液壓式abs電磁閥性能測試系統(tǒng)的研制

液壓式abs電磁閥性能測試系統(tǒng)的研制

1壓力控制單元防雨系統(tǒng)（abs）是一種日益流行的自動安全裝置。它通過輪速傳感器感知汽車的運動狀態(tài),由電子控制單元判斷并決策制動系統(tǒng)的控制規(guī)律,發(fā)送控制信號到壓力控制單元,從而在極短的時間內(nèi)調(diào)節(jié)汽車制動系統(tǒng)的壓力以保證汽車在制動過程中車輪不抱死,整車盡可能不側(cè)滑、不跑偏而且可控制。在液壓制動式ABS中,壓力控制單元多采用電磁閥。ABS電磁閥的響應(yīng)快慢是影響系統(tǒng)控制精度的一個重要因素,因而電磁閥的響應(yīng)測試也是ABS測試系統(tǒng)中必不可少的一個環(huán)節(jié)。為了配合液壓ABS電磁閥的理論研究,以及對ABS壓力控制單元進行性能檢測,本文設(shè)計了電磁閥測試系統(tǒng),并采用該系統(tǒng)對Bosch公司的某型號ABS的電磁閥進行了動態(tài)響應(yīng)測試。2實驗臺架及硬件共帶ABS電磁閥測試系統(tǒng)由測試臺架、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測試電路和測試分析軟件四部分組成。其中測試臺架及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與實驗室內(nèi)已開發(fā)的硬件在環(huán)混合仿真實驗系統(tǒng)的硬件共用,由后者提供測試壓力,同時還完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。測試電路及測試分析軟件根據(jù)測試對象和條件的變化則需要單獨進行設(shè)計與測試程序編寫。2.1增壓控制單元目前汽車ABS的壓力控制單元都是采用電磁閥形式,而ABS的電磁閥大多數(shù)都采用二位二通電磁閥。本文所述ABS壓力控制單元采用增壓閥為常開閥,減壓閥為常閉閥,由一個常開式增壓閥與一個常閉式減壓閥配對控制一路輪缸的壓力。圖1是某增壓閥的示意圖。減壓閥的結(jié)構(gòu)與其類似。2.2電磁閥響應(yīng)分析根據(jù)汽車ABS壓力控制單元的工程原理,在對ABS電磁閥進行測試時,將對減壓閥常閉、減壓閥常開、增壓閥常閉、增壓閥常開四種情況下的增壓閥和減壓閥進行響應(yīng)測試。在測試程序中,設(shè)計了四個控制按鍵來分別完成上述功能。電磁閥的響應(yīng)通過電流傳感器感應(yīng)所驅(qū)動電磁閥的電流來進行判斷,同時采集制動輪缸內(nèi)的壓力信號作為輔助判斷,從而可分析在不同壓力下電磁閥的響應(yīng)情況以及壓力隨電磁閥動作而變化的一些現(xiàn)象。這些信息都可通過圖形直觀地顯示出來。為了便于分析,在軟件中圖形顯示部分還設(shè)計了鼠標捕捉功能及工作區(qū)放大功能。首先通過鼠標可捕捉所需要的時刻響應(yīng)曲線上的點,并通過捕捉矩形窗口的對角點來選擇所需要的區(qū)域。之后可對該區(qū)域進行放大、縮小,同時在狀態(tài)欄內(nèi)顯示電磁閥響應(yīng)的滯后時間和電流大小以及電磁閥入口與出口的壓力差。另外,所有試驗數(shù)據(jù)還可以數(shù)據(jù)文件格式存儲在硬盤,以備離線分析時使用。當(dāng)然,這些數(shù)據(jù)也可載入數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)中以便進行更詳細和全面的分析。2.3電流測試電路汽車ABS電磁閥的測試電路分電磁閥驅(qū)動電路和電流測試電路兩部分。電磁閥驅(qū)動電路與前述硬件在環(huán)仿真試驗系統(tǒng)的電磁閥驅(qū)動電路一樣,采用的是大功率驅(qū)動器件的驅(qū)動方式。電流測試電路是電磁閥測試系統(tǒng)的主要電路,其核心部件是電流傳感器。本文選用的是反應(yīng)較快的磁平衡式電流傳感器。其主要技術(shù)參數(shù)如下。測量范圍為0～±10A;輸出電流為10mA(對應(yīng)5A輸入電流);電源電壓為±15V(±5%);反應(yīng)時間<1/μs:頻率為0～150kHz。電流傳感器的應(yīng)用電路如圖2所示。通過采集電阻R兩端的壓力信號就可間接計算出流過電磁閥的電流大小。為保證試驗精度,電阻R選用精密電阻。3增壓閥加電關(guān)閉閥口保護利用以上所建立的汽車ABS電磁閥動作響應(yīng)測試系統(tǒng),對Bosch公司某型ABS的電磁閥分別就2.2中所述的四種情況進行了測試。3.1.1有壓力負載時(此時試驗臺上制動主缸踏板被踩下,但減壓閥常閉),開啟、關(guān)閉增壓閥的電流和所產(chǎn)生的壓力變化如圖3所示。測試時,制動主缸產(chǎn)生的壓力P為1.4MPa。測得電流達到小尖峰的時間為t(小尖峰)=2.72ms;電流達到小凹谷的時間為t(小凹谷)=3.41ms;增壓閥加電關(guān)閉閥口一直到電流穩(wěn)定的時間為t(increase)=58×0.08×1000/500=9.28ms;增壓閥斷電閥芯回位閥口打開的時間為t(decrease)=6.5×0.08×1000/500=1.04ms3.1.2無壓力負載時(試驗臺制動主缸上制動踏板不動作),開關(guān)增壓閥的電流和所產(chǎn)生的壓力變化如圖4所示。測得電流達到小尖峰的時間為t(小尖峰)=2.635ms;電流達到小凹谷的時間為t(小凹谷)=3.38ms;增壓閥加電關(guān)閉閥口一直到電流穩(wěn)定的時間為t(increase)=10.2ms;增壓閥斷電閥芯回位閥口打開的時間為t(decrease)=1.02ms由試驗曲線可見,電磁閥在通電響應(yīng)過程中,電流會出現(xiàn)一個小的波動。這是因為通電時,電磁閥的能量在增加,同時因為電磁閥內(nèi)閥芯的運動,電磁線圈的電感也在增加,由能量守恒定律可知,當(dāng)電感能量增加速率大于外界能量輸入速率時,必然會引起電流的降低,因而電流會出現(xiàn)小的波動。在電磁閥斷電響應(yīng)過程中這種效應(yīng)不是特別突出,因而在曲線上看不出明顯的電流波動。并且由試驗曲線可以發(fā)現(xiàn),電磁線圈的電流在有壓力和無壓力兩種情況下,響應(yīng)沒有太大區(qū)別。3.2無壓力負載時3.2.1有壓力負載時(減壓閥動作前制動主缸踏板已經(jīng)踩下),減壓閥的工作電流與所產(chǎn)生的壓力變化如圖5所示。此時電流達到小尖峰時的時間為t(小尖峰)=12×0.081×1000/500=1.994ms;電流達到小凹谷時的時間為t(小凹谷)=2.1ms;電磁閥電流上升時間為t(increase)=47×0.081×1000/500=7.614ms;電磁閥電流下降時間為t(decrease)=7×0.081×1000/500=1.134ms。3.2.2無壓力負載時(減壓閥動作前制動主缸踏板無動作),減壓閥的工作電流與所產(chǎn)生的壓力變化如圖6所示。此時電流達到小尖峰時的時間為t(小尖峰)=9.8×0.08×1000/500=1.568ms;電磁閥電流上升時間為t(increase)=47×0.08×1000/500=7.52ms;電磁閥電流下降時間為t(decrease)=6.6×0.08×1000/500=1.056ms。由減壓閥的響應(yīng)曲線可見,減壓閥的響應(yīng)速度要明顯快于增壓閥,并且電磁閥的穩(wěn)定電流要比增壓閥大將近1A。這是因為減壓閥的電阻較小,并且行程較短,因而其響應(yīng)速度要快一些。從試驗曲線還可以發(fā)現(xiàn),減壓閥的電流波動比增壓閥要小,尤其是在通電響應(yīng)過程中,幾乎看不見明顯的尖峰和凹谷。4節(jié)單元的電磁力分析本文設(shè)計并建成了能夠?qū)ΤＳ玫钠囈簤菏紸BS的壓力調(diào)節(jié)單元——電磁閥進行動態(tài)響應(yīng)測試的試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含硬件臺架、測試電路和測試分析軟件。對德國Bosch公司的某型ABS的電磁閥進行了完整的響應(yīng)測試。測試結(jié)果表明如下。(1)增壓閥在有壓力負載和無壓力負載的情況下,關(guān)閉閥口的過程中,分別在2.72ms、2.635ms和3.41ms、3.38ms時電流達到一個小尖峰和一個小凹谷。根據(jù)對壓力調(diào)節(jié)單元的電磁場力分析可知,由于增壓閥閥芯開始運動后是先到達閥座,之后再壓緊閥口,最后才分別在9.28ms和10.2ms時刻到達恒定的電磁作用力,并將閥芯緊壓在閥口處,隔斷高壓油的通路。從電流曲線的變化情況證實了電磁力的分析結(jié)論。增壓閥在有壓力負載和無壓力負載的情況下,打開閥口的時間為1.04ms和1.02ms。由于增壓閥線圈斷電后,作用在閥芯上的電磁力馬上消失,此時只有回位彈簧力和高壓腔的液壓力作用在閥芯上,兩者的作用方向都朝閥芯打開的方向,因此,閥芯能以較快的速度打開。(2)減壓閥在有壓力負載和無壓力負載的情況下,打開閥口的過程中分別在1.994ms和1.568ms時電流達到一個小尖峰。在有壓力負載時在2.1ms時刻電流達到一個小凹谷,無壓力負載時電流曲線上的小凹谷并不明顯。減壓閥在有壓力負載和無壓力負載的情況下,關(guān)閉閥口的時間分別為1.134ms和1.056ms。同樣這也是由于減壓閥經(jīng)圈斷電后,電磁力消失,只有彈簧力和較小的液動力作用在閥芯上,閥