双回路全动力液压制动阀的稳健设计

　　0 引言

　　双回路全动力液压制动阀的设计是围绕着如何提高制动系统响应速度、减轻系统参数变化对制动性能的影响并降低制动阀的制造成本来进行的。

　　作为全动力液压制动系统的关键部件之一,制动阀的主要作用是及时控制制动压力,满足车辆对制动系统及整机制动力矩的要求。双回路全动力液压制动阀目前在国内仍处于产品研制阶段,国外在此方面仅有相关产品的文献报道,一些关键技术有待分析掌握[1]。工程车辆作业环境恶劣,在其制动系统的设计中必须保证对各种干扰因素具有稳健性,而主要元件的制造公差、装配误差易使系统的响应特性出现偏差,同时系统参数的变化也会使系统性能发生变化。在设计初始阶段,由于绝大部分信息不确定,参数区间的选取具有很大的人为性,存在设计人员无法掌握哪些参数及范围对系统性能更稳健的问题[2,3]。因此,在车辆制动系统关键元件的设计中,应建立稳健设计的思想,利用仿真与台架试验等手段,综合考虑各种参数的取值范围、变化方式对系统性能的影响[4]。

　　1 稳健设计策略

　　目前,稳健设计的主要策略是在考虑设计参数与干扰因素对目标性能影响的基础上,利用各种理论及方法建立相应的数学模型,并通过仿真与计算,获取实现目标稳健的最优解[5]。但这样得出的设计结果与实际使用性能之间存在一定的差异,为此,如果在稳态设计的基础上,建立可用于系统与元件参数设计的仿真试验数学模型及可用于模拟车辆实际制动工况的系统动态响应特性台架试验系统,通过台架试验验证仿真模型,并将部分试验结果用于参数设计中,将使最终设计方案全面满足车辆制动系统的性能要求。制动阀的稳健设计策略如图1所示。

　　2 仿真与试验

　　串联式双回路全动力液压制动阀的结构原理如图2所示。当需要制动时,踏板经由弹簧推动前阀芯8向左移动,由前阀芯产生的液动力推动后阀芯4同时向左移动。两阀芯首先关闭回油口10、13,而后将蓄能器压力输入口2、6与制动轮缸的压力输出口11、14连通。液动力经两阀芯反馈油孔3、7后,使作用在两阀芯左端的压力不断升高,推动阀芯向右运动,直至关闭蓄能器口2、6,此时蓄能器口2、6与输出制动轮缸的压力口11、14连通,液动力使阀芯继续保持制动压力踏板力,踏板力与自动压力的平衡决定了制动压力的大小。制动过程结束时,阀芯回位使10口、13口与11口、14口重新接通,2口、6口被再次关闭。

　　在制动增压状态下,蓄能器中的液压油经制动阀流向制动轮缸,根据蓄能器、制动阀中液压油的连续方程可得: