（机械电子工程专业论文）车用abs电磁阀测试系统的研究.pdf

摘要 汽车防抱死系统具有增加汽车制动稳定性、缩短制动距离、改善轮胎磨损状 况等优点，极大提高了汽车制动的安全性，而a b s 电磁阀是防抱死系统中压力 调节器的重要组成部分，故为了提升电磁阀的性能，加快压力调节器的生产效率， 本文对a b s 电磁阀的开闭特性进行了深入分析，并在此基础上设计出液压和气 动测试系统，最后利用试验结果加深对a b s 电磁阀特性的理解。 文章前半部分分析了压力调节器和a b s 电磁阀的结构以及工作机理，并在 此基础上得出系统实际测试对象、测试内容以及测试方法，接着给出适合a b s 电磁阀特性的综合性能测试方案，然后以方案所要求的性能从硬件和软件上对气 动系统以及液压系统进行了设计。 后半部分根据a b s 电磁阀结构，测试系统的组成，利用a m e s i m 建立了气 动以及液压测试系统模型、给出了电磁铁不同节流孔径下的仿真数据，最后利用 测试台所得试验数据和仿真数据对比，为a b s 电磁阀的结构优化提供了依据。 从现实意义上考虑，论文提供了a b s 电磁阀气动测试台、a b s 电磁阀液压 测试台的设计方案以及一套基于低成本高性能信号发生器的测试软件，同时利用 仿真模型指导电磁阀内部结构设计，大大提高了企业生产、研制a b s 电磁阀的 能力。 关键词：防抱死系统，压力调节器，电磁阀，测试系统，信号发生器 a bs t r a c t a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e mh a st h ea d v a n t a g e so fi n c r e a s i n gv e h i c l e s t a b i l i t y , s h o r t i n gb r a k i n gd i s t a n c e sa n di m p r o v i n gt h es t a t u so ft i r ew e a r , e t c ，g r e a t l yi m p r o v e d t h es a f e t yo fac a l b r a k i n g ，w h i l et h ea b sa n t i l o c kb r a k i n gs y s t e ms o l e n o i dv a l v ei s a ni m p o r t a n tp a r to fap r e s s u r er e g u l a t o r , s oi no r d e rt oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo f s o l e n o i dv a l v e sa n ds p e e du pp r o d u c t i v i t yo fp r e s s u r er e g u l a t o r s ，t h i sp a p e rc a r d e d o u ta ni n - d e p t ha n a l y s i so fa b ss o l e n o i dv a l v eo p e n i n ga n dc l o s i n gc h a r a c t e r i s t i c s ， a n dd e s i g n e dah y d r a u l i ca n dp n e u m a t i ct e s ts y s t e mo nt h i sb a s i s ，a n dt e s t i n gr e s u l t w i l ld e e po u ru n d e r s t a n d i n go fc h a r a c t e r i s t i c so f a b ss o l e n o i dv a l v e f i r s th a l fo ft h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ep r e s s u r er e g u l a t o ra n dt h ea b ss o l e n o i d v a l v eo ft h es t r u c t u r ea n dw o r k i n gm e c h a n i s mb yw h i c ho b t a i n st h ea c t u a lt e s to b j e c t ， t e s tc o m e ma n dt e s tm e t h o d s ，a n dt h e na r eg i v e nac o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c et e s t i n g p r o g r a mf o ra b s s o l e n o i dv a l v e sf e a t u r e ，a n dt h e nd e s i g n st h ep n e u m a t i cs y s t e ma n d h y d r a u l i cs y s t e ma c c o r d i n gt or e q u i r e dp e r f o r m a n c eb yp r o g r a m t h el a t t e rp a r to ft h i sa r t i c l ee s t a b l i s h e sa m e s i mm o d e l so fp n e u m a t i ca n d h y d r a u l i ct e s ts y s t e m st og i v et h es i m u l a t ed a t ao fd i f f e r e n ts i z eo fo r i f i c ea c c o r d i n gt o t h es t r u c t u r eo fa b ss o l e n o i dv a l v ea n dc o m p o s i t i o no ft h et e s ts y s t e m , f i n a l l y c o m p a r i n gt h et e s td a t aa n ds i m u l a t ed a t at op r o v i d eab a s i sf o rs t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o n o ft h ea b ss o l e n o i dv a l v e a c h i e v e m e n t so ft h i sa r t i c l ea r e d e v e l o p i n g t h ea b sv a l v ep n e u m a t i ca n d h y d r a u l i ct e s t i n gb e n c hs u c c e s s f u l l ya n dp r o v i d i n gt h et e s t i n gs o f t w a r eb a s e do nt h e l o w - c o s t , h i 曲一p e r f o r m a n c es i g n a lg e n e r a t o r , a t t h es a m et i m et h ea r t i c l eu s e s s i m u l a t i o nm o d e l st og u i d et h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo fs o l e n o i dv a l v e ，a n dg r e a t l y i m p r o v et h ep r o d u c tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tc a p a c i t yo fe n t e r p r i s e si na b s s o l e n o i dv a l v e k e y w o r d s ：a b s ，p r e s s u r er e g u l a t o r s ，s o l e n o i dv a l v e s ，t e s ts y s t e m ，s i g n a lg e n e r a t o r i i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江盘鲎或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 荛绷 签字日期：2 口。年弓月髟日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙姿盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝婆盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 芤细 导师签名：萨 签字日期：z 口o 年弓月z 日签字日期：2 0 o 年弓月z 日 致谢 本论文是在导师陶国良教授的关心爱护和悉心指导下完成的。陶老师以他渊 博的知识、富有创造力的思维和丰富的工程实践经验给予我深刻的启迪，使我在 实践中得到了极大的锻炼，并将使我终身受益。导师严谨踏实和实事求是的治学 态度、诚实守信的为人作风，给我留下深刻的印象，时刻鞭策我更加努力地去学 习和工作。在此向陶老师致以深深的感谢和崇高的敬意。 感谢气动组刘昊副教授，吴震宇、方清华、谢建尉、朱笑丛、曹剑、路波、 向钟、钟伟博士和孙来玉、赵雅杰、翁之旦、张志刚硕士在学习和生活中的关心 和帮助，特别感谢周文炜和王雪荣两位工程师在试验台搭建上给予的帮助。 感谢浙江大学机械电子工程研究所的各位老师、感谢机械电子工程0 7 硕士 班的各位同学以及寝室室友李江波、姜红刚、阿永噶的大力支持。 最后，我要感谢我的父亲、母亲，他们一直无私地关心、支持我的学业和成 长。他们的关心和支持是我完成论文的巨大动力，在此表示衷心的感谢。 范翔 2 0 1 0 年1 月于求是园 浙江大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 防抱制动系统( a b s ) 的发展概述 汽车制动防抱死系统( a n t i 1 0 c kb r a k i n gs y s t e m ，简称a b s ) 是在传统制动 系统的基础上采用电子控制技术，在制动时防止车轮抱死的一种机电一体化系 统。当今的液压防抱死系统是从2 0 世纪初火车上的刹车装置发展过来的，德国 b o s c h 公司在1 9 3 6 年最早将电磁传感器应用于轮速的测量，并申请了第一个防 抱死系统专利。防抱死系统的实际应用被认为始于1 9 4 3 年，首先是用于铁路 上，当时美国西屋公司开始批量生产用于火车上的防抱死制动系统乜1 。1 9 5 4 年， f o r d 公司将a b s 装在林肯轿车上1 。这一时期的各种a b s 的轮速传感器和制 动压力调节装置都是机械式，因此，获取的轮速信号不够精确，制动压力调节的 适时性和精确性也难以保证。随着电子技术的发展，a b s 进入电子化阶段，2 0 世纪6 0 年代末至7 0 年代初，凯尔塞海伊斯公司研制生产了两轮制动的防抱系 统、克莱斯勒公司与本迪克斯合作研制的四轮制动的s u r e t r a c k 、博世和泰 威士公司研制的第一代电子控制制动防抱系统，瓦布科与奔驰公司合作研制的气 压制动的载货汽车防抱系统，但这些都是由模拟式电子控制装置对电磁阀进行控 制以调节各制动轮压力，但模拟式电子控制装置反应速度慢、控制精度低、易受 干扰，各种a b s 很难达到预期的控制效果。2 0 世纪7 0 年代后期，a b s 采用数 字式电子技术，反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，a b s 进人实用化阶 段。b o s c h 公司在1 9 7 8 年首先推出了采用数字式电子控制装置的 a b s _ 卅o s c h a b s 2 “1 。目前，国际上a b s 在汽车上的应用越来越广泛，已成 为绝大多数汽车的标准装备，在北美和西欧，各类客车和轻型载货汽车a b s 的 装备率已达9 0 以上、轿车a b s 的装备率在6 0 左右、运送危险品的载货汽车 a b s 的装备率为1 0 0 。2 0 世纪8 0 年代初，我国的东风汽车公司开始研究制动 浙江大学硕士学位论文i 绪论 防抱死系统，从1 9 9 8 年起，国产的奥迪、桑塔纳和富康等轿车开始安装制动防 抱死系统。2 0 0 3 年起，制动防抱死系统已基本成为轿车的标准配置阳1 。 1 1 2 防抱死系统的优点及种类 a b s 系统的主要有三个优点：能缩短制动距离、增加了汽车制动时的稳定性 以及改善了轮胎的磨损状况。在紧急制动时，a b s 系统将滑移率控制在2 0 左 右可获得比较大的制动效果以缩短制动的距离；汽车制动时，如果汽车的前轮抱 死，汽车失去了车轮滚动时方向的控制；如果后轮先抱死，则会出现侧滑、用尾， 调头等危险状况，a b s 系统可以在制动时防止四个轮子被完全抱死，提高汽车 行驶的稳定性；同时车轮抱死会造成轮胎杯型磨损，由于轮胎面磨耗不均匀，使 轮胎磨损消耗费增加，经测定，紧急制动车轮抱死所造成的轮胎损费将超过一套 a b s 系统的价格。此外a b s 使用方便，工作可靠，无需驾驶员的连续点刹哺1 。 a b s 系统按厂家可以分为：德国博世( b o s c h ) a b s 系统、德国泰威士( t e v e s ) a b s 系统、美国德科瑞美( d e l c o r e m y a b s ) 系统和美国本迪克斯( b e n d i x ) a b s 系统，这四种广泛的系统不断地在更新换代，其他a b s 系统基本上是上述 四种系统的变型。按控制通道的数目可以分为四通道、三通道、双通道和单通道 四种形式，而其布置形式却多种多样。 1 1 3 防抱死系统基本结构及原理 防抱死系统( a b s ) 主要由车轮转速传感器，电控压力调节器，电子控制单 元e c u 三部分构成，它是汽车在紧急制动时为了保持车辆的可控性和稳定性而 设计的装置。当车轮被抱死时，车轮的纵向力和横向力被大大降低，使得汽车的 转向失去稳定性，a b s 不仅能够提供最大制动而且避免了因车轮抱死而丧失的 方向稳定性n 3 1 。a b s 工作时使用车轮转速传感器计算出汽车的滑移率( 车速和 轮速之差与车速的比值) ，然后通过液压压力调节器控制各个轮缸内的压力，使 得车轮的抓地力时刻保持在最大值，避免了车轮的抱死2 2 1 。 靳# 大学硬士学位论支 着论 ， |、 t 畦 田i - i l 防艳 爿动系坑原理酉 田i - 1 - 2 附着暮蕞哥穆率特性 当汽车制动时，图2 - 1 1 中的踣板被躁下，a b s 开始工作，此时e c u 不断读 取轮速传感嚣以计算出车轮滑移率，当滑移宰处于图2 - 1 2 中的阴影区域左侧( 穗 定区) 时，剐e c u 炭给压力调节器增压的信号，当滑移率处在非稳定则给出减 压的信号，当滑移率处于阴影区时，则发出保压的信号，其目的就是尽可能使汽 车的附着系数达到最大值”p 2 1 因为车轮转矩等于附着系数乘以车轮载荷，故 此时汽车拥有最大制动力，印转缸内的压力可以遥进压力调节器来控制” 1 2 a b s 测试系统国内外理状 1 2 1a b s 测试系统国外现状 12 1 1 火车用防抱死测试台 田l o l 伊胡史车用骑擅孽境 伊朗科技大学制动仿真研究室对快速且穗定的刹车系统做了比较多的仿真 研究，并研制了火车上使用的防拖死系统，它是一十和实际工况比较一致的酒试 系统，能够直接测试出转速，车速滑秽率等相关参教 - 3 淅大学硬学位论文 1 212 基于d s p a c e a b s 测试台 图1 - 2 2 代螭a b s 测试自 美国代顿科学公司研制的a b s 测试试验台是基于d s p a c e 研制的，能够模拟 出各种路面用来评价实际制动系统相关参数的一套设备其主要特点为： 制动压力可达到9 0 0 k s f , 并制动压力可调节 最大7 5 m m 的制动距高 提供最大6 0 0 m m h g 的真空度 提供各种路面状态参数 使用基于d s p a c e 硬件的输入输出系统 1 2 2 a b s 测试系统国内现状 1 22 1 汽车a b s 混合仿真测试台 田l 粕汽车a b s 港台仿真蒯试0 长沙理工大学的汽车藏压a b s 硬件在环混合仿真模拟测试台可以完成a b s 4 - 淅大学硬士学位论文 部分实车道路试验所完成的功能，可对已有的a b s 系统的结构、原理及特性进 行分析，试验台架把a b s 的硬件和车辆动力学模型毗及a b s 控制逻辑紧密结合 为a b s 动态性能以及设计a b s 系统提供基础“” 1 222 菠压调节器试验系统 田i 2 4 丧压调节嚣试赣器统 重庆大学的藏压调节嚣试验系统可以对a b s 液压调节器进行静态特性试验 和动态特性试验，包括总成密封性试验、压力调节器密封性试验总成响应时问 测试，频率特性试验等测试“ 12 2 3j a 5 0 机动车a b s 测量仪 目1 2 - 5 j a 5 0 系统田l o 第i 转车速传瞎器 斯大学颐学位论支 圈1 0 1 车速传瘩毒安囊目i - 2 8 转速传瘩墨安装 上海酎思科公司的j a s 0 机动丰a b s 测量仪以g b t1 3 5 9 4 2 0 0 3 机动 车和挂丰防抱制动性能和试验方法* 及欧标e c e r l 3 附件1 3 为依据，首创以车 轮滑秽率直接定量测评a b s 控制水平该测量仪可实时精确采集车辆车速和轮 速，得出滑移率的特性曲线，同时可将数据传输到p c 机上显示并保存。 2 2 4 德龙a b s 防抱死实验台 圈l - 2 - 9 a b s 肺拖捌试台 该实验台配置全新粟塔纳a b s 防抱死刹车全套装置，用于故障设置，故障 诊断、检测、排除和实际测量等实践性教学以及考核，测试面板带完整电路圈与 双向测试嫱口，能开展包括电阻电压，频率，脉宽占空比、示波和导通性测 试等全部应用技术的实践性教学与实作训练能读取动态数据泣、故障码等参数， 监控运行数据变化，测试台工作时，各车轮的压力表表针能不停地摆动，可莉态 观察a b s 施压和泄压状态 可以看出，国内外各个机构在测试a b s 系统时的着眼点有所不同，有些是 孵r 浙江大学硕士学位论文1 绪论 测试阀，有些是结合车辆模型测控a b s 系统，有些是定性定量的实测a b s 系统。 但是测试台主要目的是为了测试a b s 的整体性能，即a b s 实际使用时能起到的 制动作用，然而单独对a b s 电磁阀进行的综合测试并不多，考虑到a b s 电磁阀 生产企业对阀的压力特性以及前后轮对应阀一致性等合格性判断等需求，本课题 设计了用于a b s 电磁阀批量生产验收试验的测试台。 1 3 研究意义及内容 1 3 1 研究意义 据德国一家汽车市场调研机构预测，全球汽车保有量最迟到2 0 1 0 年将突破 1 0 亿辆，汽车引起的交通死亡的人数日益增加，已成为世界性问题。中国每年 因交通死亡的人数超过1 0 万人，且逐年递增。在这种情况下，a b s 作为一种安 全装置尤应受到人们的重视。并且a b s 防抱死系统在增加汽车制动时的稳定性、 缩短制动距离、改善轮胎的磨损状况等方面的优势是十分明显的。 到2 0 1 0 年，我国汽车a b s 的总需求量将超过6 0 0 万套，未来几年市场年平 均增长速度将超过3 0 。但长期以来，国内的a b s 市场上，国外品牌占据绝对 优势，而且企业规模不大、配套量小，技术成熟的少，虽然国内现在生产a b s 的公司不少，但大多数公司是和国外著名a b s 公司合作生产，自主创新能力缺 乏，要推动我国汽车产业的发展，为使我国汽车企业在国际上占有一席之地，必 须加快a b s 的研发能力。 a b s 防抱死系统主要由车轮转速传感器，电控压力调节器，电子控制单元 e c u 三部分构成，而如何对整个系统进行快速、准确的检测是十分必要的作 为压力调节器的重要组成部分的电磁阀的测试是a b s 系统测试的重要部分，由 于电磁阀最终被安装在压力调节器上，故须通过检测压力调节器的性能来间接得 出电磁阀的性能，为了加快企业生产压力调节器的效率，提升压力调节器的性能， 研制车用a b s 电磁阀测试系统显得尤为重要。 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 1 3 2 主要研究内容 本课题的主要研究内容包括： ( 1 ) 通过对a b s 、压力调节器、a b s 电磁阀工作机理的研究，提出一套能够 测试a b s 电磁阀综合性能测试的方案。 ( 2 ) 根据测试内容及要求搭建a b s 电磁阀测试试验台以及编写测试软件。 ( 3 ) 依据实际硬件建立测试台的仿真模型，并以实际试验数据为参照，通过仿 真试验对比分析来指导a b s 电磁阀的设计。 浙江大学硕士学位论文2 a b s 电磁阀测试方案的提出 2a b s 电磁阀测试方案的提出 2 1 压力调节器组成及其工作机理 如图2 - 1 1 所示，四通道压力调节器主要由四对两位两通电磁阀( 常开增压 阀、常闭减压阀) ，两个蓄能器，两个柱塞泵，一个电机，两个阻尼器以及将以 上部分连接在一起的本体组成。 图2 - 1 1 压力调节器原理图 1 增压电磁阀2 减压电磁阀3 蓄能器4 柱塞泵5 电机6 阻尼器 图2 1 2 为博世一款压力调节器外形图，制动液进孔对应图2 1 1 中的f 和r ， 分别独立地通向制动前轮和后轮，为压力调节器的输入端；制动控制孔对应图中 的f l 、f r 、r l 和r r ，分别控制左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，为压力调 节器的输出端。a b s 功能启动时，电机通过偏心轮带动两个柱塞泵( 连同柱塞 泵前后的单向阀被内置于压力调节器中) 工作。4 对增压和减压电磁阀被压入主 体阀块，另外图中还有4 个电磁阀，两个一对，分别为隔离阀和换向阀，配合 e c u 能实现e s p ( 电子稳定程序) 。蓄能器和阻尼器被装在和制动液进孔相对的 阀块的下端。线圈外壳内嵌了控制各个电磁阀通电的线圈及其控制线路。整个阀 块大概半升左右，内部管路复杂紧凑，各零部件精致细小，对加工和装配的要求 齑 学硬学位论文2 a b $ 电# 闷测试方亲曲曩m 比较高 目2 - i - 2 压力辅节嚣实物拆舟硼 压力调节器工作时，制动痕分两路通过制动液进孔( f 和r ) 进入增压闽， 然后分别再分出两条支路：一条通过制动控制孔( f l 、f r 、r l ，r r ) 进入制动 轮缸控制前后四个转子；另一条经过减压阁蓄能器、电机驱动的柱塞泵和阻尼 墨回制动总泵 压力调节器共有三个工作状态，增压、减压和保压，对应电磁阗状态如表 2 - i i 增压状态下，增压闻和减压阎都不通电，增压阀常开，减压阁常闭，制 动溃直连制动缸，制动缸压力上升；减压状态下，增压阉和减压阀皆通电，增压 阊被关闭，减压闽被打开，制动缸直连蓄能器，制动缸压力下降；保压状态下， 增压闽通电，减压阐断电，增压阔被关闭，减压阀常闭，制动缸与外界油路不相 通，制动缸压力保持不变通过这三个状态的切换，印可控制车轮压力和滑移率， 从而提供最大制动力。 lt 枷 励珂摇 昔压状奋藏压状嘉保压就寿 i 螬压罔线曩状态一口捷盎失电，开启通电，关闭遥电，关闭 i 藏压翔线誓扶卷闲口挠毒 失电，关翔运电，开启先电，关闭 裹2 - i 1 压力调压器喜i 作杖杰对应电磁阿状杰 柱塞泵的主要作用是将压力调节器减压工作状态下的制动液送回制动总泵 蓄能器呆用弹簧活塞结构，起缓冲作用，存储了柱塞泵无法泵回的制动痕，用以 提升压力调节善减压效果阻尼器相当于滤波器，能够减少柱塞泵工作时剧烈的 浙江大学硕士学位论文2 a b s 电磁阀测试方案的提出 液压脉动，降低液压噪声。 2 2 电磁阀结构及其动作机理 增压电磁阀或者减压电磁阀是a b s 压力调节器中的一部分，虽然小，但其 实也是一个涉及磁场、机械、电气、流体相互作用的复杂系统，如图2 2 3 和图 2 2 4 ，分别是a b s 压力调节器内的增压电磁阀和减压电磁阀，主要由动铁、定 铁、阀杆、阀体、阀座和弹簧组成，电磁阀工作的方式为外部给定线圈电压，由 于通电线圈磁场的影响，电磁阀中的动铁在定铁的吸力下产生机械动作，于是电 磁阀实现了调节阀口大小对流体运动状态的控制。 圈2 2 3a b s 增压电磁阀图2 2 - 4a b s 减压电磁阀 增压电磁阀是常开电磁阀，节流口处为压力进口，阀体内部左右两腔为压力 出口。线圈不通电时，在弹簧力作用下阀口全开，压力调节器处于增压状态，电 磁阀内部即阀体内充满了高压流体。线圈通电时，阀杆随动铁在电磁力的作用下 并克服弹簧压力向下运动，将阀杆端部球面压紧在阀座锥面上，使阀口关闭，流 体无法通过。 增压阀中的单向阀在压力调节器的三个工作状态下是处于关闭状态的( 阀外 部存在高压流体) ，当工作中的压力调节器切换到不动作时，阀外部失去高压流 浙江大学硕士学位论文2 a b s 电磁阀测试方案的提出 体，制动缸中的高压流体能够通过单向阀导出。 减压电磁阀是常闭电磁阀，节流口处为压力出口，阀体内部左右两腔为压力 进i = i 。线圈通电时，压力调节器处于减压状态，阀杆随动铁在电磁力的作用下并 克服弹簧压力向上运动，电磁阀内部即阀体内的高压流体从出口排出。线圈不通 电时，阀杆在弹簧压力下将阀杆端部球面压紧在阀座锥面上，使阀口关闭，流体 无法通过。 2 3 电磁阀综合性能测试方案 电磁阀的综合性能测试针对的是已被安装到压力调节器的电磁阀，即这其实 是一项成品的验收测试过程，而具体对阀内部结构的测试如阀杆行程、泄漏等是 放在综合性能测试之前的，因此本系统以固定容器的压力特性为测试对象，并通 过改变压力调节器的工作状态来间接获取电磁阀的各项特性。 2 3 1 系统实际测试对象 本系统实际测试对象为压力调节器输出端的固定容腔的压力特性。 通常为了让测试结果更好地接近真实效果，一般以实际的汽车轮缸作为压力 调节器的输出端，本系统使用固定容腔取代轮缸的目的是排除轮缸阻尼以及刚度 对测试结果带来影响，因而简化了固定容腔压力特性的分析。 a b s 阀的直接测试主要有泄漏测试包括阀座内泄漏、增压阀单向阀座内泄漏 等，以及阀杆的移动、输出力等测试。使用固定容腔的压力变化来间接得出a b s 阀的性能状态，基于以下考虑： 固定容腔压力变化反映的是压力调节器整体的性能，即综合了阀、柱塞泵、 蓄能器、阻尼器等单独元件的性能特点。但是，当压力调节器处于增压或保压状 态时，除阀外其他柱塞泵等独立元件是无法影响固定容腔压力的；当压力调节器 处于减压状态，容腔内压力由高到低，压力高的时候，柱塞泵形成负压对阀特性 的影响可以忽略，压力低时，柱塞泵前端存在一定压力，而此时仅影响阀口全开 的部分压力特性，故在压力调节器阀本体加工的一致性情况下，固定容腔的测试 浙江大学硕士学位论文 2 a b s 电磁阀测试方案的提出 结果能够反映阀的性能。 2 3 2 电磁阀的测试内容及方法 电磁阀的测试内容为增压阀和减压阀的开闭特性，方法是改变调节器的工作 状态。 倘若需要测试增压阀阀口从开启到关闭的过程( 增压阀从失电到通电状态) ， 则减压阀必须转换到关闭状态( 否则油液直接通往低压的蓄能器) ，即减压阀最 终处于失电状态。在上述条件下，初始状态时，压力调节器处于增压状态，最终 状态时，压力调节器处于保压状态，于是压力调节器从增压状态转换到保压状态， 期间，减压阀状态不变，容器内的压力从原来的上升过程变为压力不变的过程， 可以测试增压阀的动态关闭特性。 倘若需要测试增压阀阀口从关闭到开启的过程( 增压阀从通电到失电状态) ， 则减压阀必须转换到关闭状态( 否则油液直接通往低压的蓄能器) ，即减压阀最 终处于失电状态。在上述条件下，初始状态时，压力调节器处于减压状态或者保 压状态，最终状态时，压力调节器处于增压状态，于是第一种情况是压力调节器 从减压状态转换到增压状态，期间，减压阀从开启到关闭，容腔内的压力从原来 的降低过程转为上升过程，由于容腔内的压力变化叠加了减压阀的关闭特性，该 过程不宜作为增压阀的特性测试；另一种情况是压力调节器从保压状态转换到增 压状态，期间，减压阀状态不变，容腔内的压力从不变转为上升的过程，可以测 试增压阀的动态开启特性以及阎口全开后的静态特性。 同理可以得出减压阀阀口开闭对应的压力调节器状态。 综上，测试内容为不同进口压力下增压阀的动态关闭特性，测试方法是固定 容腔增压的过程中将压力调节器切换至保压状态；测试内容为不同进口压力下减 压阀的动态关闭特性，测试方法是固定容腔减压的过程中将压力调节器切换至保 压状态；测试内容为不同进口压力下增压阀的动态开启特性和阀口全开后的静态 特性，测试方法是将压力调节器从保压状态切换至增压状态；测试内容为不同进 口压力下减压阀的动态开启特性和阀口全开后的静态特性，测试方法是将压力调 节器从保压状态切换至减压状态。 1 3 浙江大学硕士学位论文2 a b s 电磁阀测试方案的提出 2 3 3 综合测试方案 由2 1 节可知，压力调节器有三种工作状态，考虑到实际压力调节器的控制， 将测试过程中的控制分为五种：增压、减压、保压、阶梯增压、阶梯减压，增压 控制为给定增压阀信号为低电平、减压阀信号为高电平；减压控制为给定增压阀 信号为高电平、减压阀信号为高电平；保压控制为给定增压阀信号为高电平、减 压阀信号为低电平；阶梯增压控制为增压控制和保压控制的组合，比如设定阶梯 个数为十，则能够连续十次对压力调节器分别进行增压控制和保压控制；阶梯减 压控制为减压控制和保压控制的组合。阶梯增压和减压控制的原理同p w m 控制 思想是一致的n 们n ，实现了压力调节器对轮缸压力的动态快速控制，但是在本 测试系统中，阶梯控制的主要目的不是控制轮缸的压力，而是为了更好地检测压 力调节器中电磁阀的泄漏情况。 结合电磁阀的实际性能，如大致的开启和关闭响应时间、密封性等，并根据 压力调节器控制的五种状态，设计压力调节器的控制信号如图2 3 1 所示。 时i 司( m s ) 图2 - 3 1 压力调节器电磁阀控制信号 图2 3 1 的一组控制信号可以同时控制4 对电磁阀，依次实现了升压、减压、 一次增压、高压保压、一次减压、阶梯增压、阶梯减压，减压、二次增压、二次 减压、低压保压和卸压的控制。 首先使用同一组控制信号可以给电磁阀分档【配对) 。尽管给定了一致的信 号，由于加工装配上的误差的影响，同一种阀的流量通径、响应时间参数等也存 在差异，故通过对比相应容器中的压力曲线，就可以实现同一种阀的配对测试。 通过调整图2 3 1 中增压和减压的时间长度，按上节分析，从一次增压到高 压保压可得出增压阀的开启特性；从高压保压到一次减压可得出减压阎的开启特 1 4 浙江大学硕士学位论文2 a b s 电磁阀测试方案的提出 性；从阶梯增压可以得出增压阀的关闭性能；从阶梯减压可以得出减压阀的关闭 性能，从二次增压到二次减压可以得出线圈发热对减压阀开启特性的影响；并且， 综合分析高压保压、低压保压和阶梯过程可得增压阀或者减压阀的泄漏特性。 故通过图2 3 1 中的十二步控制步骤即可实现电磁阀的综合性能测试。 2 4 本章小结 本章首先分析了a b s 系统中压力调节器的组成及原理，然后提供了国内某 a b s 电磁阀的装配图，并依据该图介绍了增压阀和减压阀的工作原理。接着在 理解压力调节器和a b s 电磁阀的基础上总结出只需通过测试压力调节器输出端 固定容腔的压力变化即可得到电磁阀的开启特性和关闭特性，最后给出了一套比 较完整的综合测试方案以检测阀的各项特性，同时为下一章电磁阀测试系统的搭 建提供了依据。 浙江大学硕士学位论文3 a b s 电磁阀测试系统搭建 3a b s 电磁阀测试系统搭建 由第二章可知，电磁阀的开启特性和关闭特性可以通过测试压力调节器输出 端固定容腔的压力变化得到，因此a b s 电磁阀测试系统搭建的目的在于测试固 定容腔的压力响应特性。为了得到该性能，并按照综合测试方案中的要求，本章 从硬件和软件入手，详细给出了系统设计原理、实现手段及相关技术细节。 3 1 测试台硬件系统设计 本课题设计了两套不同方案的测试台，一套是使用制动液的液压系统，另一 套使用高压气体的气动系统。一般使用液压系统来测试a b s 电磁阀，但液压系 统存在成本高、制动液腐蚀性强且容易造成空气污染等问题，所以本课题另外又 开发了气动测试系统，虽然气动系统干净、装置简单、维护方便且成本低，但也 需要测试结果更接近真实工况的液压系统的配合。 3 1 1 测试台流体传动部分设计 3 1 1 1 液压系统 图3 - 1 1 液压测试平台原理图 1 过滤器2 泵3 溢流阎4 总阀5 真空阀6 真空泵7 周定容腔8 排气阀 浙江大学硕士学位论文3 a b s 电磁阀测试系统搭建 液压系统按图3 1 1 设计，主要由压力源、真空装置、排气阀组成。理想状 态下，通过溢流阀调定工作压力，然后油泵只须供油给压力调节器就可以开始测 试，但是管路中存有的空气对油液的体积弹性模量影响很大( 导致测试重复度较 差) ，因此本测试台除了主油路外，增加两条油路用以尽可能减少油液中的空气。 一条为充液油路，从总泵出发，经过总阀、压力调节器、固定容腔，最后通过排 气阀回油，当总阀和排气阀皆通电时，则油液通过该管路，并尽可能充满整个空 间，从而排出空气；另一条为真空油路i 从固定容腔开始，经过压力调节器、真 空阀，最后由真空泵回油，当真空阀和真空泵通电时，其目的是在固定容器及所 连管路这个空间内形成负压，当充液油路作用时，则能使诸如加工孔等复杂空间 也能够被填入油液。油液中的气体被排后，就可以进行压力调节器的测试，这时 油液直连进入压力调节器，当a b s 电磁阀动作时，固定容腔中的压力变化就可 以反映出电磁阀的特性。测试完毕后，关闭总泵，最后打开真空泵回收压力调节 器中的油液。 3 1 1 2 气动系统 图3 - 1 - 2 气压测试平台原理图 1 高压气源2 减压阀3 进气球阀4 排气球阀5 固定容腔 气动系统按图3 1 2 设计，主要由高压气源，减压阎，手动阀及固定容腔组 成。不同与液压系统，气动系统则比较简单，测试前首先通过减压阀调节气源工 作压力，然后打开进气球阀即可测试，测试完毕后，先关闭进气球阀，然后打开 排气球阀排出固定容腔中的高压气体。 崭大学咦士学位论戈，a b s 电堪解测试春统搭建 3 1 j 测试台测控部分设计 田3 - i - 3 捌控辱理田 液压系统和气动系统除了几个数字量输出拉相闲外在测控部分上是基本一 致的。目为液压系统中的制动藏对环境影响较大，故利用工拉机采集和分析数据 采集卡使用研华p c l 7 1 1 b ，数字量输出口用来高速控制a b s 电磁阀，另外还用 来控制液压系统中的总阀、真空阀和 | 气闻，模拟量用束测试4 个通道的固定客 腔的压力其中晶体菅发大电路比较芫键，因为a b s 电磁阍的响应是在毫秒级 的，而使用一般继电器做放大电路将导致测试的不准确 3 1 - 3 涓试台实物田 液压硬件系统实物囤如图3 - 1 2 所示 目 l o a b s 电罐辫袁舞试平台蜜糖田 - i b 淅 学研士学位论文3 a b s 电闻剥斌春纨搭莲 气动硬件系统实物图如图3 - 1 2 所示 塑一0 目3 - 1 2 a b s 自# 阉气动月试平实物目 3 2 测试台软件系统设计 测试系统软件主要功能是对压力调节器下达控制指夸，同时获取固定客腔压 力响应曲线。除了界面的易操作性、数据处理外，系统软件主要难点在于通过程 序如何产生精度为0 1 m s 的任意方波控制信号 3 2 1 需求分析 根据测试系统的功能及用户对测试系统的要求，规定需求如下： 1 ) 能够任意露加编辑删除压力调节器的控制状态( 如增压，减压，保压 阶梯增压和阶梯减压) 用来组合成各种测试方案，并能修改控制状志的时 间长度。 2 ) 测试结果可配置化，也就是说对应不同的测试方案，能够无需编译即可配 套给出标准用柬判断测试是否合格 3 ) 提供各种测试方案的寿命测试，并记录每组方案的剥试时问。 4 ) 提供数据的查询( 能够按测试人员，测试编号剥试时间，测试品名等参 数查询) 保存、导入、导出( 数据批量转移) 功能，并规定每组剥试数 据以压嫱的方式存储在磁盘内。 5 ) 测试数据和查询结果独立显示，两者互不干扰，并且可以同时查看多组测 浙江大学硕士学位论文3 a b $ 电磁阀测试系统搭建 试数据和查询结果。 ( 6 ) 测试过程中，在设备安全动作的前提下能够紧急停止或复位硬件。 ( 7 ) 提供信息提示栏，如测试运行状态、保存查询状态、程序异常等提示。 ( 8 ) 能够通过选择四路测试通道的测试状态选配压力调节器两条进油油路控 制阎的状态。 ( 9 ) 提供报表的生成和打印。 3 2 2 界面功能及设计 m ；n i 软件需求 0 # p 洲6 。 界面设计和测试内容是密切相关的，倘若仅利用取点法测试数据，则使用微 软基础库中的对话框模式就能够简单快速构建界面框架，因为系统初始条件比较 多，且须要满足不同测试方案可配置的要求，故须利用树形控件归类各种配置或 初始参数。 因为选用了树形控件作为界面的一种元素，故程序框架采用单文档视图形式， 一方面实现程序在不同分辨率下的自动缩放，另外，按上文所述需求，使用视图 分割办法将界面分为四大块：最上端为控制区，放置如测试开始、打印等按钮； 左端为树形控件，用来调出测试方案配置对话框( 如图3 - 2 3 ) ；右端为曲线显 示区；最下部为消息提示框，具体设计界面如图3 2 1 和图3 2 2 ，其中测试和查 询的切换是通过左侧导航栏中的t a b 按钮实现的，测试的同时也能进行查询，两 者独立显示，并且两个界面在工具栏下方位置、导航栏右侧有提示词区分，同时 也考虑了测试和查询界面状态下对保存用参数如测试品名，测试人员，测试编号 的不同要求他们、啪1 。 园回 冒 满t 大学日士学位论支3 a b s 电磁阉蔫试系统搭建 田3 - 2 - i 剩i 鞍件界i ( 试状鸯】 界面处于测试状态时，程序测试状态可为两种，一种是测试运行状态，另一 种为非运行状态程序处于测试运行状态时，操作员可实时查看当前测试的情况， 如当前程序线程正在给定压力调节器阶梯增压的命令，则图3 - 2 1 中实时地显示 了所选通道对应固定容腔的压力变化，但此时无法对各项参数进行设置；程序处 于非运行状态，用户可以配置测试通道，修改测试方案，输入测试编号、测试内 容切换以及设定测试循环次数等等。程序测试完毕后，由于屏幕大小有限加上由 线信息量较多，曲线细节部分不是很明显，故可对曲线进行放大局部查看，然后 通过对比测试命令和测试结果得出电磁阎的测试性能 目3 - 2 - 2 测试较件异it 壹询状悫 淅太掌颈学位论支3 a b s 电月$ 系统搭建 界面处于查询状态时，软件框絮位置来变，和测试状态界面是相同的，其中 左侧为导航栏，右侧为数据显示区。右击导航栏空白区域进入查询界面( 如图 3 - 2 7 ) ，然后可以从数据库中查询测试文件，已查询的文件将在图3 - 2 2 左侧导 航栏以树形列表的形式出现树形列表二教目录为测试编号层，三级目录为文件 编号层，在图3 - 2 2 中已存在四组数据并显示在界面右侧区域，通过单击曲线显 示切换t a b 按钮或者导航栏第三级目录中的文件编号即* - i _ e 3 换查看各个不同的测 试曲线及对应测试人员等信息，并且一个文件对应一个图形控件，容易互相比对 各个测试结果 软件处于测试状态或者查询状态时，工具栏是不变的，这样做的目的在于剥 试运行的过程中切换到查询状态时可利用工具栏的按钮停止测试。 田3 - 2 - 3 利方熏e 量耐话框 测试方案配置对话框主要通过设定压力调节器的五种控制状恋和时问来生 成各种剥试方案。图3 - 2 3 显示的是完全功能版的对话框，也就是说软件根据登 陆用户名的不同会禁用一些操作，例如用户名为g u e s t 时，则对话框中将隐蘸增 加和删除按钮，剥试项目名称也同时变为不可更改对话框的参数设定和输入毗 命令属性( 按2 3 节设计有五种剥试状态) 为中心，根据所处状态，设定状态持 续时闻，或者1 9 梯变化下的循环次数、保压时间等然后利用增加按钮将该状态 添加到左侧列表中，最后，棱对无误即可将测试方案被转化为电磁阀的控制电平 数据存于数据库中，同时增加的新方案会显示在图3 - 2 1 左侧的导航栏中 浙江大学硕士学位论文3 a b s 电磁阀测试系统搭建 3 2 3 并行流水线数据处理 本测试系统中，数据处理相关的内容主要包括采集、加工和显示，采集指的 是将数据从采集卡转移到微机内存中，加工指的是将数据处理为符合用户要求的 形式，显示指的是把数据画在显示屏上。并行流水线数据处理是一种以多个串行 结构实现并行数据处理的技术啪1 ，能够大幅度的减少平均处理时间，简单理解就 是数据采集、数据加工和数据显示能够同时进行的技术。 3 2 2 1 数据采集模式的选择 数据采集，从驱动层看，微机从采集卡上读取批量数据只有一种模式，即数 据从卡存储区被搬运至微机内存中，而从应用层看，研华采集驱动提供了两种做 法，也就是是否采用循环采集，即当所采样数据对应到指定数组中后是否重新开 始采集。一般循环采集只是用来监测系统中的某个参数，即程序被打开后，采集 便已经启动，并不保存所有采集数据；而非循环采集是用来得到批量连续数据， 这样做