汽车液压控制系统--液压系统仿真培训ppt课件.ppt

二、主要模块数学模型的建立 1. 节流器模型 节流器模型是ESP 液压控制系统中很常用的模型,在增压阀12、减压阀14 和阻尼器10中都会用到。此模型的输入量为制动液压力,输出量为流量。其数学模型为 此模型中考虑了流量系数的非恒定性,当Δp 较小时,流量Q 基本与Δp 成正比,随着Δp的增大, 流量系数很快接近于Cq,max,流量Q 与 成正比。由于在ESP 液压控制单元中所用到的节流器均为薄壁圆孔(孔径约为0. 6mm),所以临界雷诺数λc 低,约为100;制动液的平均密度ρ 约为850kg/ m3, 平均动力黏度η 约为42. 5mm2 / s,Cq,max取0. 7。这样, 改变节流器的孔径即可得到不同的流量特性。 2. 电磁阀模型 ESP 液压控制系统中的各种电磁阀的作用不同, 其特征尺寸也不尽相同。吸入阀7 为保证制动液迅速进入ESP 工作循环,有较大的阀座孔径(约为2. 5mm);而增压阀12 和减压阀14 的阀座孔径较小(约为0. 7mm),与节流器一起起到双重节流的作用,以便提高制动压力的控制精度。流量特性依然按照式(8-1)进行计算。 对于阀芯的位移和速度等运动参量,采用二阶延迟环节进行计算。 3. 蓄能器模型 ESP 液压控制系统中的蓄能器为弹簧活塞式,输入量为制动液流量,输出量为压力,需定义的参量为活塞直径与行程、弹簧刚度等。由于活塞为轻质材料制成,忽略其重力。数学模型为 对于一般制动液,其体积模量E 约为1700MPa, 通过调整蓄能器的活塞直径和弹簧刚度即可得到不同特性的蓄能器模型。 4. 油泵模型 油泵模型主要用于预压泵3 和回油泵11,输入量为制动液压力,输出量为流量。定义油泵电动机转速和油泵排量,忽略机械损失与制动液泄漏。数学模型为 ESP 液压控制系统中的油泵均为柱塞泵,排量约为0. 1mL/ r。油泵电动机转速sm 约为300r/ min,油泵压力因子a 用来计算油泵平均压力,为0 ~1 之间某一数值。 三、计算结果分析 调整ESP 液压控制模型中各模块的特征参数,可得到不同的制动压力响应曲线,从而了解各参数对于液压系统的影响。例如,修改三组增压阀和减压阀节流孔径,进行循环增减压计算,所得结果如图8-12 所示,可以得到不同孔径对于压力变化速率及蓄能器活塞位移的影响,设计者根据控制需要选择合适的节流孔径。而且,还需要合理设计蓄能器容量,避免其被制动液充满而影响减压。 1-增压阀孔径0. 4mm,减压阀孔径0. 5mm;2-增压阀孔径0. 5mm,减压阀孔径0. 6mm;3-增压阀孔径0. 6mm,减压阀孔径 0. 7mm 将回油泵排量提高50%,得到的结果如图8-13 所示。设计者根据整车对制动速率及强度的要求选择合适的回油泵排量。 将ESP 液压控制系统模型与15 自由度整车模型及ESP 控制器模型相连接,进行联合仿真。图8-14 为汽车向左急转弯时,左后轮的制动压力响应曲线。由计算结果可以看出,由于孔径为0. 4mm 时增压速率较缓和,达到相同的控制效果会少用一个工作循环。通过联合仿真,可以对液压控制系统的各个参数进行优化,最终选取出适合目标车型的整套参数值。 一、车辆液压悬架模型的建立 在车辆悬架系统中,取结构简单、能够反映车辆主要性能的单轮1/4 车液压悬架为研究对象,系统模型如图8-15 所示。 图8-15 中液压悬架系统可以产生作用力的动力装置由液压源、液压缸(作动器)U 和电液伺服阀组成。ms 为车身质量;mt 为轮胎质量;ks 为悬架刚度;kt 为轮胎刚度。当系统受到路面激励 冲击后,车身和轮胎的位移、速度和加速度改变,控制器根据车辆的运动状态,调整伺服阀进入液压缸的液压油的流量和方向,进而控制液压缸产生作用力的大小、方向和变化速度、流入液压缸的液压油在活塞上产生作用力FL,使车身快速回到平衡状态,完成调平过程。图8-15 中液压悬架用液压动力元件代替被动悬架系统中的减振器,通过对液压动力元件的控制来实现悬架系统的性能优化。 根据牛顿定律,其相应的运动微分方程为 图8-16 所示是由液压缸和伺服阀组成的液压动力元件的简化模型。 假定:阀是零开口四边滑阀,4 个节流窗口是匹配和对称的,供油压力ps 恒定,回油压力p0 为零,则阀的线性化流量方程为 假定:液压缸每个工作腔内各处压力相等,油温和体积弹性模量为常数,忽略阀与液压缸连接管路中压力损失、管路动态和外泄漏流量,则液压缸流量连续性方程简化为 忽略了活塞质量和车轮摩擦等非线性负载后, 液压缸和负载的力平衡方程为 由式(8-9)和式(8-1