電動(dòng)汽車再生制動(dòng)摩擦制動(dòng)器輕量化設(shè)計(jì)(組圖)

1、電動(dòng)汽車再生制動(dòng)摩擦制動(dòng)器輕量化設(shè)計(jì)(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(dòng)不同，電動(dòng)汽車的制動(dòng)是由摩擦制動(dòng)和再生制動(dòng)共同完成。但是，在當(dāng)前的電動(dòng)汽車摩擦制動(dòng)器設(shè)計(jì)中，一般沒有考慮電機(jī)再生制動(dòng)的影響。而實(shí)際情況中，制動(dòng)時(shí)電機(jī)能夠提供一局部制動(dòng)力，因此設(shè)計(jì)的摩擦制動(dòng)器能提供的最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩超過了實(shí)際制動(dòng)過程中要求它提供的最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即摩擦制動(dòng)器有充裕的制動(dòng)能力。對(duì)電動(dòng)汽車而言，采用再生制動(dòng)后，由于電機(jī)提供的再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩承當(dāng)了制動(dòng)總需求轉(zhuǎn)矩的一局部，所以要求傳統(tǒng)摩擦制動(dòng)器提供的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)地減少。而且，由于制動(dòng)能量的一局部通過電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，所?/p>

2、由摩擦制動(dòng)器承當(dāng)?shù)闹苿?dòng)能量耗散任務(wù)相應(yīng)地減小，對(duì)制動(dòng)器承載熱負(fù)荷的要求也會(huì)降低。因此，減小摩擦制動(dòng)器的尺寸和重量是可行的。本文對(duì)前輪鉗盤式制動(dòng)器進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。1.制動(dòng)器性能要求制動(dòng)器設(shè)計(jì)不僅要考慮為整車制動(dòng)提供足夠的制動(dòng)力，還要使汽車在制動(dòng)過程中滿足附著條件，要求制動(dòng)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(dòng)器所能提供的制動(dòng)力矩大小，一方面，為了保證制動(dòng)性能，滿足制動(dòng)法規(guī)，摩擦制動(dòng)器所能提供的制動(dòng)力矩不能小于某一數(shù)值，即制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)器所能提供的制動(dòng)力矩不能大于某一數(shù)值，即制動(dòng)器制動(dòng)力矩上限值。下面將根據(jù)相關(guān)的

3、制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，確定制動(dòng)器制動(dòng)力矩的下限值。表1列出了我國的轎車制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行車制動(dòng)器制動(dòng)性的局部要求。表1：我國轎車制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)ZBT24007-89對(duì)行車制動(dòng)器制動(dòng)性的局部要求按照該制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的局部要求，利用ADVI-SOR進(jìn)行制動(dòng)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(jìn)行制動(dòng)。圖1：設(shè)定的制開工況點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片仿真結(jié)果顯示圖2，制動(dòng)距離S=S2-S1=427.77388.88=38.89m，符合制動(dòng)法規(guī)的要求。圖2：制動(dòng)距離點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片S1開始制動(dòng)時(shí)汽車已行駛的距離m；S2制動(dòng)結(jié)束時(shí)汽車已行駛的距離m。圖3：制動(dòng)過程中各制動(dòng)情

4、況點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片由圖3可以看出，制動(dòng)過程中，前輪制動(dòng)力需求中由前輪摩擦制動(dòng)器提供的制動(dòng)力為Ffric_f,min=1796.71N，換算成單個(gè)前輪摩擦制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩為：Ffric_f,min前輪所需的最小摩擦制動(dòng)力；r輪胎半徑。通過仿真試驗(yàn)，確定前輪摩擦制動(dòng)始的最小制動(dòng)力矩為Tb,min=253.34Nm2.附著條件對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，制動(dòng)過程中，電機(jī)再生制動(dòng)力與前輪摩擦制動(dòng)器制動(dòng)力之和到達(dá)前輪與地面之間的附著力值時(shí)，前輪受到的地面制動(dòng)力將到達(dá)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(shí)的前輪摩擦制動(dòng)器制動(dòng)力的數(shù)值作為前輪摩擦制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)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(dòng)到車輪抱死拖滑，來確定制動(dòng)器的最大制動(dòng)力。利用ADVISOR軟件進(jìn)行制動(dòng)仿真試驗(yàn)，來確定前輪摩擦制動(dòng)器的最大制動(dòng)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(jìn)行制動(dòng)。圖4：設(shè)定的制開工況點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片圖5：制動(dòng)過程中各制動(dòng)力情況點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片仿真結(jié)果顯示圖5，制動(dòng)過程中，前輪制動(dòng)力需求中由前輪摩擦制動(dòng)器提供的制動(dòng)力Ffric_f,min=3996.34N，換算成單個(gè)前輪摩擦制動(dòng)器制動(dòng)力矩為：Ffric_f,min前輪摩擦制動(dòng)器最大制動(dòng)力N；

6、r輪胎半徑m。通過仿真試驗(yàn)，確定前輪摩擦制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩為Tb,max563.48Nm。3.能量負(fù)荷從能量的觀點(diǎn)來看，電動(dòng)汽車再生制動(dòng)過程是將汽車的機(jī)械能動(dòng)能和勢(shì)能的一局部通過摩擦制動(dòng)器轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳?，另一局部通過電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在制?dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，摩擦制動(dòng)器承當(dāng)了相當(dāng)一局部汽車動(dòng)能耗散的任務(wù)。此時(shí)，由于制動(dòng)時(shí)間很短，實(shí)際上熱量還來不及逸散到大氣中就被摩擦制動(dòng)器吸收，致使制動(dòng)器溫度升高，這就是所謂摩擦制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷越大，襯片的磨損越嚴(yán)重。目前，各國常用比能量耗散率作為評(píng)價(jià)能量負(fù)荷的指標(biāo)。比能量耗散率即每單位襯塊摩擦面積的每單位時(shí)間耗散的能量，通常單位為W/mm

7、2。利用ADVISOR軟件進(jìn)行制動(dòng)仿真試驗(yàn)以確定制動(dòng)過程中前輪盤式制動(dòng)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(jìn)行制動(dòng)。圖6：設(shè)定的制開工況點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片圖7：制動(dòng)過程中的前輪摩擦制動(dòng)器吸收熱量點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片仿真結(jié)果顯示圖7，制動(dòng)過程中前輪摩擦制動(dòng)器吸收的摩擦熱量為E1_fric=72.378KJ。在盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足約束條件：4.約束條件根據(jù)制動(dòng)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(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩必須提供足夠制動(dòng)力并且滿足附著條件，即g1x=2uF0Re-Tmin04g2x=Tma

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

9、對(duì)鋼和鑄鐵c=0.113kcal/kg；制動(dòng)盤的密度kg/mm3，取7570kg/mm3；D制動(dòng)盤的直徑mm；a制動(dòng)盤的厚度mm。4制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)變量的取值范圍。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)遺傳算法運(yùn)算。編制鉗盤式制動(dòng)器輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)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(diǎn)編碼，種群中的個(gè)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(dòng)鉗盤式制動(dòng)器設(shè)置變量邊界由表4顯示，輕量化設(shè)計(jì)后，前輪制動(dòng)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(jì)結(jié)果點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片表4：前輪盤式制動(dòng)器輕量化前后制動(dòng)盤尺寸質(zhì)量比擬點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片6.總結(jié)由于制動(dòng)過程中有再生制動(dòng)的參與，要求傳統(tǒng)摩擦制動(dòng)器提供的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和承當(dāng)?shù)臒嶝?fù)荷都相應(yīng)減小，因此摩擦制動(dòng)器的尺寸和重