电控气压制动压力变化率测试台的结构设计与验证开题报告

全文总字数：6792字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1、电控气压制动系统的研究背景及国内外发展现状

1.1.1电控气压制动系统的研究背景

在我国经济水平以及国家实力快速增强的大背景之下，交通运输业方面也取得了十分迅速的发展，其中的商用车在交通运输业占有着及其重大的地位，这也使得近些年来商用车的市场拥有量每年也在不断上升。对于商用车来说，它的质心高度和一般的乘用车相比较来说是较高的，并且它的质量更大，载货量以及载客量也更加大，而且日常工作环境更加恶劣，这些因素都使得商用车在行驶过程中更容易发生故障。并且当商用车在行驶过程中出现事故时，对人身的伤害和财产的损失比起一般的乘用车更加严重，因此现在我们相比之前更加注重提升商用车的安全性能，尤其是对商用车的制动系统尤为关注。气压制动系统被主动应用在商用车制动系统之中，传统的主要采用的是常规制动防抱死控制系统（anti-lock braking system,简称abs），主要是在制动工作过程计算出汽车的滑移率来保证车轮抓地力。现如今电控气压制动系统（electronically controlled brake system，简称ebs）已经被大力发展和应用，电控气压制动系统实现了对制动系统的电子控制，ecu（electronic control unit）通过处理所接收到的各种信号，根据相应的控制策略来计算和输出一定的压力值，它有效地解决了传统气压制动系统由于制动气路较长而导致的响应延迟的现象。因此电子气压制动系统在现在的商用车上被广泛应用，已经成为当代制动系统发展的主要方向，对它的研究对商用车安全性的提高有着重大的意义。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

制动压力变化率作为气压制动系统的关键控制参数，研究制动压力变化率测试方法，为气压制动系统精准制动控制提供技术支撑。因此此次研究以制动压力变化率作为商用车气压制动系统动态特性的评价指标。并针对商用车电控气压制动系统制动压力精确控制的需求，设计制动压力变化率测试台，以制动压力变化率直接测量为目标，提出制动压力变化率测量原理。对提出的制动压力变化率测量仪特性进行仿真，证明其理论的有效性。

研究的主要内容为明确电控制动系统的工作原理，针对轮缸充放气的的过程，根据气动基础对压力变化进行公式推导，建立轮缸压力变化的数学模型。对轮缸压力变化率的测量提出测量方法，对设计的测量方法进行仿真验证。对制动压力变化率的检测台进行软、硬件设计，建立检测台的三维模型。对所设计建立的检测台进行验证。

技术方案：

首先是学习现代气动技术的基础知识，利用气体状态方程、流量特性方程和运动方程，对制动气室制动压力变化率充气和放气过程进行公式推导，得到轮缸压力变化率的计算方法。

提出对压力变化率测量的方案。上文中已经提出多种压力微分的测试方案，本次研究基于日本东京工业大学的香川立春^[17]提出的“等温压力容器应用于压力微分计的方案”，它是现在所提出来的较为成熟的压力微分计，是一种狭缝式流路的压力微分计，已经在上述文献之中被成功应用，因此此次选择它作为压力变化率测试的基本方案。基本原理图如下图所示。

图1 制动压力变化率测试原理图

其中1为制动气室，2为层流阻力管，3为等温容器，4为压力传感器，5为压差传感器。当待测量的制动气室内压力Ps改变时，通过层流阻力管的等温压力容器中的压力Pc稍晚变化，并且此时的压差Pj被压差传感器测得，进而可以获得制动气室内压力变化率dPs/dt的测量值dPc/dt。

对所提出来的具体测试方案，对其中的等温容器以及层流阻力管的参数进行初步选择确定，设计出合适的压力微分计。利用气动技术的基础知识对所建立的等温容器和层流管的流量压力特性进行数学公式推导。

对所推导的数学公式利用MATLAB/Simulink建立数学模型，对所建立的模型进行仿真。对比制动轮缸的数学模型所仿真出的压力变化率与通过压力微分计所仿真得到的压力变化率。

针对一个过程，如充气过程，对其进行层流管和等温容器参数的修改，来优化所设计的等温容器和层流管参数。

确定其他部件的选择和参数，主要包括气源、气动三联件、手动开关阀、储气罐、精密减压阀、ABS电磁阀、压差传感器、压力传感器。

利用Solidworks对模型进行建模，建立总体的装配图，明确各元件的布置方式。

其中1为制动轮缸，2为压差传感器，3为等温容器，4为ABS电磁阀，5为精密减压阀，6为压力传感器，7为气动三联件，8为开关阀，9为气缸。

对所设计的制动压力变化率试验台进行实验验证，如通过对ABS电磁阀的充、放气进行控制，来观测试验台架所测得的压力变化率，保证制动压力变化率测试台架的正常运行。

技术路线图：

3. 研究计划与安排

第1周至第3周，中英文文献查询与整理，确立研究思路，撰写开题报告；

第4周至第5周，项目调研，确立研究对象，研究基础知识，开始进行数学公式的推导；

第6周至第9周，完善数学公式的推导，并在simulink中建立仿真模型；

4. 参考文献（12篇以上）

1. vikas gautam,vignesh rajaram,shankar c subramanian.model-based braking control of a heavy commercial road vehicle equipped with anelectropneumatic brake system[j]. proceedings of the institution of mechanicalengineers,2017,231(12).

2. patil, j,palanivelu,s,aswar,v. mathematicalmodeltoevaluateandoptimizethe dynamic performanceof pneumatic brake system[r]. sae technical paper, 2015.

3. hakan koylu,ali cinar. experimental design of controlstrategy based on brake pressure changes on wet and slippery surfaces of roughroad for variable damper setting during braking with activated anti-lock brakesystem[j]. proceedings of the institution of mechanical engineers,2012,226(10).

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