電磁閥參數對EHB性能的影響分析

李紅，周航哈爾濱華德學院機電與汽車工程學院

電磁閥參數對EHB性能的影響分析

李紅1，周航2
哈爾濱華德學院機電與汽車工程學院

作為線控制動系統的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的模型，并分析了電磁閥的動態特性對制動性能的影響，為分析電子液壓制動系統的性能提供了基礎。

電子液壓制動系統；電磁閥；響應特性

線控制動系統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，線控制動系統在實現液壓制動的基礎上具有結構簡單、制動響應快、控制精度高等優點[3-4]，并能滿足電動汽車再生制動系統的要求。電子液壓制動系統由高壓源、踏板模擬器、液壓執行器、電子控制單元組成，而高壓源及液壓執行器中的電磁閥參數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的液壓部分模型，并分析了電磁閥參數及高壓源電動泵的轉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，實現增壓、保壓及減壓過程。為模擬線控制動系統特性，相關的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　電子液壓制動系統的數學模型

2.1兩位兩通式電磁閥模型

電子液壓制動系統中，電磁閥是實現系統增壓、保壓及減壓的重要部件，通過控制電磁線圈實現電磁閥的通斷。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；ΔP-電磁閥進出口壓力差。

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

式中Cqm-最大流量系數；Ccrit-雷諾數；dh-液壓缸直徑；η-運動粘度。（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，文中采用質量塊、液壓缸、彈簧及阻尼實現其特性。輪缸輸入量為制動液壓力，輸出量為制動液流量及活塞力。其數學模型為：

式中Q-進油口流量；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，其數學模型為：

式中，q-泵的輸出流量；V-泵的排量；n-泵的轉速；ρ-制動液密度。

3　控制系統

電子液壓制動系統中壓力調節器中的增壓閥、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，控制系統的原理為：當壓力傳感器的測得的壓力小于理論壓力時，增壓閥打開，減壓閥關閉，制動系統增壓；當傳感器測得的壓力大于理論壓力時，減壓閥打開，增壓閥關閉，系統減壓；否則，制動系統保壓。

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　仿真結果及分析

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

5　總結

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

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

[2]楊萬慶.電子液壓制動系統(EHB)發展現狀[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年畢業于華南理工大學車輛工程專業，并獲得碩士研究生學位，主要從事電動汽車復合制動系統的相關研究，現任職于哈爾濱華德學院汽車系，主講汽車構造、機械CAD等課程。