某車型雙腔比例閥試驗研究

張曉明

摘 要：結(jié)合某新開發(fā)車型選裝雙腔比例閥這一科研項目，來闡述雙腔比例閥匹配實驗的方案制定、實驗設(shè)備的選型以及實驗方法的確認(rèn)和實施，進(jìn)而得出匹配實驗結(jié)果，根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析從而得出該車型配置的相關(guān)壓力折點雙腔比例閥的制動性能優(yōu)劣，為該車型配置雙腔比例閥的選型和改進(jìn)提供試驗數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：雙腔比例閥；折點；抱死順序；O-型實驗；匹配實驗

中圖分類號：U467.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）04-0083-05

Abstract： This article is to introduce how to set up a scheme for double cavity proportional valve matching experiment， how to select the experimental equipment， and the confirmation and implementation of experimental method basing on a scientific project about the selection of double cavity valve for a new developed vehicle， thus to obtain the experiment results to make data analysis about the advantages and disadvantages of double cavity valve brake performance configured for the vehicle， which provides the support with the test data about model selection and improvement for double cavity proportional valve.

Key Words： double cavity proportional valve； fold point； locking sequence； model O experiment； matching experiment

1 引言

汽車比例閥是用于調(diào)控汽車后輪制動管路壓力，從而使整車制動系統(tǒng)充分發(fā)揮其制動效能，提高汽車在制動過程中的可靠性及安全性。本文將重點對某車型壓力折點分別為1.5MPa、1.8MPa和2.1MPa的雙腔比例閥進(jìn)行實車對比試驗，以此來選擇出綜合性能表現(xiàn)優(yōu)秀的比例閥，希望通過比例閥匹配試驗的研究能對從事汽車制動系統(tǒng)研究的工程師提供參考。

2 雙腔比例閥組成及作用原理

2.1 雙腔比例閥組成

雙腔比例閥總成采用的是兩端承壓面積不等的差徑式活塞結(jié)構(gòu)，主要由閥體、活塞、彈簧、閥門、定位座等零件組成，有兩個進(jìn)油孔和四個出油孔，零件構(gòu)成圖見圖1[1]。其中兩個出油孔P2與兩個后輪分泵連通，另兩個出油孔與前輪分泵連通，階梯形活塞上端的導(dǎo)向圓柱面與閥體內(nèi)的定位座間隙配合，并與定位座內(nèi)的密封圈密封配合，活塞的下端面與橡膠閥門相配合，并與閥體間隙配合[2-4]。

2.2 雙腔比例閥作用原理

當(dāng)輸入端液壓P1與輸出端液壓P2同步增長到一定值（折點壓力）后，則自動地對輸出液壓的增長按一定比例加以節(jié)制，即輸出液壓按固定的比例增加，從而輸出液壓的增量小于輸入液壓的增量，雙腔比例閥輸入-輸出特性曲線圖見圖2[5]：

在雙腔比例閥的壓力分配特性當(dāng)中，折點壓力Pj 與比例系數(shù)tanθ是兩個非常重要的參數(shù)，比例閥的液壓輸入、輸出曲線的形狀與位置由Pj 和tanθ一同決定。所以在匹配的時候要重點關(guān)注這兩個參數(shù)，這樣才能使實際的制動力的分配曲線無限接近理想狀態(tài)。根據(jù)實際的制動力計算公式和雙腔比例閥液壓的分配特性式，可以得到匹配雙腔制動閥的制動系統(tǒng)的制動力分配特性式[6-7]：

3 匹配試驗方案

因該車型在原制動系統(tǒng)基礎(chǔ)上僅變更了比例閥，因此只需要考慮在滿足汽車制動方向穩(wěn)定性的前提下，選擇在制動效能方面表現(xiàn)優(yōu)秀的比例閥，來進(jìn)行對比驗證。

以下試驗方案中相關(guān)試驗項目按照GB 21670-2008《乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條款執(zhí)行。

3.1 車輪抱死順序試驗

本試驗項目是對配裝比例閥車型制動時汽車的方向穩(wěn)定性進(jìn)行考察。制動時汽車發(fā)生側(cè)滑，特別是后軸側(cè)滑，將引起汽車劇烈的回轉(zhuǎn)運動，嚴(yán)重時可使汽車掉頭。由試驗與理論分析得知，制動時若后軸車輪比前軸車輪先抱死，就可能發(fā)生汽車后軸側(cè)滑。若能使前、后軸車輪同時抱死或前軸車輪先抱死，后軸車輪再抱死或不抱死，則能防止后軸側(cè)滑。通過對比配裝不同折點比例閥車型的抱死順序，來篩選出滿足制動性能要求的比例閥。

3.1.1 高-路面車輪抱死順序試驗

使車輛在高- 路面上以100km/h的車速行駛，以線性速度逐漸施加制動力，使制動操作后0.5s-1.5s發(fā)生第一次車輪抱死，控制力到達(dá)1000N或第一根車軸抱死時間達(dá)到0.1s（不論哪根車軸先發(fā)生抱死）時解除制動。

3.1.2 低- 路面車輪抱死順序試驗

使車輛在低-μ 路面上以65km/h的車速行駛，以線性速度逐漸施加制動力，使制動操作后0.5s-1.5s發(fā)生第一次車輪抱死，控制力到達(dá)1000N或第一根車軸抱死時間達(dá)到0.1s（不論哪根車軸先發(fā)生抱死）時解除制動。

3.2 行車制動系0-型試驗

本試驗項目是對配裝比例閥車型的制動效能進(jìn)行考察。通過O型試驗來對比配裝不同折點比例閥車型的制動效能，以此來挑選出在制動效能方面表現(xiàn)優(yōu)秀的比例閥。

3.2.1 發(fā)動機(jī)脫開的O-型試驗

本試驗規(guī)定車速為100km/h。每次試驗時，首先確認(rèn)最熱的車軸上的行車制動器的平均溫度處于65℃～100℃；在附著條件良好（μ≥0.8）的水平路面上。將車輛加速至試驗規(guī)定車速以上5km/h，脫開擋位，在車速下降至試驗規(guī)定車速時進(jìn)行行車制動，最大制動力不超過500N。

3.2.2 發(fā)動機(jī)結(jié)合的O-型試驗

本試驗僅適用于最高車速vmax>125km/h的車輛，試驗規(guī)定車速v=80%υmax≤160km/h；對最高車速υmax>200km/h的車輛，試驗車速應(yīng)為160km/h。試驗時，首先確認(rèn)最熱的車軸上的行車制動器的平均溫度處于65℃～100℃；在附著條件良好（μ≥0.8）的水平路面上。將車輛加速至試驗規(guī)定車速以上5km/h，采用相應(yīng)的最高擋行駛，松開加速踏板但保持擋位不變，在車速下降至試驗規(guī)定車速時進(jìn)行行車制動，最大制動力不超過500N。

3.2.3 O-型試驗充分發(fā)出的平均減速度計算

充分發(fā)出的平均減速度（英文縮寫為MFDD，對應(yīng)符號為dm）應(yīng)根據(jù)車速從vb到ve 期間行駛的距離平均減速度計算：

式中，v 為試驗車制動初速度，單位km/h；vb 為0.8v 試驗車速，單位km/h；ve 為 0.1v 試驗車速，單位km/h；se 為試驗車速從 v 到 ve 行駛的距離，單位m；sb 為試驗車速從v到 vb 行駛的距離，單位m。

3.3 試驗設(shè)備

本次匹配試驗使用設(shè)備主要是由VBOX3i數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPS天線、多功能顯示器、電源連接器、制動觸發(fā)器、制動踏板力計、模擬量輸入模塊、輪速傳感器、頻率輸入模塊、K型熱電偶、熱電偶模塊和筆記本電腦組成，具體見圖4：

3.4 試驗場地

該車型比例閥匹配項目在湖北襄陽汽車試驗場綜合性能路開展制動性能試驗。

綜合性能路狀況如下：

為聽筒形環(huán)路，全長4051m。直線段連續(xù)長度達(dá)1640m，寬18m，縱坡為0；曲線段路寬7m，單車道，主圓曲線和反向圓曲線的半徑分別為85m和160m，兩者之間設(shè)置了Mcconnel螺旋線作為緩和曲線。直線段兩側(cè)各設(shè)3m寬瀝青混凝土的平順性試驗路。

ABS試驗道路由南北兩部分組成，與性能路融為一體。兩部分均由高、低附著系數(shù)路面組合而成，并形成對開、對接的形式。高附著系數(shù)路面為水泥混凝土路面，在干、濕狀態(tài)下的附著系數(shù)分別為0.8，0.7。南端低附著系數(shù)路面為200m玄武巖瓦路面，北端地附著系數(shù)路面為長200m的特殊油漆路面，通過噴水，在濕狀態(tài)下的附著系數(shù)分別為0.24，0.15。

4 匹配試驗結(jié)果驗證

4.1 車輪抱死順序試驗結(jié)果

4.1.1 高-μ路面車輪抱死順序試驗結(jié)果，見圖表1。

4.1.2 低-μ路面車輪抱死順序試驗結(jié)果，見表2。

4.2 行車制動系0型試驗結(jié)果

4.2.1 發(fā)動機(jī)脫開的0型試驗結(jié)果，見表3。

4.2.2 發(fā)動機(jī)結(jié)合的0型試驗結(jié)果，見表4。

5 匹配試驗結(jié)果分析

5.1 車輪抱死順序結(jié)果分析

從車輪抱死順序試驗結(jié)果可知，壓力折點為1.5MPa、1.8MPa比例閥的車輪抱死順序試驗結(jié)果滿足GB 21670-2008的要求，壓力折點為2.1MPa比例閥的車輪抱死順序試驗結(jié)果不滿足GB 21670-2008的要求。因此排除壓力折點為2.1MPa的比例閥。

5.2 行車制動系O型試驗結(jié)果分析

壓力折點為1.5MPa、1.8MPa和2.1MPa比例閥的行車制動系O型試驗結(jié)果對比表，見表5：

從表5的對比數(shù)據(jù)表明：壓力折點為2.1MPa比例閥的制動效能要好于壓力折點為1.8MPa比例閥的制動效能；壓力折點為1.8MPa比例閥的制動效能要好于壓力折點為1.5MPa比例閥的制動效能；壓力折點為1.5MPa比例閥的制動效能最差，壓力折點為2.1MPa比例閥的制動效能最好。

從車輪抱死順序試驗和行車制動系O型試驗結(jié)果的分析可知：壓力折點為1.5MPa比例閥的車輪抱死順序試驗結(jié)果雖然滿足法規(guī)要求，但因制動效能表現(xiàn)很差，故不做考慮；壓力折點為2.1MPa比例閥的制動效能雖然表現(xiàn)出色，但因車輪抱死順序試驗結(jié)果不滿足法規(guī)要求，故也不做考慮；壓力折點為1.8MPa比例閥的車輪抱死順序試驗結(jié)果滿足法規(guī)要求，同時制動效能表現(xiàn)也比較好，因此結(jié)合兩項性能結(jié)果來看壓力折點為1.8MPa的比例閥綜合性能表現(xiàn)相對較好。

6 結(jié)論

壓力折點為1.8MPa比例閥在壓力折點為1.5MPa、1.8MPa、2.1MPa比例閥中的制動效能及穩(wěn)定性最好，但相對壓力折點為2.1MPa比例閥的O型試驗結(jié)果，壓力折點為1.8MPa比例閥的制動效能仍有提升的空間，建議后續(xù)提高將比例閥折點值提高并進(jìn)行試驗驗證。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 21670-2008 乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法[S].

[2]余志生.汽車?yán)碚?第五版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]王良模 汽車制動性能試驗分析軟件的開發(fā) [J].現(xiàn)代交通技術(shù).2005（5）：73-74.

[4]沈軍民.汽車感載比例閥測試系統(tǒng)設(shè)計[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報，2006（2）：169-171.

[5]趙振興.汽車液壓感載比例閥[J].汽車工程師.2010（5）：47-50.

[6]李力.汽車制動系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化設(shè)計[D].南京理工大學(xué).2005：27-28.

[7]龔洪.液壓制動感載閥開發(fā)及整車應(yīng)用研究[D].華中科技大學(xué).2005.

[8]王亞晴.汽車制動力分配比的優(yōu)化設(shè)計與仿真計算[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2005（11）：93-96.