摘 要

当今人们对重型汽车制动系统的要求越来越高，传统的电气和机械制动系统已经不能满足现在重型汽车制动系统的要求，更多的重型汽车选用气动制动系统。但在气压制动系统中，压缩空气经气压制动管道时的时延影响了汽车制动的性能。

目前，还缺少对汽车气压制动压力传输时延特性方面的研究，没有形成相应的理论体系。因此对汽车气压制动管道压力传输时延特性进行研究是有必要的。本论文的主要内容如下：

1. 结合实际的汽车管道的结构特点和工作环境，将复杂制动管道分解成长直管管道、90°弯管管道和三通管道三种不同的布置形式，分别研究三种形式对气压传输时延的影响。
2. 基于dSPACE实时硬件仿真系统，根据汽车实际工况，设计汽车气压传输管道压力传输时延的测试实验方案及相关实验台。
3. 分析实验所得数据，研究长直管道压力传输时延与管径、管长之间的关系及其变化趋势；对三通接口和90°弯管接头对气压制动管道压力传输时延特性的影响进行研究；

本文主要通过实验的方法去研究汽车气压制动管道压力传输的时延特性。在现有的理论之上，设计具有一定实际用途的汽车气压制动管道压力传输时延特性测试试验台及其实验方案。

关键词：气压制动系统；压力传输时延；重型汽车

Abstract

Nowadays, the requirement of heavy duty vehicle brake system is expected more. The traditional electrical and mechanical braking system can not meet the requirements of the heavy duty vehicle braking system. More and more heavy duty trucks select the pneumatic braking system. The capability of automobile breaking is influenced by time delay of compressed air through air pressure brake pipe.

At present, researcher of characteristics of the air brake pipe time delay is lacking and corresponding theory system has not formed. Therefore, it is necessary to make a study of characteristics of the air brake pipe time delay. In this paper, research contents are following:

1. Combined with the structural characteristics and working environment of the actual automobile pipe, The complex air brake pipe is divided into the situations of long-straight pipe, bending pipe with 90 degree and the pipe with three pathways,the time delay characteristics of these situation are studies respectively.
2. Based on dSPACE and car actual working condition, this paper designed the test bench and experimental program for pressure transmission delay.
3. This paper has analyzed the real experimental data, studied the relationship between the long straight line pressure transmission delay and between the diameter and length, and also studied the influence and the characteristics of the three interfaces and 90 ° elbow to the air brake pipe pressure transmission delay.

This paper study of characteristics of the air brake pipe time delay by the method of experimentation. In the existing theory, the design of a certain practical application of automobile pneumatic brake pipeline pressure transmission delay characteristic test bench and its experimental program

Keywords: Pneumatic braking system; Pressure transmission time delay;Heavy duty truck

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 论文的研究对象和研究背景 1

1.2 本论文主要研究内容相关国内外研究现状 2

1.2.1 气压管道的动态特性及管道布置 3

1.2.2 实验方案制定与试验台搭建 3

1.3 论文研究的目的及意义 4

1.3.1 论文研究目的 4

1.3.2 论文研究意义 4

1.4论文的主要研究内容 5

第2章 管道结构对汽车气压制动管路压力传输时延的影响分析 7

2.1直管道、90°弯管接头、三通接通对压力传输时延的影响 7

2.2本章小结 8

第3章 汽车气压制制动管路压力传输时延测试实验 9

3.1 dSPACE硬件在环原件及其软件系统介绍 9

3.2 实验台设备选型介绍 11

3.3 实验方案设计 16

3.3.1实验原理 16

3.3.2 气压制动管道实验 17

3.4本章小结 19

第4章 汽车气压制动管道压力传输时延实验数据分析 20

4.1 实验数据处理 20

4.1.1 直管数据分析 20

4.1.2 90°弯管数据分析 23

4.1.3 三通数据分析 25

4.2 本章小结 27

第5章 结 论 29

致 谢 31

第1章 绪 论

1.1 论文的研究对象和研究背景

气压传动与控制技术简称气动技术，它是一种以压缩空气为工作介质进行能量传递的技术。由于气动技术相比较于传统的传动技术如电气传动、液压传动、纯机械传动等，不仅具有结构简单，使用维护简便，成本低廉，工作寿命长等优点，而且在介质特性、传输及控制的柔性以及传输速度等方面也有不错的优势，同时在倡导绿色节能的大环境下，气动技术已经广泛应用于汽车制造、矿山机械、电子、机床、冶金、化工、食品机械、包装机械等行业。随着加工技术的更新在现代与其他一些技术领域的交叉应用，气动技术的发展已经走上了一条高速通道。

随着气动技术的发展越来越成熟，在很多的领域已经有了很大的占有率，甚至可以和液压传动技术的应用率相比。因为气动传动的传输速度快且通断响应快速，所以在需要精细加工的微电子和半导体加工制造业中得到广泛应用；同时由于气体具有可压缩性，所以气动元件的柔性比较高，可以在大规模的生产领域如汽车制造、机械加工等方面具有一定优势；由于其介质的有着很广泛的来源、性质稳定可靠、不容易受环境影响而且相对洁净，在对生产和研究环境要求较高的食品加工和生物技术方面深受青睐。在与新型材料、技术、工艺结合之中，气动技术的应用领域也在一步的拓宽。气动技术发展至今日，对气动技术本身特性的研究也在进行中。对气动元件中气体的流动和状态以及波动的研究有利于更好的了解气体的特性，为实现更多更优更复杂的功能打下坚实的础。

当今人们对重型汽车制动系统的要求越来越高，传统的电气和机械制动系统已经不能满足现在重型汽车制动系统的要求，更多的重型汽车选用气动制动系统。

气压制动系统是将压缩空气的压力转化为制动所需的机械力从而实现制动。发动机驱动空气压缩机开始工作，空气压缩机运转起来将压缩空气转化为机械动力实现制动。当驾驶员只想要缓慢的制动效果，就轻踩制动踏板，这时释放少量的压缩空气以产生较小的气体压力，以得到很少的制动力，达到缓慢制动的效果，反之亦然。气压制动工作原理图，如图1.1所示。

图1.1 气压制动原理图

在汽车制动系统的运行过程中，由于反应时间和机械系统的限制和信号传递和执行机构的动作等因素的影响，车辆开始制动的时间比驾驶员开始进入制动动作的时间具有一定的滞后性，时滞就是制动系统的延迟。制动系统的延迟与其结构有很大的关系，而时间延迟会影响整个系统，如制动不及时，制动力不能达到预期，或左右车轮的制动力则不平衡等都大大削弱了车辆制动的稳定性。

本文是为优化重型车辆气压制动系统的性能，面向气压制动管路，专门设计一种基于dSPACE的用于分析时延特性的试验台。

通过气路与电路的相互连接，实现压缩气体的流动与传感器采集压力的功能，通过MATLAB/Simulink与ControlDesk的对接实现了气压制动管路时延数据采集、实验数据处理功能。该设计题目基于实际工程需求而设置，具有重要的实际应用价值。

1.2 本论文主要研究内容相关国内外研究现状

在20世纪70年代早期，现代气压技术的发展随着工业生产机械化和自动化的需求的发展而快速发展。新的加工技术对动力传输系统提出了新的要求，电子控制技术的出现也催化了现代气动技术的发展和成熟

气动制动系统以压缩空气为介质将压力转化为机械力来实现的制动系统。气动制动系统有介质干净无污染、布置简单、防火、防震、防磁等等一些优点，已广泛应用于汽车制造业。目前较为常用的气动制动系统是一种双回路系统。

1.2.1 气压管道的动态特性及管道布置

许著等^[1]中对气压技术做了比较系统且完整的介绍，并且详尽的对气动装置的优点进行了总结，如结构简单、轻便，安装维护简单，介质清洁等，还对气压技术如何在流体传动与自动控制系统中运用做了相关的介绍。文献[2]中详细的说明了气动技术的一些基本原理还有各气动元件的构造和使用方法，不过还没有关于管道压力传输时延的。对于可压缩组件的流量特性，国际标准[3]运用了两个规定的流量参数，一个是音速流导另一个是临界压力比。蔡茂林^[4]系统的介绍了气压元件的流量特性。文献[5]系统的研究了电-气控制快速换向阀的流量特性。甘红等^[6]重点介绍了带有ABS系统的汽车气压制动管道是怎么构成的以及其特点。王仁亮等^[7]介绍了大汽车气压制动管的布置和特点以及分析了管道对制动性能的影响因素。杨国华^[8]研究了电动汽车空气管路的气压控制方法。乔跃平^[9]从工程实际的角度出发，阐述了气动管道装配过程中出现的问题以及要注意的事项。杨慧钢^[10]研究了汽车气压制动管道的材料以及流量情况和布置情况，并且概括性的阐述了制动管道的布置对制动系统的影响。朱立峰^[11]说明介绍了汽车气压制动管道设计方法，介绍了各个部件在设计时应该注意事项、选型的基本要点和工作情况。文献[12]的介绍了工程流体力学的相关的知识。

1.2.2 实验方案制定与试验台搭建

马冰等^[13]详尽的介绍了一种可以用于气压制动系统检测的实验台，对于某车型，此实验台能根据不同参数变化还有各部件的反应时延去测量气压制动系统的制动时延以及解除制动状态的时延，还能测量前后桥的制动力的不均衡。文献^[14]详细的讲解了某车型车底盘部件的安装技术，并且讲解了底盘上各个部件的安装位置、尺寸以及安装注意事项，对我们理解气压制动管道的工作环境有很大的作用。龙雪辉和胡锡挺^[15]用实验的方法研究了汽车气压管道时延的特性，并且得出了非常具有参考价值的数据，定量的表现了管道、弯管的影响，并提出了管道布置形式的优化方案。袁小燕^[16]从工程实际出发，阐述了实际安装气压制动赶路时常出现的状况以及注意事项，还说明了气管的安装方法。

在可查阅的大部分文献资料中，关于气压管道传输特性的研究，都集中在压力和能量损失还有管道振动压力波动等方面，很少涉及到管道压力传输时延方面；有一些涉及到管道时延的文献，但大都也是从实验和整体结构方面，将管道时延当作是一个确定的值，非常少的涉及管道时延方面的理论研究和科研实验；有很少关于管道的弯曲和分流对时延的影响的研究。所以本文对汽车气压制动管道压力传输时延的理论研究以及实验分析对气压管道传输特性的研究会具有一定促进作用。