摘 要

汽车车桥左右侧车轮制动器制动力矩的大小体现着汽车的制动性能，其大小间的差异性若超过一定限值会对制动时的方向稳定性造成严重影响，为在车桥生产过程中及时发现此类问题，需要对其制动力矩进行在线快速检测，本课题即针对该需求对制动力矩检测设备的驱动机构进行了设计。文章主要研究了驱动机构的检测原理，确定了以电惯量模拟制动惯量的检测方式，并对对整体结构进行了构建。该驱动机构的特点是以大直径单转鼓代替了一般惯性式制动检测台中的双滚筒，在水平方向上将车桥压紧在转鼓表面，可以模拟出汽车在路面上制动时的实际工况。文章根据检测技术要求对各部件进行了计算和选型，并设计出了相应的设备支架。通过受力校核和有限元分析，证明了该驱动机构能满足实际生产需求。

关键词：车桥； 制动力矩检测； 电惯量模拟； 单转鼓

Abstract

The brake torque of the left and right brakes of the axle reflects the braking performance of the vehicle. If the difference between them exceeds the limit, it will seriously affect the direction stability during braking. In order to discover the problem timely in the manufacture process, the rapid detection of the braking torque on the assembly line is necessary, and under this premise the drive mechanism of the brake torque detection equipment is designed. In this paper, the detection principle is studied, the electrical inertia simulation method is chosen as the detection method, and the whole structure of the drive mechanism is established. The feature of the drive mechanism is that the two rollers of the ordinary inertia brake test bench are replaced by a large-diameter single rotary drum. Axle is pressed horizontally on the surface of the rotary drum, so that it is possible to simulate the actual braking conditions on the road. According to the detection requirements, the components are calculated and selected, and the corresponding brackets of the equipments are designed. Through the strength checking and the finite element analysis, it is proved that the driving mechanism can meet the demand in actual production.

Key words: axle; brake torque detection; electrical inertia simulation; single rotary drum

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 课题研究目标及意义 2

1.4本文的研究内容 3

第2章 惯性式制动检测原理 4

2.1滚筒惯性式制动检测原理 4

2.2电惯量模拟和方式选择 5

2.2.1电惯量模拟概述 5

2.2.2电惯量模拟方式选择 6

2.3电惯量模拟动力学模型 6

2.4本章小结 8

第3章 驱动机构结构设计和工作内容 9

3.1驱动机构总体构成 9

3.2驱动机构工作内容 9

3.3驱动机构控制策略 11

3.4转矩计算程序与实例 11

3.5本章小结 13

第4章 驱动机构部件选型与设计 14

4.1转鼓的设计与计算 14

4.2电机的计算与选型 15

4.2.1电机类型选择 15

4.2.2电机转速的计算 15

4.2.3电机模拟惯量的计算 16

4.2.4电机转矩的计算 17

4.3减速器的选型 19

4.4转鼓轴的设计 20

4.5联轴器的选型 21

4.6传感器的选型 22

4.7电机驱动器的选型 22

4.8本章小结 23

第5章 驱动机构部件的校核 24

5.1转鼓轴的校核 24

5.1.1转鼓轴强度校核 24

5.1.2转鼓轴刚度校核 26

5.2转鼓轴轴承的校核 26

5.3轴承座固定螺栓的校核 27

5.4本章小结 29

第6章 设备支架设计和有限元分析 31

6.1设备支架的设计 31

6.2轴承座支架有限元分析 32

6.2.1车轮加载阶段支架有限元分析 33

6.2.2车轮制动阶段支架有限元分析 35

6.3支架优化设计 37

6.4本章小结 39

第7章 总结与展望 40

7.1论文的主要工作及总结 40

7.2论文展望 40

参考文献 42

致 谢 43

第1章 绪 论

1.1课题背景

汽车的制动系统是汽车的重要构成部分，其具有使汽车在短距离内停车或在下长坡时维持稳定车速的功能^[1]。汽车制动性能的好坏是制动系统的评价标准，其与汽车的安全性密切相关，为保障驾驶人的驾驶安全和取得预期的运行效益，需要汽车始终保持有较高的制动性能，因此相应的制动性能检测方法和设备也应运而生。

在汽车制动检测技术发展的初期，主要依靠的是道路试验，这种试验方法需要驾驶人员驾驶汽车到达一定的初速度进行制动，主要测量的参数是制动距离、制动时间等，根据这些参数可以进而计算得到汽车的制动速度、制动减速度等参数值，从而对整车制动性能进行评价^[2]。由于道路试验与实际行驶工况条件相同，检测结果直观而可靠，并且能很好地反映出汽车悬架系统、转向系统等其他系统和结构对制动性的影响，因此是汽车制动性检测方法中重要的一种。但道路试验也有其不足之处，比如无法具体分析各部件对整体系统性能的影响，试验过程受制于路面情况、天气状况和温湿度条件等，所以无法对制动性做出完整的客观评价。

随着技术水平的发展和人们对制动性要求的提高，各种台架检测方法被陆续提出并得到应用。台架试验不仅可以对汽车整车进行检测，还可以直接对具体的车桥或是制动器进行分析测试，试验内容得到了很大的丰富，对制动性能的评价也变得更加全面。台架试验通过测取各车轮或是制动器制动过程中的各项参数值，可以对制动全过程做出定量的描绘，分析出制动力的变化情况和制动力的分配的均匀程度，为评价制动系统状况提供可靠的依据。因此，各种台架检测方法在汽车研发、生产和维修等的各环节得到了广泛的应用。

1.2国内外研究现状

当前国内外的汽车制动性能试验设备大多为整车制动检测试验台和制动器台架检测试验台两类^[3]。整车制动检测台包括滚筒反力式制动试验台和平板式制动试验台，前者是目前普遍使用的设备，依靠测滚筒与车辆轮缘接触，对制动力作用在其上的反力进行检测；后者通过使汽车在平板上制动，以测试车辆在制动过程中的真实状况，但该方法只能检测车辆在15km/h以下的低速时的制动性能，故目前较少使用^[4,5,6,7]。除此以外，还有利用振动试验台检测汽车制动力等新方法被陆续提出^[8]。而对于制动器台架检测试验，则以制动惯量模拟试验方式最为普遍。目前国内广泛采用利用惯性飞轮模拟制动器负载的机械惯量模式，这种方法虽然可以较为充分地再现制动时的实际工况，但由于机械惯量盘的存在，整个试验装置体积、质量很大，安装、调试很不方便，并且惯量值无法连续调整，所以越来越显现出其弊端^[9]。而国外发达国家在这方面的研究则较为领先，著名的制动检测设备生产企业如德国SCHENCK公司、美国LINK公司和法国SAGEM公司等，都有较为先进的惯量试验台^[10]。这些制动试验设备多采用电惯量模式，该方式以控制算法控制电机输出力矩和转速，以电惯量模拟机械惯量，与传统机械惯量模式相比，其具有自动化程度较高和能够实现无极调节等优点^[11]。较为著名的如美国的LINK3900制动器惯量试验台，采用机械惯量与电惯量相结合的方式，其量程范围大，可以提供准确的温度及湿度控制，属于目前世界上的权威测试设备^[12，13]。我国在该领域虽然起步较晚，但依靠着技术攻坚和自主创新，也研制出了不少先进设备，如天津内燃机研究所研发的ZDQ型制动器试验台，吉林大学研制的NT11型制动器试验台等，都反映了我国在制动器检测设备研发之路上的进步^[14，15]。