基于amesim的esp液压控制系统电磁阀动态响应研究

基于amesim的esp液压控制系统电磁阀动态响应研究

esp（电子stalianpainterprocedural）基于abs刹车预响应系统，从传感器那里收集转向角、倾斜加速度、横向车身倾斜速度和其他信息。这些信息由电子加工后，车辆检测器发出动态命令，以对侧面滑动进行修正。esp的自动控制单元由几个机械件组成。在电子控制单元的驱动下调整工作，并根据不同的汽车驾驶条件向不同的汽车输出相应的能源系统。液压调节器主要是通过控制电磁阀的开关来改变压力的.电磁比例阀控制的主要核心是电磁阀的电流.模拟式控制功率输出极到电磁阀线圈的电流是连续的,电子功率器件功耗大,需加散热装置,而PWM控制为开关型结构,功耗小.调节占空比可得到不同的控制电流,采用数控形式,与计算机相连,可实现程序控制.通常,电磁阀的传递函数可用二阶环节来表示,改变阀的频率和阻尼比可以得到不同的阀特性.对于频率低于50Hz的比例阀,其传递函数可以用一阶环节来表示,此时阀的特性主要是由频率决定的.因此可知,调节不同的阀频率可以得到不同的控制效果.1增压降压系统实现ae模式图1为模拟单轮ESP液压控制系统,4个电磁阀接受电子S控制单元的控制信号,根据各传感器的采集信号分析整车的运动状态,并通过内部算法对相应车轮进行制动力控制.在系统进入ESP工作模式后,限压阀4从常开状态转变为限压状态,吸入阀5打开,此时制动液在预压泵3的作用下通过吸入阀5和回油泵7进入阻尼器6,通过增压阀9进入轮缸11,推动轮缸中的活塞,压紧摩擦片进行制动;当制动达到一定的强度时,增压阀9和吸入阀5关闭,减压阀10打开,轮缸中的高压制动液通过减压阀10进入蓄能器8,此时的蓄能器成为下一次增压的油源;在新的增压过程中,制动液在回油泵7的作用下从蓄能器8出发,通过阻尼器6,增压阀9再次进入轮缸.通过增压减压,系统实现ESP模式.AMESim是法国IMAGINE公司自1995年开始推出的一种新型的高级建模和仿真软件,是包括流体、机械、热分析、电磁以及控制等复杂系统建模和仿真的优选平台.本文利用该平台构建ESP的液压系统模型,讨论系统参数对响应的影响.利用AMESim的建模步骤如下:①在Sketchmode模式下应用库目录中的元件模块,按照原理图搭建系统方案;②在Submodel模式下为每个元件选择所需要的数学模型;③在Parameter模式下定义全局性液压参数,设置子模型的参数;④运算模型并进行结果分析.步骤③和④循环进行,直到得到满意的仿真结果为止.在ESP控制系统中,制动压力的增加和减少主要是通过轮缸处的两个比例电磁阀实现的,如图1中的9、10所示.比例电磁阀的动态响应特性在很大程度上决定了ESP系统的控制效果,为了着重研究这两个电磁阀的特性,将图1所示的原理图简化为图2所示的模型.图2中的3、4为两位两通比例电磁阀,2为电磁阀控制器,1为制动轮缸(其中包括一个液压缸,一个接触示弹簧阻尼系统,其模型如图3所示),5为一个恒压源.2主要模块的数学模型的构建2.1流场计算两位两通比例电磁阀的输入为压力(bar),输出为相应的流量(L/min).其数学模型为:Q=CqmaxA2|Δp|ρ−−−−√tanh(8Axηλc2|Δp|ρ−−−−√)‚(1)Q=CqmaxA2|Δp|ρtanh(8Axηλc2|Δp|ρ)‚(1)式中Q为制动液流量,m3/s;Cqmax为最大流量系数;ρ为制动液密度,kg/m3;ΔP为两端压力差,Pa;A为节流孔截面积,m2;λc为制动液流动雷诺数;x为节流孔湿周长度,m;η为制动液动力粘度,mm2/s.2.2dp2dr2模型在AMESim中有系统自带的轮缸模块,如图3所示.液压缸的输入为制动压力(bar),输出为流量(L/min).其数学模型为:Q=−Vπ4[BF](dp2−dr2)ρ(p1)ρ(0)[BFQ]‚(2)Q=-Vπ4[BF](dp2-dr2)ρ(p1)ρ(0)[BFQ]‚(2)式中Q未进油口流量,m3/s;V为活塞移动速度,m/s;dp为活塞直径,m;dr为活塞杆直径,m;ρ(p1)、ρ(0)分别为不同压力下制动液密度,kg/m3.kg/m3.3磁极电阻器3.1gm控制原理PWM脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制,达到调节输出脉冲宽度的一种方法.比例电磁阀控制的核心是控制电磁阀的电流.PWM控制器在输出电路上产生可变的开关电压,电磁阀只有“开”、“关”两种工作状态,用改变导通时间Ton与采样时间T之比(即脉宽占空比)的方法来获取所需的电流或电压值.PWM电路的基本形式(见图4)是电磁阀等效线圈加等效电阻,并联续流二极管,经大功率三极管加到电源.3.2轮缸压力随埋深变化的补偿如图2所示,比例电磁阀控制器的输入为轮缸处的压力(bar),输出为电磁阀的控制信号.控制器的控制程序由Matlab/Simulink编程得到,其框图如图5所示.由AMESim得到的轮缸压力与预设的压力输入进行比较,比较结果输入给PWM控制器来控制图2中的电磁阀3、4的开关,以达到增压、减压和保压的效果.4不同频率的占空比对系统制动压力和流量曲线的影响调整比例电磁阀的特征参数以及PWM控制器的占空比,可得到不同的制动压力和制动液流量曲线,从而了解各参数对ESP液压阀工作压力动态响应和制动液流量的影响.在同样的占空比下,修改3组不同的增压阀和减压阀的频率,进行仿真计算,结果如图6所示.图中3条曲线1、2、3分别是电磁阀在频率为50Hz、30Hz和20Hz时得到的.可见不同频率的电磁阀对制动压力及流量曲线具有显著的影响.由图6a可以看出,频率越高,系统升压越快,到达指定压力后曲线波动也较小.由图6b同样可以看出,频率越高,流量增加越快,曲线波动较小.在同样的频率下,选用不同的占空比进行仿真计算,结果如图7所示.图中3条曲线1、2、3分别是占空比为40%、45%和50%时制动压力和制动液流量曲线.由图7a可以看出,较大的占空比有利于系统升压,占空比越大,系统升压越快.对于制动液流量,由图7b可以看出,占空比越大,流量在升压过程中达到最大值的速度越快,但是较大的占空比,在达到预定压力后,曲线波动比较大.故设计者要根据不同的控制需要来选择适当的占空比,以求达到最佳效果.但是占空比的选择并不是越大越好,图8为同一频率下,占空比为50%和60%时的制动力和流量曲线,可以看出,两条曲线几乎