轿车电磁制动器耗能特性的研究.pdf

汽车工程
2015年(第37卷)第12期
Automotive Engineerin
2015(Vol,.37)No.12
2015237
轿车电磁制动器耗能特性的研究
胡东海,何仁
(江苏大学汽车与交通工程学院,镇江212013
摘要]建立了电磁制动器的耗能数学模型,并经台架实验验证。在此基础上,分析结构参数和运行参数对
电磁制动器耗能特性的影响。结果表明,电磁制动器结构设计参数对耗能功率影响比较复杂,电磁制动器最佳设计
参数求解实际上是多变量和约束条件下的优化问题;电磁制动器耗能功率随汽车行驶速度变化曲线存在“低耗能功
率区”,故在设计电磁制动器时,应使耗能功率曲线的“低耗能功率区”尽量包含典型城市行驶工況的汽车制动初始
速度区间。
关键词:汽车工程;电磁制动器;耗能特性;设计参数;行驶工况
A Research on the Energy Consumption Characteristics of Car Electromagnetic Brake
Hu Donghai He R
School of Automobile and Traffic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013
L Abstract An energy consumption mathematical model of electromagnetic brake is established and verified
by bench test. Based on the model, the effects of structural and operating parameters on the energy consumption
characteristics of electromagnetic brake are analyzed. The results show that the effects of the structural parameters of
electromagnetic brake on ils consumed power are complex, and the solving of optimal design parameters of electro-
magnetic brake is actually a multivariable optimization problem with constraints. There exists a"low consumed power
zone " on the consumed power of electromagnetic brake vs vehicle speed curve, thus electromagnetic brake should be
so designed that the "low consumed power zone "will cover the initial braking speed range in typical urban driving
Keywords automotive engineering; electromagnetic brake; energy consumption characteristics; design
parameters; driving cycle
究。文献[4中提出了电磁制动器的磁感应强度和
前言
制动转矩的计算方法。文献[5]中设计并制作了微
缩电磁制动器模型并在此模型上对电磁制动系统进
目前,摩擦制动是公路交通运输工具的主要制行试验研究。文献[61中研究了用于乘用车的电磁
动方式。摩擦制动虽然具有效率高的优点,但也存制动器,通过试验研究电磁制动器的转速力矩特性,
在噪声、有害粉尘污染和持续制动下的热衰退等将试验数据拟合成制动转矩与转速的表达式。文献
是题川。电磁制动作为非接触式制动,具有无摩擦、无[7中探索了电磁制动器在汽车横摆稳定性方面的
噪声、控制简单和制动平稳等优点,作为辅助制动装应用,通过控制电磁制动器制动转矩的大小使汽车
置已经应用于商用汽车?和高速列车。同时,有在制动时不会偏离原路径行驶。文献[8]中研究了
关学者一直致力于电磁制动器在乘用车上的应用研乘用车电磁制动器的结构参数对制动转矩的影响规
国家自然科学基金(51275212)、江苏高校优勢学科建设工程项目和江苏省2014年度普通高校研究生科研创新计划项
目(KYLX_1025)资助
原稿收到日期为2014年5月8日,修改稿收到日期为2014年7月1日。
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2015(Vo.37)No.12
胡东海,等:轿车电磁制动器耗能特性的研究
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律,建立优化数学模型得到了集成制动器的最佳结
8~p
8mpF.+v2K。
构参数。文献[9]中建立了基于单轮模型的电磁制
8mpr-lo
动与摩擦制动集成系统的模型,提出采用模糊控制
励磁线圈电阻与铜导线线径、线圈骨架尺寸(线
理论控制线圈中通电电流的方法,并在 Simulink软圈骨架外径、线圈骨架长度、铁芯直径、线圈骨架厚
件中进行了仿真研究。
度)和铜导线的电阻率有关,单个励磁线圈的电
电磁制动器在工作时须要消耗车载电源的电阻为
能,进而增加车辆的燃料消粍。对于乘用车而言,消
耗电能的多少直接影响电磁制动器的使用性能,因
R
此研究乘用车电磁制动器耗能特性显得十分必要。其中:L=bx[a(a+28)m+a(a-1)mdo
本文中在建立乘用车电磁制动器耗能数学模型基础
上,研究设计参数(如铜导线线径、气隙长度、线圈骨
架尺寸)和运行参数(励磁线圈温度、制动盘温度、式中:L为铜导线长度,m;s为铜导线截面积,m2;pc
汽车行驶工况)对轿车电磁制动器耗能特性的影响。为铜导线的电阻率,?m;a为线圈径向匝数,a=
1电磁制动器耗能数学模型的建立与か/の-d-2,D为线圈骨架外径,m:d为铁芯直径
实验验证
H-28
m;b为线圈轴向匝数,b=fix
为线圈骨架
1.1电磁制动器耗能数学模型
宽度,m;8为线圈骨架厚度,m;do为铜导线线径,m。
假设电磁制动器固定支架上固定有4N,个励磁
则励磁线圈匝数为
线圈,相对放置的2个励磁线圈串联成1个励磁绕
(5
组,励磁绕组之间相互并联,则电磁制动器消耗的电
考虑到受温升影响,式(2)~式(4)中出现的制
功率为
动盘电阻率、相对磁导率和铜导线电阻率均是温度
P=4N,/R,
的线性拟合函数:
式中:M。为磁极对数;R。为单个励磁线圈的电阻,
po 1+a(t-to)
2;7为励磁电流,A。
A,=A1[1+a2(1-)]
(6
为无级调节电磁制动器的制动转矩,利用直流
lpc=p2[1+a1 (t-0)
斩波器改变电磁制动器与电压源的导通时间,控制式中:p。为常温下制动盘的电阻率,2·m;a1为制
施加在励磁绕组两端的等效电压,使电磁制动器输动盘电阻率的温度系数,1/K;A1为常温下制动盘的
出控制器需求的制动转矩。假设在制动过程中控制磁导率,HI/m;a2为制动盘磁导率的温度系数,1/K;
器要求电磁制动器输出制动转矩为7,则
p2为常温下铜导线的电阻率,Q2?