汽车动力学稳定控制的有效性和实时性直接受制于制动回路中的高速开关阀控制精度。本文旨在提升汽车安全性和操作稳定性,开展汽车ESP的关键核心部件高速开关阀的特性研究并对其进行优化设计,提高高速开关阀模型精度,提升开关阀流量的可控范围,解决ESP系统压力调控问题。首先建立高速开关阀的电磁场模型、温度场模型和流场模型,然后通过仿真和试验相结合的方法对三个子模型进行验证,并在试验结论的基础上进行优化。得到较为准确的子模型后,利用动力学方程将三个子模型耦合起来,建立耦合场的流量和压力的数学模型,仿真和试验研究开关阀的电流、压力和位移响应、增压和流量特性。在此基础上对耦合场模型修正,并提出了基于温度的电磁力调控策略。针对电磁场子模型,通过Maxwell仿真和搭建的电磁力测试平台测试,得到电流、主气隙、线圈外壳顶部气隙、线圈端盖底部气隙及外壳厚度对电磁力影响的精确关系,并根据实验结果对电磁力模型进行了优化。在特定工况下,模型误差由优化前的大于10%减小到优化后的5%以内,使模型精度有较大提升。针对温度场子模型,通过ANSYS仿真和搭建的温度测试平台测试,得到不同占空比电压激励下,不同骨架材料和骨架结构线圈的温度分布情况,根据仿真和试验研究的结果,拟合电阻温度系数函数,对温度场数学模型进行优化。在特定工况下,模型误差由优化前的大于12%减小到优化后的7%以内,模型精度有所提升。对线圈骨架结构和线圈端盖尺寸进行优化,优化后线圈达到热平衡的温度下降了30-40%,时间增加了25%,散热效率明显提升,连续长时间工作性能提高。针对流场子模型,采用计算流体动力学技术,研究阀芯周围流体域的压力与速度场的分布情况,以及阀口开度、锥角、阀口直径、阀两端压差对流体力的影响。搭建阀芯动力学测试试验台,实现了高速开关阀的可视化研究,推算出阀芯在运动过程中所受的流体力,并采用变流量系数修正法优化了流体力模型,在特定工况下,使流体力模型误差由优化前的约12%降低至5%以内。采用无量纲指标的决策效用函数,对开关阀阀口结构进行了优化,在特定工况下,流量特性的可控区域范围从22%-43%增大到24%-68%,可控范围约增长了1倍,饱和区范围从43%-100%缩小到68%-100%,可控性增强。针对耦合场模型,定量分析了电磁力特性、开关阀的电流、压力和位移响应特性、增压特性与流量特性。搭建高速开关阀的综合性能试验台并进行相关试验,与理论分析和仿真结果进行对比分析。根据理论与试验结果,进行了温度对阻尼力影响的修正。在特定工况下,使流体力模型误差由优化前约5%减小到2.5%以内。提出了温度对电磁力影响的控制策略,目标电磁力为25N时,电磁力随温度变化的下降率由调控前的52%下降到2%以内。论文通过学科交叉,运用理论分析、仿真与实验研究相结合的方法,研究了高速开关阀多场耦合特性,揭示了温度场、电磁场及流场间耦合作用规律,建立了精确数学模型;揭示了电磁线圈发热对电磁力影响的机理,提出了基于温度的电磁力补偿方法及控制策略;研发了高速开关阀的阀芯动力学特性试验平台,提出了阀芯的可视化研究方法,揭示了高速开关阀阀芯运动学及动力学规律。论文为高速开关阀的实时反馈控制,提供了方法,积累了数据,对后续高速开关阀的深入研究提供了技术基础。