浅析鼓式制动器制动性能优化

浅析鼓式制动器制动性能优化
摘要随着汽车行业的快速发展，对其制动性能提出了较高的要求，而鼓式制动器属于柔性多体系统，在汽车领域得到了广泛的应用。

然而，鼓式制动器在制动过程中，各个零件的受力情况和运动规律比较复杂，导致其性能无法得到有效的发挥。

本文将借助刚柔耦合模型来对鼓式制动器进行仿真制动模拟，这样不仅可以获得相对比较准确的动力学分析结果，而且还可以优化鼓式制动器制动性能，提高鼓式制动器研发效率，更好地推动鼓式制动器在汽车领域的发展。

关键词鼓式制动器；制动性能；优化
1 鼓式制动器概述
鼓式制动器又被称之为块式制动器，其一般是通过制动块在制动轮上压紧以达到刹车的效果。

实际上，鼓式制动器主流是内张式，在制动轮内侧分布有制动块（刹车蹄），在刹车过程中制动块向外张开，并对制动轮的内侧进行摩擦，从而实现刹车目的。

在鼓式制动器制动过程中，所存在的优点是：鼓式制动器符合传统设计，而且造价便宜。

在制动过程中，四轮轿车由于惯性的影响，致使前轮制动力要比后轮大，而且在前轮的负荷占据了汽车总负荷的70%-80%，在该过程中后轮起辅助制动作用。

对于重型车来说，车速一般比较低，与盘式制动器相比，刹车蹄的耐用程度高，因此至今大多数的重型车还在采用四轮鼓式的设计。

2 鼓式制动器制动性能优化
本文根据“试验设计一样本点获取一优化数学模型构建一优化算法的选择一优化设计一优化结果验证”的流程来对鼓式制动器制动性能优化进行研究[1]。

首先根据鼓式制动器的实际情况来构建性能优化的数学模型，优化算法选择了多岛遗传算法，以制动力矩最大为目标对滚轮中心坐标A、内盖板宽度的一半、滚轮中心坐标P、滚轮半径、摩擦片起始角、摩擦片包角等六个参数进行优化，根据优化所得结果来构建汽车鼓式制动器刚柔耦合模型与仿真平台，实施动力学仿真验证，所得到目标函数优化前后及设计变量的变化情况如表1所示。

通过对表1中的数据进行分析可以发现，在整个性能优化实验中，只有滚轮中心坐标位置所发生的变化比较小，其余变量所出现的变化均比较大，反映出设计变量的改变情况对制动力矩所产生的影响，从中获得最佳搭配的参数，以更好地提高鼓式制动器制动性能。

从本次研究结果中可以发现，在保持凸轮促动力固定不变的情况下，制动力矩提高了25.60%，但是优化后制动器的质量却降低了，从而反映出制动力矩的提升主要是结构优化的结果，通过对结构进行有效的优化能够使整个制动器的受力情况变得更加科学、更加合理，从而有效提高其制动力矩。

鼓式制动器制动性能优化后，滚轮半径和滚轮中心坐标的变化都会导致制动蹄的张开力方向的改变，并对优化前制动阶滚轮中心连线与段滚轮与凸轮接触力作用线夹角较大的情况进行了有效的改善，而且制动器中心与张开力作用线的距离也随之增大，使制动蹄具有非常好的张开效果[2]。

摩擦片包角变小，会导致其摩擦片起始角变大，从而使摩擦片与制动鼓的接触压力均匀分布。

内盖板宽度的一半变小会导致制动蹄刚度降低，在制动过程中会出现比较大范围的变形，致使制动鼓与摩擦片的接触压力均匀分布，这些都可以有效提高鼓式制动器制动性能。

在进行鼓式制动器制动性能优化研究阶段，借助代理模型来反映目标函数与变量之间的关系，而且所有优化过程的研究，均满足约束条件的点和目标函数，但是在实际情况中有可能不满足。

此时就需要根据优化结果来构建真实的仿真模型来分析鼓式制动器的动力学性能，查看优化后的鼓式制动器制动性能是否真正的提升。

同时还需要对制动器制造成本及设计变量与目标函数的高度所存在的非线性关系来对按照四舍五入的原则将优化后的设计变量保留一位小数，所得到的修正后设计变量数值见表1。

最后，将修正后的数据结果代入刚柔耦合模型与仿真平台之中，验证结果发现优化后鼓式制动器的制动力矩为24699.56/Nm，但是优化过程中未对动力矩的波动情况给予考虑，从而导致优化后制动力矩的波动范围增大，而且导致动减速度大小的平均值提高至6.75m/s2，制动距离为22.35m，减小了5.54m。

两滚轮中心连线与接触力作用线之间的夹角为11.95°，与优化前相比降低了4.77°，此外凸轮对制动蹄的张开效果得到了明显的改善，从而使鼓式制动器的制动性能大大提升。

3 结束语
综合所述，鼓式制动器属于汽车结构体系中比较重要的组成部分，而且滚轮中心坐标、内盖板宽度的一半、滚轮中心坐标、滚轮半径、摩擦片起始角、摩擦片包角等参数都会对鼓式制动器的制动性能产生影响，因此需要根据实际情况来对其参数进行调整，以更好提高鼓式制动器的使用性能。

参考文獻
[1] 席传鹏，王凯，马雅茹.鼓式制动器和轮式制动器的制动性能对比分析[J].西安理工大学学报，2017，4（1）：35-36.
[2] 章菊，徐伟杰，李鹏.某汽车鼓式制动器虚拟样机的建模与仿真分析[J].汽车零部件，2016，4（12）：117-118.。