车轮快速制动器的设计

王亚林 刘云 郭姗姗

摘  要：开发了一种车轮快速制动装置，克服了传统液压制动器的诸多不足之处，为进一步研究提供了一定的基础。完成了车辆快速制动器总体设计，对制动夹紧机构、推力执行机构和动力输出机构进行了分析计算，系统制动性能很好的满足了车辆行驶的要求。此制动系统没有制动液体，反应快捷、安全环保、性能可靠，是一种非常有前途的车辆制动系统。

关键词：快速制动;总体设计;夹紧机构;性能可靠

中图分类号：U463.5         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）08-0075-03

Abstract： A kind of wheel fast braking device is developed， which overcomes many shortcomings of the tradetional hydraulic brake and provides a certain basis for further research. The overall design of the vehicle fast brake is completed， and the braking clamping mechanism， thrust actuator and power output mechanism are analyzed and calculated. the braking performance of the system meets the requirements of vehicle driving. This braking system has no braking liquid， fast response， safety and environmental protection， reliable performance， and it is a very promising vehicle braking system.

Keywords： rapid braking; overall design; clamping mechanism; reliable performance

引言

随着人们对车辆制动安全性能要求的不断提高，制动附加机构越来越多，传统的液压制动方式和管路布置也更加复杂，制动器响应速度慢、损耗高，制动系统维修与装配的难度、液压回路泄漏的风险也在不断增加。开发一种结构简洁、制动迅速、性能高效的车轮制动装置具有广阔的发展空间。本快速制动器采用力矩电机来驱动，没有制动液体，采用机械的减速增扭装置，可以在较短的时间内获得足够的制动压力，并能对制动压力进行精细的控制，提高了车辆的制动性能。车轮快速制动的机械装置与电气系统直接连接，即使车辆在行进过程中出现意外事故，冲击力不会通过制动系统传递给驾驶员，提高了车辆的舒适性和安全性。随着电子智能控制的不断发展，车轮快速制动装置的信号传递将更加迅速，反应也愈发灵敏，有着传统液压制动系统无法比拟的诸多优势。因此，对车轮快速制动装置进行积极的探索和深入的研究，具有非常重要的意义。

1 制动器总体设计

制动器主要由减速增扭机构、传动机构、回位装置、制动夹紧机构等几大部分组成。制动器的外壳为圆筒状，并与各大机构连接和提供必要的支撑。制动器前端的电动机作为能量输出模块，为制动器能够有效的工作提供了可靠的动力源，输出形式为旋转运动。

本设计结构如图1所示，采用行星齿轮机构来实现对电机传来运动的减速和增大扭矩。行星齿轮机构的齿圈固定在制动器外壳上，太阳轮轴与电机相连，电机传来的运动和动力通过太阳轮输入，行星架与传动装置相连并输出低转速和高扭矩。采用NSK滚珠丝杠将行星齿轮机构传递过来的圆周运动转变为直线运动并输出动力，通过传动架带动制动盘实现车辆的快速制动。滚珠丝杠的一端与行星架相连，另一端插入单列轴承后用止推环固定，并将轴承插入支撑座內。传动架可以沿着支撑架左右移动，支撑架固定在制动器外壳上。回位装置通过螺栓连接与制动盘固定在一起，可以保证在制动过后快速良好的回位，制动过程简便有效，对制动盘起到了保护作用。制动盘作为制动器末端的执行模块，将传动架传来的正压力转换为制动时的摩擦力。

电机分别与电子控制单元和减速增扭装置相连，并在电子控制单元的控制下转动，为行星齿轮机构提供动力。制动系统的工作原理如图2所示。

制动控制器通过分析制动过程中的制动盘压力传感信号和车轮速度变化信号来控制制动电机输出力矩的大小，从而达到控制制动力的目的。本设计制动器选用永磁直流力矩电机，可输出较大转矩，满足负载的需要。在永磁直流力矩电机的电源输入端设置一个电流传感器，实时检测电机的工作电流，保证力矩电机的正常运转。

2 制动夹紧机构分析计算

假设车辆是在路况良好的路面上行驶，车辆制动减速的外力依靠的是轮胎与地面的摩擦力和制动盘与车轮之间的摩擦力。

3 传动机构分析计算

本设计的传动机构主要是将动力输出机构的圆周运动转化为推进准确、速度合理、切实有效的直线运动，或车辆制动过程结束后将制动夹紧机构的往复直线运动转变为动力输出机构的圆周运动。经过对几种能够实现此种功能装置的对比，选用了NSK滚珠丝杠，丝杠与螺母之间为滚动摩擦，大大提高了传动效率。设所选滚珠丝杠的主要参数如表2所示。

4 减速增扭机构分析计算

为了在有限的空间内实现较大的传动比，选用NGW型行星齿轮减速机构对力矩电机输出的高转速进行减速，并把输出转矩增加到指定的范围内。太阳轮和行星轮的材料选用20GrMnTi渗碳淬火，以适应制动器承载、冲击和耐磨的要求。内圈齿轮6固定，以太阳轮3为输入轴，行星架7为输出轴，减速器的传动比与齿数之间的关系为：

5 结论

设计了一种没有制动液，反应迅速，性能可靠的车轮快速制动器，它以电能作为能量传动介质，减少了制动空间，提升了车辆的精度与效率。对车轮快速制动器的各个执行机构进行了分析计算，结果表明，此制动器很好的满足了车辆制动的要求，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]王恒，张俊杰，王永泉，等.滚珠丝杠副选型计算过程中刚度算法改进与优选标准分析[J].组合机床与自动化加工技术，2015，7：8-10.

[2]张瑞军，何仁，顾晓丹，等.车用电磁制动器制动力的计算与分析[J].汽车工程，2013，10：904-920.

[3]Ahn J K， Jung K H， Kim D H， et al. Analysis of a regenerative braking system for Hybrid Electric Vehicles using an Electro-Mechanical Brake[J]. International Journal of Automotive Technology， 2009，10（2）：229-234.

[4]Ryan J. Farris， Michael Goldfarb. Design of a multidisc electromechanical brake[J]. IEEE/AS-ME transactions on mechatronics， 2011，16（6）：985-993.

[5]常桂秀.汽车制动性评价及制动性能检测研究[J].科技创新与应用，2016，02：144.

[6]崔丽，秦大同，石万凯.行星齿轮传动啮合效率分析[J].重庆大学学报（自然科学版），2006，03：11-14+44.