摘 要

近年来,汽车新兴技术的普及使得人们越来越关注汽车的安全性。制动系统是保证行车安全的关键环节,而传统的液压制动系统因为存在着效能低、响应慢、管路复杂等缺点无法适应汽车制动技术的发展趋势。在这一背景下,人们开始研究全新的电子机械制动系统,它很好的克服了传统液压制动器的缺点,具有广阔的前景。

本文针对地下隧道管网维修用电动工程车进行制动系统设计，而电子机械制动系统(EMB)是十分适合该车辆的制动系统方案。本文以EMB执行器为研究对象,运用CATIA建模技术、有限元分析技术对电子机械制动器的性能进行了分析与优化。EMB执行器是产生制动力的关键部件,它的性能对于实现驾驶员制动意图保证行车安全至关重要。

本文通过对国内外相关文献介绍的 EMB 结构形式进行分析总结,结合目标车型的实际情况确定了EMB执行器的设计方集,然后根据EMB执行器各零部件的设计参数,建立CATIA模型,并在ANSYS软件中进行有限元分析,结果表明 EMB 样机的性能可满是设计要求。

关键词：电子机械制动系统；执行器；有限元

Abstract

Recent years, with the popularization of automotive emerging techno1ogy, people pay more and more attention tothe safety performance of vehicle. Brake system isthe key link to ensure vehicle safety, while traditiona1 hydraulic brake system has been unable to adapt to the trend of automobile brake techno1ogy because of its disadvantages such as1ow efficiency, s1ow response and complex pipeline etc. Under this background, people begin to study electromechanica1 brake system. It can overcome the disadvantages of traditiona1 hydraulic brake system, so it has broad deve1opment prospect.

This paper design the brake system of the electric vehicle for maintenance of the underground tunnel pipe network, the electronic mechanical brake system (EMB) is very suitable for the braking system of the vehicle.EMB actuator is one ofthe most important components of EMB system to generate brake force and its performance is very important to realizethedriver's brake intention and guarantee vehicle safety. This paper takes electromechanica1 brake asthe research object, adopts CATIA modeling techno1ogy, dynamic simulation techno1ogy, and finite element analysis techno1ogy to carry out performance analysis and optimization of EMB.

The design scheme was proposed based on analyzingthe domestic and foreign relatedliterature andthe actua1 situation ofthe target vehicle. Then according to the calculated paraneters of the components of EMB, the CAD mode1 was established, andthe dynamic mode1 was established in the dynamics analysis software ANSYS. The simulation results showedthatthe performance ofthe EMB prototype could meetthe design requirements. By comparing the simulation results obtained under different parameters, the main factors affecting the performance of EMB actuator were determined, andthe optimization target was proposed.

Key Words：Electromechanical brake systems; actuators; finite element

目 录

摘 要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 电子机械制动系统国内外发展现状 1

1.2 电子机械制动系统常见结构 2

2 电子机械制动系统方案选型 4

2.1 EMB执行器方案选型 4

2.2 EMB控制机构整体方案选型 6

3电子机械制动器设计计算 8

3.1 制动盘与摩擦衬片设计 8

3.2 制动盘最大夹紧力 10

3.3 滚珠丝杆螺母设计 11

3.3 电机选型 13

3.4 行星齿轮设计 13

4 制动性能分析与校核 15

4.1 滚珠丝杆强度校核 15

4.2 制动盘有限元分析 15

4.3 导向套筒有限元分析 17

4.4 电机转子有限元分析 17

5 总结 19

参考文献 20

致谢 21

附录 22

附录A MATLAB程序 22

1 绪论

1.1 电子机械制动系统国内外发展现状

电子机械制动系统(EMB)最早被运用于航空领域，由波音公司在2004年首次被宣布正式使用与客机上。目前EMB正逐渐向汽车制动领域过度，德国的Bosch公司、Siemes公司、Continental Teves公司，美国的Delphi公司、TRW公司，韩国的Hyundai Mobis公司、Mando公司等著名汽车零部件生产商都对EMB展开了一系列研究，其中Bosch公司主要研究执行器的结构形式，包括楔形自增力机构、电子机械驻车制动、电磁离合控制以及电子机械与液力复合制动；Siemes公司主要研究电子楔形制动器；Continental Teves公司主要研究电子制动踏板、电子驻车制动以及执行器的调节装置等系统组成部分；Delphi 公司主要研究电子机械驻车制动、电子机械制动的应急制动；TRW公司主要研究混合动力汽车的电子机械制动器、 电子液压制动器、 电子驻车制动及其集成制动控制等；Hyundai 公司于2008年为其开发的自增力形式的电子楔形制动器及其间隙调节装置申请了专利；Mando公司也于2011年公布了双侧自增力形式的电子楔形制动器。另外一些整车企业也对EMB开展了研究并已将其应用到概念车和电动车上， 2005年美国通用汽车公司在其推出的 Seque1概念车上率先应用了线控转向和线控制动技术；2000年巴黎车展上宝马汽车公司展出的 BMWZ22概念车、第71 届日内瓦国际车展上意大利 Bertone公司展示的 FIL0概念车、第39届东京车展上日产汽车公司展示的 Pivo概念车、2007年米其林公司推出的 Hy-light概念车以及2008年雪铁龙汽车公司展示的 C5样车都采用了 EMB 技术。

国内对 EMB的研究起步较晩,研究的主体主要是高校,其中西北工业大学和北京航空航天大学主要研究在飞机上应用的 EMB系统，清华大学、吉林大学、南京航空航天大学、同济大学、北京理工大学、浙江大学等高校以及东风汽车公司、奇瑞汽车公司等企业针对EMB系统在汽车上的应用开展了部分基础研究及相关试验。清华大学在2005年就申请了关于 EMB 制动器的专利,是国内研究EMB系统较早的高校，清华大学的赵一博通过分析总结国内外 EMB 执行器的结构形式，提出了由力矩电机、行星齿轮减速器与滚珠丝杆组成的结构方案，该方案将滚珠线杆置于分装式力矩电机的中空部分,大大减小了EMB 的结构尺寸。同济大学的刘乙志等人在总结分析了国内外已公开的EMB执行器的工作原理后, 提出了一种通过控制线圈改变齿轮传动比,利用棘轮机构实现驻车制动的方案。