(武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

引言

商用車(chē)電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)是由壓縮氣體作為動(dòng)力介質(zhì)的氣壓制動(dòng)部分和電子控制部分經(jīng)“機(jī)電整合”而成，專(zhuān)用于保障客車(chē)和載貨汽車(chē)等商用車(chē)行駛安全、穩(wěn)定和平順的核心裝置。汽車(chē)主動(dòng)安全和自動(dòng)駕駛等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，要求氣壓制動(dòng)系統(tǒng)須在電控的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能制動(dòng)，通過(guò)對(duì)車(chē)輛行駛狀態(tài)和道路環(huán)境的監(jiān)測(cè)，主動(dòng)導(dǎo)入適應(yīng)的制動(dòng)控制技術(shù)，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)使車(chē)輛平穩(wěn)減速或自動(dòng)停車(chē)，保證車(chē)輛行駛過(guò)程的安全性、穩(wěn)定性和平順性。但是，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，由于供給壓力波動(dòng)及系統(tǒng)傳輸時(shí)延等影響，導(dǎo)致實(shí)際制動(dòng)壓力響應(yīng)和預(yù)期制動(dòng)壓力響應(yīng)之間存在壓力偏差或時(shí)間偏差，壓力偏差與時(shí)間偏差的比值即為制動(dòng)壓力變化率。通過(guò)控制制動(dòng)壓力變化率可以有效解決目前商用車(chē)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)存在的無(wú)法自主辨識(shí)車(chē)輛制動(dòng)需求、實(shí)際制動(dòng)壓力響應(yīng)和期望制動(dòng)壓力響應(yīng)之間存在壓力偏差和時(shí)間偏差，以及無(wú)法對(duì)車(chē)輪制動(dòng)力實(shí)現(xiàn)有效的獨(dú)立調(diào)節(jié)等問(wèn)題。

現(xiàn)階段電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)研究主要集中在數(shù)學(xué)建模、仿真分析和硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)等方面。戶(hù)亞威[1]設(shè)計(jì)并搭建了電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，結(jié)合半物理仿真平臺(tái)，證明了所設(shè)計(jì)的電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的可行性。制動(dòng)氣室是商用車(chē)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中的重要執(zhí)行部件，研究不同工況下制動(dòng)氣室的響應(yīng)特性是必要的。周佳瑋[2]基于制動(dòng)氣室的仿真模型，明確了不同氣源壓力下制動(dòng)氣室的響應(yīng)特性，為車(chē)輛氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)提供了理論依據(jù)。目前關(guān)于車(chē)輛氣壓制動(dòng)壓力變化率的研究主要集中在乘用車(chē)液壓制動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域。齊志權(quán)等[3]基于液壓制動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，定量分析了制動(dòng)系統(tǒng)階梯減壓控制周期和壓差與輪缸壓力變化率的關(guān)系。郜大偉等[4]基于流體力學(xué)理論，推導(dǎo)出了輪缸壓力變化率模型，并開(kāi)發(fā)了輪缸壓力估計(jì)車(chē)載實(shí)驗(yàn)臺(tái)。LIANG Chu等[5]建立了MATLAB與AMESim聯(lián)合仿真平臺(tái)，得到了ABS液壓控制單元組件參數(shù)與制動(dòng)壓力變化率之間的關(guān)系曲線(xiàn)。

本研究面向商用車(chē)電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，研究制動(dòng)壓力變化率的影響因素。建立制動(dòng)氣室充氣過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，并利用響應(yīng)面法，得到制動(dòng)壓力變化率的關(guān)鍵影響因素。基于制動(dòng)氣室充氣過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，仿真分析制動(dòng)氣室的供氣壓力、音速流導(dǎo)和初始?jí)毫?duì)制動(dòng)壓力變化率的影響規(guī)律。通過(guò)制動(dòng)壓力變化率測(cè)量回路，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證改變供氣壓力和音速流導(dǎo)對(duì)制動(dòng)壓力變化率的影響規(guī)律。

1 商用車(chē)電控氣壓制動(dòng)壓力變化率的基本概念

對(duì)于傳統(tǒng)車(chē)輛而言，可通過(guò)駕駛員干預(yù)，減小制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)偏差，但對(duì)于輔助駕駛或自動(dòng)駕駛環(huán)境下能夠主動(dòng)制動(dòng)的智能制動(dòng)系統(tǒng)而言，制動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)干預(yù)時(shí)，任何響應(yīng)偏差均可能導(dǎo)致制動(dòng)失效，進(jìn)而引發(fā)事故。因此，面向未來(lái)自動(dòng)駕駛商用車(chē)，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)必須在功能和性能上進(jìn)行改進(jìn)與提升，結(jié)構(gòu)上由純氣壓制動(dòng)向電控氣壓制動(dòng)轉(zhuǎn)變，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度并改善其可控性；性能上則需要滿(mǎn)足制動(dòng)過(guò)程的安全、穩(wěn)定和平順，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，從而減小制動(dòng)過(guò)程的壓力偏差和時(shí)間偏差，保障在駕駛員干預(yù)降低或無(wú)駕駛員干預(yù)的場(chǎng)景下，車(chē)輛仍然能夠安全、平穩(wěn)制動(dòng)。

1.1 面向智能制動(dòng)的電控氣壓制動(dòng)回路

面向智能制動(dòng)，為解決傳統(tǒng)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)存在的響應(yīng)時(shí)間滯后、壓力波動(dòng)以及壓力響應(yīng)精度低等問(wèn)題，楊凡[6]提出了如圖1所示的電控氣壓制動(dòng)回路。

圖1 面向智能制動(dòng)的氣壓制動(dòng)回路結(jié)構(gòu)圖

圖1所示電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)氣壓制動(dòng)回路的基礎(chǔ)上加入了自動(dòng)調(diào)壓閥(所謂自動(dòng)調(diào)壓閥，是指能通過(guò)電信號(hào)與氣壓信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)、自動(dòng)地調(diào)節(jié)各制動(dòng)氣室的壓力，同時(shí)滿(mǎn)足自動(dòng)制動(dòng)調(diào)壓需求的自動(dòng)化調(diào)壓閥)，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力的獨(dú)立精確調(diào)節(jié)；用電子制動(dòng)踏板代替機(jī)械式制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板通過(guò)線(xiàn)束與制動(dòng)控制器相連；同時(shí)增加了電控單元、儲(chǔ)氣罐等。由于采用電信號(hào)的控制方式，且自動(dòng)調(diào)壓閥由儲(chǔ)氣罐直接供氣，當(dāng)制動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生后，可立刻控制自動(dòng)調(diào)壓閥向制動(dòng)氣室供氣，縮短了壓力響應(yīng)時(shí)延；同時(shí)每個(gè)制動(dòng)氣室前均設(shè)置一個(gè)自動(dòng)調(diào)壓閥，可實(shí)現(xiàn)各制動(dòng)氣室壓力的差異化供給，解決傳統(tǒng)氣壓制動(dòng)回路中壓力響應(yīng)時(shí)延較長(zhǎng)、欠壓導(dǎo)致制動(dòng)力不足、制動(dòng)壓力響應(yīng)不協(xié)調(diào)以及壓力調(diào)節(jié)不精確等問(wèn)題，更好地滿(mǎn)足智能制動(dòng)精確調(diào)壓的需求。

1.2 商用車(chē)電控氣壓制動(dòng)壓力變化率的概念

GB 12676—2014《商用車(chē)輛和掛車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》中要求商用車(chē)具有行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)，行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能控制車(chē)輛行駛，使其安全、迅速、有效停住，且制動(dòng)作用應(yīng)是漸進(jìn)的[7]。為滿(mǎn)足車(chē)輛行駛安全性、穩(wěn)定性和平順性的要求，同時(shí)保證制動(dòng)作用是循序漸進(jìn)的，本研究提出商用車(chē)氣壓制動(dòng)壓力變化率的概念。

氣壓制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，由于供給壓力波動(dòng)及系統(tǒng)傳輸時(shí)延等影響，導(dǎo)致實(shí)際制動(dòng)壓力響應(yīng)和預(yù)期制動(dòng)壓力響應(yīng)之間存在壓力偏差或時(shí)間偏差，這種偏差可分別稱(chēng)作為制動(dòng)壓力偏差和制動(dòng)時(shí)間偏差。氣壓制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)壓力-時(shí)間響應(yīng)關(guān)系如圖2所示?？v軸線(xiàn)上，在預(yù)定時(shí)刻(?所示)，實(shí)際制動(dòng)壓力或大于(Δp1)、或小于(Δp2)預(yù)期制動(dòng)壓力，該偏差即為制動(dòng)壓力偏差；而橫軸線(xiàn)上，達(dá)到預(yù)期制動(dòng)壓力所需制動(dòng)時(shí)間或提前(Δt1)、或滯后(Δt2)于預(yù)期時(shí)刻，該偏差即為制動(dòng)時(shí)間偏差。

圖2 制動(dòng)壓力-時(shí)間響應(yīng)關(guān)系圖

對(duì)于自動(dòng)駕駛車(chē)輛，制動(dòng)壓力偏差或制動(dòng)時(shí)間偏差均可能導(dǎo)致制動(dòng)失效，所以必須保證制動(dòng)壓力和制動(dòng)時(shí)間均滿(mǎn)足制動(dòng)預(yù)期，故需同時(shí)考慮壓力偏差和時(shí)間偏差。本研究采用單位時(shí)間制動(dòng)壓力的變化—制動(dòng)壓力變化率作為電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和控制指標(biāo)：

(1)

式中，p為制動(dòng)氣室的輸出壓力，MPa。

2 制動(dòng)氣室充氣過(guò)程的數(shù)學(xué)模型

制動(dòng)氣室是氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，壓縮氣體經(jīng)過(guò)制動(dòng)氣室，將空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械能，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。制動(dòng)氣室作為氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的末端執(zhí)行元件，同時(shí)也是制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的始端元件，其響應(yīng)特性的好壞直接關(guān)系到商用車(chē)電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的性能和車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性和平順性。在不影響制動(dòng)氣室壓力特性和運(yùn)動(dòng)特性的前提下，本研究對(duì)制動(dòng)回路進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略管路部分的影響，即氣源直接充氣到制動(dòng)氣室。

1.氣體入口 2.橡膠膜片 3.下蓋 4.上蓋5.活塞盤(pán) 6.回位彈簧 7.推桿圖3 膜片制動(dòng)氣室的三維剖視圖

為研究制動(dòng)壓力變化率的影響因素，本研究針對(duì)制動(dòng)氣室充氣過(guò)程建立數(shù)學(xué)模型[8-9]。

2.1 流量方程

根據(jù)ISO 6358，由音速流導(dǎo)C和臨界壓力比b得到充氣過(guò)程制動(dòng)氣室質(zhì)量流量方程為：

式中，ρa(bǔ)—— 大氣密度

p—— 供氣壓力

θa—— 環(huán)境溫度

θ—— 制動(dòng)氣室內(nèi)溫度

ps—— 制動(dòng)氣室內(nèi)壓力

2.2 狀態(tài)方程

制動(dòng)氣室充氣過(guò)程中氣體狀態(tài)方程為：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中，G—— 制動(dòng)氣室內(nèi)質(zhì)量流量

R —— 氣體常數(shù)

V—— 制動(dòng)氣室體積

Cv—— 定積比熱

hu—— 制動(dòng)氣室熱交換系數(shù)

Sh—— 制動(dòng)氣室換熱面積

A—— 制動(dòng)氣室的有效截面積

x0—— 活塞盤(pán)的初始位移

x—— 活塞盤(pán)的位移

D—— 膜片與卡箍接觸的直徑

d—— 膜片與活塞盤(pán)的接觸直徑

2.3 運(yùn)動(dòng)方程

制動(dòng)氣室的運(yùn)動(dòng)方程為：

(ps-pa)Ap-ma-kx-Fm=0

(8)

(9)

(10)

式中，Ap—— 活塞盤(pán)有效承壓面積

m—— 活塞盤(pán)及推桿的總質(zhì)量

a—— 推桿的運(yùn)動(dòng)加速度

k—— 彈簧彈性系數(shù)

Fm—— 活塞盤(pán)的膜片力

F0—— 膜片的初始變形力

s—— 推桿的行程

3 商用車(chē)電控氣壓制動(dòng)壓力變化率的影響因素分析

為實(shí)現(xiàn)電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)精準(zhǔn)的制動(dòng)控制，研究制動(dòng)壓力變化率的影響因素。以某型氣壓制動(dòng)氣室為例，設(shè)定氣壓制動(dòng)壓力變化率計(jì)算仿真參數(shù)值如表1所示。

表1 氣壓制動(dòng)壓力變化率計(jì)算仿真參數(shù)

3.1 基于響應(yīng)面法的制動(dòng)壓力變化率的關(guān)鍵影響因素分析

響應(yīng)面法[10-11](Response Surface Methodology，RSM)是一種通過(guò)合理的方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，并通過(guò)試驗(yàn)或仿真獲得一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來(lái)擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，是解決多變量問(wèn)題的一種有效統(tǒng)計(jì)方法。其中，Box-Behnken Design(BBD)是響應(yīng)面法中常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法之一，特點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，試驗(yàn)次數(shù)少，適用于2～5個(gè)因素的優(yōu)化試驗(yàn)[12]。

本研究針對(duì)制動(dòng)氣室充氣過(guò)程建立仿真模型，由仿真結(jié)果可知，供氣壓力、音速流導(dǎo)以及氣室初始?jí)毫?duì)制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)特性均有影響，但不同參數(shù)的影響程度無(wú)法確定。因此，本研究確定參數(shù)范圍，并采用穩(wěn)態(tài)制動(dòng)壓力變化率作為目標(biāo)值，得到參數(shù)范圍設(shè)置表和仿真試驗(yàn)結(jié)果表，分別如表2和表3所示。

表2 參數(shù)范圍設(shè)置表

表3 仿真試驗(yàn)結(jié)果表

分析計(jì)算表3中的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到表4所示的影響因子方差分析表，通過(guò)比較F值和P值的大小來(lái)分析和判斷不同影響因素對(duì)制動(dòng)壓力變化率的影響程度。當(dāng)F值越大時(shí)，說(shuō)明該因子的影響程度越大，反之，則越??；當(dāng)P值越小時(shí)，則表示該因子影響程度越大，反之，則越小。試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，響應(yīng)因子采用的是穩(wěn)態(tài)制動(dòng)壓力變化率dp/dt，主要是因?yàn)橹苿?dòng)壓力變化率的穩(wěn)態(tài)值可以反映各因素對(duì)制動(dòng)壓力變化率的影響程度，而且在制動(dòng)壓力變化率響應(yīng)曲線(xiàn)中比較容易觀察。

表4 影響因子方差分析表

由方差分析表4可知，音速流導(dǎo)、供氣壓力和音速流導(dǎo)平方的P值均小于0.0001，P值越小，表明該因素影響越顯著，所以音速流導(dǎo)、供氣壓力和音速流導(dǎo)的平方對(duì)制動(dòng)壓力變化率的影響程度較大，而制動(dòng)氣室初始?jí)毫?duì)制動(dòng)壓力變化率的影響不顯著。同時(shí)，由表4可知，音速流導(dǎo)、供氣壓力和音速流導(dǎo)平方的F值分別為2479.17、757.99和133.61，則影響因子顯著程度為A>C>B，且音速流導(dǎo)和供氣壓力為關(guān)鍵影響因素。

3.2 制動(dòng)壓力變化率影響因素的影響規(guī)律分析

制動(dòng)壓力變化率的影響因素不僅包括結(jié)構(gòu)參數(shù)，也包括工作參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)是指制動(dòng)氣室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，一般無(wú)法改變；工作參數(shù)是指可以修改并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整的參數(shù)。工程實(shí)際中，一般通過(guò)改變工作參數(shù)使響應(yīng)結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。因此，本研究針對(duì)制動(dòng)氣室充氣過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，仿真分析制動(dòng)氣室的供氣壓力、音速流導(dǎo)和初始?jí)毫?duì)制動(dòng)壓力變化率的影響規(guī)律。

1) 改變供氣壓力下的制動(dòng)壓力變化率

設(shè)定音速流導(dǎo)C=2.2 dm3/(s·bar)和氣室初始?jí)毫0=0.1 MPa不變，改變制動(dòng)氣室的供氣壓力，得到制動(dòng)壓力變化率仿真曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 改變供氣壓力的制動(dòng)壓力變化率仿真曲線(xiàn)

由圖4可知，供氣壓力增加，制動(dòng)壓力變化率隨之增大，且波動(dòng)程度增大；隨著供氣壓力增加，制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，即制動(dòng)氣室的充氣時(shí)間增加。因此供氣壓力不僅影響制動(dòng)壓力變化率的大小，也影響制動(dòng)壓力變化率響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。

2) 改變音速流導(dǎo)下的制動(dòng)壓力變化率

設(shè)定制動(dòng)氣室供氣壓力p=0.5 MPa和初始?jí)毫0=0.1 MPa不變，改變音速流導(dǎo)，得到制動(dòng)壓力變化率仿真曲線(xiàn)如圖5所示。

圖5 改變音速流導(dǎo)的制動(dòng)壓力變化率仿真曲線(xiàn)

由圖5可知，音速流導(dǎo)越大，制動(dòng)壓力變化率越大，波動(dòng)程度逐漸減弱；音速流導(dǎo)越大，制動(dòng)壓力變化率響應(yīng)時(shí)間越短。因此，音速流導(dǎo)改變對(duì)制動(dòng)壓力變化率的大小和響應(yīng)時(shí)間均有影響。

3) 改變初始?jí)毫ο碌闹苿?dòng)壓力變化率

設(shè)定制動(dòng)氣室供氣壓力p=0.5 MPa和音速流導(dǎo)C=2.2 dm3/(s·bar)不變，改變制動(dòng)氣室內(nèi)腔的初始?jí)毫?，得到制?dòng)壓力變化率仿真曲線(xiàn)如圖6所示。

由圖6可知，氣室內(nèi)腔初始?jí)毫?duì)制動(dòng)壓力變化率的大小基本沒(méi)有影響；初始?jí)毫υ酱?，制?dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間越短，主要原因是初始?jí)毫υ黾訒r(shí)，氣室所需要外部提供的壓力變小，則增加到目標(biāo)壓力的時(shí)間變短。因此，初始?jí)毫Ω淖冎饕绊懼苿?dòng)壓力變化率響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。

圖6 改變初始?jí)毫Φ闹苿?dòng)壓力變化率仿真曲線(xiàn)

由仿真結(jié)果可知，當(dāng)供氣壓力和音速流導(dǎo)改變時(shí)，對(duì)制動(dòng)壓力變化率響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值均有影響；而當(dāng)初始?jí)毫Ω淖儠r(shí)，僅對(duì)制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間有影響，而對(duì)制動(dòng)壓力變化率的大小基本沒(méi)有影響。由于仿真結(jié)果與響應(yīng)面法分析結(jié)果中的關(guān)鍵影響參數(shù)基本保持一致，進(jìn)而證明了響應(yīng)面分析方法所得結(jié)論的合理性。

4 商用車(chē)電控氣壓制動(dòng)壓力變化率關(guān)鍵影響因素的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證供氣壓力和音速流導(dǎo)對(duì)制動(dòng)壓力變化率的影響規(guī)律，本研究設(shè)計(jì)制動(dòng)壓力變化率測(cè)量回路如圖7所示，利用壓力傳感器8測(cè)量制動(dòng)氣室的壓力，利用壓力傳感器9測(cè)量?jī)?chǔ)氣罐的壓力值；將壓力傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)dSPACE傳入計(jì)算機(jī)中，并通過(guò)Control Desk界面進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和保存。

1.氣源 2.氣動(dòng)三聯(lián)件 3.開(kāi)關(guān)閥 4.精密調(diào)壓閥 5.儲(chǔ)氣罐6.二位五通電磁閥 7.制動(dòng)氣室 8、9.壓力傳感器圖7 制動(dòng)壓力變化率測(cè)量回路

在對(duì)制動(dòng)氣室壓力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，由于測(cè)量方法、人為操作誤差以及噪聲等因素，導(dǎo)致制動(dòng)壓力變化率的曲線(xiàn)存在較多毛刺，不易觀察其變化規(guī)律，為更好的觀察和分析制動(dòng)壓力變化率曲線(xiàn)的變化規(guī)律，本研究對(duì)該曲線(xiàn)進(jìn)行濾波處理。

4.1 改變供氣壓力下的制動(dòng)壓力變化率

設(shè)定音速流導(dǎo)C=2.2 dm3/(s·bar)和其他參數(shù)不變，改變氣動(dòng)回路的供氣壓力，得到濾波后的制動(dòng)壓力變化率實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如圖8所示。

圖8 不同供氣壓力的制動(dòng)壓力變化率實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)

由圖4和圖8可知，制動(dòng)壓力變化率的仿真和實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)變化規(guī)律一致。制動(dòng)氣室充氣初期，制動(dòng)氣室制動(dòng)壓力變化率增加且波動(dòng)程度較大；制動(dòng)氣室充氣中期，隨著制動(dòng)氣室活塞桿的伸出，制動(dòng)壓力變化率繼續(xù)增加至最大值且在穩(wěn)態(tài)值附近波動(dòng)；制動(dòng)氣室充氣末期，制動(dòng)壓力變化率逐漸下降，充氣過(guò)程結(jié)束時(shí)，制動(dòng)壓力變化率下降至0。隨著供氣壓力的增加，制動(dòng)壓力變化率越大，波動(dòng)程度越明顯；隨著供氣壓力增大，制動(dòng)氣室制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間基本保持一致。由實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)可知，供氣壓力對(duì)制動(dòng)壓力變化率的影響較大，而對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響較小。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在人為操作誤差，導(dǎo)致制動(dòng)壓力變化率實(shí)驗(yàn)和仿真曲線(xiàn)存在偏差。

4.2 改變音速流導(dǎo)下的制動(dòng)壓力變化率

設(shè)定制動(dòng)氣室供氣壓力p=0.5 MPa和其他參數(shù)不變，通過(guò)改變氣動(dòng)回路中的音速流導(dǎo)值，得到濾波后的制動(dòng)壓力變化率實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如圖9所示。

圖9 不同音速流導(dǎo)的制動(dòng)壓力變化率實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)

由圖5和圖9可知，制動(dòng)氣室充氣初期、制動(dòng)氣室充氣中期、制動(dòng)氣室充氣末期至充氣結(jié)束，制動(dòng)壓力變化率仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化規(guī)律基本保持一致。隨著音速流導(dǎo)的增加，制動(dòng)壓力變化率增大，波動(dòng)程度愈加顯著；隨著音速流導(dǎo)的增大，制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間減小，且時(shí)間減小的十分明顯。因此改變音速流導(dǎo)不僅影響制動(dòng)壓力變化率的大小，也影響制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間。由于測(cè)量方法和人為操作誤差等因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)與仿真曲線(xiàn)存在偏差。

5 結(jié)論

本研究同時(shí)考慮制動(dòng)壓力偏差與制動(dòng)時(shí)間偏差的制動(dòng)壓力變化率，并通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)，得到制動(dòng)壓力變化率關(guān)鍵影響因素的影響規(guī)律。本研究的主要結(jié)論如下:

(1) 音速流導(dǎo)和供氣壓力對(duì)制動(dòng)壓力變化率的影響程度較大，而制動(dòng)氣室初始?jí)毫?duì)制動(dòng)壓力變化率的影響不顯著；

(2) 隨著供氣壓力的增加，制動(dòng)壓力變化率越大，波動(dòng)程度越明顯。隨著音速流導(dǎo)的增加，制動(dòng)壓力變化率增大，制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間變小，波動(dòng)程度愈加顯著，改變音速流導(dǎo)不僅影響制動(dòng)壓力變化率的大小，也影響制動(dòng)壓力變化率的響應(yīng)時(shí)間。