车辆稳定控制技术-流场控制模型研究成果简介

通过上述研究，建立了稳控系统住址平台的动力学模型，包括驾驶人操作模型、轮胎模型、车辆动力学模型（单轮、双轮、四轮模型）、稳控系统制动系统模型（理论模型、经验模型）等。为了使用计算机进行仿真计算，需要将平台的动力学模型转化为计算机可以接受的形式，这种转化有许多方式和软件仿真环境可以选择，例如Matlab/Simulink、AMESim软件等。增压阀轴对称，因而可以建立平面二维模型。使用四节点四边形或三节点三角形单元，对增压阀口附近的流体建模。为避免求解时由于出口端面上加常压边界条件造成质量不守恒，在出口处增加一段虚拟长度，ANSYS称之为“烟囱”，以使流动充分发展。计算表明，“烟囱”为顶杆和阀套之间的缝隙的15倍左右时，在压力、速度变化梯度大的边界以及狭窄处加大单元密度。而在远离节流孔的出口处，采用大网格单元，如图2-30所示。

图2-30 节流孔附近的单元划分

入口处速度和出口处的压力都规定为均一值，这与实际流场有差别。为减少它们对流场分布的影响，需要加大入口和出口的长度（虚拟长度），使入口处的压力和出口处的速度具有较一致的分布。图2-31显示了阀口附近的节点流速。对比左右两图，最大流速对阀口开度很敏感。壁面上的速度分布说明方程的解确实满足狄里克利边界条件。对不同阀开度时的等势分布分析可知：当阀的开度为0.01mm时，只有在钢珠与阀座靠近处有明显的速度梯度；而当阀的开度为0.05mm时，节流孔处也出现相当的速度梯度，说明此时节流孔已成为流速的制约因素。

图2-31 阀口附近的节点流速

阀小开度时，压力梯度集中于钢珠与阀座靠近处，而阀充分打开时，压力只是在节流孔处有明显的梯度。这意味着，所设计的阀开度已不至于成为流速的制约因素。图2-32所示是不同流量和阀开度下的流线分布，阀全开，入口流速5m/s，出现了两处明显的涡流。增压阀打开时，影响阀口特性的主要因素是节流孔本身；增压阀动作过程中，影响过渡过程的主要因素是钢珠与阀座的相对位置等。增压阀是常开阀，只考虑节流孔本身对流量-压力特性的影响。相反，研究制动液对阀芯的作用力时，必须考虑阀芯的位置，以确定液力对电磁阀的动态过程的影响。由于规定出口压力等于0，且“虚拟长度”与阀芯的设计长度相当，阀芯边界的压力积分即近似于阀芯所受到的液压反作用力F_p。图2-33所示是不同流量Q下F_p与阀开度的关系。当阀口开度大于20%后，液压差没有对阀芯造成显著的反力。当然，增压阀闭合/开启的动态过程中，流量Q是不恒定的。图2-34所示是不同节流孔直径下增压阀打开时的Q-Δp特性曲线。(www.xing528.com)

图2-32 阀口附近流线图

图2-33 阀芯液压作用力-阀开度

图2-34 流量-压力特性