abs制動壓力仿真與試驗研究

提高車輛的主觀性和安全性在防止車輛自殺的系統(tǒng)中起著非常重要的作用。abs越來越多地用于各種車輛。因此，有必要對abs模型進行合理的研究和分析，以提高國內(nèi)abs和競爭力。電磁閥是ABS系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件;ABS液壓系統(tǒng)高頻響應(yīng)性能很大程度上取決于ABS電磁閥的動態(tài)響應(yīng)特性;電磁閥的動態(tài)響應(yīng)特性直接影響控制邏輯中參數(shù)的選擇,影響控制精度,有時甚至?xí)?dǎo)致控制的失敗。因此,國內(nèi)外的研究多將電磁閥從系統(tǒng)中分離出來單獨研究其動態(tài)特性。而從制動系統(tǒng)的作用來看,電磁閥動態(tài)特性只是影響制動壓力的重要因素,屬于過程量,制動壓力才是決定制動效能的目標(biāo)量。因此,將電磁閥放入ABS液壓系統(tǒng)中,研究其對制動壓力的影響,才更有實際意義,而在這方面國內(nèi)外相關(guān)研究較少。本文應(yīng)用AMESim軟件,建立了包括電磁閥在內(nèi)的ABS液壓系統(tǒng)模型,該模型跨越了電磁、液壓、機械、控制多個領(lǐng)域,只有AMESim和少數(shù)幾種數(shù)學(xué)軟件能將如此多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的平臺上。經(jīng)試驗驗證該模型正確有效,為ABS的設(shè)計和改進提供了簡便可靠的手段。1模型的制作和修改如圖1((aa))所所示示為為AAMMEESSiimm軟軟件自帶的四通道制動系統(tǒng)模型型,,由由于于本本仿仿真真要要試試驗驗證,因此仿真模型要與試試驗驗設(shè)設(shè)備備一一致致,,這這里里真空助力器、制動主缸、制動動輪輪缸缸和和管管路路模模型型都都要按試驗設(shè)備進行參數(shù)修改,,如如表表11所所示示,,而而最最主要的建模工作是在其中加入入AABBSS液液壓壓控控制制器器模模型。經(jīng)過修改后的ABS制動系系統(tǒng)統(tǒng)模模型型如如圖圖11((bb))所所示。2液壓控制器的確定ABS本身包括控制部分ECU和執(zhí)行部分HCU(液壓控制器),而建立ECU模型無疑要建立與試驗設(shè)備ECU中同樣的控制算法模型,在本研究中由于不具備這樣的條件,因此無論在模型中還是試驗中,都省去了ECU,改為由自設(shè)HCU驅(qū)動電路直接控制電磁閥動作。這樣做一方面讓研究更突出了ABS液壓系統(tǒng)本身的特性,避免了由于控制邏輯參數(shù)不匹配造成的制動響應(yīng)特性差,卻難于查明問題到底出在算法還是出在元件上。另一方面,直接控制電磁閥動作使得輸入信號極大簡化,使得試驗測量結(jié)果——制動壓力變得易于控制,有利于仿真與試驗的同條件設(shè)定,其結(jié)果的對比更能驗證模型的合理性。如圖2所示為ABS液壓調(diào)節(jié)器模型。電磁閥是ABS系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行元件,也是液壓系統(tǒng)中受力最復(fù)雜的元件,它主要受電磁力、彈簧力、液壓力和流體沖擊力,以及粘滯力的作用,因此它的模型涉及電磁、機械和液壓各領(lǐng)域。而電磁閥的動態(tài)特性主要體現(xiàn)在以上各力合力下動鐵的動作時間,從計算的角度看,電磁力和流場對頂桿的作用力是計算最復(fù)雜的兩個力,下面將做詳細介紹。2.1氣隙長度與電流i—電磁力分析ABS電磁閥是典型的吸入式電磁鐵結(jié)構(gòu),其電磁力和線圈電感受諸多因素影響,難以精確地用公式表示,因此利用Ansys有限元分析求得電磁力和電感點陣,建立關(guān)系對應(yīng)表,分別是氣隙長度x—電流i—線圈電感L關(guān)系表和氣隙長度x—電流i—電磁力F關(guān)系表,在此模型中調(diào)用。電磁線圈的微分方程為:式中,i為線圈電流;U為線圈電壓;v為動鐵速度。動鐵的動力學(xué)方程為:式中,m為動鐵質(zhì)量;K為彈簧剛度;x′為動鐵位移;x0為彈簧力;F為流場力;b為粘滯力系數(shù)。電磁力F是與電流i和氣隙長度x唯一的對應(yīng),而在電磁閥的動作過程中,電磁力的變化反過來會影響電流i和氣隙長度x的變化,因此電磁力的計算是一個不斷反饋的過程。2.2初始球桿直徑流場對頂桿的作用力在閥口模型中可以求出,如圖3所示。液壓力的計算式為:式中,Fp為液壓沖擊力;P2為入口壓力;P1為出口壓力;da為壓力分界直徑;dr5為朝向入口的球桿直徑;drp為背向入口球桿直徑。沖擊力的計算公式為:式中cq為流量系數(shù);a為過流面積,為圖中area;dp為出入口壓差,dp=P2-P1;θ為流向角;x為球閥位移。表2所示為ABS液壓調(diào)節(jié)器的主要參數(shù)。3仿真結(jié)果分析設(shè)定ABS電磁閥脈沖控制信號,周期為0.5s,脈寬為6ms,通過加、減壓閥的配合,使制動壓力升至最高后,先階梯形下降10個周期,再階梯形上升10個周期。仿真時間共20s,步長0.00001s。試驗與仿真采用相同脈沖控制信號,試驗數(shù)據(jù)采集時間也為20s,得到仿真與試驗結(jié)經(jīng)過進一步計算可知,仿真結(jié)果與試驗結(jié)果非常接近,平均誤差為0.8378bar。同時,仿真結(jié)果還能精確求出電磁閥動作時間,如表3所示,該結(jié)果為控制邏輯參數(shù)的選擇提供了最為有利的依據(jù)。4制動系統(tǒng)變量變化的改進AMESim可以建立完整的ABS液壓制動系統(tǒng)仿真模型,經(jīng)試驗驗證該模型正確可靠。仿真結(jié)果除了文中所述制動壓力和電磁閥動作時間,還包括整個制動系統(tǒng)的液壓、運動、電路等各領(lǐng)域變量變化,為研究者提供