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汽車(chē)電子機械制動(dòng)器的效能分析論文
汽車(chē)制動(dòng)性能是汽車(chē)主動(dòng)安全性的重要部分，因而汽車(chē)制動(dòng)系統的性能提高一直為人們重視.隨著(zhù)人們對制動(dòng)性能要求的提高，如防抱死制動(dòng)系統、驅動(dòng)防滑控制系統等功能逐漸融入現有的制動(dòng)系統中，而這些系統加入到傳統的液壓制動(dòng)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(kāi)發(fā)一種結構簡(jiǎn)潔、功能全面可靠的新型制動(dòng)系統就成為了人們的期待，電子機械制動(dòng)器正適應了這種需求，成為車(chē)輛制動(dòng)技術(shù)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(chē)零部件廠(chǎng)商和汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)始進(jìn)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(jìn)行了多次試驗和改進(jìn).
ContinentalTeves公司與德國DarmstadtUni^ersityofTechnology合作研究了EMB制動(dòng)器模型及其控制系統模型，進(jìn)行了系統仿真和裝車(chē)試驗，開(kāi)始逐步運用到汽車(chē)上11-31.在國內，清華大學(xué)、南京航天航空大學(xué)、同濟大學(xué)和江蘇大學(xué)等高校正在進(jìn)行EMB系統關(guān)鍵技術(shù)的研究工作.
作者建立了電子機械制動(dòng)器的數學(xué)模型，并且運用MATLAB/SMULNK仿真軟件對EMB和HB的制動(dòng)性能進(jìn)行仿真對比.
1.汽車(chē)制動(dòng)力學(xué)模型
汽車(chē)制動(dòng)時(shí)受力分析圖1是汽車(chē)在水平路面上行駛時(shí)的制動(dòng)受力模型，模型忽略了汽車(chē)的滾動(dòng)阻力偶矩、空氣阻力以及旋轉質(zhì)量減速時(shí)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(chē)輛直線(xiàn)行駛.圖中參數說(shuō)明：W為汽車(chē)的重力；；zl，FZ2分別為汽車(chē)前、后輪的法向力;;xbl，Fxb2分別為前、后輪的地面制動(dòng)力；為汽車(chē)的加速阻力；;為汽車(chē)質(zhì)心高度；;b分別為汽車(chē)質(zhì)心至前、后軸的距離；/為軸距.
1.2輪胎模型
在制動(dòng)過(guò)程中路面制動(dòng)力仏與輪胎特性有關(guān).這里主要分析EMB制動(dòng)器的制動(dòng)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(dòng)半徑；Tb為制動(dòng)器制動(dòng)力矩；;為輪胎滾動(dòng)角速度；/為輪胎轉動(dòng)慣量；？為地面的附著(zhù)系數為輪胎的法向力.
1.3路面附著(zhù)系數的確定
式（1)中的？是一個(gè)未知參數，它主要是由車(chē)速和滑移率來(lái)決定.根據試驗結果統計，可以運用下面公式來(lái)計算的值：
行星齒輪減速機構模型式中<為最大附著(zhù)系數；1，n為函數的形狀系數；S為車(chē)輪滑移率；v為車(chē)速;Q為調整函數;它與滑移率有關(guān)，可表示為
只要通過(guò)試驗確定出地面參數辦m，K1，[2和%，就能根據車(chē)輪滑移率和車(chē)速得到9的值.
1.4EMB制動(dòng)器模型
EMB制動(dòng)器主要包括電源、電動(dòng)機、減速增矩機構、滾珠絲桿機構以及間隙自動(dòng)調整機構等.電源釆用12V電壓的蓄電池;而電動(dòng)機主要通過(guò)減速增矩機構等向制動(dòng)塊提供制動(dòng)力矩，因而電動(dòng)機的選擇對制動(dòng)力矩有很大影響.
1.4.1電機模型
直流電動(dòng)機的數學(xué)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(chǎn)生的電磁轉距;；為整個(gè)制動(dòng)器轉動(dòng)慣量;Cm為轉距系數.電機輸出轉矩仿真模型見(jiàn)圖3。
1.4.2行星齒輪機構主要用來(lái)降低轉速，增加傳遞的扭矩，以適合制動(dòng)工況的需要.其輸入、輸出扭矩關(guān)系式為
式中TX為行星架輸出扭矩;TA為太陽(yáng)輪輸入扭矩，即Ta=M(t)ix為傳動(dòng)比；1為行星齒輪的傳動(dòng)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(dòng)方向，即把行星齒輪的轉動(dòng)輸入，變換成絲桿平動(dòng)，并傳遞力到動(dòng)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(dòng)力矩；TL為滾珠絲桿的預緊力矩；Tf為滾珠絲桿副傳動(dòng)的摩擦力矩.其中驅動(dòng)力矩T�？梢员硎緸門(mén)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(dòng)效率I來(lái)表示系統的阻力矩和摩擦力矩得
1.4.4制動(dòng)裝置模型
制動(dòng)蹄塊與制動(dòng)盤(pán)之間摩擦的傳遞函數為
其中K是作用在前后軸上動(dòng)載荷.
1.5汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型
根據圖1所示的汽車(chē)制動(dòng)時(shí)受力分析，運用牛頓第二定律得到整車(chē)數學(xué)模型為
分別對汽車(chē)前、后輪接地點(diǎn)取矩，得平衡方程
而汽車(chē)前、后輪路面制動(dòng)力表示為
其中％，9分別為前、后輪路面附著(zhù)系數.把式（11)，(12)代入式(13)中，得到汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程的減速度
2.汽車(chē)制動(dòng)性能的仿真
2.1電子機械制動(dòng)系統的仿真模型
運用MATLAB/SMULNK仿真軟件對EMB的制動(dòng)性能仿真，并與傳統液壓制動(dòng)系統制動(dòng)性能進(jìn)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(chē)參數:汽車(chē)質(zhì)量m為1560kg軸距l為2656mma為1454mm，b為1202mm，質(zhì)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(dòng)器時(shí)的汽車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行仿真.
圖5圖6是汽車(chē)前輪的轉速和滑移率的變化曲線(xiàn);圖7?9分別是制動(dòng)過(guò)程中速度、加速度以及制動(dòng)距離隨時(shí)間的變化曲線(xiàn).
比較圖5?9在汽車(chē)從80km/h的速度開(kāi)始制動(dòng)時(shí)，EMB在032s就實(shí)現抱死了，而HB要近09s的時(shí)間，特別是到達最大制動(dòng)力時(shí)間，EMB只要005s這遠遠小于HB所需的時(shí)間.因此，可以看出EMB比HB的制動(dòng)響應速度要快得多;其次在制動(dòng)距離上EMB比HB減少了近5m，從而增加了汽車(chē)行駛的安全性.
3.結論
為了比較EMB和HB的制動(dòng)效能，作者建立了電子機械制動(dòng)器的數學(xué)模型和在水平路面上汽車(chē)制動(dòng)時(shí)整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，并且運用MATIAB/SMULNK仿真軟件對EMB和HB的制動(dòng)性能進(jìn)行仿真對比.結果表明EMB制動(dòng)系統縮短了制動(dòng)反應時(shí)間，減少了汽車(chē)制動(dòng)距離，提高了制動(dòng)性能，能夠適應汽車(chē)制動(dòng)技術(shù)發(fā)展趨勢和要求.
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