液压制动系统中蓄能器的优化设计与稳健分析

　　0 引 言

　　制动系统是确保工程车辆行驶安全和提高作业效率的关键，全动力液压制动系统以其优越的制动性能及较高的可靠性在工业发达国家已普遍采用。全动力液压制动系统包含了蓄能器、制动阀、充液阀、制动泵、连接管路等关键元器件，其中对制动阀、充液阀的静动态特性的研究相对集中^[1-3]，对于蓄能器的研究相对较少。在对蓄能器进行设计选取时，常将其作为独立的研究对象从液压系统中分离出来，某些设计参数只能按照经验进行选取，选用结果有很大不确定性，与整个制动系统的匹配性也很难得到保证。

　　本文以某工程车辆为实例，以AMESim 软件为平台，建立了完整的液压制动系统模型，利用遗传算法对影响蓄能器的主要设计参数进行了优化，并验证了其稳健性，为蓄能器与整个制动系统匹配设计提供了方法和理论依据。

　　1 蓄能器参数的选取与设计

　　1.1 充气压力p0的确定

　　1)从使蓄能器总容积V₀最小，单位容积储存能量最大的角度出发选择，充气压力p₀应等于0.47 倍的最高工作压力p₂。

　　2)从保护皮囊并延长其使用寿命的角度出发来选择，充气压力p₀应在系统最低工作压力p₁的90%和系统最高工作压力p2的25%之间选取。即p₀=0.25 p₂～0.9 p₁。就是说，在系统最低工作压力下，蓄能器的皮囊仍未膨胀得与壳体内壁完全接触;而在系统最高压力下，皮囊收缩后的体积仍大于充气压力的原始体积的四分之一。这样限制皮囊在系统工作时的变形范围，可以保护皮囊，延长其使用寿命。

　　1.2 有效容积V₀的确定

　　根据波义耳定律，此时蓄能器变化过程为绝热过程，可得有效容积V₀为

　　式中，V₀为蓄能器有效容积，m³;p₀为充气压力，Pa;p₁为系统最低工作压力，Pa;p₂为系统最高工作压力，Pa;?V 为蓄能器的有效排量，m³。可见，蓄能器参数中对系统性能影响较大的是容量与充气压力。

　　2 蓄能器动态数学模型

　　2.1 蓄能器充液动态数学模型

　　当蓄能器的压力下降到充液阀下限压力时，充液阀开启充液，充液时间取决于蓄能器的充液特性，与蓄能器结构参数、充气压力及充液起始状态等有关。充液过程中蓄能器的流量连续性方程为

　　式中，V_A为蓄能器气腔容积，m³。

　　由热力学波义耳定律有

　　式中，A_0p 、A_0V 分别为充液阀调定压力下限时，蓄能器稳定工作点时的压力(Pa)及容积(m³);n 为气体的多变过程指数，无量纲，等温过程取1。