【摘 要】
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高速开关阀是电子稳定控制系统（Electronic Stability Control,ESC）中的关键控制执行部件之一,它直接关系到轮缸压力的精确调控,进而影响汽车的行驶状态。ESC系统向下兼具制动防抱死（Anti-lock Braking System,ABS）、牵引力控制（Traction Control System,TCS）功能以及主动横摆力偶矩控制（Active Yaw Control
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高速开关阀是电子稳定控制系统（Electronic Stability Control,ESC）中的关键控制执行部件之一,它直接关系到轮缸压力的精确调控,进而影响汽车的行驶状态。ESC系统向下兼具制动防抱死（Anti-lock Braking System,ABS）、牵引力控制（Traction Control System,TCS）功能以及主动横摆力偶矩控制（Active Yaw Control,AYC）等产品功能,从而保证车辆的操控稳定性。ESC系统中的高速开关阀是一个复杂的非线性多场耦合常开电磁阀。成本和产品安装空间限制了高速开关阀对传感器的应用,各种非线性场之间的相互作用需要通过严格的前期机电结构和参数的优化设计,以期达到尽量接近线性控制比例阀的性能。作为ESC上层算法开发和优化的基础,高速开关阀数学模型包括了高度耦合的电磁场和流场。本文分别对非线性电磁场和动态流场进行了详细的建模仿真,并验证了高速开关阀模型的精度。在对电磁场分析的过程中,将磁场类比于电场,利用电磁场理论建立其数学模型。利用有限元分析软件仿真了电磁场在激励状态下,内部磁场的变化和分布,并得到在不同电流和不同气隙下的电磁力和电感。在Matlab/Simulink中,通过查表的方式得到不同条件下精确的电磁力。在分析流场的过程中,选择合适的控制体,应用流体动量方程得到了流体对阀芯的作用力。基于有限元分析,通过大量的稳态仿真以模拟瞬态流场,利用有限元仿真结果拟合得到动量方程中需要的关键参数,避免了对复杂液动力（稳态和瞬态）和静态压力的分析,直接得到流体对阀芯的液压力,从而降低了模型的难度,提高了模型的精度。基于自主开发的ESC硬件在环试验台架和ECU控制器,验证了高速开关阀的时间响应特性、低频PWM增压特性和高频PWM增压特性结果,说明此模型精度满足底层执行单元模型的要求。
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