汽車電子機械制動器的效能分析論文

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、驅動防滑控制系統等功能逐漸融入現有的制動系統中，而這些系統加入到傳統的液壓制動系統后，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.因此開發一種結構簡潔、功能全面可靠的新型制動系統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系統的研究工作，其中BoschSiemensContinentalTeves三大公司對EMB系統的研究比較深入，都研制出EMB樣品，并進行了多次試驗和改進.

　　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模型，進行了系統仿真和裝車試驗，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系統關鍵技術的研究工作.

　　作者建立了電子機械制動器的數學模型，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.圖中參數說明：W為汽車的重力；；zl，FZ2分別為汽車前、后輪的法向力;;xbl，Fxb2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；？為地面的附著系數為輪胎的法向力.

　　1.3路面附著系數的確定

　　式（1)中的？是一個未知參數，它主要是由車速和滑移率來決定.根據試驗結果統計，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；1，n為函數的形狀系數；S為車輪滑移率；v為車速;Q為調整函數;它與滑移率有關，可表示為

　　只要通過試驗確定出地面參數辦m，K1，[2和%，就能根據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，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)是由電樞電流產生的電磁轉距;；為整個制動器轉動慣量;Cm為轉距系數.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�？梢员硎緸門o=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，用機械系統的傳動效率I來表示系統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.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，并與傳統液壓制動系統制動性能進行對比.圖4是用SMULNK軟件建立的仿真模型.

　　2.2仿真結果

　　根據桑塔納轎車參數:汽車質量m為1560kg軸距l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展趨勢和要求.

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