一种汽车防撞液压伺服系统研究

1、一种汽车防撞液压伺服系统研究李湘闽a ,张慧兰bResearch on a Car Ant-i collision Hydraulic Servo SystemLI Xiang -m in a,ZHANG Hu-i lanb(江西理工大学a.机电工程学院; b.教务处,江西赣州 341000摘 要:主要阐述汽车防碰撞液压伺服系统的设计和工作原理。汽车在行驶过程中,当运行前方的障碍物对汽车构成危险时,该系统能够自动采取制动措施,防止车辆在行驶过程中发生碰撞,从而增强了汽车的主动安全性。关键词:公路;汽车防碰撞;液压伺服系统;安全距离中图分类号:TH 137 文献标识码:B 文章编号:1000-4

2、858(200605-0001-021 引言目前广泛应用于汽车领域里的安全措施主要有两大类:一是被动式防撞(如安全带、安全座椅和防撞气囊等;二是主动式防撞(如防抱死刹车系统(ABS、被人们称作为/电眼0的预警装置、倒车后视仪等。这些装置对减少汽车碰撞事故的发生,都起到了一些辅助作用,但终难以避免撞车事故的发生。自动防撞装置能从根本上解决汽车相撞事故的发生,研究和开发汽车防撞系统主动安全驾驶自动防撞装置,减少司机的负担和判断错误,对解决交通安全,提高运输能力,降低恶性交通事故发生率、减少生命财产损失有着积极的作用。2 汽车自动制动系统2.1 普通汽车制动原理以鼓式制动器为例,图1为人力液压制动系

3、统简 化示意图。1.制动踏板2.总泵活塞3.总泵4.分泵活塞5.分泵6.油池图1 人力液压制动系统简化示意图制动踏板与制动总泵相连,未踩刹车时,管路中油液与油箱相通,而油池中液面与大气接触,管路中保持有0.5 1.0kg 的剩余压力。当驾驶员踩下制动踏板时,总泵活塞被推动后移,将管路与油箱的通道关闭,产生压力并迫使油液经管路进入每个车轮制动器的分泵,促使分泵的活塞推动制动蹄靠向制动鼓,以阻碍车轮转动,使汽车减速。2.2 汽车自动防撞制动系统(辅助刹车系统设计 汽车自动防撞制动系统总体结构如图2所示, 系图2 汽车制动系统总体结构收稿日期:2005-11-14作者简介:李湘闽(1950,男,福建

4、福州人,教授,主要从事液压技术方面的科研与教学工作。统较图1增加了自动防撞刹车系统(辅助刹车系统,梭阀用于选择刹车动力源人工制动总泵或自动防撞刹车系统。正常行驶时,由驾驶员操作制动,而在突发性事件紧急时刻,在驾驶员未来得及刹车或刹车力度不够时,自动防撞刹车系统启动,而当自动防撞刹车系统起作用驾驶员也采取措施制动时,总泵与辅助泵均可以同时作为动力源实现制动。自动防撞刹车系统既不会干扰驾驶员刹车,又起到在紧急时刻代替驾驶员刹车,实现主动安全驾驶自动防撞的作用。12006年第5期液压与气动2.3 汽车自动防撞液压伺服系统汽车自动防撞液压伺服系统如图3 所示。图3 汽车防碰撞液压伺服系统汽车自动防撞系

5、统用于在紧急时刻取代驾驶员刹车。其工作原理为:汽车发动以后,系统通过辅助泵向蓄能器供油,蓄能器的压力可保持0.6MPa,溢流阀设定压力0.8MPa 。自动刹车时,车载雷达把车速、车距(包括前障碍物和本车与前车的相对速度的有关信息传送给信号处理单元,通过处理单元数据处理求算出车速v 0、车距R 及相对速度v ,并与给定信号进行比较,给定信号由防碰撞模型计算出安全距离R 3和临界安全距离R 0。工作中,梭阀关闭人工制动总泵油路,由蓄能器和辅助泵向系统提供压力能,微控制器控制电液伺服阀动作,控制制动分泵工作实施刹车。当R R 3时,系统就发出警报,并发出指令进行预刹车,刹车力度由压力传感器检测,并转

6、换成与刹车力成比例的反馈电压号,与指令信号电压比较,得到偏差信号,经伺服放大器放大后输入到伺服阀中;当R R 0时,系统通过执行机构对汽车采取紧急制动刹车;当R >R 3时,系统退出紧急制动,而且v 0与v 相等或相近时,系统不做任何反应,此时电液伺服阀回到中位。自动刹车时,还可以通过装在4个轮子上的车速感应器,去判断轮胎锁死与否,通过微控制器控制电液伺服阀动作,准确地控制、适时地释放刹车分泵的液压力,让刹车制动力一直保持在与轮胎摩擦力平衡的状态,获得最大的制动效果。达到防止刹车轮胎锁死的目的。3 汽车防撞液压伺服系统的设计计算1液压伺服系统能源形式能源形式采用定量泵正开口三通阀恒流能源

7、,溢流阀起安全阀作用。液压泵通过皮带轮由汽车发动机驱动。为保证液压伺服系统的能源的可靠供给,油路上增加一个蓄能器作为辅助刹车动力能源,同时起到增加系统稳定的作用。动力能源工作压力0.5 1.0M Pa 。这种能源形式可以控制流量,使系统温度均衡,而供油压力随汽车制动过程压力的需求而变化,达到汽车自动制动的目的。2电液伺服阀电液伺服阀采用双喷嘴动铁式正开口三通阀结构,按照恒流系统正开口三通阀结构的压力-流量方程:Q L =Q S -C d X (x v -x 02Q p S取Q =870kg/m 3;p S =0.51.0M Pa,X =P d 全圆周开口,x S =0.0001m,x 0=0.

8、00012m 。3加压缸加压缸为差动液压缸,差动液压缸结构参数,如活塞直径D ,活塞杆直径d ,可以按照为满足液压缸在两个方向的控制性能一样,即两个方向上具有相同的加速和减速能力以及相同的运动速度,必须满足使液压缸零位时活塞无杆腔的工作压力为能源供油压力的1/2条件进行设计,即满足Dd=2。根据汽车制动时油管内最高压力为0.480.53MPa,可以先行决定活塞直径D ,进而决定活塞杆d ,这里设计汽车制动时最高压力为0.5M Pa;活塞直径D =2cm;d = 1.4cm,有效行程L =50mm,增压比为2。液压缸设计时按照活塞处于中位时设计,实际使用中,液压缸活塞处于靠左侧位置,以便获得较理想的控制特性,获得较高的液压频率。4 结束语液压伺服系统能以小功率的电信号输入,控制大功率的液压能(流量与压力输出,并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。利用这个特点,结合车载雷达与微处理机,汽车防碰撞液压伺服系统能很好地实现主动安全驾驶,保证行车交通安全,提高运输能力,降低恶性交通事故发生。参考文献:1 王春行.液压伺服控制系统M .北京:机械工业出版社,1987.2 孙文质.液压控制系统M.北京:国防工业出版社,1985.3 张铁柱,霍炜.汽车原理教程M .北京