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基于AMESim的ABS液压调节器建模与仿真

李玉玲
( 陕西理工学院机械工程学院, 陕西汉中723003)
摘要: 在分析汽车ABS液压调节器结构及工作原理的基础上, 建立某型号液压ABS压力控制单元的AMESim模型, 对该压力控制单元的动态响应特性进行仿真分析, 探讨了影响ABS 液压调节器性能的主要因素, 为ABS 液压调节器的设计开发提供了依据。
关键词: AMESim; ABS; 液压调节器; 仿真
中图分类号: U463.52+6 文献标识码: A 文章编号: 1673- 3142( 2008) 09- 0029- 03
收稿日期: 2008- 06- 10
作者简介: 李玉玲( 1973- ) , 女, 讲师, 硕士, 主要从事先进制造技术、质量管理等教学和科研工作。
Modeling and Simulation of ABS Hydraulic Modulator Based on AMESim
LI Yu- ling
(College of Mechanical Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003, China)
Abstract: On the basis of ABS hydraulic modulator structure and operational principle analysis, an AMESim simulation model of a pressure modulator of a hydraulic ABS was established. The dynamic performances of pressure control unit were simulated. The main factors affecting ABS hydraulic modulator performances were discussed to provide suggestions for design and exploitation of the hydraulic control device.
Key Words: AMESim; ABS; hydraulic modulator; simulation
 
引言
 
    ABS 防抱死制动系统是机、电、液一体化的汽车电子控制系统, 其工作性能的好坏不仅与控制器的控制逻辑、控制算法有关, 还与液压调节器的性能密切相关[1]。国内关于ABS 液压调节器的测试、研究、试验大多是采用装有ABS 系统的原车进行道路试验的, 而ABS 液压调节器的动态性能、工作过程以及其故障只有在汽车行驶过程中实施制动时才能观察到。这种实车道路测试不但成本高、试验周期长、试验精度低, 不易观察ABS 液压调节器的动态性能、工作过程及故障现象, 而且危险性相当高。目前, 国内可以在实验室条件下对ABS 液压调节器性能进行检测的设备还处于研发阶段。本文在分析汽车ABS 的基本结构和工作原理的基础上, 运用AMESim 软件建立液压ABS 系统压力调节器的模型, 分析制动液、阀的结构等因素对其性能的影响,实现ABS 液压调节器的模拟仿真。
 
1 ABS 液压调节器的结构及工作原理
 
    ABS 液压调节器作为防抱死制动系统的执行机构, 是ABS 系统的重要组成部分, 它根据电子控制单元发出的指令进行动作, 以调节制动压力的大小, 其性能好坏直接影响ABS 的制动效果。因而研究和评价ABS 液压调节器的性能十分重要。
 
 
    图1为典型的ABS 液压调节器的结构图, 主要由ABS 电机、增压阀、减压阀、回液泵、低压蓄能器组成。在ABS 液压调节器总成中, 增压阀、减压阀通过开关动作实现对制动液路的控制, 达到增压、保压、减压的控制作用。回液泵负责把流回蓄能器的制动液加压送回到制动主缸。蓄能器用于接纳回流的制动液, 并衰减与回流制动液。
 
    ABS液压调节器的工作原理如图2所示, 调节器的增压阀为常开阀, 减压阀为常闭阀, 二者都为二位二通电磁阀。常开阀连接在从制动主缸到制动轮缸的管路中, 常闭阀连接在制动轮缸与低压蓄能器之间。在防抱制动过程中, 通过上述的电磁阀开关切换, 改变了制动液的通路, 从而形成增压、保压和减压三种压力状态。
 
 
2 基于AMESim 的ABS 液压调节器建模
 
    AMESim (Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering systems) 是法国Imagine 公司于1995 年推出的基于键合图的液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件, 至今已经发展到AMESim 4.2 版本[2-3]。AMESim 为用户提供了一个时域仿真建模环境, 可使用已有模型和( 或) 建立新的子模型元件, 构建优化设计所需的实际原型,采用易于识别的标准ISO 图标和简单直观的多端口框图, 方便用户建立复杂系统及用户所需的特定应用实例, 可修改模型和仿真参数, 进行稳态及动态仿真、绘制曲线并分析仿真结果, 界面比较友好、操作非常方便。
 
 
AMESim 搭建模型时需按照如下步骤进行:
① 依据调节器的工作原理, 从AMESim 模型库中选取合适元件并按照原理图连接好;
② 为在不同的应用层次上的元件选择数学模型;
③ 定义全局性液压参数, 如制动液的体积模量、密度、动力黏度和工作温度等; 定义各个液压元件的关键尺寸与内部参数;
④ 设定仿真参数, 运行仿真, 查看结果。
 
    结合ABS 液压调节器的工作原理, 按照上述步骤建立某型号ABS 液压调节器的AMESim 模型如图3 所示。
 
3 基于AMESim 的液压调节器性能仿真
 
    利用AMESim 软件在液压建模和动态仿真方面优势, 对ABS 液压调节器的工作过程, 实现增压、保压及减压工作过程进行仿真分析, 探讨相关参数对调节器液压响应特性的影响[4]。
 
    主要对调节器液压特性产生影响的是制动液、制动管路及电磁阀的结构等因素, 本文只对调节器进行仿真分析, 调节器和ECU 集成在一起, 因此不考虑制动管路的影响。
 
    仿真时间步长设为0.001s, 分别以不同制动液属性及电磁阀结构参数, 对液压调节器液压特性进行保压- 增压- 保压, 保压- 减压- 保压仿真分析。
 
3.1 制动液对液压调节器性能的影响
 
    设置不同的体积弹性模量( E) 和粘度( Φ) , 分析工作介质对调节器液压特性的影响, 仿真结果如图4 所示。
 
 
    由图4可以看出, 制动液的体积弹性模量和制动液粘度影响着调节器的液压特性。弹性模量越大,粘度越小, 调节器表现的液压特性越好。
 
3.2 电磁阀结构参数对液压调节器性能的影响
 
    设置不同的通流面积(A) 和节流系数( μ) , 分析阀的结构因素对调节器液压特性的影响, 仿真结果如图5所示。
 
 
    由图5可以看出, 节流阀口的形状和通流面积直接决定增、减压阀时的流量大小, 因而显著影响着调节器的液压特性。节流系数, 通流面积越大, 表现的液压特性越好。
 
3.3 ABS 液压调节器台架试验
 
    将同型号的ABS调节器进行台架试验, 其压力特性曲线与AMESim建模仿真曲线对比如图6所示, 由图可见, 二者基本吻合。因此, 将AMESim用于液压调节器的动态特性仿真, 其结果可信度较高, 同时能缩短产品开发周期, 为压力调节器的设计开发及特性仿真分析, 提供了一种行之有效的方法。
 
 
4 结束语
 
    在分析汽车ABS 液压调节器的组成和工作原理的基础上, 运用ANESim 软件进行建模仿真, 并分析了制动液和电磁阀的结构参数对液压调节器性能的影响, 通过台架试验, 进行分析比较, 结果表明, 仿真与试验结果基本吻合, 可将AMEsim 用于液压调节器的产品设计, 为调节器的研发提供了一种行之有效的方法。
 
参考文献
[ 1] 程军.汽车防抱死制动系统的理论与实践[M] . 北京: 北京理工大学出版社, 1999.
[2] 余佑官. AMESim 仿真技术及其在液压系统中的应用[J] .液压气动与密封, 2005, ( 3) : 28- 31.
[3] AMESim V4.2 user manual. IMAGINE S.A.2004.
[4] 刘建房. 汽车ABS 液压调节器性能试验及动态试验台实施方案[D] .重庆: 重庆大学, 2007.



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