行星滾柱絲杠在電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

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1、行星滾柱絲杠在電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 摘要：相比汽車的液壓制動(dòng)，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)因具有更快的反響速度、更高的可靠性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為一項(xiàng)具有研究?jī)r(jià)值的新型制動(dòng)方案。當(dāng)前，許多電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)研究主要針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)基于滾珠絲杠的制動(dòng)方案。本文分析了應(yīng)用滾柱絲杠的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，指出了應(yīng)用滾柱絲杠方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以期促進(jìn)滾柱絲杠在電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用與開展。 關(guān)鍵詞：行星滾柱絲杠副;電子機(jī)械制動(dòng);制動(dòng)方案 中圖分類號(hào)：U463文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168〔2021〕17-0056-02 ApplicationResearchofPlanetaryRollerSc

2、rewinElectromechanicalBrakeSystem SHIDongcaiLIWeiqiZOUZhaobin 〔SchoolofTrafficandTransportation，NortheastForestryUniversity，HarbinHeilongjiang150040〕 Abstract：paredwiththehydraulicbrakingofautomobiles，electromechanicalbrakingsystemshavebeeanewtypeofbrakingsolutionwithresearchvaluebecauseoftheirad

3、vantagessuchasfasterresponsespeedandhigherreliability.Atpresent，manyelectromechanicalbrakesystemsaremainlyfocusedontheballscrew-basedbrakingschemeoftheactuator.Thispaperanalyzedtheelectromechanicalbrakesystemusingrollerscrews，andpointedouttheadvantagesanddisadvantagesofapplyingrollerscrewprograms，in

4、ordertopromotetheapplicationanddevelopmentofrollerscrewsinelectromechanicalbrakesystems. Keywords：planetaryrollerscrewpair;electromechanicalbrake;brakingscheme 近年來(lái)，我國(guó)汽車行業(yè)迅速開展，作為汽車最重要的保障，制動(dòng)系統(tǒng)一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)?，F(xiàn)階段，大部分汽車仍然采用液壓制動(dòng)，但其較大的空間占比和可能漏液等缺點(diǎn)嚴(yán)重影響汽車的整體性能，電子機(jī)械制動(dòng)〔簡(jiǎn)稱EMB〕作為一種新興的制動(dòng)方式，由于其更快的反響速度和其他種種優(yōu)點(diǎn)，大批科研人員對(duì)

5、電子機(jī)械制動(dòng)進(jìn)展了深化的研究。早在20世紀(jì)90年代，許多汽車公司就開場(chǎng)著手對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)進(jìn)展研究，電子機(jī)械制動(dòng)開展經(jīng)歷了以下階段：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)錐齒輪實(shí)現(xiàn)減速，后使用滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)軸向力制動(dòng);電磁離合器在制動(dòng)的間隙實(shí)現(xiàn)迅速進(jìn)給，通過(guò)減速齒輪給予制動(dòng)增力;EMB運(yùn)用楔塊構(gòu)造;EMB線控上出現(xiàn)新的控制算法，大大進(jìn)步可靠性;應(yīng)用仿真模擬，驗(yàn)證電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與汽車制動(dòng)器夾緊力之間的關(guān)系，估測(cè)制動(dòng)片和制動(dòng)盤之間的夾緊力的相關(guān)控制算法的正確性和可靠性【1】。 1電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的總體構(gòu)造和滾珠絲杠應(yīng)用 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)主要由中央控制模塊ECU、制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和各種傳感器組成。 ECU的主要作用是接

6、收EMB上各個(gè)傳感器的信號(hào)，并根據(jù)接收的信號(hào)，及時(shí)發(fā)出精準(zhǔn)的控制信號(hào)。ECU通過(guò)接收踏板上的角度位移傳感器傳來(lái)的信號(hào)，控制制動(dòng)器輸出相應(yīng)大小的制動(dòng)力，通過(guò)接收車輪上相應(yīng)的傳感器，判別車輪抱死和滑動(dòng)情況，通過(guò)對(duì)制動(dòng)力進(jìn)展控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪的防抱死制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)防滑等功能。 本研究采用行星齒輪組減速器配合滾柱絲杠的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成主要有驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī)、減速增矩裝置、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置、制動(dòng)鉗制動(dòng)裝置。當(dāng)汽車在行駛的過(guò)程中需要進(jìn)展制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收到制動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī)將制動(dòng)力通過(guò)減速增矩裝置傳遞至運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置，將滾柱絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向挪動(dòng)【2】，推動(dòng)制動(dòng)鉗制動(dòng)裝置夾緊制動(dòng)盤

7、來(lái)完成制動(dòng)。 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中，關(guān)鍵的傳感器主要有汽車的踏板位移傳感器、汽車車輪的輪速傳感器等。這些傳感器的作用是將精準(zhǔn)的信號(hào)及時(shí)傳給ECU，并持續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化。踏板位移傳感器可以通過(guò)監(jiān)測(cè)踏板轉(zhuǎn)過(guò)的角度和踏板轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，將作用在踏板上的力和速度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳遞給電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的ECU，ECU對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)展接收和處理，輸出理想的制動(dòng)力，更快、更有效地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，通過(guò)輪速傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)汽車的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)ABS等程序的有效控制。 2采用行星滾柱絲杠的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) EMB可以采用線控技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全電子化，同時(shí)結(jié)合汽車電控系統(tǒng)，應(yīng)用多種算法控制，配合自動(dòng)駕駛，集成ESP〔

8、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)〕、EBD〔電子制動(dòng)力分配〕、TCS〔牽引力控制系統(tǒng)〕等功能，使車身具有良好的穩(wěn)定性和制動(dòng)防滑功能。 EMB相比EHB〔電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)〕，去除了繁雜的液壓管路布置，使得整體構(gòu)造更加緊湊，同時(shí)不用擔(dān)憂真空助力器和制動(dòng)管道破損泄露造成的平安問(wèn)題和制動(dòng)液泄露帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，其直接通過(guò)電信號(hào)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，極大地縮短了制動(dòng)時(shí)間，減少了制動(dòng)間隔 ，進(jìn)步了制動(dòng)的可靠性。 EMB配置精簡(jiǎn)，便于維修和日常養(yǎng)護(hù)，同時(shí)大大減少了整車質(zhì)量，從而進(jìn)步車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，其制動(dòng)踏板采用模擬踏板，防止了ABS制動(dòng)時(shí)的反彈力對(duì)駕駛者的影響，從而進(jìn)步駕駛舒適感。 2.2采用行星滾柱絲杠副〔簡(jiǎn)稱PRS〕的優(yōu)點(diǎn)

9、 相比滾珠絲杠，PRS有眾多支撐點(diǎn)，可以提供高于滾珠絲杠的額定動(dòng)載和靜載，同時(shí)具有更高的剛度和抗沖擊才能。通過(guò)赫茲定律可知，行星滾柱絲杠能承載的靜載為滾珠絲杠的3倍，壽命為滾珠絲杠的15倍[3-4]。 PRS可以提供更高的旋轉(zhuǎn)速度和更高的加速度，使得制動(dòng)器的制動(dòng)響應(yīng)更快，同時(shí)制動(dòng)力更大。PRS導(dǎo)程可以更小，使制動(dòng)器高精度可控，可以用于特種車輛和高精度需求的車輛。 在采用電子機(jī)械制動(dòng)實(shí)現(xiàn)完全電控時(shí)，人們需要注意線路的老化和電路發(fā)生故障后的備用應(yīng)急措施，需要設(shè)置備用制動(dòng)方案。同時(shí)，電子線路要具備對(duì)內(nèi)外界各種磁場(chǎng)的抗干擾才能。EMB需要裝備高性能電機(jī)和傳感器等電子元件，本錢較高。 EMB工

10、作條件惡劣，在制動(dòng)時(shí)，力矩電時(shí)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處在自然環(huán)境中，而且頻繁地正反轉(zhuǎn)，大部分時(shí)間會(huì)處在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)【5】，其需要具備足夠快的響應(yīng)速度和足夠大的制動(dòng)力。傳統(tǒng)車輛12V的車載電源難以滿足制動(dòng)器的需求，人們需要使用42V的新一代車載電源提供足夠的驅(qū)動(dòng)力。 PRS本錢較高，構(gòu)造更加復(fù)雜，維修困難，不適用于普通經(jīng)濟(jì)型車輛;PRS具有更多嚙合點(diǎn)，在工作時(shí)，摩擦也會(huì)增多，需要裝備散熱措施。 3結(jié)論 新能源汽車和智能無(wú)人駕駛汽車在我國(guó)近幾年迅猛開展，2021年，我國(guó)新能源汽車銷售量累計(jì)值已經(jīng)到達(dá)117.2萬(wàn)輛，新能源汽車產(chǎn)銷率累計(jì)值到達(dá)98.7%，可見新能源汽車在我國(guó)有很大的市場(chǎng)和開展空間。制動(dòng)性能和

11、可靠性是評(píng)價(jià)一輛汽車好壞的重要因素，EMB憑借其出眾的優(yōu)點(diǎn)，將來(lái)將更加廣泛地應(yīng)用在電動(dòng)車輛上。目前，國(guó)內(nèi)有許多研究分析EMB，但是具有完好功能的制動(dòng)系統(tǒng)研究還尚未成熟，同樣，對(duì)應(yīng)用PRS的EMB研究也很少，在關(guān)鍵技術(shù)上，建立和健全設(shè)計(jì)體制是將來(lái)需要研究的內(nèi)容。本文分析角度比較單一，因此應(yīng)用PRS的EMB特點(diǎn)仍需要進(jìn)一步討論。現(xiàn)階段，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)仍然處于不斷完善中，也有許多需要改進(jìn)的地方，希望本文對(duì)該系統(tǒng)的相關(guān)研究人員有所幫助。 參考文獻(xiàn)： 【1】王賽.汽車電子機(jī)械制動(dòng)〔EMB〕系統(tǒng)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2021. 【2】張立新，田有為，沈沉.汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)執(zhí)行器的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2021〔12〕：50-52. 【3】劉更，馬尚君，佟瑞庭，等.行星滾柱絲杠副的新開展及關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械傳動(dòng)，2021〔5〕：103-108. 【4】劉祎.基于PLCopen的電動(dòng)Gough-Stewart平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2021. 【5】左斌.汽車電子機(jī)械制動(dòng)〔EMB〕控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2021.