汽车电子液压制动系统跟随特性的实验研究 ----汽车EHB系统的硬件设计

第3章汽车EHB系统的硬件设计

3.1引言

EHB系统试验台架主要由EHB液压执行机构和EHB电子控制系统两部分组成。两个系统彼此紧密相连，共同作用。EHB电子控制单元通过数据采集系统将（轮速，横摆角速度，侧向加速度，压力，方向盘转角等）车辆状态信号采集到主控芯片，主控芯片通过分析和处理输出控制信号，经过功率放大，控制信号驱动EHB系统的液压控制机构（高速开关阀和电机泵），从而达到对整个液压系统进行控制的目的。由于时间原因和现有条件限制，本文主要完成执行机构主要元器件的设计和选取，并且对电子控制单元的主控芯片及外围电路进行了初步的设计。下面就对这两个系统具体元件的设计和选择详细论述。

3.2 EHB执行机构元件设计和选择

EHB执行机构主包括：液压供给单元，液压控制单元和制动踏板单元和辅助单元构成。制动踏板单元通过采集电子踏板和踏板行程传感器的信号，获知驾驶员制动意图。液压供给单元主要作用是通过对电机泵的控制，将高压油液输入给蓄能器，蓄能器为整个执行机构提供能源。液压控制单元控制主要元件是高速开关阀，通过电控单元通过输出可调制的PWM信号，实现对输出流量的精确控制。辅助单元包括制动管路，储油杯，传感器等。

在执行机构元件选取过程中，流量和压力是两个主要的参数。根据这两个参数分析计算出所要求的元件尺寸大小和具体型号。而系统的工作压力和流量分别取决于液压执行元件尺寸大小和液压执行元件所需流量。

在确定系统工作压力的时候，不仅要尽量满足系统负载的要求，而且应考虑所选执行元件的装配空间，性能要求及元件成本等条件的限制。液压系统功率一定，若工作压力低一些，虽然增加了液压系统稳定性，降低了工作噪声，但同时元件的重量、尺寸就相应增大；若工作压力过高，虽然会加强液压元件结构紧凑性，轻巧性，但对液压执行机构的制造精度和密封性能等要求就要有所提高。当执行元件高速运动时，易产生振动和噪声。同时会对系统元件的使用寿命产生一定影响。加工起来困难，提高了设备制造成本。

在EHB设计过程中，液压供给单元是整个液压系统的功能装置。他决定了整个系统的响应速度和制动轮缸能达到的最高压力。根据对执行机构的分析和研究，在制动器上建立液压（或制动力矩）的速度要达到15MPa/s左右。即蓄能器，电机泵，高速开关阀及制动器的大小所决定建立液压的速率。其车辆模型参数见表3.1

3.2.1液压供给单元

液力供给单元主要包括高压蓄能器，电机，液压泵等。蓄能器作为压力源，为整个制动执行单元提供制动所需的压力，由于高压制动液从蓄能器流出，流经阀类元件，到达制动轮缸过程中会有管路的沿程损失，管路的局部压力损失和阀类元件的局部损失，因此蓄能器应该能提供足够高的压力，以满足快速连续有效的制动要求。蓄能器的压力由压力传感器将信号传递给电子控制单元ECU来进行监测，通过实时开启电机泵，来补充高压蓄能器在制动过程中所消耗的制动液，使其压力维持在一定的范围内。当蓄能器中的制动液压力低于电子控制单元标定的蓄能器的最低压力时，电动液压泵开始启动工作，直到蓄能器中的制动液压力达到电子控制单元标定的蓄能器的最高压力，制动液压力高于蓄能器许用压力时，溢流阀打开，直到蓄能器中的制动液压力低于安全压力，在高压蓄能器输入端与电动液压泵输出端之间相连的单向阀对蓄能器中的高压制动液起截止回流作用。下面对液压供给单元元件的具体计算和选用进行介绍。

1蓄能器的结构形式

在压力建立回路中，通常高压蓄能器的功能是存储能量、吸收液压冲击、回收能量和消除脉动，对延长系统工作寿命、提高系统稳定性、改善其动态响应品质、保证系统正常运行、降低噪声等起着重要的作用。蓄能器在工作过程中如同一个弹性元件，首先将液体的液压能转化为势能贮存起来，然后当系统需要时再由势能转化为液压能。蓄能器根据储能方式的不同，分为重力式、弹簧式和气体式；而气体式蓄能器又分为非隔离式蓄能器和隔离式蓄能器。在隔离式蓄能器中包括一个外壳，壳体内用一个固体或柔性的分隔元件分成两个腔室，一个装有液体的腔室，另一个装有气体的腔室。当外部系统压力超过蓄能器内部压力时，油液通过压缩分隔元件另一侧的气体，将油液压力能转化为气体内能；当外部系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的高压气体膨胀，通过分隔元件作用于油液向外部系统释放能量。由于气体和液体分离不易混合，从而有效地利用了气体压缩时产生的内能，因此隔离式蓄能器的应用范围很广。隔离式蓄