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

　　2液壓泵的選擇

　　大家知道，在液壓工業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，要求達到下列標準：

　　(1)結構簡單、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、發熱小，泄漏少、效率高;

　　(3)輸出流量脈動及壓力脈動小、運轉平穩;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、結構簡單、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，有時會產生困油現象。

　　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，結構較復雜，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，會對吸油產生不良影響，葉片泵廣泛應用于各種中等負荷的工作，大多數用在固定設備上。

　　柱塞泵是靠柱塞在缸體柱塞孔中往復運動時造成密封工作容積的變化，實現吸油和排油的。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。但結構復雜，成本較高，維修較困難。柱塞泵常用于大扭矩、低轉速的工況，EHB、ABS系統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，按試驗標準規定能連續運轉的最高壓力Pb，其大小應依據系統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系統管路復雜，并且系統中閥類元件眾多，我們取∑ΔP=0.5MPa.

　　泵的最大供油量的選?。?/p>

　　EHB系統有蓄能器作為動力源，泵的最大供油量等于一個工作循環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：液壓系統的工作周期;

　　K：泄漏系數，一般取K = 1.2;

　　ti：第i階段所持續的時間;

　　n：一個工作循環有多少個階段數。

　　根據其工作工況對其進行理想化，確定其最大流量即可，假設在一個工作周期內只有一個工作循環階段t，T =4s

　　液壓泵的最大流量為：

　　取:Qb =0.5L/min

　　3電機的選擇

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

　　取：Pn =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

　　根據以上所得的參數，我們采用驅動功率為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電動泵給蓄能器儲能時，防止系統的油液回流，當系統負載突變時，系統壓力會反向傳給液壓泵，避免泵反轉或損壞，對液壓泵起到保護的作用。本系統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穩定，當系統壓力超過溢流閥設定壓力時，溢流閥開啟，使多余的油液流進儲液杯，實現穩定壓力、調節壓力或限制壓力的作用。選擇溢流閥時要求溢流閥調壓范圍大，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型溢流閥，前者結構簡單，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，后者雖結構稍復雜，加工精度較高，但是溢流閥穩定，過流面積大，噪聲小，耐高壓。EHB系統中溢流閥設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溢流閥流回儲油杯，實現了對蓄能器的壓力卸載。通過調節溢流閥彈簧的預緊壓力，也就等于調節了系統的最高工作壓力。

　　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，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構相同的分別控制各自制動器的增壓高速開關電磁閥、減壓高速開關電磁閥、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閥和出液端的減壓高速開關閥進行的脈寬調制PWM(Pulse Width Modulation)方式控制，由電子控制單元產生脈沖信號，高速開關閥根據一系列脈沖電信號進行開關動作，在液壓輸出端輸出一系列相應的脈沖流量，使輪缸中的制動液壓力改變。由于液壓系統的四個制動器之間沒有直接的聯系，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對每個車輪的制動力的精確實時地控制，為實現ABS(制動防抱死系統)、EBD(電子制動力分配)、ESP(電子穩定性控制)、TCS(牽引力控制系統)以及混合動力汽車能量回收等功能提供了硬件上的準備。

　　電磁閥的選擇

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

　　高速開關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，所需的開關閥的數量多，系統較為復雜。但由于開關閥體積較小，占用系統空間較小，而且控制邏輯簡單，電控單元處理起來響應速度較快，因此應用廣泛。與二位二通閥相比，三通閥結構復雜，閥芯質量大，需要兩級電流控制，增加了電控單元芯片的處理負擔，影響了其響應速度。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。

　　高速開關閥主要性能指標有：

　　(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閉時間：由此可得出其截止頻率，是其獲得完全響應的最高頻率，反映了高速開關閥響應速度，啟閉時間越短越好，直接影響著調制頻率的選用，其值越高，調制頻率越大，響應越快，線性區越寬;

　　(5)占空比可調范圍：高速開關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)重復精度：這項指標決定了閥對流量或壓力控制的精度。

　　對高速開關閥來說，其額定電壓應與車載電源相匹配;系統通過閥的最大流量和最高工作壓力是主要的性能指標，按前面確定的系統最高工作壓力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。

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

　　根據上述參數，本文選取HSV系列高速開關閥系額定壓力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：0.5V~4.5V，對應0~15Mpa;

　　紅線：電源+5V，黑線：電源地;藍線：信號線。