全动力制动系统蓄能器充液阀的稳健设计

　　引言

　　工程车辆作业环境恶劣,制动系统的设计必须对各种干扰因素具有稳健性。作为全动力液压制动系统的关键部件之一,充液阀的主要作用是及时为蓄能器充液,将蓄能器的压力保持在一定范围内,满足车辆对蓄能式制动系统的要求[1]。因其结构原理相对复杂,国内目前仍处于产品研制阶段,一些关键技术有待分析掌握[2～3]。由于充液阀的制造公差、装配误差易使系统充液特性出现偏差,系统参数的变化同样也会使性能发生变化。而在设计初始阶段,设计人员无法掌握哪些参数及其范围对系统性能更稳健[4],设计参数区间的选取人为因素较大。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多种手段,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[5]。

　　1　结构原理

　　图1为单回路充液阀的结构,主要由控制充液压力上下限的先导阀和充液主阀构成,图中的P、O、A、T分别为油泵压力油进油口、通往下游液压系统的出口、通往蓄能器出口及回油口。充液阀的充液过程为:当蓄能器的压力低于充液阀设定的下限压力时,作用在上限单向阀阀芯3上的液压力低于先导阀芯4左端弹簧8的作用力,使下限单向阀6关闭,上限单向阀3打开,蓄能器内的压力油经先导阀芯4、节流通道Ⅱ进入主阀右腔,推动主滑阀芯9克服左腔压力向左移动,逐渐降低主阀开度,P与O口间的节流作用造成P口压力增高。随后P口与A口间的单向阀打开,经节流口向蓄能器供液。当蓄能器压力达到上限时,作用在先导阀右端单向阀阀芯3的液压力大于左端弹簧压力,下限单向阀6打开上限单向阀3关闭,主阀右腔经先导阀芯与T口相通泄压,在左端压力作用下克服右端弹簧压力右移,P口O口全通,P口压力降至与O口相同,P口与A口间的单向阀关闭,恢复全流量向下游系统供液,充液过程结束。

　　2　数学模型

　　忽略油液的可压缩性及油道泄漏的影响,假设单向阀开启并开始充液在瞬间完成,根据充液阶段流量平衡方程及主阀芯力平衡方程,经简化整理后可得描述充液过程动态特性的数学模型为

　　式中　Q——泵流量,m³/s

　　Q——油液密度,kg/m³

　　D——主阀芯直径,m

　　p₁——下游系统压力,Pa

　　C₁——蓄能器液容,m⁵/N

　　S_R——P口与A口间单向阀节流孔面积,m²

　　C_d——阀口流量系数　　G₂——中间变量