新型電磁制動(dòng)剎車裝置設(shè)計(jì)

李恒++韓韶朋++田茂晟++劉其倫

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種新型電磁制動(dòng)剎車裝置，利用通電線圈在磁場(chǎng)中所受的電磁力矩對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，并在汽車運(yùn)行過程中隨時(shí)測(cè)量車輛行駛過程距障礙物的距離和相對(duì)速度，在啟動(dòng)制動(dòng)裝置時(shí)，數(shù)據(jù)控制中心根據(jù)測(cè)得的當(dāng)前距離和相對(duì)速度計(jì)算出制動(dòng)所需的最適減速度，調(diào)節(jié)通電線圈中的電流大小，使通電線圈受到一個(gè)最佳制動(dòng)電磁力矩，以此給予汽車一個(gè)最適制動(dòng)減速度。

關(guān)鍵詞：電磁制動(dòng) 剎車裝置 電磁力矩

中圖分類號(hào)：TE922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（a）-0054-01

剎車是汽車中的重要部件，現(xiàn)有的剎車系統(tǒng)都利用車輪輪軸與剎車片直接接觸時(shí)產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行制動(dòng)，這樣的制動(dòng)方式不利于駕駛員掌握制動(dòng)力度，尤其是在急剎車時(shí)，出于駕駛員緊張用力腳踩制動(dòng)踏板，往往造成剎車片抱死車輪輪軸，造成安全事故的發(fā)生。且這種直接接觸式的制動(dòng)方式造成剎車片與車輪輪軸材料磨損嚴(yán)重，使用壽命有限。如果有一種非接觸式的，智能的制動(dòng)系統(tǒng)，不僅可以減少因摩擦造成的材料耗損，且能大大減小安全事故的發(fā)生。

1 設(shè)計(jì)原理

假設(shè)車輛運(yùn)行速度大小為，與車輛前方障礙物相距的距離，設(shè)車輛輪胎與地面不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，不計(jì)輪胎與地面發(fā)生的滾動(dòng)摩擦，制動(dòng)時(shí)安培力矩對(duì)車輛產(chǎn)生的有效減速度為，則從開始制動(dòng)到車輛完全停穩(wěn)停在障礙物前的制動(dòng)過程中，車輛各運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)符合以下公式：

（1）

由上式可得，車輛在初始速度為的情況下開始制動(dòng)，要在的距離內(nèi)完全停止，則制動(dòng)減速度大小應(yīng)滿足關(guān)系式：

（2）

2 參數(shù)和的獲取

在車輛前方適當(dāng)位置處設(shè)置測(cè)速、測(cè)距裝置，在車輛運(yùn)行過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)車輛與障礙物的相對(duì)速度和相對(duì)距離，為避免所測(cè)障礙物輪廓不規(guī)則、各點(diǎn)距車輛前方距離不等所造成的測(cè)量誤差，上述測(cè)速、測(cè)距裝置采用超聲波測(cè)量所需參數(shù)。超聲波測(cè)量范圍大，能涉及車輛前方所能觸及的范圍，且能測(cè)量出車輛距前方障礙物表面各點(diǎn)的速度，在此條件下，僅取各點(diǎn)距離中的最小距離作為有效相對(duì)距離即可保證安全。

3 制動(dòng)原理

磁場(chǎng)中帶電線圈在將受到安培力矩作用，設(shè)帶電線圈中的電流值為，線圈在磁場(chǎng)中的投影面積為，磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為，則單匝帶電線圈在磁場(chǎng)中所受的安培力矩大小為：

（3）

若帶電線圈共有匝，則其所受的總安培力矩大小計(jì)算式為：

（4）

4 電磁剎車的設(shè)計(jì)

圖1為普通小型汽車底盤的簡化示意圖，在汽車后輪的輪軸兩邊對(duì)稱各固定一個(gè)線圈，線圈用鋼性鐵蕊牢牢固定，保證車輛制動(dòng)時(shí)，在強(qiáng)大安培力矩作用下，該線圈不會(huì)與后輪輪軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈兩邊安裝有軸向磁極，在車輛前方適當(dāng)位置處安裝有超聲波測(cè)速裝置和測(cè)距裝置，且內(nèi)置數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心用于接收超聲波測(cè)速、測(cè)距裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)，并根據(jù)車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)分析電佳制動(dòng)電流值。

車輛內(nèi)設(shè)計(jì)有制動(dòng)開關(guān)，當(dāng)制動(dòng)開關(guān)被按下時(shí)，輪軸上的線圈中立即導(dǎo)入電流，線圈即切割磁感線產(chǎn)生安培力，以此產(chǎn)生阻力矩，使后輪輪軸產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，即開始制動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)開關(guān)被關(guān)閉時(shí)，線圈斷路，安培力消失，即停止制動(dòng)。

在上圖中，假設(shè)車輛載物后總質(zhì)量大小為，軸向磁極中磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為，制動(dòng)線圈共計(jì)為匝，制動(dòng)線圈有效半徑，制動(dòng)過程中最適電流為，根據(jù)上述公式（4），在制動(dòng)時(shí)后輪輪軸受到的阻力矩大小為：

= （5）

阻力力矩對(duì)車輛造成的制動(dòng)水平阻力大小為：

（6）

當(dāng)司機(jī)緊急制動(dòng)時(shí)，車輛減速度的大小為：

（7）

則聯(lián)立可求得車輛制動(dòng)過程中最適電流的大小為：

（8）

5 制動(dòng)過程

車輛在運(yùn)行過程中，制動(dòng)線圈處于斷路狀態(tài)，車輛前方的的測(cè)距、測(cè)速裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)車頭距前方障礙物的距離和相對(duì)速度，并隨時(shí)將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心。在緊急制動(dòng)時(shí)，駕駛員啟動(dòng)制動(dòng)開關(guān)，數(shù)據(jù)處理中心即刻讀取當(dāng)前的有效距離和相對(duì)速度的值，并通過預(yù)先設(shè)定好的程序?qū)⒑偷闹祹胧剑?）進(jìn)行計(jì)算，求得制動(dòng)最佳電流的值，此時(shí)，制動(dòng)線圈即刻閉合，畜電池即向制動(dòng)線圈通入大小為的電流，則制動(dòng)線圈開始在軸向磁場(chǎng)中按安培阻力力矩作用，進(jìn)而向車輛提供大小為減速度，使車輛能按照計(jì)算的最佳狀態(tài)停下。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛駿健.大學(xué)物理學(xué)[M].高等教育出版社，2006.

[2] 胡友秋.電磁學(xué)與電動(dòng)力學(xué)學(xué)[M].科學(xué)出版社，2008.

[3] 汽車剎車片的原理與保養(yǎng)新疆汽車網(wǎng)[EB/OL].2012.endprint

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種新型電磁制動(dòng)剎車裝置，利用通電線圈在磁場(chǎng)中所受的電磁力矩對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，并在汽車運(yùn)行過程中隨時(shí)測(cè)量車輛行駛過程距障礙物的距離和相對(duì)速度，在啟動(dòng)制動(dòng)裝置時(shí)，數(shù)據(jù)控制中心根據(jù)測(cè)得的當(dāng)前距離和相對(duì)速度計(jì)算出制動(dòng)所需的最適減速度，調(diào)節(jié)通電線圈中的電流大小，使通電線圈受到一個(gè)最佳制動(dòng)電磁力矩，以此給予汽車一個(gè)最適制動(dòng)減速度。

關(guān)鍵詞：電磁制動(dòng) 剎車裝置 電磁力矩

中圖分類號(hào)：TE922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（a）-0054-01

剎車是汽車中的重要部件，現(xiàn)有的剎車系統(tǒng)都利用車輪輪軸與剎車片直接接觸時(shí)產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行制動(dòng)，這樣的制動(dòng)方式不利于駕駛員掌握制動(dòng)力度，尤其是在急剎車時(shí)，出于駕駛員緊張用力腳踩制動(dòng)踏板，往往造成剎車片抱死車輪輪軸，造成安全事故的發(fā)生。且這種直接接觸式的制動(dòng)方式造成剎車片與車輪輪軸材料磨損嚴(yán)重，使用壽命有限。如果有一種非接觸式的，智能的制動(dòng)系統(tǒng)，不僅可以減少因摩擦造成的材料耗損，且能大大減小安全事故的發(fā)生。

1 設(shè)計(jì)原理

假設(shè)車輛運(yùn)行速度大小為，與車輛前方障礙物相距的距離，設(shè)車輛輪胎與地面不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，不計(jì)輪胎與地面發(fā)生的滾動(dòng)摩擦，制動(dòng)時(shí)安培力矩對(duì)車輛產(chǎn)生的有效減速度為，則從開始制動(dòng)到車輛完全停穩(wěn)停在障礙物前的制動(dòng)過程中，車輛各運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)符合以下公式：

（1）

由上式可得，車輛在初始速度為的情況下開始制動(dòng)，要在的距離內(nèi)完全停止，則制動(dòng)減速度大小應(yīng)滿足關(guān)系式：

（2）

2 參數(shù)和的獲取

在車輛前方適當(dāng)位置處設(shè)置測(cè)速、測(cè)距裝置，在車輛運(yùn)行過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)車輛與障礙物的相對(duì)速度和相對(duì)距離，為避免所測(cè)障礙物輪廓不規(guī)則、各點(diǎn)距車輛前方距離不等所造成的測(cè)量誤差，上述測(cè)速、測(cè)距裝置采用超聲波測(cè)量所需參數(shù)。超聲波測(cè)量范圍大，能涉及車輛前方所能觸及的范圍，且能測(cè)量出車輛距前方障礙物表面各點(diǎn)的速度，在此條件下，僅取各點(diǎn)距離中的最小距離作為有效相對(duì)距離即可保證安全。

3 制動(dòng)原理

磁場(chǎng)中帶電線圈在將受到安培力矩作用，設(shè)帶電線圈中的電流值為，線圈在磁場(chǎng)中的投影面積為，磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為，則單匝帶電線圈在磁場(chǎng)中所受的安培力矩大小為：

（3）

若帶電線圈共有匝，則其所受的總安培力矩大小計(jì)算式為：

（4）

4 電磁剎車的設(shè)計(jì)

圖1為普通小型汽車底盤的簡化示意圖，在汽車后輪的輪軸兩邊對(duì)稱各固定一個(gè)線圈，線圈用鋼性鐵蕊牢牢固定，保證車輛制動(dòng)時(shí)，在強(qiáng)大安培力矩作用下，該線圈不會(huì)與后輪輪軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈兩邊安裝有軸向磁極，在車輛前方適當(dāng)位置處安裝有超聲波測(cè)速裝置和測(cè)距裝置，且內(nèi)置數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心用于接收超聲波測(cè)速、測(cè)距裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)，并根據(jù)車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)分析電佳制動(dòng)電流值。

車輛內(nèi)設(shè)計(jì)有制動(dòng)開關(guān)，當(dāng)制動(dòng)開關(guān)被按下時(shí)，輪軸上的線圈中立即導(dǎo)入電流，線圈即切割磁感線產(chǎn)生安培力，以此產(chǎn)生阻力矩，使后輪輪軸產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，即開始制動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)開關(guān)被關(guān)閉時(shí)，線圈斷路，安培力消失，即停止制動(dòng)。

在上圖中，假設(shè)車輛載物后總質(zhì)量大小為，軸向磁極中磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為，制動(dòng)線圈共計(jì)為匝，制動(dòng)線圈有效半徑，制動(dòng)過程中最適電流為，根據(jù)上述公式（4），在制動(dòng)時(shí)后輪輪軸受到的阻力矩大小為：

= （5）

阻力力矩對(duì)車輛造成的制動(dòng)水平阻力大小為：

（6）

當(dāng)司機(jī)緊急制動(dòng)時(shí)，車輛減速度的大小為：

（7）

則聯(lián)立可求得車輛制動(dòng)過程中最適電流的大小為：

（8）

5 制動(dòng)過程

車輛在運(yùn)行過程中，制動(dòng)線圈處于斷路狀態(tài)，車輛前方的的測(cè)距、測(cè)速裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)車頭距前方障礙物的距離和相對(duì)速度，并隨時(shí)將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心。在緊急制動(dòng)時(shí)，駕駛員啟動(dòng)制動(dòng)開關(guān)，數(shù)據(jù)處理中心即刻讀取當(dāng)前的有效距離和相對(duì)速度的值，并通過預(yù)先設(shè)定好的程序?qū)⒑偷闹祹胧剑?）進(jìn)行計(jì)算，求得制動(dòng)最佳電流的值，此時(shí)，制動(dòng)線圈即刻閉合，畜電池即向制動(dòng)線圈通入大小為的電流，則制動(dòng)線圈開始在軸向磁場(chǎng)中按安培阻力力矩作用，進(jìn)而向車輛提供大小為減速度，使車輛能按照計(jì)算的最佳狀態(tài)停下。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛駿健.大學(xué)物理學(xué)[M].高等教育出版社，2006.

[2] 胡友秋.電磁學(xué)與電動(dòng)力學(xué)學(xué)[M].科學(xué)出版社，2008.

[3] 汽車剎車片的原理與保養(yǎng)新疆汽車網(wǎng)[EB/OL].2012.endprint

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種新型電磁制動(dòng)剎車裝置，利用通電線圈在磁場(chǎng)中所受的電磁力矩對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，并在汽車運(yùn)行過程中隨時(shí)測(cè)量車輛行駛過程距障礙物的距離和相對(duì)速度，在啟動(dòng)制動(dòng)裝置時(shí)，數(shù)據(jù)控制中心根據(jù)測(cè)得的當(dāng)前距離和相對(duì)速度計(jì)算出制動(dòng)所需的最適減速度，調(diào)節(jié)通電線圈中的電流大小，使通電線圈受到一個(gè)最佳制動(dòng)電磁力矩，以此給予汽車一個(gè)最適制動(dòng)減速度。

關(guān)鍵詞：電磁制動(dòng) 剎車裝置 電磁力矩

中圖分類號(hào)：TE922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（a）-0054-01

剎車是汽車中的重要部件，現(xiàn)有的剎車系統(tǒng)都利用車輪輪軸與剎車片直接接觸時(shí)產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行制動(dòng)，這樣的制動(dòng)方式不利于駕駛員掌握制動(dòng)力度，尤其是在急剎車時(shí)，出于駕駛員緊張用力腳踩制動(dòng)踏板，往往造成剎車片抱死車輪輪軸，造成安全事故的發(fā)生。且這種直接接觸式的制動(dòng)方式造成剎車片與車輪輪軸材料磨損嚴(yán)重，使用壽命有限。如果有一種非接觸式的，智能的制動(dòng)系統(tǒng)，不僅可以減少因摩擦造成的材料耗損，且能大大減小安全事故的發(fā)生。

1 設(shè)計(jì)原理

假設(shè)車輛運(yùn)行速度大小為，與車輛前方障礙物相距的距離，設(shè)車輛輪胎與地面不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，不計(jì)輪胎與地面發(fā)生的滾動(dòng)摩擦，制動(dòng)時(shí)安培力矩對(duì)車輛產(chǎn)生的有效減速度為，則從開始制動(dòng)到車輛完全停穩(wěn)停在障礙物前的制動(dòng)過程中，車輛各運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)符合以下公式：

（1）

由上式可得，車輛在初始速度為的情況下開始制動(dòng)，要在的距離內(nèi)完全停止，則制動(dòng)減速度大小應(yīng)滿足關(guān)系式：

（2）

2 參數(shù)和的獲取

在車輛前方適當(dāng)位置處設(shè)置測(cè)速、測(cè)距裝置，在車輛運(yùn)行過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)車輛與障礙物的相對(duì)速度和相對(duì)距離，為避免所測(cè)障礙物輪廓不規(guī)則、各點(diǎn)距車輛前方距離不等所造成的測(cè)量誤差，上述測(cè)速、測(cè)距裝置采用超聲波測(cè)量所需參數(shù)。超聲波測(cè)量范圍大，能涉及車輛前方所能觸及的范圍，且能測(cè)量出車輛距前方障礙物表面各點(diǎn)的速度，在此條件下，僅取各點(diǎn)距離中的最小距離作為有效相對(duì)距離即可保證安全。

3 制動(dòng)原理

磁場(chǎng)中帶電線圈在將受到安培力矩作用，設(shè)帶電線圈中的電流值為，線圈在磁場(chǎng)中的投影面積為，磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為，則單匝帶電線圈在磁場(chǎng)中所受的安培力矩大小為：

（3）

若帶電線圈共有匝，則其所受的總安培力矩大小計(jì)算式為：

（4）

4 電磁剎車的設(shè)計(jì)

圖1為普通小型汽車底盤的簡化示意圖，在汽車后輪的輪軸兩邊對(duì)稱各固定一個(gè)線圈，線圈用鋼性鐵蕊牢牢固定，保證車輛制動(dòng)時(shí)，在強(qiáng)大安培力矩作用下，該線圈不會(huì)與后輪輪軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈兩邊安裝有軸向磁極，在車輛前方適當(dāng)位置處安裝有超聲波測(cè)速裝置和測(cè)距裝置，且內(nèi)置數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心用于接收超聲波測(cè)速、測(cè)距裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)，并根據(jù)車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)分析電佳制動(dòng)電流值。

車輛內(nèi)設(shè)計(jì)有制動(dòng)開關(guān)，當(dāng)制動(dòng)開關(guān)被按下時(shí)，輪軸上的線圈中立即導(dǎo)入電流，線圈即切割磁感線產(chǎn)生安培力，以此產(chǎn)生阻力矩，使后輪輪軸產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，即開始制動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)開關(guān)被關(guān)閉時(shí)，線圈斷路，安培力消失，即停止制動(dòng)。

在上圖中，假設(shè)車輛載物后總質(zhì)量大小為，軸向磁極中磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為，制動(dòng)線圈共計(jì)為匝，制動(dòng)線圈有效半徑，制動(dòng)過程中最適電流為，根據(jù)上述公式（4），在制動(dòng)時(shí)后輪輪軸受到的阻力矩大小為：

= （5）

阻力力矩對(duì)車輛造成的制動(dòng)水平阻力大小為：

（6）

當(dāng)司機(jī)緊急制動(dòng)時(shí)，車輛減速度的大小為：

（7）

則聯(lián)立可求得車輛制動(dòng)過程中最適電流的大小為：

（8）

5 制動(dòng)過程

車輛在運(yùn)行過程中，制動(dòng)線圈處于斷路狀態(tài)，車輛前方的的測(cè)距、測(cè)速裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)車頭距前方障礙物的距離和相對(duì)速度，并隨時(shí)將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心。在緊急制動(dòng)時(shí)，駕駛員啟動(dòng)制動(dòng)開關(guān)，數(shù)據(jù)處理中心即刻讀取當(dāng)前的有效距離和相對(duì)速度的值，并通過預(yù)先設(shè)定好的程序?qū)⒑偷闹祹胧剑?）進(jìn)行計(jì)算，求得制動(dòng)最佳電流的值，此時(shí)，制動(dòng)線圈即刻閉合，畜電池即向制動(dòng)線圈通入大小為的電流，則制動(dòng)線圈開始在軸向磁場(chǎng)中按安培阻力力矩作用，進(jìn)而向車輛提供大小為減速度，使車輛能按照計(jì)算的最佳狀態(tài)停下。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛駿健.大學(xué)物理學(xué)[M].高等教育出版社，2006.

[2] 胡友秋.電磁學(xué)與電動(dòng)力學(xué)學(xué)[M].科學(xué)出版社，2008.

[3] 汽車剎車片的原理與保養(yǎng)新疆汽車網(wǎng)[EB/OL].2012.endprint