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车用盘式电磁制动器设计【汽车类】【6张CAD图纸】【优秀】

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车用盘式电磁制动器设计【汽车类】【6张CAD图纸】【优秀】.rar

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Ansys分析结果

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关键词：: 车用盘式电磁制动器设计汽车 cad图纸

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车用盘式电磁制动器设计

45页 18000字数+说明书+任务书+开题报告+外文翻译+6张CAD图纸【详情如下】

Ansys分析结果

中期检查表.doc

任务书.doc

制动支架.dwg

制动盘.dwg

制动钳体.dwg

增力机构.dwg

外侧制动衬块.dwg

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车用盘式电磁制动器设计开题报告.doc

车用盘式电磁制动器设计说明书.doc

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摘要

　　　车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。汽车的制动系统种类很多，传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数乘用车上。

　　　目前，汽车所用制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像ABS那样的高级电子设备。

　　　盘式电磁制动器是一种以电控制的摩擦型制动器，目前主要应用于拖车尤其是房车制动上，但是随着汽车的发展，高动力性能的汽车技术的突破，汽车制动系统也将发生变化，而电磁制动器则是利用电磁阻力的原理将汽车动能转化为热量消耗实现制动，电磁制动器的安全性，灵活性，简单性，可操作性，将会是汽车制动系统的发展方向，由于盘式电磁制动器的控制原理，结构与技术成熟的液压盘式制动器相似，所以加工技术方便，通过对盘式电磁制动器的设计与计算可以得到满足汽车制动时候的制动效果，从而实现汽车的安全制动。

　　　但是目前国内研究仍处于起步阶段，对电磁制动器的设计与研究停留在房车和拖车上，对于微型汽车的电磁制动器的设计研究较少，本文提出一种微型汽车电磁制动器方案，以电磁铁作为动力源，通过机械增力机构将电磁力放大并推动摩擦衬块产生制动,以达到制动目的，并对设计的电磁制动器进行仿真分析。

关键词：电磁制动器；电磁体；盘式制动器；制动系统；增力机构；

ABSTRACT

　　　The vehicle braking system in vehicle security to play a decisive role. Many different types of vehicle brake system, brake system, the traditional structure of the main types of mechanical, pneumatic, hydraulic, gas-liquid hybrid. Hydraulic brake technology is now the most mature and most economical braking technology, and apply to the current on most passenger cars.

Currently, almost all cars use friction brakes, the drum and the disc can be divided into two categories. The main advantage of disc brakes at high speed braking when the brake quickly, heat better than drum brakes, brake performance constant good, easy to install as advanced electronic devices like ABS.

Electromagnetic disc brake is a friction-type electronically controlled brakes, currently used in the trailer brake on a particular car, but with the car's development, high dynamic performance breakthrough in automotive technology, automotive braking systems will occur change, while the electromagnetic brake is the principle of electromagnetic resistance to the vehicle kinetic energy into heat consumption to achieve the brake, electromagnetic brake of the security, flexibility, simplicity, operability, will be the development direction of automotive brake systems , due to the electromagnetic brake disc control principle, structure and maturity of the technology similar to hydraulic disc brakes, so the processing technology to facilitate, through the design of the disc brake can be satisfied with the calculation of the braking effect when the vehicle brakes in order to achieve car safety brake.

But the current domestic research still in its infancy, the electromagnetic brakedesign and research stay in the car and trailer, the electromagnetic brake for mini-cardesign study less, this paper presents a miniature electromagnetic brakes carprogram, as the power to solenoid source, through the mechanical force amplifier willamplify and promote the electromagnetic force generated friction brake pads, brake in order to achieve the purpose and design simulation and analysis of electromagneticbrake.

Key words: Electromagnetic brake;?Electromagnet;?Disc brakes; Braking?systems;?Force

amplifier

摘要I

ABSTRACTII

第1章绪论1

1.1 课题背景及目的1

1.2 国内外研究现状2

1.3 设计应解决的难点4

第2章制动器主要参数的设计计算5

2.1基本参数的确定5

2.2制动距离的计算5

2.3制动力矩的计算6

2.4盘式制动器的主要参数选择7

2.4.1制动盘直径D7

2.4.2制动盘厚度h7

2.4.4摩擦衬块工作面积A8

　　2.5制动衬块上压紧力的计算8

　　2.6液压缸的设计计算8

　　2.7本章小结9

第3章制动器主要零件的结构设计10

3.1制动盘的结构设计10

3.2制动钳的结构设计10

3.3制动衬块的结构设计11

3.4摩擦材料的选择11

3.5盘式制动器工作间隙的调整12

3.6本章小结13

第4章增力机构的设计与计算14

4.1机械增力机构的设计14

　　4.2增力机构的自由度分析15

　　4.3受力分析计算16

　　4.4增力机构主要构件尺寸的确定17

　　4.5增力机构的Ansys分析18

4.5.1长臂连杆的静力分析18

4.5.2短臂连杆的静力分析20

4.5.3增力机构的模态分析22

　　4.6本章小结25

第5章电磁体的设计计算26

　　5.1磁通势的计算27

　　5.2铁芯截面积的计算27

　　5.3电磁铁长度的计算28

　　5.4衔铁厚度的确定28

　　5.5确定线圈截面积Sq及线圈槽宽28

　　5.6线圈导线直径的确定29

　　5.7线圈匝数的确定29

　　5.8本章小结30

第6章电磁制动器的仿真分析31

　　6.1MATLAB软件概论31

　　6.2汽车系统模型的建立32

　　6.3仿真分析33

　　6.4本章小结36

结论38

参考文献39

致谢40

一、设计（论文）目的、意义

　　电磁制动器作为一种新型制动器。它主要通过控制器发出的制动信号以电流的形式通过电磁体，利用改变通入电磁体的电流来改变制动器的制动力。由于电磁制动器具有与传统制动器的不同特点和要求，它涉及到对电磁制动器的性能、环境及材料等诸多因素的综合分析和比较，本文根据电磁制动器的特点和要求，以制动器功能为目标，设计一种电磁制动器，为开发和研制电磁制动器提供理论基础。

二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）

　　（一）主要设计内容

　　设计一种盘式汽车电磁制动器。首先确定总体方案，以电磁铁作为动力源，通过机械增力机构将电磁力放大并推动摩擦衬块产生制动力。要求所设计的电磁力通过放大能满足所需制动力要求。具体完成：方案设计；电磁力的计算；制动盘的设计；增力机构的设计计算。

　　（二）主要技术指标、要求

　　整车质量：1100kg；车轮滚动半径286mm；

　　根据所给基本参数计算制动力，确定各制动盘、制动间隙、电磁力等参数。

1.1 课题背景及目的

　　　汽车制动系统是用于使行驶中的汽车减速或停车，使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使停驶的汽车在原地（包括在斜坡上）驻留不动的机构。汽车制动系统直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性，汽车制动系统的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好，制动系统工作可靠的汽车，才能充分发挥出其动力性能。汽车制动系统依操纵和驱动制动力源的不同，有四种基本组合的方式即：机械式、气压式、液压式和电气式。其中电气式汽车制动系统又可分为电磁式、电动式和电液式。气压式机构复杂，有气泵、气筒、制动阀、制动气室及管路等一整套设备，制动系统不论是否制动，气泵都要随发动机运转，消耗发动机的动力，若汽车停放的时间较长，管路密封不严，重新开动还要重启，这就增加了不必要的消耗。液压式所需的操纵力大，若要求制动力矩较大时，需要增力，不但要增加结构复杂程度，有的还消耗发动机的动力。机械式大多用在拖拉机及拖车上，它所需要的制动力大，制动强度低，左右制动不容易调整同步。这三种形式的制动机构都存在着不同程度的反应时间慢的缺点。

　　　机械式多用于汽车的驻车制动系统：气压式和液压式以及这两种方式的结合，目前在汽车行车制动中占主导地位，电气式的突出优点在于:

　　　（1）结构简单，使用、安装、维护方便。

　　　（2）可靠性高。用电缆代替管路，可方便地通过增加冗余电路来达到提高汽车制动系统可靠性的目的。用电气式取代液压式，防止液压的气阻现象，增加了汽车制动系统的可靠性。

　　　（3）集成方便。未来汽车上的电子装置将越来越多。电控转向、ABS、电子驱动控制、主动悬架、电子稳定装置都非常容易与电气制动系统集成在一起。电子控制器可根据需要设计不同回路的控制器，对汽车实施单回路、双回路和多回路制动，也可对某个车轮单独制动。

　　　（4）易实现ABS。ABS控制计算机发车的电信号不用经过电子—液压，再液压—机械的复杂转换，提高了控制动作的准确性和可靠性。

　　　（5）代表制动器的发展趋势。电磁制动系统出了具有一般电制动系统的优点外，还有其他的一些特点：与现有汽车制动系统兼容性好，安装、拆卸方便；没有液压油的污染问题，有利于环保。所以它适合作为汽车的制动系统。

　　　电磁制动器系统是一个全新的系统，为将来的汽车智能控制提供条件。汽车电磁制动系统取代了传统的液压制动机构，不再使用液压油，减少了液压燃油的危险，提高了安全性，也减轻了汽车的质量；电磁制动系统中采用了转速反馈控制系统，显著改善了制动力矩和防滑性能，缩短了制动距离，提高了轮胎和制动装置的使用寿命。而且，电磁制动系统的制动效率优于液压系统。电磁制动系统将是机动车制动系统发展的新方向。

　　　现在汽车工业已全球化，自主研发性能优越、可靠性高、成本低的汽车电磁制动器，将使我国的汽车电磁制动器产业抛弃高价购买国外技术，拥有自己的先进技术，大大提高中国汽车业在全球的市场竞争力。因此，研发具有自主知识产权的汽车电磁制动器，对赶超国际先进水平，提高我国汽车制动产品的市场竞争力具有现实意义。同时，汽车电磁制动器的普遍应用将会带来巨大的经济和社会效益。

1.2 国内外研究现状

汽车制动系统在汽车的安全方面扮演至关重要的角色。早期的制动控制操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,那时的汽车比较小，速度较低，机械制动虽已满足需要，但随着汽车自身质量的增加,开始出现真空助力装置。1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置。美国林肯汽车公司也于1932年推出V12汽车，该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。随着科学技术及汽车工业的发展，汽车制动有了新突破。液压制动是继机械制动的又一重大革新。Duesenberg Eight车率先使用了液压制动器。克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世，美国通用和福特公司分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。到20世纪50年代，液压动力制动器才成为现实。在液压鼓式制动器出现若干年后，人们又发现了液压钳盘式制动器。由液压控制，主要部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动卡钳上的两个摩擦片分别装在制动器两侧。20世纪80年代后期，随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最显著的成就是ABS的实用与推广。ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体，是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防抱死装置一般包括三部分：传感器、控制器与压力调节器。传感器接受运动参数给控制装置。控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后，给压力调节器发出指令。规模集成电路和超大规模集成电路的出现，以及电子信息处理技术的高速发展，ABS已成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。

　　　随着人们对制动性能要求的不断提高，ABS、牵引力控制系统、电子稳定性控制程序、主动碰撞技术等功能融入制动系统中，越来越多的附加机构安装在制动系统上，使得制动系统更加复杂，也增加了液压管路泄漏的隐患以及装配维修的难度。因此结构更简捷，功能更可靠的汽车制动系统呼之欲出。

　　　电磁制动器系统是一个全新的系统，为将来的汽车智能控制提供条件。电磁制动控制因其巨大的优越性，必将取代传统的以液压为主的制动控制系统。其主要包括以下部分：

　　　（1）电磁制动器其结构和液压制动器基本相似，有盘式和鼓式两种；电磁制动器是电磁制动系统的关键部分，正是由于它的加入，使得制动系统节省了很多液压管路和液压油，减少了污染漏油等。电磁制动器的控制单元（ECU）接收制动器踏板发出的信号，控制制动器制动；接收驻车制动信号，控制驻车制动；接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等，控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑。由于各种控制系统如卫星定位、导航系统，自动变速系统，无极转向系统，悬架系统等的控制系统与制动控制系统高度集成，所以ECU还得兼顾这些系统的控制。

　　　（2）车速传感器准确、可靠、及时地获得车轮的速度。

　　　（3）线束给系统传递能源和电控制信号。

　　　（4）电源为整个电控制系统提供能源，也可以与其他系统共用。

从结构上可以看出这种电磁制动系统具有其他传动制动系统无法比拟的优点：

　　　（1）整个汽车制动系统结构简单，省去了传统汽车制动系统中的制动油箱、制动主缸，助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低。

　　　（2）制动响应时间短，提高了制动性能。

　　　（3）无制动液，维护简单。

　　　（4）系统总成制造、装配、测试简单快捷，制动分总成为模块化结构。

　　　（5）采用电线连接，系统耐久性能好。

　　　（6）易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。

对于汽车电磁制动器的最早研究和应用都是拖挂车上的汽车电磁制动器。早在1942年，美国的EMPIRE公司就申请了主要用于拖车的汽车电磁制动器的结构专利。国外著名汽车制造商和专业制动器生产企业在这方面也表现得十分活跃。随后半个多世纪，　　第2章制动器主要参数的设计计算　

2.1基本参数的确定

　　　已知汽车质量：1100kg；车轮滚动半径：286mm。

　　　根据GB\7258-2004《机动车运行安全技术条件》中所规定的，乘用车制动规范对制动器制动性的要求，汽车在制动过程中，制动初速度为50km/h时，汽车制动距离不得大于22m。

2.2制动距离的计算

分析制动距离是，需要对制动距离过程有一个全面的了解。图2.1是驾驶员在接受紧急制动信号后，制动压力、汽车制动减速度与制动时间的关系曲线。　　　随着汽车科学技术的不断发展，汽车的动力性能越来越好，伴随着汽车制动性能的要求也要变的越来越高，而电磁制动器的发展是一种新型的汽车制动器，不仅可以提高制动灵活性，缩短制动器制动反映时间，也更加方便，可靠性高，安装方便，系统耐久性良好，并永远避免了泄漏和气阻现象。本说明是关于盘式电磁制动器的设计，提出了以些自己的见解，本文主要完成以下几个方面的内容：

　　　1)提出了总体设计方案。

　　　2)设计了机械增力机构，并借助Ansys软件对增力机构进行了静力学分析和模态分析。对理论计算结果加以验证。

　　　3) 设计了制动直流电磁铁。

　　　4）使用Matlab软件中的Simulink模块对设计的盘式电磁制动器进行了仿真分析。得到了仿真数据。

在本论文的设计计算过程中，参考查阅了很多相关的书籍，以使整个系统的设计更具可行性。设计的目的在于最终能投入实践，因此，在整个的设计过程中，由于参数的选取存在误差，使得整个设计得出的零、部件尺寸与实际相差很大。经过多次改动，重复计算，对制动效能的校核，最终得出于实际比较接近的设计方案。

　　　这次设计是对自己知识的一次大总结，觉得收益匪浅。由于本人知识的限制，其中难免存在不足之处，希望老师同学给予批评指正。参考文献

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　　　[4]王望予主编.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004

　　　[5]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001

　　　[6]刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算[M].北京：清华大学出版社，2004

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　　　[15]刘韶庆.汽车挂车电磁制动器控制系统[J]，机械工程学报，2007.7

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电磁盘式制动器装配图.gif

设计图纸6张.gif

外侧制动衬块.gif

增力机构.gif

制动盘.gif

制动钳体.gif

制动支架.gif

内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期2011年4月20日迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名叶春晖院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-1班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称车用盘式电磁制动器设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解。完成开题报告。2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对电磁制动器的各组成部分进行初步设计。3、提交设计草稿，进行讨论，修定。1、详细设计制动器，设计非标件，绘制制动器装配图及及零件图。2、提交正式设计，教师审核。3、按照审核意见进行修改。4、整理所有材料，装订成册，准备答辩。存在问题及努力方向1. 制动力的传递2. 对增力机构的Ansys分析3. 使用Matlab对电磁制动器进行仿真分析学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名叶春晖院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-1指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称车用盘式电磁制动器设计一、设计（论文）目的、意义电磁制动器作为一种新型制动器。它主要通过控制器发出的制动信号以电流的形式通过电磁体，利用改变通入电磁体的电流来改变制动器的制动力。由于电磁制动器具有与传统制动器的不同特点和要求，它涉及到对电磁制动器的性能、环境及材料等诸多因素的综合分析和比较，本文根据电磁制动器的特点和要求，以制动器功能为目标，设计一种电磁制动器，为开发和研制电磁制动器提供理论基础。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）（一）主要设计内容设计一种盘式汽车电磁制动器。首先确定总体方案，以电磁铁作为动力源，通过机械增力机构将电磁力放大并推动摩擦衬块产生制动力。要求所设计的电磁力通过放大能满足所需制动力要求。具体完成：方案设计；电磁力的计算；制动盘的设计；增力机构的设计计算。（二）主要技术指标、要求整车质量：1100kg；车轮滚动半径286mm；根据所给基本参数计算制动力，确定各制动盘、制动间隙、电磁力等参数。三、设计（论文）完成后应提交的成果1、设计说明书一份，1.5万字以上；2、盘式电磁制动器结构装配图一张、增力机构及制动盘等零件图若干张。制动器性能仿真及结果分析小论文一篇。共折合三张A0图纸。四、设计（论文）进度安排1、进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解。完成开题报告。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对电磁制动器的各组成部分进行初步设计。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交设计草稿，进行讨论，修定。第7周（4月11日4月15日）4、详细设计制动器，设计非标件，绘制制动器装配图及及零件图。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日6月17日）五、主要参考资料1江洪.车辆电磁制动器CAT系统开发，机械工程学报，2008.122吕应明.车辆电磁制动方案刍议，城市轨道交通，20073刘韶庆.汽车挂车电磁制动器控制系统，机械工程学报，2007.7 4宁晓斌，张文明等。用虚拟样机技术分析鼓式制动器的振动。有色金属2003(5)：1051075王铎，赵经文等。理论力学。北京：高等教育出版社，19976Matysiak S J，Y evtushenkoAA，Ivanyk E 13Contact temperature and wear of composite friction elements during brakingInternational Journal of Heat and MassTransfer,2002，45：1 93-1 997Lolkema,Juke SFriction analysis of kinetic schemes：the friction coefficientBiochimica et Biophysica Acta(BBA)Protein Structure and Molecular EnzymologyVolume：1 252，Issue：2，October 25，1995，PP2842948刘锦阳，洪嘉振。计算碰撞力的方法。上海交通大学学报，1999(6)：727730六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日附录ADisc BrakesDisc brakes are used on the front wheels of most cars and on all four wheels on many cars. A disc rotor is attached to the wheel hub and rotates with the tire and wheel. When the driver applies the brakes, hydraulic pressure from the master cylinder is used to push friction linings against the rotor to stop it.In the disc brake rotor assembly, the rotor is usually made of cast iron. The hub may be manufactured as one piece with the rotor or in two parts. The rotor has a machined braking surface on each face. A splash shield, mounted to the steering knuckle, protects the rotor from road splash.A rotor may be solid or ventilated. Ventilated designs have cooling fins cast between the braking surfaces. This construction considerably increases the cooling area of the rotor casting. Also, when the wheel is in motion, the rotation of these fan-type fins in the rotor provides increased air circulation and more efficient cooling of the brake. Disc brakes do not fade even after rapid, hard brake applications because of the rapid cooling of the rotor.The hydraulic and friction components are housed in a caliper assembly. The caliper assembly straddles the outside diameter of the hub and rotor assembly. When the brakes are applied, the pressure of the pistons is exerted through the shoes in a clamping action on the rotor. Because equal opposed hydraulic pressures are applied to both faces of the rotor throughout application, no distortion of the rotor occurs, regardless of the severity or duration of application. There are many variations of caliper designs, but they can all be grouped into two main categories: moving and stationary caliper. The caliper is fixed in one position on the stationary design. In the moving design, the caliper moves in relation to the rotor.Most late-model cars use the moving caliper design. This design uses a single hydraulic piston and a caliper that can float or slide during application. Floating designs float or move on pins or bolts. In sliding designs, the caliper sideways on machined surfaces. Both designs work in basically the same way.In the single piston floating caliper, the single-piston caliper assembly is constructed from a single casting that contains one large piston bore in the inboard section of the casting. Inboard refers to the side of the casting nearest the center line of the car when the caliper is mounted. A fluid inlet hole and bleeder valve hole are machined into the inboard section of the caliper and connect directly to the piston bore.The caliper cylinder bore contains a piston and seal. The seal has a rectangular cross section. It is located in a groove that is machined in the cylinder bore. The seal fits around the outside diameter of the piston and provides a hydraulic seal between the piston and the cylinder wall. The rectangular seal provides automatic adjustment of clearance between the rotor and shoe and linings following each application. When the brakes are applied, the caliper seal is deflected by the hydraulic pressure and its inside diameter rides with the piston within the limits of its retention in the cylinder groove. When hydraulic pressure is released, the seal relaxes and returns to its original rectangular shape, retracting the piston into the cylinder enough to provide proper running clearance. As brake linings wear, piston travel tends to exceed the limit of deflection of the seal; the piston therefore slides in the seal to the precise extent necessary to compensate for lining wear.The top of the piston bore is machined to accept a sealing dust boot. The piston in many calipers is steel, precision ground, and nickel chrome plated, giving it a very hard and durable surface. Some manufacturers are using a plastic piston. This is much lighter than steel and provides for a much lighter brake system. The plastic piston insulates well and prevents heat from transferring to the brake fluid. Each caliper contains two shoe and lining assemblies. They are constructed of a stamped metal shoe with the lining riveted or bonded to the shoe and are mounted in the caliper on either side of the rotor. One shoe and lining assembly is called the inboard lining because it fits nearest to the center line of the car. The other is called the outboard shoe and lining assembly.As already mentioned, the caliper is free to float on its two mounting pins or bolts. Teflon sleeves in the caliper allow it to move easily on the pins. During application of the brakes, the fluid pressure behind the piston increases. Pressure is exerted equally against the bottom of the piston and the bottom of the cylinder bore. The pressure applied to the piston is transmitted to the inboard shoe and lining, forcing the lining against the inboard rotor surface. The pressure applied to the bottom of the cylinder bore forces the caliper to move on the mounting bolts toward the inboard side, or toward the air. Because the caliper is one piece, this movement causes the outboard section of the caliper to apply pressure against the back of the outboard shoe and lining assembly, forcing the lining against the outboard rotor surface. As the line pressure builds up, the shoe and lining assemblies are pressed against the rotor surfaces with increased force, bringing the car to a stop.The application and release of the brake pressure actually causes a very slight movement of the piston and caliper. Upon release of the braking effort, the piston and caliper merely relax into a released position. In the released position, the shoes do not retract very far from the rotor surfaces.附录B外文翻译：盘式制动器许多汽车所有四个车轮，盘式制动器是用在大多数轿车的前轮上。制动盘安装在轮毂上随着轮胎和车轮转动。当汽车制动时，液压主缸推动摩擦片使其停止转动。在盘式制动器的转动部件中，制动盘通常是使用铸铁制造。轮毂和制动盘可制造为一体或两部分。制动盘的每个面都要加工为制动表面。一块防护板，安装在转向节上，保护制动盘不被飞溅物污染。制动盘可以是实心或有通风孔。拥有通风孔的制动盘表面之间设有散热片。这种结构大大提高了制动盘的散热面积。此外，当车轮在运动时，这些风扇型散热片在制动盘旋转时增大空气流通并提供更有效的制动冷却。盘式制动器不会受热变形，即使快速、强制制动，原因就是制动盘的快速冷却。液压和摩擦部件都安装在制动钳总成中。制动钳跨越轮毂和制动盘外径。当制动器作用时，通过活塞推动制动块在夹紧制动盘的过程中产生压力。由于在制动过程中液压压力等于应用于制动盘两侧，制动盘没有出现变形，无论过程的压力多大和持续时间。也有许多种制动钳，但他们都可以分为两大类：移动和固定卡钳。固定式卡钳是固定在一个固定的设计位置上。在移动式设计中，制动卡钳相对于制动盘移动。大多数晚期制造的汽车使用移动式卡钳。在设计中采用一个单独的液压活塞和能够在制动过程中滑动或摆动的卡钳。在滑动设计中卡钳在导向销上移动。在摆动式设计中，卡钳在垂直表面内摆动。这两种设计的工作方式基本相同。在单活塞浮动卡钳中，单活塞卡钳大多是由一个单一的铸件构成，其中包含一个大型钻孔作为铸件的内侧部分。内侧是指卡钳安装时靠近汽车铸件的一面。制动液入口孔和排气孔的加工成的卡钳内侧部分，直接连接到活塞孔。制动钳缸包含一个活塞和密封圈。该密封圈具有矩形截面。它坐落在一个在缸体的加工孔槽。适合的密封活塞周围的外径，并提供了活塞与缸壁液压密封件。长方形的密封圈提供制动盘和制动块之间的间隙自动调整。当汽车制动时，密封圈在活塞给予的摩擦力作用下变形。当液压压力释放，密封放松，并变回其原来的长方形，回缩进入气缸的正常运行提供足够的间隙活塞。由于制动器衬片的磨损，活塞行程往往超过了密封圈地挠度限制。因此，活塞密封圈能够精确对衬片的磨损进行补偿。加工活塞的顶部孔安装一个密封防尘罩。在许多卡钳活塞是钢制造的，精密研磨，镀铬和镍，给它一个非常艰难和持久的表面。一些制造商使用的是塑料活塞。这远远比钢轻,提供一个更轻的制动系统。活塞的塑料绝缘良好，并防止传递制动液的热量。每个钳包含两个背板和摩擦衬块组件。他们粘接或铆接或压嵌在一起，并在卡钳中安装在制动盘的两侧。最接近汽车中心的制动衬块被称为内侧制动衬块。另一侧称为外侧制动衬块。正如已经提到的，浮动卡钳是在两个导向销上固定。在汽车制动时，活塞后面的液体压力增加。压力施加在活塞的底部和气缸底部。作用于活塞的压力传递到内侧制动衬块上，迫使制动盘与内侧制动块摩擦。作用于气缸孔底部的压力迫使制动卡钳向着内侧端的导向销移动。由于制动钳的移动，使外侧制动衬块与制动盘接触，迫使外侧制动衬块对制动盘摩擦。随着制动压力的积累，内外制动块反相压紧制动盘，使汽车停了下来。制动压力释放实际上会产生一个相对活塞和卡钳非常轻微的运动。在释放的工程中，活塞及制动卡钳只是进入到一个放松和释放的位置。在释放的位置，制动衬块从制动盘的表面收回。黑龙江工程学院本科生毕业设计车用盘式电磁制动器的仿真分析叶春晖（黑龙江工程学院）摘要：本文利用Matlab软件中的Simulink模块对所设计的车用盘式电磁制动器建立了数学仿真模型，并进行仿真分析，为这种技术的设计和实现提供了理论依据。关键词：电磁制动器；建模与仿真；Abstract: this paper use of Matlab software to design the Simulink module of automotive disc electromagnetic brakes establishes the mathematical simulation model and simulation analysis for this technology, provides the design and implementation of the theoretical basis.Keywords: electromagnetic brakes；Modeling and simulation；当今很多汽车公司在概念车的设计中都采用了线控技术，线传操控技术的核心是智能机电传动装置，这些装置将原先操控车辆的机械手段改由线传电子控制。一切的命令都通过电子信号进行传递，最终转变为机械动作。另一方面，车辆的反馈信息也通过电子信号反映给驾驶者，使得其可以对车辆状况了如指掌。线控将是未来汽车的核心内容，这将要求汽车的各个组成部分发生革命性的变化，在汽车的制动系统部分就得到了充分的体现，如电磁制动器就是制动系统的一个发展方向。本文对所设计的车用盘式电磁制动器进行仿真分析。1电磁制动器的结构汽车电磁制动器是一种新型非接触式制动器，它利用电磁阻力的原理将汽车的动能转化为热能耗散在空气中，使汽车获得减速度。其制动效能和工作可靠性、持久性都高于其他传统的汽车制动系统，是国际上汽车制动系统的发展方向。汽车电磁制动器是根据电磁铁原理，利用电磁吸力将电能转化为机械能，然后使制动盘两侧的制动块夹紧制动盘，从而使车轮制动。设计的电磁制动器如图1所示。此汽车制动器的结构与传统液压浮动钳盘式制动器的结构基本相同：制动盘以螺栓固定在轮毂上，带有摩擦衬块的制动块装在制动钳体内，制动块只可以沿轴向滑动，但不能转动；汽车制动时，给电磁线圈供电，使其通一定量的电流，电磁铁产生电磁吸力。电磁铁产生的电磁力比较小，不足以使汽车制动，利用增力机构将力放大，利用液压缸使制动力同时均匀地作用在两侧的摩擦衬块上，与制动盘摩擦，产生所需的制动效果。电磁制动系统中，电磁体的电磁力与电磁体线圈中的通电电流和匝数有关，基本上与安匝数成线性关系。当线圈的匝数一定时，改变线圈中的通电电流，电磁体的磁力随之改变。不同于普通的摩擦制动器，电磁制动器不需要压力调节器，而直接控制电流。由于使用电流调节器代替了压力调节器，所以减少了系统的非线性。图1 电磁制动器2汽车系统模型的建立汽车的整车模型，可以采用牛顿力学建立各个刚体的运动学模型。在对电磁制动器进行仿真时，采用单轮汽车模型如图2所示，为使模型简化，为使制动器制动性能的研究更容易且不受其他条件干扰。对控对象做如下假设：（1）汽车的的质量分布均匀；（2）汽车在平坦的路面上行驶，忽略空气阻力和车轮的滚动阻力；（3）忽略侧向力；（4）不考虑制动过程的震动和由此引起的法向载荷的变化；（5）不考虑汽车由于绕直线旋转或其他车轮不均匀制动而造成的运动动力学。图2 单轮汽车模型车轮运动方程：（1）式中车轮转动惯量；车轮角速度；制动力矩；车轮滚动半径定义滑移率为：（2）式中滑移率车身速度3电磁体子系统仿真模块的建立电磁体中电磁线圈缠绕在电磁铁上，可以将看做电感元件。通电时，电感元件中的电流不能发生跃变。其电流变化公式为：（3）式中时间常数，；最大电流；电感元件参数，线圈匝数，磁通，电磁铁是利用通电的铁芯线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁即被释放。电磁吸力可根据吸力近似计算公式计算：（4）式中空气隙截面积，；空气隙长度；。代入计算数据，建立电磁体子系统仿真模块，如图3所示。图3电磁体子系统仿真模块4增力机构子系统仿真模块的建立增力机构的增力系数与衔铁位置相关，汽车电磁制动器开始制动时，气隙长度会随之变化，变化的电磁吸力：（5）式中磁路中材料的磁导率，建模时，需要注意，气隙长度不能大于0.01652m。增力机构的增力比在一定程度上与角度成线性关系。增力机构的增力系数为： (6) 代入计算数据，建立电磁体子系统仿真模块，如图4所示。图4增力机构系统仿真模块5单轮汽车子系统仿真模块的建立单轮汽车自系统模型以制动器制动力矩和纵向附着系数为输入，得到车身速度和车轮角速度，并将车身速度和车轮轮速送入滑移率计算模块中，以滑移率为输出。式中，车轮滚动半径,建立车轮轮速计算仿真模块，如图5。图5车轮轮速计算仿真模块根据加速度、速度、位移关系公式，可建立车速位移计算仿真模块，如图6。 (7) (8) (9) 图6车速、位移计算仿真模块根据公式（2）可以建立滑移率计算仿真模块，如图7。图7滑移率计算仿真模块联立车轮轮速计算仿真模块、车速、位移计算仿真模块和滑移率计算仿真模块，即可获得单轮汽车子系统仿真模块。如图8。图8单轮汽车子系统仿真模块6轮胎子系统仿真模块的建立汽车行驶路面为沥青路面。轮胎的SIMULINK仿真子系统是根据轮胎力学模型建立的，它以滑移率为输入，经过轮胎模型块后，输出纵向附着系数，并在汽车制动系统中作为单轮汽车模型的输入。（10）式中附着系数；最佳滑移率，；峰值附着系数，；车轮滑移率。建立轮胎子系统仿真模块，如图9。图9轮胎子系统仿真模块7电磁制动器仿真模块的建立图10电磁制动器仿真模型（一）联立电磁体子系统仿真模块、增力机构系统仿真模块、单轮汽车子系统仿真模块和轮胎子系统仿真模块，便可建立最终的电磁制动器仿真模型。仿真模型如图10，图11所示。图11电磁制动器仿真模型（二）设置系统仿真时间为5s，运行仿真系统模型，得到仿真结果电流变化曲线、制动力矩变化曲线、汽车车轮轮速曲线、滑移率曲线、汽车速度变化曲线以及制动位移曲线。仿真结果如图12图17所示。图12电流变化曲线图13制动力矩变化曲线图14汽车车轮轮速曲线图15滑移率变化曲线图16汽车速度变化曲线图17制动位移曲线由图12、图13可知，在汽车开始制动大约时，电磁铁电流达到最大值，此时电磁吸力最大，得到所需制动力矩。由图14、图15可知，在大约时，汽车车轮线速度降为0。此时汽车滑移率为1，会出现车轮抱死现象，可使用ABS装置在汽车制动过程中通过控制电流大小来控制和调节汽车的制动力，使车轮轮速与车身速度一起缓慢下降，防止车轮抱死的现象发生，以获得最佳制动效能。由图16可知，汽车从速度至停止运动，共用时。汽车减速过程，减速度近似恒定。由图17可知，汽车制动位移约为，符合GB7258-2004机动车运行安全技术条件中所规定的，乘用车制动规范对制动器制动性的要求。所得仿真数据与计算数据略有不同，分析原因在于参数的选取以及计算设计过程中所产生的误差所造成。8结论本文基于Matlab/Simulink对所设计的电磁盘式制动器建立了仿真模型，并进行仿真分析，得到了制动器的性能仿真分析曲线。此仿真模型具有很好的可移植性，可作为车辆系统动态仿真的子系统；并可进一步与控制系统相结合，形成完整的仿真系统，用于测试控制算法。参考文献1王中鲜主编.MATLAB建模与仿真应用M. 北京：机械工业出版社，2010.82姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真M.西安：西安电子科技大学出版社，2002.83李永，宋健.车辆电子电磁器件力学M.北京：人民交通出版社，20104Ming Qian.Pushkin Kachroo.Modeling and Control of Electromagnetic Brakes for Enhanced Braking Capabilities for Automated Highway SystemsJ. IEEE,1998.12毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 车用盘式电磁制动器设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程071班学生姓名: 导师姓名: 开题时间: 2011年2月28日指导委员会审查意见：签字：年月日毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程071班指导教师姓名职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称车用盘式电磁制动器设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状汽车制动系统在汽车的安全方面扮演至关重要的角色。早期的制动控制操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,那时的汽车比较小，速度较低，机械制动虽已满足需要，但随着汽车自身质量的增加,开始出现真空助力装置。1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置。美国林肯汽车公司也于1932年推出V12汽车，该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。随着科学技术及汽车工业的发展，汽车制动有了新突破。液压制动是继机械制动的又一重大革新。Duesenberg Eight车率先使用了液压制动器。克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世，美国通用和福特公司分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。到20世纪50年代，液压动力制动器才成为现实。在液压鼓式制动器出现若干年后，人们又发现了液压钳盘式制动器。由液压控制，主要部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动卡钳上的两个摩擦片分别装在制动器两侧。20世纪80年代后期，随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最显著的成就是ABS的实用与推广。ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体，是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防抱死装置一般包括三部分：传感器、控制器与压力调节器。传感器接受运动参数给控制装置。控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后，给压力调节器发出指令。规模集成电路和超大规模集成电路的出现，以及电子信息处理技术的高速发展，ABS已成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。1992年ABS的世界产量已超过1000万，世界汽车ABS的装有率超过20%。一些国家已制定法规，使ABS成为汽车的标准配置。传统的制动控制系统只做一样事情，即均匀分配油液压力。当踩下制动踏板时，主缸将等量的油液送到通往每个制动器的管路，通过比例阀使前后制动力平衡。而ABS则按照每个制动器的需要对油液压力进行调解。随着人们对制动性能要求的不断提高，ABS、牵引力控制系统、电子稳定性控制程序、主动碰撞技术等功能融入制动系统中，越来越多的附加机构安装在制动系统上，使得制动系统更加复杂，也增加了液压管路泄漏的隐患以及装配维修的难度。因此结构更简捷，功能更可靠的汽车制动系统呼之欲出。电磁制动器系统是一个全新的系统，为将来的汽车智能控制提供条件。电磁制动控制因其巨大的优越性，必将取代传统的以液压为主的制动控制系统。其主要包括以下部分：（1）电磁制动器其结构和液压制动器基本相似，有盘式和鼓式两种；电磁制动器是电磁制动系统的关键部分，正是由于它的加入，使得制动系统节省了很多液压管路和液压油，减少了污染漏油等。电磁制动器的控制单元（ECU）接收制动器踏板发出的信号，控制制动器制动；接收驻车制动信号，控制驻车制动；接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等，控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑。由于各种控制系统如卫星定位、导航系统，自动变速系统，无极转向系统，悬架系统等的控制系统与制动控制系统高度集成，所以ECU还得兼顾这些系统的控制。（2）车速传感器准确、可靠、及时地获得车轮的速度。（3）线束给系统传递能源和电控制信号。（4）电源为整个电控制系统提供能源，也可以与其他系统共用。从结构上可以看出这种电磁制动系统具有其他传动制动系统无法比拟的优点：（1）整个汽车制动系统结构简单，省去了传统汽车制动系统中的制动油箱、制动主缸，助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低。（2）制动响应时间短，提高了制动性能。（3）无制动液，维护简单。（4）系统总成制造、装配、测试简单快捷，制动分总成为模块化结构。（5）采用电线连接，系统耐久性能好。（6）易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。对于汽车电磁制动器的最早研究和应用都是拖挂车上的汽车电磁制动器。早在1942年，美国的EMPIRE公司就申请了主要用于拖车的汽车电磁制动器的结构专利。国外著名汽车制造商和专业制动器生产企业在这方面也表现得十分活跃。随后半个多世纪，国外的电气汽车制动系统研发工作开展迅速深入，其中用电磁力驱动的汽车电磁制动器已经进入实用状态，但这种汽车电磁制动器大部分都应用于拖车的制动系统中。同时各国都对汽车电磁制动器进行不断改进，主要表现在电磁体和控制器两部分。而对控制器的改进主要集中在拖挂车中主车与拖车的制动力匹配上。近几年，国外的汽车电磁制动器的发展较缓慢，基本保持了20世纪的形式，只是在此基础上不断完善，努力使汽车电磁制动器能够适应普遍汽车的行车制动。为使汽车电磁制动器能在汽车上广泛应用，需研究电磁体的特性、制动器的性能及电磁制动器控制器的控制策略。国外厂商在近几年内开始研制具有ABS功能的汽车电磁制动器控件器。国内汽车电磁制动器的研究起步远远落后于国外。近几年国内部分学者开始致力于这方面的研究，其中江苏大学在这方面的研究较为突出。另外，有些汽车配件企业和一些中外合资企业涉及汽车电磁制动器及其零部件的制造，但基本上都是采用国外的商业成品技术。国内关于汽车电磁制动器的专利申请保护内容，基本上跟国外50年前的技术相同，与目前国际同类技术相差甚远。所以自20世纪90年代，尤其是加入WTO后，我国汽车工业才得以突飞猛进的发展，人们生活水平随着经济建设的发展不断得到提高，人均拥有汽车量大大增加，而城市用汽车的数量更是与日俱增，为此研究适用于城市工况的汽车电磁制动器应运而生。其次，汽车电磁制动器的制动力是电磁铁的线圈通电后产生的，由于不再靠液压油产生制动力，因此不再适用液压油，也节省了液压制动管路，取而代之的是线束，这一变革使得电磁制动器更易于与ABS等汽车上的电子装置集成，且相对于制动主缸、液压阀及制动管路，线束的维修与更换都要简单得多。另外，由于使用线束代替机械液压制动装置及制动管路，也减少了制动时的非线性和制动力矩相对于制动力的迟滞效应，因此汽车电磁制动器代替液压制动器将成为必然。2、选题目的和意义电磁制动器系统是一个全新的系统，为将来的汽车智能控制提供条件。汽车电磁制动系统取代了传统的液压制动机构，不再使用液压油，减少了液压燃油的危险，提高了安全性，也减轻了汽车的质量；电磁制动系统中采用了转速反馈控制系统，显著改善了制动力矩和防滑性能，缩短了制动距离，提高了轮胎和制动装置的使用寿命。而且，电磁制动系统的制动效率优于液压系统。电磁制动系统将是机动车制动系统发展的新方向。现在汽车工业已全球化，自主研发性能优越、可靠性高、成本低

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