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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目: ZQ1050型商用車制動(dòng)系設(shè)計(jì)
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目錄
1 前言 1
2 制動(dòng)系概況及組成 2
2.1 制動(dòng)系的組成 2
2.2 制動(dòng)系統(tǒng)功用和性能要求 2
2.3 制動(dòng)系統(tǒng)的分類 3
3 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)類型及選擇 3
3.1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)類型 3
3.2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的選擇 7
4 制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇 8
4.1 相關(guān)給定參數(shù) 8
4.2 制動(dòng)系主要參數(shù)的確定 8
5 制動(dòng)系的設(shè)計(jì)與計(jì)算 10
5.1 同步附著系數(shù)與制動(dòng)器分配系數(shù) 10
5.2 最大制動(dòng)力矩 11
5.3 制動(dòng)器因數(shù)計(jì)算 12
5.4 制動(dòng)性能計(jì)算 14
6 制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
7 液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 16
7.1 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 16
7.2 制動(dòng)輪缸直徑與工作容積 16
7.3 制動(dòng)踏板力與踏板行程 18
設(shè)計(jì)總結(jié) 20
參考資料 22
致謝 23
1
1 前言
隨著我國(guó)汽車工業(yè)的大力發(fā)展和普及，人們對(duì)于汽車的安全性要求更加高。而汽車中對(duì)安全性影響最大的制動(dòng)系，日益成為了近年來汽車改進(jìn)的重點(diǎn)目標(biāo)。由此可見，本次制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義。
汽車的剎車裝置是指可以讓汽車從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)或者保持靜止?fàn)顟B(tài)的一種裝置。汽車行駛的過程中，雖然受到很多力，比如地面的阻力，風(fēng)的阻力，但這些力都不足以讓車有行駛狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)，在不施加外力的情況下。所以，為了讓車停止，不得不提供一套裝置，一套提供外力的裝置，從而使車輛停止，需要安裝的這套裝置便是車輛制動(dòng)系，即是車輛的制動(dòng)裝置。
車輛的制動(dòng)系統(tǒng)都是應(yīng)該由供能裝置、傳動(dòng)裝置、控制裝置、制動(dòng)器這樣四個(gè)基本部分組成。形式有多樣。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有氣動(dòng)式、液壓式、機(jī)械式、氣—液混合式等型式。
汽車的制動(dòng)裝置組成包括控制和傳動(dòng)裝置，制動(dòng)力的提供設(shè)備，剎車盤等組成。特別是近幾年，隨著新技術(shù)的研發(fā)出來，車速的提升，人們對(duì)汽車制動(dòng)的需求越來越高，制動(dòng)系的形式越來越多樣化。傳統(tǒng)的鼓式因散熱問題逐漸被淘汰，散熱較好，熱衰退慢的盤式制動(dòng)系越來越受到重用。特別是通風(fēng)盤式，受到了很多車企和消費(fèi)者的青睞。這幾種工作原理制動(dòng)結(jié)構(gòu)原理是一樣的，都是摩擦達(dá)到減速的效果，最后把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，從而達(dá)到降低速度的目的，如果有需要，可以達(dá)到停止的狀態(tài)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，和新技術(shù)，新材料的研究和研發(fā)，同時(shí)，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)，新型的剎車系統(tǒng)層出不近。最近幾年，純電動(dòng)汽車開始興起，傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)也需要發(fā)生相應(yīng)的改變，如液壓制動(dòng)變成了電動(dòng)的。?
汽車制動(dòng)的發(fā)展，說到底還是材料科學(xué)的發(fā)展和電子科技的不斷前進(jìn)與發(fā)展。因而，分兩方面發(fā)展。??
從第一個(gè)方面來講，智能控制技術(shù)是一個(gè)發(fā)展的大方向。特別是近年來的ABS/ASR技術(shù)，取得了世界公認(rèn)的制動(dòng)效果，但是，ABS/ASR與不能解決車輛制動(dòng)中的所有問題，還需汽車企業(yè)進(jìn)一步研究。因此，隨著防抱死系統(tǒng)的應(yīng)用，剎車系統(tǒng)不僅僅再是剎車用的了，可以通過電腦和防抱死系統(tǒng)的結(jié)合，變?yōu)檐嚿矸€(wěn)定系統(tǒng)，它是根據(jù)制動(dòng)力的需要，選擇某個(gè)車輪進(jìn)行剎車，從而平衡車身，達(dá)到平衡車身的需要從而使車身在拐彎時(shí)不宜翻車，從而大大增加了汽車安全性能，現(xiàn)在越來越多的人把車身穩(wěn)定系統(tǒng)看的越來越重要，甚至不買沒有車身穩(wěn)定系統(tǒng)的轎車。在EBS實(shí)際應(yīng)用中，已成為越來越多企業(yè)的選擇，事實(shí)證明，EBS起到了很好的車身穩(wěn)定。
第二個(gè)方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)性進(jìn)步，汽車制動(dòng)系統(tǒng)越來越高級(jí)，實(shí)用性越來越強(qiáng)，伴隨著新材料的新研發(fā)和對(duì)防抱死系統(tǒng)的不斷完善，制動(dòng)系統(tǒng)的安全性能得到了前所未有的提升。制動(dòng)系統(tǒng)ABS/TCS將逐步與智能化、一體化一起發(fā)展已經(jīng)不再是一個(gè)構(gòu)想，慢慢的已經(jīng)逐步成為現(xiàn)實(shí)。將控制設(shè)備，轉(zhuǎn)彎的系統(tǒng)，與電子科技控制的系統(tǒng)，用行車電腦鏈接聯(lián)系起來，再通過編程，自動(dòng)控制，便可研發(fā)出一些有實(shí)用性的新的、能提高安全性的控制裝置。????
通過上面的大量敘述，我們可以清楚的認(rèn)識(shí)到，高科技的電子制動(dòng)控制將是未來汽車制動(dòng)系統(tǒng)的前進(jìn)方向。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)也將發(fā)生巨大的改變，液壓控制將消失，電子電力的剎車系統(tǒng)才是未來的燈塔。同時(shí)，近年來科技進(jìn)步巨大，電子方面，如超大規(guī)模集成電路的發(fā)展與應(yīng)用，電子元件的材料與制造工藝、成本將不斷下降。
本次設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是根據(jù)汽車主要參數(shù)和車型，制定相對(duì)合理的結(jié)構(gòu)框架，然后通過計(jì)算和分析，確定制動(dòng)器的形式，結(jié)構(gòu)和尺寸，最后經(jīng)過校驗(yàn)和反饋。
2 制動(dòng)系概況及組成
2.1 制動(dòng)系的組成
制動(dòng)系作為汽車相對(duì)來說較為重要的系統(tǒng)，有著限制汽車行駛速度和緊急剎車等的功能。制動(dòng)系是由制動(dòng)器和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
2.2 制動(dòng)系統(tǒng)功用和性能要求
制動(dòng)系統(tǒng)主要用來滿足減速行駛，行車中停車，水平路或者坡道上穩(wěn)定停車等功能。
隨著科技的進(jìn)步，制動(dòng)系統(tǒng)更是得到進(jìn)一步得到提高，并且現(xiàn)在政府對(duì)城市道路和農(nóng)村道路的大力修建，民眾對(duì)汽車的安全性要求越來越高。而汽車的安全性很大的程度上在于制動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞。所以，現(xiàn)在的民眾在選擇購(gòu)買汽車時(shí)越來越看看中汽車制動(dòng)性能。
汽車制動(dòng)時(shí)須：
???? ??1）要有非常大的制動(dòng)力，能夠短時(shí)間內(nèi)讓車停下來。
?????? 2）工作可靠。要求在一些苛刻條件下制動(dòng)系功能依然穩(wěn)定。要有兩個(gè)以上的獨(dú)立的制動(dòng)回路，保證在一個(gè)損壞時(shí)，另一個(gè)依然能保證汽車安全行駛。
?????? 3）具有一定的平穩(wěn)性。大約在同一軸車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)該是一樣的，避免制動(dòng)輪在某一側(cè)首先側(cè)滑，導(dǎo)致汽車無法操縱，失去方向穩(wěn)定性或旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行偏差，甚至出現(xiàn)掉頭的危險(xiǎn)處境。
2.3 制動(dòng)系統(tǒng)的分類
制動(dòng)系統(tǒng)的部件在市場(chǎng)上有很多不同的類，但是一般都是由電源設(shè)備、控制設(shè)備、制動(dòng)器、傳動(dòng)設(shè)備組成。在這個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)里，有幾個(gè)部分組成。分別如下：1、動(dòng)力部分，它來自人的力量，手人大腦的控制。2、它的作用部分，也就是核心部分，為制動(dòng)器。因此，當(dāng)人為因素去除后，剎車的性能，如剎車的距離，便通過制動(dòng)器的制動(dòng)性能表現(xiàn)出來。
3 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)類型及選擇
制動(dòng)器結(jié)構(gòu)常見及經(jīng)常用到的種類不太多，?摩擦式、電磁式、液力式等形式比較常見，下面詳細(xì)的介紹一下。
電磁式好處：滯后性好、可靠性高，成本高是其最大的短板，商用車基本不用此類制動(dòng)器，高端的商用車上才會(huì)有使用；緩速器常常使用液力式制動(dòng)結(jié)構(gòu)，其制動(dòng)效果好。此種形式用的最多。
3.1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)類型
3.1.1 鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)
1) 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
如圖3-1所示，正常剎車時(shí)，領(lǐng)蹄是張開方向和箭頭方向一致；領(lǐng)蹄則相反。當(dāng)發(fā)生倒車時(shí)，從蹄為蹄1，領(lǐng)蹄為蹄2。這就是領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的工作原理。
1-領(lǐng)蹄 2-從蹄 3，4-支點(diǎn) 5-制動(dòng)鼓 6-制動(dòng)輪缸
圖3-1 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
2) 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
如圖3-2所示，雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有很高的的正向制動(dòng)效能，所以，自該種制動(dòng)系誕生以來，使用就非常的廣泛，一般用在商用車的后輪。
1-制動(dòng)輪缸 2-領(lǐng)蹄 3-支撐銷 4-制動(dòng)鼓
圖3-2 雙領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
3) 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
如圖3-3所示，當(dāng)汽車在正常行駛中進(jìn)行剎車時(shí)，一切制動(dòng)輪缸的活塞都要把制動(dòng)蹄頂靠開外。把他們壓在制動(dòng)鼓上，在液壓的的推動(dòng)之下。在運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，會(huì)使雙蹄順著一定的方向移動(dòng)，直到頂開活塞到一定的位置停止。
圖3-3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
4) 單向增力式制動(dòng)器
如下圖3-4所示，單向增力式制動(dòng)器，在連接桿的頂部和二次制動(dòng)時(shí)，在制動(dòng)底板支撐銷的支撐銷上的底部部分，由于制動(dòng)蹄切削對(duì)反力并沒有得到及時(shí)的平衡，因此它是一種不平衡的制動(dòng)器。因此，正向制動(dòng)的制動(dòng)效率高，而在相反的制動(dòng)效率一般是最低的。在一小部分輕、中、重型卡車和汽車上使用前輪制動(dòng)器。
1-第一制動(dòng)蹄 2-支撐銷 3-制動(dòng)鼓 4第二制動(dòng)蹄 5-頂桿 6-制動(dòng)輪缸
圖3-4 單向增力式制動(dòng)器
5）雙向增力式制動(dòng)器
如圖3-5所示，上述單向伺服制動(dòng)單輪缸活塞為雙活塞式，在支撐柱的上端也作為雙腳在共同的支點(diǎn)，即為雙伺服制動(dòng)一個(gè)變量，無論車為什么剎車，雙伺服制動(dòng)總是增加力量式制動(dòng)器。
1-后制動(dòng)蹄 2-頂桿 3-前制動(dòng)蹄 4-制動(dòng)輪缸 5-支撐銷
圖3-5 雙向增力式制動(dòng)器
不同形式鼓式制動(dòng)器的主要區(qū)別有：
?? 1）張開裝置的形式與數(shù)量的不同。
??????2）蹄片固定支點(diǎn)的數(shù)量和位置的不同。
??????3）制動(dòng)時(shí)，兩塊蹄之間沒有互動(dòng)作用
雙領(lǐng)和雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器蹄式適合雙制動(dòng)系統(tǒng)，但由于有兩個(gè)制動(dòng)輪缸，數(shù)量增加，成本較高，而且容易出現(xiàn)漏油，油管損壞現(xiàn)象。雙從蹄制動(dòng)器穩(wěn)定性最好，但因?yàn)檠b置配置要求較高，因此其廣泛程度不高。增力式制動(dòng)雖然與其他形式相比有制動(dòng)效率高，但效率不穩(wěn)定，自鎖太容易發(fā)生的制動(dòng)形式。單向增力式換向制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力效率降低，只有少數(shù)中型卡車和轎車的前輪剎車運(yùn)用。雙向增力式在任何方向、制動(dòng)效率非常高，可以產(chǎn)生大的停車制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。不是用于緊急剎車，不產(chǎn)生高溫，可以節(jié)省助力驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
3.1.2 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)
盤式制動(dòng)器可分為鉗盤式和全盤式兩種。
1）鉗盤式
盤式制動(dòng)器制動(dòng)效能低，熱穩(wěn)定性較差。摩擦片磨損較高，成本是昂貴的，襯快工作面小，磨損快，使用壽命短，需要使用高材料襯套，需要高制動(dòng)液壓壓力，必須要有具有動(dòng)力裝置的車輛使用，所以只適合一些汽車和微型汽車，不應(yīng)該用于卡車。制動(dòng)器能更好的靠近輪轂；不需要跨越制動(dòng)盤的油路或油管，液壓缸冷效果比較好，所以制動(dòng)液不容易；另外，制造成本低；浮動(dòng)盤的制動(dòng)塊可作為駐車制動(dòng)。
2）全盤式
這個(gè)制動(dòng)器的特點(diǎn)適合上一種是相反的，制動(dòng)盤是鎖死在上面的。這樣的特點(diǎn)導(dǎo)致這樣的制動(dòng)器被多多的使用在了重型的車上。因?yàn)槟墚a(chǎn)生非常大的制動(dòng)力。
3.2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的選擇
綜合上面的描述，我們發(fā)現(xiàn)盤式制動(dòng)器也有以下缺點(diǎn)：
1）不能嚴(yán)密的阻止銹蝕和防止油泥塵污(密封的多片全盤制動(dòng)裝置)。
2) 可以兼做停車制動(dòng)裝置，但是所需的附加的動(dòng)手接構(gòu)會(huì)很復(fù)雜。
3）在制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)里必須加裝助力器。
4) 因?yàn)槠湟r塊的工作表面積太小，盤式制動(dòng)器裝置在車輛前面輪上得到廣泛的采用。鼓磨損較快，行使壽命較低，需要用高材質(zhì)，高價(jià)格的襯塊。
盤式制動(dòng)器制動(dòng)效能低，熱穩(wěn)定性較差。摩擦片磨損較高，成本是昂貴的，襯快工作面小，磨損快，使用壽命短，需要使用高材料襯套。
需要高制動(dòng)液壓壓力，必須要有具有動(dòng)力裝置的車輛使用，所以只適合一些汽車和微型汽車，不應(yīng)該用于卡車。
目前，小排量和中排量的大多使用盤式制動(dòng)器。而鼓式制動(dòng)器主要應(yīng)用在大型的客車和火車上。盤式制動(dòng)器會(huì)有如下優(yōu)勢(shì)：
1）熱穩(wěn)定性好。
2)水穩(wěn)定性好。
3)輸出制動(dòng)力矩相同時(shí)，尺寸和質(zhì)量相對(duì)較小。
4)裝有鼓式制動(dòng)器的汽車長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)鼓發(fā)熱膨脹。但是膨脹會(huì)相當(dāng)?shù)膮柡Γ?dāng)當(dāng)達(dá)到一定的程度會(huì)把制動(dòng)器的間隙變得太大。最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程越來越大。相比鼓式制動(dòng)器，盤式的在受熱時(shí)順著軸方向的熱膨脹就變得微弱至極。
5)間隙的自動(dòng)調(diào)整容易進(jìn)行。
雖然盤式制動(dòng)器有如上諸多優(yōu)秀的性能，缺點(diǎn)也是顯而易見的。和鼓式的相比不足之處如下：
1）制動(dòng)效能較低。
2）兼用于駐車制動(dòng)時(shí)，需加裝復(fù)雜輔助設(shè)備。不過盤式制動(dòng)器必將成為主流制動(dòng)器。
3）制造成本較高。盤式結(jié)構(gòu)相對(duì)更緊密一些，導(dǎo)致制動(dòng)效能和制動(dòng)穩(wěn)定性會(huì)更加可靠。鼓式的雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一些，但是制動(dòng)性能還是可以達(dá)到一定的技術(shù)要求的。
總結(jié)，由于是皮卡車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，軸向載荷的汽車制動(dòng)原理達(dá)到前輪剎車力應(yīng)大于后輪，如果后輪制動(dòng)力大于前輪，那么后輪剎車時(shí)，后輪自鎖時(shí)將會(huì)出現(xiàn)剎車徘徊或側(cè)滑現(xiàn)象，它將很容易造成嚴(yán)重的交通事故。本次設(shè)計(jì)選取前鼓后鼓式。
最后綜合考慮此次設(shè)計(jì)采取前后鼓式制動(dòng)器。并且前輪使用雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器，后輪使用領(lǐng)從式制動(dòng)器。
4 制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇
4.1 相關(guān)給定參數(shù)
質(zhì)心高度: Hg=853mm;
質(zhì)心與前軸的距離：a=1700mm;
質(zhì)心與后軸的距離：b=1600mm
軸距：L=3300mm;
車輪滾動(dòng)半徑：Rr =463mm
整備質(zhì)量 M=1800Kg
最大質(zhì)量 M=4800Kg
最高車速 V=100Km/h
車輪型號(hào)為7.0-R20，輪輞直徑為20英寸
4.2 制動(dòng)系主要參數(shù)的確定
(1) 制動(dòng)鼓內(nèi)徑D
圖4-1 鼓式制動(dòng)器的幾何參數(shù)
如圖4-1各參數(shù)：
制動(dòng)鼓如果想要滿足使用的要求就必須考慮很多的因素。但是一般的首先對(duì)它的壁厚要求是總重要的。只有其達(dá)到一定的要求后再工作時(shí)才能持久正常工作。壁厚的強(qiáng)度決定它的是有壽命。但是剛度也是必須需要滿足一定的技術(shù)要求的。
制動(dòng)鼓直徑與輪輞直徑之比D/Dr的范圍如下：
商用車： D/Dr=0.70～0.83
取 D/Dr=0.75
輪輞直徑 Dr=508mm
制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑 D =400mm
取制動(dòng)鼓內(nèi)徑D=400mm 即R=200mm
摩擦襯片寬度b和包角β
摩擦襯片寬度大小決定內(nèi)襯的使用壽命，縮小寬度會(huì)很快磨損，面對(duì)更短的使用壽命；拓寬寬度可以使質(zhì)量變大，不容易處理，增加了成本。
對(duì)于5t的中型貨車，查汽車設(shè)計(jì)書得單個(gè)制動(dòng)器總的摩擦面積越大，制動(dòng)時(shí)所受單位面積的正壓力和能量負(fù)荷越小，從而磨損特性越好。對(duì)于（3.5～7.0）t的轎車，單個(gè)制動(dòng)器總的摩擦面積Ap為（300～650）cm2，這里取Ap=600cm2?？汕蟮胋=120mm。
（3）摩擦襯片起始角β0
由以上可知β0=90o－100o/2=40o。
（4）制動(dòng)器中心到張開力Po作用線的距離a
根據(jù)公式可知，距離a越大，制動(dòng)距離越短，因?yàn)橹苿?dòng)鼓安裝在輪轂里面，根據(jù)常規(guī)，制動(dòng)缸直徑a=0.8R，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取得a=170mm。
（5）制動(dòng)蹄支撐點(diǎn)位置坐標(biāo)c和k
要保證兩制動(dòng)蹄不能接觸，就需要c大而k小，c=0.8R，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為c=170mm，k=40mm。
（6）摩擦片摩擦系數(shù)
摩擦系數(shù)f=0.35～0.40。因此，取接近實(shí)際。
5 制動(dòng)系的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 同步附著系數(shù)與制動(dòng)器分配系數(shù)
(1)當(dāng)＜時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；
(2)當(dāng)＞時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；
(3)當(dāng)＝時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。
分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即，為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度＜這表明只有在＝的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。
參考類似車型此次設(shè)計(jì)車型同步附著系數(shù)
，帶入數(shù)據(jù)得：
β=0.639
5.2 最大制動(dòng)力矩
制動(dòng)器動(dòng)力之比為：
最大制動(dòng)力矩
設(shè)該車在附著系數(shù)為的路面上行駛，且轎車的同步附著系數(shù)為。
則制動(dòng)強(qiáng)度
代入數(shù)據(jù)，得：
則單個(gè)車輪應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為：
式中，G--汽車所受重力；
L--汽車軸距；
a--汽車質(zhì)心離前軸距離；
b--汽車質(zhì)心離后軸距離；
--汽車質(zhì)心高度；
--汽車滾動(dòng)半徑；
--地面附著系數(shù)；
β--制動(dòng)力分配系數(shù)；
--制動(dòng)力距；
5.3 制動(dòng)器因數(shù)計(jì)算
制動(dòng)器效能，顧名思義，其表示的意思是：剎車裝置能輸出來的最大力矩。
一般常用制動(dòng)因數(shù)表達(dá)。
式中，--制動(dòng)器促動(dòng)力。
后輪制動(dòng)器因數(shù)（支承銷式—領(lǐng)從蹄式）：
其中有關(guān)計(jì)算參數(shù)如圖5-1所示：
其中數(shù)據(jù)數(shù)值:
==1.74；
===0.768；
==2.512；
==3.279；
=200mm；
B=0.8R=160;
C=R-20=180;
=
=1.6=320mm；
圖5-1支撐銷式制動(dòng)蹄有關(guān)計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)
==190mm；
=0.3；
那么單個(gè)領(lǐng)蹄的制動(dòng)因數(shù)：
公式:
代入數(shù)據(jù)得 ；
公式:
代入數(shù)據(jù)得；
所以整個(gè)后輪制動(dòng)器因數(shù)為:
張開力的計(jì)算
由液壓驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器所需張開力
(5-1)
代入數(shù)據(jù)，解得：P1 = 17200.885N； P2 = 12741.317 N；
5.4 制動(dòng)性能計(jì)算
(1)制動(dòng)減速度
式中：為該車所遇最大附著系數(shù)，0.8；
則
(2)制動(dòng)距離
理論制動(dòng)距離： （5-2）
式中： j—制動(dòng)減速度；
V—制動(dòng)初速度，65km/h；
代入數(shù)據(jù)，解得：
S=20.791m
6 制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）制動(dòng)鼓
制動(dòng)鼓如果想要滿足使用的要求就必須考慮很多的因素。但是一般的首先對(duì)它的壁厚要求是總重要的。只有其達(dá)到一定的要求后再工作時(shí)才能持久正常工作。壁厚的強(qiáng)度決定它的是有壽命。但是剛度也是必須需要滿足一定的技術(shù)要求的。根據(jù)資料可以知道，13mm—18mm取得；我這回選擇15mm。
2）制動(dòng)蹄
制動(dòng)蹄的種類非常多，但是市場(chǎng)的主流是使用T制成。在汽車配件部分當(dāng)中市場(chǎng)上很多的制動(dòng)器用摩擦環(huán)需要高要求高標(biāo)準(zhǔn)，一般制動(dòng)蹄上的摩擦材料的系數(shù)都是在0.3~0.5之間選取的。但是有由于摩擦系數(shù)越大將會(huì)導(dǎo)致它的耐磨性大大的降低，，所以摩擦性能高是很重要對(duì)于汽車剎車時(shí)，但是耐磨性也是摩擦材料必須考慮的重要因素?？刹荒軉畏矫娴囊晃兜剡x取摩擦系數(shù)高的制動(dòng)器，從而忽視它的耐磨性。如果想要得到完美的摩擦只懂得結(jié)果就必須從兩方面同時(shí)考慮選擇正確的方案。綜合考慮此處的鼓式制動(dòng)器摩擦材料摩擦系數(shù)選0.5，摩擦材料的摩嚓系數(shù)一般取0.3。
選擇制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，轎車一般3mm—5mm；貨車一般5mm—8mm；取6mm。摩擦襯片的厚度，轎車一般4.5mm—5mm；貨車一般8mm以上；取20mm。本次制動(dòng)蹄采用的材料為HT200。
3）制動(dòng)底板
制動(dòng)底板是制動(dòng)器上必不可缺的零件之一，制動(dòng)器上的很多零件都需要安裝在它上面才能固定在系統(tǒng)上進(jìn)行工作。所以他是制動(dòng)器的基本零件。絕大部分制動(dòng)器上的零部件都必須安裝在此，比如制動(dòng)蹄、制動(dòng)鼓、制動(dòng)彈簧等。這樣就導(dǎo)致了制功底版承受著制動(dòng)器工作時(shí)來自制動(dòng)器以外大部分的制動(dòng)反力距，因此它必須要有一定的剛度。一般汽車制造廠商和汽車設(shè)計(jì)和工作人員都比較傾向采用HT250材料進(jìn)行制造制動(dòng)底板本次設(shè)計(jì)采用HT250。
4）制動(dòng)蹄的支承
當(dāng)汽車剎車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)蹄需要把摩擦片緊靠在鼓上從而使汽車減速并停車。所以就發(fā)揮了很好的作用，它的安裝簡(jiǎn)易，制造方便，況且使支承可以已有的定位。這樣的支承得到廣泛的使用。在實(shí)際應(yīng)用上必須把支承設(shè)置成不是固定的，這樣的目的是要把制動(dòng)蹄的其中的一個(gè)自由度的工作面要和制動(dòng)器同軸。。
5）制動(dòng)輪缸
制動(dòng)輪缸是由制動(dòng)主缸加壓后把制動(dòng)液通過制動(dòng)管路輸送到此，然后制動(dòng)液會(huì)在壓力的作用下把活塞推至制動(dòng)蹄，把制動(dòng)蹄緊緊壓靠在制動(dòng)鼓上，從而達(dá)到制動(dòng)的效果。是比較容易的構(gòu)造，在制動(dòng)器中的位置很容易安裝，HT250制成。所以我這次設(shè)計(jì)采用HT250。
制動(dòng)鼓相對(duì)于輪轂的位置，定位是以直徑為的圓柱表面的配合，制動(dòng)鼓工作表面的同軸度公差≤0.03，靜不平衡度≤1.5，徑向跳動(dòng)量≤0.05。
7 液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算
7.1 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
（1）簡(jiǎn)單制動(dòng)
其優(yōu)點(diǎn)是短(0.1 ~ 0.3 s)效應(yīng)時(shí)滯，高工作壓力(10 ~ 12 mpa)，制動(dòng)輪缸的尺寸很小，可以裝飾制動(dòng)蹄制動(dòng)塊的壓力打開機(jī)構(gòu)或內(nèi)部機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、低質(zhì)量、低成本。但它有限的力量限制汽車的使用。溫度上升后，制動(dòng)液氣化，制動(dòng)效率降低，簡(jiǎn)單的液壓制動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、輕型和輕型卡車和中型卡車的一部分。隨著世界科技的飛速發(fā)展，科技成果越來越多越來越先進(jìn)，汽車上的科技產(chǎn)品日新月新。機(jī)械式的機(jī)構(gòu)在早就被全部淘汰了。但是其工作原理還是被用在教科書上進(jìn)行教學(xué)工作內(nèi)容。
（2）動(dòng)力制動(dòng)系
動(dòng)力制動(dòng)統(tǒng)主要用來減輕人工制動(dòng)踏板力的簡(jiǎn)單的制動(dòng)系統(tǒng)，踏板力和踏板可以在這里小有一個(gè)適當(dāng)?shù)男谐獭?
氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)可以獲得較大的制動(dòng)力，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝便利。操作方便，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，氣壓制動(dòng)在8t商用車輛中廣泛的應(yīng)用，由于氣壓制動(dòng)系必須采用復(fù)雜的輔助設(shè)備且這類設(shè)備尺寸大、價(jià)格高、制動(dòng)氣室排氣時(shí)噪聲很大，應(yīng)用受到了限制。
（3）伺服制動(dòng)系
因此，在上面的中級(jí)轎車和輕型和中型轎車和卡車超過1.6 L排量乘用車各種商用車中廣泛應(yīng)用于伺服制動(dòng)。這樣的系統(tǒng)大大改善了制動(dòng)動(dòng)力不足，剎車延遲性的嚴(yán)重問題。保證了汽車在有坡路上的駐車制動(dòng)，以及減速剎車制動(dòng)時(shí)的能力。
綜述所述本次設(shè)計(jì)的中型貨車選用液壓制動(dòng)。
7.2 制動(dòng)輪缸直徑與工作容積
制動(dòng)輪缸對(duì)制動(dòng)蹄施加的張開力與輪缸直徑和制動(dòng)管路壓力的關(guān)系為：
(7-1)
制動(dòng)油路壓力一般不超過10-12MPa。
第個(gè)輪缸的工作容積為
(7-2)
式中，—第個(gè)輪缸活塞的直徑；
—輪缸中活塞的數(shù)目；
—第個(gè)輪缸活塞在完全制動(dòng)時(shí)的行程，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取
2.0～2.5。
所有輪缸的總工作容積為：
(7-3)
式中：為輪缸數(shù)目。
取，已知
P1 = 17200.885N； P2 = 12741.317 N；
則帶入數(shù)據(jù)，得：
=46.81mm，
制動(dòng)主缸直徑應(yīng)符合GB7524-87的系列尺寸，主缸直徑系列尺寸為：
14.5，16，17.5，19，20.5，22，（22.22），（23.81），24，（25.40），26，28，（28.58），30，32，35，38，42，46mm。
初步設(shè)計(jì)時(shí)，制動(dòng)主缸的工作容積可取為：
Vm = 1.3V = V + Vˊ （7-4）
式中： 為所有輪缸的總工作容積。
Vm =1.3（+）
=17405.648ml；
主缸活塞行程可用下式確定
一般 ； 取
代入數(shù)據(jù)，解得：dm =28.09mm；依國(guó)標(biāo)，取30mm；
Sm =30 mm；
7.3 制動(dòng)踏板力與踏板行程
液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)踏板力如圖7-1所示，
制動(dòng)踏板力用下式計(jì)算：
圖7-1 液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算用簡(jiǎn)圖
(7-5)
式中，—踏板機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比
，、 見圖7-1。
—踏板機(jī)構(gòu)及液壓主缸 的機(jī)械效率，可取=0.82～0.86。
由式（7-5）取=0.85，ip = 4；
代入數(shù)據(jù)，解得：Fp = 2077.94 N >700N ，不符合標(biāo)準(zhǔn)。
所以需要加裝真空助力器。
(7-6)
式中： ：真空助力比，取4。
制動(dòng)踏板工作行程用下式表示：
(7-7)
式中，—主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取=1.5～2.0；
—主缸活塞空行程，即主缸活塞從不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程。
代入數(shù)據(jù)，解得：<150mm ；
符合設(shè)計(jì)要求。
設(shè)計(jì)總結(jié)
回想過去的三個(gè)月，剛拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目時(shí)的茫然和不知所措，再看看現(xiàn)在即將完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)，自己感覺從中學(xué)到了很多。
我的設(shè)計(jì)題目是ZQ1050型商用車制動(dòng)系設(shè)計(jì)，畢第一步是外文翻譯，找一篇外文期刊文章并不難，但要把它翻譯好，卻是相當(dāng)?shù)睦щy，拿著英文文章，感覺是無從下手，單詞大多都認(rèn)識(shí)，但放在專業(yè)文章中，總是感覺不合適，不合語言習(xí)慣。為此也查了大量詞典，掂量每個(gè)詞的語義。在此過程中，學(xué)習(xí)到了很多汽車方面專業(yè)詞匯。
第二步是方案論證，這一步關(guān)系汽車制動(dòng)系的整體性能，及各個(gè)部分的選擇，也是此次設(shè)計(jì)中最重要的一部分，汽車采用什么形式的制動(dòng)機(jī)構(gòu)，不僅和使用環(huán)境有關(guān)，也和經(jīng)濟(jì)性緊密相連。本次制動(dòng)系設(shè)計(jì)的思路是先從理論上對(duì)所給的參數(shù)、技術(shù)和使用要求進(jìn)行分析，再比較不同類型制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)，來確定制動(dòng)器類型、結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)，再對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算校核，使設(shè)計(jì)滿足使用性能。。此次設(shè)計(jì)思路的確定，充分利用網(wǎng)絡(luò)，搜索了大量相同類型的輕型貨車，最后參考了解放CA1048型貨車的一款才最終得以確定。
第三步是設(shè)計(jì)與計(jì)算，此部分計(jì)算量比較大，所用的公式也比較多，也是最繁瑣的一部分，設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中需要參考大量的設(shè)計(jì)資料，所學(xué)的教材《汽車設(shè)計(jì)》根本無法滿足設(shè)計(jì)需要。零件的設(shè)計(jì)所需要的很多數(shù)據(jù)也無法查到。國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的很多標(biāo)準(zhǔn)也沒有完善。通過查詢資料，設(shè)計(jì)各個(gè)零部件，也學(xué)到了很多關(guān)于零件的設(shè)計(jì)方法和步驟，通過書籍和老師指導(dǎo)，得以關(guān)鍵尺寸的確定。
第四步是畫圖，相對(duì)來說這部分應(yīng)該是比較輕松的，但由于初次設(shè)計(jì)，且零件的各個(gè)尺寸也無法知道，大到拉桿長(zhǎng)度，小到一個(gè)圓角的大小，這些都要參考相似零件設(shè)計(jì)，所以畫起圖來也想當(dāng)麻煩，比例注意不到就會(huì)看起來很不協(xié)調(diào)。
在本次設(shè)計(jì)中，除了自身的努力外，首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師吳老師，吳老師是一個(gè)對(duì)待工作極其認(rèn)真的人，每次都是在百忙之中抽出時(shí)間來給我們輔導(dǎo)，其次，我要感謝我們這組的其他同學(xué)，沒有他們的幫助和合作，是不可能完成本次設(shè)計(jì)的，眾所周知，一輛汽車沒有整車的基本設(shè)計(jì)，我們的設(shè)計(jì)則是完全獨(dú)立，根本達(dá)不到要求，所以就需要全組同學(xué)的共同努力，才方有成就。
總的來說，此次設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了很多困難，但從中學(xué)到了很多，不光是純粹的知識(shí)。首先，畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)汽車制動(dòng)系有了更深層次的了解，從原理到實(shí)際的應(yīng)用。其次，提高了對(duì)一些辦公軟件的運(yùn)用水平，例如Word和AutoCAD。最后，也是最重要的一點(diǎn)，讓我意識(shí)到了團(tuán)隊(duì)的力量。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的工作，一個(gè)人可能不也沒有精力去完成。我們小組的成員，每個(gè)人都完成一小部分。但每一小部分都是相互聯(lián)系的，遇到問題就要相互討論，共同去解決。
三個(gè)多月，轉(zhuǎn)眼就結(jié)束了，在設(shè)計(jì)之中，自己受益匪淺，從知識(shí)的學(xué)習(xí)到工作的態(tài)度，都有了一個(gè)全新的改觀，時(shí)刻提醒自己，無論什么時(shí)候，做事要嚴(yán)謹(jǐn)，要有耐心，這對(duì)自己以后的工作有一個(gè)好的鋪墊，為自己以后的工作開了一個(gè)好的領(lǐng)航。
參考資料
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[19]?Li?shunming.The?design?for?the?mechanical?fatigue?and?reliability.beijing?the?scientific?press.2006.9,?pp.78-99.
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，大學(xué)四年的生活也就要結(jié)束了，回想過去的四年，有歡喜也有憂傷，在這四年里結(jié)識(shí)了很多一塊學(xué)習(xí)，一塊玩耍，相親相愛的同學(xué)和在學(xué)習(xí)上無私幫助，兢兢業(yè)業(yè)，不辭辛苦辛勤培養(yǎng)我們，可愛而又可敬的老師。
ZQ1050型商用車制動(dòng)系的設(shè)計(jì)，很有挑戰(zhàn)性。制動(dòng)系是汽車幾大系統(tǒng)中不可缺少的一部分，也關(guān)系到汽車的整體性能。
首先先感謝吳心平導(dǎo)師的指導(dǎo)，因?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)的重要程度，汽車的制動(dòng)系設(shè)計(jì)難度還是相當(dāng)大的，在吳老師的幫助下，我解決了很多有難度的問題，在這半年的時(shí)間內(nèi)，也使我更加深入的學(xué)習(xí)汽車構(gòu)造原理和設(shè)計(jì)校核方法。
其次，感謝大學(xué)四年期間各科老師傳授的知識(shí)，是你們讓我學(xué)會(huì)了知識(shí)，同時(shí)月學(xué)會(huì)了做人，在此，表示感謝！
最后，感謝母校河南工業(yè)大學(xué)對(duì)我的培養(yǎng)，謝謝您為我提供一個(gè)展翅飛翔的平臺(tái)！
畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束意味著大學(xué)生活就要結(jié)束了。雖然通過畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)到了很多，但以后還是要不斷地提高自己的專業(yè)水平和專業(yè)知識(shí)技能，大學(xué)四年，我受益匪淺。
最后向評(píng)閱的老師們表示誠(chéng)摯的感謝，并請(qǐng)各位老師對(duì)此設(shè)計(jì)批評(píng)指正，提出寶貴意見。
附錄：中英文文獻(xiàn)翻譯名稱——使用滑?？刂破髟鰪?qiáng)線控制動(dòng)系統(tǒng)
24
任務(wù)書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題應(yīng)達(dá)到的目的：
汽車制動(dòng)系是在汽車使用中比較容易損壞的一個(gè)系統(tǒng)，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，初步進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，提高制動(dòng)器的工作性能。
具體內(nèi)容：汽車制動(dòng)系結(jié)構(gòu)方案分析，制動(dòng)器類型選擇，制動(dòng)系主要參數(shù)選擇，制動(dòng)系設(shè)計(jì)與計(jì)算，制動(dòng)系主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
本題目著重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)從事實(shí)際工作的實(shí)踐能力。
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
⑴主要設(shè)計(jì)參數(shù)：整備質(zhì)量1800Kg、最大總質(zhì)量4800 Kg、最高車速100 km/h，設(shè)計(jì)時(shí)可參考汽車?yán)碚摻滩模?
⑵結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成外文文獻(xiàn)翻譯；
⑶查閱相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告；
⑷編寫設(shè)計(jì)說明書大綱、工作計(jì)劃；按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算分析、設(shè)計(jì)繪圖；
⑸完成設(shè)計(jì)說明書的撰寫，最后完成畢業(yè)設(shè)計(jì)資料的文檔整理。
3．對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖表、實(shí)物樣品等〕：
[1]外文文獻(xiàn)翻譯1份，譯文字?jǐn)?shù)不少于3000字；
[2]畢業(yè)設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告1份，不少于2000字；
[3]完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1份，字?jǐn)?shù)一萬字左右，嚴(yán)格按照學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)格式要求，用word文檔打印，繪制總和不少于4張零號(hào)圖紙的總體布置圖、裝配圖、零件圖，其中圖形使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件繪制，最終所有正式文檔提交電子版。
4．主要參考資料：
[1] 余志生.汽車?yán)碚?機(jī)械工業(yè)出版社,2006
[2] 王望予．汽車設(shè)計(jì) [M]．第4版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8
[3] 劉惟信．汽車設(shè)計(jì) [M]．第1版．北京：清華大學(xué)出版社，2001.7
[4]陳家瑞．汽車構(gòu)造 （下冊(cè)）[M]．第2版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1
[5]《汽車工程手冊(cè)》編輯委員會(huì)．汽車工程手冊(cè)．設(shè)計(jì)篇[M]．北京：人民交通出版社，2001.6
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2月28日～3月5日
下發(fā)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，布置收集、查詢相關(guān)的資料等
1月16日～3月10日
英文資料翻譯文獻(xiàn)的布置、要求寒假期間完成
3月11日～3月20日
提出畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作及完成要點(diǎn)
3月21日～3月31日
畢業(yè)設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告的布置、完成
4月1日～4月10日
分析、整理數(shù)據(jù)資料，開始畫構(gòu)思草圖
4月11日～4月30日
初步確定結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)行說明書初稿的構(gòu)思
5月1日～5月10日
中期檢查
3月11日～5月10日
確定設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖繪制、完成設(shè)計(jì)說明書初稿
5月11日～5月20日
檢查畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書完成情況，提出補(bǔ)充、修改任務(wù)
5月21日～5月25日
補(bǔ)充、修改工作，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)正式圖紙及文檔正式稿
5月26日～5月31日
對(duì)最終的正式畢業(yè)設(shè)計(jì)資料審核、準(zhǔn)備答辯
6月1日～6月10日
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
所在系（教研室）審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
院（部）學(xué)術(shù)委員會(huì)意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
1
機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯
設(shè)計(jì)題目: ZQ1050型商用車制動(dòng)系設(shè)計(jì)
譯文題目: 利用滑?？刂破髟鰪?qiáng)線控制動(dòng)系統(tǒng)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
專業(yè)班級(jí)：
指導(dǎo)教師：
正文：外文資料譯文 附 件：外文資料原文
指導(dǎo)教師評(píng)語：
簽名： 年 月 日
正文：外文資料譯文
文獻(xiàn)出處：《動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，測(cè)量和控制》期刊 2016年4月，第138期
使用滑?？刂破髟鰪?qiáng)線控制動(dòng)系統(tǒng)
Mostafa R. A. Atia,Salem A. Haggag ,Ahmed M. M. Kamal
(1.AASTMT工學(xué)院機(jī)電一體化,開羅,埃及2.Ain Shams大學(xué)工學(xué)院工學(xué)院工學(xué)院,開羅，埃及 3.AASTMT工學(xué)院機(jī)電一體化,開羅,埃及)
摘要：線控制動(dòng)的重要性(BBW)系統(tǒng)擺脫它取代的事實(shí)所有傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)組件和電子信號(hào)之間的傳感器、控制模塊和電動(dòng)制動(dòng)執(zhí)行器。這種轉(zhuǎn)換已經(jīng)極大地導(dǎo)致了制動(dòng)系統(tǒng)性能的響應(yīng)性,與其他車輛子系統(tǒng)的集成,和不同的適應(yīng)性行為駕駛環(huán)境。本研究的目的是調(diào)查的滑模控制(SMC)策略提出BBW系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),對(duì)BBW系統(tǒng)進(jìn)行建模并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。SMC策略應(yīng)用于模型和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。此外,本研究著重于補(bǔ)償磨損的影響對(duì)制動(dòng)性能墊。實(shí)驗(yàn)研究表明,開發(fā)的系統(tǒng)模型給出了匹配結(jié)果與實(shí)驗(yàn)工作。應(yīng)用SMC模型顯示了良好的性能在打破操作與可接受的錯(cuò)誤。應(yīng)用的SMC試驗(yàn)臺(tái)顯示了良好的性能和可接受的偏差。此外,實(shí)驗(yàn)表明,該控制策略能夠補(bǔ)償制動(dòng)磨損墊,保持跟蹤制動(dòng)命令。
關(guān)鍵詞：線控制動(dòng)；滑?？刂?；建模與仿真
1介紹
在機(jī)械系統(tǒng)中，線控制動(dòng)是一種重要的安全裝置，制動(dòng)器將運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使它的速度減慢。隨著行駛速度的增加以及系統(tǒng)的不斷增加，使得它很難停下來。這是由于產(chǎn)生的熱量和產(chǎn)生慣性力的增加，從而影響到機(jī)械部件。傳統(tǒng)上，使用機(jī)械，氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)的制動(dòng)力[ 1 ]。這些系統(tǒng)包括大量的組件，具有高的慣性。這會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)遲鈍和低可靠性。此外，該系統(tǒng)降低速度值，制動(dòng)命令，停止時(shí)間是由操作員控制。此外，制動(dòng)操作的環(huán)境條件和制動(dòng)墊的變化，如磨損的影響，一些現(xiàn)代制動(dòng)系統(tǒng)被引入來克服這些困難。電動(dòng)摩擦制動(dòng)系統(tǒng)采用電流直接控制制動(dòng)力。它是用在中型拖車[ 2 ]。在汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)防止鎖定車輪幫助司機(jī)保持控制制動(dòng)時(shí)在濕滑的條件[ 3 ]。楔式制動(dòng)器是一種完全控制的機(jī)電制動(dòng)系統(tǒng)。它將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成放大的制動(dòng)力，使用楔機(jī)構(gòu)。在能源消耗、效率、重量、價(jià)格等方面都優(yōu)[4]。磁粉制動(dòng)器采用感應(yīng)磁場(chǎng)將精細(xì)的懸浮鐵氧體顆粒連接到旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)軸。它具有消耗較低的電功率和產(chǎn)生更高的電阻轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有較低的重量。磁流變（磁）液體制動(dòng)由一種流體的剪切力傳遞轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩變化迅速響應(yīng)外部磁場(chǎng)強(qiáng)度[ 5 ]。
在制動(dòng)系統(tǒng)中,快速?gòu)倪\(yùn)營(yíng)商和控制信號(hào)制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是至關(guān)重要的。因此,使用電信號(hào)代替液壓的意思是可取的。因此,X-by-wire的概念是建立在過去的幾年里,許多應(yīng)用程序[6]。在這個(gè)概念下,BBW之一應(yīng)用前景。電線的存在輸入/輸出子系統(tǒng)和控制單元之間的簡(jiǎn)化相比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的控制過程。這使得制動(dòng)系統(tǒng)更安全、響應(yīng)迅速、可靠。此外,它促進(jìn)了不同控制算法的使用實(shí)現(xiàn)高效的制動(dòng)性能不同環(huán)境和操作條件[7]。主要有兩種類型的BBW[8]。第一個(gè)是電動(dòng)液壓制動(dòng),液壓系統(tǒng)產(chǎn)生制動(dòng)力對(duì)感官的反應(yīng)運(yùn)營(yíng)商的信號(hào)。另一種類型是機(jī)電制動(dòng)器(EMB),電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生剎車力。
圖1(a)SMC的開關(guān)函數(shù)和規(guī)則和(b)系統(tǒng)
BBW的最重要的一個(gè)特點(diǎn)是它的使用復(fù)雜的控制器或控制集成的能力在這樣的系統(tǒng)。許多研究人員已經(jīng)測(cè)試了不同自適應(yīng)控制等控制策略[9],人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10],以及滑模[11]。SMC方法是公認(rèn)的作為一種最有效的工具用于設(shè)計(jì)健壯控制器對(duì)于復(fù)雜的高階非線性動(dòng)態(tài)植物操作在不確定性條件下。在過去的二十年里,SMC方法得到了更多的關(guān)注國(guó)際控制社區(qū)[12]。SMC已經(jīng)應(yīng)用檢查各種系統(tǒng)類型包括非線性系統(tǒng)、多輸入多輸出系統(tǒng),離散時(shí)間模型,和隨機(jī)系統(tǒng)。SMC是最杰出的特性是完全不敏感系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部干擾[13]。
SMC利用高速開關(guān)控制律來驅(qū)動(dòng)非線性植物的狀態(tài)軌跡到指定開關(guān)表面(S)通過改變開關(guān)信號(hào)(胡志明市(S)和統(tǒng)一切換收益。此外,切換增益(坐(s))可以多樣根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)之間的距離和滑動(dòng)表面。這種方法叫做quasi-SMC(系統(tǒng))。圖1顯示了SMC的開關(guān)函數(shù)和規(guī)則和系統(tǒng)[14]。
電耦合
直流齒輪傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)
譯碼器
交流電動(dòng)機(jī)
飛輪
剎車圓盤
EMBBw
制動(dòng)器
圖2實(shí)驗(yàn)設(shè)置
2工作目標(biāo)
斷開時(shí)的速度減速控制對(duì)斷時(shí)間和力的影響。破碎操作存在著許多不確定因素，如剎車片磨損，這會(huì)影響制動(dòng)性能。大量的工作可以在文獻(xiàn)處理BBW主題發(fā)現(xiàn)。不同類型的BBW致動(dòng)器進(jìn)行建模、分析和控制，如楔形制動(dòng)器[15– 19 ]。線性和非線性的控制策略，處理的制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)功能本身的復(fù)雜性質(zhì)提出[ 19，22 ]。這些方法保證了制動(dòng)系統(tǒng)的性能，但不幸的是，沒有一個(gè)工作可以解決制動(dòng)系統(tǒng)墊磨損問題，這可能會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)性能下降[ 23 ]。一些工作的磨損估計(jì)可以找到，這提供了在線和離線的方法，在剎車片磨損估計(jì)[ 24，26 ]。然而，尋找一種方法，該控制系統(tǒng)可以處理的非線性磨損問題似乎放棄了文學(xué)。本研究的目的是開發(fā)一種增強(qiáng)的滑動(dòng)模式控制器，用于控制的速度減速和補(bǔ)償墊的磨損的影響。要完成這項(xiàng)任務(wù)，建立一個(gè)模型，打破系統(tǒng)的建立和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然后，一個(gè)SMC模型應(yīng)用于破碎模型和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
3 BBW實(shí)驗(yàn)室設(shè)置
它連接到免費(fèi)的轉(zhuǎn)軸與兩個(gè)飛輪,代表了機(jī)器慣性負(fù)載。機(jī)電BBW軸連接系統(tǒng)(EMBBW)。圖2展示了一個(gè)示意性的EMBBW。它包括從直流電(DC)齒輪減速電機(jī),這是由速度控制的脈沖寬度調(diào)制器的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)螺母機(jī)制,部隊(duì)的墊磁盤產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。一個(gè)精確的和可編程的編碼器微控制器是用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)的速度飛輪軸。圖3顯示了系統(tǒng)框圖。
達(dá)到負(fù)載旋轉(zhuǎn)
剎車圓盤
譯碼器
剎車片
直流齒輪傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)
螺母螺旋機(jī)構(gòu)
圖2 EMBBW系統(tǒng)示意圖
EMBBW制動(dòng)器是控制旋轉(zhuǎn)減速。通過光學(xué)編碼器輸出轉(zhuǎn)速測(cè)量并與所需的速度。之間的誤差預(yù)期的和實(shí)際使用速度控制器,其中包含SMC算法來補(bǔ)償這種誤差和保證一個(gè)可接受的跟蹤系統(tǒng)所需的性能。
4 滑?？刂葡到y(tǒng)建模
圖3顯示，embbw系統(tǒng)由直流電機(jī)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、制動(dòng)盤、旋轉(zhuǎn)慣性負(fù)載的方程，描述了機(jī)械系統(tǒng)，是由作者[ 27 ]發(fā)展。直流電動(dòng)機(jī)的電氣和機(jī)械的方程可以如下所示：
圖3系統(tǒng)框圖
模型模擬使用了MATLAB軟件包。然后使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)置,測(cè)試進(jìn)行了驗(yàn)證的模型步制動(dòng)輸入。仿真和測(cè)試結(jié)果圖4所示。結(jié)果表明,該模型表示真實(shí)系統(tǒng)具有良好的協(xié)議。
時(shí)間
系統(tǒng)速度（RPM）
模擬輸出
實(shí)際輸出
圖4步制動(dòng)的仿真和實(shí)際測(cè)試結(jié)果的輸入
5 SMC
在這一節(jié)中，所提出的滑?？刂破鬟M(jìn)行了解釋，建模和驗(yàn)證?？紤]的系統(tǒng)是一個(gè)很好的例子，變結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以分解為2個(gè)結(jié)構(gòu)。第一可變結(jié)構(gòu)是在制動(dòng)襯墊不在磨損階段的接觸制動(dòng)鼓。二是接觸相，當(dāng)墊接觸鼓，從而導(dǎo)致主動(dòng)制動(dòng)功能。SMC是行之有效的處理這類系統(tǒng)的滑動(dòng)動(dòng)作是在這兩個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[ 12 ]之間的切換發(fā)生。雙控制器設(shè)計(jì)研究。第一個(gè)是QSMC，二是提出了有界的滑模控制器（BSMC）兩邊界：上下。該控制器是用來降低抖振現(xiàn)象的影響，這似乎在原SMC單滑動(dòng)面。圖6顯示了2個(gè)控制器的切換函數(shù)和規(guī)則。QSMC方法[ 12,28 ]彌補(bǔ)制動(dòng)片磨損的非線性性質(zhì)的著名的魯棒性。在這種方式中，所提出的方法確保了一致的制動(dòng)功能，這是一個(gè)重要的縱向車輛制動(dòng)動(dòng)力學(xué)的要求
使用MATLAB / EMBBW系統(tǒng)模擬仿真軟件方案。在圖7中,仿真軟件屏幕顯示的快照仿真框圖。仿真軟件框圖圖7表示滑模算法。因?yàn)樗梢钥吹綄?shí)際的和預(yù)期的速度之間的誤差信號(hào)致動(dòng)器的控制命令切換直流電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償對(duì)于任何非線性導(dǎo)致錯(cuò)誤之間輸入和輸出。仿真結(jié)果的樣本所示圖8所示。在這個(gè)模擬過程中,慣性負(fù)載的起動(dòng)速度1500 rpm,停車時(shí)間是20年代。減速命令是線性的610 rpm的邊界。結(jié)果表明,所需的制動(dòng)時(shí)間達(dá)到可接受的精度?；瑒?dòng)面,代表所需的速度剎車,后面是和速度范圍內(nèi)。
圖6(a)的開關(guān)函數(shù)和規(guī)則BSMC和(b)系統(tǒng)
電涌保護(hù)器的車輛
圖7的仿真軟件的屏幕快照BSMC框圖
6實(shí)驗(yàn)和結(jié)果
已經(jīng)進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證所提出的控制器的有效性。QSMC和所得的策略被應(yīng)用到embbw試驗(yàn)臺(tái)。慣性負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)。停止時(shí)間變化從10到20秒的速度減少命令是線性的邊界為610轉(zhuǎn)和620轉(zhuǎn)。此外，測(cè)試進(jìn)行了新的和磨損墊。圖8顯示一個(gè)測(cè)試結(jié)果的樣本。數(shù)字顯示了所需的速度減少命令，它代表的滑動(dòng)模式表面的上限和下限是SMC的界限。
系統(tǒng)速度
時(shí)間
下限
上限
模擬輸出
期望速度
圖8的模擬結(jié)果EMBBW使用BSMC(制動(dòng)時(shí)間是20s，誤差為610 rpm)的邊界
圖9顯示了應(yīng)用QSMC目標(biāo)停止時(shí)間20秒610轉(zhuǎn)的邊界直線命令的結(jié)果。結(jié)果表明：實(shí)際停車時(shí)間為19.93秒，平均速度跟蹤絕對(duì)誤差為30轉(zhuǎn)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為18轉(zhuǎn)。而運(yùn)用類似的試驗(yàn)條件下所得試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。在本次試驗(yàn)中，實(shí)際停留時(shí)間為19.99秒，平均速度跟蹤絕對(duì)誤差為33轉(zhuǎn)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為25轉(zhuǎn)。在兩種情況下，停止時(shí)間的誤差太小，所需的和實(shí)際速度之間的偏差是大的，在第一個(gè)5秒，隨時(shí)間的推移而減小。平均絕對(duì)誤差及其標(biāo)準(zhǔn)偏差被接受在這種類型的應(yīng)用程序。此外，還有QSMC和BSMC結(jié)果之間無顯著性差異。
圖11和圖12顯示的應(yīng)用與磨損墊embbw所得試驗(yàn)結(jié)果。所需的停止時(shí)間為10秒的線性制動(dòng)命令的邊界為610轉(zhuǎn)和620，分別為在窄邊界的610轉(zhuǎn)的情況下，停止時(shí)間是9.8秒，平均速度跟蹤絕對(duì)誤差是32.6轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為36轉(zhuǎn)。而在寬界限的620轉(zhuǎn)的情況下，停止時(shí)間為10.1秒，平均速度跟蹤絕對(duì)誤差為44轉(zhuǎn)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為34轉(zhuǎn)。眾所周知，墊的磨損可能會(huì)導(dǎo)致在制動(dòng)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題。這種易變性使得車輛駕駛員承擔(dān)全控制車輛縱向動(dòng)力學(xué)更難。因此，安全是一個(gè)重大問題，特別是在現(xiàn)在的情況下避免事故，車輛隊(duì)列，和危險(xiǎn)動(dòng)作。結(jié)果表明，所提出的控制器是成功地能夠?qū)崿F(xiàn)所需的停機(jī)時(shí)間與小錯(cuò)誤。系統(tǒng)速度的平均絕對(duì)誤差較小的情況下，窄的邊界比寬的一個(gè)。而標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)準(zhǔn)偏差沒有顯著差異。此外，在新和舊墊幾乎是類似的案例加以表現(xiàn)。
時(shí)間
系統(tǒng)速度
絕對(duì)錯(cuò)誤
實(shí)際速度
下限
期望速度
上限
圖9應(yīng)用系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果EMBBW(制動(dòng)時(shí)間是20年代610 rpm)的邊界
時(shí)間
系統(tǒng)速度
絕對(duì)錯(cuò)誤
實(shí)際速度
下限
上限
期望速度
圖10測(cè)試結(jié)果應(yīng)用BSMC EMBBW(制動(dòng)時(shí)間是20年代610 rpm)的邊界
實(shí)際輸出
絕對(duì)錯(cuò)誤
下限
上限
期望輸出
圖11測(cè)試結(jié)果應(yīng)用BSMC EMBBW與穿墊(制動(dòng)時(shí)間是10年代610 rpm)的邊界
預(yù)期的和實(shí)際的區(qū)別速度提出了絕對(duì)誤差。結(jié)果總結(jié)如表1所示。
實(shí)驗(yàn)
邊界
(轉(zhuǎn))
想要阻止時(shí)間(年代)
平均絕對(duì)速度誤差(rpm)
錯(cuò)誤的標(biāo)準(zhǔn)
偏差(rpm)
實(shí)際停止
時(shí)間(年代)
QSMC
±20
20
43.2726
37.84
19.93
QSMC
±10
20
30.22
17.99
19.933
BSMC
±20
20
34.675
30.371
19.89
BSMC
±10
20
33.789
25.649
19.992
BSMC
±20
15
48.04
37.555
15.12
BSMC
±10
15
46.059
30.178
14.92
BSMC
±20
10
44.23
34.589
10.139
BSMC
±10
10
32.64
36.76
9.846
表1總結(jié)的結(jié)果
7結(jié)論
在本研究中，機(jī)電BBW系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研究、建模和模擬。的embws模型和仿真實(shí)驗(yàn)的一個(gè)專門開發(fā)的試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明模擬和實(shí)驗(yàn)工作之間可以接受的匹配。兩種滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，擬有界，應(yīng)用于embws。兩控制器進(jìn)行仿真的結(jié)果表明，預(yù)期的和實(shí)際制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)減速度的命令之間的匹配。進(jìn)行了幾個(gè)測(cè)試，以驗(yàn)證模擬工作?？刂撇呗允浅晒Φ?，在實(shí)現(xiàn)所需的停止時(shí)間與高精度和命令的速度減少，可以接受的錯(cuò)誤。此外，使用2個(gè)控制器之間沒有顯著差異。然而，該所得是簡(jiǎn)單的，不需要在控制制動(dòng)器的速度值。此外，試驗(yàn)進(jìn)行了磨損墊和所得控制器。結(jié)果表明，在實(shí)現(xiàn)的實(shí)際和期望的速度減少制動(dòng)命令的停止時(shí)間和可以接受的匹配的高精度。因此，擬議的控制器成功地補(bǔ)償磨損墊的效果。作為一個(gè)最終的結(jié)論，BSMC控制成功地應(yīng)用于embws在新和舊墊的情況下，所需的停止時(shí)間和減速命令達(dá)到可接受的精度。
命名法
a^=螺紋角
Cm=粘性摩擦系數(shù)
Cv=旋轉(zhuǎn)慣性粘性阻尼系數(shù)
Dm=螺紋中徑
Faxial=螺桿軸向力
Im=電機(jī)相電流
Is=螺釘和螺母之間摩擦系數(shù)
Jm=電動(dòng)機(jī)慣性
Jv=旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性矩
K=EMB致動(dòng)器的剛度
Kemf=電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)不變
Ktm=電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)
Lm=感應(yīng)電動(dòng)機(jī)階段
Ps=螺紋螺距
Rm=電動(dòng)機(jī)相抗
Rmp=剎車片的平均半徑轉(zhuǎn)子接觸摩擦區(qū)域
Tb=旋轉(zhuǎn)磁盤制動(dòng)轉(zhuǎn)矩
Tg=電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩
Vm=電機(jī)電壓
θg=輸出角位置的電動(dòng)機(jī)
Θv=旋轉(zhuǎn)慣性角位移
Θm=電機(jī)角速度
Θm=運(yùn)動(dòng)角加速度
Μp=剎車片轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)
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附件：外文資料原文
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