汽车电子机械制动系统执行机构的优化设计

武文娟

（南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188）

汽车电子机械制动系统执行机构的优化设计

武文娟

（南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188）

汽车制动控制的稳定性与安全性是汽车设计中的重点，制动系统设计的合理性直接决定了汽车设计方案的可行性论证结果。启程电子机械制动系统执行机构是当前应用较为普遍的技术形式，该系统优化设计是当前汽车行业工作者关注的重点。本文对汽车电子机械制动系统执行机构进行了分析，阐述了相应的优化设计要点，旨在提供一定的参考与借鉴。

汽车；电子机械；制动；执行机构

1 汽车电子机械制动系统执行机构分析

1.1 汽车电子机械制动系统执行机构的组成

汽车电子机械制动执行机构工作过程相对复杂，由各分部设备共同协作执行完成，典型的汽车电子机械制动系统执行器主要包括电机、传动装置和制动钳体等。汽车电子机械制动系统的构成见图1。

图1 电子机械制动系统的原理

在该系统运行过程中，电机在减速器的作用下实现扭矩增大输出，通过转换装置完成旋转与直线运动间的转换，系统驱动制动块、制动盘提供减速制动作用，整套制动操作由汽车电子机械制动系统控制器完成。

1.2 汽车电子机械制动系统执行机构部件分析

（1）驱动电机的分析。汽车电子机械制动系统执行机构中的驱动电机主要起到力矩输出作用，电机位置、速度、转矩等要素对于驱动电机使用有着直接的影响。在当前的汽车电子机械制动系统中驱动电机通常为无刷直流电机，此类型电机摒弃了传统电机中的了电刷和换向器结构，运行过程中不易形成火花和磨损，具有较强的稳定性与使用寿命，驱动过程噪声低且易于维护，在直线转矩速度方面与普通电机相当。

（2）运动转换装置的分析。电子汽车电子机械制动系统执行机构的运动转换装置通常为滚珠丝杠副，这种构件通过丝杠与螺母旋合螺旋槽间的滚珠体实现运动转换传动，滚珠在闭合回路中运行，整体稳定性较高。滚珠丝杠副的整体传动性能较为理想，具有突出的同步性与运行精度，整体耐磨损、高刚性，具有良好的运行可靠性。汽车电子驻车制动系统中需要配置相应的自锁装置，但此部分结构相对复杂且不需要太高水平的制动力，所以可以使用滑动丝杠副作为运动转换装置。

（3）减速装置的分析。在当前的汽车工程领域中，减速装置通常使用行星齿轮作为减速元件，行星齿轮在同等质量水平下的体积更小，能够为制动系统提供更大的减速传动比，运行效率较高，减速过程平稳。

（4）制动器的分析。制动器主要包括摩擦式、电磁式和液力式等类型。其中，电磁式制动器制动作用滞后性小，动作可靠，但造价成本较高，通常应用于重型汽车，而液力式制动器则通常作为缓速器，目前汽车工程领域中应用的主要是摩擦式制动器。

2 汽车电子机械制动系统执行机构的优化设计

2.1 滚珠丝杆优化设计

（1）滚珠丝杠副的额定动载荷确定。制动系统执行机构滚珠丝杠副承受的应力载荷主要为内制动块的制动作用，此环节中存在一定的振动和冲击作用，因此需要按照系统动载荷工况计算额定应力水平，以此为基础选择滚珠丝杠副。

（2）驱动力矩及效率计算。在确定滚珠丝杠副的额定动载荷水平后，可选择适用的相应构件型号，从而确定制动系统执行机构的整体几何参数，并计算驱动力矩及效率。驱动力矩及效率的计算中应充分引入滚珠丝杠的预紧条件，分别针对有预紧和无预紧两种方式展开计算，选择效率较高的作为设计方案。

2.2 减速器优化设计

（1）行星齿轮传动的配齿。减速器优化设计环节首先应根据系统传动比分配齿轮齿数，同时应保证配齿满足邻接条件、安装条件等，具体要求为：中心轮与行星轮所有啮合齿轮副的实际中心距需相等，相邻行星轮顶圆半径的和小于中心距。

（2）确定齿轮主要参数（表1）。

表1

（3）减速器参数确定（表2）。

表2

2.3 直流驱动电机选择

电机本体和驱动器是汽车电子机械制动系统电机的主要组成部分，在直流电动机的选择过程中，应确保设备具有理想的运行稳定性，同时具备较大的输出扭矩与耦合刚度，能够在制动工作条件下响应迅速，便于调速。

另外，汽车电子机械制动系统中的直流驱动电机随车颠簸振动情况较多，应保证设备具有理想的耐磨性、扛干扰性以及便于维护等。

2.4 滑动丝杠优化设计

（1）耐磨性设计。滑动丝杆耐磨性优化设计的主要参数为：螺杆中径、螺母高度、旋合圈数、牙型高度以及工作压强等。具体设计计算公式如下：螺杆中径螺母高度H=Ψd2；旋合圈牙型高度H=0.5P ；工作压强1其中，F为轴向载荷，pP为许用比压，Ψ按螺母形式选定，P为螺距。

（2）螺杆强度设计。螺杆强度设计主要参数为合成应力，具体计算公式为：合成应力其中1T为转矩，pσ为螺杆材料许用应力。

（3）螺牙强度设计。螺牙强度设计则包括螺杆强度与螺母强度两部分，具体设计计算公式为：螺杆强度：剪切强度，弯曲强度螺母强度：剪切强度，弯曲强度。其中，P为螺距，Pτ为材料许用切应力，为材料弯曲切应力，d、 d2、d1为螺杆大、中、小直径。

（4）综合设计。综合设计主要参数为自锁导程角、驱动力矩以及系统效率，具体设计计算公式为：自锁导程角其中，vρ为当量摩擦角，S为螺纹导程。驱动力矩321TTTTq++=，其中，T1、T2、T3按螺杆转动、螺母作直线运动的情况计算。系统效率。

3 结语

综上所述，汽车电子机械制动系统执行机构是一项科学而系统的工作，其核心环节包括滚珠丝杆的优化设计、滚珠丝杆优化设计、直流驱动电机选择以及滑动丝杠优化设计等部分，应准确把握这些设计要点，通过实践充分积累优化设计经验，全面提升汽车电子机械制动系统执行机构设计的科学性与合理性。

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U463.5

A

1671-0711（2016）12（下）-0043-02

南京交院院级科研项目，项目编号JY1502。