汽車電子液壓制動系統(tǒng)跟隨特性的實驗研究 ----汽車EHB系統(tǒng)的硬件設(shè)計(二)

　　2液壓泵的選擇

　　大家知道，在液壓工業(yè)中存在有好幾種液壓泵，如：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等，每種泵又可細分為多種類型。在選擇液壓泵時，要求達到下列標(biāo)準(zhǔn)：

　　(1)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、在輸出同樣的流量下要求泵的體積小、重量輕、功率大;

　　(2)液壓泵的摩擦損失小、發(fā)熱小，泄漏少、效率高;

　　(3)輸出流量脈動及壓力脈動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn);自吸性能好;

　　(4)密封可靠，泄露小，要求可承受一定的工作壓力;

　　(5)泵工作過程中的振動和噪聲小;

　　(6)價格低廉，使用壽命長;

　　(7)維護方便，對油液污染不敏感。

　　一般所說的齒輪泵，都是外嚙合齒輪泵，國產(chǎn)齒輪泵額定壓力為10~20 MPa.齒輪泵自吸性能最好，耐污染性強、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格便宜、重量輕。缺點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)，有時會產(chǎn)生困油現(xiàn)象。

　　葉片泵的對油液的要求居中，流量脈動居中，噪聲較低，自吸性能較好，單位體積的排量較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對油液的污染比較敏感，油液不清潔會使葉片卡死，因此必須注意油液良好的過濾和清潔。油的粘度應(yīng)控制在3°E40~10°E40之間。粘度過大，吸油阻力增大，油液太稀，真空度不夠，會對吸油產(chǎn)生不良影響，葉片泵廣泛應(yīng)用于各種中等負荷的工作，大多數(shù)用在固定設(shè)備上。

　　柱塞泵是靠柱塞在缸體柱塞孔中往復(fù)運動時造成密封工作容積的變化，實現(xiàn)吸油和排油的。柱塞泵軸向可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。柱塞泵與其它泵相比工作壓力、容積效率最高，配合精度高，油液泄漏小，有較寬的調(diào)速范圍，由于柱塞泵的主要零件均受壓，材料強度利用充分，使用壽命較長。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修較困難。柱塞泵常用于大扭矩、低轉(zhuǎn)速的工況，EHB、ABS系統(tǒng)所采用的泵大多為柱塞泵。

　　選取液壓泵時，額定壓力和最大流量是所要考慮的主要因素。液壓泵的額定壓力是指泵在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力Pb，其大小應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)管路中最高工作壓力Pv來選取。

　　液壓泵最高壓力的計算：

　　取Pb =17MPa

　　Pv：電機泵的最大工作壓力;

　　∑ΔP：沿程的壓力損失。由于EHB系統(tǒng)管路復(fù)雜，并且系統(tǒng)中閥類元件眾多，我們?nèi)?sum;ΔP=0.5MPa.

　　泵的最大供油量的選取：

　　EHB系統(tǒng)有蓄能器作為動力源，泵的最大供油量等于一個工作循環(huán)中平均流量與回路泄漏量之和，其值為

　　Qi：第i階段所需流量;

　　T：液壓系統(tǒng)的工作周期;

　　K：泄漏系數(shù)，一般取K = 1.2;

　　ti：第i階段所持續(xù)的時間;

　　n：一個工作循環(huán)有多少個階段數(shù)。

　　根據(jù)其工作工況對其進行理想化，確定其最大流量即可，假設(shè)在一個工作周期內(nèi)只有一個工作循環(huán)階段t，T =4s

　　液壓泵的最大流量為：

　　取:Qb =0.5L/min

　　3電機的選擇

　　在液壓系統(tǒng)中，我們多選用高功率的用三相異步電機，三相異步電機結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本較低，制造容易，運行性能好，并可節(jié)省各種材料。通過電機來帶動液壓泵為蓄能器提供能量，所以電機的功率應(yīng)按油泵的驅(qū)動功率來計算。

　　?。篜n =0.2kw

　　Pb：泵的額定壓力( MPa )，

　　Qb：泵的額定流量( L / min)，

　　η：泵的總效率(容積效率與機械效率之積)一般取0.8

　　根據(jù)以上所得的參數(shù)，我們采用驅(qū)動功率為0.2kw，最大流量為0.5 L / min，額定工作壓力為17MPa的電機泵。實物圖如圖3.6所示：

　　4單向閥的選擇

　　單向閥主要可分為液控單向閥和普通單向閥兩種。單向閥主要作用是使油液單方向流動，反向截至。EHB系統(tǒng)的單向閥裝在液壓泵的出液端與蓄能器進液端之間，單向閥的主要作用是當(dāng)電動泵給蓄能器儲能時，防止系統(tǒng)的油液回流，當(dāng)系統(tǒng)負載突變時，系統(tǒng)壓力會反向傳給液壓泵，避免泵反轉(zhuǎn)或損壞，對液壓泵起到保護的作用。本系統(tǒng)采用的是球閥式單向閥，其主要性能要求：

　　(1)單向閥的開啟壓力要與液壓系統(tǒng)相匹配;

　　(2)無泄漏，反向密封性好;

　　(3)正向流動時阻力小，壓力損失要小;

　　(4)動作要靈敏。

　　按前面確定和Qv來確定其公稱壓力和公稱流量。為此我們采用A-H10L直通單向閥。主要參數(shù)如表3.2

　　5溢流閥的選擇

　　溢流閥主要作用是維持液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過溢流閥設(shè)定壓力時，溢流閥開啟，使多余的油液流進儲液杯，實現(xiàn)穩(wěn)定壓力、調(diào)節(jié)壓力或限制壓力的作用。選擇溢流閥時要求溢流閥調(diào)壓范圍大，動作靈敏，過流能力大，噪聲小。溢流閥分為直動型溢流閥和先導(dǎo)型溢流閥，前者結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但控制壓力受溢流閥流量影響大，多用于低壓小流量條件下，后者雖結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，加工精度較高，但是溢流閥穩(wěn)定，過流面積大，噪聲小，耐高壓。EHB系統(tǒng)中溢流閥設(shè)置在儲油杯和蓄能器之間，主要對蓄能器起過載保護作用，當(dāng)蓄能器中的壓力過高，超過了蓄能器許用壓力時，溢流閥開啟使多余的油須經(jīng)溢流閥流回儲油杯，實現(xiàn)了對蓄能器的壓力卸載。通過調(diào)節(jié)溢流閥彈簧的預(yù)緊壓力，也就等于調(diào)節(jié)了系統(tǒng)的最高工作壓力。

　　溢流閥的壓力和流量是選取溢流閥時主要參照的兩個參數(shù)，壓力按管路最大壓力來選取，流量按液壓泵的最大流量來選取。為此我們選取HY-H10溢流閥。其可靠性高，性能穩(wěn)定，體積小重量輕，使用維修方便。

　　3.2.2液壓控制單元

　　液壓控制單元主要由四套結(jié)構(gòu)相同的分別控制各自制動器的增壓高速開關(guān)電磁閥、減壓高速開關(guān)電磁閥、以及制動器等部分組成。在制動過程中，輪缸的壓力通過對進液端的增壓高速開關(guān)閥和出液端的減壓高速開關(guān)閥進行的脈寬調(diào)制PWM(Pulse Width Modulation)方式控制，由電子控制單元產(chǎn)生脈沖信號，高速開關(guān)閥根據(jù)一系列脈沖電信號進行開關(guān)動作，在液壓輸出端輸出一系列相應(yīng)的脈沖流量，使輪缸中的制動液壓力改變。由于液壓系統(tǒng)的四個制動器之間沒有直接的聯(lián)系，其壓力之間被獨立分配，這樣可以利用壓力傳感器的反饋信號及增壓電磁閥和減壓電磁閥的通斷來實現(xiàn)對每個車輪的制動力的精確實時地控制，為實現(xiàn)ABS(制動防抱死系統(tǒng))、EBD(電子制動力分配)、ESP(電子穩(wěn)定性控制)、TCS(牽引力控制系統(tǒng))以及混合動力汽車能量回收等功能提供了硬件上的準(zhǔn)備。

　　電磁閥的選擇

　　EHB系統(tǒng)由于要實現(xiàn)對流量和壓力的精確控制，開關(guān)元件的響應(yīng)速度直接影響到系統(tǒng)的可控性和穩(wěn)定性，所以應(yīng)選擇能夠滿足快速操作要求的電磁閥，高速開關(guān)閥采用PWM方法控制，只要控制脈沖頻率，就能實現(xiàn)對流量的連續(xù)控制，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，控制精度高。

　　高速開關(guān)閥可分為三位四通閥、兩位三通閥和兩位兩通閥[53]。若采用二位二通閥，輪缸液控回路的進液端和出液端分別需要一個進液閥和出液閥，所需的開關(guān)閥的數(shù)量多，系統(tǒng)較為復(fù)雜。但由于開關(guān)閥體積較小，占用系統(tǒng)空間較小，而且控制邏輯簡單，電控單元處理起來響應(yīng)速度較快，因此應(yīng)用廣泛。與二位二通閥相比，三通閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥芯質(zhì)量大，需要兩級電流控制，增加了電控單元芯片的處理負擔(dān)，影響了其響應(yīng)速度。本文所需的電磁閥動作靈敏，可靠性高，工作時沖擊和震動小。

　　高速開關(guān)閥主要性能指標(biāo)有：

　　(1)額定流量：按v Q確定;

　　(2)額定壓力：按v P確定;

　　(3)額定電壓：應(yīng)與車載電源相匹配;

　　(4)反映電磁閥特性的是它的開啟時間和關(guān)閉時間：由此可得出其截止頻率，是其獲得完全響應(yīng)的最高頻率，反映了高速開關(guān)閥響應(yīng)速度，啟閉時間越短越好，直接影響著調(diào)制頻率的選用，其值越高，調(diào)制頻率越大，響應(yīng)越快，線性區(qū)越寬;

　　(5)占空比可調(diào)范圍：高速開關(guān)閥閥芯運動時存在一定的滯后時間，因此占空比范圍越大越好;

　　(6)重復(fù)精度：這項指標(biāo)決定了閥對流量或壓力控制的精度。

　　對高速開關(guān)閥來說，其額定電壓應(yīng)與車載電源相匹配;系統(tǒng)通過閥的最大流量和最高工作壓力是主要的性能指標(biāo)，按前面確定的系統(tǒng)最高工作壓力Pv與來確定額定流量Qv.由于我們選擇的制動系統(tǒng)的輪缸是前盤后鼓的形式，盤式制動器的輪缸體積較大，所以液壓管路中流量較大，我們以前輪液壓管路的流量為依據(jù)。

　　高速開關(guān)閥的額定壓力Pv=16 MPa，額定流量Qv = 2.3L/ min.

　　根據(jù)上述參數(shù)，本文選取HSV系列高速開關(guān)閥系額定壓力Pv=16 MPaa，額定流量Qv = 2.3L/ min，其開啟時間為3 .5ms，關(guān)閉時間為2. 5ms.本實驗臺將四路進液增壓閥，和四路回液減壓閥，以及四個壓力傳感器集成在HCU上面。實物圖如圖3.7所示

　　閥體說明如圖3.8所示：1號通道接前輪的左右輪缸;2號通道接后輪的左右輪缸;3號通道接蓄能器;4號通道接油杯;5號通道接主缸;6號接壓力傳感器。

　　電磁閥通電電壓均為12V;壓力傳感器參數(shù)：0.5V~4.5V，對應(yīng)0~15Mpa;

　　紅線：電源+5V，黑線：電源地;藍線：信號線。