基于AMESim的制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)仿真研究

趙晨馨,范偉軍,楊維和,郭 斌,張培培

(1.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，杭州 310018; 2.杭州沃鐳智能科技股份有限公司，杭州 310018)

基于AMESim的制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)仿真研究

趙晨馨1,范偉軍1,楊維和2,郭 斌2,張培培1

(1.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，杭州 310018; 2.杭州沃鐳智能科技股份有限公司，杭州 310018)

制動(dòng)鉗所需液量檢測(cè)是制動(dòng)鉗性能檢測(cè)中十分重要的一部分，目前關(guān)于制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)研究缺乏理論和仿真依據(jù)，無(wú)法結(jié)合實(shí)際檢測(cè)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)鉗故障診斷，針對(duì)這一問(wèn)題，在研究主缸位移差值法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上搭建AMEsim仿真模型，對(duì)主缸活塞速度和鉗體結(jié)構(gòu)因素進(jìn)行仿真分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的正確性；結(jié)果表明：主缸活塞速度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)影響較??；回位彈簧剛度、制動(dòng)間隙和摩擦塊、橡膠密封圈硬度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量曲線有不同程度的影響，可以根據(jù)曲線特征實(shí)現(xiàn)制動(dòng)鉗故障診斷。

制動(dòng)鉗；動(dòng)態(tài)所需液量；數(shù)學(xué)模型；仿真模型；故障診斷

0 引言

制動(dòng)鉗所需液量指在鉗體內(nèi)建立一定液壓所需壓入鉗體制動(dòng)液的體積[1]，其參數(shù)好壞直接影響汽車的制動(dòng)效果和駕駛員的舒適性,反映到整車的表現(xiàn)有制動(dòng)反映時(shí)間、制動(dòng)距離、踏板感覺(jué)等[2-3]。行業(yè)中對(duì)制動(dòng)鉗所需液量的檢測(cè)十分重視，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T592-2013《液壓制動(dòng)鉗總成性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法》中對(duì)所需液量采用的檢測(cè)方法是量杯法，通過(guò)液量管實(shí)現(xiàn)對(duì)所需液量的測(cè)量。這種方法步驟繁瑣，采用人工目視的方式且無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量進(jìn)行測(cè)量，不能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)鉗故障檢測(cè)，檢測(cè)效率和檢測(cè)精度較低，無(wú)法滿足企業(yè)對(duì)所需液量檢測(cè)的需求。因此，企業(yè)對(duì)制動(dòng)鉗所需液量檢測(cè)通常選擇主缸位移差值法(以下簡(jiǎn)稱主缸法)。主缸法具有操作方便，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于量杯法，主缸法更符合汽車制動(dòng)時(shí)的實(shí)際情況，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量隨壓力變化的檢測(cè)。

主缸法制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)需要通過(guò)模擬制動(dòng)主缸對(duì)制動(dòng)鉗進(jìn)行建壓，研究制動(dòng)鉗鉗內(nèi)液壓與壓入鉗內(nèi)制動(dòng)液體積的動(dòng)態(tài)關(guān)系。目前對(duì)于制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)研究?jī)H停留在試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)上，并沒(méi)有理論依據(jù)和仿真研究。建立主缸法制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)模型，并應(yīng)用AMESim軟件對(duì)制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)進(jìn)行仿真分析，為動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)設(shè)計(jì)和制動(dòng)鉗故障診斷奠定理論基礎(chǔ)。

1 主缸位移差值法所需液量檢測(cè)原理

汽車在發(fā)生制動(dòng)過(guò)程中，駕駛員踩下剎車踏板，通過(guò)杠桿原理將力傳遞給汽車制動(dòng)主缸活塞，制動(dòng)主缸活塞移動(dòng)，將制動(dòng)主缸中的制動(dòng)液推進(jìn)制動(dòng)油管和制動(dòng)鉗中；同時(shí)制動(dòng)鉗內(nèi)油缸增加的制動(dòng)液產(chǎn)生液壓并推動(dòng)鉗體活塞前進(jìn)使得鉗體與制動(dòng)盤(pán)接觸夾緊從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)[4]。汽車制動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 汽車制動(dòng)系統(tǒng)示意圖

制動(dòng)鉗內(nèi)油缸增加的制動(dòng)液體積與對(duì)應(yīng)的鉗體液壓的關(guān)系即為制動(dòng)鉗所需液量參數(shù)?？梢钥闯鏊枰毫繉?duì)汽車踏板行程和管路壓力建立具有重要關(guān)系，直接影響汽車制動(dòng)的安全性和駕駛員的踏板感覺(jué)。對(duì)于汽車盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)，制動(dòng)管路液壓一般不超過(guò)16 MPa，制動(dòng)鉗所需液量Vi為[5]：

(1)

式中,di為制動(dòng)鉗內(nèi)活塞直徑;n為活塞個(gè)數(shù)；Vd為活塞徑向鉗體形變量；si為完全制動(dòng)時(shí)制動(dòng)鉗的活塞行程；

(2)

式中,s1為克服制動(dòng)間隙的活塞行程；s2為制動(dòng)鉗鉗口變形所引起的活塞行程；s3為制動(dòng)鉗制動(dòng)塊壓縮形變引起的活塞行程；

廠家一般設(shè)計(jì)si為0.4～0.6 mm，由于活塞行程微小，對(duì)制動(dòng)鉗在制動(dòng)過(guò)程中的活塞行程和鉗體形變體積測(cè)量困難，因此通過(guò)測(cè)量圖1中制動(dòng)主缸活塞位移間接得到制動(dòng)鉗的所需液量。

制動(dòng)主缸的所需液量V0：

(3)

式中,d0為制動(dòng)主缸的活塞直徑；x0為制動(dòng)主缸的活塞行程；Vi為制動(dòng)鉗所需液量；V′為制動(dòng)系統(tǒng)除制動(dòng)鉗外的所需液量。

利用一個(gè)實(shí)心金屬接頭替代制動(dòng)鉗，可測(cè)得制動(dòng)系統(tǒng)除制動(dòng)鉗外的所需液量V′，此時(shí)可以得到制動(dòng)主缸活塞位移x1，由此可得，制動(dòng)鉗所需液量：

(4)

通過(guò)主缸位移差值和液壓的動(dòng)態(tài)關(guān)系即可得到制動(dòng)鉗的動(dòng)態(tài)所需液量隨壓力的變化曲線。檢測(cè)的系統(tǒng)誤差在相減時(shí)互相抵消，相比于其他直接測(cè)量制動(dòng)鉗所需液量的方法，可靠性更高，減少了檢測(cè)系統(tǒng)因素對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)的影響。

目前企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量曲線研究尚處空白，只分析了所需液量的影響因素，并不能和實(shí)際檢測(cè)相結(jié)合，無(wú)法運(yùn)用到故障檢測(cè)中；主缸活塞速度因素不能在相減時(shí)抵消并且在行業(yè)中沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和理論依據(jù)，無(wú)法確定主缸活塞速度是否對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)產(chǎn)生影響。構(gòu)建主缸法檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并搭建AMESim仿真模型對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)進(jìn)行仿真分析。

2 主缸法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

主缸法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)系統(tǒng)包括主缸、制動(dòng)管路、制動(dòng)鉗，分別建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行流量和力學(xué)分析，為搭建仿真模型選取相應(yīng)的數(shù)學(xué)子模塊提供理論依據(jù)。

2.1 主缸數(shù)學(xué)模型

汽車中的制動(dòng)主缸一般為中心閥雙腔式主缸[6]，有兩個(gè)活塞和彈簧進(jìn)行連接，在主缸法檢測(cè)系統(tǒng)中，主缸主要起建壓的作用，進(jìn)而進(jìn)行簡(jiǎn)化為單腔并去除彈簧阻尼，主缸建模示意圖如圖2所示。

圖2 主缸建模示意圖

主缸內(nèi)充滿制動(dòng)液，活塞通過(guò)位移對(duì)主缸工作腔進(jìn)行建壓，工作腔內(nèi)產(chǎn)生液壓P0，產(chǎn)生力反作用于活塞面，出液口與制動(dòng)管路相連，制動(dòng)液由于液壓作用在出液口產(chǎn)生流量q0，活塞與主缸壁之間有摩擦力影響，綜合以上分析得到以下微分方程：

(5)

式中,M0為活塞質(zhì)量；Fa為活塞的推力；x0為活塞位移；P0為腔內(nèi)液壓；S0為活塞面積；Ca為阻尼系數(shù)。

主缸流量方程如式(6)所示：

(6)

2.2 制動(dòng)管路數(shù)學(xué)模型

檢測(cè)系統(tǒng)管路分為制動(dòng)硬管和制動(dòng)軟管兩部分，兩者都存在制動(dòng)液沿程管路壓力損耗的現(xiàn)象，制動(dòng)硬管采用鋼質(zhì)，可以忽略制動(dòng)硬管在液壓下形變量，對(duì)于制動(dòng)軟管應(yīng)考慮軟管體積模量對(duì)流體壓力特性的影響。

制動(dòng)軟管的壓力流量特性模型[7]：

(7)

式中,P為管路的液壓；q為管路的流量；A為管路的有效橫截面積；x為管路的長(zhǎng)度；β為制動(dòng)液和管路的有效體積模量。

(8)

式中，βfluid為制動(dòng)液體積模量；βhose為軟管體積模型。

制動(dòng)硬管的壓力流量特性模型：

(9)

2.3 制動(dòng)鉗數(shù)學(xué)模型

制動(dòng)鉗主要由摩擦塊、活塞、回位彈簧、橡膠密封圈和鉗體構(gòu)成。制動(dòng)主缸和管路中的制動(dòng)液在壓力作用下流入制動(dòng)鉗體液缸中，推動(dòng)鉗體活塞和摩擦塊移動(dòng)?？紤]活塞的慣性、活塞移動(dòng)的摩擦力、制動(dòng)時(shí)克服的間隙和制動(dòng)接觸后摩擦塊和橡膠密封圈的彈簧阻尼等效模型[8]，忽略鉗體活塞徑向形變量，構(gòu)建制動(dòng)鉗建模示意圖，如圖3所示。

圖3 制動(dòng)鉗建模示意圖

由示意圖可知，制動(dòng)鉗制動(dòng)時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)受力過(guò)程可以分為兩個(gè)階段。第一階段是活塞克服回位彈簧的阻力消除制動(dòng)間隙，制動(dòng)間隙包括活塞、摩擦塊和制動(dòng)盤(pán)的間隙及活塞橡膠密封圈密封槽倒角間隙t；第二階段是活塞與摩擦塊、制動(dòng)盤(pán)接觸后密封圈、摩擦塊、鉗口的彈性形變引起的活塞位移。對(duì)活塞進(jìn)行運(yùn)動(dòng)受力分析：

(10)

式中，p為制動(dòng)鉗液缸液壓；Ab為活塞受力面積；Ff為活塞干摩擦力；xb為活塞行程；Cb為制動(dòng)鉗黏性阻尼；mb為活塞質(zhì)量；Kb為制動(dòng)鉗等效剛度，隨活塞位置xb變化，分為兩個(gè)階段。

對(duì)制動(dòng)鉗進(jìn)油口進(jìn)行壓力流量分析[9]：

(11)

式中，Q為制動(dòng)鉗液缸流量；Vb為制動(dòng)鉗液缸初始容積；β為制動(dòng)液有效體積彈性模量。

對(duì)式(11)兩邊求積分，可得制動(dòng)鉗所需液量：

(12)

C表示為活塞克服摩擦力開(kāi)始移動(dòng)時(shí)的所需液量，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)活塞移動(dòng)所需的壓力約為0.1 MPa，此時(shí)制動(dòng)鉗所需液量很小，在計(jì)算所需液量中可以忽略。

由式(12)可知，制動(dòng)鉗所需液量由鉗體活塞運(yùn)動(dòng)體積和油液壓縮體積構(gòu)成，其中油液壓縮體積相比于活塞運(yùn)動(dòng)體積數(shù)值較小，可以忽略。結(jié)合式(10)分析，活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)階段：消除間隙前和消除間隙后。由于活塞運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)階段受力和位置均不相同，研究活塞的動(dòng)態(tài)位移和液壓的關(guān)系困難，運(yùn)用專業(yè)液壓仿真軟件AMESim對(duì)制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量與液壓的關(guān)系進(jìn)行研究，分析各因素對(duì)動(dòng)態(tài)曲線影響，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)鉗故障診斷，并探究主缸活塞速度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)的影響。

3 檢測(cè)系統(tǒng)仿真模型搭建

根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及結(jié)構(gòu)原理，應(yīng)用AMESim軟件對(duì)主缸法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)系統(tǒng)建模。選取AMESim軟件中的機(jī)械庫(kù)、液壓庫(kù)、液壓元件庫(kù)及信號(hào)庫(kù)的相關(guān)元件完成整個(gè)系統(tǒng)模型的搭建，結(jié)合數(shù)學(xué)模型完成對(duì)各模塊數(shù)學(xué)子模型的選擇，確保仿真模型與實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)。其中通過(guò)質(zhì)量塊和活塞串聯(lián)模擬主缸活塞液缸建壓；信號(hào)庫(kù)輸出速度信號(hào)控制主缸活塞位移；制動(dòng)硬管和制動(dòng)軟管選取帶阻尼有壓縮性的液壓制動(dòng)管路，管路的尺寸和材料特性均可根據(jù)實(shí)車匹配設(shè)置；制動(dòng)鉗模型選取可調(diào)間隙的橡膠材質(zhì)阻尼彈簧模型和彈簧剛度模型共同模擬活塞運(yùn)動(dòng)受力；通過(guò)活塞串聯(lián)質(zhì)量塊模擬制動(dòng)鉗活塞的慣性和摩擦；在主缸和制動(dòng)鉗進(jìn)油口處分別設(shè)有位移傳感器和液壓傳感器通過(guò)主缸法檢測(cè)原理計(jì)算得到制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量曲線。圖4為搭建的檢測(cè)系統(tǒng)仿真模型。

圖4 主缸法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)系統(tǒng)AMESim模型

根據(jù)實(shí)車匹配數(shù)據(jù)和檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)環(huán)境對(duì)仿真模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，見(jiàn)表1。

4 仿真分析

設(shè)置仿真時(shí)間50秒，仿真步長(zhǎng)0.01 s，忽略加速度對(duì)制動(dòng)主缸活塞的影響，分別給主缸活塞0.5 mm/s、1 mm/s的速度產(chǎn)生位移，得到不同制動(dòng)主缸活塞速度下的制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量與壓力關(guān)系曲線見(jiàn)圖5。

表1 制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)模型參數(shù)

圖5 主缸活塞速度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量影響曲線

由圖5可知，主缸活塞速度對(duì)制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)影響很小，通過(guò)仿真結(jié)果可知，在10 MPa液壓時(shí)兩個(gè)速度的所需液量差值僅為0.000 1 mL，可以忽略。主缸活塞速度與鉗體建壓速度有關(guān)，活塞速度越快，建壓越快，檢測(cè)效率越高但檢測(cè)精度降低。制動(dòng)鉗所需液量檢測(cè)制動(dòng)壓力一般不超過(guò)16 MPa，檢測(cè)系統(tǒng)主缸活塞速度應(yīng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)設(shè)備精度和檢測(cè)所需效率設(shè)定。

觀察圖5中的動(dòng)態(tài)所需液量曲線，所需液量隨壓力的增大而增大，曲線在壓力約為1.5 MPa的地方存在一個(gè)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)前后曲線的斜率不一致，聯(lián)系上述制動(dòng)鉗數(shù)學(xué)模型分析可以猜想，制動(dòng)鉗在開(kāi)始建壓時(shí)首先在回位彈簧的阻力下克服間隙，此時(shí)動(dòng)態(tài)所需液量曲線斜率應(yīng)該和回位彈簧的剛度有關(guān)，在液壓達(dá)到1.5 MPa時(shí)，間隙消除，此后的所需液量曲線受回位彈簧和彈性接觸剛度共同作用斜率變化，出現(xiàn)拐點(diǎn)。以下分別對(duì)各影響因素進(jìn)行仿真分析。

(1)回位彈簧剛度影響。

根據(jù)上述分析，以0.5 mm/s的加載速度，保持其他仿真參數(shù)不變，設(shè)置不同的回位彈簧剛度：7e+5N/m、1.07e+7N/m、2.07e+7N/m、3.07e+7N/m，對(duì)動(dòng)態(tài)壓力所需液量進(jìn)行仿真，得到曲線如圖6所示。

圖6 回位彈簧剛度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量影響

由圖6可知，回位彈簧對(duì)拐點(diǎn)前曲線的影響較大。在相同液壓的情況下，回位彈簧剛度越小，所需液量越大。拐點(diǎn)前的曲線斜率變化比拐點(diǎn)后明顯，且曲線斜率也隨著回位彈簧剛度的增加而減小。在拐點(diǎn)處即制動(dòng)鉗活塞移動(dòng)克服間隙時(shí)，回位彈簧剛度越大，液壓越大，所需液量相同，說(shuō)明消除間隙的所需液量與壓力的關(guān)系是一個(gè)常量，與壓力大小無(wú)關(guān)。因此，回位彈簧對(duì)曲線的前半段影響明顯，假如檢測(cè)員檢測(cè)某制動(dòng)鉗發(fā)現(xiàn)所需液量動(dòng)態(tài)曲線前半部分變化趨勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)曲線差異較大，則這只制動(dòng)鉗很大可能回位彈簧出現(xiàn)了故障。

(2)制動(dòng)間隙影響。

保持其他參數(shù)不變，設(shè)置不同的制動(dòng)間隙：0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.6 mm，對(duì)動(dòng)態(tài)壓力所需液量進(jìn)行仿真，得到曲線如圖7所示。

圖7 制動(dòng)間隙對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量的影響

由圖7可知，制動(dòng)間隙直接影響動(dòng)態(tài)所需液量曲線的拐點(diǎn)位置。制動(dòng)間隙越大，活塞克服間隙的所需液量也越多，通過(guò)仿真結(jié)果可知，制動(dòng)間隙0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm和0.6 mm拐點(diǎn)處的所需液量分別為0.90 mL、1.20 mL、1.49 mL、1.81 mL，可以發(fā)現(xiàn)制動(dòng)間隙與拐點(diǎn)處的所需液量成線性關(guān)系。拐點(diǎn)前后的曲線斜率不變，隨著制動(dòng)間隙的增大，拐點(diǎn)液壓也線性增加。由此可得，制動(dòng)間隙不影響動(dòng)態(tài)曲線變化的趨勢(shì)，假如檢測(cè)員發(fā)現(xiàn)某制動(dòng)鉗所需液量偏大或偏小但動(dòng)態(tài)曲線變化趨勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)曲線相同，則這只制動(dòng)鉗制動(dòng)間隙可能有異常。

(3)彈性接觸剛度影響。

保持其他參數(shù)不變，設(shè)置不同的彈性接觸剛度：2.4e+07N/m、3.4e+07N/m、4.4e+07N/m、5.4e+07N/m，對(duì)動(dòng)態(tài)壓力所需液量進(jìn)行仿真，得到曲線如圖8所示。

圖8 彈性接觸剛度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量的影響

彈性接觸剛度與制動(dòng)鉗的摩擦塊和橡膠密封圈的硬度有關(guān)，由圖8可知，彈性接觸剛度對(duì)拐點(diǎn)后的曲線有較大影響。在克服制動(dòng)間隙前，曲線的斜率由回位彈簧決定，與彈性接觸剛度大小無(wú)關(guān)，克服制動(dòng)間隙后，曲線斜率由回位彈簧和彈性接觸剛度共同影響，在回位彈簧剛度不變的情況下，彈性接觸剛度越大，相同液壓下的所需液量越小，曲線斜率也越小。因此，彈性接觸剛度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量曲線的后半部分影響較大，對(duì)前半段影響較小，假如檢測(cè)員發(fā)現(xiàn)某制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量曲線后半部分變化趨勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)曲線差異較大，前半部分差異較小，則說(shuō)明這只制動(dòng)鉗的橡膠密封圈或摩擦塊等形變部件出現(xiàn)故障。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)主缸法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)原理，基于企業(yè)需求設(shè)計(jì)了一種制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)裝置如圖9所示。該檢測(cè)裝置包括加載裝置和測(cè)試腔，加載裝置由伺服電機(jī)、滾珠絲桿、聯(lián)軸器、活塞桿、位移傳感器、安裝撐桿等構(gòu)成。測(cè)試腔上有進(jìn)油口和出油口，分別通過(guò)制動(dòng)管路與制動(dòng)鉗相連。測(cè)試腔和活塞桿用于模擬主缸建壓，通過(guò)精密伺服電機(jī)控制活塞桿運(yùn)動(dòng)達(dá)到精確控制液壓的作用，位移傳感器采集活塞桿的動(dòng)態(tài)位移信號(hào)。

圖9 制動(dòng)鉗所需液量檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在測(cè)試腔、管路充滿制動(dòng)液的情況下，精密伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器配合滾珠絲桿帶動(dòng)活塞桿勻速前進(jìn)，對(duì)管路和產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)定加壓，在制動(dòng)鉗進(jìn)油口設(shè)有液壓傳感器，在達(dá)到設(shè)定壓力后活塞桿退回原點(diǎn)，通過(guò)位移和液壓傳感器分別記錄有無(wú)被測(cè)產(chǎn)品時(shí)的活塞桿的動(dòng)態(tài)位移液壓關(guān)系，繼而計(jì)算得到包括制動(dòng)鉗在內(nèi)的系統(tǒng)所需液量和系統(tǒng)自身的所需液量，兩者相減即可得到制動(dòng)鉗的動(dòng)態(tài)所需液量曲線。檢測(cè)系統(tǒng)自身的所需液量測(cè)量方法是用一個(gè)金屬接頭替代制動(dòng)鉗連接出油油管和進(jìn)油油管進(jìn)行測(cè)量。檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

5.2 仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證模型的正確性，必須保證實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件與仿真測(cè)試條件相同。在常溫下，設(shè)置檢測(cè)裝置電機(jī)加載速度為0.5 mm/s，對(duì)活塞直徑為62 mm,回位彈簧剛度為1.07e+7N/m，彈性接觸等效剛度為3.4e+07N/m，制動(dòng)間隙為0.4 mm的制動(dòng)鉗進(jìn)行動(dòng)態(tài)所需液量測(cè)試，得到動(dòng)態(tài)壓力所需液量測(cè)試曲線如圖10所示。選取市場(chǎng)上不同直徑的制動(dòng)鉗進(jìn)行所需液量測(cè)試，得到在液壓5 MPa、10 MPa、16 MPa下測(cè)得的所需液量結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3。

圖10 所需液量測(cè)試曲線

(單位：ml)

仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果相近，且動(dòng)態(tài)所需液量測(cè)試曲線與仿真曲線相似，證明主缸法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)系統(tǒng)仿真模型準(zhǔn)確可靠，可用于制動(dòng)鉗所需液量研究分析。觀察圖10發(fā)現(xiàn)測(cè)試曲線的拐點(diǎn)沒(méi)有仿真曲線那么明顯，這是因?yàn)橹苿?dòng)間隙中還包

括橡膠密封圈的密封槽倒角間隙t，活塞克服倒角間隙與壓力的關(guān)系是一個(gè)三次方方程[10]，仿真模型中沒(méi)有體現(xiàn)倒角間隙與壓力的關(guān)系，但對(duì)模型的驗(yàn)證并不影響，在今后的研究中將進(jìn)行完善。觀察表3發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果存在誤差，這是因?yàn)閷?shí)際測(cè)量中液壓系統(tǒng)的泄露、電磁干擾、傳感器誤差等均會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。

6 結(jié)論

基于主缸位移差值法動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)原理，構(gòu)建檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型完成了檢測(cè)系統(tǒng)AMEsim仿真模型的搭建，對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)進(jìn)行仿真分析，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了分析驗(yàn)證。結(jié)果表明：主缸活塞速度對(duì)制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)影響很小，應(yīng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)設(shè)備精度和檢測(cè)所需效率設(shè)定；制動(dòng)鉗回位彈簧剛度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量曲線前半部分變化趨勢(shì)的影響較大；制動(dòng)間隙不影響動(dòng)態(tài)所需液量曲線的變化趨勢(shì)，只影響數(shù)值；摩擦塊和橡膠密封圈硬度對(duì)動(dòng)態(tài)所需液量曲線后半部分變化趨勢(shì)影響較大；動(dòng)態(tài)所需液量檢測(cè)可根據(jù)曲線特征實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)鉗故障診斷。

該模型可用于制動(dòng)鉗動(dòng)態(tài)壓力所需液量檢測(cè)研究，為制動(dòng)鉗檢測(cè)設(shè)計(jì)、所需液量異常判別和制動(dòng)鉗故障診斷提供理論和仿真支持。

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Simulation Research on Dynamic Required Fluid Amount Test of Brake Caliper Based on AMESim

Zhao Chenxin1, Fan Weijun1, Yang Weihe2,Guo Bin2,Zhang Peipei1

(1.China Jiliang University, Hangzhou 310018, China; 2.Hangzhou Wolei Intelligent Technology Co., Ltd., Hangzhou 310018, China)

Required fluid amount test of the brake caliper is a very important part in the performance test of the brake caliper, the research on dynamic required fluid amount test only stay in the stage of test statistics at present. It cannot diagnose the fault of brake caliper. To solve the problem, the AMEsim simulation model was built on the basis of the mathematical model of the dynamic required fluid amount test system of the displacement difference method of the master cylinder, the factors of master cylinder piston speed and caliper body structure were analyzed, and the model was verified by experiments. The results show that, the speed of master cylinder piston has small effect on dynamic required fluid amount test; the return spring stiffness, the brake clearance, the friction block and the hardness of rubber seal ring have different degrees of effect on dynamic required fluid amount test, it can diagnose the fault of brake caliper according to the feature of curves.

brake caliper; dynamic required fluid amount; mathematical model; simulation model; fault diagnosis

2016-07-26；

2016-08-24。

國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015QK288);杭州市汽車零部件智能檢測(cè)科技創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)(20151433S01);浙江省公益技術(shù)研究工業(yè)項(xiàng)目(2016C31048)。

趙晨馨(1992-)，男，浙江嘉興人，碩士研究生，主要從事汽車零部件檢測(cè)方向的研究。

范偉軍(1973-)，副教授，碩士生導(dǎo)師。

1671-4598(2017)01-0027-05

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.01.008

U463.5

A