摩擦—电磁耦合制动系统设计与研究

发布时间：2020-08-11 07:16

【摘要】：近年来,我国的汽车行业发展十分迅速,汽车的人均保有量也越来越大,这也使得人们越来越关注车辆的安全性能。汽车制动性能作为车辆安全性能的重要指标,其重要程度可见一般。现如今,车辆上普遍使用鼓式制动器或盘式制动器作为制动执行机构,这两种制动器均属于摩擦制动,使用过程中可能出现“热衰退”、制动噪声等现象,影响制动性能。近年来,随着缓速器在大型客车上的广泛使用,国内外学者对“辅助制动”展开诸多研究,希望将“电磁制动”的理念融入传统摩擦制动,也取得了一定的进展,但这些研究大多仅停留在理论的基础上,提出的一些方案局限性较大,并不具备普适性。因此,提出切实可行的集成摩擦、电磁制动的制动器方案十分重要。为此,本文设计了一种摩擦-电磁耦合制动器及制动控制系统,在制动器结构上进行创新和改进,将电磁制动与摩擦制动结合,为摩擦、电磁集成制动领域的研究提供一种可用于实际的方案。本文具体的研究内容如下:(1)对国内外学者在摩擦制动、电磁制动的相关研究进行总结,重点对国内外学者在集成摩擦制动与电磁制动方面的研究进行深入分析,评价现有方案的优点与不足。提出摩擦-电磁耦合制动器的方案,详细介绍该方案的工作原理,并对其可行性进行理论分析。基于提出的结构设计方案,计算了各部分的制动力矩,并且以经验公式的形式提出,为之后的具体参数设计及性能分析做好准备。(2)结合本文提出的结构设计方案,详尽分析介绍部分结构参数的计算过程和选取方法。选取某具体车型,充分考虑制动器实际设计时的尺寸空间限制,额定制动力矩、制动温升等限制因素,详细展开了该制动器在实际车型上的应用,验证了该方案的理论分析。(3)设计摩擦-电磁耦合制动系统的控制方案。耦合制动系统包含多种制动模式及各种制动模式的组合,为实现该制动系统的控制,运用混合控制的理论,设计了解耦控制方法,提出了摩擦、电磁制动协调主动式控制策略与电磁制动主动式控制策略,并在快速控制试验平台上对控制算法的可行性进行试验验证。(4)借助Maxwell电磁场分析软件,对方案中的电磁制动部分进行电磁学分析。首先结合具体参数,在Maxwell软件中建立电磁制动部分的3D仿真模型,并设置运动条件,模拟电磁制动过程。通过仿真结果,对电磁制动部分的电磁场特性进行分析,对制动力矩特性进行总结,为今后在电磁制动方面的后续研究提供参考。(5)验证摩擦-电磁耦合制动系统的制动性能。建立Trucksim-Simulink联合仿真模型:基于所选车型,在Trucksim中结合具体参数,建立该车的整车动力学模型;分析耦合制动器制动行为,在Simulink中建立制动系统模型,联合Trucksim开展整车的制动过程仿真,对耦合制动器在制动过程中的性能进行分析评价。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.5
【图文】：

饼状图,交通事故,类型,制动器

制动系统是指具有让车辆减速、停车以及驻车功能的专门装置，制动器是要的部分。考虑到制动成本及现有制动技术的成熟度，以盘式制动器和鼓式制动器为代制动器仍是大部分汽车的首选制动形式。摩擦制动有着极高的制动效率，在动条件下，其优点十分突出。但在实际使用过程中，不难看到摩擦制动存在长时间制动、频繁制动时，制动器内部摩擦副产生的摩擦热量无法及时耗散升严重影响了摩擦元件的摩擦因素，使制动器的制动效率大大降低。在极端不排除出现制动失效的可能性，这也严重影响了乘员的人身安全[1]。同济大团队就制动器失效现象进行了详细的研究统计[2]，他们对大量交通事故的原详细的分析，特别指出其中诸多事故是因为制动失效导致的（图 1.1）。并些因为制动器失效酿成的事故中，制动器温升导致的制动效能下降也成为了[3]。另外，摩擦制动时产生的金属噪声也成为城市噪声的主要来源，对市民居造成不良的影响[4]。

柱状图,摩擦损耗,柱状图,情形

摩擦-电磁耦合制动系统设计与研究BS、电子控制制动系统在汽车上的应用，以及对制动器结构善了制动性能，但也使得制动系统日趋复杂。因此，车辆制动是可控性好、响应迅速、安全高效。动具有响应灵敏，非摩擦性等特点，成为辅助制动装置的最优最多的电涡流缓速器就是基于电磁制动原理设计的。华中科技速器的缓速效果进行了深入的分析研究，得出了以下结论：驾等设备的车辆时，无论是换挡频率还是制动频率，与无缓速器（图 1.2），这无疑对传统摩擦制动器的摩擦副起到了保护的动产生的制动噪音等问题，也在一定程度上得到了有效缓解体积较大，无法适用于所有车型。

示意图,理想结构,方案,示意图

江苏大学硕士学位论文制动、电磁制动集成制动国内外研究现状外，KapJin Lee[22]首先设计了一种电磁制动器模型，该模型基于过给电磁线圈通电产生电磁场，以制动盘切割磁感线的方式产生导入电流的大小，调节制动力矩的大小。[23]提出一种设想，在汽车非驱动轴上安装电涡流缓速器，在不下，实现集成制动。Dockstader S[24]申报了相关的专利，提出一缓速器集成制动”的方案，并在实车上使用。Anwar 等[25-27]提出（图 1.3），该方案将前轮制动器设计成电液混合制动的形式，的结构，基于该方案，进行了试验研究和仿真分析，得出一种非控制器。

【参考文献】