電動汽車再生制動摩擦制動器輕量化設(shè)計(組圖)

1、電動汽車再生制動摩擦制動器輕量化設(shè)計(組圖)2008/10/20/11:46 來源：中國汽車工業(yè)信息網(wǎng) 前言 與傳統(tǒng)汽車制動不同，電動汽車的制動是由摩擦制動和再生制動共同完成。但是，在當前的電動汽車摩擦制動器設(shè)計中，一般沒有考慮電機再生制動的影響。而實際情況中，制動時電機能夠提供一局部制動力，因此設(shè)計的摩擦制動器能提供的最大制動轉(zhuǎn)矩超過了實際制動過程中要求它提供的最大制動轉(zhuǎn)矩，即摩擦制動器有充裕的制動能力。對電動汽車而言，采用再生制動后，由于電機提供的再生制動轉(zhuǎn)矩承當了制動總需求轉(zhuǎn)矩的一局部，所以要求傳統(tǒng)摩擦制動器提供的制動轉(zhuǎn)矩相應(yīng)地減少。而且，由于制動能量的一局部通過電機發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?/p>

2、由摩擦制動器承當?shù)闹苿幽芰亢纳⑷蝿?wù)相應(yīng)地減小，對制動器承載熱負荷的要求也會降低。因此，減小摩擦制動器的尺寸和重量是可行的。本文對前輪鉗盤式制動器進行輕量化設(shè)計。1.制動器性能要求制動器設(shè)計不僅要考慮為整車制動提供足夠的制動力，還要使汽車在制動過程中滿足附著條件，要求制動能力的熱穩(wěn)定性良好，摩擦襯片應(yīng)有足夠的使用壽命等。摩擦制動器所能提供的制動力矩大小，一方面，為了保證制動性能，滿足制動法規(guī)，摩擦制動器所能提供的制動力矩不能小于某一數(shù)值，即制動器制動力矩下限值；另一方面，受路面附著條件的限制，防止車輪抱死拖滑，摩擦制動器所能提供的制動力矩不能大于某一數(shù)值，即制動器制動力矩上限值。下面將根據(jù)相關(guān)的

3、制動標準，確定制動器制動力矩的下限值。表1列出了我國的轎車制動標準對行車制動器制動性的局部要求。表1：我國轎車制動標準ZBT24007-89對行車制動器制動性的局部要求按照該制動標準的局部要求，利用ADVI-SOR進行制動仿真，設(shè)定的制開工況如圖1。汽車先加速到80km/h的速度，然后以a=5.8m/s2的減速度進行制動。圖1：設(shè)定的制開工況點擊此處查看全部新聞圖片仿真結(jié)果顯示圖2，制動距離S=S2-S1=427.77388.88=38.89m，符合制動法規(guī)的要求。圖2：制動距離點擊此處查看全部新聞圖片S1開始制動時汽車已行駛的距離m；S2制動結(jié)束時汽車已行駛的距離m。圖3：制動過程中各制動情

4、況點擊此處查看全部新聞圖片由圖3可以看出，制動過程中，前輪制動力需求中由前輪摩擦制動器提供的制動力為Ffric_f,min=1796.71N，換算成單個前輪摩擦制動器所需的制動力矩為：Ffric_f,min前輪所需的最小摩擦制動力；r輪胎半徑。通過仿真試驗，確定前輪摩擦制動始的最小制動力矩為Tb,min=253.34Nm2.附著條件對于前輪驅(qū)動的電動汽車，制動過程中，電機再生制動力與前輪摩擦制動器制動力之和到達前輪與地面之間的附著力值時，前輪受到的地面制動力將到達其最大值即附著力值，前輪將抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。將前輪剛剛抱死時的前輪摩擦制動器制動力的數(shù)值作為前輪摩擦制動器所能產(chǎn)生的制動力的上

5、限值。一般根據(jù)汽車滿載在柏油、混凝土路面附著系數(shù)為0.70.8上緊急制動到車輪抱死拖滑，來確定制動器的最大制動力。利用ADVISOR軟件進行制動仿真試驗，來確定前輪摩擦制動器的最大制動力。選定路面附著系數(shù)為0.8，設(shè)定的制開工況如圖4所示。汽車先加速到80km/h，然后以a=0.8g的減速度進行制動。圖4：設(shè)定的制開工況點擊此處查看全部新聞圖片圖5：制動過程中各制動力情況點擊此處查看全部新聞圖片仿真結(jié)果顯示圖5，制動過程中，前輪制動力需求中由前輪摩擦制動器提供的制動力Ffric_f,min=3996.34N，換算成單個前輪摩擦制動器制動力矩為：Ffric_f,min前輪摩擦制動器最大制動力N；

6、r輪胎半徑m。通過仿真試驗，確定前輪摩擦制動器的最大制動力矩為Tb,max563.48Nm。3.能量負荷從能量的觀點來看，電動汽車再生制動過程是將汽車的機械能動能和勢能的一局部通過摩擦制動器轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳ⅲ硪痪植客ㄟ^電機發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在制動強度很大的緊急制動過程中，摩擦制動器承當了相當一局部汽車動能耗散的任務(wù)。此時，由于制動時間很短，實際上熱量還來不及逸散到大氣中就被摩擦制動器吸收，致使制動器溫度升高，這就是所謂摩擦制動器的能量負荷。能量負荷越大，襯片的磨損越嚴重。目前，各國常用比能量耗散率作為評價能量負荷的指標。比能量耗散率即每單位襯塊摩擦面積的每單位時間耗散的能量，通常單位為W/mm

7、2。利用ADVISOR軟件進行制動仿真試驗以確定制動過程中前輪盤式制動器吸收的摩擦熱量。設(shè)定的制開工況如圖6。汽車先加速到100km/h，然后以a=0.6g的減速度進行制動。圖6：設(shè)定的制開工況點擊此處查看全部新聞圖片圖7：制動過程中的前輪摩擦制動器吸收熱量點擊此處查看全部新聞圖片仿真結(jié)果顯示圖7，制動過程中前輪摩擦制動器吸收的摩擦熱量為E1_fric=72.378KJ。在盤式制動器設(shè)計時，必須滿足約束條件：4.約束條件根據(jù)制動器的性能要求和尺寸參數(shù)之間的位置約束關(guān)系等建立約束條件：1摩擦制動器產(chǎn)生的制動力矩必須提供足夠制動力并且滿足附著條件，即g1x=2uF0Re-Tmin04g2x=Tma

8、x-2uF0Re05Tmin前輪制動器最小制動力矩Nm，見式1；Tmax前輪制動器最大制動力矩Nm，見式2；u制動器摩擦襯片摩擦因數(shù)，取0.3；F0制動驅(qū)動力N；Re等效半徑m。2必須滿足能量負荷約束條件，即e能量負荷上限W/mm2，一般取為6.0W/mm2；E1_fric制動過程中制動器吸收的熱量KJ，見式3；=100/0.6g制動時間S；A1制動襯片工作面積，用下式計算： d襯片直徑mm。3必須滿足熱負荷約束條件，一次制動后制動盤的溫升不應(yīng)超過許可值t，即t制動盤溫升上限，取為t=15；E制動過程中制動盤吸收的熱量KJ；J熱功當量，J=4180Nm/kcal；c制動盤的比熱kcal/kg，

9、對鋼和鑄鐵c=0.113kcal/kg；制動盤的密度kg/mm3，取7570kg/mm3；D制動盤的直徑mm；a制動盤的厚度mm。4制動盤的直徑應(yīng)在其規(guī)定范圍Du之內(nèi)，即g5x=Du-D=Du-x609Du制動盤的直徑上限mm，通常為輪輞直徑Dh的79，Dh=380.2mm。5襯片的安裝位置不應(yīng)超出制動盤的范圍之外，即6襯片不應(yīng)與輪轂發(fā)生干預(yù)，即Dg給定的輪轂直徑mm，Dg=76.2mm。7油缸不應(yīng)與輪轂發(fā)生干預(yù)，即tc油缸壁厚mm，一般取5mm。5.遺傳算法求解在遺傳算法中，需要指定設(shè)計變量的取值范圍。經(jīng)驗設(shè)計中，盤式制動器設(shè)計變量取值范圍如表2所示。利用MATLAB軟件中的遺傳算法工具箱G

10、AToolbox可以方便地實現(xiàn)遺傳算法運算。編制鉗盤式制動器輕量化設(shè)計的目標函數(shù)和約束條件的m文件程序，代人遺傳算法求解。選擇浮點編碼，種群中的個體數(shù)目為20，變異概率為0.08，最大迭代數(shù)100，得到的結(jié)果如表3所示。表2：浮動鉗盤式制動器設(shè)置變量邊界由表4顯示，輕量化設(shè)計后，前輪制動盤體積由以前的1258cm3減小為872.04cm3，質(zhì)量由以前的9.5233Kg減為7.5271Kg，質(zhì)量減輕了20.96%。表3：設(shè)計結(jié)果點擊此處查看全部新聞圖片表4：前輪盤式制動器輕量化前后制動盤尺寸質(zhì)量比擬點擊此處查看全部新聞圖片6.總結(jié)由于制動過程中有再生制動的參與，要求傳統(tǒng)摩擦制動器提供的制動轉(zhuǎn)矩和承當?shù)臒嶝摵啥枷鄳?yīng)減小，因此摩擦制動器的尺寸和重