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摘 要：结合某新开发车型选装双腔比例阀这一科研项目，来阐述双腔比例阀匹配实验的方案制定、实验设备的选型以及实验方法的确认和实施，进而得出匹配实验结果，根据试验结果进行数据分析从而得出该车型配置的相关压力折点双腔比例阀的制动性能优劣，为该车型配置双腔比例阀的选型和改进提供试验数据支持。
关键词：双腔比例阀；折点；抱死顺序；O-型实验；匹配实验
中图分类号：U467.5 1 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0083-05
Abstract： This article is to introduce how to set up a scheme for double cavity proportional valve matching experiment， how to select the experimental equipment， and the confirmation and implementation of experimental method basing on a scientific project about the selection of double cavity valve for a new developed vehicle， thus to obtain the experiment results to make data analysis about the advantages and disadvantages of double cavity valve brake performance configured for the vehicle， which provides the support with the test data about model selection and improvement for double cavity proportional valve.
Key Words： double cavity proportional valve； fold point； locking sequence； model O experiment； matching experiment
1 引言
汽車比例阀是用于调控汽车后轮制动管路压力，从而使整车制动系统充分发挥其制动效能，提高汽车在制动过程中的可靠性及安全性。本文将重点对某车型压力折点分别为1.5MPa、1.8MPa和2.1MPa的双腔比例阀进行实车对比试验，以此来选择出综合性能表现优秀的比例阀，希望通过比例阀匹配试验的研究能对从事汽车制动系统研究的工程师提供参考。
2 双腔比例阀组成及作用原理
2.1 双腔比例阀组成
双腔比例阀总成采用的是两端承压面积不等的差径式活塞结构，主要由阀体、活塞、弹簧、阀门、定位座等零件组成，有两个进油孔和四个出油孔，零件构成图见图1[1]。其中两个出油孔P2与两个后轮分泵连通，另两个出油孔与前轮分泵连通，阶梯形活塞上端的导向圆柱面与阀体内的定位座间隙配合，并与定位座内的密封圈密封配合，活塞的下端面与橡胶阀门相配合，并与阀体间隙配合[2-4]。
2.2 双腔比例阀作用原理
当输入端液压P1与输出端液压P2同步增长到一定值（折点压力）后，则自动地对输出液压的增长按一定比例加以节制，即输出液压按固定的比例增加，从而输出液压的增量小于输入液压的增量，双腔比例阀输入-输出特性曲线图见图2[5]：
在双腔比例阀的压力分配特性当中，折点压力Pj 与比例系数tanθ是两个非常重要的参数，比例阀的液压输入、输出曲线的形状与位置由Pj 和tanθ一同决定。所以在匹配的时候要重点关注这两个参数，这样才能使实际的制动力的分配曲线无限接近理想状态。根据实际的制动力计算公式和双腔比例阀液压的分配特性式，可以得到匹配双腔制动阀的制动系统的制动力分配特性式[6-7]：
3 匹配试验方案
因该车型在原制动系统基础上仅变更了比例阀，因此只需要考虑在满足汽车制动方向稳定性的前提下，选择在制动效能方面表现优秀的比例阀，来进行对比验证。
以下试验方案中相关试验项目按照GB 21670-2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》标准相关条款执行。
3.1 车轮抱死顺序试验
本试验项目是对配装比例阀车型制动时汽车的方向稳定性进行考察。制动时汽车发生侧滑，特别是后轴侧滑，将引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车掉头。由试验与理论分析得知，制动时若后轴车轮比前轴车轮先抱死，就可能发生汽车后轴侧滑。若能使前、后轴车轮同时抱死或前轴车轮先抱死，后轴车轮再抱死或不抱死，则能防止后轴侧滑。通过对比配装不同折点比例阀车型的抱死顺序，来筛选出满足制动性能要求的比例阀。
3.1.1 高-路面车轮抱死顺序试验
使车辆在高- 路面上以100km/h的车速行驶，以线性速度逐渐施加制动力，使制动操作后0.5s-1.5s发生第一次车轮抱死，控制力到达1000N或第一根车轴抱死时间达到0.1s（不论哪根车轴先发生抱死）时解除制动。
3.1.2 低- 路面车轮抱死顺序试验
使车辆在低-μ 路面上以65km/h的车速行驶，以线性速度逐渐施加制动力，使制动操作后0.5s-1.5s发生第一次车轮抱死，控制力到达1000N或第一根车轴抱死时间达到0.1s（不论哪根车轴先发生抱死）时解除制动。
3.2 行车制动系0-型试验
本试验项目是对配装比例阀车型的制动效能进行考察。通过O型试验来对比配装不同折点比例阀车型的制动效能，以此来挑选出在制动效能方面表现优秀的比例阀。 3.2.1 发动机脱开的O-型试验
本试验规定车速为100km/h。每次试验时，首先确认最热的车轴上的行车制动器的平均温度处于65℃～100℃；在附着条件良好（μ≥0.8）的水平路面上。将车辆加速至试验规定车速以上5km/h，脱开挡位，在车速下降至试验规定车速时进行行车制动，最大制动力不超过500N。
3.2.2 发动机结合的O-型试验
本试验仅适用于最高车速vmax>125km/h的车辆，试验规定车速v=80%υmax≤160km/h；对最高车速υmax>200km/h的车辆，试验车速应为160km/h。试验时，首先确认最热的车轴上的行车制动器的平均温度处于65℃～100℃；在附着条件良好（μ≥0.8）的水平路面上。将车辆加速至试验规定车速以上5km/h，采用相应的最高挡行驶，松开加速踏板但保持挡位不变，在车速下降至试验规定车速时进行行车制动，最大制动力不超过500N。
3.2.3 O-型试验充分发出的平均减速度计算
充分发出的平均减速度（英文缩写为MFDD，对应符号为dm）应根据车速从vb到ve 期间行驶的距离平均减速度计算：
式中，v 为试验车制动初速度，单位km/h；vb 为0.8v 试验车速，单位km/h；ve 为 0.1v 试验车速，单位km/h；se 为试验车速从 v 到 ve 行驶的距离，单位m；sb 为试验车速从v到 vb 行驶的距离，单位m。
3.3 试验设备
本次匹配试验使用设备主要是由VBOX3i数据采集系统、GPS天线、多功能显示器、电源连接器、制动触发器、制动踏板力计、模拟量输入模块、轮速传感器、频率输入模块、K型热电偶、热电偶模块和笔记本电脑组成，具体见图4：
3.4 试验场地
该车型比例阀匹配项目在湖北襄阳汽车试验场综合性能路开展制动性能试验。
综合性能路状况如下：
为听筒形环路，全长4051m。直线段连续长度达1640m，宽18m，纵坡为0；曲线段路宽7m，单车道，主圆曲线和反向圆曲线的半径分别为85m和160m，两者之间设置了Mcconnel螺旋线作为缓和曲线。直线段两侧各设3m宽沥青混凝土的平顺性试验路。
ABS试验道路由南北两部分组成，与性能路融为一体。两部分均由高、低附着系数路面组合而成，并形成对开、对接的形式。高附着系数路面为水泥混凝土路面，在干、湿状态下的附着系数分别为0.8，0.7。南端低附着系数路面为200m玄武岩瓦路面，北端地附着系数路面为长200m的特殊油漆路面，通过喷水，在湿状态下的附着系数分别为0.24，0.15。
4 匹配试验结果验证
4.1 车轮抱死顺序试验结果
4.1.1 高-μ路面车轮抱死顺序试验结果，见图表1。
4.1.2 低-μ路面车轮抱死顺序试验结果，见表2。
4.2 行车制动系0型试验结果
4.2.1 发动机脱开的0型试验结果，见表3。
4.2.2 发动机结合的0型试验结果，见表4。
5 匹配试验结果分析
5.1 车轮抱死顺序结果分析
从车轮抱死顺序试验结果可知，压力折点为1.5MPa、1.8MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果满足GB 21670-2008的要求，压力折点为2.1MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果不满足GB 21670-2008的要求。因此排除压力折点为2.1MPa的比例阀。
5.2 行车制动系O型试验结果分析
压力折点为1.5MPa、1.8MPa和2.1MPa比例阀的行车制动系O型试验结果对比表，见表5：
从表5的对比数据表明：压力折点为2.1MPa比例阀的制动效能要好于压力折点为1.8MPa比例阀的制动效能；压力折点为1.8MPa比例阀的制动效能要好于压力折点为1.5MPa比例阀的制动效能；压力折点为1.5MPa比例阀的制动效能最差，压力折点为2.1MPa比例阀的制动效能最好。
从车轮抱死顺序试验和行车制动系O型试验结果的分析可知：压力折点为1.5MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果虽然满足法规要求，但因制动效能表现很差，故不做考虑；压力折点为2.1MPa比例阀的制动效能虽然表现出色，但因车轮抱死顺序试验结果不满足法规要求，故也不做考虑；压力折点为1.8MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果满足法规要求，同时制动效能表现也比较好，因此结合两项性能结果来看压力折点为1.8MPa的比例阀综合性能表现相对较好。
6 结论
压力折点为1.8MPa比例阀在压力折点为1.5MPa、1.8MPa、2.1MPa比例阀中的制动效能及稳定性最好，但相对压力折点为2.1MPa比例阀的O型试验结果，压力折点为1.8MPa比例阀的制动效能仍有提升的空间，建议后续提高将比例阀折点值提高并进行试验验证。
参考文献：
[1]GB 21670-2008 乘用车制动系统技术要求及试验方法[S].
[2]余志生.汽车理论.第五版[M].北京：机械工业出版社，2009.
[3]王良模 汽车制动性能试验分析软件的开发 [J].现代交通技术.2005（5）：73-74.
[4]沈军民.汽车感载比例阀测试系统设计[J].浙江理工大学学报，2006（2）：169-171.
[5]赵振兴.汽车液压感载比例阀[J].汽车工程师.2010（5）：47-50.
[6]李力.汽车制动系统性能分析与优化设计[D].南京理工大学.2005：27-28.
[7]龚洪.液壓制动感载阀开发及整车应用研究[D].华中科技大学.2005.
[8]王亚晴.汽车制动力分配比的优化设计与仿真计算[J].合肥工业大学学报.2005（11）：93-96.
关键词：双腔比例阀；折点；抱死顺序；O-型实验；匹配实验
中图分类号：U467.5 1 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0083-05
Abstract： This article is to introduce how to set up a scheme for double cavity proportional valve matching experiment， how to select the experimental equipment， and the confirmation and implementation of experimental method basing on a scientific project about the selection of double cavity valve for a new developed vehicle， thus to obtain the experiment results to make data analysis about the advantages and disadvantages of double cavity valve brake performance configured for the vehicle， which provides the support with the test data about model selection and improvement for double cavity proportional valve.
Key Words： double cavity proportional valve； fold point； locking sequence； model O experiment； matching experiment
1 引言
汽車比例阀是用于调控汽车后轮制动管路压力，从而使整车制动系统充分发挥其制动效能，提高汽车在制动过程中的可靠性及安全性。本文将重点对某车型压力折点分别为1.5MPa、1.8MPa和2.1MPa的双腔比例阀进行实车对比试验，以此来选择出综合性能表现优秀的比例阀，希望通过比例阀匹配试验的研究能对从事汽车制动系统研究的工程师提供参考。
2 双腔比例阀组成及作用原理
2.1 双腔比例阀组成
双腔比例阀总成采用的是两端承压面积不等的差径式活塞结构，主要由阀体、活塞、弹簧、阀门、定位座等零件组成，有两个进油孔和四个出油孔，零件构成图见图1[1]。其中两个出油孔P2与两个后轮分泵连通，另两个出油孔与前轮分泵连通，阶梯形活塞上端的导向圆柱面与阀体内的定位座间隙配合，并与定位座内的密封圈密封配合，活塞的下端面与橡胶阀门相配合，并与阀体间隙配合[2-4]。
2.2 双腔比例阀作用原理
当输入端液压P1与输出端液压P2同步增长到一定值（折点压力）后，则自动地对输出液压的增长按一定比例加以节制，即输出液压按固定的比例增加，从而输出液压的增量小于输入液压的增量，双腔比例阀输入-输出特性曲线图见图2[5]：
在双腔比例阀的压力分配特性当中，折点压力Pj 与比例系数tanθ是两个非常重要的参数，比例阀的液压输入、输出曲线的形状与位置由Pj 和tanθ一同决定。所以在匹配的时候要重点关注这两个参数，这样才能使实际的制动力的分配曲线无限接近理想状态。根据实际的制动力计算公式和双腔比例阀液压的分配特性式，可以得到匹配双腔制动阀的制动系统的制动力分配特性式[6-7]：
3 匹配试验方案
因该车型在原制动系统基础上仅变更了比例阀，因此只需要考虑在满足汽车制动方向稳定性的前提下，选择在制动效能方面表现优秀的比例阀，来进行对比验证。
以下试验方案中相关试验项目按照GB 21670-2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》标准相关条款执行。
3.1 车轮抱死顺序试验
本试验项目是对配装比例阀车型制动时汽车的方向稳定性进行考察。制动时汽车发生侧滑，特别是后轴侧滑，将引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车掉头。由试验与理论分析得知，制动时若后轴车轮比前轴车轮先抱死，就可能发生汽车后轴侧滑。若能使前、后轴车轮同时抱死或前轴车轮先抱死，后轴车轮再抱死或不抱死，则能防止后轴侧滑。通过对比配装不同折点比例阀车型的抱死顺序，来筛选出满足制动性能要求的比例阀。
3.1.1 高-路面车轮抱死顺序试验
使车辆在高- 路面上以100km/h的车速行驶，以线性速度逐渐施加制动力，使制动操作后0.5s-1.5s发生第一次车轮抱死，控制力到达1000N或第一根车轴抱死时间达到0.1s（不论哪根车轴先发生抱死）时解除制动。
3.1.2 低- 路面车轮抱死顺序试验
使车辆在低-μ 路面上以65km/h的车速行驶，以线性速度逐渐施加制动力，使制动操作后0.5s-1.5s发生第一次车轮抱死，控制力到达1000N或第一根车轴抱死时间达到0.1s（不论哪根车轴先发生抱死）时解除制动。
3.2 行车制动系0-型试验
本试验项目是对配装比例阀车型的制动效能进行考察。通过O型试验来对比配装不同折点比例阀车型的制动效能，以此来挑选出在制动效能方面表现优秀的比例阀。 3.2.1 发动机脱开的O-型试验
本试验规定车速为100km/h。每次试验时，首先确认最热的车轴上的行车制动器的平均温度处于65℃～100℃；在附着条件良好（μ≥0.8）的水平路面上。将车辆加速至试验规定车速以上5km/h，脱开挡位，在车速下降至试验规定车速时进行行车制动，最大制动力不超过500N。
3.2.2 发动机结合的O-型试验
本试验仅适用于最高车速vmax>125km/h的车辆，试验规定车速v=80%υmax≤160km/h；对最高车速υmax>200km/h的车辆，试验车速应为160km/h。试验时，首先确认最热的车轴上的行车制动器的平均温度处于65℃～100℃；在附着条件良好（μ≥0.8）的水平路面上。将车辆加速至试验规定车速以上5km/h，采用相应的最高挡行驶，松开加速踏板但保持挡位不变，在车速下降至试验规定车速时进行行车制动，最大制动力不超过500N。
3.2.3 O-型试验充分发出的平均减速度计算
充分发出的平均减速度（英文缩写为MFDD，对应符号为dm）应根据车速从vb到ve 期间行驶的距离平均减速度计算：
式中，v 为试验车制动初速度，单位km/h；vb 为0.8v 试验车速，单位km/h；ve 为 0.1v 试验车速，单位km/h；se 为试验车速从 v 到 ve 行驶的距离，单位m；sb 为试验车速从v到 vb 行驶的距离，单位m。
3.3 试验设备
本次匹配试验使用设备主要是由VBOX3i数据采集系统、GPS天线、多功能显示器、电源连接器、制动触发器、制动踏板力计、模拟量输入模块、轮速传感器、频率输入模块、K型热电偶、热电偶模块和笔记本电脑组成，具体见图4：
3.4 试验场地
该车型比例阀匹配项目在湖北襄阳汽车试验场综合性能路开展制动性能试验。
综合性能路状况如下：
为听筒形环路，全长4051m。直线段连续长度达1640m，宽18m，纵坡为0；曲线段路宽7m，单车道，主圆曲线和反向圆曲线的半径分别为85m和160m，两者之间设置了Mcconnel螺旋线作为缓和曲线。直线段两侧各设3m宽沥青混凝土的平顺性试验路。
ABS试验道路由南北两部分组成，与性能路融为一体。两部分均由高、低附着系数路面组合而成，并形成对开、对接的形式。高附着系数路面为水泥混凝土路面，在干、湿状态下的附着系数分别为0.8，0.7。南端低附着系数路面为200m玄武岩瓦路面，北端地附着系数路面为长200m的特殊油漆路面，通过喷水，在湿状态下的附着系数分别为0.24，0.15。
4 匹配试验结果验证
4.1 车轮抱死顺序试验结果
4.1.1 高-μ路面车轮抱死顺序试验结果，见图表1。
4.1.2 低-μ路面车轮抱死顺序试验结果，见表2。
4.2 行车制动系0型试验结果
4.2.1 发动机脱开的0型试验结果，见表3。
4.2.2 发动机结合的0型试验结果，见表4。
5 匹配试验结果分析
5.1 车轮抱死顺序结果分析
从车轮抱死顺序试验结果可知，压力折点为1.5MPa、1.8MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果满足GB 21670-2008的要求，压力折点为2.1MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果不满足GB 21670-2008的要求。因此排除压力折点为2.1MPa的比例阀。
5.2 行车制动系O型试验结果分析
压力折点为1.5MPa、1.8MPa和2.1MPa比例阀的行车制动系O型试验结果对比表，见表5：
从表5的对比数据表明：压力折点为2.1MPa比例阀的制动效能要好于压力折点为1.8MPa比例阀的制动效能；压力折点为1.8MPa比例阀的制动效能要好于压力折点为1.5MPa比例阀的制动效能；压力折点为1.5MPa比例阀的制动效能最差，压力折点为2.1MPa比例阀的制动效能最好。
从车轮抱死顺序试验和行车制动系O型试验结果的分析可知：压力折点为1.5MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果虽然满足法规要求，但因制动效能表现很差，故不做考虑；压力折点为2.1MPa比例阀的制动效能虽然表现出色，但因车轮抱死顺序试验结果不满足法规要求，故也不做考虑；压力折点为1.8MPa比例阀的车轮抱死顺序试验结果满足法规要求，同时制动效能表现也比较好，因此结合两项性能结果来看压力折点为1.8MPa的比例阀综合性能表现相对较好。
6 结论
压力折点为1.8MPa比例阀在压力折点为1.5MPa、1.8MPa、2.1MPa比例阀中的制动效能及稳定性最好，但相对压力折点为2.1MPa比例阀的O型试验结果，压力折点为1.8MPa比例阀的制动效能仍有提升的空间，建议后续提高将比例阀折点值提高并进行试验验证。
参考文献：
[1]GB 21670-2008 乘用车制动系统技术要求及试验方法[S].
[2]余志生.汽车理论.第五版[M].北京：机械工业出版社，2009.
[3]王良模 汽车制动性能试验分析软件的开发 [J].现代交通技术.2005（5）：73-74.
[4]沈军民.汽车感载比例阀测试系统设计[J].浙江理工大学学报，2006（2）：169-171.
[5]赵振兴.汽车液压感载比例阀[J].汽车工程师.2010（5）：47-50.
[6]李力.汽车制动系统性能分析与优化设计[D].南京理工大学.2005：27-28.
[7]龚洪.液壓制动感载阀开发及整车应用研究[D].华中科技大学.2005.
[8]王亚晴.汽车制动力分配比的优化设计与仿真计算[J].合肥工业大学学报.2005（11）：93-96.