提高高速开关阀性能仿真研究

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1、X提高高速开关阀性能的仿真研究上海交通大学(210030)　申水文　张建武吉林工业大学　葛安林　罗邦杰摘要:高速开关阀是影响电喷、AMT、ABS、主动悬架等众多车辆控制系统性能的重要部件,提高其高频能力是其核心。本文建立了高速开关阀的动态模型,通过计算机仿真、分析了影响其高频性能的参数,并提出提高其高频能力的措施和简化的传递特性,AMT离合器控制实践证明了其正确性。关键词:高速开关阀　计算机仿真　动态建模与分析xR—指令位移m—滑阀质量1　引言ζ—等效阻尼τ—PWM信号占空比高速开关阀是液压控制系统中的新技术,由于与σ—空气间隙S0—间隙空气截面积比例阀相比,其结

2、构简单、控制方便、成本低,因此Φ—回路磁通i—线圈电流车辆电子系统中(EFI、ABS、AMT、主动悬架等)εL—感生电动势L—线圈电感p—流体压力都得到广泛应用,但高速开关阀的高频性能、流量和kFI—电流力转化系数M—执行缸活塞质压力量仍不能满足车辆电子技术的要求。H—磁性材料磁场强度量H0—空气磁场强度车辆自动变速器中离合器的控制采用的是高速开μ0—空气磁感应系数关阀,由于车辆起步和换档时间极短,因此要求高速　　高速开关阀控液压缸的原理图见图3。该模型考开关阀必须具有很好的高频性能。工业中常用的高速虑的是二通滑阀在一个周期内的模型,其余结构的建电磁阀,切换时间比

3、较长,不能达到控制精度,故需模类似,在建模时忽略以下因素影响。要对其进行分析,重新设计其参数,达到提高高速开关阀的高频性能的目的。2　高速开关阀的开关特性离合器执行机构高频响应性能很大程度上取决于高速电磁阀的开关特性,一般高速阀采用PWM信号〔2〕控制,其控制参数为占空比τ=τp/T,离合器位移跟踪控制原理图如图1所示,高速开关阀动态响应特性曲线如图2所示。图3　高速开关阀控液压缸原理图回路磨损阻力系数的影响;回路的磁漏影响;介质磁感应系数变化的影响;温度对系统电阻率和磁感率的影响。2力平衡方程:m¨xv+2ζÛxv=kFIi-k(xv+x0)(1)27Nμ×10

4、　　图1离合器位移跟图2高速开关阀动态　　其中:kFI=8π〔l+2μ(x-x)/μHvmaxv0〕踪控制原理图响应特性曲线　　磁路方程:iN=HlH+H0δ=HlH+H0(xvmax-xv)高速阀的位移信号相对于PWM信号总存在滞Hμ=H0μ0(2)后,即调整电磁阀的切换时间特性,影响调整开关阀　　电流方程:Uc=RLi+εL　　　　　当tétp(3)的最主要性能指标是最小切换时间,从理论上讲如果0=[RL+R+RD]i+εL　当tpétéT能保证Ton=Toff,且使两者都很小,则高速开关阀(4)的动态特性便很好。　　磁通方程:Φ=S0μ0H0=S0μH(5)

5、3　高速开关阀动态特性建模dΦ　　感生电动势方程:εL=N(6)N—线圈匝数lH—磁性材料闭路dt　　整理(2)、(5)、(6)方程,并将感生电动势方k—弹簧刚度x0—弹簧预压缩量程线性化处理得:μ—磁性材料感应系数RL—线圈电阻didxvxv—滑阀位移RD—二极管电阻εL=kεidt+kεxdt(7)X国家自然科学基金和福特与中国发展基金资助项目1998年第5期·25·其中:2N

6、0Ûxv(0)=0,¨xv(0)=0长,Ûi,(模0)=0建图6　仿真软件框图tpétéT(9)　　此系统包含两个非线性环节:(1)平方环节;(2)xv的饱和和截止环节,0éxvéxvmax由方程(8)、(9)分别得高速开关阀的开启和关闭时的传递函数如图4所示。(a)阀开启时传递函数(b)阀关闭时传递函数图44　计算机仿真计算机仿真是进行高速开关阀动态设计的前提,通过计算机仿真,确定影响高速阀动态特性的主要参数,并进一步调整这些参数使高速开关阀的动态特性达到理想的要求,为了便于计算机仿真,对上述模型作简单变换后如图5所示。图7(a)阀开启时传递函数5　仿真结果分析

7、与结论(1)高速开关阀的切换时间与弹簧刚度k、弹簧预压量x0、驱动电压Uc、线圈电阻RL和衰减电阻(b)阀关闭时传递函数R有关。图5(2)k、x0越大,Toff越小、Ton越大,其中x0以下采用本人开发的系统仿真软件包对高速开关越大,xv死区越长,因此k、x0的设置值不应太大。阀进行仿真,其程序框图6如图所示,仿真曲线如图(下转第4页)7所示。·26·《机床与液压》250MPa压力下可调整,压力能精确到012MPa。流体介质;手动液压泵可给高压系统提供小流量流(3)化学加工技术及其它加工技术体;电动液压泵可以提供给高压系统连续流量。在化学加工过程中,有许多产品合成

8、设备需要用