关键词：液压控制单元;;高速电磁阀;;液动力;;PWM控制;;联合仿真;;硬件在环仿真
摘 要：汽车电子稳定系统液压控制单元(Hydraulic Control Unit,HCU)是汽车电子稳定控制系统(Electronic Stability Control,ESC)的执行机构,它包括调节车轮制动压力的高速电磁阀、电机、液压泵和蓄能器等。其原理是液压控制单元接受电子稳定控制单元的指令,调节液压管路的通断来控制制动力,以此保证车辆的稳定性。在指令正确的前提下,汽车ESC液压控制单元和作为核心部件的高速电磁阀的工作性能直接影响汽车安全问题,因此对液压控制单元和高速电磁阀的研究显得尤为重要。本文的目的是对ESC液压控制单元进行仿真测试与优化控制,为液压控制单元的设计和优化提供思路。首先,总体分析液压控制单元的物理结构,进而研究其两种工作状态。包括主动调节压力和被动调节压力时液压控制单元内部各高速电磁阀、电机等部件的执行状态。然后分析液压控制单元内部多处单向阀的功能以及作为主要执行部件的高速电磁阀的高频PWM控制特性,为后续仿真模型和控制方法的建立奠定基础。接着,建立ESC液压控制单元仿真模型,分析其动态特性。前提是分析ESC液压制动系统中各主要模块的数学物理模型,然后根据数学物理模型建立包括ABS系统和ESC系统的AMESim仿真模型,根据实际情况进行模型中参数的选择。仿真分析各主要参数的改变对ABS增减压及ESC增减压特性的影响,得到了不同参数下的增减压特性曲线,为后续高速电磁阀的研究提供可靠的液压环境。然后,对高速电磁阀进行原理分析和系统研究。根据电磁学和流体力学等原理,建立外流式进油阀和内流式出油阀的电磁力、摩擦力和液动力数学模型。研究不同占空比下电磁力和电流大小的时间响应特性,分析阀进、出油口直径,阀座锥角,阀两端压差,球形阀芯半径等结构参数对稳态液动力和瞬态液动力的影响。建立高速电磁阀的Simulink模型,通过S函数与ESC液压制动系统AMESim模型相连,从而进行联合仿真,仿真高速电磁阀在不同PWM占空比控制信号下的阀芯位移响应,分析电磁力与液动力的关系,研究高速电磁阀的比例开度功能,观测不同占空比下的阀芯位移和轮缸压力,得到不同阀结构参数下比例开度的占空比范围,以此指导阀结构优化的方向。最后,将dSPACE公司生产的Simulator作为压力采集平台,将华海公司生产的RapidECU作为快速原型控制器,与所搭建好的液压制动系统相连组成硬件在环试验台。通过试验台测试验证了液压控制单元仿真模型的正确性,测试结果表明液压控制单元具备增压、保压和减压功能,并且转换阀在一定的高频PWM占空比区间内具备限压功能。
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