【车辆工程类】车用盘式电磁制动器设计【汽车类】【6张CAD图纸】【优秀】【毕业论文说明书】
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黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 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 件中的 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； to of of 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，利黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 图 2 单轮汽车模型 车轮运动方程： 221 （ 1） 式中 I 车轮转动惯量； 车轮角速度； T 制动力矩； R 车轮滚动半径 定义滑移率为： 1（ 2） 式中 滑移率 v 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： )1( （ 3） 式中 时间常数 ，； I 最大电流； L 电感元件参数，N 线圈匝数， 378N 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： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 22 10)( （ 4） 式中 S 空气隙截面积， 200186.0 ； 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： 2 028 （ 5） 式中 0 磁路中材料的磁导率 ， 0 建模时，需要注意，气隙长度不能大于 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 ： i(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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 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。 221 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 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 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。 222 （ 10） 式中 附着系数 ； 最佳滑移率， 2.0 h 峰值附着系数， 9.0h； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 S 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 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 ，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 ，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 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 0 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 258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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 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 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
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