汽車ABS制動液中氣液兩相流壓力波特性的研究

PAGEPAGEIX汽車ABS制動液中氣液兩相流壓力波特性的研究摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，汽車也漸漸成為人們出行的主要代步工具，但是隨之產(chǎn)生的交通事故也不斷增加。人們對車輛的安全性能越來越重視，最主要體現(xiàn)在車輛的安全配置ABS(即：Anti-lockBrakingSystem，防抱死制動系統(tǒng))上。汽車ABS幾乎是每輛汽車的必備配置。而ABS中制動液的質(zhì)量問題關(guān)系到汽車制動的效率問題。在某些情況下ABS制動液容易產(chǎn)生氣液兩相流現(xiàn)象，影響制動液壓力波的傳播特性，進而影響汽車制動系統(tǒng)的安全性能。本文主要對汽車ABS制動液中的氣液兩相流壓力波特性進行了研究與分析。(1)制動液中產(chǎn)生氣泡的幾個主要原因：環(huán)境溫度，制動過程產(chǎn)生熱量，制動液吸水，制動液溶入空氣，波生氣泡等。制動液中產(chǎn)生氣液兩相流導(dǎo)致的后果是：使制動液壓力波出現(xiàn)延遲和衰減現(xiàn)象，從而導(dǎo)致汽車剎車力不足，制動延緩。(2)本實驗在一臺桑塔納3000型ABS實驗臺架上進行，分別采集不同剎車盤轉(zhuǎn)速、制動管路長度和制動時間下制動壓力數(shù)據(jù)。并加裝了可視化裝置，對不同剎車盤轉(zhuǎn)速下制動管路內(nèi)的氣泡形態(tài)進行了驗證。(3)利用互相關(guān)原理，對剎車盤轉(zhuǎn)速分別為300r/min、400r/min和500r/min時的制動壓力數(shù)據(jù)進行波速計算，得到不同條件下的壓力波波速：未排氣時的制動液壓力波波速在72.2m/s~162.5m/s，經(jīng)過排氣后的制動壓力波波速在755.8m/s~1181.8m/s。剎車盤轉(zhuǎn)速越快，制動液壓力波波速也越快?？梢暬芯勘砻鳎簞x車盤轉(zhuǎn)速越快，制動管路內(nèi)直徑為幾十微米的較大尺寸氣泡越來越少，對制動壓力波的影響也越小，因而制動壓力波波速更快。(4)利用希爾伯特-黃原理，對不同剎車盤轉(zhuǎn)速、制動管路長度、制動時間下的數(shù)據(jù)進行去噪處理，利用其特征向量imf分量和能量譜分析制動壓力衰減度。研究得出：相同工況下，剎車盤轉(zhuǎn)速越小，制動管路長度越長，制動時間越長，制動壓力信號的分量波動就越明顯，能量在低頻段能量點稀疏，能量損耗也較大，制動液壓力波的衰減程度也明顯。關(guān)鍵詞：防抱死制動系統(tǒng)；氣液兩相流；壓力波特性；HHT；互相關(guān)原理分類號：U461.3ResearchonCharacteristicofPressureWaveofGas-liquidTwo-PhaseFlowinAutomobileABSBrakeFluidAbstract:Withthedevelopmentofsocial,carshavegraduallybecomethemainmeansoftransport,whichiseasytoincreasetrafficaccidents.Nowadays,peoplepaymoreattentiontotheperformanceofthevehicle'ssafety,especiallytothesafetyofthevehicleconfigurationABS(Anti-lockBrakingSystem).AutomobileABSisanessentialconfigurationofalmosteverycar.AndthequalityoftheABSbrakefluidisinrelationshiptotheautomobilebrakingefficiency.InsomecasestheABSbrakefluidiseasytoproducegas-liquidtwophaseflowphenomenon,whichwillinfluencethepropagationcharacteristicsofthepressurewave,thuswillaffectautomobilebrakesystemsecurity.Thisarticlemainlyresearchesandanalysesthecharacteristicofpressurewaveofgas-liquidtwophaseflowinAutomobileABSbrakefluid.(1)Therearemanycausestomakethebrakefluidproducebubbles,includingthetemperatureofenvironmental,brakingprocesstogenerateheat,absorbent,dissolvedair,wavebornbubblesandsoon.Theconsequencesofgas-liquidtwophaseflowinbrakefluidare:thebrakefluidpressurewavesdelaysandattenuationphenomenon,thusleadingtoalackofautomotivebrakeforceanddelay.Thenusethevisualizationdevicetocarryoutverificationaboutbubblesformonbakediscatdifferentspeedinbrakelines.(2)Theexperimentonasantana3000typeABSexperimentalbench,collectthebrakepressuredataunderdifferentbrakediskrotationalspeed,brakepipelengthandbrakingtime.Researchandanalysisthebrakefluidgasliquidtwophaseflowphenomenonontheimpactofbrakepressure,underdifferentworkingconditions.(3)Usingtheprincipleofcross-correlationtocalculatethevelocityofbrakepressuredatafromdifferentbrakediscrotatingspeedof300r/min,400r/minand500r/min.Beforebrakefluidexhausts,thepressurewavevelocityisbetween72.2m/s~162.5m/s.Afterbrakefluidexhausts,thepressurewavevelocityisbetween755.8m/s~1181.8m/s.Andunderthesamecondition,thefasterthebrakediscruns,thelessbubbleproduces,andthewavevelocityofthebrakefluidpressurewaveisfastertoo.Visualization(4)TheHHTprincipleisusedtodealwiththenoiseofdata,whichaquiredfromtheconditionsofdifferentrotatingspeedofbrakedisc,differentbrakepipelengthanddifferentbrakingtime.Thenusetheimfcomponentofcharacteristicvectorandenergyspectrumtoanalysisthebrakepressureattenuationdegree.Studyconcludedthatunderthesameconditions,theslowerthespeedofbrakediscis,thelongerthelengthofthebrakelinesare,thelongerthebrakingtimeis,themoreairbubblesithasinthebrakefluid,themoreobviousthefluctuationsofimfcomponentsofthebrakingpressuresignalandenergypointssparseinthelowfrequency,theenergylossislarge,thedegreeofattenuationofthebrakefluidpressurewavesisalsoevident.Keywords:anti-lockbrakingsystem;gas-liquidtwo-phaseflow;characteristicofpressurewave;HHT;cross-correlationprincipleClassification：U461.3目次摘要 I目次 IV圖清單 VI表清單 IX1緒論 11.1引言 11.2ABS系統(tǒng)概述 21.3氣液兩相流壓力波研究現(xiàn)狀 51.3.1氣液兩相流壓力波的生成 51.3.2國內(nèi)外氣液兩相流壓力波的研究 61.4汽車ABS制動液中壓力波對制動性能的影響 71.5本文研究目的和主要研究內(nèi)容 92制動液中氣泡生成的理論研究 112.1制動期間產(chǎn)生摩擦熱 122.2環(huán)境溫度的影響 132.3吸水性 132.4溶解空氣 132.4.1溶入式空氣溶解 132.4.2混入式空氣溶解 142.5波生氣泡 152.6本章小結(jié) 163實驗設(shè)計與研究方法 183.1實驗平臺的搭建 183.1.1實驗裝置加工安裝 183.1.2測量采集系統(tǒng)設(shè)計 193.1.3采集數(shù)據(jù)與實車對比 233.2研究方法 253.2.1HHT變換原理 253.2.2互相關(guān)原理 273.3本章小結(jié) 314ABS制動液壓力波波速的研究 324.1未排氣時制動壓力波速研究 324.1.1轉(zhuǎn)速300r/min時壓力波波速研究 324.1.2轉(zhuǎn)速400r/min和500r/min時壓力波波速研究 334.2排氣后制動壓力波速研究 364.2.1轉(zhuǎn)速300r/min時壓力波波速研究 364.2.2轉(zhuǎn)速400r/min和500r/min時壓力波波速研究 384.3未排氣與排氣后的制動壓力波對比 414.4可視化分析 444.5本章小結(jié) 465ABS制動液壓力波衰減特性的研究 485.1不同轉(zhuǎn)速下制動壓力衰減的研究 485.1.1轉(zhuǎn)速300r/min時制動壓力衰減率的研究 485.1.2轉(zhuǎn)速400r/min和500r/min時制動壓力衰減率的研究 495.2不同制動管路長度對制動衰減率的研究 525.3不同制動時間對制動壓力衰減特性的研究 605.4不同工況下制動壓力信號能量比的研究 655.4本章小結(jié) 666總結(jié)與展望 686.1總結(jié) 686.2展望 69參考文獻(xiàn) 70

圖清單TOC\h\z\c"圖1."圖1.1我國歷年汽車保有量 1圖1.2我國歷年汽車產(chǎn)量 1圖1.3ABS制動效果圖 2圖1.4ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 3圖1.5壓力調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖 4TOC\h\z\c"圖2."圖2.1波生氣泡產(chǎn)生過程 15TOC\h\z\c"圖3."圖3.1ABS實驗臺架 18圖3.2實驗用電機 19圖3.3實驗用真空泵 19圖3.4PA-25TAB型傳感器 19圖3.5PA-23SY型傳感器 19圖3.6實物連接示意圖 20圖3.7壓力采集模塊 22圖3.8穩(wěn)壓電源實物圖 22圖3.9壓力采集模塊實物連接圖 22圖3.10實驗裝置實物圖 23圖3.11實時壓力波數(shù)據(jù)采集 23圖3.12制動壓力實時采集數(shù)據(jù) 24圖3.13兩相流介質(zhì)柱塞截面 28TOC\h\z\c"圖4."圖4.1轉(zhuǎn)速300r/min，不同制動長度時制動壓力 32圖4.21號到2號傳感器互相關(guān)曲線 33圖4.32號到3號傳感器互相關(guān)曲線 33圖4.4轉(zhuǎn)速400r/min，不同制動長度時制動壓力 34圖4.5轉(zhuǎn)速500r/min，不同制動長度時制動壓力 34圖4.6轉(zhuǎn)速為400r/min時相鄰傳感器的互相關(guān)曲線 35圖4.7轉(zhuǎn)速為500r/min時相鄰傳感器的互相關(guān)曲線 36圖4.8剎車盤轉(zhuǎn)速為300r/min時制動液壓力 37圖4.9去噪后剎車盤轉(zhuǎn)速300r/min時制動液壓力 37圖4.101號和2號傳感器采集壓力的互相關(guān)曲線 38圖4.112號和3號傳感器采集壓力的互相關(guān)曲線 38圖4.12轉(zhuǎn)速為400r/min時制動壓力 39圖4.13去噪后轉(zhuǎn)速為400r/min時制動壓力 39圖4.14轉(zhuǎn)速為500r/min時制動壓力 39圖4.15去噪后轉(zhuǎn)速為500r/min時制動壓力 39圖4.16轉(zhuǎn)速為400r/min時相鄰傳感器的互相關(guān)曲線 40圖4.17轉(zhuǎn)速為500r/min時相鄰傳感器的互相關(guān)曲線 40圖4.18未排氣轉(zhuǎn)速為300r/min時制動壓力 43圖4.19排氣后轉(zhuǎn)速為300r/min時制動壓力 43圖4.20可視化裝置示意圖 44圖4.21透明石英玻璃管裝置 44圖4.22300r/min時透明管內(nèi)制動液 45圖4.23400r/min時透明管內(nèi)制動液 45圖4.24500r/min時透明管內(nèi)制動液 45TOC\h\z\c"圖5."圖5.1轉(zhuǎn)速300r/min時的HHT變換圖 49圖5.2轉(zhuǎn)速400r/min時的HHT變換圖 50圖5.3轉(zhuǎn)速500r/min時的HHT變換圖 51圖5.4剎車盤轉(zhuǎn)速為300r/min時制動液壓力 52圖5.5去噪后剎車盤轉(zhuǎn)速300r/min時制動液壓力 52圖5.6剎車盤轉(zhuǎn)速為400r/min時制動液壓力 53圖5.7去噪后剎車盤轉(zhuǎn)速為400r/min時制動液壓力 53圖5.8剎車盤轉(zhuǎn)速為500r/min時制動液壓力 54圖5.9去噪后剎車盤轉(zhuǎn)速為500r/min時制動液壓力 54圖5.10轉(zhuǎn)速為300r/min，不同制動管路下壓力信號imf分量圖 55圖5.11轉(zhuǎn)速為400r/min，不同制動管路下壓力信號imf分量圖 56圖5.12轉(zhuǎn)速為500r/min，不同制動管路下壓力信號imf分量圖 57圖5.13轉(zhuǎn)速為300r/min，不同制動管路下壓力信號能量圖 58圖5.14轉(zhuǎn)速為400r/min，不同制動管路下壓力信號能量圖 59圖5.15轉(zhuǎn)速為500r/min，不同制動管路下壓力信號能量圖 60圖5.16轉(zhuǎn)速為300r/min，不同制動時間下的制動壓力 61圖5.17去噪后轉(zhuǎn)速為300r/min，不同制動時間下的制動壓力 61圖5.18轉(zhuǎn)速為400r/min，不同制動時間下的制動壓力 62圖5.19去噪后轉(zhuǎn)速為400r/min，不同制動時間下的制動壓力 62圖5.20轉(zhuǎn)速為500r/min，不同制動時間下的制動壓力 63圖5.21去噪后轉(zhuǎn)速為500r/min，不同制動時間下的制動壓力 63圖5.22t=1min時的imf分量圖 64圖5.23t=1min時能量圖 64圖5.24t=3min時的imf分量圖 64圖5.25t=3min時能量圖 64圖5.26t=5min時的imf分量圖 64圖5.27t=5min時能量圖 64

表清單TOC\h\z\c"表2."表2.1制動液最高溫度 12TOC\h\z\c"表3."表3.1KELLER傳感器參數(shù) 21表3.2主要儀器和設(shè)備 22TOC\h\z\c"表4."表4.1不同剎車盤轉(zhuǎn)速下傳感器采集的制動液壓力平均值 41表4.2不同剎車盤轉(zhuǎn)速下制動液的壓力波平均波速 42表4.3不同剎車盤轉(zhuǎn)速下傳感器采集的制動液壓力平均值 42表4.4不同剎車盤轉(zhuǎn)速下制動液的壓力波平均波速 43TOC\h\z\c"表5."表5.1不同工況下，制動壓力信號imf分量的能量比值 62PAGE761緒論1.1引言社會經(jīng)濟在不斷地快速發(fā)展，帶動了汽車行業(yè)的高速發(fā)展。從日益擁堵的道路交通中，可以直觀的感受到，越來越多的人們出行都選擇了開車或者乘公交。這幾年里，我國的汽車保有量正在源源不斷的增加中。根據(jù)交通管理部門統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，2013年國內(nèi)汽車保有量為1.37億輛左右，而2014年我國的汽車保有量增加了1707萬輛，數(shù)量將近1.54億輛[1]。根據(jù)工信部發(fā)布的消息，我國的汽車產(chǎn)量也是迅猛增長，從2000年的207萬輛飆升到2014年底的2372萬輛，而且與2013年相比，同比增長了7.3%[2]。近十幾年來，我國汽車的保有量和汽車產(chǎn)量條狀圖如圖1.1和圖1.2所示，然而我國汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，也帶來了許多不得不面對的問題，如能源緊缺、道路安全、環(huán)境污染等。其中，道路安全問題得到了越來越多人的關(guān)注。我國是交通事故多發(fā)的國家，每年因交通事故死亡的人數(shù)超10萬人，已經(jīng)連續(xù)十幾年居世界首位[3]。經(jīng)濟的損失，家庭的破碎，使得社會不得不重視車輛的安全性能。圖1.SEQ圖1.\*ARABIC1我國歷年汽車保有量圖1.SEQ圖1.\*ARABIC2我國歷年汽車產(chǎn)量汽車防抱死系統(tǒng)(Anti-lockBrakingSystem，ABS)是汽車的主動安全性能的關(guān)鍵，在汽車進行緊急制動時起到了關(guān)鍵性的作用。汽車在制動時，ABS可以在一秒鐘內(nèi)制動5次，類似于機械的“點剎”，這樣能夠避免車輪鎖死所引發(fā)的車輛側(cè)滑等危險現(xiàn)象，從而可以有效地減少交通事故的發(fā)生。汽車ABS的主要作用是避免汽車在制動時車輪抱死，并且有效地縮短制動距離，而且在制動過程中還能保持汽車的轉(zhuǎn)向功能，大大提高了制動時的操控性。在2004年，ABS防抱死系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用還不是很廣泛，其中，美國有一項交通事故調(diào)查報告，對近20萬件事故進行了分析調(diào)查，其中有10％~15％的交通事故是由于車輛操作失控或著發(fā)生車輪側(cè)滑而造成的。值得注意的是，在安裝了汽車ABS之后，這樣的危險事故就降低了27％，車與人之間的安全得到了提升。根據(jù)歐洲國家的數(shù)據(jù)收集，對裝了ABS系統(tǒng)的車輛事故進行了統(tǒng)計分析得知：輕型載貨車發(fā)生的交通事故率減少了8％左右，重型載貨車事故率減少了10％左右，而公共汽車則減少了4％左右。對裝有ABS系統(tǒng)的客車的統(tǒng)計數(shù)據(jù)報告進行分析：裝有ABS的汽車即使是在潮濕的路面上也可以使制動距離縮短25cm左右，而且在濕漉的柏油路上也可以使制動距離縮短50％以上[4]?，F(xiàn)在，汽車ABS制動系統(tǒng)幾乎已成為每輛汽車的標(biāo)準(zhǔn)安全配置，是汽車操控系統(tǒng)的重要組成部分。而制動液作為ABS制動系統(tǒng)中傳遞力和能量的介質(zhì)，其重要性也是不言而喻的。本文主要對ABS制動液中氣液兩相流壓力波波速和衰減度進行了研究分析。1.2ABS系統(tǒng)概述汽車ABS系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車上必備的主動安全系統(tǒng)之一，也幾乎是每輛汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置[5]。當(dāng)汽車遇到緊急情況時，駕駛員一般都會用力踩下制動踏板進行緊急制動，此時ABS就會起制動作用。對安裝了ABS和沒有安裝ABS的汽車在進行緊急制動后的行駛狀況進行對比，ABS制動效果圖如圖1.3所示。圖1.SEQ圖1.\*ARABIC3ABS制動效果圖可以看出，裝有ABS的汽車在緊急制動后能保持良好的轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性，能夠很好的繞過前方的障礙物，而且依舊保持良好的轉(zhuǎn)向功能；而未裝有ABS的汽車在制動時由于車輪被鎖住，會去了轉(zhuǎn)向功能，從而使行駛中的汽車不能及時繞過障礙物，并引發(fā)一系列交通事故[6-7]。無論是液壓制動系統(tǒng)還是氣壓制動系統(tǒng)，汽車ABS系統(tǒng)主要包括：制動主缸，液壓調(diào)節(jié)器，電控ECU單元，制動輪缸，車輪傳感器等。ABS結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.4所示。該系統(tǒng)的工作過程就是通過車輪傳感器測量車輪轉(zhuǎn)速信號，然后把信號傳遞給電子控制單元（ECU）計算判斷車輪的最佳制動效果，通過液壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)制動壓力，進行增壓、保壓和減壓過程，使車輪保持最佳制動力。汽車ABS的作用主要是防止汽車在緊急剎車時，出現(xiàn)車輪抱死無法轉(zhuǎn)向的現(xiàn)象，從而達(dá)到能縮短制動距離和維持汽車穩(wěn)定性的目的。圖1.SEQ圖1.\*ARABIC4ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖壓力調(diào)節(jié)器也稱制動壓力調(diào)節(jié)裝置，是ABS的執(zhí)行器件，主要由電磁閥、儲能器、回油泵和電動機等部件組成，如圖1.5所示的就是壓力調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖。汽車ABS在工作過程中，把車輪傳感器采集到的輪速信號，傳遞給ABS電控單元，ABS-ECU通過分析判斷接受的信號，然后把控制指令發(fā)送到壓力調(diào)節(jié)器對制動輪缸進行制動壓力實時調(diào)節(jié)。圖1.SEQ圖1.\*ARABIC5壓力調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖a.常規(guī)制動控制過程。根據(jù)ABS-ECU控制，線圈不工作，兩鐵芯間沒有引力作用，柱塞堵塞電動機和液壓泵的制動管路，而制動主缸和輪缸間通過制動管路連通。此時的ABS不起制動作用，制動輪缸的壓力由制動主缸的輸出壓力決定[8-10]。b.保壓過程。當(dāng)制動壓力增大時，為了保持車輪制動力，ABS-ECU通過車輪傳感器反饋回來的信息，控制電磁線圈，輸入較小的電流，兩鐵芯會產(chǎn)生引力，從而使柱塞位置上移，所有的管路通道都會被堵塞，從而保持制動輪缸內(nèi)的制動壓力恒定[8-10]。c.減壓過程。當(dāng)制動壓力繼續(xù)增大時，車輪傳感器會通知ABS-ECU，車輪即將抱死，需要給制動壓力進行減壓操作，即給電磁線圈輸入較大的電流，使柱塞位置繼續(xù)上移，堵塞制動主缸與輪缸間的通路，使制動輪缸與儲液器間通過制動管路連通，并流入制動儲液器中，從而降低了輪缸內(nèi)的制動壓力[8-10]。d.增壓過程。隨著制動壓力的下降，為了增加制動力，ABS-ECU控制電磁線圈斷電，從而使柱塞位置又恢復(fù)到原始位置。電動機和液壓泵管路堵塞，制動主缸和輪缸間制動管路又連通，從而又增加輪缸制動壓力[8-10]。液壓ABS制動系統(tǒng)中，制動液是傳遞力和能量的主要介質(zhì)，而汽車ABS制動液中是一種氣液兩相流的混合液體，但是國內(nèi)外對氣液兩相流壓力波特性的研究較少，對于汽車ABS制動液中氣液兩相流壓力波特性的研究更是少之又少。本文主要對制動液中氣液兩相流壓力波特性展開研究。1.3氣液兩相流壓力波研究現(xiàn)狀1.3.1氣液兩相流壓力波的生成氣液兩相流是氣體和液體兩種介質(zhì)的混合物，廣泛存在并應(yīng)用于自然界和工業(yè)用途中，如制冷、化工、電力、石油等。氣液兩相流的流動過程非常復(fù)雜，氣相和液相界面之間在不斷的變化，而且各相與管壁之間存在著動量和能量的交換[11]。因此，在20世紀(jì)末，兩相流動力學(xué)逐漸發(fā)展起來并形成了一個新的學(xué)科分支。氣液兩相流中存在著許多重要的參數(shù)：流型、流量、速度、溫度、衰減度、含氣率、壓力、壓強等[12]。氣液兩相流是一種典型的兩相介質(zhì)流動混合流體，以三維粘性的形式進行流動，對氣液兩相流流動情況建立了數(shù)學(xué)建模，主要有以下幾種數(shù)學(xué)模型：分相流模型、均相流模型、雙流體模型和漂移流模型。目前，國內(nèi)外的學(xué)者們對于氣液兩相流的研究有好多方面：勞力云等運用了幾種常用的信號處理方法來實現(xiàn)對氣液兩相流中幾種參數(shù)的測量和檢測[13]。白博峰等人運用小波變化和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流型識別方法，從波動參數(shù)的選擇，特征提取和特征分析，在線流型識別的方法和特點等方面對氣液兩相流進行了分析。重點研究了氣液兩相流波動參數(shù)的變化和非線性特征分析及流型識別間的關(guān)系[14]。劉燕等人也運用了壓力波動信號來分析氣液兩相流的流型狀況，重點分析了氣液兩相流的波動特性產(chǎn)生機理，波動特性參數(shù)，流型識別的幾種方法，流型圖和流型轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則等。對今后在流型識別的研究領(lǐng)域提出了較多的新研究方法[15]。何勇靈等在噴油泵實驗臺架上，通過對高壓油管內(nèi)的氣液兩相流壓力波音速的測定，分析了油管與噴油嘴間的音速的變化規(guī)律與原因，得出油管內(nèi)音速的不同是由于管路內(nèi)的氣泡含量不一造成的。從而得知柴油供油系統(tǒng)中氣泡的存在會影響氣液兩相流壓力波波速的傳遞[16]。李娟等通過采集柴油機噴油泵高壓油管內(nèi)的壓力波數(shù)據(jù)，然后對其壓差信號進行希爾伯特黃(簡稱HHT，即：Hilbert-HuangTransform)變換處理，并運用HHT原理和Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對其能量比進行計算分析，運用能量比參數(shù)分析高壓油管內(nèi)氣液兩相流流動狀態(tài)[17]。張愛華等采用壓差波動信號的概率密度分布和頻譜分布圖來進行流型識別，對壓差波動信號的產(chǎn)生機理，以及壓差信號的特征提取和分析進行了詳細(xì)闡述，對流型識別方法和特點進行了歸納總結(jié)[18]。氣液兩相流內(nèi)壓力波是由于流體在某一區(qū)域內(nèi)發(fā)生的微小擾動傳遞到其它區(qū)域的波動傳播而形成的。氣液兩相流中由于氣液兩相介質(zhì)的相互混合，從而加大了液體的可壓縮性，又由于氣液兩相流中氣相與液相特性的差異（密度、粘度），相界面之間的運動以及氣泡與液體之間的相互交換作用等原因，再加上壓力波的波動現(xiàn)象，造成了壓力波的嚴(yán)重衰減和波速的大幅度降低。氣液兩相流中壓力波的存在加快了流體的流動性能，增加了界面間的能量和動量的傳遞，使得兩相流的傳熱、傳質(zhì)及阻力特性發(fā)生很大變化。1.3.2國內(nèi)外氣液兩相流壓力波的研究氣液兩相流壓力波的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，以下是各領(lǐng)域的專家學(xué)者們對氣液兩相流壓力波特性的研究與應(yīng)用情況：周云龍等在水-空氣兩相流實驗系統(tǒng)上進行氣液兩相流壓差信號分析，在該系統(tǒng)中使用電磁流量計，傳感器，信號采集模塊，電源等器件，對采集的電導(dǎo)波動信號進行IMF(IntrinsicModeFunction，即：固有模態(tài)函數(shù))和EMD(EmpiricalModeDecomposition，即：經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?分解，然后采用RBF(RadialBasisFunction，即：徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流型識別方法對氣液兩相流流動狀態(tài)進行研究分析，為以后的流型識別奠定了基礎(chǔ)[19]。丁問司對汽車ABS制動管路內(nèi)的氣液兩相流壓力傳播特性進行了建模研究，建立了不同參數(shù)的制動系統(tǒng)傳遞函數(shù)，分析不同工況下的制動壓力傳遞方式[20]。鞠武等運用油氣兩相流壓差波動信號分析法，計算液塞速度，提出了一種測量和計算段塞流特征參數(shù)的方法，并總結(jié)了影響段塞流速度的主要因素，為石油采礦業(yè)的發(fā)展提供了理論和技術(shù)支持[21]。盛明偉等把航天空間軌道潤滑問題結(jié)合霧化噴嘴氣液兩相流壓差模型，運用流體力學(xué)CFD軟件，分析了噴嘴處的流體流動分布和壓力傳遞問題，成功解決了航天器在空間軌道的潤滑失效問題[22]。王勇等在柴油機高壓噴油嘴進行霧化分析，建立氣液兩相流VOF模型，在啟噴霧化階段，對噴嘴內(nèi)的速度場，壓力場和粘度場等進行模擬仿真計算，考查管內(nèi)氣液兩相流產(chǎn)生機理和霧化結(jié)構(gòu)對氣液兩相流流動狀況的影響等[23]?？芍?，氣液兩相流壓力波信號分析在我國的汽車、航空、柴油機等領(lǐng)域都有涉及與研究。而且在這些領(lǐng)域，相互之間緊密關(guān)聯(lián)又存在差異，對氣液兩相流壓力波的研究發(fā)展提供了理論研究與實際應(yīng)用，對氣液兩相流壓力波的研究是至關(guān)重要的。目前國內(nèi)的有關(guān)學(xué)者對氣液兩相流壓力波特性的研究主要有以下幾個方面：何勇靈等利用Wigner-Ville分布算法對柴油機噴油系統(tǒng)中氣液兩相流現(xiàn)象進行了研究分析，重點研究了其高壓油管內(nèi)壓力波的時頻特性，研究表明氣液兩相流下壓力波在時間和頻率范圍內(nèi)的能量密度，反映了這種非穩(wěn)態(tài)信號頻率隨時間變化的關(guān)系[24]。周云龍等運用了數(shù)字信號的處理方法，采集了系統(tǒng)中的水平管空氣-水形成的氣液兩相流的數(shù)據(jù)進行采集，并進行了壓差波動信號的處理分析，進一步提取了PDF（即：概率密度函數(shù)分布）特征向量，發(fā)現(xiàn)了概率密度分布的偏態(tài)系數(shù)、峰態(tài)系數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，形象客觀地分析了空氣-水兩相流的流動狀態(tài)[25]。Lahey等通過建立了兩相流模型，推導(dǎo)了壓力波特性參數(shù)方程，對壓力波的傳播速度和衰減程度進行了研究分析[26]。壓力波動過程比較復(fù)雜，所以對其物理現(xiàn)象進行比較微觀系統(tǒng)的分析是相當(dāng)困難的，但是該過程還是滿足并采用質(zhì)量守恒、能量守恒和動量守恒的方程式來表示。何勇靈等在柴油機噴油系統(tǒng)高壓油路中氣液兩相流的條件下，測定了音速（即壓力波傳播速度），并研究了音速的變化規(guī)律，分析了音速值變化的原因。并指出了高壓油管中氣泡含量和氣泡大小分布不均的原因?qū)е铝烁鞫蔚囊羲俨煌琜27]。安驥等通過把壓力傳感器安裝在管路兩側(cè)的測量方法，計算壓力波通過不同傳感器的時間差計算壓力波的波速，然后對液壓系統(tǒng)中的波速進行計算分析，結(jié)果表明，壓力波的波速變化是不確定的[28]。綜上所述，國內(nèi)外對氣液兩相流壓力波的研究已經(jīng)開始慢慢重視了，而且涉及的領(lǐng)域范圍廣泛，涉及部分重要且關(guān)鍵。1.4汽車ABS制動液中壓力波對制動性能的影響 國內(nèi)外研究者主要趨向于運用各種不同的算法研究氣液兩相流對壓力波特性的影響，幾乎沒有研究者從制動液中氣液兩相流中壓力波這個方面來進行研究ABS的制動性能。當(dāng)汽車ABS制動液中產(chǎn)生兩相流時，會對制動壓力波特性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。汽車ABS制動系統(tǒng)對于汽車的行駛安全的重要性是不容小視的，相關(guān)方面研究的許多學(xué)者也是在不斷的研究和提升汽車制動系統(tǒng)的性能，主要研究如下：郭孔輝等對ABS制動系統(tǒng)的壓力波特性進行了分析、研究和建模，對液壓比例調(diào)節(jié)器的常閉電磁閥進行優(yōu)化，使其對壓力的調(diào)節(jié)更加精確；同時對液壓調(diào)節(jié)器的增壓-保壓-減壓過程中，輪缸的制動壓力隨著車輪附著系數(shù)的變化進行了研究，通過不同的ABS邏輯辨識加以控制；并優(yōu)化了比例調(diào)節(jié)器內(nèi)電磁閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了比例調(diào)節(jié)器的響應(yīng)能力，對滯后時間采取響應(yīng)的補償措施[29]。王會義等運用軟硬件結(jié)合的方法，對ABS電磁閥的響應(yīng)性能進行仿真測試[30]。丁能根等采用了邏輯門限控制方法，對液壓比例調(diào)節(jié)器進行精細(xì)調(diào)控。通過對比例調(diào)節(jié)器在增壓-保壓-減壓的時間進行控制和相互切換，來控制調(diào)節(jié)輪缸壓力，使用這種方法來調(diào)控輪缸的制動壓力增加和減少的時間[31]。冷雪等從控制算法方面對汽車ABS的制動性能進行改善，通過建立仿真模型，對比Bang-Bang算法，PID控制算法和邏輯門限值這三種算法的區(qū)別，提出最優(yōu)制動性能的控制算法[32]。于良耀等對ABS的整車，包括制動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，建立了仿真模型，通過對采集的實驗數(shù)據(jù)進行分析，與仿真結(jié)果進行對比，研究制動系統(tǒng)中的一些重要參數(shù)：滯后時間、制動壓力波動特性、增壓-保壓-減壓能力等[33]。目前，有關(guān)學(xué)者對氣液兩相流流體中壓力波特性的研究如下：鄧紅星等自主研發(fā)設(shè)計了一套制動效果與實車相近的ABS實驗臺架，通過對負(fù)載裝置的模擬仿真計算，分析了不同電機轉(zhuǎn)速和液體彈性模量下的氣液兩相流現(xiàn)象對制動管路壓力波的影響[34]。Hirohiko等研究發(fā)現(xiàn)制動管路中的氣液兩相流的壓力波會產(chǎn)生劇烈振動，使制動壓力出現(xiàn)非線性的周期性變化，從而影響制動壓力調(diào)節(jié)器的控制算法[35]。高宗英得出不同壓力值下柴油-空氣氣液兩相流波速與含氣率之間的關(guān)系，當(dāng)氣液兩相流中壓力波的壓力值為1MPa，含氣率為0.1左右時，柴油-空氣兩相流的壓力波波速為100~200m/s之間[36]。殷子嘉對柴油機高壓油管中的壓力波速度進行了測定，研究表明單相液體的壓力波波速的理論值在1200~1600m/s左右；相同工況下，隨著含氣率的增大，壓力波的波速會下降[37]。何勇靈等研究認(rèn)為，高壓油管內(nèi)的氣液兩相流壓力波波動速度的數(shù)值動蕩很大，而且相比單相流時的壓力波數(shù)值要小很多[24]。白博峰等研究了含氣率對氣液兩相流壓力波傳播速度的影響，當(dāng)含氣率接近于0.05時，壓力波的傳播波速下降很快，從250m/s突然降到50m/s左右；當(dāng)含氣率高于0.05時，壓力波的傳播速度變化很緩慢，波速范圍在0~50m/s左右[11]。黃飛等對泡狀流和彈狀流的壓力波信號進行了研究，分析了這兩種流型中的壓力波傳播速度和衰減規(guī)律，研究得出，氣液兩相流中壓力波的衰減程度與液體的含氣量有關(guān)，氣液兩相流中氣體含量較高時，使液體的壓縮性增大，從而加劇了氣液兩相流的氣相和液相之間的動能量變換，使氣液兩相流能量嚴(yán)重減弱，壓力波的衰減度也會增大[38]。丁問司研究表明制動管路的長度會影響壓力波傳遞的滯后時間，從而會影響壓力波的傳遞特性，并得出不同制動管路內(nèi)的壓力波參數(shù)對壓力波的傳播特性的影響[19]。液壓ABS制動管路內(nèi)的制動液流動特性發(fā)生變化時，會對制動壓力大小和制動壓力波的波速都會產(chǎn)生巨大的影響，從而影響汽車ABS的制動性能。因此，為了提高汽車的行駛安全性能，使ABS更加有效的進行工作，必須深入研究液壓ABS制動液壓力波的制動壓力大小及其衰減規(guī)律和制動壓力波的波速與氣液兩相流間的關(guān)系。本文所研究的制動液壓力波特性主要包括兩方面：制動液壓力波波速的研究和制動液壓力波衰減度的研究。制動液壓力波波速的大小影響制動液傳遞速度，而制動液又是制動系統(tǒng)中傳遞力的重要液體介質(zhì)，所以，制動液壓力波的傳遞快慢關(guān)系到制動系統(tǒng)的反應(yīng)時間。壓力波波速過慢，會嚴(yán)重減慢制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間，甚至?xí)霈F(xiàn)剎車失靈等現(xiàn)象，從而延長安全駕駛的反應(yīng)時間，嚴(yán)重影響行車安全。制動液中氣液兩相流壓力波在傳遞過程中產(chǎn)生的氣泡會嚴(yán)重影響壓力波波速，所以很有必要對ABS制動系統(tǒng)中制動液的氣泡產(chǎn)生原因進行分析研究。制動液中氣液兩相流壓力波衰減度過大，會使制動剎車系統(tǒng)產(chǎn)生力不足的現(xiàn)象，從而使駕駛員在剎車的時候，出現(xiàn)剎不緊的嚴(yán)重情況。而且制動液中氣液兩相流的氣泡含量會嚴(yán)重影響壓力波的衰減情況。因此，汽車在制動過程中，制動管路內(nèi)的制動液的流動狀態(tài)影響著汽車ABS的制動性能，而且制動壓力波的衰減程度和壓力波的波速起著關(guān)鍵作用。因此對汽車ABS中的制動液氣液兩相流壓力波的研究是具有重大意義的。且國內(nèi)外研究者主要趨向于，運用各種不同的算法研究氣液兩相流下對壓力波特性的影響，沒有從制動液壓力波的微觀方面來判斷液壓制動液氣液兩相流對壓力波的特性的影響進行研究分析。1.5本文研究目的和主要研究內(nèi)容 在我國，機動車已成為了人們出行的代步工具，幾乎每家每戶都會有一輛小轎車，隨著這會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人們對車輛的行駛速度方面性能要求也在不斷提高，馬路上隨處可見飛馳而過的機動車，因此，車輛在提速和提量的雙重壓力下，導(dǎo)致的交通事故也是頻頻發(fā)生，隨處可見。因此，人們在購車的時候越來越注重汽車的安全性能和考慮車輛的行駛可靠性。然而，汽車行駛過程中，汽車ABS制動系統(tǒng)在車輛的安全方面占了關(guān)鍵性的作用。正是由于人們對汽車質(zhì)量，性能和成本的高度要求，在當(dāng)今汽車在設(shè)計、制造和生產(chǎn)銷售方面競爭劇烈。如果汽車在低成本的同時又能滿足高度的安全性能，當(dāng)然是顧客們最夢寐以求的事情。因此，如何提高汽車ABS的性能，保證制動系統(tǒng)本身的安全質(zhì)量是至關(guān)重要的。汽車ABS時常會受制動液氣液兩相流內(nèi)氣泡的影響，導(dǎo)致制動力不足，制動緩慢，從而使駕駛員在采取緊急制動時，增加反應(yīng)時間，釀成車禍，造成人員受傷、財產(chǎn)損失等嚴(yán)重后果。本文采用桑塔納3000型ABS實驗臺架，使用三個壓力傳感器，對制動管路中的壓力波進行采集和分析。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾部分：第一章：緒論。闡述了氣液兩相流壓力波的生成原理，目前國內(nèi)外對氣液兩相流壓力波特性的研究狀況，主要分析了汽車ABS制動液中氣液兩相流壓力波對制動性能的影響，提出了本文對制動液氣液兩相流壓力波研究的背景意義。第二章：制動液產(chǎn)生氣泡原因理論研究。本文單獨把汽車ABS制動液中產(chǎn)生氣液兩相流的原因進行詳細(xì)的總結(jié)與分析，為后續(xù)章節(jié)的實驗分析提供理論基礎(chǔ)。本章節(jié)主要從制動過程產(chǎn)生摩擦熱、環(huán)境溫度、吸水性、溶解空氣和波生氣泡這五個部分來分析制動液產(chǎn)生氣液兩相流的原因。重點對制動液溶解空氣和波生氣泡進行了分析。第三章：實驗設(shè)計與研究方法。本文在桑塔納3000型ABS實驗臺架上，設(shè)計安裝三個壓力傳感器，相鄰傳感器間的距離為0.65m。并通過對電機，調(diào)速器，真空泵的重新選型，安裝，調(diào)試使本實驗臺架的制動壓力變化趨勢接近實車。然后采用HHT變換方法和互相關(guān)原理對采集的制動壓力數(shù)據(jù)進行處理?；ハ嚓P(guān)原理主要是用于對相鄰兩傳感器采集的壓力波數(shù)據(jù)進行互相關(guān)處理，計算制動液壓力波；而HHT變化則是對采集的數(shù)據(jù)進行去噪，并且通過IMF和EMD分解，得到不同工況下的壓力波信號的能量圖，用于分析制動液壓力波的衰減度。第四章：ABS制動液壓力波波速的研究。對實驗數(shù)據(jù)分為制動液排氣后與未排氣分析，將采集的制動壓力數(shù)據(jù)進行HHT去噪處理，然后運用MATLAB軟件，對去噪后的數(shù)據(jù)進行互相關(guān)運算，得到不同工況下，相鄰傳感器間互相關(guān)性最好的點。再通過波速運算方法計算制動壓力波的波速。再結(jié)合波生氣泡分析壓力波變化的原因，分析不同工況下，壓力波的變化規(guī)律。通過加裝可視化裝置驗證，剎車盤轉(zhuǎn)速越快，ABS制動系統(tǒng)制動管路內(nèi)的氣泡含量少，而氣泡含量少，制動液壓力波的波速就越快。第五章：ABS制動液壓力波衰減特性的研究：運用HHT原理，對采集的原始壓力波信號進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解EMD，分解為多個固有模態(tài)分量IMF和能量譜，通過對比分析制動液力波的衰減度，總結(jié)不同工況下衰減度的變化規(guī)律。第六章：總結(jié)與展望?？偨Y(jié)本文所做的工作，對本研究所存在的不足點和創(chuàng)新點進行分析，并對后續(xù)的研究工作進行展望。

2制動液中氣泡生成的理論研究制動液（BrakeFluid，又叫剎車油），是汽車ABS制動系統(tǒng)中作為一種傳遞制動管路中的制動壓力的液態(tài)介質(zhì)，也是液壓ABS制動系統(tǒng)制動中必不可少的部分。它的主要成分是醇類，是由低碳醇和蓖麻油等成分組成的混合型液體，淺黃色，潤滑性好，有腐蝕性，沸點低，低溫時狀態(tài)不穩(wěn)定，不可壓縮。在制動過程中，制動液先通過制動主缸，在柱塞的作用下，沿著制動管路到比例調(diào)節(jié)器，通過制動壓力的增壓-保壓-減壓過程，在ECU的調(diào)控下，沿著制動管路傳遞到各個輪缸中，把力傳遞到剎車盤上進行制動作用[39]。制動液的質(zhì)量的好壞會直接關(guān)系到汽車剎車系統(tǒng)的可靠性，嚴(yán)重時會使制動系統(tǒng)失效。因為制動液溫度很容易受環(huán)境溫度和制動過程中發(fā)動機等器件運作產(chǎn)生的溫度的影響，達(dá)到其氣阻溫度，從而在制動管路中就會形成氣泡，引起氣阻現(xiàn)象。制動過程中產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，會嚴(yán)重減弱汽車的制動性能，甚至造成制動失靈。而且制動液本身具有吸水性，也較容易溶解氣泡，且制動液在起作用的過程中會產(chǎn)生氣液兩相流，氣液兩相流引起的壓力波也會產(chǎn)生氣泡，這是本文主要要研究生的一個重大方向。本文會對制動液波生氣泡的產(chǎn)生原因及其影響進行詳細(xì)的分析[40]。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在2005年因剎車失靈引起的交通事故有15萬起左右，占該年度道路交通事故總量的1/3左右。這是一個令人震驚數(shù)據(jù)，并且這個問題也引起了人們的高度重視和深刻反思。我們所知道的剎車失靈的原因有很多，主要由以下幾個方面：(1)沒有定時對剎車系統(tǒng)進行維修保養(yǎng)，導(dǎo)致剎車總泵內(nèi)雜質(zhì)過多；(2)制動總泵或制動輪缸密封不嚴(yán)，導(dǎo)致漏油；(3)制動液不純，吸入了水分，溶入太多雜質(zhì)，或者與其他剎車油混合使用；(4)司機操作不規(guī)范，使機件失靈：如在下坡途中，長時間的使用剎車，會使剎車片溫度升高，剎車轂炭化，從而導(dǎo)致剎車功能完全失效。(5)頻繁的使用剎車會使制動系統(tǒng)溫度升高，導(dǎo)致制動管路內(nèi)的制動液溫度隨著升高，甚至產(chǎn)生氣體，使剎車失靈[41]。因此，我們必須保障汽車的主動安全配置—汽車ABS的安全性能，其制動性能關(guān)系到駕駛員的人身財產(chǎn)安全，是汽車的主要性能之一，一些重大事故的發(fā)生都與其息息相關(guān)。因此作為汽車制動系統(tǒng)中傳遞制動壓力和使制動系統(tǒng)起到制動作用的功能性液體，制動液的質(zhì)量問題也是不容小視的。如果制動液質(zhì)量較差，就極易使其溫度過高，吸水性強，從而導(dǎo)致制動液產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，使汽車制動力不足或者遲緩，從而引發(fā)交通事故[42]。正是因為制動液的這些特性，所以ABS制動液中極易產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生的原因可以歸納如下：2.1制動期間產(chǎn)生摩擦熱汽車剎車時，剎車片與剎車盤通過接觸摩擦，產(chǎn)生大量的熱量，摩擦熱會傳導(dǎo)到制動液中，促使制動液溫度升高。例如，一輛以180km/h的速度行駛的汽車，在制動系統(tǒng)的作用下，從行駛到停車過程中會產(chǎn)生94kJ左右的熱量。特別是，汽車在行駛途中持續(xù)頻繁地使用剎車，會產(chǎn)生更多的摩擦熱。國外有些學(xué)者，曾在環(huán)境溫度為10~14°C時，不同汽車重量車前輪的輪缸內(nèi)制動液最高溫度進行了測量，如表2.1所示，制動液的最高溫度在95°C到320°C左右。結(jié)果表明：汽車重量越大，車速越快，制動過程中需要的摩擦力就越大，因而產(chǎn)生的摩擦熱也就越多[43]。表2.SEQ表2.\*ARABIC1制動液最高溫度實驗道路氣溫車速重量前輪溫度（°C）行駛時停車后瑞士12-1440-4812929521012-1448-56129211021312-1456-64129215018712-1496-1291292190205意大利10-1240-48124718019310-1440-48117913010510-1496-1611179230320國家標(biāo)準(zhǔn)中對機動車內(nèi)制動液有明確的規(guī)定，汽車制動液一般可分為：HZY3、HZY4和HZY5三個等級，對應(yīng)的平衡回流沸點分別大于或等于205℃、230℃和260℃。機動車在長時間制動下，會產(chǎn)生的大量熱量，這些熱量會持續(xù)傳導(dǎo)到制動液中，使汽車ABS制動液內(nèi)溫度接近或達(dá)到制動液的平衡回流沸點，導(dǎo)致部分制動液變成氣體，在制動系統(tǒng)中產(chǎn)生氣液兩相流的現(xiàn)象[44]。2.2環(huán)境溫度的影響在夏天高溫下，汽車的表面溫度能達(dá)到70℃左右，這會使汽車制動液的初始工作溫度也會相應(yīng)變高。再加上汽車在行駛過程中的加、減速等一系列的動作，會使汽車制動液溫度不斷升高。同時，在發(fā)動機產(chǎn)生的溫度和周圍環(huán)境溫度共同作用下，制動液溫度會進一步升高。這也是制動液產(chǎn)生氣液兩相流的一個原因。制動液溫度升高，會使液體內(nèi)的水蒸氣蒸發(fā)，并且制動液本身也容易汽化，從而產(chǎn)生氣液兩相流現(xiàn)象。產(chǎn)生的氣體位于主油泵時，會使制動液往回流，當(dāng)再次進行制動時，制動液又會產(chǎn)生少量的氣體，如此循環(huán)，會使氣泡越聚越多，這樣會使主泵活塞到達(dá)極限位置，且制動壓力不足，使制動系統(tǒng)失效，此現(xiàn)象也稱之為“氣阻”現(xiàn)象[45]。2.3吸水性制動液的主要成分是蓖麻油和醇型，具有很強的吸水性，當(dāng)制動液中含水量較高時，由于水的沸點比制動液的沸點低，會造成制動液沸點下降。像南方，在3~4月的梅雨季，空氣中的水分含量很大，濕度較高，會加重制動液的吸水性。一般來講，制動液存放的時間越長，吸水量就越大，沸點就越低。研究表明，制動液存放6個月后水分含量為1.5%左右，12個月后水分含量為3.0%左右，24個月后水分含量為4.5%~5.0%左右；吸水后的制動液再使用一年，初始沸點從原來的200~250℃降低為140℃左右。在較高環(huán)境溫度和摩擦熱的作用下，制動時很容易生成氣液兩相流[46而且，制動液在吸水的同時也會帶入一些細(xì)小顆粒，例如灰塵等，這些小顆粒會磨損制動主缸，比例調(diào)節(jié)器和制動管壁等，再加上制動液本身的腐蝕性和氣液兩相流氣穴的影響，會使制動器件腐蝕，磨損，從而減短制動元器件的壽命，使制動系統(tǒng)失效。2.4溶解空氣汽車ABS制動液中溶解的空氣，主要是以兩種方式進入：混入式和溶入式。2.4.1制動液本身會溶解一定量的空氣。任何液體，都會溶解一定量的氣體，制動液也不例外。一般來說，液壓系統(tǒng)中會有5%左右的空氣溶解在液體中[47]?？諝庵?，氣體成分很復(fù)雜，主要含量是氮氣（78%）和氧氣（21%）。從各相氣體的成分含量比重來看，氮氣的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氧氣，所以氮氣的比重高于氧氣，且氮氣和氧氣的相對分子質(zhì)量較為接近，少量的氣體中，兩種氣體的溶解不均勻度對制動液的液體體積和壓力影響較小，因此我們認(rèn)為空氣是均勻的溶解在制動液中的。氣體在液體中的溶解度主要受溫度和壓力的影響。一般來說，當(dāng)液體壓力小于0.405MPa，溫度高于273.2K時，根據(jù)理想氣體定律：(2-1)公式中：n是氣體的摩爾數(shù)；p是氣體的壓力；V是氣體的體積；R=8.314J·mol-1·K-1；T是絕對溫度。與氣體的壓縮性相比，可以認(rèn)為液體是不可壓縮的。則氣體的溶解量可以表示為：(2-2)其中，是平衡態(tài)I和平衡態(tài)II時的氣體參數(shù)。李流遠(yuǎn)用實驗和理論相結(jié)合的方法，計算測量了YH-10型航空液壓油中的空氣含量為11%左右[48]。2.4.2制動過程中吸入。更換制動液時，如果制動管路中空氣沒有排干凈，氣體就會混入到制動液中；液壓ABS在起作用時，主缸、比例調(diào)節(jié)器、輪缸等地方也容易吸入空氣；制動管路接頭密封性不好、管路壁形成了空氣壁、管路彎道凹凸不平等原因都能使空氣的產(chǎn)生。例如：制動系統(tǒng)中制動液主缸是氣液接觸式的儲液器，氣體通過主缸儲液器，摻混空氣進入制動液中。如果儲液器的液面太低，制動液通過制動管路吸入的空氣將會變多，液面過低，更加不容易使空氣排出，而且增加進入儲液器內(nèi)的空氣量。一般溶解在制動液中的空氣對汽車ABS系統(tǒng)的機械作用不會產(chǎn)生很大的影響，幾乎可以忽略不計，但是當(dāng)制動液局部壓力突然下降的時候，溶解在制動液中的空氣就會被析出，以微小氣泡或者以雜質(zhì)為核心的氣泡迅速聚集在一起，慢慢形成大量氣泡，并長時間懸浮在制動液中，或者吸附在制動管路壁面上，惡化制動液的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性能，使得制動系統(tǒng)的配件和工作條件發(fā)生變化[49-52]。2.5波生氣泡制動系統(tǒng)在升壓-保壓-減壓的過程中，制動管路中的制動液壓力不斷的變大、變小，當(dāng)瞬時制動壓力低于制動液的飽和蒸汽壓時，在這些點處會迅速出現(xiàn)真空現(xiàn)象，產(chǎn)生波生氣泡。而且局部產(chǎn)生的低壓還會使溶解于制動液中的空氣析出，形成氣泡，增加氣泡含量。因此制動液內(nèi)壓力波也會產(chǎn)生氣泡。如圖2.1表示一個氣泡的生長過程。粗實線表示流體壓力，細(xì)實線表示流量速率，虛線表示截面含氣率（空隙率）。在壓力接近或等于0時，氣泡從最初的氣核慢慢地膨脹為一個尺寸較大的空泡[53]。(a)氣泡生長第一階段(b)氣泡生長第二階段(c)氣泡生長第三階段(d)氣泡生長第四階段圖2.SEQ圖2.\*ARABIC1波生氣泡產(chǎn)生過程如圖2.1(a)所示，是氣泡生長的第一階段，此時無空泡形成，即空化數(shù)(描述空化狀態(tài)的無量綱參數(shù))大于初生空化數(shù)。從圖中可以看出，氣泡在零時刻，制動壓力為零，小于液體的飽和蒸汽壓，液體在這一時刻會形成瞬間真空現(xiàn)象，氣泡要開始形成階段；在0.5ms時，液體壓力達(dá)到最大值420bar左右，液體的流量為120cm3/s，此時的空泡可以在管路壁面發(fā)生潰滅，并產(chǎn)生剝蝕、振動和噪聲等。如圖2.1(b)所示，是氣泡生長的第二階段，即空化初生階段。此時的空化數(shù)等于或者較小于初生空化數(shù)，氣泡對管路壁面會產(chǎn)生更強的剝蝕作用。從圖中可以看出，液體的壓力和流速在0.6ms時刻達(dá)到最大值，制動壓力波的傳播出現(xiàn)了延遲現(xiàn)象；而且，在0.6ms時刻，液體