基于汽车制动综合性能的鼓式制动器优化设计.pdf

厂]墅垄堕曼 基于汽车制动综合瞰皂的鼓式制动器优化设计 杨仁华 (西华大学交通与汽车工程学院，四川成都610039) 摘要：本文针对汽车鼓式制动器提出：以制动鼓体积最小，制动过程中温升最低，制动效能因素最大为目标，综合考 虑汽车制动时的性能，进行多目标优化设计，用惩罚函数法建立了优化目标函数；应用MATLAB遗传算法工具箱进行寻优 求解，并进行了实例计算。计算结果表明：这种优化方法是合理可行。 关键词：多目标优化；遗传算法；鼓式制动器 O．8969／3．issn．1671-6396．2010．25．020 DOI：1 1 前言 片宽度，R为制动鼓半径，c和c1为制动蹄销中心的位置， 以温升、体积与制动效能因素为目标进行多目标优 a为张开力到制动器中心的距离，b2为制动鼓宽度，e为制动 化。鼓式制动器由于具有可靠性高，兼容性好，技术成 鼓厚度，d为制动缸径，p为制动压力。 熟，安装、拆卸方便等优点而得到广泛的应用。基于 ABS、TCS等先进控制方法在车辆制动系统中的普及应用。 车辆在制动时能充分利用地面条件，以理想的状态制动。 但车辆高速时进行紧急制动的状况同益增多，对制动器提 出了新的要求，即在高速状况下紧急制动，摩擦副温升不 能过高(700度)．以免发生热衰退现象，降低制动效能。 目前运用计算机技术进行的制动器设计，是通过建立整车 制动动力学模型，进行制动性能的仿真分析，从而得出制 动性能与整车的匹配关系。由该方法制造的制动器虽然能 达到设计要求，但是在高速紧急情况下进行制动或是在一 定强度下长时间制动势必引起制动效能下降。另外，制动 器也有有效尺寸的设计要求，如果制动器的尺jr能够减 小，将给整车的布局留下更广阔的空间。基于以上分析， 为了提高鼓式制动器的制动效能和制动效能的恒定性以及 图1结构参数及受力图 减小制动器尺寸，在分析鼓式制动器设计过程中所必须满 足的性能指标和约束条件的基础上，本文提出了以制动温 2．2优化目标函数 升最低、体积最小和制动效能因素最大为目标函数的多目 本文以汽车制动器的综合性能多目标进行优化，其各子 标优化设计数学模型，然后采用MATLAB优化工具箱中的遗 目标为：制动器制动效能因素最大、制动器体积最小和制动 传算法进行优化求解，得到了较理想的优化结果。 时温升最低，下面分叙各子目标函数。 2 基于多目标的优化模翟童立 2．2．1制动器效能因素 领蹄从蹄鼓式制动器结构参数及受力图如图l所示， 由文献[1]得：K=罟。 在张开力F01和F。的作用下左右两个制动蹄紧靠制动鼓产生 式中：M，为制动器输出的制动力矩，F为输入力，R】为摩 摩擦阻力矩而制动的。F，为制动蹄的压紧力，R．为摩擦力 擦力作用半径，因此： 的作用半径。6。为x轴与力F，的作用线之间的夹角。其主要 紧蹄制动器效能因素为：K，=i磊≤考‰；松蹄制 结构参数有制动器摩擦片起始角a’，摩擦片包角p，张开 动器效能因素为：量．： !塑±!! 。 ‘c(cos82+，sin82)一，鸥 力Fo，或F02到制动器中心的距离Or,，制动蹄销中心的位置 c和c’等：假设紧蹄与松蹄的结构参数相同，即摩擦片的 其中：局一R2丽嚣蠹等篙悉卷丽丽， 起始角a’和摩擦片包角B相同，制动蹄销中心对称。 6，：6：：arctan[』堕害等笔生l 213一sin2(Ⅱ+B)+sin2q1． 2．1设计变量 ．Y