[发明专利]一种汽车制动系统中电磁阀线圈温升的计算方法

说明书

本发明公开了一种汽车制动系统中电磁阀线圈温升的计算方法，包含以下步骤：1）电磁阀线圈几何模型简化；2）空心圆柱模型综合热导率计算；3）空心圆柱模型各表面对流换热系数计算；4）载荷及热扩散系数计算；5）电磁阀线圈温度表达式推导；6）数学计算软件求解并画图保存。本发明较为准确地预测了汽车制动系统中电磁阀线圈的温升，为线圈温升特性分析提供新的方法，提出了空心圆柱模型各表面对流换热系数计算方法，为空心圆柱模型的对流换热分析提供参考，所述的电磁阀线圈温升计算方法，适用于所有具有空心圆柱体结构的几何模型温升求解，尤其适用于单层空心圆柱体结构。

技术领域

本发明涉及一种汽车制动系统领域，特别涉及一种基于传热学理论的汽车制动系统中电磁阀线圈温升的计算方法。

背景技术

电磁阀是汽车制动系统中控制制动压力的关键执行元件，其稳定性和可靠性将直接影响制动系统乃至整车运行的质量和安全。由于电磁阀结构紧凑、安装空间有限和工作频率高等特点，在工作过程中线圈产生的焦耳热是影响其性能的重要指标。线圈温升很大程度上决定了电磁阀使用寿命和整体性能。温升过大不仅会导致电磁阀线圈电阻增加，影响电磁阀响应速度等使用性能，严重时会造成线圈绝缘材料老化出现绝缘性降低、匝间击穿和短路等失效特征。因此，对电磁阀线圈温升的准确获取是电磁阀设计的关键，是评价电磁阀性能的重要指标。

以往线圈温升获取途径主要通过两种方式：一种方式是通过线圈温升测试实验获取，该方法测试时间长、成本高，所测试的结果精度取决于测试方法和测试仪器；另一种方式是采用有限元计算，然而该方法获取温升数值主要通过对电磁阀整体分析后间接获取，计算模型中的各表面边界条件常取为相同数值，难以表征线圈实际热传导模型边界条件。基于传热学理论采用解析计算方法，获取汽车制动系统中电磁阀线圈的温升，为线圈的温度特性分析提供新的方法，提高电磁阀线圈设计效率和设计质量，减少线圈开发成本。

若采用解析计算方法获取制动系统中电磁阀线圈的温升，首先将电磁阀线圈简化为空心圆柱模型，再利用传热学中的热传导理论进行热场分析。在已发表的文献中，所提出的解析计算方法并不完全适用于第三类边界条件下电磁阀线圈温升的计算，同时提出的方法计算复杂，应用于工程领域中的实际分析并不多。

发明内容

本发明考虑了汽车制动系统中电磁阀线圈温升特性，提出了一种电磁阀线圈温升的计算方法。该方法根据电磁阀线圈几何结构特征，建立单层空心圆柱热传导模型，并采用综合热导率代替线圈各部件材料的热导率。由于热场中的第一、二类边界条件均可看做是第三类边界条件的特殊情况，因而采用第三类边界条件对电磁阀线圈各表面与空气对流换热进行描述；基于努赛尔数经典经验公式，提出适用于空心圆柱模型的对流换热系数计算方法。将解析计算模型的热传导问题拆解成非齐次稳态热传导问题和齐次非稳态热传导问题的叠加，再利用分离变量法分别求解，以获取电磁阀线圈的温升数值。该计算方法能够准确地计算汽车制动系统中电磁阀线圈的温升，为线圈温升特性分析提供新的方法，提高线圈设计效率和设计质量，减少线圈开发成本。

本发明的上述技术目的至少通过以下技术方案之一得以实现：

一种汽车制动系统中电磁阀线圈温升的计算方法，包含以下步骤：

1)电磁线圈几何模型简化：将电磁阀线圈等效为单层空心圆柱体，以所述单层空心圆柱体底端中心为坐标原点，建立圆柱坐标系；所述单层空心圆柱体外形尺寸与线圈保持一致，其内表面半径为a，外表面半径为b，高度为c，线圈初始温度T₀与外界环境温度T_f相同；

2)空心圆柱体综合热导率计算：使用综合热导率计算线圈温度场数值，利用傅里叶定律获取多层圆筒壁热传导模型的导热速率，间接确定所述单层空心圆柱体的热传导模型综合热导率λ_eq为：