车用电液比例阀驱动与控制技术的研究

　　0 前 言

　　随着社会的发展,人类对汽车的性能和环保提出了更高的要求,传统的机械装置已经无法满足某些汽车功能的有关要求,因而将逐步被现代汽车电子控制技术所取代.由于液压系统能够在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并能加以精确控制,目前在汽车的各个系统中依然竞相采用微电子与液压执行机构结合的电液比例控制装置.电液比例控制技术的进步使车辆变速、转向、制动等各种系统的电子控制成为现实,它的应用显著提高了汽车的动力性、经济性和安全性,改善行驶的稳定性和舒适性.

　　1 比例阀工作原理

　　电液比例控制装置的核心元件电液比例阀具有结构简单、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点.目前在车辆上取得广泛应用的是比例压力阀,如在电子控制式自动变速器(ECT),电子式辅助液压转向系统(EPS)及制动防抱死系(ABS)等总成中都有一个或几个比例压力阀来实现对压力平滑精确地控制.下面以一个典型的ECT的比例溢流阀为例分析比例压力阀的工作原理,图1表示其结构简图.根据阀口流量公式、阀芯受力平衡式及流量连续公式可以建立该溢流阀的动态数学模型,设溢流阀接恒流源,即q_A设为定值(25 L/min),给定电流的变化函数;利用matlab编写M函数对该模型进行数值仿真,可以得到压力P_A随电流i变化的关系,如图2所示.利用求得的这些数值解进行最小二乘曲线拟合,可以得到压力P_A随电流i变化的函数P_A=f(i).

　　2 传统驱动与控制技术

　　比例阀驱动与控制系统对控制信号进行处理和放大,驱动衔铁输出推力,因此,该系统的优劣直接关系到整个液压系统的性能.大多数比例阀的生产厂家提供与其产品配套的专用功率放大器,这种专用的功率放大器的原理图如图3所示.该电路由颤振信号发生电路、控制信号叠加电路及U/I转换电路三部分组成.颤振电路是为了减小磁滞及库仑摩擦引起的死区和滞环,提高比例阀对电流响应的灵敏度,颤振信号的频率为质量-弹簧系统无阻尼自然频率的2倍,一般为200~300 Hz,常用的颤振信号为正弦波或三角波,振幅约为额定控制信号的10% ~20%.控制信号电压与颤振信号电压通过反相加法运算电路进行叠加,为满足相位的要求,其后增加一级反相器.最后的U/I转换电路将输入的电压信号转换为比例阀线圈的控制电流输出.

　　该功率放大器的功放三极管工作于线性放大区,其集电结发热量较大,并且电阻R11与比例阀线圈通过的电流几乎相同,所以R11的功率高达10W,因此三极管和电阻R11容易烧坏,而两个器件过高的温度对其旁边的运算放大器的工作也有影响.另外,由于计算机无法与比例电磁铁直接接口,要产生具有一定精度的控制信号,必须要使用D/A转换器.