武文娟

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188）

汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

武文娟

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188）

汽車制動(dòng)控制的穩(wěn)定性與安全性是汽車設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性直接決定了汽車設(shè)計(jì)方案的可行性論證結(jié)果。啟程電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)形式，該系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)前汽車行業(yè)工作者關(guān)注的重點(diǎn)。本文對(duì)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，闡述了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，旨在提供一定的參考與借鑒。

汽車；電子機(jī)械；制動(dòng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1 汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析

1.1 汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成

汽車電子機(jī)械制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，由各分部設(shè)備共同協(xié)作執(zhí)行完成，典型的汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行器主要包括電機(jī)、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)鉗體等。汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成見圖1。

圖1 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的原理

在該系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)在減速器的作用下實(shí)現(xiàn)扭矩增大輸出，通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置完成旋轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)間的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)塊、制動(dòng)盤提供減速制動(dòng)作用，整套制動(dòng)操作由汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)控制器完成。

1.2 汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件分析

（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分析。汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要起到力矩輸出作用，電機(jī)位置、速度、轉(zhuǎn)矩等要素對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用有著直接的影響。在當(dāng)前的汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常為無(wú)刷直流電機(jī)，此類型電機(jī)摒棄了傳統(tǒng)電機(jī)中的了電刷和換向器結(jié)構(gòu)，運(yùn)行過(guò)程中不易形成火花和磨損，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與使用壽命，驅(qū)動(dòng)過(guò)程噪聲低且易于維護(hù)，在直線轉(zhuǎn)矩速度方面與普通電機(jī)相當(dāng)。

（2）運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的分析。電子汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置通常為滾珠絲杠副，這種構(gòu)件通過(guò)絲杠與螺母旋合螺旋槽間的滾珠體實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換傳動(dòng)，滾珠在閉合回路中運(yùn)行，整體穩(wěn)定性較高。滾珠絲杠副的整體傳動(dòng)性能較為理想，具有突出的同步性與運(yùn)行精度，整體耐磨損、高剛性，具有良好的運(yùn)行可靠性。汽車電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)中需要配置相應(yīng)的自鎖裝置，但此部分結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且不需要太高水平的制動(dòng)力，所以可以使用滑動(dòng)絲杠副作為運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。

（3）減速裝置的分析。在當(dāng)前的汽車工程領(lǐng)域中，減速裝置通常使用行星齒輪作為減速元件，行星齒輪在同等質(zhì)量水平下的體積更小，能夠?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)提供更大的減速傳動(dòng)比，運(yùn)行效率較高，減速過(guò)程平穩(wěn)。

（4）制動(dòng)器的分析。制動(dòng)器主要包括摩擦式、電磁式和液力式等類型。其中，電磁式制動(dòng)器制動(dòng)作用滯后性小，動(dòng)作可靠，但造價(jià)成本較高，通常應(yīng)用于重型汽車，而液力式制動(dòng)器則通常作為緩速器，目前汽車工程領(lǐng)域中應(yīng)用的主要是摩擦式制動(dòng)器。

2 汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 滾珠絲桿優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷確定。制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副承受的應(yīng)力載荷主要為內(nèi)制動(dòng)塊的制動(dòng)作用，此環(huán)節(jié)中存在一定的振動(dòng)和沖擊作用，因此需要按照系統(tǒng)動(dòng)載荷工況計(jì)算額定應(yīng)力水平，以此為基礎(chǔ)選擇滾珠絲杠副。

（2）驅(qū)動(dòng)力矩及效率計(jì)算。在確定滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷水平后，可選擇適用的相應(yīng)構(gòu)件型號(hào)，從而確定制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體幾何參數(shù)，并計(jì)算驅(qū)動(dòng)力矩及效率。驅(qū)動(dòng)力矩及效率的計(jì)算中應(yīng)充分引入滾珠絲杠的預(yù)緊條件，分別針對(duì)有預(yù)緊和無(wú)預(yù)緊兩種方式展開計(jì)算，選擇效率較高的作為設(shè)計(jì)方案。

2.2 減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）行星齒輪傳動(dòng)的配齒。減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配齒輪齒數(shù)，同時(shí)應(yīng)保證配齒滿足鄰接條件、安裝條件等，具體要求為：中心輪與行星輪所有嚙合齒輪副的實(shí)際中心距需相等，相鄰行星輪頂圓半徑的和小于中心距。

（2）確定齒輪主要參數(shù)（表1）。

表1

（3）減速器參數(shù)確定（表2）。

表2

2.3 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇

電機(jī)本體和驅(qū)動(dòng)器是汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的主要組成部分，在直流電動(dòng)機(jī)的選擇過(guò)程中，應(yīng)確保設(shè)備具有理想的運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)具備較大的輸出扭矩與耦合剛度，能夠在制動(dòng)工作條件下響應(yīng)迅速，便于調(diào)速。

另外，汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)隨車顛簸振動(dòng)情況較多，應(yīng)保證設(shè)備具有理想的耐磨性、扛干擾性以及便于維護(hù)等。

2.4 滑動(dòng)絲杠優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）耐磨性設(shè)計(jì)?；瑒?dòng)絲桿耐磨性優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要參數(shù)為：螺桿中徑、螺母高度、旋合圈數(shù)、牙型高度以及工作壓強(qiáng)等。具體設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下：螺桿中徑螺母高度H=Ψd2；旋合圈牙型高度H=0.5P ；工作壓強(qiáng)1其中，F(xiàn)為軸向載荷，pP為許用比壓，Ψ按螺母形式選定，P為螺距。

（2）螺桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)。螺桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要參數(shù)為合成應(yīng)力，具體計(jì)算公式為：合成應(yīng)力其中1T為轉(zhuǎn)矩，pσ為螺桿材料許用應(yīng)力。

（3）螺牙強(qiáng)度設(shè)計(jì)。螺牙強(qiáng)度設(shè)計(jì)則包括螺桿強(qiáng)度與螺母強(qiáng)度兩部分，具體設(shè)計(jì)計(jì)算公式為：螺桿強(qiáng)度：剪切強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度螺母強(qiáng)度：剪切強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度。其中，P為螺距，Pτ為材料許用切應(yīng)力，為材料彎曲切應(yīng)力，d、 d2、d1為螺桿大、中、小直徑。

（4）綜合設(shè)計(jì)。綜合設(shè)計(jì)主要參數(shù)為自鎖導(dǎo)程角、驅(qū)動(dòng)力矩以及系統(tǒng)效率，具體設(shè)計(jì)計(jì)算公式為：自鎖導(dǎo)程角其中，vρ為當(dāng)量摩擦角，S為螺紋導(dǎo)程。驅(qū)動(dòng)力矩321TTTTq++=，其中，T1、T2、T3按螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母作直線運(yùn)動(dòng)的情況計(jì)算。系統(tǒng)效率。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一項(xiàng)科學(xué)而系統(tǒng)的工作，其核心環(huán)節(jié)包括滾珠絲桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)、滾珠絲桿優(yōu)化設(shè)計(jì)、直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇以及滑動(dòng)絲杠優(yōu)化設(shè)計(jì)等部分，應(yīng)準(zhǔn)確把握這些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過(guò)實(shí)踐充分積累優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，全面提升汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

[1]劉貴如，王陸林，張世兵，高國(guó)興.電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013,01:23～26.

[2]鹿革，李東興.汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息，2016,15:32.

[3]張雄德.電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014,18:82.

U463.5

A

1671-0711（2016）12（下）-0043-02

南京交院院級(jí)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)JY1502。