【導讀】車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就起著決定性作用。統(tǒng)的制動系統(tǒng)結構型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣液混合式。如今最成熟、最經(jīng)濟的制動技術，并應用在當前絕大多數(shù)乘用車上。目前，汽車所用制動器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。的主要優(yōu)點是在高速剎車時能迅速制動，散熱效果優(yōu)于鼓式剎車,制動效能的恒定性好,便于安裝像ABS那樣的高級電子設備。案，以電磁鐵作為動力源，通過機械增力機構將電磁力放大并推動摩擦襯塊產(chǎn)生制動,以達到制動目的，并對設計的電磁制動器進行仿真分析。

　　

【正文】 4)進行模態(tài)分析的求解設置。 在求解類型對話框中選擇模態(tài)分析 Modal選項。設置 23 提取模態(tài)階數(shù)為 6， 擴展模態(tài)階數(shù)為 6。 5）施加約束。在長臂連桿的孔面上施加全約束（ ALL DOF）；在另一長臂連桿空面上施加約束 UZ、 UY；在短臂連桿的孔面上施加約束 UX、 UZ。 6）進行求解。 求解 所得 增力機構 頻率 如 表 。 增利機構 各階 的振型圖，如圖 ~ 圖 。 表 模態(tài)分析求解結果 頻率次序 1 2 3 4 5 6 頻率 (HZ) 圖 第一階振型圖 圖 第二階振型圖 24 圖 第三階振型圖 圖 第四階振型圖 圖 第五階振型圖 25 圖 第六階振型圖 從表中可知，在制動過程中增力機構的 6階固有頻率。做模態(tài)分析的目的在于 運用制動器時 避開汽車發(fā)動機的震動頻率，以免發(fā)生共振，產(chǎn)生共振載荷，造成零件損壞。以確保 制動器 在安全可靠的環(huán)境下工作。 本章小結 本章對 電磁 制動器的 增力機構 設計進行了計算， 選取 了 鉸桿機構作為增力機構，對機構的自由度進行分析， 確定了增力機構的組成，分析了增力機構的工 作過程，確定了電磁制動器工作所需的電磁力的大小。并對設計的增力機構進行 Ansys 分析，確定了機構的可靠性。 26 第 5 章 電磁體的 設計計算 電磁鐵是一種通電以后對鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生吸力，吧電磁能轉換為機械能的電器。它的應用范圍極廣，許多自動化電器和自控、遙控中操縱各種氣閥、油閥的電磁閥，都是以電磁機構為主體構成的；在一般工程技術領域內(nèi)，如起重吊車上的制動電磁鐵、起重各種鋼鐵的起重電磁鐵、電力傳動中的電磁離合器等，都是電磁鐵醫(yī)用的例子。利用電磁吸力可以代替笨重的體力勞動，使勞動強度減輕、生產(chǎn)效率 和產(chǎn)品質(zhì)量提高，因此在技術革新中也常常用到電磁鐵。 設計要求 :該電磁鐵為直流電磁鐵，能產(chǎn)生 的吸力，工作電壓 12V。 選擇設計的電磁鐵為 U型直流電磁鐵。 為使電磁鐵能快速響應，磁性材料應有較好的低場磁性能。為降低電磁鐵中渦流的影響，應采用電阻率大的磁性材料綜合考慮，選用 灰鑄鐵 作為電磁鐵磁性材料。 在 電磁鐵的設計 計算時，作如下假設 : 1)磁通在鐵芯上是均勻分布的； 2)漏磁通是從鐵芯表面垂直漏出； 3)電磁鐵行程足夠短，計算空氣隙磁導時忽略其邊緣擴散漏磁通； 4)磁路是線性的，即有如圖 磁化曲線。 ]11[ ]12[ B磁感 應 強度， H磁場強度 圖 磁化曲線 27 磁通勢的計算 初步計 算可利用式 ()、 （ )計算磁通勢 ]13[ ： IW =(～ )IW? () ????? ? lBlHIW 0?? () 式中： I —— 勵磁電流； W —— 線圈匝數(shù)； ?IW —— 氣隙消耗安匝； B? —— 等效氣隙磁感應強度； l? —— 氣隙長度。 0? —— 真空磁導率 ， mH /104 70 ?? ? 在本文的 設計計算中，選取 IW?? 對 B? 其合理選擇非常重要。取得太小，則鐵芯和線圈的尺寸都會過大，很不經(jīng)濟 ；反之，若取得過大，則鐵芯將趨于飽和，致使磁壓降和所需磁勢都要增大，從而增大了線圈得尺寸和線圈的能量損耗，同樣不經(jīng)濟。通常鐵芯的磁感應強度總是取其所用磁性材料的磁化曲線膝點附近的數(shù)值。在打開位置，由于存在漏磁，氣隙磁感應強度總是比鐵芯內(nèi)的磁感應強度小，所選的 B? 必須 小于上述膝點附近的值。在初算中，對于短行程電磁鐵 B? 值可取 6000～ 8000GS，對于短時工作制或反復工作制的電磁鐵， B?可以取大一些，以提高材料利用率。取 B? =10000GS=1T。電磁鐵的銜鐵在運動末與磁 鐵極面間的空氣隙由前計算取 。則磁路中總的空氣氣隙為 。 AlBIW ?? ??? AIW ??? 鐵芯截面積的計算 根據(jù)電磁鐵吸力計算公式： ?? SBF 27810? （ ） 可 得， 鐵芯截面積 28 272 0 0 1 8 mB FS ??? ?? 鐵芯截面積可根據(jù)圓的面積公式求得： ?? Sd ?? 2412 （ ） 鐵芯直徑 md ? 電磁鐵 長度的計算 電磁鐵的長度可 根據(jù) 基爾霍夫第二定律 求得 ?lHHlIW 0?? （ ） 式中： H —— 電磁材料中的磁場強度 ； 0H —— 空氣隙中的磁場強度 ； l —— 電磁鐵長度 ； ?l —— 空氣隙長度 。 查閱灰鑄鐵材料性質(zhì)得，當 TB 1? 時，灰鑄鐵磁導率為 ?? mH/ 。 mABH /10 3?? ? （ ） mABH /10 500 ?? ? （ ） 式中： 0? —— 空氣中的磁場強度， mA /104 70 ?? ? 求得 ml ? 銜鐵厚度的確定 通過電磁鐵鐵芯與銜鐵的磁通量不變，則 銜鐵厚度： ??dSh 2? ==1cm （ ） 確定線圈截面積 Sq及線圈槽寬 由于導線在繞制線圈時導線與導線間存在一定 間隙，設導線截面積總和與線圈截面積之比為 f 稱之為填充系數(shù)，一般取 ?f ，設 j 為電流密度， 長期工作制的電磁鐵 2/6~2 mmAj ? ；反復短時工作制的電磁鐵 2/12~5 mmAj ? ，對于短時工作制的電 29 磁鐵 2/30~13 mmAj ? 。取 2/15 mmAj ? 。 線圈截面積 mmjfIWS q ??? () 取線槽的高寬 之 比為 5:1，則 bh 5? 。 bhSq ?? （ ） 解 得 mmb ? mmh ? 線圈導線直徑的確定 導線直徑的確定由公式 （ ）確定 U IWDd ?? ?4 () 式中 ： ? —— 導線的電阻系數(shù)，取 ? =； U —— 電源電壓 ； D —— 電磁線圈的平均直徑 。 解得 mmd ? 查 閱 《電工材料手冊》確定取標稱直徑為 mm 的漆包線， 選取 銅線的 外 直徑為 。 線圈匝數(shù)的確定 由鐵芯線圈槽的尺寸可知 : 在寬度方向，可排列的線圈匝數(shù) ??W , 取 91?W 在高度方向，可排列的線圈匝數(shù)為 : ??W ，取 412 ?W 則總匝數(shù)為 : 21 WWW ?? =369 則勵磁電流為 : AWIWI ?? 30 由于電磁體尺寸的關系，將線圈平均分為兩段，分別安裝在電磁鐵兩端，這對電磁鐵的其他數(shù)據(jù)沒有影響。 本章小結 本章 簡 對 電磁體 機構進行了設計計算，首先 確定電磁鐵的形狀及材料， 根據(jù) 所需電磁 力可計算 電磁鐵的截面積 ， 并 根據(jù)電磁鐵的磁通勢 及電磁材料的特性 進一步確定電磁鐵 及電磁線圈 的 結構 尺寸。 31 第 6 章 電磁制動器的仿真分析 軟件概論 科學技術 的迅猛發(fā)展使得各個領域中的系統(tǒng)設計與分析變得日益復雜起 來。如何建立動態(tài)系統(tǒng)模型、對動態(tài)系統(tǒng)進行仿真 與分析對于各領域系統(tǒng)地設計與開發(fā)具有極其重要的作用。 傳統(tǒng)的仿真技術主要包括實物仿真與半實物仿真。其優(yōu)點在于系統(tǒng)仿真結果直接、形象、可觀可信 。但是仿真模型受到一定限制，易破壞而且難以重新利用。尤其是在軍事、國防、航空航天以及核試驗等領域之中，采用實物仿真與半實物仿真不僅費用巨大，而且存在不可忽視的安全問題。計 算機技術與數(shù)字信號處理技術的快速發(fā)展給系統(tǒng)仿真技術帶來了翻天覆地的變革，采用計算機進行系統(tǒng)仿真可以很好的解決傳統(tǒng)仿真技術中存在的問題。只要系統(tǒng)設計者能夠全面了解系統(tǒng)所處的復雜環(huán)境、系統(tǒng)中復雜的對象并且真確建立系統(tǒng)地數(shù)字模型，便可以使用計算機對動態(tài)系統(tǒng)進行充分的研究與分析。計算機仿真系統(tǒng)一旦建立就可以重復使用，特別是對系統(tǒng)修給非常方便、安全，而且代價極小。用戶經(jīng)過不斷的仿真修正，逐漸深化對系統(tǒng)地認識，以采用相應的控制和決策，是系統(tǒng)處于科學的控制和管理之下。 MathWorks 公司推出的基于 MATLAB 平臺的 Simulink 模塊是動態(tài)系統(tǒng)仿真領域中最為著名的仿真集成環(huán)境之一，它在各個領域中得到廣泛的應用。 Simulink 能夠幫助用戶迅速構建自己的動態(tài)系統(tǒng)模型，并在此基礎上進行仿真分析；通過仿真結果修正系統(tǒng)設計 ,從而快速完成系統(tǒng)的設計。 Simulink 集成環(huán)境的運行受到 MATLAB 的支持，因此， Simulink 能夠直接使用 MATLAB 強大的科學計算功能。毫無疑問， Simulink具有出色的能力，因此它在系統(tǒng)仿真領域中有著重要的地位。 Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。使用 Simulink來建模、分析和仿真各種動態(tài)系統(tǒng)（包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)），將是一件非常輕松的事情。它提供了一種圖形化地交互環(huán)境，只需用鼠標拖動的方法便能迅速的簡歷起系統(tǒng)框圖模型，甚至需要編寫一行代碼。它和 MATLAB 的無縫結合使得用戶可以利用 MATLAB 豐富的資源，建立仿真模型，監(jiān)控仿真過程，分析仿真結果。另外， Simulink 在系統(tǒng)仿真領域中已經(jīng)得到光感的承認和應用，許多專用的仿真系統(tǒng)都支持 Simulink 模型，這非常有利于代碼的重用和移植。使用 Simulink 可以方便的進 32 行控制系統(tǒng)、 DSP 系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以 及其他系統(tǒng)的仿真分析和原型設計 ]14[ 。 汽車系統(tǒng)模型的建立 汽車的整車模型，可以采用牛頓力學建立各個剛體的運動學方程?？山⒌哪Ｐ陀袉屋喥嚹Ｐ汀㈦p輪汽車模型、四輪汽車模型和多自由度汽車模型等繁簡度不同的模型。一般汽車動力學模型將汽車堪稱是由 4 個輪子、簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量 6件剛體組成，忽略彈簧和阻尼器的質(zhì)量，假設路面是光滑的，且不考慮汽車的垂直運動。一般汽車動力學模型需要建立的方程較多，計算繁瑣，只用來描述復雜的動力學場合。四輪汽車模型忽略汽車側傾的影響，將簧上質(zhì) 量和簧下質(zhì)量合為汽車整車質(zhì)量，忽略輪胎的滾動阻力、汽車風阻?？紤]縱向、橫向和繞汽車慣性的轉動。這一模型重點描述了汽車的運動特性，可以應用在制動、操縱以及動力學控制的模擬研究中。在四輪汽車模型的基礎上，將汽車的左右兩輪合并為一個車輪，就成為汽車的兩輪模型，實際上是一個摩托車模型。主要用來描述汽車的直線制動與驅(qū)動的場合，考慮汽車的加、減速度的影響，用于汽車動力學模擬與分析。單輪汽車模型是最簡單的模型，主要用來描述制動性能，用于基于模型控制系統(tǒng)的分析與設計等。 電磁 制動系統(tǒng)中，電磁體的電磁力與電磁體線圈中的通電電 流和匝數(shù)有關，基本上與安匝數(shù)成線性關系。當線圈的匝數(shù)一定時，改變線圈中的通電電流，電磁體的磁力隨之改變。不同于普通的摩擦制動器，電磁制動器不需要壓力調(diào)節(jié)器，而直接控制電流。 由于使用電流調(diào)節(jié)器代替了壓力調(diào)節(jié)器，所以減少了系統(tǒng)的非線性。 汽車的整車模型，可以采用 牛頓力學建立各個剛體的運動學模型。 在對電磁制動器進行仿真時，采用單輪汽車模型如圖 所示， 為 使模型簡化，為使制動器制動性能的研究更容易且不受其他條件干擾。對控對象做如下假設： （ 1） 汽車的的質(zhì)量 分布均勻； （ 2） 汽車在平坦的路面上行駛，忽略空氣阻力和車 輪的滾動阻力； （ 3） 忽略側向力； （ 4） 不考慮制動過程的震動和由此引起的法向載荷的變化； （ 5） 不考慮汽車由于繞直線旋轉或 是其他車輪上不均勻制動而造成的運動動力學。 圖 單輪汽車模型 33 車 輪 運動方程 ： ?? 221 mRIT ?? （ ）式中 ： I —— 車輪轉動慣量 ； ? —— 車輪角速度； T —— 制動器摩擦力矩； R —— 車輪滾動半徑 定義滑移率為： vR?? ??1 （ ） 式中： ? —— 滑移率 v —— 車身速度 仿真分析 在 MATLAB 軟件 的 Simulink 環(huán)境下，建立了電磁制動器仿真模型 ]15[ ]16[ ]17[ ，如圖，圖 所示 。 圖 電