控制状态： stage3(恒速控制)对应恒速阶段控制状态：需要说明的是，F_r1、F_r2和F_r3分别为stage1、stage2和stage3阶段下的液力缓速器的 输出制动力。
具体地，stage1：转子转速过高，此时液力缓速器可以产生的最大制动功率大于散 热功率，所以本阶段采用基于最大散热功率的控制策略：F_r1＝f₁(u_a,W_r)。stage2：转子 转速下降，此时液力缓速器能产生的最大制动功率小于散热功率，所以本阶段采用基 于最大制动功率的控制策略：F_r2＝f₂(u_a)。stage3：车辆到达目标车速，此时液力缓速 器采用恒速控制策略，通过调节充液比，可使液力缓速器转子在转速不变的条件下，
输出不同大小的制动扭矩，最终实现车辆在坡道恒速行驶的目的：F_r3＝f₃(u_a,γ)。
S103，如果为减速初期控制状态，则根据驱动力-行驶阻力方程和液力缓速器的最 大散热功率得到液力缓速器的第一充液比。
在本发明的一个实施例中，液力缓速器的第一充液比为：
γ 1 ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>
其中，W_radiating为最大散热功率，a₁为换算系数，u_a为车辆行驶速度，T为液力缓速器 的输出扭矩。
S104，如果为减速后期控制状态，则根据驱动力-行驶阻力方程和液力缓速器的最 大制动功率得到液力缓速器的第二充液比。
在本发明的一个实施例中，液力缓速器的第二充液比γ₂^{^}≡1。
S105，如果为恒速阶段控制状态，则根据驱动力-行驶阻力方程和液力缓速器的当 前充液比和坡度值得到液力缓速器的第三充液比。
在本发明的一个实施例中，液力缓速器的第三充液比为：
γ 3 ^ = γ + - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 u . a l 2 · u a 2 , ]]>
γ为当前充液比，u_a1为第一车速，u_a2为第二车速，为车辆处于第一车速时对应的 第一加速度，为车辆处于第二车速时对应的第二加速度，为车辆的当前加速度，l₂为 预设值，u_a为车辆的目标恒速车速。其中，预设值可以常数，根据实际情况进行设置。
需要说明的是，本发明实施例可以通过车辆内置的观测器来完成，因此可以通过 设计观测器实现自动控制和快速充液比定位，下面以一个观测器设计的具体实施例对 本发明进一步阐述。
参照图2所示，驱动力行－驶阻力方程：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，
F_f＝mg·f
f＝7.6×10^-3+5.6×10^-5u_a，
F w = C D · A · u a 2 21.15 , ]]>
F_w为风阻；C_D为空气阻力系数；A为迎风面积；u_a为汽车行驶速度。图中，G为 车重；θ为坡度；F_f为滚动阻力。
即言，充液比的观测器设计：
stage1－最大散热功率制动，
W r = γ · T r · n 9549 ]]>
F_r1·R＝i₁·i₂·γ·T_r
n＝a₁·u_a，
得到
F r 1 = 9549 · W r · i 1 · i 2 a 1 · R · u a = l 1 u a ]]>
γ = 9549 W r a 1 · T r · u a , ]]>
其中，
l 1 = 9549 · W r · i 1 · i 2 R · a 1 , ]]>
其中，γ为当前充液比即原有充液比；n为转速；a₁为换算系数；R为车轮半径； T_r为满充液时的输出扭矩；W_r根据不同的车辆和不同工况而定，此处可以暂定为定值； i₁、i₂分别为变速箱和主减速器速比。
则stage1过程中，驱动力－行驶阻力方程的具体形式为：
m u . a = mg sin θ - ( c + ku a ) - bu a 2 - l 1 u a . ]]>
进一步地，stage2－最大制动功率制动：
F_r2·R＝i₁·i₂·γ·T_r，
此过程中，由于全程都为满充液状态，所以γ≡1。
T_r＝λ·ρ·n²·D⁵＝a₂n²，
式中，ρ为fluid density，此处可以取工作液为水与乙二醇混合溶液；λ为 performance factor；n为rotor speed；D为profile diameter。
F r 2 = a 1 2 · a 2 · i 1 · i 2 R · u a 2 = l 2 u a 2 . ]]>
其中，
l 2 = a 1 2 · a 2 · i 1 · i 2 R . ]]>
在stage2过程中，驱动力－行驶阻力方程的具体形式为：
m u . a = mg sin θ - ( c + ku a ) - bu a 2 - l 2 u a 2 . ]]>
进一步地，stage3－恒速制动控制。其中，stage3分为两种情况分析：
A.stage2的任意一处启动恒速控制，进入stage3。在stage3前后时刻t分别建立满 充液降速系统方程和目标部分充液恒速系统方程。
m u . a = mg sin θ - F f - F w - F r 2 , ]]>
0＝mgsinθ-F_f-F_w-γ^{^}·F_r2，
两个时间点之间，如果时间短，则认为坡度不发生变化，可得：
γ ^ = 1 + m u . a l 2 · u a 2 . ]]>
B.车辆已经在stage3工况下恒速，但路面的坡度发生了变化。在t时刻由原来的恒 速θ变为新的θ′，则坡度变化时刻t前后的动力学方程为：
m u . a = mg sin θ ′ - F f - F w - F r 2 · γ , ]]>
0＝mgsinθ′-F_f-F_w-F_r2·γ′，
其中，γ为原有充液比；γ′为需要在新坡度上维持恒速所需的充液比，最后得到：
γ ^ = γ + m u . a l 2 · u a 2 . ]]>
整理A和B两种情况，可由同一公式表达：
γ ^ = γ + m u . a l 2 · u a 2 . ]]>
其中，为当前车速加速度；u_a为目标恒速车速；γ最大为1。
在stage3过程中，驱动力－行驶阻力方程的具体形式为：
m u . a = mg sin θ - ( c + ku a ) - bu a 2 - l 2 u a 2 · γ ^ . ]]>
综上所述，充液比观测器在stage1-stage3的目标充液比为：
stage1: γ ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>u大于u_a1；
stage2：γ^{^}≡1，u_a1小于u大于u_a2；
stage3: γ ^ = γ + m u . a l 2 · u a 2 , ]]>u_a2小于u。
进一步地，质量估计方程由动力学方程可得：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，
F(u_a)＝F_f+F_w+F_r，
本实施例的程序可以默认设定，每次启动液力缓速器之后取两个时间点t₁和t₂， 分别对应速度u_a1和u_a2，建立两个方程：(时间间隔较小，默认在此时间间隔内，坡 度不发生变化)。
m u . a 1 = G x - F ( u a 1 ) ]]>
m u . a 2 = G x - F ( u a 2 ) ]]>
其中，与的数值可从传感器上得到；F(u_a1)与F(u_a2)可由函数关系得到。则 可得出：
m = - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 . ]]>
在单次液力缓速器持续运行时间的内，可多次短时间取两个时间点，进行质量m 的预测，来精确m得数值，消除时间间隔内对坡度不变的假设所带来的影响。
至此，液力缓速器观测器推导完毕：
stage1:(当前车速u)大于u_a1；
stage2：γ^{^}≡1，u_a1小于(当前车速u)大于u_a2；
stage3:u_a2小于(当前车速u)。
在本发明的实施例中，参照图4至图7所示，未带有观测器的整车系统需要较长 的时间才能将车速稳定下来，带有观测器的液力缓速器可以快速地将车速稳定下来， 并且车速与充液比不会出现因连续迭代而导致的波动现象，这对车辆行驶的稳定性与 阀体的寿命都是很有益的。
进一步地，在本发明的实施例中，参照图8和图9所示，即使质量观测出现问题， 仍然不影响车辆的恒速控制，并且仍然能恒定到驾驶员需要的恒速车速，观测器会自 动通过输出不同的气液比控制目标，来弥补质量观测带来的误差，进而调节整车的速 度。
根据本发明实施例提出的液力缓速器的充液比自动获取方法，在液力缓速器的不 同工况下，通过提取整车的参数自动输出当前液力缓速器应该处于的充液比，即获取 充液比的控制目标，实现自动控制和快速充液比定位，从而快速稳定车辆，保证车辆 行驶的稳定性，提高阀体的寿命，简单便捷。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的液力缓速器的充液比自动获取装置。 参照图10所示，该获取装置100包括：建立模块10、判断模块20和获取模块30。
其中，建立模块10用于建立驱动力-行驶阻力方程，其中，驱动力-行驶阻力方程 包括：驱动力、风阻、滚动阻力和液力缓速器的输出制动力。判断模块20用于判断液 力缓速器的工作状态，其中，工作状态包括减速初期控制状态、减速后期控制状态和 恒速阶段控制状态。当为减速初期控制状态时，获取模块30用于根据驱动力-行驶阻力 方程和液力缓速器的最大散热功率得到液力缓速器的第一充液比，并且当为减速后期 控制状态时，获取模块30用于根据驱动力-行驶阻力方程和液力缓速器的最大制动功率 得到液力缓速器的第二充液比，以及当为恒速阶段控制状态时，获取模块30用于根据 驱动力-行驶阻力方程和液力缓速器的当前充液比和坡度值得到液力缓速器的第三充液 比。本发明实施例的装置，在液力缓速器的不同工况下，通过提取整车的参数自动输 出当前液力缓速器应该处于的充液比，实现自动控制和快速充液比定位，保证车辆行 驶的稳定性，提高阀体的寿命，简单便捷。
在本发明的一个实施例中，参照图2所示，驱动力-行驶阻力方程的公式为：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，G_x为驱动力，F_w为风阻，F_f为滚动阻力，F_r为液力缓速器的输出制动力，不 同制动阶段，F_r具体的表现行形式不同。
进一步地，参照图3所示，车辆用液力缓速器的制动阶段的整个过程分为三段： stage1、stage2和stage3。其中，stage1(最大散热功率控制)对应减速初期控制状态： stage2(最大制动功率控制)对应减速后期控制状态： stage3(恒速控制)对应恒速阶段控制状态：需要说明的是，F_r1、F_r2和F_r3分别为stage1、stage2和stage3阶段下的液力缓速器的 输出制动力。
具体地，stage1：转子转速过高，此时液力缓速器可以产生的最大制动功率大于散 热功率，所以本阶段采用基于最大散热功率的控制策略：F_r1＝f₁(u_a,W_r)。stage2：转子 转速下降，此时液力缓速器能产生的最大制动功率小于散热功率，所以本阶段采用基 于最大制动功率的控制策略：F_r2＝f₂(u_a)。stage3：车辆到达目标车速，此时液力缓速 器采用恒速控制策略，通过调节充液比，可使液力缓速器转子在转速不变的条件下， 输出不同大小的制动扭矩，最终实现车辆在坡道恒速行驶的目的：F_r3＝f₃(u_a,γ)。
进一步地，在本发明的一个实施例中，液力缓速器的第一充液比为：
γ 1 ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>
其中，W_radiating为最大散热功率，a₁为换算系数，u_a为车辆行驶速度，T为液力缓速器 的输出扭矩。
进一步地，在本发明的一个实施例中，液力缓速器的第二充液比γ₂^{^}≡1。
进一步地，在本发明的一个实施例中，液力缓速器的第三充液比为：
γ 3 ^ = γ + - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 u . a l 2 · u a 2 , ]]>
γ为当前充液比，u_a1为第一车速，u_a2为第二车速，为车辆处于第一车速时对应的 第一加速度，为车辆处于第二车速时对应的第二加速度，为车辆的当前加速度，l₂为 预设值，u_a为车辆的目标恒速车速。其中，预设值可以常数，根据实际情况进行设置。
需要说明的是，本发明实施例可以通过车辆内置的观测器来完成，因此可以通过 设计观测器实现自动控制和快速充液比定位，下面以一个观测器设计的具体实施例对 本发明进一步阐述。
参照图2所示，驱动力行－驶阻力方程：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，
F_f＝mg·f
f＝7.6×10^-3+5.6×10^-5u_a，
F w = C D · A · u a 2 21.15 , ]]>
F_w为风阻；C_D为空气阻力系数；A为迎风面积；u_a为汽车行驶速度。图中，G为 车重；θ为坡度；F_f为滚动阻力。
即言，充液比的观测器设计：
stage1－最大散热功率制动，
W r = γ · T r · n 9549 ]]>
F_r1·R＝i₁·i₂·γ·T_r
n＝a₁·u_a，
得到
F r 1 = 9549 · W r · i 1 · i 2 a 1 · R · u a = l 1 u a ]]>
γ = 9549 W r a 1 · T r · u a , ]]>
其中，
l 1 = 9549 · W r · i 1 · i 2 R · a 1 , ]]>
其中；γ为当前充液比即原有充液比；n为转速；a₁为换算系数；R为车轮半径； T_r为满充液时的输出扭矩；W_r根据不同的车辆和不同工况而定，此处可以暂定为定值； i₁、i₂分别为变速箱和主减速器速比。
则stage1过程中，驱动力－行驶阻力方程的具体形式为：
m u . a = mg sin θ - ( c + ku a ) - bu a 2 - l 1 u a . ]]>
进一步地，stage2－最大制动功率制动：
F_r2·R＝i₁·i₂·γ·T_r，
此过程中，由于全程都为满充液状态，所以γ≡1。
T_r＝λ·ρ·n²·D⁵＝a₂n²，
式中，ρ为fluid density，此处可以取工作液为水与乙二醇混合溶液；λ为 performance factor；n为rotor speed；D为profile diameter。
F r 2 = a 1 2 · a 2 · i 1 · i 2 R · u a 2 = l 2 u a 2 , ]]>
其中，
l 2 = a 1 2 · a 2 · i 1 · i 2 R . ]]>
在stage2过程中，驱动力－行驶阻力方程的具体形式为：
m u . a = mg sin θ - ( c + ku a ) - bu a 2 - l 2 u a 2 . ]]>
进一步地，stage3－恒速制动控制。其中，stage3分为两种情况分析：
A.stage2的任意一处启动恒速控制，进入stage3。在stage3前后时刻t分别建立满 充液降速系统方程和目标部分充液恒速系统方程。
m u . a = mg sin θ - F f - F w - F r 2 , ]]>
0＝mgsinθ-F_f-F_w-γ^{^}·F_r2，
两个时间点之间，如果时间短，则认为坡度不发生变化，可得：
γ ^ = 1 + m u . a l 2 · u a 2 . ]]>
B.车辆已经在stage3工况下恒速，但路面的坡度发生了变化。在t时刻由原来的恒 速θ变为新的θ′，则坡度变化时刻t前后的动力学方程为：
m u . a = mg sin θ ′ - F f - F w - F r 2 · γ , ]]>
0＝mgsinθ′-F_f-F_w-F_r2·γ′，
其中，γ为原有充液比；γ′为需要在新坡度上维持恒速所需的充液比，最后得到：
γ ^ = γ + m u . a l 2 · u a 2 . ]]>
整理A和B两种情况，可由同一公式表达：
γ ^ = γ + m u . a l 2 · u a 2 . ]]>
其中，为当前车速加速度；u_a为目标恒速车速；γ最大为1。
在stage3过程中，驱动力－行驶阻力方程的具体形式为：
m u . a = mg sin θ - ( c + ku a ) - bu a 2 - l 2 u a 2 · γ ^ . ]]>
综上所述，充液比观测器在stage1-stage3的目标充液比为：
stage1: γ ^ = W radiating · 9549 a 1 · u a · T , ]]>u大于u_a1；
stage2：γ^{^}≡1，u_a1小于u大于u_a2；
stage3: γ ^ = γ + m u . a l 2 · u a 2 , ]]>u_a2小于u。
进一步地，质量估计方程由动力学方程可得：
m u . a = G x - F f - F w - F r , ]]>
其中，
F(u_a)＝F_f+F_w+F_r，
本实施例的程序可以默认设定，每次启动液力缓速器之后取两个时间点t₁和t₂， 分别对应速度u_a1和u_a2，建立两个方程：(时间间隔较小，默认在此时间间隔内，坡 度不发生变化)。
m u . a 1 = G x - F ( u a 1 ) , ]]>
m u . a 2 = G x - F ( u a 2 ) , ]]>
其中，与的数值可从传感器上得到；F(u_a1)与F(u_a2)可由函数关系得到。则 可得出：
m = - F ( u a 1 ) + F ( u a 2 ) u . a 1 + u . a 2 . ]]>
在单次液力缓速器持续运行时间的内，可多次短时间取两个时间点，进行质量m 的预测，来精确m得数值，消除时间间隔内对坡度不变的假设所带来的影响。
至此，液力缓速器观测器推导完毕：
stage1:(当前车速u)大于u_a1；
stage2：γ^{^}≡1，u_a1小于(当前车速u)大于u_a2；
stage3:u_a2小于(当前车速u)。
在本发明的实施例中，参照图4至图7所示，未带有观测器的整车系统需要较长 的时间才能将车速稳定下来，带有观测器的液力缓速器可以快速地将车速稳定下来， 并且车速与充液比不会出现因连续迭代而导致的波动现象，这对车辆行驶的稳定性与 阀体的寿命都是很有益的。
进一步地，在本发明的实施例中，参照图8和图9所示，即使质量观测出现问题， 仍然不影响车辆的恒速控制，并且仍然能恒定到驾驶员需要的恒速车速，观测器会自 动通过输出不同的气液比控制目标，来弥补质量观测带来的误差，进而调节整车的速 度。
根据本发明实施例提出的液力缓速器的充液比自动获取装置，在液力缓速器的不 同工况下，通过提取整车的参数自动输出当前液力缓速器应该处于的充液比，即获取 充液比的控制目标，实现自动控制和快速充液比定位，从而快速稳定车辆，保证车辆 行驶的稳定性，提高阀体的寿命，简单便捷。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括 一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段 或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或 讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能， 这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实 现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令 执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行 系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设 备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播 或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用 的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布 线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只 读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及 便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述 程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行 编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储 在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实 施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或 固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下 列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路 的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现 场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中， 该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各 个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既 可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以 软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读 取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包 含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定 指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况 下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。