汽车坡道辅助驻车系统

摘 要随着城市车流密度的增大，人们对汽车安全性的要求也日益提高。传统的汽车制动系统在不断发展和完善，但仍存在制动性能低、反应速度慢、制动管路布置复杂、制动液污染环境等不足。随着电子技术和控制技术的发展，车辆制动系统正朝着电子制动方向发展。本文设计目的：驻车制动装置是使汽车在路面(包括斜坡)上停驻时，为防止车辆滑行，以及汽车在坡道上起步时，用以防止车辆后退的装置，而且在行车过程中遇到紧急情况时，可与行车制动系统同时使用，使汽车紧急制动。驻车制动装置有别于行车制动装置，它们各自有相互独立的操纵装置。意义：现在大多数汽车所使用的驻车制动系统属于人力机械式，其传动装置为机械式传动方式，使用杆系或者拉索的结构类型来完成制动功能；本课题所要设计的是电动的驻车辅助系统，它可使汽车的驻车操纵更舒适、更人性化。电子驻车制动系统是由电子按钮手动操作，由电子控制单元控制制动电机，实现汽车驻留原地不动的装置。当车速小于一定值或车速为零时才能实施。电子驻车制动系统具有反应速度快，制动性能高，易于安装，清洁等特点，还能集成其他的辅助驾驶功能，如坡道起步辅助控制（HSA: Hill StartingAid） 。本文对坡道起步辅助控制进行了探索。坡道起步辅助控制是当停在上坡的汽车起车时，抬起驻车制动按钮，电子控制单元根据油门、离合器、发动机转速等信号控制执行机构在合适的时机解除驻车制动，辅助起步，防止车辆后溜和发动机熄火等事故，极大减少了驾驶员的操作难度。此外，电子驻车制动系统还提高了驾驶与操纵的舒适性与方便性。由于车厢内取消了手刹杆，停车制动由一个触手可及的电子按钮进行，驾驶员不必费力拉手刹杆，简单省力。本文着重讨论了电子驻车制动系统的硬件组成结构设计。本文设计了一个完整的电子驻车制动系统的硬件结构，并对坡道起步辅助控制进行了研究。电子驻车制动系统制动性能高，重量轻，利于环保，是驻车制动的发展方向。关键词：坡道起步控制；汽车电子控制，电动机上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计3AbstractWith the growth of traffic density, the requirements of safety are increasing. Although traditional braking systems in vehicles are good, there are also disadvantages such as low braking performance, slow reaction, complicated pipes, pollutant brake fluids and so on. With the development of electronic and control technology, Brake-by-Wire system is around the corner.Aim: The parking brake device is a device which to prevent cars vehicle slide when to stop (including slope), and in case Vehicle back when the car start on the ramp, whats more it also can be used with the crane brake system at the same time and that car emergency braking when in an emergency vehicle process. The parking brake device is different from driving brake, they have their own independent control devices.Significance: Nowadays most cars by use of the parking breake systems to human mechanical, that transmission device is mechanical transmission, and using stem department or the lasso structure types to complete braking functions; so we need design a electric auxiliary system in the parking brake device, it can make cars more comfortable and humanized.Electronic Parking Brake works when vehicle speed is almost zero. EPB reacts quickly, has high braking performance, is easy to install and clean. It can also integrate other driver assistance function, like Hill Staring Aid which is discussed in the paper. When a vehicle on an upgrade starts, HSA can help. If the driver pulls the button, ECU controls the actuator to release the brake in a timely and appropriate manner according to accelerator pedal, clutch and engine speed etc. It makes uphill start easier and prevents backward motion and the stalling, reduces the difficulty of operation. Furthermore, an essential advantage of the EPB is the freedom in design, installation location and functionality of the control element. The electrical actuation allows the use of small forces, which is a special valuable feature for physically weak and disable people. It is mainly discussed hardware design of EPB in the paper.An EPB system based on computer is designed in hardware and software in the paper. The basic function is realized, and an integrated HAS is discussed. EPB is the direction of development in parking brake. It has high braking performance, light weight, and it is better for environment. Keywords: Hill Starting Aid Control； Automotive Electronics Control；motor上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计5汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计第一章 绪 论1.1 课题产生的背景、研究意义随着在我国社会经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，汽车作为生活消费品已经开始进入家庭，汽车的社会拥有量将会有很大的增长。在汽车半坡起步时如果操作不当，就很容易造成汽车熄火溜车，有可能导致与后面的车辆发生碰撞事故。设想一套手动档机动车坡道起步辅助系统可以实现手动档机动车在半坡起步过程能实现一定的自动化，而且操作比较简单，可以解决手动档机动车半坡起步时的溜车现象，有效防止了溜车产生的隐患，且对平地行驶、操作无任何影响。尤其是在山地较多的地方，此起步辅助系统可大大减缓驾驶员对半坡起步的恐惧感，并可延长离合器摩擦片的使用寿命而且能够节约燃油。在日常驾驶过程中，驾驶员有时需要在立交桥或者斜坡上发动汽车。汽车从驻车状态转入行驶状态，称之为半坡起步。手动档机动车在坡道向上起步时，需要将离合器踏板踩至离合器行程的中间某个位置（俗称半联动状态） ，半联动状态需要根据汽车的承载载荷及斜坡的坡度大小来调整控制，也就是说，使离合器踏板处于中间什么位置是需要根据具体情况来调整的。对于熟练的手动档机动车驾驶员来说，他们根据经验可以较好地控制半联动状态，使机动车在斜坡上平稳起步。但对于不熟练的手动档驾驶员来说，半坡起步则是一项较难掌握的操作技术，而且机动车处于半联动状态时，会加剧燃油的无功消耗和摩擦衬片的损耗。如果半联动技术掌握的不好，在汽车半坡起步时就很容易造成汽车熄火溜车，有可能导致与后面的车辆发生碰撞事故。本课题的研究的目的：驻车制动装置是使汽车在路面(包括斜坡)上停驻时，为防止车辆滑行，以及汽车在坡道上起步时，用以防止车辆后退的装置，而且在行车过程中遇到紧急情况时，可与行车制动系统同时使用，使汽车紧急制动。驻车制动装置有别于行车制动装置，它们各自有相互独立的操纵装置。意义：现在大多数汽车所使用的驻车制动系统属于人力机械式，其传动装置为机械式传动方式，使用杆系或者拉索的结构类型来完成制动功能；本课题所要设计的是电动的驻车辅助系统，它可使汽车的驻车操纵更舒适、更人性化。1.2 机动车半坡起步辅助系统的研究现状目前，针对机动车半坡起步时出现的后溜现象所开发研究的辅助装置在国内外已经出现了很多种，有针对手动档机动车，也有针对自动档机动车的半坡起步辅助装置。国内针对机动车半坡起步所申请的专利也有很多，如郭志强的发明专利“机动车防后溜安全半坡起步装置” ，其发明专利是利用顶杆装置或者制动杆与齿轮装置来控制机动车传动轴只能沿着一个方向转动的原理从而实现了防后溜上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计7功能。孙智的发明“机动车斜坡起步自动配合的方法和装置” ，是一种机动车斜坡起步自动配合的方法和装置，该发明是采用离合器控制在现有机动车的刹车油泵或气泵和轮胎之间的制动闸，并安装一个止回阀和一个电磁阀；刹车时止回阀开启，电磁阀关闭使油或气不能回流至制动总泵，油压(气压)使制动闸紧紧贴在机动车轮圈，机动车不能移动；当起动时电磁阀开启，油或气回流至制动总泵，制动闸自动松开。还有在手刹制动装置基础上开发的防后溜辅助装置等等。国内目前典型的半坡起步辅助系统主要通过控制位于制动主缸和车轮轮缸之间的隔离阀通断实现坡道起步辅助功能。当车辆在坡道起步时，驾驶员踩下制动踏板隔离阀通电，关闭轮缸至主缸方向的油路，保持轮缸压力，从而给驾驶员足够的时间换档和踩下油门踏板，当离合器结合到一定程度时，其传递的扭矩刚好能克服起步阻力时隔离阀断电，迅速解除制动，实现平稳起步。半坡起步辅助系统的工作原理是通过测力传感器检测支承销对制动蹄的支承反力的两分力大小，系统根据力传感器测得的初始力值以及其它尺寸参数值，计算出驻车制动力的大小以及临界点时支承分力值。半坡起步按钮被按下后，随着驾驶员的起步操作，起步辅助系统首先进行信号检测，倾角传感器、轮速传感器和测力传感器随系统的启动立即进入工作状态，系统根据倾角传感器、轮速传感器的测量信号判断机动车是否需要辅助起步，当系统判断机动车需要辅助起步后，将力传感器测得的力初始值送入电子控制单元，电子控制单元根据力初始值和其它参数（如制动鼓半径、摩擦系数等）计算出阻止车子沿斜坡下滑所需要的驻车制动力，以及在临界点时（即机动车驱动力等于阻力时）对应的支承反力的分力值；电子控制单元对信号进行运算处理后对机动车施加驻车制动力，通过向液压泵的电动机发出运转控制指令，电动机带动液压泵工作，制动轮缸增压，增压到一定程度后制动力达到 ECU 已计算的阻止机动车下滑的制动力，这时 ECU 发出信号停止增压并保持这个压力，以便使制动力保持不变。制动蹄受到制动力 P 的作用与制动鼓压紧，制动蹄能产生阻止制动鼓相对运动的静摩擦力，此静摩擦力能产生足够阻止机动车沿着斜坡下滑的静摩擦制动力矩，这样系统完成了对机动车坡道驻车动作的操作。系统施加制动力并且保持制动力的大小不变都是在完全放开手动刹车之前完成的；经过系统的增压及保压操作后，机动车即使在手刹制动解除后也可以平稳地停在坡道上，这时驾驶员解除手动刹车，随着驾驶员对离合器踏板的操作机动车驱动力不断增加，这时支承反力的两分力的大小也在不断变化，当力传感器测得的分力值达到临界值时即机动车驱动力加载到等于起步阻力时，辅助系统立即解除驻车制动力，从而实现对机动车在半坡上的起步辅助控制。目前随着汽车电子技术的飞速发展，各种控制方法不断出现，硬件成本不断降低使各种电子产品越来越多的应用于汽车上。对于坡道起步辅助系统，依据对车辆的在起步过程的分析，将来会开发上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计9出具有更高性能价格比的坡道起步辅助系统。1.3 本章小结本章作为整篇论文的绪论，首先对所选课题的背景及其课题研究的理论价值和实际意义进行了探讨；接着对汽车电子技术发展作了介绍，对汽车制动防抱死制动系统的硬件组成及分类做了介绍；最后对本论文将研究的主要内容进行了初期规划和初步分析。第二章 电子驻车制动系统原理汽车电子驻车制动系统(EPB)是一种新型的机电一体化系统，解决了传统汽车驻车制动系统存在的制动线路长、操作舒适性差、反应慢、安全性差等问题，与传统驻车制动系统相比具有很多优点:它用电子元件取代部分机械元件，并通过电线来替代部分或全部制动线路和传动机构，缩短了驻车制动响应时间，提高了驻车制动性能;节省了空间，质量轻;安装测试更简单快捷(模块结构)。电子驻车制动系统采用全新的电子制动器对汽车实施制动、集中控制的电子控制单元(ECU)通过车载网络对车辆参数进行采集后，根据预设的安全控制策略进行系统的整体控制，每个驻车制动器都有各自的控制单元，可以根据驻车环境自动给每个车轮施加最佳的驻车制动力。2.1 传统驻车制动系统的组成与结构驻车制动装置是使汽车在路面(包括斜坡)上停驻时，为防止车辆滑行，以及汽车在坡道上起步时，用以防止车辆后退的装置。驻车制动装置有别于行车制动装置，它们各自有相互独立的操纵装置，驻车制动装置常采用手操纵机构，所以通常又称为手制动，但驻车制动装置既可以是手操纵也可以是脚操纵。一般小汽车和轻型卡车采用手操纵机构，而大型车辆则采用脚操纵的驻车制动踏板机构。驻车制动装置包括驻车制动器和驻车驱动机构两部分。驻车制动器按其作用部位分为两种类型，一种是制动传动轴的中央制动器，另一种是与行车制动器共用的车轮制动器，目前，多采用作用于后轮的驻车机构。驻车驱动机构因其对可靠性的要求较高，一般都采用机械式的驱动机构，但究竟是采用中央制动器驻车还是采用车轮制动器驻车，其驻车驱动机构有所不同，而不管是哪一种的驻车类型，制动器都有鼓式和盘式之分，所以，驻车驱动机构还有所差异。图 2.1 为采用盘式中央制动器的驻车制动装置，图 2.2 为采用鼓式中央制动器的驻车制动装置。在鼓式制动器中利用行车制动器作手制动器使用时，如图 2.3，一般是在它的后制动蹄上通过周定销装有一个制动蹄杠杆，在这个杠杆的中间通过一根制动蹄推杆同前制动蹄连接。驻车制动时，拉紧或摆动手制动操纵杆，经一系列杠杆和拉绳传动，将驻车制动杠杆的下端向前拉，使之绕固定销转动，其中间支点推动制动推杆左移，将前制动蹄推向制动鼓。当前制动蹄压靠到制动鼓上之后，推杆停止移动，此时制动杠杆绕中间支点继续转动，于是制动杠杆的上端向右移动，使后制动蹄压靠到制动鼓上，从而产生驻车制动作用。上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计11图 2.1 解放 CA1091 汽车驻车制动装置图 2.2 鼓式车轮驻车制动装置图 2.3 鼓式车轮驻车制动器图 2.4 盘式车轮驻车制动器对于带有驻车制动的盘式车轮制动器，如图 2.4，驻车时是通过驻车拉索的拉动使位于制动钳体内的推销推动辅助活塞移动，辅助活塞进而顶住活塞移动，先使活塞一侧的制动块压靠到制动盘，接着，此反作用力则推动制动钳体连同另一侧的制动块靠压到制动盘，从而产生驻车制动作用。2.2 电子驻车制动系统介绍英文缩写为 EPB（Electrical Park Brake） ，EPB 通过内置在其电脑中的纵向加速度传感器来测算坡度，从而可以算出车辆在斜坡上由于重力而产生的下滑力，电脑通过电机对后轮施加制动力来平衡下滑力，使车辆能停在斜坡上。当车辆起步时，电脑通过离合器踏板上的位移传感器以及油门的大小来测算需要施加的制动力，同时通过高速 CAN 与发动机电脑通讯来获知发动机牵引力的大小。电脑自动计算发动机牵引力的增加，相应的减少制动力。当牵引力足够克服下滑力时，电脑驱动电机解除制动，从而实现车辆顺畅起步。该系统可以保证车辆在 30%的斜坡上稳定驻车。另外该系统自动实现热补偿，即如果车辆经过强制动后驻车，后制动盘会因为温上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计13度下降与摩擦片产生间隙，此时电机会自动启动，驱动压紧螺母来补偿温度下降产生的间隙，保证可靠的驻车效果。2.3 电子驻车制动系统的优点传统的手刹在斜坡起步时需要依靠驾驶者通过手动释放手制动或者熟练的油门、离合配合来舒畅起步。而 AUTO HOLD 自动驻车功能通过坡度传感器由控制器给出准确的驻车力,在起动时,驻车控制单元通过离合器距离传感器,离合器捏合速度传感器,油门踏板传感器等提供的信息通过计算,当驱动力大于行驶阻力时自动释放驻车制动,从而使汽车能够平稳起步。 就算平时在市区行驶的塞塞停停,只要你启用 AUTO HOLD 功能,便会启动相应的自动驻车功能。聪明的 AUTO HOLD 自动驻车功能可使车辆在等红灯或上下坡停车时自动启动四轮制动,即使在 D 挡或是N 挡,你也无需一直脚踩刹车或使用手刹,车子始终处于静止状态。当需要解除静止状态,也只需轻点油门即可解除制动。这一配置对于那些经常在城市里走走停停的车主来说确实实用,同时也减少了大家由于麻痹大意造成的一些不必要的事故。电子驻车制动系统的优点如下:(1)系统结构简单，省去了大量的车内空间和机械传动等部件。减轻了汽车的质量，降低了汽车制造成本，提高了汽车燃油经济性。(2)整个系统使用电传操纵，制动响应时间短，基本上没有迟滞时间，提高了驻车制动系统的实时性。(3)系统制造、装配、测试简单快捷，采用模块化结构，维护简单。(4)所有部件之间采用电线连接，都是柔性连接，没有任何力和扭矩载荷，系统耐久性能良好。(5)对单个车轮的制动力控制更加精准和及时，实现其他的一些功能(ABS 或者 ASR 等)不需要增加额外的部件，只需在控制单元的指令数据库中设置好相关控制程序即可。(6)取消了驻车制动的拉锁或杆系，并有智能辅助坡道起步功能，提高驾驶的安全性和舒适性，降低了驾驶难度。2.4 电子驻车制动系统的基本要求电子驻车系统的基本要求包括系统安全、可靠性、可维护性、实用性等几个方面:(l)安全性:在出现突发失效的情况下，系统要具备保持正常工作的能力，而且要保持足够的驻车制动力;(2)可靠性:线控制动系统至少要能够和现有的机械制动系统具有同样的可靠性;(3)实用性:具备现有系统的基本功能;(4)可维护性:维护周期至少要和目前的系统一样长;(5)寿命:不低于目前的水平;(6)汽车工程协会定义的汽车通信系统分为了 A、B、C 三类。和安全相关的通信系统中，采用 C 类协议是必须的;(7)成本:与传统的系统成本相差不大;上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计15(8)车内空间:占用空间尽可能小。为了达到这些基本要求，常用且有效的方法是在线控制动系统中采用冗余技术。2.5 电子驻车制动系统的设计要求制动系统的结构和性能直接关系着车辆和人员的安全，是汽车重要的安全件，受到普遍重视。在国家强制性标准 GB1276 一1999汽车制动系统结构、性能和试验方法以及 GB7258 一2004机动车运行安全条件中，对制动系统的结构和性能都做出了严格的规定。具体设计要求如下:(l)行车制动的控制装置与驻车制动的控制装置应相互独立;(2)采用弹簧储能制动装置做驻车制动时，应保证在失效状态下能快速解除驻车状态;如需使用专用工具，这种工具应作为随车工具;(3)驻车制动应能使机动车即使在没有驾驶员的情况下，也能停在上、下坡道上。驾驶员必须在座位上就可以实现驻车制动。对于汽车列车和轮式拖拉机运输机组，若挂车与牵引车脱离，挂车(由轮式拖拉机牵引的装载质量 3000kg 以下的挂车除外)应能产生驻车制动。挂车的驻车制动装置应能够由站在地面上的人实施操纵。(4)驻车制动应通过纯机械装置把工作部件锁止，并且驾驶员施加于操纵装置上的力:手操纵时，乘用车不应大于 400N，其它机动车不应大于 600N;脚操纵时，乘用车不应大于 500N，其它机动车不应大于 700N;(5)驻车制动的控制装置的安装位置应适当，其操纵装置应有足够的储备行程 (开关类操作装置除外)，一般应在操纵装置全行程的三分之二以内产生规定的制动效能;驻车制动机构装有自动调节装置时允许在全行程的四分之三以内达到规定的制动效能。棘轮式制动操纵装置应保证在达到规定驻车制动效能时，操纵杆往复拉动的次数不允许超过三次;(6)驻车制动性能的检验:在空载状态下，驻车制动装置应能保证机动车在坡度为 20%(对总质量为整备质量的 1.2 倍以下的机动车为 15%)、轮胎与路面间的附着系数不小于 0.7 的坡道上正、反两个方向保持固定不动，其时间不应少于 5min。对于允许挂接挂车的汽车，其驻车制动装置必须能使汽车列车在满载状态下时能停在坡度为 12%的坡道(坡道上轮胎与路面间的附着系数不应小于 0.7)上(7)制动衬片(块)磨损小，制动间隙的检查、调整和制动衬片(块)的更换应方便(8)各部件特别是车轮制动器的尺寸和质量应尽可能小。2.6 电子驻车制动系统的评价指标汽车的制动性是指强制汽车在短距离内减速、停车、控制下坡速度且维持行驶方向的稳定性和保证汽车较长时间停放在斜坡上的能力。前者为汽车的行车制动性能，后者为汽车的驻车制动性能。作为汽车制动性能的一部分，驻车制动性和行车制动性一样都要从制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。(1)制动效能:即制动距离与制动减速度，是指在良好路面上，上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计17汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度，是制动性能最基本的评价指标。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车空档时以一定初速，从驾驶员踩着制动踏板开始到汽车停止为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力以及路面附着条件有关。制动减速度反映了地面制动力，因此它与制动器制动力(车轮滚动时)及附着力(车轮抱死拖滑时)有关汽车动力性不同，对制动效能的要求也就不同:一般轿车、轻型货车的行驶速度高，所以要求其制动效能高;而重型货车行驶速度相对较低，其制动效能的要求相对稍低。(2)制动效能的恒定性:制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能，汽车在繁重的工作条件下制动(例如下长坡长时间、连续制动)或高速制动时，制动器温度常在 300以上，有时甚至达到 600 一 700，制动器温度上升后，摩擦力矩会显著下降，这种现象就称为制动器的热衰退。所以制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。根据国际标准草案150/DIS6597，要求以一定车速连续制动巧次，每次的制动强度为3MIsZ，最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能 (5.83MIsZ)的60%(在制动踏板力相同的条件下)。制动器抗热衰退性能与制动器材料和制动器的结构型式有关。汽车在涉水行驶后，制动器还存在水衰退的问题。当汽车涉水时，水进入制动器，短时间内制动效能的降低称为水衰退。汽车应该在短时间内迅速恢复原有的制动效育旨。(3)制动时汽车的方向稳定性:即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。制动过程中，有时会出现制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力而使汽车失去控制离开原来的行驶方向，甚至发生撞入对方车辆行驶轨道、下沟、滑下山坡的危险情况。一般把汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力称为制动时汽车的方向稳定性。在试验时常规定一定宽度的试验通道(如 1.5 倍车宽或 3.7m)，制动时方向稳定性合格的车辆在试验过程中不允许产生不可控制的效应使它离开这条通道。制动时汽车自动向左或向右偏驶称为“制动跑偏” 。造成汽车制动时跑偏的原因有两个:一是汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮(转向轮)制动器动力不相等;二是制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调(互相干涉)。其中第一个原因是制造、调整误差造成的，汽车究竟向左还是向右跑偏，要根据具体的情况而定:第二个原因是设计造成的，制动时汽车总是向左(或向右)跑偏。2.7 电子驻车制动系统的关键技术2.7.1 驱动能源问题现在汽车普遍使用 12V 电源系统，即汽车蓄电池电压是 12V，工作时的电压约为 14V。线控技术的应用，使得汽车电气消耗明显上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计19增加。如线控制动系统中的一个电制动器就需要 I000w 左右的功率。由于系统负担的增加，将现有电压提高 3 倍，即蓄电池电压是36V，汽车工作时的电压是 42V，加大能源供应是比较可行的方案对于特定的功率，电压越高，电流越小，导线上损失的能量越小，传输系统越有效。并且可以使用更细小的线束。提高电压值，可以减少电器本身的体积、重量和损耗，有利于控制装置的小型化，提高集成度。42V 电压的峰值电压是 58V，对于直流电，60V 是一个安全极限。超过 60V 要考虑到系统的安全性，要使用更加昂贵的材料。因此，使用 42V 电压方案是可取的。尽管 42V 电源系统有很多优点，但因为产品需要重新设计和制造，从 12V 系统转变到 42V 系统对汽车零部件制造业是个不小的冲击。14V 和 42V 双电压方案可以作为42V 单电源系统的过渡。双电压方案由 36V 蓄电池产生的 42V 高压，经过 DC/DC 电源转换模块，输出 14V 电压。这是两个互相隔离的电压系统。高电压供给大功率用电设备(线控转向，线控制动等)，低电压供给小功率用电设备(车灯，仪表板，门锁等)。要保证整个系统的稳定工作，动力电源的性能至关重要。随着电子元件及其高功耗零部件的不断增加，使得汽车的电负荷成倍增加，若继续维持12V 供电系统，就必须通过提高电流来获得更多的功率，但是过高的电流将给整个系统带来不安全隐患，汽车电路上的热能消耗大大增加，所以汽车供电系统必须提高电压以满足现代汽车电气系统负荷日益增长的需要。于是，42V 供电系统应运而生。42V 电源的采用也为发展全电路制动系统 (theBrake 一 By 一 wiresystem，简称BBw 系统)创造了条件，即:电动机的质量可减轻 20%;线束直径可减小 2/3，如此降低了设计与使用成本，方便安装;提高了电子元件的集成度等。这些优点必将大大推动 BBW 系统的发展。2.7.2 传感器技术现代汽车技术发展的特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。汽车电子控制系统的控制效果依赖于传感器的信息采集和反馈精度。传感器技术的发展直接关系着整个汽车电子控制系统的性能。汽车电子驻车制动系统 EPB 中涉及到的传感器有:车轮速度传感器、踏板行程传感器、驻车坡度传感器等。第三章 电子驻车制动系统功能需求电子驻车制动系统简称为 EPB，EPB 通过内置在其电脑中的纵向加速度传感器来测算坡度，从而可以算出车辆在斜坡上由于重力而产生的下滑力，电脑通过电机对后轮施加制动力来平衡下滑力，使车辆能停在斜坡上。当车辆起步时，电脑通过离合器踏板上的位移传感器以及油门的大小来测算需要施加的制动力，同时通过高速CAN 与发动机电脑通讯来获知发动机牵引力的大小。电脑自动计算发动机牵引力的增加，相应的减少制动力。当牵引力足够克服下滑力时，电脑驱动电机解除制动，从而实现车辆顺畅起步。 该系统可以保证车辆在 30%的斜坡上稳定驻车。另外该系统自动实现热补偿，即如果车辆经过强制动后驻车，后制动盘会因为温度下降与摩擦片产生间隙，此时电机会自动启动，驱动压紧螺母来上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计21补偿温度下降产生的间隙，保证可靠的驻车效果。 其实说白了，电子驻车制动系统展现给我们的就是取代传统拉杆手刹的电子手刹按钮. 比传统的拉杆手刹更安全, 不会因驾驶者的力度而改变制动效果,把传统的拉杆手刹变成了一个触手可及的按钮。通过以上功能的界定我们看到 EPB 系统的建立需要汽车本身车体具有一定的功能基础。1汽车 OBD，现代汽车大多装配有 OBD，此车载中央处理器具有能够处理汽车车轮刹车系统传感器信号的处理能够，能够对传感器收集的信号进行分类处理，进行计算后对电子控制系统发出信号指令，从而进行后续动作。2离合器踏板位移传感器和油门控制传感器，具备有此传感器系统能够对汽车刹车系统的状态进行精确的电子测量，收集的测量结果转变成电子信号后提交到 OBD 中进行集中处理。3. 按钮控制刹车，电子驻车控制系统改变了传统的手刹模式，将传统的手刹机械结构摒弃，换成一键按钮控制，按钮收到控制着的控制指令将信号发送到行车电脑中处理然后与传感器的信号进行相应的比较，进一步对电子驻车系统的电子驱动结构做出动作指令。第四章 电动推杆设计电动推杆由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关等组成。设计方案为通过确定汽车静止状态下所需的制动力矩确定电动推杆结构所需提供的制动力矩，此作用力矩确定后可计算出螺杆螺母机构的相关参数，螺杆与蜗杆连接，而后确定蜗轮蜗杆机构的相关参数，进而确定电机所需输出的力矩，根据转速和输出力矩对电机进行选型。4.1 汽车在坡道静止所需的制动力首先我选用桑塔纳 2000GLi 做参考车辆， 满载 =1440h=0.4m，=11.31如图 4.1图 4.1 汽车在坡道静止 上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计23首先分析汽车车轮在斜坡上因汽车重力所受的力矩（此处假设前后轮所受的力矩相等）重力在斜坡方向上分力:F=G* =mg* =1440*9.8* =2767.6N（4.1sin sin sin11.31）前后每个车轮底部所受摩擦力 f=0.25F前后每个车轮轴所受的力矩：T=0.25F* =0.25*2767.6*0.2=138.38NM(4.2)14.2 螺杆机构设计螺杆机构直接承载汽车静止力矩，每个车轮轴所受力矩位138.38Nm，根据此条件计算螺杆和螺母的相关参数。4.2.1 耐磨性计算耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力 p 小于材料的需用压力 ，因此螺杆承载力矩位汽车的制动力矩，所需承载能力比较p大我们选用梯形螺杆。满足条件公式(4.3):(4.3) 0.8F 作用于螺杆的轴向力，N；d 螺纹的中径，mm；H 螺母的高度，mm；h 螺纹的工作高度，mm；P 螺纹的螺距，mm；(4.4)=设 ，F=138.38N，材料选用 45 钢，查表得 =10MP3 p由公式(4.3)可知，需要确定螺杆的相关参数需要螺杆轴向力，故此处假设电动推杆的工作臂长度为 0.1m，则可得：(4.5)5.43我们需用螺杆螺纹中径为 15mm，由公式(4.3)可得螺纹螺距 (4.6)2将数据代入公式中则螺距 15.3螺纹的工作高度参数选择，当螺纹的啮合长度最小时螺母高度h=15mm，螺距 P=1.5mm4.2.2 螺杆的强度计算受力较大的螺杆需进行强度计算。螺杆工作时承受轴向压力和扭矩的作用。其截面上既有拉伸或者压缩应力，又有切应力。应根据第四强度理论求出危险界面的计算应力。强度条件为： (4.7)=2+32=1()2+3(4)2根据此螺旋副的受力分析=0.37 =69由此可见所采用参数的螺杆所受应力远远小于许用应力，螺杆安全。4.2.3 螺纹牙的强度计算螺杆和螺母的材料选择我们都用 45 钢，校核螺母。上海工程技术大学毕业设计（论文）汽车坡道辅助驻车系统执行机构设计25图 4.2 螺纹牙螺纹牙危险截面 a-a 的剪切强度条件: (4.8)=各参数代入公式(4.8): (4.9)= 138.383.14150.651.5=3=42.6由公式(4.9)可见足以满足剪切强度条件。螺纹牙危险截面 a-a 的剪切强度条件：(4.10)=62=62=6138.380.53.14150.652=20.86=71由以上可知足以满足剪切强度条件。螺杆参数：30 度牙型梯形螺纹 螺距 P=1.5mm 螺纹中径15mm。4.2.4 螺母的强度计算此设计采用的螺母材料与螺杆相同采用 45 钢，故不需要再校核螺母。4.3 蜗轮蜗杆机构设计蜗轮蜗杆机构主要的作用是将电机的输出转度较小增大输出转矩，改变电机的输出方向。螺杆与蜗轮连接，蜗杆承受的力矩传递给蜗轮，此力矩通过蜗轮施加给螺杆圆周方向的力平衡，即对螺杆进行受力分析图 4.3 螺杆(4.11)=tan( + )22F 螺杆所受的轴向压力（或拉力） ，N；T 螺杆所受的扭矩，Nmm；螺母的扭转力矩 (4.12)=1+2=2 螺纹副力矩，Nmm1 螺母成压面力矩，Nmm2机械手册中 k 可近似取 0.2因我们要计算蜗轮的扭转力矩，螺母扭转力矩相当于螺母不动螺杆的扭转力矩，即蜗杆需要加载到螺杆上的扭转力矩涡轮 =0.2138.3815=415.14上海工程技