细长管道对汽车ABS制动压力响应滞后影响研究.pdf

D O I ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 6 0 7 0 2 8 细长管道对汽车A B S 制动压力响应滞后影响研究 刘修泉1 ，李艳红1 ，郁凯元2 ( 1 广州番禺职业技术学院机电工程学院，广东广州5 1 1 4 8 3 ；2 东南大学机械工程学院，江苏南京2 1 0 0 9 6 ) 摘要：首先介绍了反比例压力阀控制的汽车A B S 系统，建立了盘式制动器数学模型，利用液压系统动态仿真软件D S H W 建立了 具有细长制动管道的汽车A B S 系统模型，同时建立汽车A B S 实验系统。探讨了细长管道对制动压力响应，结果表明：细长制动 管道对制动压力响应存在滞后影响，管道越长，滞后时间越长；在负阶跃响应时比较明显，在正阶跃时滞后比较小。 关键词：管道；A B S ；制动压力 中图分类号：U 4 6 3 5 2 + 6文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 9 4 9 2 ( 2 0 1 6 ) 0 7 0 1 1 6 0 5 T h eS t u d yo fL a g g i n gR e s p o n s ef o rt h eS l o tP i p e l i n eo nt h eB r a k e P r e s s u r eo fC a rA B S L I UX i u - q u a n l ，L IY a n - h o n 9 1 ，Y UK a i - y u a n 2 ( 1 S c h o o lo fM e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i c ，G u a n g z h o uP a n y uP o l y t e c h n i c ，G u a n g z h o u 511 4 8 3 ，C h i n a ；2 S c h o o lo f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ，S o u t h e a s tU n i v e r s i t y ，N a n j i n 9 2 1 0 0 9 6 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：F i r s t l yt h eA B S o fc a r sc o n t r o l l e db yi n v e r s l y p r o p o t i o n a lp r e s s u r ev a l v ew a si n t r o d u c e d ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e l so ft h eD i s c B r a k ew e r ee s t a b l i s h e d B a s e do nt h eh y d r a u l i cs i m u l a t i o ns o f t w a r eD S H Wt h eA B Ss y s t e mm o d e lw i t hs l o tb r a k ep i p e l i n ew a ss e tu p ，a n d t h eA B Se x p e r i m e n ts y s t e mo fe a r sw a sb u i l t T h er e s p o n s eo fs l o tp i p e l i n eo nt h eb r a k ep r e s s u r ei sd i s c u s s e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r e s p o n s eo ft h es l o tp i p e l i n eo nt h eb r a k ep r e s s u r ei sl a g g i n g ，t h el o n g e rt h ep i p e l i n e ，t h el o n g e rt h el a g g i n gt i m e ；t h el a gi so b v i o u s l yb i g r w h e nt h en e g a t i v es t e pr e s p o n s ea n dt h el a gi ss m a l lw h e np o s i t i v es t e p K e yw o r d s ：p i p e l i n e ；A B S ；b r a k ep r e s s u r e 0 引言 随着汽车工业的发展，社会汽车保有量的不 断增加，人们对汽车的行车安全越来越重视，现 代汽车装备了A B S ，使汽车的安全性能大为提 高。现在常用的A B S 是电子式，用常闭两台开关 阀控制制动腔压力，但不能连续控制，容易引起 制动腔压力波动，这样开关阀频繁启闭不仅造成 制动脚踏板抖动，而且使控制过程复杂n 叫。因此 对液压制动系统的A B S 系统技术加以探讨很有 必要。利用研制的常开型差压控制直动式三通 比例减压阀，应用于A B S 系统，可取代常用的 常开、常闭两台开关阀，并在以车轮滑移率为 控制目标的A B S 的大闭环中形成对制动液压力 连续、精确控制的内闭环，预期可减少制动脚 踏板的抖动H ，。减压阀和制动器之间细长管道对 制动性能有着重要的影响，管道动态特性的研究 在理论上和实践上一直是人们所关注的重要课 题，一般采用分布参数模型进行处理陋。7 】。D S H W 在D S H 软件基础上采用了变系数矩阵的动态仿 真，并且还增加了新算法，即管道的分布参数算 法6 6 号算法，可以进行管道的动态特性仿真 分析哺叫。 本文利用研制的三通比例减压阀，应用于 A B S 系统，基于D S H W 软件建立该阀控制的A B S 系统模型，探讨细长管道的管径、管长等参数对 制动压力相应的仿真分析，同时搭建了由电液压 力控制阀、制动器管道、盘式制动器组成的制动 系统并进行试验研究。 收稿日期：2 0 1 6 0 2 2 1 匿囊1 曰霆 万方数据 刘修泉等：细长管道对汽车A B S 制动压力响应滞后影响研究研究与 1 阀控的汽车A B S 系统原理 研制的“常开”型电液“反比例”压力控制 阀存在两个显著特点：1 ) 在调定电流确定时，在 进口压力未达到一定值时，出口压力与进口压力 之间呈线性关系；2 ) 当进口压力在某个固定值 时，通过调节输入电流可以控制出口压力系，输 入电流越大，则出口压力越小。将该反比例压力 阀应用于汽车防抱死制动系统( A B S ) ，如图1 所 示，通过控制输人电流，调节阀的出口压力，通 辅向柱塞泵C Y l 4 1 B J 力：3 1 5 M P a 最大转速：l5 0 0r m 理论排量：2 5m l r 2 即为密封圈的假想等效拉簧。 负载受力如图3 所式，其负载模型的数学描 叙为： m 2 尸c A 一豇X o4 X 14 - X 2 ) - - B ? ) 10 ( 1 ) m 2z ) 2 = P c A - k ( x o + x l + z 2 ) 一日到2 一，k 式( 1 ) 中： P c 制动容腔压力； A 为液压缸作用面积； 图l比例阀应用于A B S 的系统原理图 过管道对制动器工作腔压力进行连续精确调节。 三通比例减压阀的出口处接一细长制动管道通向 制动器) 的制动轮缸，这细长制动管道对整个系 统的动态性能有重要的影响。 2 基于D S H W 的盘式制动器A B S 系统动态 仿真模型 2 1 盘式制动器模型的分析与建立 图2 是桑塔纳轿车制动系统的浮钳盘式制动 器的原理图。制动钳相对于制动盘轴向滑动，其 中在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则 附装在钳体上。制动钳支承板固定在前桥转向节 上。内部单装一个活塞的制动钳可以通过一些固 定在钳体上并插上支承板孔上的定位导向销作轴 向滑动。制动时，制动块在液压作用下由活塞推 靠制动盘，同时制动钳上的反力将制动块也推靠 到制动盘上。橡胶衬套不但能够稍微变形以便消 除制动器间隙，而且可使定位导向销免受污染， 在解除制动时，橡胶衬套所释放出来的弹性能有 助于外侧制动块离开制动盘。活塞密封圈在制动 时变形，解除制动时便恢复原状，使活塞回位。 这就是说活塞密封圈具有类似弹簧的特性，图中 卜液压缸的阻尼系数； m 负载质量； 卜等效弹簧刚度； 戈o - 等效弹簧的预压缩量； 石活塞位移； _ 列减压阀砰一摩擦阻力。 2 。2 分布式参数管道算法 在D S H W 的动态仿真程序 中，元件与系统采用的是容腔耦 合方法。对管道与其他元件、系 统也可以采用容腔耦合方法或节 点耦合方法，在D S H 软件中加人 了管道分布式参数模型的算法子程序。变量部分 可用6 6 号算法，边界条件部分可用1 2 、1 3 、1 4 、 1 5 号算法。 5 6 7 8 9 1 密封圈2 密封圈的等效拉簧3 制动钳体4 活塞 5 导向销6 支承板7 、9 制动块8 制动盘 图2浮钳盘式制动器液压原理图I “， 匿鋈噩巫】霾 图3盘式制动器的负载模型原理图 万方数据 容腔耦合时，根据D S H 的算法规定了管道 的6 6 号算法，其完整的方程表达式的一般形式 为： 1 d V - N V L = 舾( F 1 一v 3 r ： 诋，。容腔N V L 的压力； N V I 广一压力方程的下标； 玩接口处的压力； F 。管道的C R 或C L 值； R 管道的特征阻抗五； F E E 0 ( P ) ，V 0 。 节点耦合时，管道接口处压力标记为3 ，6 6 号算法表达式的一般形式为： ：1 2 F 1 i F 2 i + Q j ) 1 F 2 i i ：ti = l江1 仉节点处的压力； F 。广_ 一第i 根管道的C R 或C L 值； R 厂第i 根管道的无阻尼特征阻抗乙； Q j 第歹个元件流人节点处流量； 此法特别适用于小容腔的情况。 1 2 、1 3 、1 4 号算法计算6 6 号算法的边界条 件，在书写上有严格的格式，顺序、位置上都不 能改变。 F 2 12 = I D P L O D P L * L L P L E O Z Z * E S P L R O Z Z * R T P L P R P L * P I Z Z V I Z ZN LL V F 11 3 = E I Z ZN LL V F l1 4 = M I Z ZN LL V I D P I 一管道的内径；O D P I ，_ 管道的外 径；L L P I 广一管道的长度；R T P I - 一管道材料的 密度；P I Z Z 圆周率订；P R P I 广一管道的泊松 比；E s P I 广一管道材料的弹性模量；N I 广一管道 序号；L V 与管道连接的容腔压力变量的序 号。 1 2 号算法提供管道仿真计算时需要的参数， 如管径、管长、压力波波速等。 F 2 表示边界值的序号，即管道6 6 号算法的 F 2 ，1 2 表示管道边界值的算法号，数字N L 表示 与系统耦合的第N L 根管道，若与系统耦合的管道 有n 根，则分别用1 ，2 ，3 n 表示。数字L V 没有 特别要求，是为了程序上的实现方便而加上去 的，所以这个数字可以任意，一般来说赋值为管 道连接的容腔压力变量的序号。 1 3 、1 4 号算法主要是描叙管道与容腔的连接 方式，最右面的两个数中，第一个N L 表示管道的 序号，第二个L V 表示与管道连接的容腔压力变量 的序号。1 4 号算法表示容腔在管道的左端，对容 腔来讲，流量是流出的，对管道来讲，流量是流 进的，1 3 号算法则表示容腔在管道的右端，对容 腔来讲，流量是流进的，对管道来讲，流量是流 出的。因为在程序上已考虑了管道与容腔的流量 正负关系，在6 6 号算法的常数F E 值计算式中， 就不须( 也不能) 考虑流量的正负关系，但为了