新型电磁制动刹车装置设计
2014-11-10李恒韩韶朋田茂晟刘其伦
李恒++韩韶朋++田茂晟++刘其伦
摘 要：本文设计了一种新型电磁制动刹车装置，利用通电线圈在磁场中所受的电磁力矩对汽车进行制动，并在汽车运行过程中随时测量车辆行驶过程距障碍物的距离和相对速度，在启动制动装置时，数据控制中心根据测得的当前距离和相对速度计算出制动所需的最适减速度，调节通电线圈中的电流大小，使通电线圈受到一个最佳制动电磁力矩，以此给予汽车一个最适制动减速度。
关键词：电磁制动 刹车装置 电磁力矩
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0054-01
刹车是汽车中的重要部件，现有的刹车系统都利用车轮轮轴与刹车片直接接触时产生的摩擦力进行制动，这样的制动方式不利于驾驶员掌握制动力度，尤其是在急刹车时，出于驾驶员紧张用力脚踩制动踏板，往往造成刹车片抱死车轮轮轴，造成安全事故的发生。且这种直接接触式的制动方式造成刹车片与车轮轮轴材料磨损严重，使用寿命有限。如果有一种非接触式的，智能的制动系统，不仅可以减少因摩擦造成的材料耗损，且能大大减小安全事故的发生。
1 设计原理
假设车辆运行速度大小为，与车辆前方障碍物相距的距离，设车辆轮胎与地面不发生相对滑动，不计轮胎与地面发生的滚动摩擦，制动时安培力矩对车辆产生的有效减速度为，则从开始制动到车辆完全停稳停在障碍物前的制动过程中，车辆各运动学参数符合以下公式：
（1）
由上式可得，车辆在初始速度为的情况下开始制动，要在的距离内完全停止，则制动减速度大小应满足关系式：
（2）
2 参数和的获取
在车辆前方适当位置处设置测速、测距装置，在车辆运行过程中，随时监测车辆与障碍物的相对速度和相对距离，为避免所测障碍物轮廓不规则、各点距车辆前方距离不等所造成的测量误差，上述测速、测距装置采用超声波测量所需参数。超声波测量范围大，能涉及车辆前方所能触及的范围，且能测量出车辆距前方障碍物表面各点的速度，在此条件下，仅取各点距离中的最小距离作为有效相对距离即可保证安全。
3 制动原理
磁场中带电线圈在将受到安培力矩作用，设带电线圈中的电流值为，线圈在磁场中的投影面积为，磁场强度大小为，则单匝带电线圈在磁场中所受的安培力矩大小为：
（3）
若带电线圈共有匝，则其所受的总安培力矩大小计算式为：
（4）
4 电磁刹车的设计
图1为普通小型汽车底盘的简化示意图，在汽车后轮的轮轴两边对称各固定一个线圈，线圈用钢性铁蕊牢牢固定，保证车辆制动时，在强大安培力矩作用下，该线圈不会与后轮轮轴发生相对转动，在线圈两边安装有轴向磁极，在车辆前方适当位置处安装有超声波测速装置和测距装置，且内置数据处理中心。数据处理中心用于接收超声波测速、测距装置测量的数据，并根据车辆当前运行状态分析电佳制动电流值。
车辆内设计有制动开关，当制动开关被按下时，轮轴上的线圈中立即导入电流，线圈即切割磁感线产生安培力，以此产生阻力矩，使后轮轮轴产生反向转动趋势，即开始制动；当制动开关被关闭时，线圈断路，安培力消失，即停止制动。
在上图中，假设车辆载物后总质量大小为，轴向磁极中磁场强度大小为，制动线圈共计为匝，制动线圈有效半径，制动过程中最适电流为，根据上述公式（4），在制动时后轮轮轴受到的阻力矩大小为：
= （5）
阻力力矩对车辆造成的制动水平阻力大小为：
（6）
当司机紧急制动时，车辆减速度的大小为：
（7）
则联立可求得车辆制动过程中最适电流的大小为：
（8）
5 制动过程
车辆在运行过程中，制动线圈处于断路状态，车辆前方的的测距、测速装置随时监测车头距前方障碍物的距离和相对速度，并随时将测量的数据传输给数据处理中心。在紧急制动时，驾驶员启动制动开关，数据处理中心即刻读取当前的有效距离和相对速度的值，并通过预先设定好的程序将和的值带入式（8）进行计算，求得制动最佳电流的值，此时，制动线圈即刻闭合，畜电池即向制动线圈通入大小为的电流，则制动线圈开始在轴向磁场中按安培阻力力矩作用，进而向车辆提供大小为减速度，使车辆能按照计算的最佳状态停下。
参考文献
[1] 毛骏健.大学物理学[M].高等教育出版社，2006.
[2] 胡友秋.电磁学与电动力学学[M].科学出版社，2008.
[3] 汽车刹车片的原理与保养新疆汽车网[EB/OL].2012.endprint
摘 要：本文设计了一种新型电磁制动刹车装置，利用通电线圈在磁场中所受的电磁力矩对汽车进行制动，并在汽车运行过程中随时测量车辆行驶过程距障碍物的距离和相对速度，在启动制动装置时，数据控制中心根据测得的当前距离和相对速度计算出制动所需的最适减速度，调节通电线圈中的电流大小，使通电线圈受到一个最佳制动电磁力矩，以此给予汽车一个最适制动减速度。
关键词：电磁制动 刹车装置 电磁力矩
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0054-01
刹车是汽车中的重要部件，现有的刹车系统都利用车轮轮轴与刹车片直接接触时产生的摩擦力进行制动，这样的制动方式不利于驾驶员掌握制动力度，尤其是在急刹车时，出于驾驶员紧张用力脚踩制动踏板，往往造成刹车片抱死车轮轮轴，造成安全事故的发生。且这种直接接触式的制动方式造成刹车片与车轮轮轴材料磨损严重，使用寿命有限。如果有一种非接触式的，智能的制动系统，不仅可以减少因摩擦造成的材料耗损，且能大大减小安全事故的发生。
1 设计原理
假设车辆运行速度大小为，与车辆前方障碍物相距的距离，设车辆轮胎与地面不发生相对滑动，不计轮胎与地面发生的滚动摩擦，制动时安培力矩对车辆产生的有效减速度为，则从开始制动到车辆完全停稳停在障碍物前的制动过程中，车辆各运动学参数符合以下公式：
（1）
由上式可得，车辆在初始速度为的情况下开始制动，要在的距离内完全停止，则制动减速度大小应满足关系式：
（2）
2 参数和的获取
在车辆前方适当位置处设置测速、测距装置，在车辆运行过程中，随时监测车辆与障碍物的相对速度和相对距离，为避免所测障碍物轮廓不规则、各点距车辆前方距离不等所造成的测量误差，上述测速、测距装置采用超声波测量所需参数。超声波测量范围大，能涉及车辆前方所能触及的范围，且能测量出车辆距前方障碍物表面各点的速度，在此条件下，仅取各点距离中的最小距离作为有效相对距离即可保证安全。
3 制动原理
磁场中带电线圈在将受到安培力矩作用，设带电线圈中的电流值为，线圈在磁场中的投影面积为，磁场强度大小为，则单匝带电线圈在磁场中所受的安培力矩大小为：
（3）
若带电线圈共有匝，则其所受的总安培力矩大小计算式为：
（4）
4 电磁刹车的设计
图1为普通小型汽车底盘的简化示意图，在汽车后轮的轮轴两边对称各固定一个线圈，线圈用钢性铁蕊牢牢固定，保证车辆制动时，在强大安培力矩作用下，该线圈不会与后轮轮轴发生相对转动，在线圈两边安装有轴向磁极，在车辆前方适当位置处安装有超声波测速装置和测距装置，且内置数据处理中心。数据处理中心用于接收超声波测速、测距装置测量的数据，并根据车辆当前运行状态分析电佳制动电流值。
车辆内设计有制动开关，当制动开关被按下时，轮轴上的线圈中立即导入电流，线圈即切割磁感线产生安培力，以此产生阻力矩，使后轮轮轴产生反向转动趋势，即开始制动；当制动开关被关闭时，线圈断路，安培力消失，即停止制动。
在上图中，假设车辆载物后总质量大小为，轴向磁极中磁场强度大小为，制动线圈共计为匝，制动线圈有效半径，制动过程中最适电流为，根据上述公式（4），在制动时后轮轮轴受到的阻力矩大小为：
= （5）
阻力力矩对车辆造成的制动水平阻力大小为：
（6）
当司机紧急制动时，车辆减速度的大小为：
（7）
则联立可求得车辆制动过程中最适电流的大小为：
（8）
5 制动过程
车辆在运行过程中，制动线圈处于断路状态，车辆前方的的测距、测速装置随时监测车头距前方障碍物的距离和相对速度，并随时将测量的数据传输给数据处理中心。在紧急制动时，驾驶员启动制动开关，数据处理中心即刻读取当前的有效距离和相对速度的值，并通过预先设定好的程序将和的值带入式（8）进行计算，求得制动最佳电流的值，此时，制动线圈即刻闭合，畜电池即向制动线圈通入大小为的电流，则制动线圈开始在轴向磁场中按安培阻力力矩作用，进而向车辆提供大小为减速度，使车辆能按照计算的最佳状态停下。
参考文献
[1] 毛骏健.大学物理学[M].高等教育出版社，2006.
[2] 胡友秋.电磁学与电动力学学[M].科学出版社，2008.
[3] 汽车刹车片的原理与保养新疆汽车网[EB/OL].2012.endprint
摘 要：本文设计了一种新型电磁制动刹车装置，利用通电线圈在磁场中所受的电磁力矩对汽车进行制动，并在汽车运行过程中随时测量车辆行驶过程距障碍物的距离和相对速度，在启动制动装置时，数据控制中心根据测得的当前距离和相对速度计算出制动所需的最适减速度，调节通电线圈中的电流大小，使通电线圈受到一个最佳制动电磁力矩，以此给予汽车一个最适制动减速度。
关键词：电磁制动 刹车装置 电磁力矩
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0054-01
刹车是汽车中的重要部件，现有的刹车系统都利用车轮轮轴与刹车片直接接触时产生的摩擦力进行制动，这样的制动方式不利于驾驶员掌握制动力度，尤其是在急刹车时，出于驾驶员紧张用力脚踩制动踏板，往往造成刹车片抱死车轮轮轴，造成安全事故的发生。且这种直接接触式的制动方式造成刹车片与车轮轮轴材料磨损严重，使用寿命有限。如果有一种非接触式的，智能的制动系统，不仅可以减少因摩擦造成的材料耗损，且能大大减小安全事故的发生。
1 设计原理
假设车辆运行速度大小为，与车辆前方障碍物相距的距离，设车辆轮胎与地面不发生相对滑动，不计轮胎与地面发生的滚动摩擦，制动时安培力矩对车辆产生的有效减速度为，则从开始制动到车辆完全停稳停在障碍物前的制动过程中，车辆各运动学参数符合以下公式：
（1）
由上式可得，车辆在初始速度为的情况下开始制动，要在的距离内完全停止，则制动减速度大小应满足关系式：
（2）
2 参数和的获取
在车辆前方适当位置处设置测速、测距装置，在车辆运行过程中，随时监测车辆与障碍物的相对速度和相对距离，为避免所测障碍物轮廓不规则、各点距车辆前方距离不等所造成的测量误差，上述测速、测距装置采用超声波测量所需参数。超声波测量范围大，能涉及车辆前方所能触及的范围，且能测量出车辆距前方障碍物表面各点的速度，在此条件下，仅取各点距离中的最小距离作为有效相对距离即可保证安全。
3 制动原理
磁场中带电线圈在将受到安培力矩作用，设带电线圈中的电流值为，线圈在磁场中的投影面积为，磁场强度大小为，则单匝带电线圈在磁场中所受的安培力矩大小为：
（3）
若带电线圈共有匝，则其所受的总安培力矩大小计算式为：
（4）
4 电磁刹车的设计
图1为普通小型汽车底盘的简化示意图，在汽车后轮的轮轴两边对称各固定一个线圈，线圈用钢性铁蕊牢牢固定，保证车辆制动时，在强大安培力矩作用下，该线圈不会与后轮轮轴发生相对转动，在线圈两边安装有轴向磁极，在车辆前方适当位置处安装有超声波测速装置和测距装置，且内置数据处理中心。数据处理中心用于接收超声波测速、测距装置测量的数据，并根据车辆当前运行状态分析电佳制动电流值。
车辆内设计有制动开关，当制动开关被按下时，轮轴上的线圈中立即导入电流，线圈即切割磁感线产生安培力，以此产生阻力矩，使后轮轮轴产生反向转动趋势，即开始制动；当制动开关被关闭时，线圈断路，安培力消失，即停止制动。
在上图中，假设车辆载物后总质量大小为，轴向磁极中磁场强度大小为，制动线圈共计为匝，制动线圈有效半径，制动过程中最适电流为，根据上述公式（4），在制动时后轮轮轴受到的阻力矩大小为：
= （5）
阻力力矩对车辆造成的制动水平阻力大小为：
（6）
当司机紧急制动时，车辆减速度的大小为：
（7）
则联立可求得车辆制动过程中最适电流的大小为：
（8）
5 制动过程
车辆在运行过程中，制动线圈处于断路状态，车辆前方的的测距、测速装置随时监测车头距前方障碍物的距离和相对速度，并随时将测量的数据传输给数据处理中心。在紧急制动时，驾驶员启动制动开关，数据处理中心即刻读取当前的有效距离和相对速度的值，并通过预先设定好的程序将和的值带入式（8）进行计算，求得制动最佳电流的值，此时，制动线圈即刻闭合，畜电池即向制动线圈通入大小为的电流，则制动线圈开始在轴向磁场中按安培阻力力矩作用，进而向车辆提供大小为减速度，使车辆能按照计算的最佳状态停下。
参考文献
[1] 毛骏健.大学物理学[M].高等教育出版社，2006.
[2] 胡友秋.电磁学与电动力学学[M].科学出版社，2008.
[3] 汽车刹车片的原理与保养新疆汽车网[EB/OL].2012.endprint
