機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計說明書
設(shè)計題目: ZQ1050型商用車制動系設(shè)計
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目錄
1 前言 1
2 制動系概況及組成 2
2.1 制動系的組成 2
2.2 制動系統(tǒng)功用和性能要求 2
2.3 制動系統(tǒng)的分類 3
3 制動器的結(jié)構(gòu)類型及選擇 3
3.1 制動器的結(jié)構(gòu)類型 3
3.2 制動器結(jié)構(gòu)的選擇 7
4 制動系的主要參數(shù)及其選擇 8
4.1 相關(guān)給定參數(shù) 8
4.2 制動系主要參數(shù)的確定 8
5 制動系的設(shè)計與計算 10
5.1 同步附著系數(shù)與制動器分配系數(shù) 10
5.2 最大制動力矩 11
5.3 制動器因數(shù)計算 12
5.4 制動性能計算 14
6 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
7 液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的計算 16
7.1 制動驅(qū)動機構(gòu)的選擇 16
7.2 制動輪缸直徑與工作容積 16
7.3 制動踏板力與踏板行程 18
設(shè)計總結(jié) 20
參考資料 22
致謝 23
1
1 前言
隨著我國汽車工業(yè)的大力發(fā)展和普及，人們對于汽車的安全性要求更加高。而汽車中對安全性影響最大的制動系，日益成為了近年來汽車改進的重點目標(biāo)。由此可見，本次制動系統(tǒng)設(shè)計具有實際意義。
汽車的剎車裝置是指可以讓汽車從運動狀態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)或者保持靜止?fàn)顟B(tài)的一種裝置。汽車行駛的過程中，雖然受到很多力，比如地面的阻力，風(fēng)的阻力，但這些力都不足以讓車有行駛狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)，在不施加外力的情況下。所以，為了讓車停止，不得不提供一套裝置，一套提供外力的裝置，從而使車輛停止，需要安裝的這套裝置便是車輛制動系，即是車輛的制動裝置。
車輛的制動系統(tǒng)都是應(yīng)該由供能裝置、傳動裝置、控制裝置、制動器這樣四個基本部分組成。形式有多樣。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有氣動式、液壓式、機械式、氣—液混合式等型式。
汽車的制動裝置組成包括控制和傳動裝置，制動力的提供設(shè)備，剎車盤等組成。特別是近幾年，隨著新技術(shù)的研發(fā)出來，車速的提升，人們對汽車制動的需求越來越高，制動系的形式越來越多樣化。傳統(tǒng)的鼓式因散熱問題逐漸被淘汰，散熱較好，熱衰退慢的盤式制動系越來越受到重用。特別是通風(fēng)盤式，受到了很多車企和消費者的青睞。這幾種工作原理制動結(jié)構(gòu)原理是一樣的，都是摩擦達到減速的效果，最后把動能轉(zhuǎn)換成熱能，從而達到降低速度的目的，如果有需要，可以達到停止的狀態(tài)。隨著技術(shù)的進步，和新技術(shù)，新材料的研究和研發(fā)，同時，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)，新型的剎車系統(tǒng)層出不近。最近幾年，純電動汽車開始興起，傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)也需要發(fā)生相應(yīng)的改變，如液壓制動變成了電動的。?
汽車制動的發(fā)展，說到底還是材料科學(xué)的發(fā)展和電子科技的不斷前進與發(fā)展。因而，分兩方面發(fā)展。??
從第一個方面來講，智能控制技術(shù)是一個發(fā)展的大方向。特別是近年來的ABS/ASR技術(shù)，取得了世界公認的制動效果，但是，ABS/ASR與不能解決車輛制動中的所有問題，還需汽車企業(yè)進一步研究。因此，隨著防抱死系統(tǒng)的應(yīng)用，剎車系統(tǒng)不僅僅再是剎車用的了，可以通過電腦和防抱死系統(tǒng)的結(jié)合，變?yōu)檐嚿矸€(wěn)定系統(tǒng)，它是根據(jù)制動力的需要，選擇某個車輪進行剎車，從而平衡車身，達到平衡車身的需要從而使車身在拐彎時不宜翻車，從而大大增加了汽車安全性能，現(xiàn)在越來越多的人把車身穩(wěn)定系統(tǒng)看的越來越重要，甚至不買沒有車身穩(wěn)定系統(tǒng)的轎車。在EBS實際應(yīng)用中，已成為越來越多企業(yè)的選擇，事實證明，EBS起到了很好的車身穩(wěn)定。
第二個方面，隨著計算機技術(shù)的持續(xù)性進步，汽車制動系統(tǒng)越來越高級，實用性越來越強，伴隨著新材料的新研發(fā)和對防抱死系統(tǒng)的不斷完善，制動系統(tǒng)的安全性能得到了前所未有的提升。制動系統(tǒng)ABS/TCS將逐步與智能化、一體化一起發(fā)展已經(jīng)不再是一個構(gòu)想，慢慢的已經(jīng)逐步成為現(xiàn)實。將控制設(shè)備，轉(zhuǎn)彎的系統(tǒng)，與電子科技控制的系統(tǒng)，用行車電腦鏈接聯(lián)系起來，再通過編程，自動控制，便可研發(fā)出一些有實用性的新的、能提高安全性的控制裝置。????
通過上面的大量敘述，我們可以清楚的認識到，高科技的電子制動控制將是未來汽車制動系統(tǒng)的前進方向。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)也將發(fā)生巨大的改變，液壓控制將消失，電子電力的剎車系統(tǒng)才是未來的燈塔。同時，近年來科技進步巨大，電子方面，如超大規(guī)模集成電路的發(fā)展與應(yīng)用，電子元件的材料與制造工藝、成本將不斷下降。
本次設(shè)計的首要目標(biāo)是根據(jù)汽車主要參數(shù)和車型，制定相對合理的結(jié)構(gòu)框架，然后通過計算和分析，確定制動器的形式，結(jié)構(gòu)和尺寸，最后經(jīng)過校驗和反饋。
2 制動系概況及組成
2.1 制動系的組成
制動系作為汽車相對來說較為重要的系統(tǒng)，有著限制汽車行駛速度和緊急剎車等的功能。制動系是由制動器和制動驅(qū)動機構(gòu)組成。
2.2 制動系統(tǒng)功用和性能要求
制動系統(tǒng)主要用來滿足減速行駛，行車中停車，水平路或者坡道上穩(wěn)定停車等功能。
隨著科技的進步，制動系統(tǒng)更是得到進一步得到提高，并且現(xiàn)在政府對城市道路和農(nóng)村道路的大力修建，民眾對汽車的安全性要求越來越高。而汽車的安全性很大的程度上在于制動系統(tǒng)性能的好壞。所以，現(xiàn)在的民眾在選擇購買汽車時越來越看看中汽車制動性能。
汽車制動時須：
???? ??1）要有非常大的制動力，能夠短時間內(nèi)讓車停下來。
?????? 2）工作可靠。要求在一些苛刻條件下制動系功能依然穩(wěn)定。要有兩個以上的獨立的制動回路，保證在一個損壞時，另一個依然能保證汽車安全行駛。
?????? 3）具有一定的平穩(wěn)性。大約在同一軸車輪制動器的制動力矩應(yīng)該是一樣的，避免制動輪在某一側(cè)首先側(cè)滑，導(dǎo)致汽車無法操縱，失去方向穩(wěn)定性或旋轉(zhuǎn)，運行偏差，甚至出現(xiàn)掉頭的危險處境。
2.3 制動系統(tǒng)的分類
制動系統(tǒng)的部件在市場上有很多不同的類，但是一般都是由電源設(shè)備、控制設(shè)備、制動器、傳動設(shè)備組成。在這個制動系統(tǒng)里，有幾個部分組成。分別如下：1、動力部分，它來自人的力量，手人大腦的控制。2、它的作用部分，也就是核心部分，為制動器。因此，當(dāng)人為因素去除后，剎車的性能，如剎車的距離，便通過制動器的制動性能表現(xiàn)出來。
3 制動器的結(jié)構(gòu)類型及選擇
制動器結(jié)構(gòu)常見及經(jīng)常用到的種類不太多，?摩擦式、電磁式、液力式等形式比較常見，下面詳細的介紹一下。
電磁式好處：滯后性好、可靠性高，成本高是其最大的短板，商用車基本不用此類制動器，高端的商用車上才會有使用；緩速器常常使用液力式制動結(jié)構(gòu)，其制動效果好。此種形式用的最多。
3.1 制動器的結(jié)構(gòu)類型
3.1.1 鼓式制動器結(jié)構(gòu)
1) 領(lǐng)從蹄式制動器
如圖3-1所示，正常剎車時，領(lǐng)蹄是張開方向和箭頭方向一致；領(lǐng)蹄則相反。當(dāng)發(fā)生倒車時，從蹄為蹄1，領(lǐng)蹄為蹄2。這就是領(lǐng)從蹄式制動器的工作原理。
1-領(lǐng)蹄 2-從蹄 3，4-支點 5-制動鼓 6-制動輪缸
圖3-1 領(lǐng)從蹄式制動器
2) 雙領(lǐng)蹄式制動器
如圖3-2所示，雙領(lǐng)蹄式制動器有很高的的正向制動效能，所以，自該種制動系誕生以來，使用就非常的廣泛，一般用在商用車的后輪。
1-制動輪缸 2-領(lǐng)蹄 3-支撐銷 4-制動鼓
圖3-2 雙領(lǐng)從蹄式制動器
3) 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器
如圖3-3所示，當(dāng)汽車在正常行駛中進行剎車時，一切制動輪缸的活塞都要把制動蹄頂靠開外。把他們壓在制動鼓上，在液壓的的推動之下。在運動的過程中會產(chǎn)生一個力矩，會使雙蹄順著一定的方向移動，直到頂開活塞到一定的位置停止。
圖3-3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器
4) 單向增力式制動器
如下圖3-4所示，單向增力式制動器，在連接桿的頂部和二次制動時，在制動底板支撐銷的支撐銷上的底部部分，由于制動蹄切削對反力并沒有得到及時的平衡，因此它是一種不平衡的制動器。因此，正向制動的制動效率高，而在相反的制動效率一般是最低的。在一小部分輕、中、重型卡車和汽車上使用前輪制動器。
1-第一制動蹄 2-支撐銷 3-制動鼓 4第二制動蹄 5-頂桿 6-制動輪缸
圖3-4 單向增力式制動器
5）雙向增力式制動器
如圖3-5所示，上述單向伺服制動單輪缸活塞為雙活塞式，在支撐柱的上端也作為雙腳在共同的支點，即為雙伺服制動一個變量，無論車為什么剎車，雙伺服制動總是增加力量式制動器。
1-后制動蹄 2-頂桿 3-前制動蹄 4-制動輪缸 5-支撐銷
圖3-5 雙向增力式制動器
不同形式鼓式制動器的主要區(qū)別有：
?? 1）張開裝置的形式與數(shù)量的不同。
??????2）蹄片固定支點的數(shù)量和位置的不同。
??????3）制動時，兩塊蹄之間沒有互動作用
雙領(lǐng)和雙向雙領(lǐng)蹄式制動器蹄式適合雙制動系統(tǒng)，但由于有兩個制動輪缸，數(shù)量增加，成本較高，而且容易出現(xiàn)漏油，油管損壞現(xiàn)象。雙從蹄制動器穩(wěn)定性最好，但因為裝置配置要求較高，因此其廣泛程度不高。增力式制動雖然與其他形式相比有制動效率高，但效率不穩(wěn)定，自鎖太容易發(fā)生的制動形式。單向增力式換向制動時制動力效率降低，只有少數(shù)中型卡車和轎車的前輪剎車運用。雙向增力式在任何方向、制動效率非常高，可以產(chǎn)生大的停車制動轉(zhuǎn)矩。不是用于緊急剎車，不產(chǎn)生高溫，可以節(jié)省助力驅(qū)動機制。
3.1.2 盤式制動器結(jié)構(gòu)
盤式制動器可分為鉗盤式和全盤式兩種。
1）鉗盤式
盤式制動器制動效能低，熱穩(wěn)定性較差。摩擦片磨損較高，成本是昂貴的，襯快工作面小，磨損快，使用壽命短，需要使用高材料襯套，需要高制動液壓壓力，必須要有具有動力裝置的車輛使用，所以只適合一些汽車和微型汽車，不應(yīng)該用于卡車。制動器能更好的靠近輪轂；不需要跨越制動盤的油路或油管，液壓缸冷效果比較好，所以制動液不容易；另外，制造成本低；浮動盤的制動塊可作為駐車制動。
2）全盤式
這個制動器的特點適合上一種是相反的，制動盤是鎖死在上面的。這樣的特點導(dǎo)致這樣的制動器被多多的使用在了重型的車上。因為能產(chǎn)生非常大的制動力。
3.2 制動器結(jié)構(gòu)的選擇
綜合上面的描述，我們發(fā)現(xiàn)盤式制動器也有以下缺點：
1）不能嚴密的阻止銹蝕和防止油泥塵污(密封的多片全盤制動裝置)。
2) 可以兼做停車制動裝置，但是所需的附加的動手接構(gòu)會很復(fù)雜。
3）在制動驅(qū)動機構(gòu)里必須加裝助力器。
4) 因為其襯塊的工作表面積太小，盤式制動器裝置在車輛前面輪上得到廣泛的采用。鼓磨損較快，行使壽命較低，需要用高材質(zhì)，高價格的襯塊。
盤式制動器制動效能低，熱穩(wěn)定性較差。摩擦片磨損較高，成本是昂貴的，襯快工作面小，磨損快，使用壽命短，需要使用高材料襯套。
需要高制動液壓壓力，必須要有具有動力裝置的車輛使用，所以只適合一些汽車和微型汽車，不應(yīng)該用于卡車。
目前，小排量和中排量的大多使用盤式制動器。而鼓式制動器主要應(yīng)用在大型的客車和火車上。盤式制動器會有如下優(yōu)勢：
1）熱穩(wěn)定性好。
2)水穩(wěn)定性好。
3)輸出制動力矩相同時，尺寸和質(zhì)量相對較小。
4)裝有鼓式制動器的汽車長時間行駛時會導(dǎo)致制動鼓發(fā)熱膨脹。但是膨脹會相當(dāng)?shù)膮柡Γ?dāng)當(dāng)達到一定的程度會把制動器的間隙變得太大。最終會導(dǎo)致制動踏板行程越來越大。相比鼓式制動器，盤式的在受熱時順著軸方向的熱膨脹就變得微弱至極。
5)間隙的自動調(diào)整容易進行。
雖然盤式制動器有如上諸多優(yōu)秀的性能，缺點也是顯而易見的。和鼓式的相比不足之處如下：
1）制動效能較低。
2）兼用于駐車制動時，需加裝復(fù)雜輔助設(shè)備。不過盤式制動器必將成為主流制動器。
3）制造成本較高。盤式結(jié)構(gòu)相對更緊密一些，導(dǎo)致制動效能和制動穩(wěn)定性會更加可靠。鼓式的雖然結(jié)構(gòu)簡單一些，但是制動性能還是可以達到一定的技術(shù)要求的。
總結(jié)，由于是皮卡車制動器的設(shè)計，軸向載荷的汽車制動原理達到前輪剎車力應(yīng)大于后輪，如果后輪制動力大于前輪，那么后輪剎車時，后輪自鎖時將會出現(xiàn)剎車徘徊或側(cè)滑現(xiàn)象，它將很容易造成嚴重的交通事故。本次設(shè)計選取前鼓后鼓式。
最后綜合考慮此次設(shè)計采取前后鼓式制動器。并且前輪使用雙領(lǐng)蹄式制動器，后輪使用領(lǐng)從式制動器。
4 制動系的主要參數(shù)及其選擇
4.1 相關(guān)給定參數(shù)
質(zhì)心高度: Hg=853mm;
質(zhì)心與前軸的距離：a=1700mm;
質(zhì)心與后軸的距離：b=1600mm
軸距：L=3300mm;
車輪滾動半徑：Rr =463mm
整備質(zhì)量 M=1800Kg
最大質(zhì)量 M=4800Kg
最高車速 V=100Km/h
車輪型號為7.0-R20，輪輞直徑為20英寸
4.2 制動系主要參數(shù)的確定
(1) 制動鼓內(nèi)徑D
圖4-1 鼓式制動器的幾何參數(shù)
如圖4-1各參數(shù)：
制動鼓如果想要滿足使用的要求就必須考慮很多的因素。但是一般的首先對它的壁厚要求是總重要的。只有其達到一定的要求后再工作時才能持久正常工作。壁厚的強度決定它的是有壽命。但是剛度也是必須需要滿足一定的技術(shù)要求的。
制動鼓直徑與輪輞直徑之比D/Dr的范圍如下：
商用車： D/Dr=0.70～0.83
取 D/Dr=0.75
輪輞直徑 Dr=508mm
制動鼓最大內(nèi)徑 D =400mm
取制動鼓內(nèi)徑D=400mm 即R=200mm
摩擦襯片寬度b和包角β
摩擦襯片寬度大小決定內(nèi)襯的使用壽命，縮小寬度會很快磨損，面對更短的使用壽命；拓寬寬度可以使質(zhì)量變大，不容易處理，增加了成本。
對于5t的中型貨車，查汽車設(shè)計書得單個制動器總的摩擦面積越大，制動時所受單位面積的正壓力和能量負荷越小，從而磨損特性越好。對于（3.5～7.0）t的轎車，單個制動器總的摩擦面積Ap為（300～650）cm2，這里取Ap=600cm2?？汕蟮胋=120mm。
（3）摩擦襯片起始角β0
由以上可知β0=90o－100o/2=40o。
（4）制動器中心到張開力Po作用線的距離a
根據(jù)公式可知，距離a越大，制動距離越短，因為制動鼓安裝在輪轂里面，根據(jù)常規(guī)，制動缸直徑a=0.8R，根據(jù)經(jīng)驗，取得a=170mm。
（5）制動蹄支撐點位置坐標(biāo)c和k
要保證兩制動蹄不能接觸，就需要c大而k小，c=0.8R，根據(jù)經(jīng)驗取值為c=170mm，k=40mm。
（6）摩擦片摩擦系數(shù)
摩擦系數(shù)f=0.35～0.40。因此，取接近實際。
5 制動系的設(shè)計與計算
5.1 同步附著系數(shù)與制動器分配系數(shù)
(1)當(dāng)＜時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；
(2)當(dāng)＞時：制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；
(3)當(dāng)＝時：制動時汽車前、后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。
分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動(前、后車輪同時抱死)時，其制動減速度為，即，為制動強度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動時，達到前輪或后輪即將抱死的制動強度＜這表明只有在＝的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。
參考類似車型此次設(shè)計車型同步附著系數(shù)
，帶入數(shù)據(jù)得：
β=0.639
5.2 最大制動力矩
制動器動力之比為：
最大制動力矩
設(shè)該車在附著系數(shù)為的路面上行駛，且轎車的同步附著系數(shù)為。
則制動強度
代入數(shù)據(jù)，得：
則單個車輪應(yīng)有的最大制動力矩為：
式中，G--汽車所受重力；
L--汽車軸距；
a--汽車質(zhì)心離前軸距離；
b--汽車質(zhì)心離后軸距離；
--汽車質(zhì)心高度；
--汽車滾動半徑；
--地面附著系數(shù)；
β--制動力分配系數(shù)；
--制動力距；
5.3 制動器因數(shù)計算
制動器效能，顧名思義，其表示的意思是：剎車裝置能輸出來的最大力矩。
一般常用制動因數(shù)表達。
式中，--制動器促動力。
后輪制動器因數(shù)（支承銷式—領(lǐng)從蹄式）：
其中有關(guān)計算參數(shù)如圖5-1所示：
其中數(shù)據(jù)數(shù)值:
==1.74；
===0.768；
==2.512；
==3.279；
=200mm；
B=0.8R=160;
C=R-20=180;
=
=1.6=320mm；
圖5-1支撐銷式制動蹄有關(guān)計算結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)
==190mm；
=0.3；
那么單個領(lǐng)蹄的制動因數(shù)：
公式:
代入數(shù)據(jù)得 ；
公式:
代入數(shù)據(jù)得；
所以整個后輪制動器因數(shù)為:
張開力的計算
由液壓驅(qū)動制動器所需張開力
(5-1)
代入數(shù)據(jù)，解得：P1 = 17200.885N； P2 = 12741.317 N；
5.4 制動性能計算
(1)制動減速度
式中：為該車所遇最大附著系數(shù)，0.8；
則
(2)制動距離
理論制動距離： （5-2）
式中： j—制動減速度；
V—制動初速度，65km/h；
代入數(shù)據(jù)，解得：
S=20.791m
6 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1）制動鼓
制動鼓如果想要滿足使用的要求就必須考慮很多的因素。但是一般的首先對它的壁厚要求是總重要的。只有其達到一定的要求后再工作時才能持久正常工作。壁厚的強度決定它的是有壽命。但是剛度也是必須需要滿足一定的技術(shù)要求的。根據(jù)資料可以知道，13mm—18mm取得；我這回選擇15mm。
2）制動蹄
制動蹄的種類非常多，但是市場的主流是使用T制成。在汽車配件部分當(dāng)中市場上很多的制動器用摩擦環(huán)需要高要求高標(biāo)準，一般制動蹄上的摩擦材料的系數(shù)都是在0.3~0.5之間選取的。但是有由于摩擦系數(shù)越大將會導(dǎo)致它的耐磨性大大的降低，，所以摩擦性能高是很重要對于汽車剎車時，但是耐磨性也是摩擦材料必須考慮的重要因素?？刹荒軉畏矫娴囊晃兜剡x取摩擦系數(shù)高的制動器，從而忽視它的耐磨性。如果想要得到完美的摩擦只懂得結(jié)果就必須從兩方面同時考慮選擇正確的方案。綜合考慮此處的鼓式制動器摩擦材料摩擦系數(shù)選0.5，摩擦材料的摩嚓系數(shù)一般取0.3。
選擇制動蹄腹板和翼緣的厚度，轎車一般3mm—5mm；貨車一般5mm—8mm；取6mm。摩擦襯片的厚度，轎車一般4.5mm—5mm；貨車一般8mm以上；取20mm。本次制動蹄采用的材料為HT200。
3）制動底板
制動底板是制動器上必不可缺的零件之一，制動器上的很多零件都需要安裝在它上面才能固定在系統(tǒng)上進行工作。所以他是制動器的基本零件。絕大部分制動器上的零部件都必須安裝在此，比如制動蹄、制動鼓、制動彈簧等。這樣就導(dǎo)致了制功底版承受著制動器工作時來自制動器以外大部分的制動反力距，因此它必須要有一定的剛度。一般汽車制造廠商和汽車設(shè)計和工作人員都比較傾向采用HT250材料進行制造制動底板本次設(shè)計采用HT250。
4）制動蹄的支承
當(dāng)汽車剎車制動時，制動蹄需要把摩擦片緊靠在鼓上從而使汽車減速并停車。所以就發(fā)揮了很好的作用，它的安裝簡易，制造方便，況且使支承可以已有的定位。這樣的支承得到廣泛的使用。在實際應(yīng)用上必須把支承設(shè)置成不是固定的，這樣的目的是要把制動蹄的其中的一個自由度的工作面要和制動器同軸。。
5）制動輪缸
制動輪缸是由制動主缸加壓后把制動液通過制動管路輸送到此，然后制動液會在壓力的作用下把活塞推至制動蹄，把制動蹄緊緊壓靠在制動鼓上，從而達到制動的效果。是比較容易的構(gòu)造，在制動器中的位置很容易安裝，HT250制成。所以我這次設(shè)計采用HT250。
制動鼓相對于輪轂的位置，定位是以直徑為的圓柱表面的配合，制動鼓工作表面的同軸度公差≤0.03，靜不平衡度≤1.5，徑向跳動量≤0.05。
7 液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的計算
7.1 制動驅(qū)動機構(gòu)的選擇
（1）簡單制動
其優(yōu)點是短(0.1 ~ 0.3 s)效應(yīng)時滯，高工作壓力(10 ~ 12 mpa)，制動輪缸的尺寸很小，可以裝飾制動蹄制動塊的壓力打開機構(gòu)或內(nèi)部機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、低質(zhì)量、低成本。但它有限的力量限制汽車的使用。溫度上升后，制動液氣化，制動效率降低，簡單的液壓制動系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、輕型和輕型卡車和中型卡車的一部分。隨著世界科技的飛速發(fā)展，科技成果越來越多越來越先進，汽車上的科技產(chǎn)品日新月新。機械式的機構(gòu)在早就被全部淘汰了。但是其工作原理還是被用在教科書上進行教學(xué)工作內(nèi)容。
（2）動力制動系
動力制動統(tǒng)主要用來減輕人工制動踏板力的簡單的制動系統(tǒng)，踏板力和踏板可以在這里小有一個適當(dāng)?shù)男谐獭?
氣動制動系統(tǒng)可以獲得較大的制動力，并且結(jié)構(gòu)簡單，安裝便利。操作方便，運行可靠，維護方便，氣壓制動在8t商用車輛中廣泛的應(yīng)用，由于氣壓制動系必須采用復(fù)雜的輔助設(shè)備且這類設(shè)備尺寸大、價格高、制動氣室排氣時噪聲很大，應(yīng)用受到了限制。
（3）伺服制動系
因此，在上面的中級轎車和輕型和中型轎車和卡車超過1.6 L排量乘用車各種商用車中廣泛應(yīng)用于伺服制動。這樣的系統(tǒng)大大改善了制動動力不足，剎車延遲性的嚴重問題。保證了汽車在有坡路上的駐車制動，以及減速剎車制動時的能力。
綜述所述本次設(shè)計的中型貨車選用液壓制動。
7.2 制動輪缸直徑與工作容積
制動輪缸對制動蹄施加的張開力與輪缸直徑和制動管路壓力的關(guān)系為：
(7-1)
制動油路壓力一般不超過10-12MPa。
第個輪缸的工作容積為
(7-2)
式中，—第個輪缸活塞的直徑；
—輪缸中活塞的數(shù)目；
—第個輪缸活塞在完全制動時的行程，初步設(shè)計時可取
2.0～2.5。
所有輪缸的總工作容積為：
(7-3)
式中：為輪缸數(shù)目。
取，已知
P1 = 17200.885N； P2 = 12741.317 N；
則帶入數(shù)據(jù)，得：
=46.81mm，
制動主缸直徑應(yīng)符合GB7524-87的系列尺寸，主缸直徑系列尺寸為：
14.5，16，17.5，19，20.5，22，（22.22），（23.81），24，（25.40），26，28，（28.58），30，32，35，38，42，46mm。
初步設(shè)計時，制動主缸的工作容積可取為：
Vm = 1.3V = V + Vˊ （7-4）
式中： 為所有輪缸的總工作容積。
Vm =1.3（+）
=17405.648ml；
主缸活塞行程可用下式確定
一般 ； 取
代入數(shù)據(jù)，解得：dm =28.09mm；依國標(biāo)，取30mm；
Sm =30 mm；
7.3 制動踏板力與踏板行程
液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的制動踏板力如圖7-1所示，
制動踏板力用下式計算：
圖7-1 液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的計算用簡圖
(7-5)
式中，—踏板機構(gòu)傳動比
，、 見圖7-1。
—踏板機構(gòu)及液壓主缸 的機械效率，可取=0.82～0.86。
由式（7-5）取=0.85，ip = 4；
代入數(shù)據(jù)，解得：Fp = 2077.94 N >700N ，不符合標(biāo)準。
所以需要加裝真空助力器。
(7-6)
式中： ：真空助力比，取4。
制動踏板工作行程用下式表示：
(7-7)
式中，—主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取=1.5～2.0；
—主缸活塞空行程，即主缸活塞從不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程。
代入數(shù)據(jù)，解得：<150mm ；
符合設(shè)計要求。
設(shè)計總結(jié)
回想過去的三個月，剛拿到畢業(yè)設(shè)計題目時的茫然和不知所措，再看看現(xiàn)在即將完成的畢業(yè)設(shè)計，自己感覺從中學(xué)到了很多。
我的設(shè)計題目是ZQ1050型商用車制動系設(shè)計，畢第一步是外文翻譯，找一篇外文期刊文章并不難，但要把它翻譯好，卻是相當(dāng)?shù)睦щy，拿著英文文章，感覺是無從下手，單詞大多都認識，但放在專業(yè)文章中，總是感覺不合適，不合語言習(xí)慣。為此也查了大量詞典，掂量每個詞的語義。在此過程中，學(xué)習(xí)到了很多汽車方面專業(yè)詞匯。
第二步是方案論證，這一步關(guān)系汽車制動系的整體性能，及各個部分的選擇，也是此次設(shè)計中最重要的一部分，汽車采用什么形式的制動機構(gòu)，不僅和使用環(huán)境有關(guān)，也和經(jīng)濟性緊密相連。本次制動系設(shè)計的思路是先從理論上對所給的參數(shù)、技術(shù)和使用要求進行分析，再比較不同類型制動器的優(yōu)缺點，來確定制動器類型、結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)，再對相關(guān)參數(shù)進行計算校核，使設(shè)計滿足使用性能。。此次設(shè)計思路的確定，充分利用網(wǎng)絡(luò)，搜索了大量相同類型的輕型貨車，最后參考了解放CA1048型貨車的一款才最終得以確定。
第三步是設(shè)計與計算，此部分計算量比較大，所用的公式也比較多，也是最繁瑣的一部分，設(shè)計計算的過程中需要參考大量的設(shè)計資料，所學(xué)的教材《汽車設(shè)計》根本無法滿足設(shè)計需要。零件的設(shè)計所需要的很多數(shù)據(jù)也無法查到。國內(nèi)汽車行業(yè)的很多標(biāo)準也沒有完善。通過查詢資料，設(shè)計各個零部件，也學(xué)到了很多關(guān)于零件的設(shè)計方法和步驟，通過書籍和老師指導(dǎo)，得以關(guān)鍵尺寸的確定。
第四步是畫圖，相對來說這部分應(yīng)該是比較輕松的，但由于初次設(shè)計，且零件的各個尺寸也無法知道，大到拉桿長度，小到一個圓角的大小，這些都要參考相似零件設(shè)計，所以畫起圖來也想當(dāng)麻煩，比例注意不到就會看起來很不協(xié)調(diào)。
在本次設(shè)計中，除了自身的努力外，首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師吳老師，吳老師是一個對待工作極其認真的人，每次都是在百忙之中抽出時間來給我們輔導(dǎo)，其次，我要感謝我們這組的其他同學(xué)，沒有他們的幫助和合作，是不可能完成本次設(shè)計的，眾所周知，一輛汽車沒有整車的基本設(shè)計，我們的設(shè)計則是完全獨立，根本達不到要求，所以就需要全組同學(xué)的共同努力，才方有成就。
總的來說，此次設(shè)計過程中雖然遇到了很多困難，但從中學(xué)到了很多，不光是純粹的知識。首先，畢業(yè)設(shè)計讓我對汽車制動系有了更深層次的了解，從原理到實際的應(yīng)用。其次，提高了對一些辦公軟件的運用水平，例如Word和AutoCAD。最后，也是最重要的一點，讓我意識到了團隊的力量。畢業(yè)設(shè)計是一項復(fù)雜龐大的工作，一個人可能不也沒有精力去完成。我們小組的成員，每個人都完成一小部分。但每一小部分都是相互聯(lián)系的，遇到問題就要相互討論，共同去解決。
三個多月，轉(zhuǎn)眼就結(jié)束了，在設(shè)計之中，自己受益匪淺，從知識的學(xué)習(xí)到工作的態(tài)度，都有了一個全新的改觀，時刻提醒自己，無論什么時候，做事要嚴謹，要有耐心，這對自己以后的工作有一個好的鋪墊，為自己以后的工作開了一個好的領(lǐng)航。
參考資料
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[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(上冊)[M].第五版.北京:人民交通出版社，2005
[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(下冊)[M].第五版.北京:人民交通出版社，2005
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[11] 馮如.AutoCAD2000中文社自學(xué)手冊[M].北京:人民郵電出版社，2013
[12] 吳光強.汽車理論[M].第2版.北京:人民交通出版社，2014
[13] 張文春．汽車理論[M].第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2010
[14] (美)諾頓(Norton，R.L).機械設(shè)計:機器和機構(gòu)綜合與分析.第二版. 北京:機械工業(yè)出版社，2003
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[18]?Dottoma?V,?Giancane?S,?Nobile?R,?et?al.?Fatigue?life?prediction?under?variable?loading?based?on?a?new?non-linear?continuumdamage?mechanics?model.International?Journal?of?Fatigue,?2006,vol.?2,?pp.?89-95.?
[19]?Li?shunming.The?design?for?the?mechanical?fatigue?and?reliability.beijing?the?scientific?press.2006.9,?pp.78-99.
致謝
畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲了，大學(xué)四年的生活也就要結(jié)束了，回想過去的四年，有歡喜也有憂傷，在這四年里結(jié)識了很多一塊學(xué)習(xí)，一塊玩耍，相親相愛的同學(xué)和在學(xué)習(xí)上無私幫助，兢兢業(yè)業(yè)，不辭辛苦辛勤培養(yǎng)我們，可愛而又可敬的老師。
ZQ1050型商用車制動系的設(shè)計，很有挑戰(zhàn)性。制動系是汽車幾大系統(tǒng)中不可缺少的一部分，也關(guān)系到汽車的整體性能。
首先先感謝吳心平導(dǎo)師的指導(dǎo)，因為制動系統(tǒng)的重要程度，汽車的制動系設(shè)計難度還是相當(dāng)大的，在吳老師的幫助下，我解決了很多有難度的問題，在這半年的時間內(nèi)，也使我更加深入的學(xué)習(xí)汽車構(gòu)造原理和設(shè)計校核方法。
其次，感謝大學(xué)四年期間各科老師傳授的知識，是你們讓我學(xué)會了知識，同時月學(xué)會了做人，在此，表示感謝！
最后，感謝母校河南工業(yè)大學(xué)對我的培養(yǎng)，謝謝您為我提供一個展翅飛翔的平臺！
畢業(yè)設(shè)計結(jié)束意味著大學(xué)生活就要結(jié)束了。雖然通過畢業(yè)設(shè)計學(xué)到了很多，但以后還是要不斷地提高自己的專業(yè)水平和專業(yè)知識技能，大學(xué)四年，我受益匪淺。
最后向評閱的老師們表示誠摯的感謝，并請各位老師對此設(shè)計批評指正，提出寶貴意見。
附錄：中英文文獻翻譯名稱——使用滑?？刂破髟鰪娋€控制動系統(tǒng)
24
任務(wù)書
1．本畢業(yè)設(shè)計課題應(yīng)達到的目的：
汽車制動系是在汽車使用中比較容易損壞的一個系統(tǒng)，通過對其結(jié)構(gòu)進行分析，初步進行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，提高制動器的工作性能。
具體內(nèi)容：汽車制動系結(jié)構(gòu)方案分析，制動器類型選擇，制動系主要參數(shù)選擇，制動系設(shè)計與計算，制動系主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計。
本題目著重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)從事實際工作的實踐能力。
2．畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
⑴主要設(shè)計參數(shù)：整備質(zhì)量1800Kg、最大總質(zhì)量4800 Kg、最高車速100 km/h，設(shè)計時可參考汽車理論教材；
⑵結(jié)合設(shè)計內(nèi)容，完成外文文獻翻譯；
⑶查閱相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計方案論證報告；
⑷編寫設(shè)計說明書大綱、工作計劃；按照系統(tǒng)設(shè)計要求進行計算分析、設(shè)計繪圖；
⑸完成設(shè)計說明書的撰寫，最后完成畢業(yè)設(shè)計資料的文檔整理。
3．對畢業(yè)設(shè)計成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計、圖表、實物樣品等〕：
[1]外文文獻翻譯1份，譯文字數(shù)不少于3000字；
[2]畢業(yè)設(shè)計方案論證報告1份，不少于2000字；
[3]完成畢業(yè)設(shè)計說明書1份，字數(shù)一萬字左右，嚴格按照學(xué)校畢業(yè)設(shè)計格式要求，用word文檔打印，繪制總和不少于4張零號圖紙的總體布置圖、裝配圖、零件圖，其中圖形使用計算機繪圖軟件繪制，最終所有正式文檔提交電子版。
4．主要參考資料：
[1] 余志生.汽車理論.機械工業(yè)出版社,2006
[2] 王望予．汽車設(shè)計 [M]．第4版．北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
[3] 劉惟信．汽車設(shè)計 [M]．第1版．北京：清華大學(xué)出版社，2001.7
[4]陳家瑞．汽車構(gòu)造 （下冊）[M]．第2版．北京：機械工業(yè)出版社，2005.1
[5]《汽車工程手冊》編輯委員會．汽車工程手冊．設(shè)計篇[M]．北京：人民交通出版社，2001.6
5．本畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2月28日～3月5日
下發(fā)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，布置收集、查詢相關(guān)的資料等
1月16日～3月10日
英文資料翻譯文獻的布置、要求寒假期間完成
3月11日～3月20日
提出畢業(yè)設(shè)計的主要工作及完成要點
3月21日～3月31日
畢業(yè)設(shè)計方案論證報告的布置、完成
4月1日～4月10日
分析、整理數(shù)據(jù)資料，開始畫構(gòu)思草圖
4月11日～4月30日
初步確定結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計計算，進行說明書初稿的構(gòu)思
5月1日～5月10日
中期檢查
3月11日～5月10日
確定設(shè)計方案、進行結(jié)構(gòu)圖繪制、完成設(shè)計說明書初稿
5月11日～5月20日
檢查畢業(yè)設(shè)計說明書完成情況，提出補充、修改任務(wù)
5月21日～5月25日
補充、修改工作，完成畢業(yè)設(shè)計正式圖紙及文檔正式稿
5月26日～5月31日
對最終的正式畢業(yè)設(shè)計資料審核、準備答辯
6月1日～6月10日
畢業(yè)設(shè)計答辯
所在系（教研室）審查意見：
負責(zé)人：
年 月 日
院（部）學(xué)術(shù)委員會意見：
負責(zé)人：
年 月 日
1
機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯
設(shè)計題目: ZQ1050型商用車制動系設(shè)計
譯文題目: 利用滑?？刂破髟鰪娋€控制動系統(tǒng)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號：
專業(yè)班級：
指導(dǎo)教師：
正文：外文資料譯文 附 件：外文資料原文
指導(dǎo)教師評語：
簽名： 年 月 日
正文：外文資料譯文
文獻出處：《動態(tài)系統(tǒng)，測量和控制》期刊 2016年4月，第138期
使用滑?？刂破髟鰪娋€控制動系統(tǒng)
Mostafa R. A. Atia,Salem A. Haggag ,Ahmed M. M. Kamal
(1.AASTMT工學(xué)院機電一體化,開羅,埃及2.Ain Shams大學(xué)工學(xué)院工學(xué)院工學(xué)院,開羅，埃及 3.AASTMT工學(xué)院機電一體化,開羅,埃及)
摘要：線控制動的重要性(BBW)系統(tǒng)擺脫它取代的事實所有傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)組件和電子信號之間的傳感器、控制模塊和電動制動執(zhí)行器。這種轉(zhuǎn)換已經(jīng)極大地導(dǎo)致了制動系統(tǒng)性能的響應(yīng)性,與其他車輛子系統(tǒng)的集成,和不同的適應(yīng)性行為駕駛環(huán)境。本研究的目的是調(diào)查的滑?？刂?SMC)策略提出BBW系統(tǒng)。為了實現(xiàn)這一目標(biāo),對BBW系統(tǒng)進行建模并通過實驗進行驗證。SMC策略應(yīng)用于模型和驗證實驗。此外,本研究著重于補償磨損的影響對制動性能墊。實驗研究表明,開發(fā)的系統(tǒng)模型給出了匹配結(jié)果與實驗工作。應(yīng)用SMC模型顯示了良好的性能在打破操作與可接受的錯誤。應(yīng)用的SMC試驗臺顯示了良好的性能和可接受的偏差。此外,實驗表明,該控制策略能夠補償制動磨損墊,保持跟蹤制動命令。
關(guān)鍵詞：線控制動；滑?？刂?；建模與仿真
1介紹
在機械系統(tǒng)中，線控制動是一種重要的安全裝置，制動器將運動系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使它的速度減慢。隨著行駛速度的增加以及系統(tǒng)的不斷增加，使得它很難停下來。這是由于產(chǎn)生的熱量和產(chǎn)生慣性力的增加，從而影響到機械部件。傳統(tǒng)上，使用機械，氣動和液壓系統(tǒng)的制動力[ 1 ]。這些系統(tǒng)包括大量的組件，具有高的慣性。這會導(dǎo)致反應(yīng)遲鈍和低可靠性。此外，該系統(tǒng)降低速度值，制動命令，停止時間是由操作員控制。此外，制動操作的環(huán)境條件和制動墊的變化，如磨損的影響，一些現(xiàn)代制動系統(tǒng)被引入來克服這些困難。電動摩擦制動系統(tǒng)采用電流直接控制制動力。它是用在中型拖車[ 2 ]。在汽車防抱死制動系統(tǒng)防止鎖定車輪幫助司機保持控制制動時在濕滑的條件[ 3 ]。楔式制動器是一種完全控制的機電制動系統(tǒng)。它將車輛的動能轉(zhuǎn)換成放大的制動力，使用楔機構(gòu)。在能源消耗、效率、重量、價格等方面都優(yōu)[4]。磁粉制動器采用感應(yīng)磁場將精細的懸浮鐵氧體顆粒連接到旋轉(zhuǎn)的制動軸。它具有消耗較低的電功率和產(chǎn)生更高的電阻轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點，同時具有較低的重量。磁流變（磁）液體制動由一種流體的剪切力傳遞轉(zhuǎn)矩。制動轉(zhuǎn)矩變化迅速響應(yīng)外部磁場強度[ 5 ]。
在制動系統(tǒng)中,快速從運營商和控制信號制動執(zhí)行機構(gòu)是至關(guān)重要的。因此,使用電信號代替液壓的意思是可取的。因此,X-by-wire的概念是建立在過去的幾年里,許多應(yīng)用程序[6]。在這個概念下,BBW之一應(yīng)用前景。電線的存在輸入/輸出子系統(tǒng)和控制單元之間的簡化相比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的控制過程。這使得制動系統(tǒng)更安全、響應(yīng)迅速、可靠。此外,它促進了不同控制算法的使用實現(xiàn)高效的制動性能不同環(huán)境和操作條件[7]。主要有兩種類型的BBW[8]。第一個是電動液壓制動,液壓系統(tǒng)產(chǎn)生制動力對感官的反應(yīng)運營商的信號。另一種類型是機電制動器(EMB),電動機產(chǎn)生剎車力。
圖1(a)SMC的開關(guān)函數(shù)和規(guī)則和(b)系統(tǒng)
BBW的最重要的一個特點是它的使用復(fù)雜的控制器或控制集成的能力在這樣的系統(tǒng)。許多研究人員已經(jīng)測試了不同自適應(yīng)控制等控制策略[9],人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10],以及滑模[11]。SMC方法是公認的作為一種最有效的工具用于設(shè)計健壯控制器對于復(fù)雜的高階非線性動態(tài)植物操作在不確定性條件下。在過去的二十年里,SMC方法得到了更多的關(guān)注國際控制社區(qū)[12]。SMC已經(jīng)應(yīng)用檢查各種系統(tǒng)類型包括非線性系統(tǒng)、多輸入多輸出系統(tǒng),離散時間模型,和隨機系統(tǒng)。SMC是最杰出的特性是完全不敏感系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部干擾[13]。
SMC利用高速開關(guān)控制律來驅(qū)動非線性植物的狀態(tài)軌跡到指定開關(guān)表面(S)通過改變開關(guān)信號(胡志明市(S)和統(tǒng)一切換收益。此外,切換增益(坐(s))可以多樣根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)之間的距離和滑動表面。這種方法叫做quasi-SMC(系統(tǒng))。圖1顯示了SMC的開關(guān)函數(shù)和規(guī)則和系統(tǒng)[14]。
電耦合
直流齒輪傳動電動機
譯碼器
交流電動機
飛輪
剎車圓盤
EMBBw
制動器
圖2實驗設(shè)置
2工作目標(biāo)
斷開時的速度減速控制對斷時間和力的影響。破碎操作存在著許多不確定因素，如剎車片磨損，這會影響制動性能。大量的工作可以在文獻處理BBW主題發(fā)現(xiàn)。不同類型的BBW致動器進行建模、分析和控制，如楔形制動器[15– 19 ]。線性和非線性的控制策略，處理的制動系統(tǒng)和制動功能本身的復(fù)雜性質(zhì)提出[ 19，22 ]。這些方法保證了制動系統(tǒng)的性能，但不幸的是，沒有一個工作可以解決制動系統(tǒng)墊磨損問題，這可能會導(dǎo)致制動系統(tǒng)性能下降[ 23 ]。一些工作的磨損估計可以找到，這提供了在線和離線的方法，在剎車片磨損估計[ 24，26 ]。然而，尋找一種方法，該控制系統(tǒng)可以處理的非線性磨損問題似乎放棄了文學(xué)。本研究的目的是開發(fā)一種增強的滑動模式控制器，用于控制的速度減速和補償墊的磨損的影響。要完成這項任務(wù)，建立一個模型，打破系統(tǒng)的建立和實驗驗證。然后，一個SMC模型應(yīng)用于破碎模型和實驗驗證。
3 BBW實驗室設(shè)置
它連接到免費的轉(zhuǎn)軸與兩個飛輪,代表了機器慣性負載。機電BBW軸連接系統(tǒng)(EMBBW)。圖2展示了一個示意性的EMBBW。它包括從直流電(DC)齒輪減速電機,這是由速度控制的脈沖寬度調(diào)制器的電動機旋轉(zhuǎn)螺母機制,部隊的墊磁盤產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。一個精確的和可編程的編碼器微控制器是用來測量旋轉(zhuǎn)的速度飛輪軸。圖3顯示了系統(tǒng)框圖。
達到負載旋轉(zhuǎn)
剎車圓盤
譯碼器
剎車片
直流齒輪傳動電動機
螺母螺旋機構(gòu)
圖2 EMBBW系統(tǒng)示意圖
EMBBW制動器是控制旋轉(zhuǎn)減速。通過光學(xué)編碼器輸出轉(zhuǎn)速測量并與所需的速度。之間的誤差預(yù)期的和實際使用速度控制器,其中包含SMC算法來補償這種誤差和保證一個可接受的跟蹤系統(tǒng)所需的性能。
4 滑?？刂葡到y(tǒng)建模
圖3顯示，embbw系統(tǒng)由直流電機、絲杠螺母機構(gòu)、制動盤、旋轉(zhuǎn)慣性負載的方程，描述了機械系統(tǒng)，是由作者[ 27 ]發(fā)展。直流電動機的電氣和機械的方程可以如下所示：
圖3系統(tǒng)框圖
模型模擬使用了MATLAB軟件包。然后使用實驗室設(shè)置,測試進行了驗證的模型步制動輸入。仿真和測試結(jié)果圖4所示。結(jié)果表明,該模型表示真實系統(tǒng)具有良好的協(xié)議。
時間
系統(tǒng)速度（RPM）
模擬輸出
實際輸出
圖4步制動的仿真和實際測試結(jié)果的輸入
5 SMC
在這一節(jié)中，所提出的滑模控制器進行了解釋，建模和驗證?？紤]的系統(tǒng)是一個很好的例子，變結(jié)構(gòu)的動態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以分解為2個結(jié)構(gòu)。第一可變結(jié)構(gòu)是在制動襯墊不在磨損階段的接觸制動鼓。二是接觸相，當(dāng)墊接觸鼓，從而導(dǎo)致主動制動功能。SMC是行之有效的處理這類系統(tǒng)的滑動動作是在這兩個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[ 12 ]之間的切換發(fā)生。雙控制器設(shè)計研究。第一個是QSMC，二是提出了有界的滑模控制器（BSMC）兩邊界：上下。該控制器是用來降低抖振現(xiàn)象的影響，這似乎在原SMC單滑動面。圖6顯示了2個控制器的切換函數(shù)和規(guī)則。QSMC方法[ 12,28 ]彌補制動片磨損的非線性性質(zhì)的著名的魯棒性。在這種方式中，所提出的方法確保了一致的制動功能，這是一個重要的縱向車輛制動動力學(xué)的要求
使用MATLAB / EMBBW系統(tǒng)模擬仿真軟件方案。在圖7中,仿真軟件屏幕顯示的快照仿真框圖。仿真軟件框圖圖7表示滑模算法。因為它可以看到實際的和預(yù)期的速度之間的誤差信號致動器的控制命令切換直流電機進行補償對于任何非線性導(dǎo)致錯誤之間輸入和輸出。仿真結(jié)果的樣本所示圖8所示。在這個模擬過程中,慣性負載的起動速度1500 rpm,停車時間是20年代。減速命令是線性的610 rpm的邊界。結(jié)果表明,所需的制動時間達到可接受的精度。滑動面,代表所需的速度剎車,后面是和速度范圍內(nèi)。
圖6(a)的開關(guān)函數(shù)和規(guī)則BSMC和(b)系統(tǒng)
電涌保護器的車輛
圖7的仿真軟件的屏幕快照BSMC框圖
6實驗和結(jié)果
已經(jīng)進行了一些實驗，以驗證所提出的控制器的有效性。QSMC和所得的策略被應(yīng)用到embbw試驗臺。慣性負載的起動轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)。停止時間變化從10到20秒的速度減少命令是線性的邊界為610轉(zhuǎn)和620轉(zhuǎn)。此外，測試進行了新的和磨損墊。圖8顯示一個測試結(jié)果的樣本。數(shù)字顯示了所需的速度減少命令，它代表的滑動模式表面的上限和下限是SMC的界限。
系統(tǒng)速度
時間
下限
上限
模擬輸出
期望速度
圖8的模擬結(jié)果EMBBW使用BSMC(制動時間是20s，誤差為610 rpm)的邊界
圖9顯示了應(yīng)用QSMC目標(biāo)停止時間20秒610轉(zhuǎn)的邊界直線命令的結(jié)果。結(jié)果表明：實際停車時間為19.93秒，平均速度跟蹤絕對誤差為30轉(zhuǎn)，標(biāo)準偏差為18轉(zhuǎn)。而運用類似的試驗條件下所得試驗結(jié)果如圖10所示。在本次試驗中，實際停留時間為19.99秒，平均速度跟蹤絕對誤差為33轉(zhuǎn)，標(biāo)準偏差為25轉(zhuǎn)。在兩種情況下，停止時間的誤差太小，所需的和實際速度之間的偏差是大的，在第一個5秒，隨時間的推移而減小。平均絕對誤差及其標(biāo)準偏差被接受在這種類型的應(yīng)用程序。此外，還有QSMC和BSMC結(jié)果之間無顯著性差異。
圖11和圖12顯示的應(yīng)用與磨損墊embbw所得試驗結(jié)果。所需的停止時間為10秒的線性制動命令的邊界為610轉(zhuǎn)和620，分別為在窄邊界的610轉(zhuǎn)的情況下，停止時間是9.8秒，平均速度跟蹤絕對誤差是32.6轉(zhuǎn)的標(biāo)準偏差為36轉(zhuǎn)。而在寬界限的620轉(zhuǎn)的情況下，停止時間為10.1秒，平均速度跟蹤絕對誤差為44轉(zhuǎn)，標(biāo)準偏差為34轉(zhuǎn)。眾所周知，墊的磨損可能會導(dǎo)致在制動系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題。這種易變性使得車輛駕駛員承擔(dān)全控制車輛縱向動力學(xué)更難。因此，安全是一個重大問題，特別是在現(xiàn)在的情況下避免事故，車輛隊列，和危險動作。結(jié)果表明，所提出的控制器是成功地能夠?qū)崿F(xiàn)所需的停機時間與小錯誤。系統(tǒng)速度的平均絕對誤差較小的情況下，窄的邊界比寬的一個。而標(biāo)準差的標(biāo)準偏差沒有顯著差異。此外，在新和舊墊幾乎是類似的案例加以表現(xiàn)。
時間
系統(tǒng)速度
絕對錯誤
實際速度
下限
期望速度
上限
圖9應(yīng)用系統(tǒng)的測試結(jié)果EMBBW(制動時間是20年代610 rpm)的邊界
時間
系統(tǒng)速度
絕對錯誤
實際速度
下限
上限
期望速度
圖10測試結(jié)果應(yīng)用BSMC EMBBW(制動時間是20年代610 rpm)的邊界
實際輸出
絕對錯誤
下限
上限
期望輸出
圖11測試結(jié)果應(yīng)用BSMC EMBBW與穿墊(制動時間是10年代610 rpm)的邊界
預(yù)期的和實際的區(qū)別速度提出了絕對誤差。結(jié)果總結(jié)如表1所示。
實驗
邊界
(轉(zhuǎn))
想要阻止時間(年代)
平均絕對速度誤差(rpm)
錯誤的標(biāo)準
偏差(rpm)
實際停止
時間(年代)
QSMC
±20
20
43.2726
37.84
19.93
QSMC
±10
20
30.22
17.99
19.933
BSMC
±20
20
34.675
30.371
19.89
BSMC
±10
20
33.789
25.649
19.992
BSMC
±20
15
48.04
37.555
15.12
BSMC
±10
15
46.059
30.178
14.92
BSMC
±20
10
44.23
34.589
10.139
BSMC
±10
10
32.64
36.76
9.846
表1總結(jié)的結(jié)果
7結(jié)論
在本研究中，機電BBW系統(tǒng)的設(shè)計、研究、建模和模擬。的embws模型和仿真實驗的一個專門開發(fā)的試驗驗證。結(jié)果表明模擬和實驗工作之間可以接受的匹配。兩種滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，擬有界，應(yīng)用于embws。兩控制器進行仿真的結(jié)果表明，預(yù)期的和實際制動時間和制動減速度的命令之間的匹配。進行了幾個測試，以驗證模擬工作?？刂撇呗允浅晒Φ模趯崿F(xiàn)所需的停止時間與高精度和命令的速度減少，可以接受的錯誤。此外，使用2個控制器之間沒有顯著差異。然而，該所得是簡單的，不需要在控制制動器的速度值。此外，試驗進行了磨損墊和所得控制器。結(jié)果表明，在實現(xiàn)的實際和期望的速度減少制動命令的停止時間和可以接受的匹配的高精度。因此，擬議的控制器成功地補償磨損墊的效果。作為一個最終的結(jié)論，BSMC控制成功地應(yīng)用于embws在新和舊墊的情況下，所需的停止時間和減速命令達到可接受的精度。
命名法
a^=螺紋角
Cm=粘性摩擦系數(shù)
Cv=旋轉(zhuǎn)慣性粘性阻尼系數(shù)
Dm=螺紋中徑
Faxial=螺桿軸向力
Im=電機相電流
Is=螺釘和螺母之間摩擦系數(shù)
Jm=電動機慣性
Jv=旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性矩
K=EMB致動器的剛度
Kemf=電機反電動勢不變
Ktm=電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)
Lm=感應(yīng)電動機階段
Ps=螺紋螺距
Rm=電動機相抗
Rmp=剎車片的平均半徑轉(zhuǎn)子接觸摩擦區(qū)域
Tb=旋轉(zhuǎn)磁盤制動轉(zhuǎn)矩
Tg=電動機轉(zhuǎn)矩
Vm=電機電壓
θg=輸出角位置的電動機
Θv=旋轉(zhuǎn)慣性角位移
Θm=電機角速度
Θm=運動角加速度
Μp=剎車片轉(zhuǎn)子動態(tài)摩擦系數(shù)
12
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附件：外文資料原文
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