汽車電子機械制動系統執行機構的優化設計

武文娟

（南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188）

汽車電子機械制動系統執行機構的優化設計

武文娟

（南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188）

汽車制動控制的穩定性與安全性是汽車設計中的重點，制動系統設計的合理性直接決定了汽車設計方案的可行性論證結果。啟程電子機械制動系統執行機構是當前應用較為普遍的技術形式，該系統優化設計是當前汽車行業工作者關注的重點。本文對汽車電子機械制動系統執行機構進行了分析，闡述了相應的優化設計要點，旨在提供一定的參考與借鑒。

汽車；電子機械；制動；執行機構

1 汽車電子機械制動系統執行機構分析

1.1 汽車電子機械制動系統執行機構的組成

汽車電子機械制動執行機構工作過程相對復雜，由各分部設備共同協作執行完成，典型的汽車電子機械制動系統執行器主要包括電機、傳動裝置和制動鉗體等。汽車電子機械制動系統的構成見圖1。

圖1 電子機械制動系統的原理

在該系統運行過程中，電機在減速器的作用下實現扭矩增大輸出，通過轉換裝置完成旋轉與直線運動間的轉換，系統驅動制動塊、制動盤提供減速制動作用，整套制動操作由汽車電子機械制動系統控制器完成。

1.2 汽車電子機械制動系統執行機構部件分析

（1）驅動電機的分析。汽車電子機械制動系統執行機構中的驅動電機主要起到力矩輸出作用，電機位置、速度、轉矩等要素對于驅動電機使用有著直接的影響。在當前的汽車電子機械制動系統中驅動電機通常為無刷直流電機，此類型電機摒棄了傳統電機中的了電刷和換向器結構，運行過程中不易形成火花和磨損，具有較強的穩定性與使用壽命，驅動過程噪聲低且易于維護，在直線轉矩速度方面與普通電機相當。

（2）運動轉換裝置的分析。電子汽車電子機械制動系統執行機構的運動轉換裝置通常為滾珠絲杠副，這種構件通過絲杠與螺母旋合螺旋槽間的滾珠體實現運動轉換傳動，滾珠在閉合回路中運行，整體穩定性較高。滾珠絲杠副的整體傳動性能較為理想，具有突出的同步性與運行精度，整體耐磨損、高剛性，具有良好的運行可靠性。汽車電子駐車制動系統中需要配置相應的自鎖裝置，但此部分結構相對復雜且不需要太高水平的制動力，所以可以使用滑動絲杠副作為運動轉換裝置。

（3）減速裝置的分析。在當前的汽車工程領域中，減速裝置通常使用行星齒輪作為減速元件，行星齒輪在同等質量水平下的體積更小，能夠為制動系統提供更大的減速傳動比，運行效率較高，減速過程平穩。

（4）制動器的分析。制動器主要包括摩擦式、電磁式和液力式等類型。其中，電磁式制動器制動作用滯后性小，動作可靠，但造價成本較高，通常應用于重型汽車，而液力式制動器則通常作為緩速器，目前汽車工程領域中應用的主要是摩擦式制動器。

2 汽車電子機械制動系統執行機構的優化設計

2.1 滾珠絲桿優化設計

（1）滾珠絲杠副的額定動載荷確定。制動系統執行機構滾珠絲杠副承受的應力載荷主要為內制動塊的制動作用，此環節中存在一定的振動和沖擊作用，因此需要按照系統動載荷工況計算額定應力水平，以此為基礎選擇滾珠絲杠副。

（2）驅動力矩及效率計算。在確定滾珠絲杠副的額定動載荷水平后，可選擇適用的相應構件型號，從而確定制動系統執行機構的整體幾何參數，并計算驅動力矩及效率。驅動力矩及效率的計算中應充分引入滾珠絲杠的預緊條件，分別針對有預緊和無預緊兩種方式展開計算，選擇效率較高的作為設計方案。

2.2 減速器優化設計

（1）行星齒輪傳動的配齒。減速器優化設計環節首先應根據系統傳動比分配齒輪齒數，同時應保證配齒滿足鄰接條件、安裝條件等，具體要求為：中心輪與行星輪所有嚙合齒輪副的實際中心距需相等，相鄰行星輪頂圓半徑的和小于中心距。

（2）確定齒輪主要參數（表1）。

表1

（3）減速器參數確定（表2）。

表2

2.3 直流驅動電機選擇

電機本體和驅動器是汽車電子機械制動系統電機的主要組成部分，在直流電動機的選擇過程中，應確保設備具有理想的運行穩定性，同時具備較大的輸出扭矩與耦合剛度，能夠在制動工作條件下響應迅速，便于調速。

另外，汽車電子機械制動系統中的直流驅動電機隨車顛簸振動情況較多，應保證設備具有理想的耐磨性、扛干擾性以及便于維護等。

2.4 滑動絲杠優化設計

（1）耐磨性設計。滑動絲桿耐磨性優化設計的主要參數為：螺桿中徑、螺母高度、旋合圈數、牙型高度以及工作壓強等。具體設計計算公式如下：螺桿中徑螺母高度H=Ψd2；旋合圈牙型高度H=0.5P ；工作壓強1其中，F為軸向載荷，pP為許用比壓，Ψ按螺母形式選定，P為螺距。

（2）螺桿強度設計。螺桿強度設計主要參數為合成應力，具體計算公式為：合成應力其中1T為轉矩，pσ為螺桿材料許用應力。

（3）螺牙強度設計。螺牙強度設計則包括螺桿強度與螺母強度兩部分，具體設計計算公式為：螺桿強度：剪切強度，彎曲強度螺母強度：剪切強度，彎曲強度。其中，P為螺距，Pτ為材料許用切應力，為材料彎曲切應力，d、 d2、d1為螺桿大、中、小直徑。

（4）綜合設計。綜合設計主要參數為自鎖導程角、驅動力矩以及系統效率，具體設計計算公式為：自鎖導程角其中，vρ為當量摩擦角，S為螺紋導程。驅動力矩321TTTTq++=，其中，T1、T2、T3按螺桿轉動、螺母作直線運動的情況計算。系統效率。

3 結語

綜上所述，汽車電子機械制動系統執行機構是一項科學而系統的工作，其核心環節包括滾珠絲桿的優化設計、滾珠絲桿優化設計、直流驅動電機選擇以及滑動絲杠優化設計等部分，應準確把握這些設計要點，通過實踐充分積累優化設計經驗，全面提升汽車電子機械制動系統執行機構設計的科學性與合理性。

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U463.5

A

1671-0711（2016）12（下）-0043-02

南京交院院級科研項目，項目編號JY1502。