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  • 汽車電子機械制動器的效能分析論文

    時間:2022-10-07 17:54:32 電子信息工程畢業(yè)論文 我要投稿
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    汽車電子機械制動器的效能分析論文

      汽車制動性能是汽車主動安全性的重要部分,因而汽車制動系統(tǒng)的性能提高一直為人們重視.隨著人們對制動性能要求的提高,如防抱死制動系統(tǒng)、驅動防滑控制系統(tǒng)等功能逐漸融入現(xiàn)有的制動系統(tǒng)中,而這些系統(tǒng)加入到傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)后,結構和管路布置更復雜,增加了液壓回路泄露的可能以及裝配、維修的難度.因此開發(fā)一種結構簡潔、功能全面可靠的新型制動系統(tǒng)就成為了人們的期待,電子機械制動器正適應了這種需求,成為車輛制動技術的發(fā)展方向.在國外,從20世紀90年代起,一些國際大型汽車零部件廠商和汽車廠商開始進行EMB系統(tǒng)的研究工作,其中BoschSiemensContinentalTeves三大公司對EMB系統(tǒng)的研究比較深入,都研制出EMB樣品,并進行了多次試驗和改進.

    汽車電子機械制動器的效能分析論文

      ContinentalTeves公司與德國DarmstadtUni^ersityofTechnology合作研究了EMB制動器模型及其控制系統(tǒng)模型,進行了系統(tǒng)仿真和裝車試驗,開始逐步運用到汽車上11-31.在國內,清華大學、南京航天航空大學、同濟大學和江蘇大學等高校正在進行EMB系統(tǒng)關鍵技術的研究工作.

      作者建立了電子機械制動器的數(shù)學模型,并且運用MATLAB/SMULNK仿真軟件對EMB和HB的制動性能進行仿真對比.

      1.汽車制動力學模型

      汽車制動時受力分析圖1是汽車在水平路面上行駛時的制動受力模型,模型忽略了汽車的滾動阻力偶矩、空氣阻力以及旋轉質量減速時產(chǎn)生的慣性力偶矩,忽略了輪胎的變形和懸架的影響,并始終保證車輛直線行駛.圖中參數(shù)說明:W為汽車的重力;;zl,F(xiàn)Z2分別為汽車前、后輪的法向力;;xbl,F(xiàn)xb2分別為前、后輪的地面制動力;為汽車的加速阻力;;為汽車質心高度;;b分別為汽車質心至前、后軸的距離;/為軸距.

      1.2輪胎模型

      在制動過程中路面制動力仏與輪胎特性有關.這里主要分析EMB制動器的制動效能,可以忽略輪胎的變形.其受力情況如圖2所示.

      式中r為輪胎滾動半徑;Tb為制動器制動力矩;;為輪胎滾動角速度;/為輪胎轉動慣量;?為地面的附著系數(shù)為輪胎的法向力.

      1.3路面附著系數(shù)的確定

      式(1)中的?是一個未知參數(shù),它主要是由車速和滑移率來決定.根據(jù)試驗結果統(tǒng)計,可以運用下面公式來計算的值:

      行星齒輪減速機構模型式中<為最大附著系數(shù);1,n為函數(shù)的形狀系數(shù);S為車輪滑移率;v為車速;Q為調整函數(shù);它與滑移率有關,可表示為

      只要通過試驗確定出地面參數(shù)辦m,K1,[2和%,就能根據(jù)車輪滑移率和車速得到9的值.

      1.4EMB制動器模型

      EMB制動器主要包括電源、電動機、減速增矩機構、滾珠絲桿機構以及間隙自動調整機構等.電源釆用12V電壓的蓄電池;而電動機主要通過減速增矩機構等向制動塊提供制動力矩,因而電動機的選擇對制動力矩有很大影響.

      1.4.1電機模型

      直流電動機的數(shù)學模型如下:

      式中E為電樞反電勢,即E=Ce?nCe為電機感應電勢系數(shù),n為轉子的轉速為電樞回路的電感/電樞回路的電阻;U為電樞電壓;i(t)為電樞電流;M(t)是由電樞電流產(chǎn)生的電磁轉距;;為整個制動器轉動慣量;Cm為轉距系數(shù).電機輸出轉矩仿真模型見圖3。

      1.4.2行星齒輪機構主要用來降低轉速,增加傳遞的扭矩,以適合制動工況的需要.其輸入、輸出扭矩關系式為

      式中TX為行星架輸出扭矩;TA為太陽輪輸入扭矩,即Ta=M(t)ix為傳動比;1為行星齒輪的傳動效率.143滾珠絲桿副的模型滾珠絲桿副的主要作用是轉換運動方向,即把行星齒輪的轉動輸入,變換成絲桿平動,并傳遞力到動塊.滾珠絲桿所傳遞的轉矩表達式為

      式中To為滾珠絲桿的驅動力矩;TL為滾珠絲桿的預緊力矩;Tf為滾珠絲桿副傳動的摩擦力矩.其中驅動力矩T。可以表示為To=Fh/(2n)(8)

      式中F為絲桿的推力;h為絲桿的導程

      式中Fp為滾珠絲桿的軸向預緊力.Tf是指除滾珠絲桿本身以外的摩擦阻力矩,主要為支撐軸承摩擦力矩和密封裝置等摩擦力矩.由式(7)?(9)可得絲桿的推力表達式,用機械系統(tǒng)的傳動效率I來表示系統(tǒng)的阻力矩和摩擦力矩得

      1.4.4制動裝置模型

      制動蹄塊與制動盤之間摩擦的傳遞函數(shù)為

      其中K是作用在前后軸上動載荷.

      1.5汽車制動過程動力學模型

      根據(jù)圖1所示的汽車制動時受力分析,運用牛頓第二定律得到整車數(shù)學模型為

      分別對汽車前、后輪接地點取矩,得平衡方程

      而汽車前、后輪路面制動力表示為

      其中%,9分別為前、后輪路面附著系數(shù).把式(11),(12)代入式(13)中,得到汽車制動過程的減速度

      2.汽車制動性能的仿真

      2.1電子機械制動系統(tǒng)的仿真模型

      運用MATLAB/SMULNK仿真軟件對EMB的制動性能仿真,并與傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)制動性能進行對比.圖4是用SMULNK軟件建立的仿真模型.

      2.2仿真結果

      根據(jù)桑塔納轎車參數(shù):汽車質量m為1560kg軸距l(xiāng)為2656mma為1454mm,b為1202mm,質心高度h。為500mm,輪胎半徑R為356mm,對

      裝有EMB和HB兩種不同制動器時的汽車制動性能進行仿真.

      圖5圖6是汽車前輪的轉速和滑移率的變化曲線;圖7?9分別是制動過程中速度、加速度以及制動距離隨時間的變化曲線.

      比較圖5?9在汽車從80km/h的速度開始制動時,EMB在032s就實現(xiàn)抱死了,而HB要近09s的時間,特別是到達最大制動力時間,EMB只要005s這遠遠小于HB所需的時間.因此,可以看出EMB比HB的制動響應速度要快得多;其次在制動距離上EMB比HB減少了近5m,從而增加了汽車行駛的安全性.

      3.結論

      為了比較EMB和HB的制動效能,作者建立了電子機械制動器的數(shù)學模型和在水平路面上汽車制動時整車動力學模型,并且運用MATIAB/SMULNK仿真軟件對EMB和HB的制動性能進行仿真對比.結果表明EMB制動系統(tǒng)縮短了制動反應時間,減少了汽車制動距離,提高了制動性能,能夠適應汽車制動技術發(fā)展趨勢和要求.

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