汽車制動增壓液壓機理分析

汽車制動增壓液壓機理分析

1嚴格控制汽車零部件制造,提高產(chǎn)品質(zhì)量隨著人們生活水平的提高和汽車行業(yè)的快速發(fā)展，他們不僅對汽車有強大的需求，而且對汽車的安全性和舒適度也有嚴格的要求。當前市場告訴我們,高性價比的汽車產(chǎn)品無疑是各大主機廠所追求的重要目標。他們嚴格控制產(chǎn)品性能和開發(fā)制造成本,對汽車零部件生產(chǎn)廠家尤其制動安全產(chǎn)品要求:①質(zhì)量可靠,品質(zhì)優(yōu)良;②穩(wěn)定性好,可靠性高,舒適性好;③成本低,服務(wù)好等。2電磁閥節(jié)流閥口流量計算在制動過程中,汽車制動主缸或主動增壓高壓油液通過增壓閥閥口進入制動輪缸,產(chǎn)生制動力矩,進行車輛制動或穩(wěn)定控制。圖1為增壓閥的常用結(jié)構(gòu),兩位兩通高速開關(guān)閥,其響應(yīng)速度為ms級。假定閥口開口量為xv,則有0≤xv≤xvmax(1)0≤xv≤xvmax(1)其中,xvmax閥口最大開口度;假設(shè)密封球面半徑為R,因此,得到環(huán)形開口面積表達式(2):A(x)=π(R21?R2)(2)A(x)=π(R12-R2)(2)式中:R1為球心到閥口錐面的垂直距離根據(jù)圖2所示的坐標系,定義閥的零位狀態(tài)為閥口關(guān)閉狀態(tài),即xv=0,得到x0=Rsinβ(3)x0=Rsinβ(3)假設(shè):x=x0+xv,且滿足式(4)x0≤x≤x0+xvmax(4)x0≤x≤x0+xvmax(4)根據(jù)三角形相似定理知RR1=x0x0+xv(5)RR1=x0x0+xv(5)于是得到R1=(1+xvx0)R(6)R1=(1+xvx0)R(6)將式(6)帶入式(2)得到A(x)=πR2xvx0(2+xvx0)(7)A(x)=πR2xvx0(2+xvx0)(7)將式(3)帶入(7),并忽略高階項x2vv2后得A(x)=2πRxvsinβ(8)A(x)=2πRxvsinβ(8)根據(jù)電磁閥節(jié)流閥口流量方程,得到通過閥口的流量Qx為:Qx=αvxA(x)2PLρ???√(9)Qx=αvxA(x)2ΡLρ(9)式中:αvx為可變液阻流量系數(shù);A(x)為閥口開口面積;PL為閥口的兩端壓差,不考慮主缸到閥入口的壓力損失以及閥出口到輪缸的壓力損失,則PL=Ps?Pw(10)ΡL=Ρs-Ρw(10)式中:Ps為主缸壓力;Pw為輪缸壓力由式(8),(9)和(10)可得到Qx=2αvxπRxvsinβ2(Ps?Pw)ρ???????√(11)Qx=2αvxπRxvsinβ2(Ρs-Ρw)ρ(11)根據(jù)式(11)知,閥口流量Qx由閥口結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)(β,R),閥口開度xv,主缸壓力Ps和輪缸壓力Pw等主要因素共同決定。2電流的階躍特性閥的動作時間包括上電時間ton和掉電時間toff,如圖3所示。一般情況下,這兩者的響應(yīng)時間均小于10ms。當閥芯線圈供電電壓U(t)階躍上升時,線圈電流iA并非呈現(xiàn)階躍特性;當iA電流達到A點時,電磁力克服彈簧等阻力,閥芯開始并加速運動;當iA到達拐點B時,閥芯達到一定速度且持續(xù)增加,感生電流繼續(xù)增大,使得iA呈下降趨勢;閥芯行程結(jié)束時,到達拐點C。反之,電磁線圈掉電,閥芯開啟,電流分別出現(xiàn)了D、E、F、G等拐點。由于最大開口度xvmax是生產(chǎn)控制參數(shù),對于某一款車是確定的;假設(shè)閥的掉電操作時間用變量t表示,閥芯開口度用函數(shù)xv(t),則有表達式:4閥口開口數(shù)據(jù)分析實際使用中,由于制動系統(tǒng)屬于微流量系統(tǒng),閥口最大開度xvmax一般都很小(如0.3mm甚至更小),且流量對閥口開度敏感。1不同流場狀態(tài)的閥口開度控制使用過程中,閥可能存在以下3種節(jié)流狀態(tài):(a)錐口節(jié)流狀態(tài)即閥過油流量的大小由閥口開度xv決定。尤其閥口開度xv很小時,錐口對系統(tǒng)的節(jié)流作用明顯大于孔口dv。在制動力矩較小的工況下,比如低附著路面,可以優(yōu)先考慮這種控制方式。(b)孔口節(jié)流狀態(tài)即當閥口開度xv超過某一值xq時閥口的節(jié)流能力顯著下降,而孔口直徑dv的節(jié)流作用明顯增強,此刻閥的流量由孔口直徑dv決定。如常規(guī)制動時,需要閥口全開,節(jié)流方式為孔口節(jié)流。(c)過渡狀態(tài)介于這兩種節(jié)流方式中間還會存在過渡狀態(tài),即兩者都有一定節(jié)流作用。常規(guī)制動時,節(jié)流孔的直徑比閥口開度更容易控制,更易保證增壓速率的一致性;分析節(jié)流方式知:在0≤xv≤xq時,閥的流量是閥口開度的函數(shù);當xq<xv≤xvmax閥的流量由節(jié)流孔徑大小決定;如果孔徑確定,壓差確定,流量將達到飽和,不再是閥口開度的函數(shù)。對于一確定的閥,如果壓差一定,則流量與閥口開度關(guān)系的理想曲線用圖4表示。2控制方案設(shè)計目前產(chǎn)品主流控制方式有階梯增壓和線性增壓方式。為了更好地解釋這兩種控制方式的區(qū)別,引入理想控制壓力曲線,如圖5所示。從圖5看出:壓力從0到H點兩種不同的增方式。對于階梯增壓(OA-AB-BC-CD-DE-EF-FG-GH),閥芯經(jīng)過4次(控制參數(shù))開啟關(guān)閉過程,有壓力上升段(OA、BC、DE、FG),也有壓力保持段(AB、CD、EF、GH);為了保證控制效果的一致性和可控制性,需設(shè)計不同節(jié)流口來匹配不同車型(如圖6中a、b、c、d4種系列);匹配時要求閥芯全部開啟,即t≥toffxv(t)=xvmax。;這種控制方式又稱為高速開關(guān)控制,實現(xiàn)壓力的增-保功能。而線性增壓控制是將閥芯控制在某個”懸?！蔽恢?控制增壓斜率達到預(yù)期目標。圖6中孔徑d系列可以覆蓋前3種a、b、c孔徑,根據(jù)流量需求合理控制閥口的開啟行程xv;比如:xv≤xq1,可替代a孔徑系列;若xv≤xq3,可替代c孔徑系列。5階梯控制的壓力曲線針對上文分析內(nèi)容,試驗過程中采用階梯控制和線性控制兩種模式,測試曲線如圖7和圖8所示。由圖7知,階梯控制的壓力曲線并非圖5所示的理想曲線。在增壓—保壓切換時,壓力劇烈波動,這是因為階梯控制閥芯高頻啟閉(高達ms級),易產(chǎn)生較大的壓力沖擊,使制動系統(tǒng)液壓噪聲加劇,舒適性變差。圖8所示為線性壓力控制,不僅能控制增壓的速率,而且大大地降低噪聲,減少密封面對閥口的沖擊次數(shù),增加使用壽命。6關(guān)鍵控制參量通過本文理論分析和試驗對比看出:采用不同的控制方式其液壓機理截然不同,其關(guān)鍵特征也有較大差別。(1)階梯控制主要特征是孔口節(jié)流,節(jié)流面積固定,不需要調(diào)控電磁力;開啟持續(xù)時間、保持時間以及開啟次數(shù)為關(guān)鍵控制參量;產(chǎn)品規(guī)格多樣,不利于生產(chǎn)控制,成本高,制動液壓噪聲大,舒適性差。(2)線性控制主要特征是錐口節(jié)流,節(jié)流面積可調(diào),需調(diào)控電磁力,需精確預(yù)估制動系統(tǒng)液壓模型;其設(shè)計思路是控制閥口開度,壓力增益可控可調(diào);同一種孔徑的產(chǎn)品覆蓋面更廣,通用性更強,制造成本更低;而且還能抑制噪聲,提高控制的舒適性,提高產(chǎn)品壽命。常規(guī)狀態(tài)下,閥芯7及動鐵3受到彈簧力作用,處于上頂位,閥口為開啟狀態(tài),實現(xiàn)常規(guī)制動功能。若線圈5得電,動鐵3將在電