汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

王玄德 胡記飛

【摘?要】科技的發(fā)展推動了汽車制造業(yè)的發(fā)展，當(dāng)前，隨著汽車速度的不斷攀升，汽車的制動能力是影響著汽車駕駛安全的關(guān)鍵因素，對于汽車的制動系統(tǒng)的研發(fā)也是在更新?lián)Q代。近些年來將電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的電子機(jī)械制動技術(shù)對于汽車整體制動能力的提升十分的迅速，在汽車的制動距離以及汽車的制動時(shí)間上都有很不錯(cuò)的表現(xiàn)。而繼續(xù)深入研究電子機(jī)械制動系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)及成本以促成對汽車制造業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】汽車;電子機(jī)械制動系統(tǒng);設(shè)計(jì);研究

引言

當(dāng)前汽車運(yùn)輸結(jié)構(gòu)得到了動態(tài)優(yōu)化，但仍處于人工實(shí)施階段，自動進(jìn)行相關(guān)的制動系統(tǒng)尚未完善，而且無法建立有效的、成體系的系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，汽車的質(zhì)量和汽車的樣式、功能都有所增加，汽車進(jìn)行制動的裝置無法滿足現(xiàn)實(shí)需要。在這種情況下，對原來的系統(tǒng)進(jìn)行不斷的改進(jìn)和升級，建立了目前所使用的液壓系統(tǒng)。長期以來，液壓是汽車生產(chǎn)和發(fā)展的重要組成部分，隨著智能化和自動化技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)在某種程度上與汽車的發(fā)展前景是不兼容的，因此難以與汽車自動化的中央控制系統(tǒng)相互配合。

1汽車制動系統(tǒng)特點(diǎn)

對汽車來說，制動系統(tǒng)是關(guān)鍵，而制動系統(tǒng)中的關(guān)鍵是制動裝置，即制動器和制動驅(qū)動機(jī)。幾種常見的品牌汽車都有著自己獨(dú)特的汽車制動特點(diǎn)。比亞迪汽車在制動方面，主要是依賴外界形成壓力和一些部件來達(dá)到強(qiáng)制制動的目的。比如ABS泵、ABS傳感器、前后制動片、ABS后輪傳感器等一系統(tǒng)控制和感應(yīng)裝置，能實(shí)現(xiàn)汽車制動系統(tǒng)的多種功能，在行駛過程中，通過駕駛員的操作可以進(jìn)行強(qiáng)制減速或停車。但是，在停車方面，比亞迪汽車依然不能達(dá)到理想的距離，在最高配速的情況下，剎車距離平均在47m左右。江淮汽車制動系統(tǒng)采用的是盤式制動器，液壓真空助力制動，對角線分布，雙回路系統(tǒng)，主要包括制動器、真空助力器、制動管路和踏板等部件，也配備了轂式駐車制動。同時(shí)，車輛整體的防抱死系統(tǒng)結(jié)合了微處理器，能對車輪的基本情況進(jìn)行監(jiān)測。通過對車輪信息的反饋，達(dá)到防抱死制動的效果。紅旗作為國產(chǎn)汽車的代表性品牌，在制動系統(tǒng)上也有著不同于其他汽車品牌的特點(diǎn)。紅旗汽車制動系統(tǒng)的工作原理與比亞迪汽車制動系統(tǒng)工作原理基本相同，主要由制動器和液壓傳動機(jī)構(gòu)等組成。車輪制動器只要由旋轉(zhuǎn)部分和固定部分組成制動鼓，以內(nèi)圓面為工作面，固定在車輪輪轂上，隨車輪一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)制動系統(tǒng)不再進(jìn)行工作的時(shí)候，制動鼓中的各個(gè)零件部位會留有一定的間隙，即內(nèi)圓面和制動蹄摩擦襯片的外圓面之間的間隙，這一間隙能實(shí)現(xiàn)車輪和制動鼓相對自由的旋轉(zhuǎn)。其他汽車的制動系統(tǒng)也基本與以上三種汽車的制動系統(tǒng)大致相同。

2制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

首先是雙腔制動閥的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)對于汽車制動時(shí)將汽車踏板經(jīng)踩踏后發(fā)出的制動信號通過制動閥轉(zhuǎn)化為壓力信號。而該閥門總體要經(jīng)過三個(gè)力學(xué)階段，先增壓，再保壓，最后減壓，此過程需要構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，建模的參數(shù)將直接影響閥力學(xué)動態(tài)參數(shù)，例如制動彈簧剛度、排氣間隙、活塞回位彈簧剛度等等。其次再整個(gè)汽車制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，推動閥的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的緩解之一，其主要作用是完成對制動氣室和制動閥的連接，組成部分分為四個(gè)接口，出氣口、進(jìn)氣口、控制氣口、排氣口。最后，該系統(tǒng)的部分就是氣壓管路，氣壓管路的設(shè)計(jì)是不斷提升汽車壓力的關(guān)鍵，找出與汽車制動速度和相應(yīng)壓力間的關(guān)系，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，完成制動系統(tǒng)模型的參數(shù)確定。模型的優(yōu)化方面，首先是對整體數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化，其次就是對結(jié)果的分析。需要分析的數(shù)據(jù)包括制動系統(tǒng)對排氣時(shí)間、充氣時(shí)間延長和最大氣壓的影響。首先是對最大氣壓的影響的優(yōu)化，首先通過對制動數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化，其主要條件包括對制動氣室的容積、制動閥的排氣間隙、制動閥平衡彈簧的強(qiáng)度，優(yōu)化后的速度反饋可以達(dá)到0.3s左右。其次就是對壓力速度的優(yōu)化，依舊是對氣壓制動模型先進(jìn)行優(yōu)化，基礎(chǔ)條件包括充氣時(shí)間延長，繼動閥回位彈簧剛度，制動閥下腔彈簧回位高度。通過對數(shù)據(jù)的具體分析，將制動閥下腔回位彈簧剛度設(shè)計(jì)為9n/mm，繼動閥回位彈簧剛度取9n/mm，在排氣延長時(shí)間上的制動閥間隙上設(shè)置為1.4mm，繼動閥間隙設(shè)置為1.4mm，經(jīng)過綜合優(yōu)化的壓力反饋時(shí)間將從平時(shí)的0.6s左右削減至0.3s左右。

3汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)中內(nèi)部系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)計(jì)及重點(diǎn)

3.1車輪控制模塊應(yīng)用

在外部環(huán)境中，外部溫度和輪子磨損對計(jì)算發(fā)動機(jī)的使用產(chǎn)生重要影響。因此，在計(jì)算壓力時(shí)，必須考慮到影響壓力結(jié)果的外部因素。只有通過這種方式才能做到有效地保證發(fā)動機(jī)的動力計(jì)算準(zhǔn)確性。計(jì)算固定強(qiáng)度需要對其他一些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其中尤其需要注意的是夾緊力矩的計(jì)算，并根據(jù)我們計(jì)算出的數(shù)據(jù)的數(shù)值對系統(tǒng)做出實(shí)時(shí)反饋，從而保證移動系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。

3.2遵循標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建

汽車制動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)參照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，其思路主要依據(jù)GB/T15496-2017《企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系要求》、GB/T15498-2017《企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)保障》和GB/T15497-2017《企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)》等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作系列標(biāo)準(zhǔn)。為了注重標(biāo)準(zhǔn)體系的應(yīng)用，在搭建體系過程中，該產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系也應(yīng)遵循“PDCA”的方法構(gòu)建、運(yùn)行、評價(jià)和改進(jìn)。體系應(yīng)結(jié)構(gòu)合理、層次清晰，應(yīng)完整、協(xié)調(diào)，能滿足相關(guān)方需求，構(gòu)成有機(jī)整體。汽車制動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作系列標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上做了調(diào)整，保留了產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)體系和基礎(chǔ)保障標(biāo)準(zhǔn)體系兩大體系。其中，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)體系分為：產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)子體系，設(shè)計(jì)和開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)子體系和生產(chǎn)/服務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)子體系。其中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)子體系包括產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn);設(shè)計(jì)和開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)子體系包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和材料標(biāo)準(zhǔn);生產(chǎn)/服務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)子體系包括工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)視、測量和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)保障標(biāo)準(zhǔn)體系分為質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)子體系和安全和職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)子體系。質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)子體系包括質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn);安全和職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)子體系包括安全標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)。

3.3制動助力器模型設(shè)計(jì)

在紅外感應(yīng)型汽車自動制動系統(tǒng)中，制動器工作時(shí)需要更大的制動力，故在系統(tǒng)中配置了制動助力器。助力器是紅外感應(yīng)型汽車自動制動系統(tǒng)中連接閥活塞推桿與摩擦襯片的必要物理元件，根據(jù)水平牽引力變化，更改設(shè)備頭結(jié)構(gòu)與中間柱身之間連接方式，降低制動吸盤旋轉(zhuǎn)向心力實(shí)際效果。在不同行駛情況下，可借助汽車各種元件對加速踏板實(shí)施定向控制，緩解因過度制動對車體帶來的物理傷害。常規(guī)的助力器模型不具備顯著的應(yīng)用實(shí)施環(huán)境，易導(dǎo)致加速踏板、制動踏板間出現(xiàn)不匹配行為。簡化后的助力器模型可針對所有紅外感應(yīng)型車輛。協(xié)調(diào)各聯(lián)動踏板間制動關(guān)系，抑制摩擦襯片出現(xiàn)不必要物理形變。常見制動助力器模型簡化方法可總結(jié)為彈簧阻尼法、赫茲接觸法、有限元法三大類，前兩者制動效率相對較高，但嚴(yán)格限定了車體所承載牽引力數(shù)值范圍，第三種方法的制動配合性最高，但總體實(shí)施流程相對復(fù)雜。

結(jié)語

總之，電子機(jī)械制動系統(tǒng)的研究雖然處于較為不成熟的階段，但是從發(fā)展前景和潛力來考慮無疑是廣闊和巨大的，因?yàn)闊o論是在制動性能還是在智能化方面該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)都有著極大的優(yōu)勢，但對于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和裝配需要極高的科學(xué)技術(shù)支持，需要經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)和調(diào)整，以滿足整個(gè)制動系統(tǒng)的性能的需要。

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[2]章峰.汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2018（12）：72

（作者單位：河南工學(xué)院）