手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置設(shè)計(jì)

手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置設(shè)計(jì),手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置設(shè)計(jì),自動(dòng),到位,檢測(cè),裝置,助力,設(shè)計(jì) 手剎到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置的設(shè)計(jì)論證方案 前言 剎車系統(tǒng)是汽車中最重要的部件，因?yàn)樗绊懙牟粌H是汽車的行駛性能，還直接關(guān)系到人類的生命安全。 手剎的專業(yè)稱呼是輔助制動(dòng)器，與制動(dòng)器的原理不同，其是采用鋼絲拉線連接的，在變速箱后，與傳動(dòng)軸連接的地方有一個(gè)制動(dòng)盤，類似盤式制動(dòng)器的(當(dāng)然也有鼓式的)，然后通過(guò)鋼索，將拉力傳動(dòng)到那，從而實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)。 有的是利用一個(gè)液壓輔缸，拉動(dòng)手剎后，推動(dòng)車下邊的液壓總缸運(yùn)動(dòng)，然后帶動(dòng)氣閥（之所以這么設(shè)計(jì)，是為了駕駛室不聽到那些空氣的聲音），氣閥動(dòng)作之后，制動(dòng)傳動(dòng)軸（汽車手剎只剎傳動(dòng)軸的），當(dāng)完成制動(dòng)傳動(dòng)軸之后，如果是普通的卡車則利用手剎桿的鋼索拉動(dòng)拉實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期剎車，如果是比較高檔的卡車，比如沃爾沃的，則使用電控制，上面當(dāng)你推動(dòng)手剎的時(shí)候，事實(shí)上有一個(gè)電動(dòng)拽引機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，在空氣制動(dòng)完成之后他就拉近鋼索并且鎖定，當(dāng)然也有直接拉制動(dòng)器的。 手剎屬于輔助制動(dòng)系統(tǒng)，主要借助人力，一般在停車的時(shí)候，為了防止車輛自行溜車而設(shè)立的。 車主在汽車使用過(guò)程中往往非常重視行車制動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性，往往忽視了駐車制動(dòng)系統(tǒng)，也就是我們常說(shuō)的“手剎”。汽車在使用過(guò)程中，手剎的使用頻率非常高，而手剎也并非是“萬(wàn)能保險(xiǎn)”，其安全性和可靠性效能會(huì)隨使用次數(shù)的增加而不斷下降，也就是說(shuō)在汽車使用過(guò)程中，手剎的安全可靠效能與行車制動(dòng)系統(tǒng)同樣重要，因?yàn)槭謩x發(fā)生故障或使用不當(dāng)而引起的事故屢見不鮮[1]。 本課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一款合適的手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置，確保剎車卡鉗不會(huì)出現(xiàn)只接觸到輪轂而沒(méi)實(shí)際作用摩擦力的“虛剎”現(xiàn)象，同時(shí)保證在確保剎車卡鉗在行駛過(guò)程中確實(shí)離開輪轂，避免出現(xiàn)不必要的磨損，延遲剎車片的壽命。本課題另一任務(wù)是設(shè)計(jì)一種手剎助力裝置，幫助手剎解決容易變形、壽命短、操作困難等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)手剎操作更簡(jiǎn)易、省力化。 1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 中國(guó)專利公開號(hào)CN2635449U，公開了一種汽車駐車制動(dòng)提醒器，所述的汽車駐車制動(dòng)提醒器是將車速信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的集成運(yùn)算放大器，集成運(yùn)算放大器的輸出端和駐車制動(dòng)信號(hào)分別接到單片機(jī)的輸入引腳上，單片機(jī)的輸出端鏈接有由單片機(jī)控制的發(fā)聲裝置。此技術(shù)方案也只能實(shí)現(xiàn)提醒拉手剎的作用，對(duì)于手剎是否到位無(wú)法做出提示，新人會(huì)誤以為車輛已處于正常停車狀態(tài)，形成安全隱患。 2國(guó)外研究現(xiàn)狀 韓國(guó)現(xiàn)代汽車對(duì)于機(jī)械控制電子化的運(yùn)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，從基本電子方向助力到復(fù)雜主動(dòng)轉(zhuǎn)向比例控制這些以往都是采用液壓以及機(jī)械控制為主的部分，也逐漸向電子化控制靠攏，駕駛者能通過(guò)直接機(jī)械連接來(lái)自主控制的部分已經(jīng)越來(lái)越少了，就連操控發(fā)燒友至愛的手剎也逐漸地傾向于電子化控制。 市面上常見的擁有電子手剎功能的車型也是大家常見的幾款車型,如德國(guó)大眾的邁騰、途觀、帕薩特、奧迪A4、A6以及美國(guó)別克-新君威、法國(guó)的雪鐵龍大C4畢加索、瑞典沃爾沃S60等等。電子手剎的使用方法也是大同小異,都是通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)啟動(dòng)\關(guān)閉手剎功能。啟動(dòng)電子手剎可以在車輛任何狀況下進(jìn)行啟動(dòng),即使在行進(jìn)過(guò)程中誤按,由于油門還處在工作位置所以電子手剎功能也會(huì)立即關(guān)閉;如果在緊急剎車過(guò)程中按下,大部分電子手剎系統(tǒng)都會(huì)額外提供更強(qiáng)的制動(dòng)力來(lái)輔助,部分車型更具有電子制動(dòng)力分布以及限速制停的功能。 3、研究課題的主要內(nèi)容 對(duì)于最常見的機(jī)械手剎來(lái)說(shuō)，首先要注意不能每次駐車時(shí)都狠狠地拉起來(lái)，特別不能拉到頭，因?yàn)榻饘龠^(guò)度拉伸或者是長(zhǎng)時(shí)間保持拉伸都會(huì)加快形變，導(dǎo)致加速手剎拉線的制動(dòng)衰退。 在冬季的冰雪天氣行駛時(shí)，擋泥板內(nèi)側(cè)會(huì)淤積很多積雪，這些積雪可能會(huì)覆蓋到手剎拉線上，將其凍住，再次啟動(dòng)時(shí)就很可能因?yàn)槭謩x無(wú)法釋放而不能行駛。 手剎棘爪復(fù)位不良問(wèn)題[3] 。手剎總成出現(xiàn)棘爪卡死、不能復(fù)位現(xiàn)象。棘爪通過(guò)棘爪鉚釘鉚接在操縱臂“U”型槽內(nèi)部，分析故障件發(fā)現(xiàn)在“U”槽內(nèi)棘爪與操縱臂之間無(wú)間隙，實(shí)測(cè)間隙為0mm，用塞尺測(cè)棘爪鉚釘大端與操縱臂外部間隙為0.2mm，即棘爪被卡死在操縱臂“U”槽內(nèi)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。棘爪通過(guò)棘爪鉚釘裝配到操縱臂孔中，當(dāng)操縱臂U槽壁上的兩個(gè)棘爪鉚釘裝配孔同軸度不合格時(shí)，棘爪鉚釘端面與操縱臂貼合不好，從而造成間隙。而手剎在制動(dòng)力的作用下，棘爪鉚釘發(fā)生旋轉(zhuǎn)，擠壓操縱臂“U”槽開口，慢慢將操縱臂與棘爪內(nèi)部間隙轉(zhuǎn)到外部，當(dāng)操縱臂與棘爪處無(wú)間隙時(shí)，棘爪則容易被卡死在操縱臂內(nèi)，不能復(fù)位。 本課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一款合適的手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置，確保剎車卡鉗不會(huì)出現(xiàn)只接觸到輪轂而沒(méi)實(shí)際作用摩擦力的“虛剎”現(xiàn)象，同時(shí)保證在確保剎車卡鉗在行駛過(guò)程中確實(shí)離開輪轂，避免出現(xiàn)不必要的磨損，延遲剎車片的壽命。本課題另一任務(wù)是設(shè)計(jì)一種手剎助力裝置，幫助手剎解決容易變形、壽命短、操作困難等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)手剎操作更簡(jiǎn)易、省力化。 4、系統(tǒng)的功能分析 按照設(shè)計(jì)要求，手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：手剎到位檢測(cè)模塊、傳感器模塊、手剎助力裝置模塊、軟件設(shè)計(jì)。 有些模塊的功能是由硬件或機(jī)械完成，有些模塊的功能由軟、硬件配合完成，有些模塊則是由軟件、硬件、機(jī)械三部分共同完成。 將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別去設(shè)計(jì)，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，這將使設(shè)計(jì)工作細(xì)化，也有助于制定進(jìn)度安排[4] 。 系統(tǒng)原理框圖如圖2所示： 主控單片機(jī) “手剎拉緊”按鍵 “手剎松放”按鍵 步進(jìn)電機(jī) 顯示燈提示 紅外位置檢測(cè)模塊 壓力傳感器 圖2 系統(tǒng)原理框圖 Fig.2 System principle block diagram 蜂鳴器提示 制動(dòng)活塞 5、方案論證 1）檢測(cè)原理及電路的設(shè)計(jì) 5.1.1 手剎拉緊到位檢測(cè)功能的設(shè)計(jì) 當(dāng)手剎拉上時(shí)，剎車卡鉗夾住輪轂將會(huì)產(chǎn)生一定應(yīng)力，采用測(cè)力傳感器來(lái)控制監(jiān)測(cè)手剎是否拉緊，保證了只有手剎完全到位鎖住剎盤的情況才會(huì)發(fā)出提示，這樣就大大降低了剎車狀態(tài)誤導(dǎo)駕駛員而發(fā)生意外情況的可能性。應(yīng)力傳感器將信號(hào)傳輸至主控制器，并由單片機(jī)輸出控制信號(hào)點(diǎn)亮汽車顯示燈“紅燈（駐停）”，同時(shí)發(fā)出“嘀嘀”短程提示聲，提示剎車已拉上。電路原理圖如圖4所示。 5.1.2 手剎松放到位檢測(cè)功能的設(shè)計(jì) 相對(duì)于手剎到位檢測(cè)設(shè)計(jì)，手剎松放時(shí)也需要到位檢測(cè)裝置，以保證圖4 手剎拉緊到位檢測(cè)電路圖 Fig.4 Detection of hand brake tense in position circuit diagram 手剎功能的完善，對(duì)車主能夠直觀了解手剎是否已放松及是否可以行車有重要提示功能。 圖5 紅外對(duì)管檢測(cè)電路 Fig 5 Infrared to tube detection circuit 如圖5所示，在紅外發(fā)射管和接收管之間無(wú)遮擋時(shí)，電壓比較器輸出低電平；當(dāng)之間有遮擋時(shí)，電壓比較器輸出高電平。當(dāng)制動(dòng)活塞頂出時(shí)，活塞正好能遮擋住紅外對(duì)管，此時(shí)電壓比較器輸出一個(gè)高電平；當(dāng)制動(dòng)活塞收回到指定位置時(shí)，輸出低電平，單片機(jī)接收到由高電平轉(zhuǎn)低電平的信號(hào)，便發(fā)出指令電機(jī)剎停，并且點(diǎn)亮“綠燈（行駛）”。 2）手剎助力裝置設(shè)計(jì) 手剎助力裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、減速機(jī)構(gòu)、心軸螺桿（內(nèi)含壓力傳感器）、制動(dòng)活塞幾個(gè)部分組成。 其中電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，通過(guò)傳動(dòng)皮帶和減速機(jī)構(gòu)作用在心軸螺桿上，推動(dòng)制動(dòng)活塞伸出，剎車盤抵住制動(dòng)盤從而提供制動(dòng)力，其中心軸螺桿內(nèi)含有壓力傳感器。 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如下： 圖10 手剎助力裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.10 Hand brake booster device structure diagram 拉動(dòng)手剎駐停功能：當(dāng)撥動(dòng)手剎按鍵至“手剎拉緊”位置時(shí)，控制中心輸出信號(hào)控制電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)心軸螺桿推出制動(dòng)活塞，活塞抵住制動(dòng)盤進(jìn)行制動(dòng)鎖死，當(dāng)剎車盤制動(dòng)力達(dá)到一定值時(shí)，壓力傳感器反饋信號(hào)回控制中心，控制中心發(fā)出指令停止電機(jī)制動(dòng)，制動(dòng)完成。 放松手剎行走功能：當(dāng)撥動(dòng)手剎按鍵至“手剎松放”位置時(shí)，控制中心輸出信號(hào)控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)心軸螺桿收回制動(dòng)活塞，但活塞收回一段距離后，紅外位置傳感器檢測(cè)到信號(hào)反饋回控制中心，控制中心發(fā)出指令停止電機(jī)制動(dòng)，手剎松放動(dòng)作完成。 5.2.1 電機(jī)的選型 選擇電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： （1）計(jì)算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下: i=(φ*S)/(360*Δ) (1) 式中φ---步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖），取1.8° S---絲桿螺距（mm)，取15mm Δ---(mm/脈沖） （2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （2） 式中Jt---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg·cm·s2) J1、J2 ---齒輪慣量(Kg·cm·s2) Js ----絲桿慣量(Kg·cm·s2) W---工作臺(tái)重量（N） S---絲桿螺距（cm） （3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M M=Ma+Mf （3） Ma=（Jm+Jt)*n/T×1.02×102 （4） 式中Ma---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N·m) Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg·cm·s2) n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min） T---電機(jī)升速時(shí)間（s） Mf=(u*W*s)/(2π*ηi)×102 （5） Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N·m) u---摩擦系數(shù)，取0.05 η---傳遞效率 （4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定,則可按下式進(jìn)行估算 fq=1/2fq0 （6） 式中fq---帶載起動(dòng)頻率（Hz） fq0---空載起動(dòng)頻率 （5）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（5）和式（6）計(jì)算， 電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 ～0.4)Mmax. 最后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算暫時(shí)選擇相電流:6A；轉(zhuǎn)矩8 N*m；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：9700 g*cm2；步距角為0.9/1.8°的110BYG250B-0602步進(jìn)電機(jī)，其減速比為19:1. 6、研究條件和可能存在的問(wèn)題研究條件 在本次研究中，主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢、監(jiān)測(cè)站實(shí)地調(diào)查、圖書館查閱、實(shí)訓(xùn)室參觀等幾種方式來(lái)收集信息。 可能存在以下的問(wèn)題： 1） 目前對(duì)國(guó)外在這方面的研究了解得還不夠全面； 2） 由于汽車手剎的檢測(cè)及助力裝置設(shè)計(jì)范圍較廣，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)表時(shí)可能會(huì)存在項(xiàng)目不全。 3） 在改進(jìn)過(guò)程中，由于自己的水平有限，可能存在諸多問(wèn)題。 擬解決的主要問(wèn)題和預(yù)期結(jié)果 （a）對(duì)汽車手剎到位檢測(cè)系統(tǒng)即手剎助力系統(tǒng)進(jìn)行改裝 ; （b）提高手剎到位檢測(cè)系統(tǒng)的精確性及手剎助力系統(tǒng)的安全可靠性。 論證結(jié)果 本設(shè)計(jì)基本完成了題目要求的各項(xiàng)功能，包括解決現(xiàn)有技術(shù)中存在手剎是否到位無(wú)法做出提示，新人會(huì)誤以為車輛已處于正常停車狀態(tài)，形成安全隱患的問(wèn)題；提供一種能夠?qū)κ謩x自動(dòng)到位檢測(cè)裝置，以及設(shè)計(jì)一種手剎助力裝置輔助手剎操作，提高手剎操作效率，使手剎操作更方便。 參考文獻(xiàn) [1] 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