电动汽车再生制动摩擦制动器轻量化设计.docxVIP

电动汽车再生制动摩擦制动器轻量化设计0　前　言与传统汽车制动不同，电动汽车的制动是由摩擦制动和再生制动共同完成。但是，在当前的电动汽车摩擦制动器设计中，一般没有考虑电机再生制动的影响。而实际情况中，制动时电机能够提供一部分制动力，因此设计的摩擦制动器能提供的最大制动转矩超过了实际制动过程中要求它提供的最大制动转矩，即摩擦制动器有富余的制动能力。对电动汽车而言，采用再生制动后，由于电机提供的再生制动转矩承担了制动总需求转矩的一部分，所以要求传统摩擦制动器提供的制动转矩相应地减少。而且，由于制动能量的一部分通过电机发电转变为电能，所以由摩擦制动器承担的制动能量耗散任务相应地减小，对制动器承载热负荷的要求也会降低。因此，减小摩擦制动器的尺寸和重量是可行的。本文对前轮钳盘式制动器进行轻量化设计。1　制动器性能要求制动器设计不仅要考虑为整车制动提供足够的制动力，还要使汽车在制动过程中满足附着条件，要求制动能力的热稳定性良好，摩擦衬片应有足够的使用寿命等。摩擦制动器所能提供的制动力矩大小，一方面，为了保证制动性能，满足制动法规，摩擦制动器所能提供的制动力矩不能小于某一数值，即制动器制动力矩下限值；另一方面，受路面附着条件的限制，防止车轮抱死拖滑，摩擦制动器所能提供的制动力矩不能大于某一数值，即制动器制动力矩上限值。下面将根据相关的制动规范，确定制动器制动力矩的下限值。表1列出了我国的轿车制动规范对行车制动器制动性的部分要求。按照该制动规范的部分要求，利用ADVI-SOR进行制动仿真，设定的制动工况如图1。汽车先加速到80km/h的速度，然后以a=5.8m/s2的减速度进行制动。仿真结果显示（图2），制动距离S=S2-S1=427.77－388.88=38.89m，符合制动法规的要求。S1——开始制动时汽车已行驶的距离（m）；S2——制动结束时汽车已行驶的距离（m）。由图3可以看出，制动过程中，前轮制动力需求中由前轮摩擦制动器提供的制动力为Ffric_f,min=1796.71N，换算成单个前轮摩擦制动器所需的制动力矩为：Ffric_f,min——前轮所需的最小摩擦制动力；r——轮胎半径。通过仿真试验，确定前轮摩擦制动始的最小制动力矩为Tb,min=253.34N·m2　附着条件对于前轮驱动的电动汽车，制动过程中，电机再生制动力与前轮摩擦制动器制动力之和达到前轮与地面之间的附着力值时，前轮受到的地面制动力将达到其最大值（即附着力值），前轮将抱死不转而出现拖滑现象。将前轮刚刚抱死时的前轮摩擦制动器制动力的数值作为前轮摩擦制动器所能产生的制动力的上限值。一般根据汽车满载在柏油、混凝土路面（附着系数为0.7～0.8）上紧急制动到车轮抱死拖滑，来确定制动器的最大制动力。利用ADVISOR软件进行制动仿真试验，来确定前轮摩擦制动器的最大制动力。选定路面附着系数为0.8，设定的制动工况如图4所示。汽车先加速到80km/h，然后以a=0.8g的减速度进行制动。仿真结果显示（图5），制动过程中，前轮制动力需求中由前轮摩擦制动器提供的制动力Ffric_f,min =3996.34N，换算成单个前轮摩擦制动器制动力矩为：Ffric_f,min ——前轮摩擦制动器最大制动力（N）；r——轮胎半径（m）。通过仿真试验，确定前轮摩擦制动器的最大制动力矩为Tb,max＝563.48N·m。3　能量负荷从能量的观点来看，电动汽车再生制动过程是将汽车的机械能（动能和势能）的一部分通过摩擦制动器转变为热量而耗散，另一部分通过电机发电转变为电能。在制动强度很大的紧急制动过程中，摩擦制动器承担了相当一部分汽车动能耗散的任务。此时，由于制动时间很短，实际上热量还来不及逸散到大气中就被摩擦制动器吸收，致使制动器温度升高，这就是所谓摩擦制动器的能量负荷。能量负荷越大，衬片的磨损越严重。目前，各国常用比能量耗散率作为评价能量负荷的指标。比能量耗散率即每单位衬块摩擦面积的每单位时间耗散的能量，通常单位为W/mm2。利用ADVISOR软件进行制动仿真试验以确定制动过程中前轮盘式制动器吸收的摩擦热量。设定的制动工况如图6。汽车先加速到100km/h，然后以a=0.6g的减速度进行制动。仿真结果显示（图7），制动过程中前轮摩擦制动器吸收的摩擦热量为E1_fric=72.378KJ。在盘式制动器设计时，必须满足约束条件：4　约束条件根据制动器的性能要求和尺寸参数之间的位置约束关系等建立约束条件：（1）摩擦制动器产生的制动力矩必须提供足够制动力并且满足附着条件，即g1（x）=2uF0Re-Tmin≥0　　（4）g2（x）=Tmax-2uF0Re≥0　　（5）Tmin——前轮制动器最小制动力矩（N·m），见式（1）；Tmax——前轮制动器最大制动力矩（N·m），见式（2）；u——制动器摩擦衬片摩擦因