GD6342微型客车制动系设计【含CAD图纸+文档】
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机电工程学院毕业设计外文资料翻译设计题目: GD6342微型客车设计制动系设计 译文题目: 电动、混合动力和燃料电池展望 学生姓名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 正文:外文资料译文 附 件:外文资料原文 指导教师评语: 签名: 年 月 日35正文:外文资料译文陈清泉( 香港大学 电机电子工程学系,香港 薄扶林道,中国)电动、混合动力和燃料电池汽车展望 摘 要: 由于汽车排放和燃油经济性的法规越来越严格,因此电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车引起了汽车 制造企业、政府和用户的关注。本文综述电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的技术发展水平,焦距其技术特 点和产业化路线。归纳电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的基本特点。提出应用工程哲学指导研究和开发的 重要性。分析动力系统的各类结构及其功能。揭示能量管理的挑战、整车宏观控制和子系统局部控制的功能和关系、 以及建议可才用的适当控制模型。由于电动汽车产业是革命性的产业,因此必须采用综合系统的创新,做到三好,即 好的产品、好的基础设施和好的商业模式。关键词: 电动汽车(EV);混合电动汽车(HEV);燃料电池汽车(FCV)中图分类号: U46; U469.72 简介 本文提供的电池驱动的电动汽车现状的概述(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCV)1-8对他们的技术特点和商业模式入手对纯电动汽车的特点研究,混合动力汽车和燃料电池汽车。由于电动汽车技术是汽车技术与电气技术的融合,系统集成和优化方法是必不可少的,包括其基础设施和商业模式的电动汽车系统的总体设计应遵循适当的工程理念。动力系统是电动汽车的心脏;因此本文分析建筑与各种动力系统的功能。能源管理是实现燃油经济性和降低排放的关键,因此本文探讨了能源管理的挑战,探讨了全球控制与局部控制的功能和相互作用,并提出了相应的控制模型的可能类型。 推广电动汽车的成功依赖于良好的产品,良好的基础设施和良好的商业模式的可用性,以及与智能电网和信息通信技术(通信技术)的电动汽车的整合。我们的目标是逐步实现四个零:零排放,零汽油,零交通事故和零交通拥堵。1.概述1.1纯电动汽车混合动力汽车和燃料电池汽车的特点 自1973,石油危机,世界开始关注石油供应和消费的平衡。化石燃料资源量有限,但石油需求量已显著增加。交通部门是最大的能源部门。它在最近几十年中石油消费量的增长率最高。这种增长在很大程度上来自新的需求,为个人使用的车辆,采用传统内燃机。 一些环境问题,如温室效应、酸沉降、大气污染等,直接关系到车辆的排放。由于能源危机,加剧了世界一部分的紧张局势。 因此,政府机构和组织制定了更严格的燃料消耗和排放标准。电池驱动的电动汽车(电动车)看起来像是理想的解决方案来应对能源危机和全球变暖,因为他们有零油耗和零排放的现场。然而,高初始成本、续驶里程短,充电时间长,造成车辆只适用于某些应用提供良好的基础设施,除非如电池租赁和交换,慢充充电和快速充电的组合中,以及与智能电网的整合。 混合动力电动汽车(HEV)的开发是为了克服冰车辆和电动车的缺点。混合动力电动汽车将传统的推进系统与电储能系统和一台电机(电磁)结合起来。它有一个更长的距离比纯。与传统的内燃机相比,它显示了改进的燃油经济性。如果车辆停下来,冰可以停下来。电驱动系统能优化冰的效率,从而降低油耗和排放。在制动和下坡行驶过程中,可以回收动能。一定范围内的静音操作的零排放是可能的,混合动力汽车是电动模式驱动。这工作范围可能是如果电池可以通过连接插头电源充电的扩展,如电网。这种混合动力汽车(PHEV)称为塞。此外,主板上的EMS的混合动力汽车提供更大的灵活性和可控性对车辆的控制,如防抱死制动(ABS)和车辆稳定性控制(VSC),从而提供改进的性能。虽然混合动力汽车可以满足公路运输对能源危机和环境污染的挑战,它仍然是很难被公众广泛接受。汽车买家存在的三大障碍:第一个是他们的高购买价格;二是可靠性和在汽车商店缺乏相关维修的电工;第三个是缺乏高性能的电动汽车,可以抵抗高电压,高电流开关引起的电磁干扰等。 燃料电池汽车(燃料电池汽车)使用燃料电池从空气和氢气发电。电是用来驱动车辆或存储在能量存储装置,如电池或超级电容器。它们只会放出水蒸气,它们有可能有很高的效率。与燃料电池汽车的主要问题是:首先,高价格和现场总线控制系统的生命周期问题;其次,氢的板载存储需要的能量密度的提高;再次,氢分布和加油基础设施需要建设 9 。1.2工程用的电动汽车,混合动力汽车和燃料电池汽车 从总体上讲,电动汽车的工程本质上是汽车工程与电气工程的结合。因此,系统集成和优化的主要考虑,以实现良好的电动汽车的性能,以负担得起的成本。由于电力推进的特点是从根本上不同于发动机的推进,一种新的设计方法是电动汽车工程必不可少的。此外,先进的能源和智能能源管理是使电动汽车提升竞争力关键因素。当然,整体成本效率是电动汽车市场化的基本因素。 现代电动汽车的设计方法应该包括从汽车工程的艺术状态的技术,电气和电子工程,化学工程,应采用独特的设计,特别适合于电动汽车,并应制定特殊的制造技术,特别适用于电动汽车。应尽力优化电动汽车的能量利用率。表1显示了电动汽车的特性比较,混合动力汽车和燃料电池汽车。汽车安全与能源电动汽车的特点表1,混合动力汽车和燃料电池汽车车辆类型纯电动车混合动力汽车燃料电池汽车推动力l 电动马达驱动l 电动马达驱动l 内燃机l 电动马达驱动能量储存系统(ESS)l 电池 l 超级电容器l 电池 l 超级电容器l 发电机组 l 燃料电池l 充电电池/超级 电容提高功率密度能源和基础设施l 电动充电设施l 加油站l 电动充电设施l 氢l 氢生产和运输基础设施特点l 零排放l 高能源效率l 原油的独立性l 相对较短的范围 内l 高初始成本l 商业上可用l 非常低的排放量l 高燃油经济性l 长期驾驶l 依赖于原油l 成本比内燃机高l 商业上可用l 零或超低排放l 高能源效率l 原油的独立性l 高成本l 正在发展主要问题l 电池和电池管理l 充电设施l 多能源控制,优化和管理l 电池的尺寸和管理l 燃料电池成本,循环寿命和可靠性l 氢基础设施 电动汽车工程的理念是汽车工程与电气工程,包括电机、电力电子转换器、控制器、电池或其他储能装置和能源管理系统的联姻。婚姻意味着新娘和新郎已充分了解性格的伙伴,能够应付和谐相处和最好的执行以达到所需的性能在最大的能源效率和最低的排放。混合动力汽车的工程理念是112。这意味着从发动机推进和电机推进一体化中获得的附加价值,充分利用电气、电子和控制技术的优势和灵活性,不仅提高了能源效率和减少排放,而且也变得更加智能化、驾驶舒适性和安全性。就像骡子是马和驴的杂交,骡子具有马和驴的最好的DNA,因此更强大的耐力。在混合动力汽车中,主要的关键技术是控制算法和能量管理的优化。燃料电池汽车的工程哲学是汽车工程的集成、电气工程和燃料电池工程。由于燃料电池是一种与汽油和电池有很大区别的新能源装置,每一次的努力都应该保证燃料电池的整体系统是高效、可靠、最合理、最合理的成本。其它高功率密度器件如锂离子电池或超级电容器可用于与燃料电池相结合,提高车辆的启动性能。电力推进系统和燃料电池系统必须应付得很好,达到所需的性能在最大的能源效率和最低的排放。总之,工程哲学的核心是系统集成和优化。综合系统设计原则可以归纳为以下六个原则 10 :1) 辩论,定义、修改要达到的目的目标系统存在交付能力。一个要求声明必须如何进行测试。要求重新约束技术与 预算。 2)整体思维 整体比部分的总和还多,而每一部分都是整体的一部分。 3)有创新 高瞻远瞩 4)遵循纪律处分程序 分裂与征服,结合与统治。 5)顾及人民 犯错是人;人体工程学;伦理与信任 6)管理项目及关系 所有与个人,个人与整体。2.结构与动力雪地车是由燃料和冰推。电动车的电池和电机驱动。混合动力汽车的动力系统相结合,推动两。冰提供了混合动力车辆的驾驶范围扩展,而电机(EM)的再生能源在制动和储存多余的能量从冰上滑行过程中提高效率和燃油经济性。根据如何两动力系统是集成的,一般来说,有三种基本结构的混合动力汽车,即:串联,并联混合动力和串并联混合型 11-13 。在这些不同的架构,一系列平行的混合动力车与行星齿轮(图1)有一个“最大”的架构,可以最大限度地优化。因此,这一体系结构被选择作为我们的讨论和比较的基础,和其他架构来自这个基本架构方案。在这些架构中,电池是用球棒,由燃料的燃料箱,通过逆变器的电压源逆变器,通过电磁电机,由冰和经分别传动的内燃机。黑线平均电耦合和橙色线平均机械耦合。值得注意的是,传输是一种离散变速箱离合器,无级变速器(CVT)或固定减速齿轮。串并联成混合动力电动汽车。在一个串并联混合动力汽车,行星齿轮(图1)是用 7,14 。电机1(EM1)与传动轴(反)连接到行星齿圈(R),而冰是分别连接到载体(C)和EM2是连接太阳轮(S)的。由于直流(直流)总线和行星齿轮,一系列并联混合动力可以作为一个系列混合或并联混合分别。由于行星齿轮,冰速度是速度和速度的EM1和EM2。EM1速度是车辆的速度成正比。在一个给定的车速(或给定的EM1,EM2速度)的速度可以调节,以调整冰速度。冰可以工作在最佳区域的EM2控制。尽管具有串联和并联混合动力电动汽车的这些特点,两机和行星齿轮装置是必要的,使传动系统有些复杂和昂贵的。此外,该架构的控制是相当复杂的。这种建筑(图2)是以这样一种方式来描述的,以推断出其他经典建筑。2.1串联式混合动力电动汽车从这串并联混合式结构,如果去掉EM1和冰之间的联系,获得了一系列的混合动力汽车。在这一系列混合动力车(图3),能量节点之间的电源和传输是发生在直流母线。串联式混合动力汽车,内燃机机械输出是先转换成电能使用EM2。转换电力或电池充电或可以绕过电池驱动轮通过EM1和传输。由于内燃机与驱动轮之间的解耦关系,它具有一定的灵活性,用于定位的内燃机发生器。由于同样的原因,发动机可以在它的非常狭窄的最佳区域独立从车辆的速度。由于一个单一的扭矩源控制简单(EM1)的传输。由于转矩转速特性的电机传动固有的高性能,多级齿轮传动和离合器是不必要的。然而,这样的级联结构导致一个相对低的效率和三台机器(内燃机,电机和发电机)是必需的。另一个缺点是,所有这些推进装置需要为最大持续功率的大小,使系列混合动力电动汽车昂贵。另一方面,当它只需要服务,如短行程通勤工作和购物,一个较低的额定值对应的冰发电机组可以采用。最近,EVT(电子变速器)已经取代行星齿轮。极值理论是一种具有两个机械端口和一个电气端口机电能量变换器(由两个电机和逆变器) 15 。EVT 16-18,可以考虑作为一个组合的两个感应电机:EM1、EM2 EM2定子旋转,和EM2转子与转子的EM1。为了降低系统的重量和尺寸,将两者集成在一台机器上,作为双转子感应电机的19、15、双转子永磁机 20 。2.2并联混合动力电动汽车从串并联混合动力系统结构,如果以除去EM2,然后得到一个并联式混合动力汽车(图4)。在并联混合动力系统,能量的节点是在一个机械耦合发生。这种机械耦合可以看成是一个普通的轴或连接的2个轴的齿轮,皮带轮皮带机等。推进功率可由内燃机单独提供,通过EM1或由。EM1可以作为发电机制动或吸收功率从内燃机时其输出大于所需的功率来驱动车轮再生电池充电。优于串联混合动力汽车,混合只需要两推进装置,发动机,而且较小的设备,可以用来获得相同的动态性能。但由于发动机与传输之间的机械耦合,内燃机不能总是在其最佳的区域,因此离合器是必要的。另一个缺点是相对复杂的控制。2.3内燃机车内燃机汽车(图5)仍然是串并联混合式体系结构。内燃机车有很长的驾驶里程和很短的加油时间,但面临着污染问题和石油需求的压力。2.4电池供电的电动汽车电池驱动的电动汽车(图6)是得到只有EM1基础动力保持。因为只有电池或电能存储为基础的电源驱动的车辆,可以实现零排放。但其初始成本高,短驱动范围和长期充电时间已导致其限制。2.5燃料电池车从结构的角度看,燃料电池车可以被视为电池供电的电动汽车类型。燃料电池车也可以配备电池或超级电容器 6 。这种燃料电池车可以被认为是作为一个串联混合动力汽车类型的燃料电池作为一个发电机从氢 21 。车载燃料电池产生电力,这是用来给推进电机EM1提供电源,或储存在电池或超级电容器用于将来使用。2.6架构与功能不同的功能可以通过使用以前的HEV架构实现。他们可以被归类为内燃机和电机之间的功率比。利用电力推进技术,获得了更多的燃油经济性。1) 微混合(Stop-and-Go功能)在混合型车辆的情况下,一个小功率电机作为起动发电机 22 。内燃机保证了车辆的推进力。在启动时,电机能帮助内燃机获得更好的操作点。由于电机的快速动力学,微混合动力确保“停走”模式:内燃机可以停止当车辆处于静止状态(如在交通灯)。从2%到10%的城市驱动循环的燃油经济性改善估计。2)轻度混合动力(增强功能)-在这种情况下,电动机是用来在加速或制动过程中增加一个附加扭矩的内燃机。当然,停止和去功能也得到了保证。然而,电机器本身不能推动车辆。还实现了再生制动功能。从10%到20%的燃油经济性改善估计。3)全混合动力(电力牵引)在这种情况下,电机能够确保“零排放车辆的车辆的整体推进”(ZEV)模式。此模式可用于城市中心。车辆的推进也可以由冰或冰和电机的组合制成。从20%到50%的燃油经济性改善估计。4)插电式混合(和范围扩展器)插电式混合动力汽车,电池可以充电使用外部电源插头。通过这种方式,更多的能量可以从电池和电网中提取,而内燃机是不需要保持在一个光范围内的电池组的片上系统(充电状态)。在某些情况下,插电式汽车可以只是一个纯以小功率冰从燃料电池进行充电,延长续驶里程,冰和发电机,这种情况也被称为“增程器”。如果不使用电池充电(例如在城市驱动循环),燃料电池的混合动力可以提高100%。然而,一些架构是专门为一些混合动力车准备的功能(表2)。纯电动汽车和燃料电池汽车不在这张桌子是因为他们只使用电力,所有功能均由电机保证。表2功能与架构的混合动力电动汽车(主要的工业解决方案)微型混合动力汽车中型混合动力汽车全混合动力汽车可外接充电式混合动力电动汽车串并联并联串联图7显示的是动力总成技术路线图。一种方式是持续改进的内燃机而另一种方式是发展先进的电机驱动器。而混合动力汽车需要两者的结合。电动汽车的关键技术是电机驱动器和电池。 图8显示电机驱动技术的发展。图9所示,电池技术的发展。3.纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的能源管理纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车,是一个真正的挑战 23 。首先,它们是由不同的多物理子系统,它有自己的控制约束。其次,对传统混合动力汽车和燃料电池汽车的目的,是取代传统热车辆。为了实现这一目标,必须得到相同(或更好)的动态性能,而且,最佳的能量管理是必需的,以减少燃料消耗和污染物排放。它是必不可少的,以欣赏不同的控制水平 24 。由于这样的系统的复杂性,可以定义2个控制水平。第一个是与本地控制的子系统。二级控制水平与整个系统的能量管理相关联,以协调各子系统的能量管理。大多数混合动力汽车在能源管理的文献都只是专注于全球控制水平。然而,应考虑适当的本地控制,并考虑到一些约束的子系统。1) 本地控制子系统子系统的局部控制在混合动力电动汽车的能量管理的研究往往被忽视。但是如果不以最佳方式控制子系统,则不能实现有效的策略。大部分的时间子系统被认为是独立的。从这个假设,经典的控制,这些设备通常使用。但从系统的角度来看,所有的子系统是相互关联的。因此,它们之间的相互作用将被考虑在内。此外,一些协会的子系统导致修改他们的功能模型(整体方法)。例如,当2个电动机和一个集成电路发动机通过行星齿轮连接时,三个轴必须用一二个等效惯性来表示:三个输入扭矩在功能上只有2个独立的旋转速度。2个特定的速度控制器(而不是三)需要管理三个转矩的速度。此外,本地控制计划有其自身的动力学和限制,对全球控制的影响。2) 全球系统的全球控制,全球控制必须在能源管理战略的功能中统筹各子系统。这种监管水平一般会导致本地控制回路的引用。例如,电动机和内燃机的转矩参考通常是从一个并联混合动力电动汽车的能量管理。因为这个全球控制必须管理整个车辆,它通常是基于一个简化的模型。向后,非因果或稳态模型可以用来减少计算时间。3) 本地和全球的相互作用-因为这一全球控制必须给本地控制提供参考,其动态必须低于本地的闭环动态。这一事实证明了使用的准静态模型开发的全球控制。此外,限制往往强加在瞬态状态(即转矩限制)。如果全球控制水平没有考虑到本地控制的局限性,在这些阶段中不能实现所需的能量管理。它已被证明,对于系统与能量共享,能量节点是一个关键问题 25 。的方式来分配能量往往是多个和几个解决方案可以使用。这些自由度必须强调。在一些作品中这种自由度是用来连接的本地控制和车辆 26 能源管理。事实上,两个控制水平的边界是不那么明显。第一步包括定义什么可以考虑在本地控制,以及可以考虑在一个全球性的控制。 总之,混合动力电动汽车的能量管理,使用多种能源的电动汽车和燃料电池汽车,一般都是在两个层面。各个子系统的控制有明显的保证,以保证受监督程度的参考。快速动态响应快速响应不同的功率需求。整个系统的监督,以确保最佳的能源管理,以减少燃料消耗和污染物排放。这一全球级别的子系统控制的本地引用。两者之间的分解,控制水平是不那么明显,当多个子系统强烈互动,通过充满活力的节点。在这些情况下,功能因果关系的描述是非常有用的,分析当地子系统协会的约束。此外,如果一个子系统是在限制,这个信息必须考虑到在监管水平,以更合适的方式分配的电力需求。本地子系统的控制一般来自于专业知识,如内燃机或电机控制。对于新的组件,如燃料电池,反转为基础的控制是有用的,以利用子系统的最佳方式。动态因果模型,因此需要开发这些实时控制。整个系统的能量管理(监督)具有较低的动态子系统的控制。此外,他们必须从全局的角度来考虑系统的整体系统。4.商业化路线图降低成本,减少尺寸和重量,高性能,所有利益相关者的支持是成功的市场普及电动汽车的主要问题,混合动力汽车和燃料电池汽车。政府机构、学术机构、消费者、主要零部件供应商、石油、天然气和电力公用事业的支持尤为关键。关键问题是:用户可以得到什么经济或其他利益?社会能享受什么环境效益?和传统的汽车相比,开没有消极的点是有趣的吗?适当的立法措施和激励措施是必要的,以有效地减少二氧化碳和减少对石油的依赖。杠杆影响电动和混合动力汽车的渗透,包括燃料价格、监管和税收,地方立法,购买激励,股权等无形的绿色形象和驾驶乐趣、公共教育等。电动汽车普及的成功依赖于合理的成本,良好的基础设施,经济,高效,方便,创新的商业模式,可以充分利用电池的初始成本。图14说明了这些概念图。为了最大限度地提高电动汽车的附加值,电动汽车与智能电网的整合 29 ,也与信息和通信技术是必不可少的。图15和图16说明了这些优点。电动汽车的电池有2个作用:它作为电动汽车的能量和动力储存,它也作为一个旋转备用电源。虽然网格是强大的,网格将收取的电池,但当网格是弱,电池提供电力的电网。因此,它可以实现三个优点,即:1.提高网格的稳定性和负载系数;2.为了提高电池的寿命,因为电池充电和放电,通过控制电池的充电状态(电池);3.在恶劣的天气条件下减少风力发电和太阳能发电的损失,连接到网格,因为电池可以作为存储接受风力和太阳能的动态能力。图17显示了电动汽车商业化路线图。可以看出,第一步是由政府推动。这是必要的,以获得经验,提高质量和可靠性。公共交通的推广在城市区域的减少具有明显的优势,公共交通的路线是固定的,因此可以根据公交车的工作循环进行电池的运行。此外,它似乎是促进小型电池电动汽车将有明显的优势,因为所需的能量和功率的电池是比较小的。此外,微型电动汽车的结构拓扑优化,如使用轻质材料和创新的设计,等等。 图18显示了预测的电动汽车普及。准确预测是很难的,因为电动汽车的发展是关键和动态的阶段。电动汽车行业是一个颠覆性的行业,因此创新设计和制造以及商业化的方法应该被采纳。 图19显示了传统的汽车工业和电动汽车行业的明显区别。预计除了传统的汽车原始设备制造商(代工),新的电动汽车制造商,只生产电动汽车将出现。这些新的电动汽车制造商将没有负担的冰相关的投资,因此将能够创造新的价值链。电动汽车及其基础设施的标准化,必然会增强其安全性、兼容性和性能。电动汽车应该能够安全地到处充电。图20显示了相关的电动汽车标准。重要的是,该公司有适当的商业化路线图。公司首席执行官应率先绘制商业化道路图和技术路线图。这项任务不应该只专注于研发部或销售部,因为这是一个重大的项目,这将对社会和公司产生重大的影响。除了要有明确的目标外,高级管理者还应具有整体性和创造性的思维来监督项目的进展。以下是一家大型汽车公司在混合动力汽车开发和商业化中的成功经验:1)有正确的战略计划,包括近期、中期和长期。2)有足够的资金支持发展计划。3)有创新的核心技术,特别是创新技术在汽车技术和电驱动技术和能源存储技术的融合。4)有正确的技术路线图。了解技术的艺术状态,技术,成本和市场之间的贸易。了解电动汽车、混合动力车和燃料电池汽车的性能、效益、成本特征等不同的情况。一家公司可能会选择生产全光谱混合动力汽车,从微型到全混合动力汽车的各种类型和尺寸。另一家公司可以选择专注于微型或轻度混合动力车的某些类型和规模的车辆。一个新的代工可能只专注于电池电动汽车的发展。5)彻底了解市场需求和所需的基础设施和服务。5.结论在环境保护和能源保护日益关注的世界,电动、混合动力和燃料电池汽车的发展已加快步伐。商业上可行的电动和混合动力汽车的梦想成为现实。电动和混合动力车在市场上已经上市。本文提供了一种及时的系统的审查,对电动,混合动力和燃料电池汽车的技术重点,技术特点,建筑,能源管理和商业化路线图。电动汽车普及的成功依赖于合理的成本,良好的基础设施,经济,高效,方便,创新的商业模式,可以充分利用电池的初始成本。电动汽车与智能电网和信息通信技术的融合是必不可少的。电动汽车及其基础设施的标准化,必然会增强其安全性、兼容性和性能。电动汽车应该能够安全地到处充电。我们很高兴能参与电动汽车的发展,这将对我们的未来一代的福利产生影响。6.确认 部分3和4本文基于教授阿兰.bouscayrol和科技大学法国里尔科宇陈博士的讨论,作者在发表了简短的课程和研讨会在2007十二月和2008十二月份在论文准备IEEE车辆技术 2 。作者感谢他们的重大贡献。也感谢育和黄博士他在编辑工作的协助。参考文献1 Chan C C. 混合动力和燃料电池汽车工艺. 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20世纪90年代以来,我国制动器行业主要以生产鼓式制动器为主。2013年全国汽车销量增长率达到13.9%,重新回到两位数增速。继上年销量首次突破1900万辆之后,全年销量再创新高,达到2198万辆。为国内汽车零配件配套创造了不可忽视的大市场,对于本土制动器供应商而言更是不容错失、实现突飞猛进的重大机会。因此,国内汽车制动器生产商应把握战略机遇,提高品牌知名度及美誉度,争取更多国内外采购商的认可。随着外资企业向中国生产转移及本土零部件企业研发取得进展,技术性更高的气压盘式制动器、ABS的量产将向前推进。然而四轮轿车在制动过程中,由于惯性的作用,前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%,前轮制动力要比后轮大,后轮起辅助制动作用,因此轿车生产厂家为了节省成本,就采用前盘后鼓的制动方式。不过对于车速不高重型车或客车来说,由于车速一般不是很高,刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高,造价便宜,而且符合传统设计因此许多重型车和客车至今仍使用四轮鼓式的设计。所以鼓式制动器仍占有一定市场份额。鼓式制动器也有很多明显的缺点,比如位于制动蹄上摩擦片会有不均匀的摩擦压力,有相当不稳定的制动效能,制动后制动器的热量散去较慢,浸水后的制动器,制动效果很难再次恢复等。由此可见,鼓式制动器目前还存在一定的缺陷,为了克服这些缺点并充分发挥鼓式制动器的制动性能是当今人们需要积极面对的一个问题。这就是本次毕业设计的更深一层次的意义所在。而目前的是对汽车设计这一整体过程进行实践学习。2 制动系概述汽车所用的制动器几乎都是摩擦式的,可分为鼓式和盘式两大类。鼓式制动器摩擦副中的旋转元件为制动鼓,其工作表面为圆柱面;盘式制动器的旋转元件则为旋转的制动盘,以端面为工作表面。鼓式制动器根据其结构都不同,又分为:双向自增力蹄式制动器、双领蹄式制动器、领从蹄式制动器、双从蹄式制动器。其制动效能依次降低,最低是盘式制动器;但制动效能稳定性却是依次增高,盘式制动器最高。也正是因为这个原因,盘式制动器被普遍使用。但由于为了提高其制动效能而必须加制动增力系统,使其造价较高,故低端车一般还是使用前盘后鼓式。用来让轮胎与地面加大摩擦系数的设备,主要分为鼓式和碟式,也是用来驻车用的,鼓式迅间制动力度大,但发热后制动力下降得快;碟式制动技术性大,迅间制动力不够鼓式的大,但发热后还是可以保持较为良好的制动效果,而且高级的碟式刹车有6个刹车泵,可以做好很好的制动较果,所以现代小车都是采用碟式制动器。3 制动器技术研究进展和现状从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高,这种重要性表现的越来越明显。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,这时的汽车质量比较小,速度比较低,机械制动虽已满足车辆制动的要求,但随着汽车质量的增加,助力装置对机械制动器来说显得十分重要。这时,开始出现真空助力装置。1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器,并有制动踏板控制的真空助力装置。随着科学技术和汽车工业的发展,尤其是军用车辆及军用技术的发展车辆制动有了新突破,液压制动时继机械制动的又一重大革新。另外,近年来则出现了一些全新的制动器结构形式,如磁粉制动器、湿式多盘制动器、电力液压制动臂型盘式制动器、湿式盘式弹簧制动器等。对于关键磁性介质磁粉,选用了抗氧化性强、耐磨、耐高温、流动性好的军工磁粉;磁毂组件选用了超级电工纯铁DT4,保证了空转力矩小、重复控制精度高的性能要求;在热容量和散热等方面,采用了双侧带散热风扇,设计了散热风道等,使得该技术有着极好的应用前景。尽管对蹄鼓式制动器的设计研究取得了一定的成绩,但是对传统蹄鼓式制动器的设计仍然有着不可替代的基础性和研发性作用,也可为后续设计提供理论参考。4 制动器功能制动器的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车;在下坡行驶时,使汽车保持适当的稳定车速;使汽车可靠地停车在原地或坡道上。制动器应最少有两套独立的制动装置,即行车制动装置和驻车制动装置。前者用来保证前两项功能,后者用来保证第三项功能。5 制动器设计要求1 具有足够的制动效能。2 工作可靠。3 在任何速度制动时,汽车都不应丧失操纵性和方向稳定性。4 防止水和污泥进入工作表面。5 制动能力的热稳定性良好。6 操纵轻便,并具有良好的随动性。7 制动时,制动系产生的噪声尽可能小,同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维的物质,以减少公害。8 作用滞后性应尽可能好。作用滞后性是指制动反应时间,以制动踏板开始动作至达到给定的制动效能所需要的时间来评价。对于汽车列车,不超过0.8s。9 摩擦衬片(块)应有足够的使用寿命。10 摩擦副磨损后,应有能消除因磨损而产生间隙的机构,且调整间隙工作容易,最好设置自动调整间隙机构。当制动系破坏时有音响或信号灯提示。6 制动器类型分析及选择6.1鼓式制动器鼓式制动器的“铁鼓”与车轮由螺栓连接紧固为一体,“鼓身”内侧有两片半月形的制动蹄片,与鼓身之间的间隙很小,踩下制动踏板或者拉起手刹时,制动蹄盘会被压在鼓身的内侧,制动蹄片与鼓身之间产生摩擦力,从而产生制动效果。鼓式制动器散热效果差,下长坡连续使用时的高温会使制动效率下降。但成本低,磨损少,维修方便,绝对制动力较大,所以,仍然会被经济型轿车所采用。6.2盘式制动器盘式制动器中,制动圆盘与车轮连接,圆盘的边缘部分,处于一个带有制动片的钳子的钳口内,在踩下制动踏板或者拉起手刹的时候,这个制动卡钳便会从圆盘的两个侧面,对称地夹住盘面,从而达到制动的目的。与鼓式制动器相比盘式制动器热稳定性好受热时径向膨胀与性能无关,故无机械衰退问题。水稳定性好,制动块对盘的单位压力高,易将水挤出。另一方面尺寸小,散热性好。主要缺点是:难以完全防止尘污和锈蚀,在制动驱动机构中必须装用助力器。因为衬块工作面积小,所以磨损快,使用寿命低成本较大。6.3制动器类型选择本次设计的是GD6342微型客车,因为吨位不是很大,而且需要持续稳定的制动能力,不需要太大的制动力,故盘式制动器可以满足制动力要求。另外如果使用制动鼓试图停下一辆高速汽车,就会发现它的局限性:它会热衰减,制动鼓摩擦生热,导致膨胀,制动蹄必须要向外移动以便接触到制动鼓,这意味着必须深入踩下制动踏板,材料摩擦发热产生的气体也被困在制动蹄和制动鼓内部,减弱了制动能力。盘式制动的一个优点就是摩擦片和制动盘摩擦产生的粉末会很快被甩出,热量也会被制动盘更快的散发出去,从而可获得更好的制动表现。而鼓式制动在这方面显然相对较弱。但是客车后轮对制动力要求较低,出于经济性考虑,所以后轮可以采用鼓式制动器。由于盘式制动的反应快速,有能力做高频率的刹车动作,因此许多款车采用盘式刹车与ABS系统以及VSC、TCS等系统搭配,以满足此类系统需要快速运作的需求。综上所述,本次设计选择前盘后鼓式制动器。7盘式制动器结构分析由于考虑到散热等条件,本次设计只考虑钳盘式制动器。钳盘式制动器是由旋转元件(制动盘)和固定元件(制动钳)组成。7.1定钳盘式制动器定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上,既不能旋转,也不能沿制动盘轴线方向移动,因而其中必须在制动盘两侧都装设制动块促动装置(相当于制动轮缸的油缸),以便分别将两侧的制动块压向制动盘。7.2浮钳盘式制动器浮钳盘式的制动钳支架固定值转向节上,制动钳体可沿导向销相对支架轴向滑动。制动时,活塞在液压力的作用下,将活动制动块推向制动盘。与此同时,作用在制动钳体上的反作用力推动制动钳体沿导销向有移动,使固定在制动钳体上的制动块压靠在制动盘上。于是制动盘两侧的摩擦块在压力作用下夹紧制动盘,使之前在制动盘上产生与运动相反的制动力矩,促使汽车制动。 7.3盘式制动器选择与定钳盘式制动器相比,浮钳盘式制动器的单侧油缸结构不需要跨越制动器的油盘,故不仅轴向尺寸和径向尺寸较小,有可能布置的更接近车轮轮毂,而且制动液受热汽化的机会比较少。此外,浮钳盘式制动器在兼充行车和驻车制动器的情况下,不用加设驻车制动钳,只需在行车制动钳油缸附近加装一些用于推动油缸活塞的驻车制动机械传动零件即可。所以,本次设计选用浮钳盘式制动器。8鼓式制动器结构分析 鼓式制动器可按其制动蹄的受力情况分类(见下图),它们的制动效能,制动鼓的受力平衡状况以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。8.1 领从蹄式制动器当汽车前进时,若两制动蹄均为领蹄的制动器,称为双领蹄式制动器。但这种制动器在汽车倒车时,两制动蹄又都变为从蹄,因此,它又称为单向领蹄式制动器。两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动,两套制动蹄,制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心为对称布置的,因此两蹄对鼓作用的合力恰好相互平衡,故属于平衡式制动器。领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平,到那由于在前进和后退时的制动性能不变,结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动,故广泛用于中、重型载货汽车的前后轮及轿车的后轮制动。8.2单向双领蹄式制动器双领蹄式制动器有高的正向制动效能,倒车时则变为从蹄式,使制动效能大降。中级轿车的前制动器常用这种型式,这是由于这类汽车前进制动时,前轴的制动轴荷及附着力大于后轴,而倒车时则相反,采用这种结构作为前轮制动器并与从蹄式后轮制动器向匹配,则可较容易地获得所希望的前后制动力分配,并使前后轮制动器的许多零件有相同的尺寸。它不用于后轮还由于有两个相互成中心对称的制动轮缸,难于附加驻车制动驱动机构。 8.3 双向双领蹄式制动器制动鼓正向和反向旋转时两制动蹄均为领蹄的制动器,称为双向双领蹄式制动器。其两蹄的两端均为浮式支承,不是支承在支承销上,而是支承在两个活塞制动轮缸的支座上或其他张开装置的支座上当制动时,油压使两个制动轮缸的两侧活塞或其他张开装置的两侧均向外移动,使两制动蹄均压紧在制动鼓的内圆柱面上。制动鼓靠摩擦力带动两制动蹄转过一小角度,使两制动蹄的转动方向均与制动鼓的转向方向一致;当制动鼓反向旋转时,其过程类同但方向相反。因此,制动鼓在正向,反向旋转时两制动蹄均为领蹄,故称双向双领蹄式制动器,它也属于平衡式制动器。由于这种制动器在汽车前进和倒退时的性能不变,故广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前后轮,但用作后轮制动器时,需另设中央制动器。8.4 双从蹄式制动器 双从蹄式制动器具有两个对称的轮缸,最宜布置双回路制动系统。虽然制动效能最低,但却有最良好的效能稳定性,因而还是有少数贵轿车为保证制动可靠性而采用。 8.5 单向自增力式制动器两蹄下端以顶杆相连接,第二制动蹄支承在其上端制动底板上的支承销上。当汽车前进时,第一制动蹄被单活塞的制动轮缸推压到制动鼓的内圆柱面上。制动鼓靠摩擦力带动第一制动蹄转过一小角度,进而经顶杆推动第二制动蹄也压向制动鼓的工作表面并支承在其上端的支承销上。显然,第一制动蹄为一增势的领蹄,而第二制动蹄不仅是一个增势领蹄,而且经顶杆传给它的推力Q要比制动轮缸给第一制动蹄的推力P大很多,使第二制动蹄的制动力矩比第一制动蹄的制动力矩大2-3倍之多。由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡,因此属于一种非平衡式制动器。这种制动器在车前进时,其制动效能很高,且高于前述各种制动器,但在倒车时,其制动效能却说最低的,因此用于少数轻、中型货车和轿车上作前轮制动器。8.6 双向自增力式制动器双向增力式制动器在高级轿车上用得较多,而且往往将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器,但行车制动是由液压通过制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动,而驻车制动则是用制动操作手柄通过钢索拉绳及杠杆等操纵。另外,它也广泛用于汽车中央制动器,因为驻车制动要求制动器正、反向的知道效能都很高,而且驻车制动若不用于应急制动时不会产生高温,因而热衰退问题并不突出。8.7最佳制动器结构选择虽然领从蹄式制动器的效能及稳定性在各式制动器中均处于中等水平,但由于其在汽车前进和倒车时的制动效能不变,结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构,易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。故仍广泛用作载货汽车的前、后轮以及轿车的后轮制动器。根据设计车型的特点及制动要求,并考虑到使结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构等因素,选用领从蹄式制动器作为本次设计的后轮制动器,其支撑结构型式为浮式平行支撑。论证结果本次设计的是GD6342微型客车制动器。通过对以上几种方案比较,结果证明:前轮采用浮钳盘式制动器,后轮采用领从蹄式鼓式制动器,此种方案最佳。参考资料1刘惟信.汽车设计M.第1 版.北京:清华大学出版社,2001.72陈家瑞.汽车构造.第5 版.北京:人民交通出版社,2005.93余志生.汽车理论.第4 版.北京:机械工业出版社,2006.54王维.汽车制动性能检测.北京:人民交通出版社,2005.95吴宗泽机械设计实用手册北京:化学工业出版社,1999.016王望予.汽车设计M.第4 版.北京:机械工业出版社,2004.87 徐灏.机械设计手册. 北京:机械工业出版社,19918 诸文农.底盘设计.北京:机械工业出版社,19919 美L.埃克霍恩,张书元.汽车制动系.北京:机械工业出版社,199810 林宁.汽车设计.北京:机械工业出版社,199911 张则曹.汽车构造图册(底盘).北京人民交通出版社,199812 金国栋.汽车概论.北京.机械工业出版社,200013 张洪图.汽车构造(底盘部分).北京:北京理工大学出版社,199614 庄继德.汽车轮胎学.北京:北京理工大学出版社,199615 吉林工业大学汽车教研室.汽车设计.北京:机械工业出版社,199016 美L.鲁道夫,陈名智.汽车制动系的分析计算.北京:机械工业出版社, 19857
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