汽车制动技术

混合制动：未来汽车技术

摘要：

汽车线控制动系统已成为有前途的车辆制动控制方案并且在提高制动性能方面优于常规

的液压系统。但这些制动器需要高功率产生的驱动力同时也面临堵塞的问题。本文提出了一种新颖

的方法来提高制动性能，并处理线控系统引入混合制动系统的制动问题。本系统采用固定的通过单

信道的无线电频率，并基于超高频波段。该系统联接用高效压力传感器和热传感器来检查各种参数。

齿条和小齿轮是作为驱动系统来强制朝向转子的垫。就高效率而言，齿条和小齿轮更优于其他的，

同时是廉价的并且容易安装。实验进行，混合制动系统的刺激是通过软件做到的，该软件显示的结

果支持了新推荐的系统。

关键词：

防抱死制动系统；滚珠丝杠；电机械制动；液压制动；齿轮齿条；射频无线通信系统，无线系统。

I引言

成千上万的司机在路上恐慌的想刹车时我们看到的只有刹车灯[1]。每个人都想要

一个更高性能的并且更安全的制动系统，所以制动系统需要我们投入更多的关注。任

何具有强大的协调的制动系统的车都会增强驾驶员的信心，同时增加驾驶乐趣。设计

制动系统所做的并只需要做的一件事就是停止车辆。好的系统与坏的系统之间的差异

就是在最不利的条件下它如何工作。一个好的制动系统提供的最好回报，不是来自于

本身制动功率的增长[2]，而是在与它提供给司机的信心，一致性和可控性。制动操作

是进行反向的加速。后者是把燃料的热能转换成汽车的动能，而前者是将车的动能转

化为热能。他们反复刹车是为了使车减速或停车。紧张的城市交通状况，走走停停，

需要大量手制动杆和制动踏板。制动是一个复杂的能量转换过程[3-5]在刹车时通过将

车辆的动能转化为热能同时轮胎在道路接口。摩托车司机进行制动是通过用一个力踏

在称为制动踏板的脚动杠杆上。在任何情况下，驱动力的大小被称为踏板力。在制动

过程中，踏板力的应用导致致动杆移位引起的制动液冲压。流体被看作是不可压缩的，

因此利用帕斯卡定律踏板力被传递到给制动转子。制动系统将车辆的动能转化为热能，

通常称为热。今天的汽车车轮制动器通常由脚踏板操作，简称行车制动器。后轮上的

刹车一般可以通过手柄操作，并且被用来停车称为停车制动[6]，但他们可以在紧急情

况下使用，因此称为紧急刹车。制动系统设计应体现可靠性能，控制的严谨性，同时

在紧急情况下加快减速的过程[7]。

制动器可分为以下三组：

•摩擦制动器

•液压制动器

•电子制动器

在汽车或轻型汽车中最常见的制动系统是摩擦制动器。后面的两种类型使用于重型卡车。液压制动器的原理是：一个腔室内有一个叶轮，叶轮通过车轮的转动而旋转，这样，如果该腔室充满流体，通常是水，搅动动作发生的同时动能转换成热能，从而提供一个制动力。为了消散热量，水可以通过散热器循环。这种类型的主要缺点是，很难精确的控制制动力，并且高车速时提供大的制动力。在低转速时，它也可以提供非常小的制动力，车轮不旋转的时候不提供制动力。电子制动器有一个由车轮驱动的发电机。该发电机将动能转换成电流。当此电流通过电阻时就会产生热。它和液压制动器具有相同的缺点。由于这个原因，相当多的车辆都配备有摩擦制动器，包括盘式和鼓式制动器。摩擦制动器使用这样一个概念：一个旋转表面与固定表面摩擦，那么旋转表面的速度下降。这是由于摩擦在旋转和非旋转物体之间。这些盘制动器和鼓式制动器是液压制动系统的一部分。许多正在进行的研究试图制动过程中使用超级电容器[8]。这个系统的优点是易于构造，四个车轮提供了相同的刹车力，制动衬片灵活性好。液压制动系统几乎被广泛应用于每一个机动车。盘式制动器在前轮，鼓式制动器在后轮。但这个系统也有一些缺点，液体泄漏会导致制动系统完全失效，这要求每一个部分的常规检查特别是制动液、软管和电线。液压系统的一个主要缺点导致引入在制动方面的新概念，即通过电线[9-11]制动。这种系统也有其自身的缺点，如堵塞和杂乱的电线。所以，本文提出了一种新的制动系统称为混合制动系统。这是在研究工作中的创新，将会克服传统制动系统的主要缺点。

混合制动系统由各部分机电致动器[12]，无线系统[13]，电机[14]，齿条和小齿轮[15]，制动卡钳和制动转子等组成。这将是一个很有前途的车辆制动控制方案，并将增强安全性和舒适性。这系统比传统的和机电制动系统有更多的优点，但其在不同条件下的容错性仍需要被研究。本文内容如下。第二部分是水力机电制动系统。第三部分提出的混合制动系统。第四部分是关于混合制动系统的实验分析包括齿轮的有限元分析，和在不同的条件下驱动力的实验数据，最后给出结论。

Ⅱ现代制动系统

大多数车辆具有液压制动系统，但很少同时具有线控制动系统。

A液压制动系统

在制动过程中，踏板力通过机械液压系统作用施加制动转矩给车辆的四个车轮。制动转矩被车轮的惯性和在轮胎和道路之间的摩擦力阻碍，最终结果是车辆的减速。液压制动系统的各个部分遵循:

1）制动踏板：刹车踏板的存在使司机的脚施加的力倍增。人类正常的力是100磅正如车辆的人类工程学。

2）主缸：制动液的运动和压力由主缸活塞产生。该活塞利用一个简单的连杆和推杆连接着制动踏板。典型的现代公路车有一个含两个活塞主缸，而赛车通常配备单独的主缸。

3）制动液：由踏板到卡尺的力通过制动液传输。制动液是不可压缩的。最常见的制动液是DOT3，DOT4[2]（运输部）。

4）制动软管：制动液，制动配管和软管的功用是将液压从主缸传送到位于轮端的卡尺。这部分子系统必须由柔性材料构成，因为车轮端部与车辆的簧下质量是相关的。

5）卡钳组件：它包含刹车垫和移动垫子阻碍转子表面的液压活塞。有许多类型的卡尺。他们在材料，结构设计和活塞装备方面是不同的。它是用来固定住垫子以免在转子侧面产生摩擦。

6）刹车片：附有摩擦材料，产生制动摩擦黎阻碍旋转转子组件的旋转。

7）转子：作为制动系统的主散热装置。它的职责是转子产生制动转矩作为刹车片的函数摩擦力。

液压制动器是一种制动机构的安排，它利用制动液将压力从控制机构传递到制动机构。液压系统是一个封闭的系统。常见液压制动器的配置有制动踏板，推杆，主缸组件，增强液压管路，制动钳通常由一个或两个空心铝或钢活塞组成。图1液压制动系统利用了摩擦的概念。车辆由于刹车垫和旋转部分之间的摩擦减速。它可以是鼓或盘型[16]。

1）盘式制动器：制动盘或转子通常由铸造铁或陶瓷构成，并与车轮或车轴相连接。为了使车轮停下来，刹车片上的摩擦材料机械，水压地阻碍着盘两侧。

2）鼓式制动器：这种制动器利用由一组鞋或垫产生的摩擦。然后压在旋转的鼓状部分上来停车。

当踩下制动踏板时，推杆的力作用于主缸中的活塞（S）上。它使流体通过主缸从制动液储层流入压力室。流体从液压管路流入卡尺。然后它作用于活塞，施力于刹车片促使他们对导致汽车停止的旋转的转子起阻碍作用[3]。但也有一些缺点，如：•整个刹车系统由于刹车片中液体泄漏而失灵。

•由于管内空气的存在使整个系统崩溃。

•液压流体对于大多数飞机材料来说是高腐蚀性的，同时需要定期维护。

•调整困难，如果没有适当的固定（出血发生），制动功率大大降低。