某轻型载货车液压感载比例阀匹配设计.doc

某轻型载货车液压感载比例阀匹配设计 第55卷第5期Vol_55No5农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERINGxx年5月Mavxxdoi103969jissn16733142xx05014某轻型载货车液压感载比例阀匹配设计胡国强，封万程，巨建辉(130011吉林省长春市中国第一汽车股份有限公司技术中心)摘要采用序列二次规划SQP算法，以GB12676xx商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法为约柬计算空载最优制动力分配参数，并对其进行法规验证。 根据液压感载比例阀工作特性，考虑到制动过程中轴荷转移，确定感载阀动态、静态特性线。 根据整车及悬架参数输入，确定感载阀设计参数。 对感载阀进行台架性能试验和整车制动性能试验验证。 验证结果证实了该匹配方法完全正确。 关键词制动力分配；SQP算法；感栽比例阀U4635文献标志码B16733142 (xx)050062-06Matching Designof HydraulicLoad SensingProportioningValve foraLight-Duty TruckHuGuoqiang，Feng Wancheng，Ju Jianhui(China FAWGroup CorprationR&D Center，Changchun City，Jilin Province130011，China)【AbstractFimt，using sequentiMquadratic programming(SQP)algorithm，with theruleof GBl2676xxas constraint，theoptimal braking force distributionof no-load parameter is calculated，and thevalidation rulesare carriedonAnd thenaordingto thesense ofhydraulic proportionalvalve operatingcharacteristics，considering theaxial loadtransfer brakingprocess，the senseofdynamic andstatic pressureregulating valveline aredeterminedAording tothe inputof vehiclesuspension parameters，loadvalve designparameterisconfirmed，finally experimentverification ofbench testsand thevehicle brakingperformance testaremadeValidation resultsprove thatthe matchingmethod ispletely correctKey wordsbrake forcedistribution；SQP；LSPV0引言制动性能是评价汽车安全性的关键因素，提高汽车制动性能最重要的就是确定合理的前后轴制动力分配。 由于轻型载货车空满载轴荷分配变化较大，造成前后轴所需的制动力分配变化较大，具有固定比值的制动力分配系数在满足满载设计目标的同时，空载状态下，会导致后轮提前抱死，容易引起整车甩尾，存在安全隐患cI。 因此安装制动力调节装置变得非常有必要。 1制动力分配特性优化设计11强制性法规对制动力分配的要求依据GB12676附录E车轴间的制动力分配及牵引车与挂车协调性要求中所提出的对N2类车辆制动强度与附着利用系数关系的要求引，有 (1)对于60=0208之间的所有车辆，要求制动强度。 01+085(P一02)即9(z+007)085xx11-16修回日期xx11-28妒(02，08) (2)制动强度Z值在015一O61之间的N2类车辆，任何载荷状态下，前轴附着系数利用曲线均应在后轴之上 (3)制动强度z值为01503之间时，任何载荷状态下，各车轴的附着系数利用曲线均应在妒=z008所确定的两条平行线之间，除非制动强度zI03时后轴附着系数利用曲线满足z03+074(妒一038)，即仍(彳一002)074，可认为其满足该条件。 12根据法规要求进行制动力分配计算根据表1整车参数计算得到该款轻型车制动力分配系数与制动强度关系曲线，如图l所示。 由图1可知，此款轻型载货车空载制动力分配不满足法规要求，即此款车必须匹配制动力分配调节装置，才能使空满载均能满足国家法规要求。 13空、满载实际制动力分配曲线的确定如图2所示，折线04C、OBD分别表示应用感载比例阀后空、满载载荷状态下实际制动力分万方数据第55卷第5期胡国强等某轻型载货车液压感载比例阀匹配设计63表1该款车整车参数表Tab1Vehicle parameterlist9辍垛滟蓝妥幕至乏R帽磊霹蝰制动强度确图1车辆制动力分配系数与制动强度关系曲线Fig1Relation curveof vehiclebraking forcedistributioncoefficient andbrakingforce02468101214161820222426283032前轴制动力FkN图2前后轴制动力分配曲线Fig2Braking forcedistribution curve配曲线。 确定A点。 A点为空载车辆实际制动力分配曲线的拐点，昂，如分别为拐点处前后制动力。 0。 、巩为直线DA，Ac的斜率对应角。 tan0,=F，=A易=(1厕够=0898A点坐标为(如，0898FJ；A)。 确定c点。 在设计不带ABS的制动系统时，考虑路面实际情况。 确定C点为空载时实际制动力分配曲线与理想分配曲线的另一交点，c点的坐标为(R，R)即(154，439)。 tan皓辫=等祥toc=07确定占点。 选定与满载，曲线的交点B为制动力分配曲线的转折点，B点的坐标为(R，如)即(204，183)，附着系数妒庐丘戛生=05814实际制动力分配优化设计在满足法规的前提下，空载车辆实际制动力分配曲线OAC应尽量靠近空载，曲线，即前、后轴利用附着系数曲线越靠近对角线tp=z。 实际地面附着系数利用率越高2l。 则在常用路面系数妒=01507下，目标函数取为)=J(qg扣-z)2+(妒m屹)2】出_+minnj5根据法规要求约束条件取为当z=015。 03时。 前轴附着系数利用曲线可以在后桥利用曲线下方，但需满足关系式z一008纷抖008；一008妒，z+008当zI03时，后轴利用附着系数鼽帮前轴利用附着系数竹与器笋根据本文中建立的目标函数及约束条件，采用序列二次规划SQP算法4】，计算得到A点坐标为(189，1697)，附着系数铷学_0127。 15法规验证由图3可知，优化后的空满载制动利用附着系数分配曲线均在法规线范围内，空满载均满足国家法规要求。 2液压感载比例阀匹配设计21初定感载比例阀动态特性曲线图4为感载比例阀动态特性曲线，其中空载如勰拍M丝懈m!m86420万方数据农业装备与车辆工程q辍垛栅釜巳嚣制动强度堍图3对优化后制动利用附着系数分配法规验证Fig3Rules validationof optimizedbrakingadhesion coefficientdistributionO2468】012】416输H压力PjMPa图4感载比例阀动态特性曲线Fig4LSPV dynamiharacteristics curve后轮液压拐点A(凡，如)和折线Ac斜率由上述优化结果确定，BD折线斜率由于空载时只有主簧起作用，满载时主、副簧共同作用，以及实车制动过程中存在轴荷转移，BD的斜率与折线AC斜率并不相等，需要根据整车及感载阀参数计算得出。 前、后轴制动力辟、E与制动液压P。 、P2的线性比例关系为PI=笋，P2-告，式中k1k为前、后厅l托2制动器结构参数。 该款轻型载货车前后制动器制动鼓半径r均为160mm，制动效能因数B肚272，前轮缸缸径di=3016mm，后轮缸缸径d,=3016mm。 2xBFxrrx f竿12rkt-iLL一=17056；11，J2xBFx71X牛I2X培1-15305空载节压作用起始点A点的液压值为PIABA婴11MPa后1C点液压值为P1c=芈9MPa，P2c=华287MPa尤1，c2满载节压作用起始点B点液压值为PIB=P2B掣1195MPa丘】至此，折线A C即空载动态特性线已确定。 折线BD即满载动态特性曲线，需通过后续计算得出。 22感载比例阀结构参数设计s22-1感载比例阀结构原理如图5所示，初始制动时，输入油压与输出油压相等，即Ps=PI=R，作用于比例阀芯右端的力为riD。 2P4，左端为盯；一D1)P14。 由于阀芯D2Dl，比例阀芯右端的力大于左端力。 随着输入油压升高，阀芯两端作用力之差也随之增大，直到能克服复位弹簧的预紧力时，阀芯向左移动，阀芯左肩与比例阀油封右侧面由节流到封住油路，输出液压即降低。 此时，输入油压继续增高，阀芯左侧受向右的液压力又增大，使阀芯右移，油路又被打开，输出液压上升，随后又因液压的上升。 阀芯两端受液压力之差又克服弹簧力左移。 周而复始，输出液压始终小于输入油压，且与输入油压成一定比例。 根据阀芯受力情况，列出受力平衡方程 (1)在临界点(黝以下，满足P1=P2； (2)在临界点以上，满足22，Q+71+巧+叮r(D2一D3)Pl4=rr(D2-D1)尸拼+丌Dl Pi4式中Q传感弹簧施加的外力；卜弹簧预紧力；弦一此状态下作用在比例阀芯上的摩擦阻力。 图5感载比例阀内部结构图Fig5LSPV internalstructure制动回路万方数据第55卷第5期胡国强等某轻型载货车液压感载比例阀匹配设计差径活塞的平衡条件为Q+n睁=竹Df舛当Pl继续增加时，Pl、P2的关系为p2=D22D32Dl xpt+一4(Q+，T+F，r)一D2一Dl ITX(D2-D】)222感载比例阀参数设计选择感载阀差径活塞小端直径为D1=71am，D3=655mm。 QA+T+Fj=wxDl xPA4=439NQT+Fp=rrxDl xPd4=4732N母2Q+T=4187N Qo-T=471N后悬架在制动时的挠度可按下式计算f=(Mxa-M。 xL)xg(k lxPl+k2xP2)xh。 cxL cxL式中卜车辆总质量；M广_一车辆后桥非簧载质量；口一车辆质心至前轴距离；车辆质心高度；L轴距；c后悬架刚度。 如果某一点位于该载荷下理想制动压力分配特性曲线上(如A、曰点)，那么klxPI“2xP2=Mx(p(式中妒为该点的附着系数)，上式就可简化为f=Mxgx(a-hx翌)一监。 cxL c按上式得到A点对应的汽车后悬架挠度五，日点对应的汽车后悬架挠度五=地掣一訾-3032m m2x cxL2xc11?fs=fo+hk+盥蛐趔考鬻产姚=8731mmfB-jj=57mm副簧与副簧支架间高度hx=23mm副簧与支架接触时簧上载荷G庐2xhKc I=4738N空载制动压力达到C点时汽车后悬架的挠度尼肛监鲣虻拿趟一丝邋1318mm儿2xcl地2xcl感载比例阀安装示意图，如图6所示。 柱塞上的作用力表示为Q=(FoxL2一FxcosOxLs)xLI设阀总成在轻型车上安装时，LI=20mm，Lz=80mm，L3=110mm，cos0=lf(8凡-1l xFA)2=4065-T【(8xR旷l l xFB)2=458-Tf(8x(Coxx)一1lx(Cxy)2=4065一Tl(8c00一缸)一1lc)，一娓币)+Ay2=458一T户(L牡3)血。 一一11xC(Fr-627xC-8347一一8(110+a一8(C0+c)式中c。 回位弹簧弹簧刚度；C-_一感载弹簧弹簧刚度；茗回位弹簧在A点时的伸长量；r感载弹簧在以点时的伸长量；戈一血回位弹簧在B点时的伸长量；)，一临-A)+r感载弹簧在曰，氧H,-j的伸长量、图6感载比例阀安装示意图Fig6LSPV installationdiagram设定液压达到A点和B点时，摆杆位置不变即厶大小不变，则氲=0，解得，C=I33Nmm。 同理，根据A点和C点受力平衡条件，得到Q。 +T=54ND乒=1046mm232确定感载比例阀动态特性曲线后悬架在满载制动时的动挠度为只fo+h汁MoxgxL-(k,xP,+k2xP2)xhJL-(MoxgxaoL-M,xg)-Gr-Mxg一2x(c,+c2)=949068P1061B列出平衡方程f(8R11xFs)12=471-T【(8睁11(髓C(嗍)2=Q由于回位弹簧变形很小，回位弹簧力的变化量可以忽略，即一乃Q+T=471+些粤掣生笾5145P1456P2二列出满载时的动态特性线方程万方数据农业装备与车辆工程P2D2-TD3D L一Pl+掣斗0113P1+106D2-D3rrx(D2-D3)根据满载动态特性线方程确定出图7所示满载动态特性线，至此感载比例阀动态特性曲线全部确定输H5胜力P。 MPa图7感载比例阀动态特性曲线Fi97LSPV dynamiharacteristics curve233确定感载比例阀静态特性曲线汽车空载静止的后悬架挠度为fo=警=业坠型盟=34m m2x e2x103lf(8凡一1lxFA)2=42-T【(8，k，一11(Fa-Cx(fo-fA)2=QA，由于回位弹簧变形很小，轴荷转移对回位弹簧力的影响可以忽略，即如一如，。 此时A点对应的QA+n，702NrrxD，只4=702N只，=PIA=P2，_18MPa汽车满载静止的后悬架挠度为产业坐妇丢警虹札觚=949mm2。 x(c1+c21。 1、。 BPlF=P2酽=134MPa根据221中感载比例阀的调压公式得到感载比例阀静态特性曲线的斜率即空载、满载静态特性线的斜率后旦蔓拿0273，再根据A，、口，Dz-D确定的坐标值即可确定出感载比例阀静态特性曲线如图8所示。 3试验验证31感载比例阀试验曲线与设计曲线对比分别将台架试验、整车制动陛能试验曲线与静态特陛曲线、动态特性曲线对比，如图 9、图10。 叠蔓R趟丑簿输入压力MPa图8感载比例阀静态特性曲线Fig8LSPV statiharacteristics curve输入压力MPa图9感载比例阀台架试验陆线与静态特性盐线对比Fig9LSPV benchtest curveand statiharacteristicscurve parison图10感载比例阀整车制动性能试验曲线与动态特性曲线对比Fig10LSPV benchtest curveand dynamiharacteristicscurve parison将试验结果与设计曲线对比可知，试验曲线与设计盐线一致性较好。 32感载比例阀制动性能法规验证由表2可知，试验结果与设计值基本吻合。 均在法规要求范围内。 万方数据第55卷第5期胡国强等某轻型载货车液压感栽比例阀匹配设计67表2患载比例阀整车制动性能试验值与设计值对比Tab2Comparison ofLSPV vehiclebrakingperformance testvalue anddesign value项目空载满载试验值设计值试验值设计值法规要求初速(k汕)6060606060罴制动未离二zz42s。 s z，s z。 ssss。 ，MFDD(ms2)59160755951354结论本文引用优化设计理论，对感载阀匹配进行了正向的匹配设计，使制动力分配最优化；通过查阅文献和了解厂家配阀情况可知，目前国内感载阀匹配均未定量地确定轴荷转移对前后轴制动力分配的影响本文首次考虑到轴荷转移推导出制动过程中钢板弹簧的动挠度变化情况，确定出感载阀动态特性线，根据感载弹簧的静挠度值，确定出静态特性线；在匹配设计过程中，提出空载、满载拐点时摆杆相对位置不变的方法，确定感载弹簧的刚度，将黑匣子件变为白匣子件，实现感载阀匹配整个过程的精确控制；该匹配设计方法对今后相类似的产品开发具有一定的指导意义。 参考文献1鲁道夫L，张蔚林汽车制动系统分析与设计M北京机械工