面向工程的气动管路压力响应时间的计算方法研究

发布时间：2020-07-27 17:07

【摘要】：气压制动系统是客车、载货汽车常用的制动方式之一,其优良的性能保障了车辆的行车安全和制动稳定,其中,制动系统的压力响应时间是车辆行驶安全的重要指标。管路作为气压制动系统的重要组成部分,是气压制动系统压力响应时间的重要影响因素,因此精确分析和计算管路的压力响应时间具有重要意义。本文采用理论解析、仿真分析和实验验证的方法对气动管路的压力响应时间进行系统深入地研究。论文的主要研究工作如下:(1)针对气动管路,引入立方插值拟质点法(Cubic Interpolated Profile,CIP)求解气动管路理论模型,考虑交错网格,得到气动管路压力响应的离散方程;参考气动管路的应用背景,设置单管路充放气、分流管路速度分配的边界条件;采用MATLAB仿真计算,得到气动管路的压力响应曲线。(2)结合理论解析,采用模糊灰色关联度的分析方法,分析管长、管径、入口音速流导、初始压力和供气压力对管路压力响应时间的影响规律;应用实验设计方法中的响应面法,设计气动管路压力响应的实验方案;采用多参数分析方法,分析实验参数对管路压力响应时间的影响规律,为计算公式的推导提供实验支撑。(3)基于实验数据,应用响应面法拟合得到多项式形式的压力响应时间计算公式,并基于参数影响规律优化计算公式;采用量纲法推导计算公式形式,应用实验数据确定公式中的待定系数,并通过改变待定系数优化计算公式。(4)参考国家标准,设置储气罐、制动气室充气的边界条件,得到带有容器的气动管路压力响应时间的计算方法,采用某型商用车气压制动回路的测试平台验证该方法的有效性。本文以压力响应时间的计算公式为最终目标,对影响气动管路压力响应时间的参数进行计算分析,并面向工程推导气动管路压力响应时间的计算公式,为气动管路的选型提供理论依据,为气压制动系统的设计提供理论参考。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.2
【图文】：

研究对象,压力响应

由于经验无法明确压力响应时间的具体数值，当气动管路的压力响应时间范围间隔在几十毫秒，以及车辆的行驶速度为 60km/h 时，车辆的实际停车距离将比理论距离多出 1 米左右。车速越高时，该距离越大，对车辆的行驶安全造成了很大威胁。数据表明[5]，高速公路发生事故的次数占一般道路的 30%-51%，因交通事故而死亡的人数占 43%-76%。其中车速高、反映时间不足是造成事故的主要原因，在时速 90-120km/h 时，车辆的制动距离为 60-80m，加上驾驶员的反映时间，实际的制动距离在 100m 左右。由此可知，明确制动系统的压力响应时间对保证车辆的行驶安全具有重要意义，而明确气动管路的压力响应时间有助于制动系统压力响应时间的确定。因此，气动管路的压力响应时间是保证车辆制动稳定和行车安全的重要影响因素。1.1.2 论文的研究对象综上所述，本文的研究对象为气动管路，即制动系统中用于连接制动元件、传输气体的管路。

示意图,制动回路,继动阀,示意图

管路在气压制动系统中的位置和功能，将气动管-1 所示。表 1-1 气动管路的种类管路种类功能位置供能管路供给压缩空气空压机与储气罐之间储气罐与继动阀之间控制管路控制气路开闭踏板阀与继动阀之间手控阀与继动阀之间促动管路促动装置供气继动阀与制动气室之间明，气动管路在气压制动系统中分为供能管路、控气压制动系统中四分之一回路的示意图，表示了从路，其中三种类型的气动管路分别于图中展示。

计算原理

并具有一阶求解精度。随着工程对象越来越复杂，越来越高，高精度的离散求解方法得到了广泛关注。插值拟质点法（Cubic Interpolated Profile，CIP），是针对求解而发展的一种数值方法，由 Takewaki 在 20 世纪 80 年代提出IP 方法的基本原理是基于空间网格点的变量值及其空间导数值进行插值近似，得到具有三阶精度的显示格式[23]，如图 2-1 所，该方法被广泛应用于解决复杂移动边界问题，并被证明在流递以及等离子体动力学方面具有精度高、显示稳定、适合并行u Δt u3 i1x ixi1x+ i2xi2+x i3x i1x ixi1x+ i2x

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