随着道路交通事业的发展与运输时效性的提升,商用车向大马力、大吨位、重型化和专业化的方向转变。在过去20年间,商用车输出驱动功率的能力增加了一倍,而其输出制动功率的能力仅增加40%。2015年交通事故调查报告中显示,32%的事故是由车辆制动器失效导致的,单独使用行车制动器无法满足商用车辆的制动力需求。新国标《机动车运行安全技术条件》规定,超过12吨以上的卡车和危险品运输车将强制安装缓速器或其他辅助制动装置。液力缓速器是现今商用车最高效可靠的辅助制动装置,其可通过将车辆行驶动能转化为工作液内能的方式来调节行驶车速,有效地利用冷却系统的散热功率来满足车辆的制动功率需求。在非紧急制动工况下,液力缓速器可以代替行车制动器来输出制动力,大幅降低行车制动器的使用时间与频率,使其制动力可以保留下来用在紧急制动工况中,从而保证车辆行驶安全。水介质缓速器是一种新型的液力缓速器,当车辆需要制动转矩时,水介质冷却液通过控制阀进入到工作腔,输出制动转矩由下游压强控制阀调节。伴随制动转矩而生成的高温可以直接进入冷却系统的散热器中排出。结构上的优化使其可以充分利用车辆的散热功率来满足不断提升的制动力需求,进而保证车辆行驶安全。本文研究工作是结合一汽解放青岛汽车有限公司合作的项目“基于冷却液CFD分析的商用车缓速器开发关键技术”。针对目前商用车制动系统制动力不足,无法满足日益加剧的制动需求这一问题,以水介质缓速器为研究对象,开展工作腔流体分析与制动控制技术研究。重点研究基于CFD的水介质缓速器工作腔转矩产生原理、基于制动力需求的水介质缓速器控制策略和整车制动系统联合优化控制,明确模型优化与制动控制参数。主要研究内容如下:1.研究水介质缓速器工作腔内流体流动特性,对流体循环流动特性进行受力分析,分析工作液在工作腔内产生制动转矩的机理,通过流体力学分析,量化转矩值关键影响因素,为研究水介质缓速器输出制动转矩控制奠定理论基础,指出模型优化的方向;对水介质缓速器工作特性进行CFD计算流体力学分析,探究并验证影响转矩大小的主要因素,利用仿真分析与实验验证相结合的方式指出可以准确计算出水介质缓速器输出特性的湍流模型与仿真方法;2.推导水介质缓速器输出制动转矩与下游流体压强的关系函数,建立工作腔充液率控制理论基础,并进行实验验证。对车辆制动系统进行建模,研究车辆传动系统与制动模块。分析基于水介质缓速器的辅助制动系统的控制策略与控制逻辑,从动力学与热力学的角度设计充液率观测器,以此用来计算车辆在复杂工况下行驶时,水介质缓速器允许输出的制动功率与相应制动转矩,实现在保证车辆散热系统安全的前提下,完成整车的制动需求。对车辆使用水介质缓速器进行降速与恒速控制的全程进行分段,具体分析不同阶段时车辆制动系统的控制策略,并设计水介质缓速器转矩控制模块,推导控制方程具体形式。为了实现恒速过程中的控制策略,提出两种恒速控制策略优化方法。并且给出一种在降速过程中可以应用的车辆质量辨识模型,使搭配此质量辨识模块的水介质缓速器控制器可以控制车辆使之准确的完成恒速控制目标;3.在MATLAB/Simulink平台下搭建三种控制模型,三种模型均为车辆行驶动力学模型与辅助制动系统模型的结合。在第一种模型中,辅助制动系统只包括带有观测器的水介质缓速器模型,此种模型为基础模型;第二种模型中,辅助制动系统包括带有质量辨识算法的水介质缓速器制动和发动机制动模型,其是在基础模型中增加了质量辨识算法与发动机制动模块;第三种模型中,辅助制动系统包括带有Stateflow控制算法的行车制动器模型、水介质缓速器制动和发动机制动,其是在基础模型中增加了Stateflow控制算法与发动机制动模块。对三种控制模型制动过程中整车特性参数进行对比分析,重点研究在水介质缓速器起作用的过程中,车辆的动力学以及热力学特性。并且对第一种基础模型进行相关台架实验,利用实验数据来验证基础仿真模型中观测器算法、车辆动力学和热力学模型的准确性。