汽车机械制动系统试验分析

2014-11-25汪军

科学中国人 2014年2期

汪军

（长沙职业技术学院汽车工程系，湖南长沙410111）

对汽车而言，机械制动系统的重要性不言而喻。安全、性能好、响应速度快的机械制动系统的研发成为各大知名汽车企业进行研发的重点项目之一。传统的液压机械制动系统是利用双液压回路的设计来保障汽车行驶安全的，但是随着对汽车安全性能要求的不断提高，汽车机械制动系统的功能越来越全面，这也使得传统的液压机械制动系统的设计越来越复杂，这在一定程度上影响了汽车机械制动系统的响应效果。因此需要开发更加高效的机械制动系统。电控液压机械制动系统是线控机械制动系统的一种，电控液压机械制动系统在设计上取消了真空助力器，使整个系统的结构更加紧凑，不但具有当前主流机械制动系统的防抱死功能、电子制动力分配、电子稳定控制等功能之外，还可以对汽车的每个车轮的制动力进行单独控制。由于电控液压机械制动系统利于制动能量的回收，因此更加符合新能源汽车的要求，受到普遍欢迎。国外许多新能源汽车企业已经将开发电控液压机械制动系统作为企业发展的重点之一。本篇论文就从液压系统的特性出发，建立动力学模型并进行性能试验分析。

一、电控液压系统的结构原理

电控液压系统的结构主要包括三个部分，分别是踏板感觉模拟器、电控单元、液压单元。踏板感觉模拟器是电控液压机械制动系统中的重要组成部分，其作用主要是准确感知驾驶者的制动意图，并能够及时对驾驶员的制动感觉进行反馈，因此这一部分主要包括了踏板、踏板行程传感器、压力传感器、制动主缸、切换阀和模拟器阀块这六个部分。而电控单元的作用是对传感器的信号进行采集及处理，并且能够和汽车上的其他电控单元进行数据通信。液压控制单元是电控液压系统中的重要组成部分，这一部分主要包括了电动机、液压泵、单向阀、安全泄压阀等部件，此外还包括常开的平衡阀与切换阀、常闭的进油阀与出油阀以及高压储能器、压力传感器等。电控液压机械制动系统的结构图如图1所示。当电控液压机械制动系统正常工作时，系统中液压单元的切换阀关闭，在增压过程中将进油阀打开并关闭出油阀，这样就可以使制动液从高压储能器进入到制动齿轮；而当进行减压的时候，则将出油阀打开并将进油阀关闭，此时制动轮缸中的制动液又会通过出油阀返回到油杯中；当压力保持不变时，系统的进油阀和出油阀则处于关闭状态。

二、建立动力学模型

由于电控液压机械制动系统为复杂的非线性系统，因此为了进行相关的研究，需要从系统的液压特性出发，建立增压和减压过程的动力学微分方程。在此次研究中不计较机械制动系统中油管的压力损失，并根据机械制动系统的液压特性来分别对蓄能器、进油阀、出油阀及轮缸进行动力学建模。

本次研究中利用电控液压机械制动系统试验台进行，主要对机械制动系统中的增压及减压过程的性能进行测验。图2所示的就是本次实验中所使用的试验台。进行测验的具体方法是利用电子制动踏板代替踏板模拟器，并在进行制动过程的试验中保持液压控制单元的切换阀处于关闭状态。在此次进行实验的试验台上配备了计算机与电子控制单元、压力表，计算机与电子控制单元的作用主要是收集试验取得的数据；而压力表用的作用则是来观测试验中蓄能器的压力变化情况。

电控液压机械制动系统主要有三种工作模式。模式一，开启平衡阀，系统中左右轮缸的压力保持一致，仅使用一对进出油阀进行控制；模式二，开启平衡阀，系统中左右轮缸压力保持一致，使系统中左右两对进出油阀同时得到控制；模式三，关闭平衡油阀，分别控制系统中的左右轮缸压力，由相应的一对进出油阀来进行控制。此次研究进行道路实验选择的场地是干混泥土路面，实验汽车以50KM的时速为初速度进行性能实验。下面图3显示的就是电控液压机械制动系统制动过程实车试验结果。通过图3所示可以看出系统中两面轮缸压力能够快速的对驾驶员的制动意图准确反映。此外图3中（b）（c）分别表示的实验汽车车身的横摆速度及速度响应的曲线示意，由此可以看出在汽车制动过程中车身速度变化可以保持平稳的状态。