电子驻车制动系统_郭立书

图4
惯性式制动器测功机
Fig. 4 I nertia type brake dynamometer machine
实验对应车型 BJ2500; 汽车质量 2 120 kg; 轮胎 滚动半径 350 mm; 制动盘 有效半径 126 m m, 参照 汽车驻车制动器台架实验 方法进行。图 5 为 EPB 在测功机上的安装情况。静态实验中, 测功机模拟 3 km/ h 车 速 运 转 , 实 测 单 轮 制 动 扭 矩 达 750 ~ 820 N m, 高于理论计算的最大制动力矩 730 N m ;
收稿日期 : 2007 -04 -09
车制动采用电子控制系统, 所以易于实现坡道起步、 间隙自调、 发动 机熄火 后自 动施加 驻车 制动 等功 能[ 4] 。在借鉴国外成功经验的基础上, 自行设计一 套电子驻车制动系统, 并进行台架实验。
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EPB 的组成及工作原理
1 1 EPB 的组成 控制系统的硬件主要由传感器及其信号处理电 路、 Philips 592 单片机、 执行机构驱动电路 3 部分组
Electric Park Bake System
Guo L ishu Shi Zheng tang Zhang Zhengbing M a Zhimin Zhang He ( Zhej iang A sia -Pacif ic M echanical & Electr onic Co. , L td . , H angz hou 311203, Chi na ) Abstract T he st ructure and t he mechanism f or t he elect ric park brake ( EPB) w ere analy zed f irst . T hen, the dy nam ical analysis for t he execut ive device of EPB was done. Af ter t hat , an EPB system was designed in t he view point of practical application. Aimed at applying or releasing braking, the elect ric cont rol unit ( ECU ) adopt ed a single - chip m icroprocessor ( SCM) named Philips 592 and the execut ive device, w hich w as driven by a direct current motor that adopted a synchronous belt driven m echanism, a planet ary gear mechanism w ith small teeth dif ference and a screw - driven m echanism. L ast ly , t he eff iciency of t he EPB system w as validat ed by bench tests for a det ail automotive model. T he results of the bench tests show ed that t he stat ic charact erist ic and t he dynamic charact eristic of the EPB met t he requirement of theoret ical calculation. Key words Aut omobile, Park brake, Control syst em, Planet ary gear t ransm ission
1 Sone S. Problems on braking of railcars[ J] . Electric Rolling Stock, 1993, 46( 9) : 14~ 18. 2 Sone S, U eda N. Improvement of characterist ics by introducing pure electr ic braking[ J] . P roc. IEEJ - IAS, 1997, 303( 3) : 415~ 418. 3 Ashiya M , Sone S. Electric mult iple units w ith pure electric braking [ C] 513: 194~ 197. 4 Ralf L eiter. Design and control of an electr ic park brake[ C] . SAE Paper 2002 - 01 - 2583, 2002. 5 方泳龙 . 汽车制动理论与设计 [ M ] . 北京 : 国防工业出版社 , 2005. 6 余志生 . 汽车理论 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 1992. 7 王望予 . 汽车设计 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 1992. Proc. R ailway Cybernetics Symposium, 1997,
2 3 最大压紧力的确定 为了确保驻车制动的可靠性 , 应满足 T
max =
T
max [ 7]
( 4)
式中 安全系数 , 大于 1, 由实验确定 根据式 ( 1) 、 ( 2) 得 2 F max R = F m ax = 式中 F max 1 G aR esin max 2 G aR esin max / ( 4 R )
式中
Ga
max
整车质量 最大坡角
Re
后轮滚动半径
2 2 制动器制动力矩传递特性 对于盘式制动器而言, 制动力矩为[ 6 ] T = 2 FR 其中 式中 F 2( 3( 摩擦因数 R R= R1、 R2 R3 2R2 2R3 1) R2 1) 作用半径 ( 2)
制动摩擦块对制动盘的压紧力 制动摩擦块扇形表面在制动盘上 的内半径和外半径
3 2
1 2
工作原理 当需要实施驻车制动时 , 直流电动机的输出经
( 3)
同步带传动机构和传动比很大的少齿差行星齿轮传 动机构的降速增扭后, 由蜗杆传动机构将旋转运动 转换为直线运动 , 最终通过推动制动摩擦块对制动 盘产生压紧力; 当需要解除驻车制动时 , 直流电动机 反转, 制动摩擦块自动松开。由于减速机构传动比 很大 , 电动机转动一周, 蜗杆传动机构推动制动摩擦 块产生的位移很小 , 所以通过控制电动机的转速就 可以控制制动摩擦块与制动盘之间的间隙, 从而达 到间隙自调的目的。
( 5) ( 6)
2
2 1
EPB 的动力学分析
最大制动力矩 单个后轮驻车制动器的最大制动力矩为 [ 5 ] T max = 1 G R sin 2 a e
m ax
最大压紧力
由图 3 压紧力与活塞位移的关系可以确定最大 压紧力时制动器活塞的位移 , 而此位移通过控制电 ( 1) 动机的转速即可 获得, 这 样就确定了最大 压紧力。 实际应用中, 电动机的输出经减速增扭后产生的压
图 2 EPB 执行机构示意图 Fig . 2 Scheme for executive device of EPB
实线和虚线分别表示不同自由间隙时的压紧力与活 塞位移的关系曲线。对盘式制动器压紧力特性进行 多项式拟合 , 得到制动压紧力 F 与制动摩擦块的压 缩量 s 之间的关系式为 F = a3 s + a2 s + a1 s + a0 其中 式中 s= x - x 0 a 3、 a 2、 a 1、 a0 拟合系数
制动器传递制动力矩的可控参数是压紧力 , 而 制动压紧力与制动器活塞位移又存在如图 3 所示的
图1 F ig. 1 EPB 结构框图
关系。
Block dห้องสมุดไป่ตู้agr am for EPB
EPB 的执行机构主要由直流电动机、 同步带传 动机构、 少齿差行星齿轮传动机构、 蜗杆传动机构、 制动摩擦块和制动盘等部件组成, 如图 2 所示。
3
EPB 的台架实验
实验 在 德 国 申 克 贝 加 索 公 司 ( SCHENCK
PGASUS GmbH ) 生产的惯性式制动器测功机 ( 型号 为: PWD - C/ V- 75- 200) 上进行, 如图 4 所示。
图6 F ig. 6
制动初速度 80 km/ h 的实验结果 Experimental results for the initial speed of br aking of 80 km/ h
图 3 压紧力与活塞位移的关系 F ig. 3 Relation between the compr essive force and the displacement of the piston
图 3 中, x 0 表示 制动摩擦块的 自由间隙 ; s 表 示制动摩擦块的压缩量 ; x 表示制动器活塞的位移,
2 0 0 8 年 12 月
农 业 机 械 学 报
第 39 卷 第 12 期
电子驻车制动系统*
郭立书
摘要
施正堂
张正兵
马志敏 张
赫
在对电子驻车制动系统的结构和工作原理进行分析的基础上 , 对电子驻车制 动系统执 行机构进行 了
动力 学分析。从实际应用的角度出发 , 设计了一 套电子 驻车制动 系统 , 该系 统的中 央控制 器采用 Philips 592 单 片 机 , 由同步带传动机构、 少齿差行星齿轮传动机构和蜗杆传动机构组成的执行机构 由直流电动 机驱动 , 以达到实 施 或解除驻车制动的目的。针对某一具体车型 , 用台架实验 验证了所设计的电子驻车制 动系统的有 效性。台架实 验 结果表明 : 电子驻车制动系统的静态特性和动态 特性均满足理论计算要求。 关键词 : 汽车 驻车制动 控制系统 行星 齿轮传动 中图分类号 : U 463 5 文献标识码 : A
第 12 期
郭立书 等 : 电子驻车制动系统
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紧力略大于最大压紧力。
动态实 验中 , 测功 机分 别模 拟制 动 初速 度 80 、 30 km/ h 的车速运转, 制动平稳、 响应快速 , 制动减速 度分别达到 3 7、 3 3 m/ s2 , 能够满足驻车制动要求, 实验结果如图 6 和图 7 所示。
图5 安装在测功机上的 EPB 执行机构
( 2) 所 设计的电子驻车制 动系统, 通过台架实 验 , 可以达到实施或解除驻车制动的目的。对比实 验验证了该电子驻车制动系统的有效性。
考 文 献
Fig. 5 Executive device of EPB in the dynamometer machine 参
* 杭州市科研攻关重点项目 ( 项目编号 : 20062412B02) 和浙江省博士后科研资助项目 ( 项目编号 : 2006 -bsh -23) 郭立书 施正堂 张正兵 马志敏 张 赫 浙江亚太机电股份有限公司 浙江亚太机电股份有限公司 浙江亚太机电股份有限公司 浙江亚太机电股份有限公司 浙江亚太机电股份有限公司 高级工程师 博士 , 311023 工程师 工程师 高级工程师 高级工程师 杭州市
图7 F ig. 7 制动初速度 30 km/ h 的实验结果 Experimental results for the initial speed of br aking of 30 km/ h
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结论
( 1) 利用少齿差行星齿轮传动易于实现大传动
比的特点; 将行车制动和驻车制动功能整合在一起, 后制动卡钳结构紧凑。
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农
业
机
械
学
报
2 00 8年
成。系统以 P hilips 592 单片机作为中央控制器 , 它 具有抗干扰能力强、 性能价格比高、 编程效率高、 运 算速度快等优点。控制器采集车速、 发动机转速、 电 动机转数、 驻车制动开关等数字信号和离合器位置、 制动踏板、 坡度等模拟信号 , 控制系统输出左、 右直 流电动机的驱动信号。控制系统结构框图如图 1 所 示。
引言
电子驻车制动系统 EPB( elect ric park brake) 利 用电动机的动力实施或解除驻车制动, 是汽车制动 系统发展的必然趋 势[ 1~ 3] 。由于 车内取消了驻 车 制动杆, 停车制动由触手可及的电子按钮进行 , 驾驶 员不必费力拉驻车制动杆, 既节省了驾驶室空间又 提高了操纵方便性 ; 消除由驾驶员力量的差别而引 起的制动力的差别, 确保驻车制动的安全性; 由于驻