電磁閥參數(shù)對EHB性能的影響分析

李紅，周航哈爾濱華德學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院

電磁閥參數(shù)對EHB性能的影響分析

李紅1，周航2
哈爾濱華德學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院

作為線控制動系統(tǒng)的EHB是電動汽車的重要組成部分，其液壓制動部分及高壓源的性能對系統(tǒng)的性能具有重要影響。本文基于AMESim軟件，建立了電子液壓制動系統(tǒng)的模型，并分析了電磁閥的動態(tài)特性對制動性能的影響，為分析電子液壓制動系統(tǒng)的性能提供了基礎(chǔ)。

電子液壓制動系統(tǒng)；電磁閥；響應(yīng)特性

線控制動系統(tǒng)是指制動踏板與車輪制動分泵不直接通過液壓回路相連，而是通過電路連接[1,2]。所以，線控制動系統(tǒng)在實現(xiàn)液壓制動的基礎(chǔ)上具有結(jié)構(gòu)簡單、制動響應(yīng)快、控制精度高等優(yōu)點[3-4]，并能滿足電動汽車再生制動系統(tǒng)的要求。電子液壓制動系統(tǒng)由高壓源、踏板模擬器、液壓執(zhí)行器、電子控制單元組成，而高壓源及液壓執(zhí)行器中的電磁閥參數(shù)對輪缸制動壓力影響較大。本文基于AMESim軟件，建立了電子液壓制動系統(tǒng)的液壓部分模型，并分析了電磁閥參數(shù)及高壓源電動泵的轉(zhuǎn)速對制動性能的影響。

1　模型的組成

對單輪電子液壓制動系統(tǒng)建主要由油箱、電動泵、電磁閥2個、單向閥、壓力傳感器、蓄能器及輪缸組成。電磁閥采用兩位兩通式，實現(xiàn)增壓、保壓及減壓過程。為模擬線控制動系統(tǒng)特性，相關(guān)的AMESim模型做了以下簡化：1）忽略管路的液壓損失；2)忽略油管及油缸缸體的彈性變形。

2　電子液壓制動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.1兩位兩通式電磁閥模型

電子液壓制動系統(tǒng)中，電磁閥是實現(xiàn)系統(tǒng)增壓、保壓及減壓的重要部件，通過控制電磁線圈實現(xiàn)電磁閥的通斷。電磁閥流量為：

式中：A-電磁閥流通橫截面積；ρ-制動液密度；Cq-流量系數(shù)；ΔP-電磁閥進(jìn)出口壓力差。

公式（1）中，若Cq為常量，則方程Q對ΔP的導(dǎo)數(shù)在初始點為無窮大，不符合實際。故Cq是一個可變的量。

式中Cqm-最大流量系數(shù)；Ccrit-雷諾數(shù)；dh-液壓缸直徑；η-運(yùn)動粘度。（2）式表示：隨著λ增大，Cqm與Ccrit逐步接近，通常Cqm=0.7，λcrit=1000。

2.2輪缸模型

為模擬輪缸模型，文中采用質(zhì)量塊、液壓缸、彈簧及阻尼實現(xiàn)其特性。輪缸輸入量為制動液壓力，輸出量為制動液流量及活塞力。其數(shù)學(xué)模型為：

式中Q-進(jìn)油口流量；V-活塞的移動速度；dp-活塞直徑；dr-活塞桿直徑；ρ-制動液密度；F-活塞力；p1-制動液壓力；（4）式中考慮了不同制動液壓力下的制動液密度變化。

2.3油泵模型

該模型中泵主要包括高壓源泵及回油泵，高壓源泵為系統(tǒng)提供高壓油液，回油泵將蓄能器中的制動液泵回油箱。忽略泵的壓力損失及流量損失，其數(shù)學(xué)模型為：

式中，q-泵的輸出流量；V-泵的排量；n-泵的轉(zhuǎn)速；ρ-制動液密度。

3　控制系統(tǒng)

電子液壓制動系統(tǒng)中壓力調(diào)節(jié)器中的增壓閥、減壓閥及泵的信號均由simulink模塊控制。理論上輸入輪缸的壓力為方波信號，控制系統(tǒng)的原理為：當(dāng)壓力傳感器的測得的壓力小于理論壓力時，增壓閥打開，減壓閥關(guān)閉，制動系統(tǒng)增壓；當(dāng)傳感器測得的壓力大于理論壓力時，減壓閥打開，增壓閥關(guān)閉，系統(tǒng)減壓；否則，制動系統(tǒng)保壓。

周期性方波信號源的頻率、幅值及延遲時間均可在simulink中設(shè)置，本文中信號源的頻率為2s，幅值為200bar，延遲時間為0s。

4　仿真結(jié)果及分析

為了考慮電磁閥參數(shù)對輪缸壓力的影響，仿真中采用單一變量控制法，僅改變電磁閥頻率參數(shù)得到仿真結(jié)果：電磁閥頻率越低，輪缸中壓力增加的越快；電磁閥頻率越低，制動系統(tǒng)中輪缸壓力波動越大。僅考慮電磁閥最大節(jié)流面積對制動系統(tǒng)性能的影響時，隨著電磁閥最大開度流量的增大，輪缸內(nèi)壓力升高較快且波動越小。

5　總結(jié)

本文通過對電子液壓制動系統(tǒng)中電磁閥特性的研究，了解了電磁閥性能參數(shù)對輪缸壓力的影響。文中基于AMESim軟件對電子液壓制動系統(tǒng)進(jìn)行了建模及仿真，對掌握電磁閥性能對電子液壓制動系統(tǒng)具有重要作用。另外，AMESim軟件的應(yīng)用也可以縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少產(chǎn)品成本。

[1]楊妙楺.豐田普銳斯混合動力車制動系統(tǒng)的發(fā)展[J].汽車與配件,2010,35(4):23-25.

[2]楊萬慶.電子液壓制動系統(tǒng)(EHB)發(fā)展現(xiàn)狀[J].汽車與配件.2007,25(12):43.

[2]Weidong Xiang,Paul C.Richardson.Automobile Brake-by-Wire Control System Design and Analysis.IEEE tras.Veh.technol, vol.57,NO.1,Jan.2008,pp.138.

[3]Gunzert,M.;Nagele,A.Component-Based Development and Verification of Safety Critical Software for a Brake-by-Wire System with Synchronous Software Components.IEEE1999,P134-135.

[4]Lihua Tao,Wenbo Zhang.Design of Electronic Hydraulic Brake System for the Hybrid Passenger vehicle.Proceeding of the IEEE International Conference on Automation and Logistics.Zheng?zhou,China,Aug.2012.pp.218-219.

李紅，2014年畢業(yè)于華南理工大學(xué)車輛工程專業(yè)，并獲得碩士研究生學(xué)位，主要從事電動汽車復(fù)合制動系統(tǒng)的相關(guān)研究，現(xiàn)任職于哈爾濱華德學(xué)院汽車系，主講汽車構(gòu)造、機(jī)械CAD等課程。