东风风神A60汽车电子驻车制动系统作动器设计

武汉理工大学学士学位论文- 1 -本科生毕业设计（论文）学 生 姓 名： 导 师 姓 名 、 职 称 ： 所 属 学 院： 专 业 班 级： 设计（论文）题目：东风乘用车 A60 汽车电子驻车制动系统设计（作动器）年 月 日武汉理工大学学士学位论文- 2 -摘 要汽车的驻车制动系统早已有之，俗名手刹。这部分装置的作用是汽车在路面或者是坡道上面停驻时，手刹通过制动器锁住轮胎避免汽车滑车而出现事故。另一方面，汽车在运动的过程中需要紧急制动时可以用手刹配合行车制动器一同作用，以便于达到最好的制动效用。在汽车的设计中，为保证汽车制动系统的万无一失，行车制动系统跟驻车制动系统为相互独立的两个装置。以便于在一套制动系统发生问题时另一制动系统依旧可以有可观的制动能力。在当前，绝大多数汽车采用机传统方式驻车制动系统，它由驾驶员来操纵制动踏板实现停车的功能。现代汽车的发展变得更加智能化和电子化，汽车电子技术在汽车上更多的的得到了相关应用并且越来越成熟，汽车电子驻车制动系统也已经被成功开发并得到了初步的推广，它是采用先进的机电一体化相关事物来代替了传统的手刹，根据控制论方面的应用来轻松应对国内各种各样的路况和车况，具有更高的智能性。关键词：电子驻车，行星轮设计，汽车电子控制，智能化AbstractCar parking brake system has a long history, known as the hand brake. The role of this part of the device is a car on the road or ramp is docked above, handbrake by avoiding automobile brake locked tire block and an accident. On the other hand, when the car in the process of movement are in need of urgent brake can brake function together with the hand brake with drive, in order to achieve the best braking effect. In the process of vehicle design, in order to guarantee the reliability of the automobile brake system and parking brake system and the vehicle braking system for independent work devices, thus in a brake system failure is another braking system can still be effective braking effect. At present, the general vehicle which widely used in mechanical driving mode of human mechanical parking brake system, it through the drivers foot control function of parking. With the development of cars is more inclined to Electronic, information and intelligent, automobile Electronic technology and control technology is applied continuously in the car and mature, automobile Electronic Parking brake system (Electronic Parking system) the EPB have successfully developed and obtained the preliminary application. It adopts advanced mechanical and electrical integration of automatic control system to replace the 武汉理工大学学士学位论文- 3 -human mechanical parking brake system, which can be according to the optimal control strategy of intelligent relaxed in the face of various complex conditions, has higher security and comfort.Keywords：Electronic parking,The planets wheel design,Automotive electronic control , Intelligent武汉理工大学学士学位论文- 4 -目 录摘 要 .2Abstract .2第一章 绪论 .61.1 引言 .61.2 电子驻车制动技术国内外研究综述 .61.3 研究的背景及其意义 .71.4 研究的主要内容及最后成果 .8第二章 传统驻车系统与电子驻车制动系统的相关比较 .82.1 驻车制动系统的国家标准 .82.2 传统驻车制动系统简析 .82.2.1 传统驻车制动系统的构造及工作原理 .92.2.2 传统驻车制动系统的优缺点简析 .102.3 电子驻车制动系统简析 .112.3.1 电子驻车制动技术概述以及工作原理 .112.3.2 电子驻车制动系统的优缺点简析 .112.4 两种驻车制动比较结论及小结 .12第三章 电子驻车制动系统的总体方案设计 .123.1 电子驻车系统的设计标准 .123.2 电子驻车制动系统的总体方案布置 .133.3 电子驻车制动系统的可行性分析 .143.4 电子驻车制动系统的硬件设计选择 .143.3 本章小结 .15第四章 电子驻车制动系统的制动执行器设计 .154.1 电机功率的设计选择 .164.2 同步带的设计选择 .164.3 行星齿轮机构的的设计选择以及参数 .174.4 运动转换装置的的选择以及参数 .174.5 轴承以及执行器机构材料的选用 .184.6 本章小结 .18第五章 减速装置的设计 .19武汉理工大学学士学位论文- 5 -5.1 减速装置的方案选择以及设计 .195.2 NN 型行星齿轮传动机构的传动原理 .185.3 NN 型行星齿轮机构的齿数计算 .205.4 高速级的设计计算 .205.5 低速级的设计计算 .225.6 本章小结 .23第六章 全文总结与展望 .23致谢 .25参考文献 .26武汉理工大学学士学位论文- 6 -第一章 绪论1.1 引言随着现代科技的日新月异的发展和更加的走向完备，越来越多的汽车零部件从老式的机械或者是人力控制慢慢转变为电子信息一体化和智能化，汽车制动系统的智能优化是汽车专家们认定的未来汽车发展方向之一。电子驻车制动系统（Electronic Parking system）即 EPB 是制动系统更新换代的一大技术亮点。EPB 是指将行车制动的临时性和驻车制动的持续性结合起来，并且由电脑精确计算车辆驻车的环境和车况选择好制动力的大小和每个车轮驻车制动力的具体分配。本文主要介绍了 EPB 在以前 8 到 10 年的发展以及相关产品的应用情况，同时根据国标文件，对电子驻车制动系统的执行器进行了一个初步的分析计算。1.2 电子驻车制动技术国内外研究现状简述时下，全球的几大汽车设计厂家和制造厂家正在电子驻车制动系统的开发中投入了大量的资金和专业人员。由美国的著名企业-天合汽车集团(TRW)首创的将后制动钳结合与一体的电子驻车制动系统最早于 2001 年问世，该装备是被安装在菲亚特 Lancia 车上，该高端科技 EPB 也是在 2007 年进入中国，并且开始了生产。在当今世界，欧美地区的的较多旗舰车型差不多均安装了该公司生产的 EPB。装备了 EPB 的汽车，在操纵和驾驶上更方便和智能，也大大的增加了安全系数。EPB 用一键操作系统替换掉了原始的手拉杆，由电脑控制执行机构进行制动，所以才总能施加比较恰当的驻车刹车力，这样不仅是操作更加舒适，同时它还可以使中控台的外观看起来更加的时尚大气充满科技元素。图 1-1 即为宝马 523Li 的 EPB 一键驻车制动按钮。纵观全世界，TRW 无可争议的是电子驻车制动系统领域的领军人物，该公司仍然在研发 EPB 系统上面投入了大量的精力，该企业最新研发的新型集成化电子驻车制动系统 EPBi 是原始 EPB 的旗舰版，它通过与电子与控制论系统的一武汉理工大学学士学位论文- 7 -个整合，这样就让新的 EPBi 就不再需求于相对独立的电子控制单元(ECU)，从而将非必要的一些细小的电子元件和相关软件整合到车辆原来就有的 ECU 中，这样就使整个系统的整体网络又省去掉了一个不需要的控制单元。开发的这项新技术让更加高级的系统集成变为现实。同时博世公司也自主研发了的一款自动驻车系统 APB-M，该系统采用了电动驻车系统跟后轮制动卡钳相结合的制动形式，并配合了一部分的电子稳定性控制 ESP，此系统不仅实现了安全和舒适的这个目标，同时还具备了监控制动盘、摩擦片的磨损程度的功能。当车辆在坡道上驻车时，系统可以判定坡上驻车，此时若驾驶员放开制动踏板后仍能保持制动踏板上的力不会消失。在车辆起步的同时制动力便消失了，这个设计很大程度上方便了车辆的坡上停车与起步。当发动机处于未启动状态或驾驶员打开车门离开汽车时，自动驻车功能将对汽车施加一个非常有持续性的驻车制动力。与此同时，在驾驶员再次启动车辆的时候，驾驶员不必亲自动手来让驻车制动器停止工作，系统会直接根据坡道角度和发动机转速及离合器的结合情况，让驻车制动器在特定条件下卸下制动力，让汽车安全启动。1.3 研究的背景及其意义在上世纪中叶以前，汽车基本上只具备了汽车的一些基本功能，即在当时仅仅是作为一种快速而又高效率新兴的交通工具。在那种背景下人们追求的是汽车的动力性，百公里加速和最高速度，较好的行车通过性和较高的性价比等。上世纪中叶以后，汽车的动力性已经发展了一个很大的层次，这时候汽车变为一种文化，人们对汽车的要求逐渐增加，比如操作稳定性、舒适性和平顺性。在这个时候，自动档的汽车就被研发出来，悬架技术和减震技术也慢慢的走进人们的视野。而在上世纪 80 年代以后盲目依靠机械来提高汽车的各项性能的成本实在是太高。此时恰好是电子产品迅猛发展的时期，同时电子产品也不断降价，所以汽车上就增加了大量的电子技术设备，汽车性能的提升有一部分是取决于电子行业的发展水平了。随着电子科技的不断完善，是的电子产品在汽车上的应用范围越来越广，汽车的各项性能也不断的升高电子技术的迅速发展带动了这个汽车工业的蓬勃生机。在当今世界的格局下，电子和其他相关产业的迅猛发展给汽车注入了新的活力，汽车电子让且车不再是一个单纯的运动机械，反而从某种程度上来说，它是一个多元化时代的产物，几乎是集中所有的产业在一起，各行业的发展让汽车变得更加的完美，让汽车行业更有影响力。电子产品的假如，让智能化离我们更近一步。汽车的制动系统是汽车行驶安全的保障，从汽车元年到如今的高度发达，汽车的制动系统就一直是人们开车的命门所在，而一辆汽车的制动能力的大小是直接跟汽车驾驶员、汽车上的乘客甚至是路边行人的生命挂钩的。近年来，汽车技术不断发展，汽车最高速度也在一次又一次的提高，在高速情况下汽车的制动性能就越发凸显其重要性了。基于此原因，众多专家和汽车工程师也在不停的致力于制造先进而可靠的汽车制动技术。皇天不负有心人，在制动系统技术的研究方面，很多产品都应运而生，如 ABS 、 ESP, TCS 和 ACC 等技术和产品的出现极大的增强了制功系统的科技含量和可靠性能。而在电子技术水平和控制技术水平相对到达高水准的今天，很多传统机械式的装置逐渐转变为由新科技新创意催生出来的电子式控制，比如汽车上传统手刹等部件正逐步被电武汉理工大学学士学位论文- 8 -子化智能化。本文研究的 EPB 是制动技术更新换代的又一巨作。这种傻瓜式制动的装 EPB，是为提高车辆驻车的方便性以及行车过程中的安全性而设计的，与已经使用几十年的传统手动驻车制动（拉索式制动）的这一纯机械模式相比，EPB 用电子的线束取代了手刹机构中的拉索和传动机构，这样就使得驾驶员不必去估算手拉杆的行程和使用较大的力气去驻车制动，确是用一个电子按钮进行傻瓜式的控制，ECU 则会在取得车辆的驻车环境和车辆本身的运行状况的相关参数去控制和合理的分配驻车制动力的大小。另一方面，EPB 还可以辅助驾驶员完成坡道起步、一键驻车和卸下制动力以及在紧急情况下产生紧急制动。从技术层面上来说，EPB 比传统的手动驻车制动模式进步了很大一步，因为它不仅仅节省了驾驶室空间更关键的是它让汽车的制动变得更加的智能和舒适方便，并且还可以极大的去加强汽车的安全性能。故而 EPB 采用的一键控制操作的方式来进行或者释放驻车制动力，这种智能与科技是汽车制动系统未来的发展趋势。1.4 研究的主要内容以及最后的成果本文在涉猎了大部分的文献以及在网络上查询了大量跟 EPB 相关或者类似的资料以后，包括对其实物图的简略研究，对驻车制动系统的相关标准进行了查询和记录。同时对 EPB 执行器进行了简略的设计分析研究，由于本科阶段的学识有限，所做的只是一点皮毛-设计并且分析 EPB 的执行机构。其主要内容包括：电子驻车制动系统的总体方案设计，电子驻车制动系统的硬件设计，电子驻车制动系统的执行器设计（包括电机的选择，同步带的设计选择，行星轮的参数设计，运动转换装置的设计，轴承执行器的材料以及参数，减速增扭装置的设计） 。由于实在是本科水平有限，最后的成果是一个电子驻车制动系统的执行器而并不是全部，并且其中有相当一部分是直接性的选取而非自己的独立设计，在此表示抱歉。预期成果为能力范围内的执行器组装件。第二章 传统驻车制动系统与电子驻车制动系统的相关比较2.1 驻车制动系统的国家标准我国在 GB7258. 2004机动车运行安全条件和 GB1276. 1999汽车制动系统结构、性能和试验方法中，对国内汽车的驻车制动系统和行车制动系统的结构和性能都做出了相当严格的规定。（1） 对于一般车辆其满载时，驻车制动系统应保证其能在 18%的坡道上可靠驻车;对于牵引车，驻车坡道的最低限值为 12%;(2)对于驻车制动系统的控制装置，其应为独立于行车制动系统的机构;(3)对于驻车制动系统，因为传统的纯机械方式比较稳定和可靠不会出现故障，同时使用年限较长。另一方面，该规定还对于驾驶员所具备的力量也有相对性的要求，对于乘用车，考虑到有些为女性驾驶员，故驾驶员可以产生的操纵力小于或等于 400N，对于其他类型的机动车辆，操纵力则小于 600N，这便是一个操纵舒适性的要求了。而如果是汽车列车和轮式拖拉机，在挂车与牵引车断开的运行工况下，此时要求挂车在 3000kg 以下的装载量时，仍然有十分可靠的驻车制动。武汉理工大学学士学位论文- 9 -此部分至规定了机械式驻车制动系统的要求，而电子驻车制动系统则是完全的高于此标准。在拥堵街道行车过程中，经常会出现短暂的滞留或者中途停车，EPB 的设计应该不仅仅完全符合国标，早行车过程中更应该高于国标。2.2 传统驻车制动系统原理简析传统的驻车制动器分都是机械式的操作，利用力量以及驾驶员的技巧来驻车以及启动。接下来就是一个关于 EPB 简单的介绍。2.2.1 传统驻车制动系统的构造及工作原理驻车制动装置是当汽车在各种不同的路况上停驻时，为避免汽车向后或向前滑行，另一方面，汽车在坡道上停车起步，可以用来防止车辆因惯性往下退。驻车制动装置跟行车制动系统不一样，它们之间几乎是相对完全独立的，驻车制动装置一般都是用手拉杆，故其俗名叫手刹。一般小汽车和微型车以及轻卡采用手操纵手拉杆制动，而重卡等大型车都是用脚踩制动踏板来驻车制动的。一般来讲，驻车制动装置分为两部分，驻车驱动机构和驻车制动器。驻车驱动机构要求有较高的卡考行，