液压式abs电磁阀性能测试系统的研制

液压式abs电磁阀性能测试系统的研制

1压力控制单元防雨系统（abs）是一种日益流行的自动安全装置。它通过轮速传感器感知汽车的运动状态,由电子控制单元判断并决策制动系统的控制规律,发送控制信号到压力控制单元,从而在极短的时间内调节汽车制动系统的压力以保证汽车在制动过程中车轮不抱死,整车尽可能不侧滑、不跑偏而且可控制。在液压制动式ABS中,压力控制单元多采用电磁阀。ABS电磁阀的响应快慢是影响系统控制精度的一个重要因素,因而电磁阀的响应测试也是ABS测试系统中必不可少的一个环节。为了配合液压ABS电磁阀的理论研究,以及对ABS压力控制单元进行性能检测,本文设计了电磁阀测试系统,并采用该系统对Bosch公司的某型号ABS的电磁阀进行了动态响应测试。2实验台架及硬件共带ABS电磁阀测试系统由测试台架、数据采集系统、测试电路和测试分析软件四部分组成。其中测试台架及数据采集系统与实验室内已开发的硬件在环混合仿真实验系统的硬件共用,由后者提供测试压力,同时还完成数据采集任务。测试电路及测试分析软件根据测试对象和条件的变化则需要单独进行设计与测试程序编写。2.1增压控制单元目前汽车ABS的压力控制单元都是采用电磁阀形式,而ABS的电磁阀大多数都采用二位二通电磁阀。本文所述ABS压力控制单元采用增压阀为常开阀,减压阀为常闭阀,由一个常开式增压阀与一个常闭式减压阀配对控制一路轮缸的压力。图1是某增压阀的示意图。减压阀的结构与其类似。2.2电磁阀响应分析根据汽车ABS压力控制单元的工程原理,在对ABS电磁阀进行测试时,将对减压阀常闭、减压阀常开、增压阀常闭、增压阀常开四种情况下的增压阀和减压阀进行响应测试。在测试程序中,设计了四个控制按键来分别完成上述功能。电磁阀的响应通过电流传感器感应所驱动电磁阀的电流来进行判断,同时采集制动轮缸内的压力信号作为辅助判断,从而可分析在不同压力下电磁阀的响应情况以及压力随电磁阀动作而变化的一些现象。这些信息都可通过图形直观地显示出来。为了便于分析,在软件中图形显示部分还设计了鼠标捕捉功能及工作区放大功能。首先通过鼠标可捕捉所需要的时刻响应曲线上的点,并通过捕捉矩形窗口的对角点来选择所需要的区域。之后可对该区域进行放大、缩小,同时在状态栏内显示电磁阀响应的滞后时间和电流大小以及电磁阀入口与出口的压力差。另外,所有试验数据还可以数据文件格式存储在硬盘,以备离线分析时使用。当然,这些数据也可载入数据分析软件系统中以便进行更详细和全面的分析。2.3电流测试电路汽车ABS电磁阀的测试电路分电磁阀驱动电路和电流测试电路两部分。电磁阀驱动电路与前述硬件在环仿真试验系统的电磁阀驱动电路一样,采用的是大功率驱动器件的驱动方式。电流测试电路是电磁阀测试系统的主要电路,其核心部件是电流传感器。本文选用的是反应较快的磁平衡式电流传感器。其主要技术参数如下。测量范围为0～±10A;输出电流为10mA(对应5A输入电流);电源电压为±15V(±5%);反应时间<1/μs:频率为0～150kHz。电流传感器的应用电路如图2所示。通过采集电阻R两端的压力信号就可间接计算出流过电磁阀的电流大小。为保证试验精度,电阻R选用精密电阻。3增压阀加电关闭阀口保护利用以上所建立的汽车ABS电磁阀动作响应测试系统,对Bosch公司某型ABS的电磁阀分别就2.2中所述的四种情况进行了测试。3.1.1有压力负载时(此时试验台上制动主缸踏板被踩下,但减压阀常闭),开启、关闭增压阀的电流和所产生的压力变化如图3所示。测试时,制动主缸产生的压力P为1.4MPa。测得电流达到小尖峰的时间为t(小尖峰)=2.72ms;电流达到小凹谷的时间为t(小凹谷)=3.41ms;增压阀加电关闭阀口一直到电流稳定的时间为t(increase)=58×0.08×1000/500=9.28ms;增压阀断电阀芯回位阀口打开的时间为t(decrease)=6.5×0.08×1000/500=1.04ms3.1.2无压力负载时(试验台制动主缸上制动踏板不动作),开关增压阀的电流和所产生的压力变化如图4所示。测得电流达到小尖峰的时间为t(小尖峰)=2.635ms;电流达到小凹谷的时间为t(小凹谷)=3.38ms;增压阀加电关闭阀口一直到电流稳定的时间为t(increase)=10.2ms;增压阀断电阀芯回位阀口打开的时间为t(decrease)=1.02ms由试验曲线可见,电磁阀在通电响应过程中,电流会出现一个小的波动。这是因为通电时,电磁阀的能量在增加,同时因为电磁阀内阀芯的运动,电磁线圈的电感也在增加,由能量守恒定律可知,当电感能量增加速率大于外界能量输入速率时,必然会引起电流的降低,因而电流会出现小的波动。在电磁阀断电响应过程中这种效应不是特别突出,因而在曲线上看不出明显的电流波动。并且由试验曲线可以发现,电磁线圈的电流在有压力和无压力两种情况下,响应没有太大区别。3.2无压力负载时3.2.1有压力负载时(减压阀动作前制动主缸踏板已经踩下),减压阀的工作电流与所产生的压力变化如图5所示。此时电流达到小尖峰时的时间为t(小尖峰)=12×0.081×1000/500=1.994ms;电流达到小凹谷时的时间为t(小凹谷)=2.1ms;电磁阀电流上升时间为t(increase)=47×0.081×1000/500=7.614ms;电磁阀电流下降时间为t(decrease)=7×0.081×1000/500=1.134ms。3.2.2无压力负载时(减压阀动作前制动主缸踏板无动作),减压阀的工作电流与所产生的压力变化如图6所示。此时电流达到小尖峰时的时间为t(小尖峰)=9.8×0.08×1000/500=1.568ms;电磁阀电流上升时间为t(increase)=47×0.08×1000/500=7.52ms;电磁阀电流下降时间为t(decrease)=6.6×0.08×1000/500=1.056ms。由减压阀的响应曲线可见,减压阀的响应速度要明显快于增压阀,并且电磁阀的稳定电流要比增压阀大将近1A。这是因为减压阀的电阻较小,并且行程较短,因而其响应速度要快一些。从试验曲线还可以发现,减压阀的电流波动比增压阀要小,尤其是在通电响应过程中,几乎看不见明显的尖峰和凹谷。4节单元的电磁力分析本文设计并建成了能够对常用的汽车液压式ABS的压力调节单元——电磁阀进行动态响应测试的试验系统。该系统包含硬件台架、测试电路和测试分析软件。对德国Bosch公司的某型ABS的电磁阀进行了完整的响应测试。测试结果表明如下。(1)增压阀在有压力负载和无压力负载的情况下,关闭阀口的过程中,分别在2.72ms、2.635ms和3.41ms、3.38ms时电流达到一个小尖峰和一个小凹谷。根据对压力调节单元的电磁场力分析可知,由于增压阀阀芯开始运动后是先到达阀座,之后再压紧阀口,最后才分别在9.28ms和10.2ms时刻到达恒定的电磁作用力,并将阀芯紧压在阀口处,隔断高压油的通路。从电流曲线的变化情况证实了电磁力的分析结论。增压阀在有压力负载和无压力负载的情况下,打开阀口的时间为1.04ms和1.02ms。由于增压阀线圈断电后,作用在阀芯上的电磁力马上消失,此时只有回位弹簧力和高压腔的液压力作用在阀芯上,两者的作用方向都朝阀芯打开的方向,因此,阀芯能以较快的速度打开。(2)减压阀在有压力负载和无压力负载的情况下,打开阀口的过程中分别在1.994ms和1.568ms时电流达到一个小尖峰。在有压力负载时在2.1ms时刻电流达到一个小凹谷,无压力负载时电流曲线上的小凹谷并不明显。减压阀在有压力负载和无压力负载的情况下,关闭阀口的时间分别为1.134ms和1.056ms。同样这也是由于减压阀经圈断电后,电磁力消失,只有弹簧力和较小的液动力作用在阀芯上,阀