汽车防抱制动系统气压电磁调节器台架试验方法的探讨

1、汽车防抱制动系统气压电磁调节器台架试验方法的探讨2010年(第 32卷)第 9 期汽车工程AutomotiveEngineering汽车防抱制动系统气压电磁调节器 台架试验方法的探讨术2010165梅宗信 ,李开国,马国华 ,陈小磊(1.中国汽车工程研究院 ,重庆 400039;2.重庆卡福汽车制动转向系统 ,重庆 400043 3.威伯科汽车控制系统 (中国 ),上海 200030)摘要 对汽车防抱制动系统气压电磁调节器的工作特性进行了分析,介绍了台架试验项目设置的理由和试验方法 ,列出了作为汽车行业标准重要内容的某些考核指标.关键词:汽车;防抱死系统 ;气压电磁调节器 ;试验方法 AnIn

2、vestigationintotheBenchTestMethodsfor Electromagnetic-air?-modulatorinAutomotiveABS MeiZongxin,LiKaiguo,naGuohua&ChenXiaoleiChinaAutomotiveEngineeringResearcheCo.,Ltd.,Chongqing400039;CaffAutomotiveBraking&Steering eCo.,Ltd.,Chongqing400043;WABCDVehicleControlSystem(China)Co.,Ltd.,Shanghai200030Abst

3、ractTheworkingcharacteristicsofelectromagnetic airmodulatorinautomotiveanti-lockbrakingsys temareanalyzed,thereasonsforsettingthosebenchtestitemsandcorrespondingtestmethods arepresented,and someofcheckingindicatorsastheimportantpartofautomotiveindustrystandardaregiven. Keywords:vehicles;anti-lockbra

4、kingsystem;electromagnetic-airmodulator;testmethod、尸 、-前言气压防抱制动系统 （ABS） 对汽车安全性的提升 有着显着的作用 ,国产商用车上的安装率不断提高 . 由于我国没有 ABS 部件的台架试验方法和性能要 求 ,缺少对 ABS 部件评价的依据 .作为气压 ABS 执 行部件的气压电磁调节器 ,国内企业已开始批量生 产 ,国外产品也大量涌人 ,对其评价依据的需求非常 迫切 .在此背景下 ,受国家标准化委员会委托 ,中国 汽车工程研究院 ,重庆卡福汽车制动转向 系统 ,威伯科汽车控制系统 （中国 ）有限公 司等单位牵头起草制定了汽车行业标

5、准汽车防抱 制动系统气压电磁调节器性能要求和台架试验方 法 .文中对气压电磁调节器台架试验方法进行了 探讨.1气压电磁调节器的工作特性 气压电磁调节器通常包含了进气阀 ,排气阀 ,进 气口,出气口 ,排气口,气道,膜片,膜片复位弹簧 ,预 紧弹簧 ,电磁铁活塞 ,电磁铁活塞复位弹簧 ,电磁线 圈,阀门 ,阀座和壳体等部件 ,见图 1.气压电磁调节器有常规制动，ABS阶梯升压, ABS 保压和 ABS 阶梯降压 4 种不同的工作状态 . 在不同状态下 ,各阀门的开启情况及压力口 （进气 口,排气口 ,出气口）之间的连接情况差别较大 . 1.1常规制动 在进行常规制动时 ,因 ABS 未被激活 ,

6、所以电 磁调节器的电磁线圈 8,13 均处于未通电状态 （上阀 十一五国家863计划项目（2006AA110117）资助.原稿收到日期为 2009年9月 3 日,修改稿收到日期为 2009年 10月 30日.808?汽车工程 2010年（第 32卷）第 9期1 一排气阀 2,l9 一膜片复位弹簧 3 一排气阀膜片 4,17 一预紧弹簧 5,16一上阀门 6,15 一电磁铁活 塞复位弹簧 7,14一电磁铁活塞 8,13 一电磁线圈 9,12 一下阀门10,11下阀座18 一进气阀膜片20进气阀A,B,C,D,E 气腔F,G气道图 1 气压电磁调节器不意图门 5, 1 6处于关闭状态 ,下阀门 9

7、 , 1 2处于开启状态 . 在该状态下,E腔的气体经下阀门12到达排气口， 该口与大气相通 ）.从脚制动阀来的压缩空气经进 气口到达A腔,A腔的压缩空气克服膜片复位弹簧 19 的作用后 ,打开进气阀 20 到达 B 腔和出气口 ;与 此同时,A腔的压缩空气经气道F,下阀门9到达D 腔,作用于排气阀膜片 3右侧,克服其左侧压力 ,使 排气阀 1 关闭;于是出气口的压力与进气口的压力 同步上升 ,下降或保压 .1.2ABS 阶梯降压在制动过程中 ,汽车轮胎与地面出现了相对滑 动（即抱死现象 ）,通过 ABS 轮速传感器的测量和ABS控制器（ECU）的分析和控制，电磁线圈13通 电,电磁线圈 8脉

8、冲通电 ,出气口压力会快速阶梯降 压.由于电磁线圈 l3 通电,电磁铁活塞 14 克服电 磁铁活塞复位弹簧 l5 的反力向下移动 ,下阀门 12 关闭,上阀门 l6 开启,从脚制动阀来的压缩空气经 进气口到达A腔，再经上阀门16到达E腔,因存在 压力作用的面积差和膜片复位弹簧 19的作用,进气 阀 20处于关闭状态 ,进气口与出气口完全隔离 .由 于电磁线圈 8脉冲通电,上阀门 5,下阀门 9连续地 快速交替开启 ,关闭.当上阀门 5开启,下阀门 9关 闭时,D腔的压缩空气经上阀门5,气道G,排气口排 人大气而与 A 腔隔离 ,出气口压缩空气克服膜片复 位弹簧 2 的作用后打开排气阀 1,然后

9、到达 C 腔,经 通道G,排气口快速排人大气，出气口压力快速降 低;当上阀门5关闭,下阀门9开启时,A腔的压缩 空气经气道F下阀f-j9到达D腔，作用于排气阀膜 片3右侧,克服其左侧压力 ,使排气阀 1关闭,出气 口压力暂时处于保持状态 ;由于上阀门 5,下阀门 9 快速地交替开启 ,关闭,从而实现出气口压力快速地 阶梯降压 .1.3ABS 阶梯升压若 ABS 降压过程中 ,制动器中的压力降低到汽 车轮胎与地面的相对滑动消失 ,通过 ABS 轮速传感 器的测量和 ABS 控制器的分析和控制 ,电磁线圈 8 不通电,电磁线圈 13脉冲通电,出气口压力就会快 速阶梯上升.由于电磁线圈8不通电,A腔

10、的压缩 空气经气道F下阀门9到达D腔，作用于排气膜片 3右侧,克服其左侧压力 ,使排气阀 1关闭.由于电 磁线圈13脉冲通电,上阀门16,下阀门12连续地快 速交替开启 ,关闭;当上阀门 16关闭,下阀门 12开 启时，从脚制动阀来的压缩空气经进气口到达 A腔 （E腔的气体经下阀门12到达排气口，排气口与大 气相通,E腔的压力快速下降）,A腔的压缩空气克 服膜片复位弹簧 19的作用后 ,打开进气阀 20到达 B腔和出气口，出气口的压力快速上升；当上阀门16 开启,下阀门12关闭时，从脚制动阀来的压缩空气 经进气口到达A腔，再经上阀门16到达E腔，因存 在压力作用的面积差和膜片复位弹簧 19的作

11、用,进 气阀 20处于关闭状态 ,进气口与出气口隔离 ,出气 口的压力暂时处于保持状态 ;由于上阀门 16,下阀 门 l2 快速地交替开启 ,关闭 ,从而实现出气口压力 快速地阶梯升压 .1.4ABS 保压状态 在 ABS 阶梯降压 , 阶梯升压过程的某些阶段和 末期,ABS控制器根据自身的控制算法，使电磁线圈 13通电,电磁线圈 8 不通电.由于电磁线圈 13通 电,上阀门 16开启,下阀门 12 关闭;从脚制动阀来 的压缩空气经进气口到达 A 腔,再经上阀门 16到达E 腔,因存在压力作用的面积差和膜片复位弹簧 19 的作用 , 进气阀 20 处于关闭状态 , 进气口与出气口 未接通由于电

12、磁线圈8不通电,A腔的压缩空气 经气道F,下阀门9到达D腔，作用于排气阀膜片3 右侧,克服其左侧压力 ,使排气阀 1 关闭.出气口与 进气口未连通 ,出气口保持原有压力 .通过以上的分析可知 ,气压电磁调节器的主要 功能是快速响应和压力调节功能 ,为保障汽车的安 2010(Vo1.32)No.9 梅宗信 ,等:汽车防抱制动系统气压电磁调节器台架试验方法的 探讨?809?全性 ,其可靠性也应高度重视 .2 试验项目和试验方法的确定绕组耐压特性 为了检查样件绕组线圈耐高电压的能力 ,主要 针对绕组线圈材料的基本要求 ,设置绕组耐压特性 试验.试验时，环境温度为1828C,相对湿度为 45%75%;

13、给调节器绕组线圈(指排气阀，进气阀 的电磁线圈 ,即图 1 中的电磁线圈 8,13,以下均相 同)通人50Hz,不高于275V的正弦波电压然后在 不少于IOs的时间内将电压均匀地增至 550V,保持1min 后断电;观察样件是否被击穿 ,记录绕组线圈 与铁芯之问的最大漏电电流值 . 绕组耐压特性的试验条件和试验方法均参考了 汽车行业标准 QC/T413-2002.绕组绝缘电阻 为了检查样件绕组的绝缘能力 ,主要针对绕组 线圈材料的基本要求 ,设置绕组绝缘电阻试验 .试 验时环境温度为1828C,相对湿度为45% 75%,测量调节器绕组线圈与壳体之间的绝缘电 阻值.绕组温升 为了检查样件绕组在工

14、作电压上限工作时的表 面温升,主要针对散热设计是否合理 ,设置绕组温升 试验.试验时,须分别在室温（1828C）和咼温 （80C4-2C）条件下进行试验，给调节器绕组线圈 连续接通额定工作电压 117.5%4-2.5%的信号电 压,30s后将信号电压切断，测量绕组外表面的最高 温升.2.4密封性由于产品结构的特殊性 ,不能直接测量其进气 阀,排气阀等各种阀门的密封性 ,只能采用多种工况 下的复合测量来间接考察产品的密封性 .因此设置 常规制动或升压状态密封性 （进气阀 ,排气阀均不通 电） ,升压/振动状态密封性 （进气阀,排气阀均不通 电,上下振动频率50Hz振动加速度14.7m/s）保 压

15、状态密封性 （进气阀通电 ,排气阀不通电 ）和降压 状态密封性 （进气阀 ,排气阀均通电 ）试验.升压状 态密封性和升压 /振动状态密封性试验考核上阀门 5,上阀门 16,排气阀 1 能否可靠截止 ,部分阀体的外部泄漏；保压状态密封性试验考核进气阀20,下阀 门 12,排气阀 1,上阀门 5能否可靠截止 ,部分阀体 的外部泄漏 ;降压状态密封性试验考核进气阀20,下阀门 12,下阀 f-j9 能否可靠截止 ,部分阀体的外部 泄漏.进行升压状态密封性试验时 ,控制进气阀 20, 排气阀 1 通断的电磁线圈 13,8均不通电 (以下均相 同),向样件的进气口处输入额定工作压力的气体 , 然后将进气

16、口的气源可靠截止，稳压(50 土 2)s后, 测量出气口处在30s内的压力降.试验中样件到测 试回路的总有效测量容积为11.12L,分别在室 温高温(80oC 2 C),低温(一 40C 2 C)条件下 保温时间至少 6h 以后进行测量 .进行升压 /振动状态密封性试验时 ,在室温条件 下，样件上下振动频率50Hz振动加速度14.7m/s, 进气阀,排气阀均不通电 ,在样件的进气口处输入额 定工作压力的气体 ,然后将进气口前的气源可靠截 止稳压(50 2)s后，测量出气口处在30s内的压力 降.试验中样件到测试回路的总有效测量容积为11.12L.进行保压状态密封性试验时 ,进气阀 ,排气阀均

17、不通电,在样件的进气口处输入额定工作压力的气 体,然后进气阀通电 ,排气阀不通电 .将进气口处的 气源可靠截止，稳压(50 2)s后,测量出气口处在 30s内的压力降.试验中样件到测试回路的总有效 测量容积为11.12L,分别在室温，高温(80C4- 2oC)低温(一 40OC4-2C)条件下保温时间至少6h 以后进行测量 .进行降压状态密封性试验时 ,在室温条件下 ,进 气阀 ,排气阀均不通电 ,在样件的进气口处输入额定 工作压力的气体，稳压15s然后进气阀,排气阀均通 电将进气口的气源可靠截止,稳压（15土 1）s后，测 量进气口处在30s内的压力降.试验中样件到测试 回路的总有效测量容积

18、为11.12L. 各密封性试验方法中对总有效测量容积进行限 制是为了保证不同试验设备对测量结果的影响为最 小,具体的数值参考了汽车行业标准 Qc/T36 1992.稳压时间是为了消除测量系统中截止阀关 闭时所带来的压力脉动 ,提高测量的重复性 . 2.5残留压力 若产品存在较大的残留压力 ,会使行驶中的汽 车在停止制动后仍存在较大的拖滞力矩 ,引起制动 器的非正常磨损和温升 .为消除由此所带来的事故 隐患,须对产品的残留压力进行限制 .由于样件在 高温条件下的残留压力通常较小 ,若样件在室温和 低温条件下的残留压力能够满足使用要求的话 ,其 在高温条件下的残留压力也能满足使用要求 .因 ?81

19、0?气车工程2010年（第32卷）第9期 此,只设置了室温和低温残留压力试验 . 进行室温残留压力试验时 ,按图 2连接样件及 管路，气压制动软管为12x15长度500mm.在样 件的进气口输入额定工作压力的气体，模拟ABS制 动过程的 7次阶梯降压 （每个降压的脉冲时间 22ms保压时间100ms）降压（时间500ms）然后 有效切断样件进气口前的压力源 ,进气阀 ,排气阀均 不通电，测量样件在30s后出气口的最低压力值（即 图 2 性能试验装置示意图 室温残留压力 ）.进行低温残留压力试验时 ,按图 2 连接样件及 管路,将样件 ,储气罐,联接管路等放置在一 40C 2C的环境温度下至少6

20、h,在样件的进气口输入额 定工作压力的气体 ,模拟 ABS 制动过程的 7次阶梯 降压（每个降压的脉冲时间22ms,保压时间100ms） 降压（时间500ms）,然后有效切断样件进 气口前的压力源 ,进气阀 ,排气阀均不通电 ,测量样 件在30s后出气口的最低压力值（即低温残留 压力 ）.规定测量样件在30s后出气口的最低压力值， 是因为30s前其测量的压力值波动较大，而30s后 其测量的压力值的重复性比较好 .耐压性 当气压系统的调压阀减压能力失效或其它极端 工作压力下 ,为防止样件外泄漏和损坏 ,设置了耐压 性试验.试验时,将样件的出气口堵死 ,从样件的进 气口处输入 1.3 倍额定工作压

21、力的气压 ,在升压状 态下保压10s然后在进气阀通电，排气阀不通电状 态下保压10s再在进气阀，排气阀均通电状态下保 持10s,最后卸掉进气口处的压力，试验过程中,观察 样件有无外部泄漏 ,有无损坏和永久变形 ,试验结束 后,复测样件室温条件下的升压 ,保压和降压状态的 密封性.响应特性 当在原有气压系统的管路中加装了气压电磁调 节器后 ,所增加的器件将影响原系统的压力响应 . 为了考核样件流道设计的合理性 ,设置了响应特性试验.试验时 ,样件按图 2 进行连接 ,用模拟控制器 或实车控制器来控制样件的工作状态 ;输入压力为 额定工作压力 ,或由供需双方商定 ;模拟制动过程的 降压（时间500

22、ms）保压（时间100ms）升压（时 间500ms）共动作5次，记录最后一次动作样件的 出气口压力一制动时间曲线 （见图 3）;测量升压和降 压的响应时间 ;测量升压过程的升压起步时 ,压力信 号与电信号的滞后时间 ;测量降压过程的降压起步 时,压力信号与电信号的滞后时间 ;测量出气口压力 在0.200.50MPa上升范围内的压力上升速率和在 0.50 0.20MPa下降范围内的压力下降速率.压力（电压）pe90%pc0.20MPa10%p 压力信号与 电信号的滞 后时间1 呆拉【 lo0nlsl 一降 N（500ms）I 一升压 （500ms）I I I一进气阀通电进辟渊 :雨南-j排气阀通

23、电排气阀不通电.厂压力上 升斜率J压力下 rY 降斜率 lr蒋篙篓二 L 升压响时随应时间滞后时间图 3 响应特性曲线 升压响应时间指一次制动过程中的升压阶段(以制动压力 ,工作电压为纵坐标 ,制动时间为横坐 标 ),从给出的工作电压信号开始 ,到气压电磁调节 器的出气口压力由 0上升到 90%额定工作压力所需 的时间 .降压响应时间指一次制动过程中的降压阶 段 ,从给出的工作电压信号开始 ,到气压电磁调节器 2010(Vo1.32)No.9 梅宗信 ,等:汽车防抱制动系统气压电磁调节器台架试验方法的 探讨的出气口压力从额定工作压力下降到 10%额定工 作压力所需的时间 .升压起步指压力从原状

24、态到高 出原状态压力6kPa的过程.降压起步指压力从原 状态到低于原状态压力6kPa的过程.800 响应特性的试验方法参考了部分国外企业的技 术规范.2.8调节功能 为了考核样件阶梯压力台阶的控制精度 ,设置 了调节功能试验 .试验时,样件按图 2 进行连接 ,用 模拟控制器或实车控制器来控制样件的工作状态 ; 输人压力为额定工作压力 ,或由供需双方商定 ;模拟制动过程的降压（时间500ms） 保压（时间 100ms） 12次阶梯升压（每个升压的脉冲时间 12ms保压时间100ms）升压（时间400ms）_7次 阶梯降压（每个降压的脉冲时间22ms保压时间 lOOms）一降压（时间500ms）

25、一保压（时间100ms） 升压（时间500ms），记录样件的出气口压力一制动时 间曲线（见图 4）;测量在 l2 次阶梯升压的第 4 个台 阶处的压力值，测量在7次阶梯降压的第2和第3 个台阶的压力差，第6和第7个台阶的压力差值.清洁度 为了考核样件内表面部分的杂质总量 ,设置了 清洁度试验.试验时，按QC/T5721999中的方 法,清洗样件的内表面部分并测量其所含杂质总量 .工作耐久性 为了考核样件在不同温度下持续工作的能力 , 设置了工作耐久性试验 .试验时 ,样件按图 5 进行 连接,用模拟控制器或实车控制器来控制样件的工 作状态 ;输入压力为额定工作压力 ,模拟制动过程的 12次阶梯

26、升压（每个升压的脉冲时间12ms保压时 间100ms）升压（时间400ms至输入压力一7次阶 重 60o趟400200l000200030004000时间 /ms图 4 调节功能曲线梯降压（每个降压的脉冲时间22ms保压时间100ms）一降压（时间500ms）至100kPa以下保压(时间100ms).该过程为一个动作循环；样件按以 下顺序进行工作耐久性的试验，在室温，高温(80C 2C )和低温(一 40C 2C)条件下各进行4X 10 个动作循环后，再在室温条件下进行4X 10个动作 循环.在试验环境温度发生改变时 ,可先在室温条 件下放置lh;试验过程中，观察样件有无功能上的 损坏和其它异

27、常现象 ；在每种环境温度下的耐久性 动作循环结束后 ,复测样件在室温条件下的升压状 态,保压状态和降压状态的密封性 ,复测样件的响应 特性和调节功能 .工作耐久性的试验方法参考了部分国外企业的 技术规范 ,同时考虑了国内产品目前的实际水平 .图 5 工作耐久性试验装置示意图 汽车工程 2010 年(第 32 卷)第 9 期振动耐久性 为了考核样件在不同振动条件下持续工作的能 力,设置了振动耐久性试验 .试验时 ,将样件模拟实 车状态安装在振动试验台上，振动频率为33Hz,振 动加速度为70m/s,同时进行1X10个动作循环的 室温条件下的工作耐久性试验 ;上述定频振动结束 后 ,再按如下试验条

28、件进行扫频振动 :扫频范围为 1760Hz时,振幅为(0.35 0.035)mm,扫频范围 为60200Hz时加速度为50m/s扫频周期为 15min,共进行16个周期;试验过程中,观察样件有 无功能上的损坏和其它异常现象 ;试验结束后 ,复测 样件在室温条件下的升压状态 ,保压状态和降压状 态密封性，复测样件的响应特性和调节功能.耐腐蚀性 为了考核样件在盐雾和湿热条件下持续工作的 能力,设置了耐腐蚀性试验 .试验时 ,将样件各接口 堵死 ;按实车安装状态将样件放入温度为 40cI= 2C,相对湿度为95%土 3%的恒温恒湿箱中；12h后 将样件从恒温恒湿箱内取出 ,按实车安装状态放入 盐雾试

29、验箱中 ,按 GB/T10125-1997_4规定的中性 盐雾试验方法连续喷雾12h;以上过程为一个循环， 共进行5个循环.试验结束后,复测绕组绝缘电阻 ； 用不高于40C的清洁流水轻轻清洗，除去盐沉积 物,然后在 2rain 内用空气吹干 ,检查样件外表面的 腐蚀情况 .3 验证试验和性能要求指标的确定对 6 个知名企业 (国外 2 个,国内 4个)的典型 产品进行了 8 个多月的台架验证试验 ,产品包括不 同的结构形式，额定制动压力为0.8和I.OMPa两 种.对所获得的大量验证试验数据进行了分析与对 比.把国外知名企业技术规范中有关的性能指标作 为参考点 ,将所测量得到的数据与之比较 ,

30、再将国内 企业产品数据与国外企业产品数据进行比较 ,确定 了 6 个原则 .在这些原则的基础上 ,初步确定了性能要求的 具体指标 .然后组织召开了由部分使用单位和生产 单位为主体的标准研讨会 ,广泛听取他们的意见 ,并 将合理的建议和意见采纳到标准中 .随后,又通过 全国标准化委员会的网站进行了两个月的征求意 见,并同样将合理的建议和意见采纳到标准中 .下 面是一些性能的指标 .绕组耐压特性气压电磁调节器绕组能够 承受 550V 的电压不被击穿 ,绕组线圈与铁芯之间的 漏电电流不大于 0.3mA.绕组绝缘电阻气压电磁调节器绕组与壳 体之间的绝缘电阻应不低于 20MI.绕组温升气压电磁调节器绕组

31、在常温下的温升不超过20C,在高温下的温升不超过15C.密封性样件在各种状态下的密封性应分 别满足表 1 中的规定 (额定工作压力不是 0.8, 1.OMPa 的样件 ,可参照执行或满足供需双方的规 定,以下均相同 ).表 1 密封性要求试验环境额定工作压力/30s允许的压力降/样件状态温度 MPakPaO.8W 2室温1.OW 3高温0.8w 3升压状态(8OC 2C)1g 5低温 O.8w5(一 40C 2C )1.Ow 8升压 /振动 O.8w 3状态室温1.Ow 40.8w6室温1.0w 8高温0.8 w 8保压状态(80C 2C )1.Ow12低温 0.8w1O(一 4OC 2E)1

32、.Ow 15O.8w 70降压状态室温1g 90残留压力样件的残留压力应满足表 2 中 的规定 .表 2 残留压力要求 试验环境温度额定工作压力 /MPa 允许的残留压力 /kPa0.8W 75室温1.0 950.8 70低温 (一 40oC2C)1.0 90耐压性样件无外部泄漏 ,无损坏和永久 变形 ;室温条件下的升压 ,保压和降压状态密封性分 别满足表 1 的规定 .响应特性样件的响应特性应满足表 3 的 规定.调节功能样件的调节功能应满足表 4 的 规定.2010(Vo1.32)No.9 梅宗信 ,等:汽车防抱制动系统气压电磁调节器台架试验方法的 探讨?813?表 3 响应特性要求表 5 耐久性试验后响应特性要求 试验项目额定工作压力 /MPa 允许的数值O.8 275ms升压响应时间1g 280ms0.8 320ms降压响应时间1.0 330ms 升压过程的升压起步时，压0.8W 18ms力信号