手剎自動到位檢測裝置及手剎助力裝置設(shè)計

手剎自動到位檢測裝置及手剎助力裝置設(shè)計,手剎自動到位檢測裝置及手剎助力裝置設(shè)計,自動,到位,檢測,裝置,助力,設(shè)計 手剎到位檢測裝置及手剎助力裝置的設(shè)計論證方案 前言 剎車系統(tǒng)是汽車中最重要的部件，因為它影響的不僅是汽車的行駛性能，還直接關(guān)系到人類的生命安全。 手剎的專業(yè)稱呼是輔助制動器，與制動器的原理不同，其是采用鋼絲拉線連接的，在變速箱后，與傳動軸連接的地方有一個制動盤，類似盤式制動器的(當(dāng)然也有鼓式的)，然后通過鋼索，將拉力傳動到那，從而實現(xiàn)駐車制動。 有的是利用一個液壓輔缸，拉動手剎后，推動車下邊的液壓總缸運動，然后帶動氣閥（之所以這么設(shè)計，是為了駕駛室不聽到那些空氣的聲音），氣閥動作之后，制動傳動軸（汽車手剎只剎傳動軸的），當(dāng)完成制動傳動軸之后，如果是普通的卡車則利用手剎桿的鋼索拉動拉實現(xiàn)長期剎車，如果是比較高檔的卡車，比如沃爾沃的，則使用電控制，上面當(dāng)你推動手剎的時候，事實上有一個電動拽引機已經(jīng)啟動，在空氣制動完成之后他就拉近鋼索并且鎖定，當(dāng)然也有直接拉制動器的。 手剎屬于輔助制動系統(tǒng)，主要借助人力，一般在停車的時候，為了防止車輛自行溜車而設(shè)立的。 車主在汽車使用過程中往往非常重視行車制動系統(tǒng)的安全性和可靠性，往往忽視了駐車制動系統(tǒng)，也就是我們常說的“手剎”。汽車在使用過程中，手剎的使用頻率非常高，而手剎也并非是“萬能保險”，其安全性和可靠性效能會隨使用次數(shù)的增加而不斷下降，也就是說在汽車使用過程中，手剎的安全可靠效能與行車制動系統(tǒng)同樣重要，因為手剎發(fā)生故障或使用不當(dāng)而引起的事故屢見不鮮[1]。 本課題的主要任務(wù)是設(shè)計一款合適的手剎自動到位檢測裝置，確保剎車卡鉗不會出現(xiàn)只接觸到輪轂而沒實際作用摩擦力的“虛剎”現(xiàn)象，同時保證在確保剎車卡鉗在行駛過程中確實離開輪轂，避免出現(xiàn)不必要的磨損，延遲剎車片的壽命。本課題另一任務(wù)是設(shè)計一種手剎助力裝置，幫助手剎解決容易變形、壽命短、操作困難等問題，實現(xiàn)手剎操作更簡易、省力化。 1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 中國專利公開號CN2635449U，公開了一種汽車駐車制動提醒器，所述的汽車駐車制動提醒器是將車速信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的集成運算放大器，集成運算放大器的輸出端和駐車制動信號分別接到單片機的輸入引腳上，單片機的輸出端鏈接有由單片機控制的發(fā)聲裝置。此技術(shù)方案也只能實現(xiàn)提醒拉手剎的作用，對于手剎是否到位無法做出提示，新人會誤以為車輛已處于正常停車狀態(tài)，形成安全隱患。 2國外研究現(xiàn)狀 韓國現(xiàn)代汽車對于機械控制電子化的運用已經(jīng)越來越廣泛，從基本電子方向助力到復(fù)雜主動轉(zhuǎn)向比例控制這些以往都是采用液壓以及機械控制為主的部分，也逐漸向電子化控制靠攏，駕駛者能通過直接機械連接來自主控制的部分已經(jīng)越來越少了，就連操控發(fā)燒友至愛的手剎也逐漸地傾向于電子化控制。 市面上常見的擁有電子手剎功能的車型也是大家常見的幾款車型,如德國大眾的邁騰、途觀、帕薩特、奧迪A4、A6以及美國別克-新君威、法國的雪鐵龍大C4畢加索、瑞典沃爾沃S60等等。電子手剎的使用方法也是大同小異,都是通過一個按鍵來啟動\關(guān)閉手剎功能。啟動電子手剎可以在車輛任何狀況下進行啟動,即使在行進過程中誤按,由于油門還處在工作位置所以電子手剎功能也會立即關(guān)閉;如果在緊急剎車過程中按下,大部分電子手剎系統(tǒng)都會額外提供更強的制動力來輔助,部分車型更具有電子制動力分布以及限速制停的功能。 3、研究課題的主要內(nèi)容 對于最常見的機械手剎來說，首先要注意不能每次駐車時都狠狠地拉起來，特別不能拉到頭，因為金屬過度拉伸或者是長時間保持拉伸都會加快形變，導(dǎo)致加速手剎拉線的制動衰退。 在冬季的冰雪天氣行駛時，擋泥板內(nèi)側(cè)會淤積很多積雪，這些積雪可能會覆蓋到手剎拉線上，將其凍住，再次啟動時就很可能因為手剎無法釋放而不能行駛。 手剎棘爪復(fù)位不良問題[3] 。手剎總成出現(xiàn)棘爪卡死、不能復(fù)位現(xiàn)象。棘爪通過棘爪鉚釘鉚接在操縱臂“U”型槽內(nèi)部，分析故障件發(fā)現(xiàn)在“U”槽內(nèi)棘爪與操縱臂之間無間隙，實測間隙為0mm，用塞尺測棘爪鉚釘大端與操縱臂外部間隙為0.2mm，即棘爪被卡死在操縱臂“U”槽內(nèi)不能轉(zhuǎn)動。棘爪通過棘爪鉚釘裝配到操縱臂孔中，當(dāng)操縱臂U槽壁上的兩個棘爪鉚釘裝配孔同軸度不合格時，棘爪鉚釘端面與操縱臂貼合不好，從而造成間隙。而手剎在制動力的作用下，棘爪鉚釘發(fā)生旋轉(zhuǎn)，擠壓操縱臂“U”槽開口，慢慢將操縱臂與棘爪內(nèi)部間隙轉(zhuǎn)到外部，當(dāng)操縱臂與棘爪處無間隙時，棘爪則容易被卡死在操縱臂內(nèi)，不能復(fù)位。 本課題的主要任務(wù)是設(shè)計一款合適的手剎自動到位檢測裝置，確保剎車卡鉗不會出現(xiàn)只接觸到輪轂而沒實際作用摩擦力的“虛剎”現(xiàn)象，同時保證在確保剎車卡鉗在行駛過程中確實離開輪轂，避免出現(xiàn)不必要的磨損，延遲剎車片的壽命。本課題另一任務(wù)是設(shè)計一種手剎助力裝置，幫助手剎解決容易變形、壽命短、操作困難等問題，實現(xiàn)手剎操作更簡易、省力化。 4、系統(tǒng)的功能分析 按照設(shè)計要求，手剎自動到位檢測裝置及手剎助力裝置可以分為以下幾個基本功能模塊：手剎到位檢測模塊、傳感器模塊、手剎助力裝置模塊、軟件設(shè)計。 有些模塊的功能是由硬件或機械完成，有些模塊的功能由軟、硬件配合完成，有些模塊則是由軟件、硬件、機械三部分共同完成。 將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個模塊所要完成的功能分別去設(shè)計，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)計本系統(tǒng)，這將使設(shè)計工作細化，也有助于制定進度安排[4] 。 系統(tǒng)原理框圖如圖2所示： 主控單片機 “手剎拉緊”按鍵 “手剎松放”按鍵 步進電機 顯示燈提示 紅外位置檢測模塊 壓力傳感器 圖2 系統(tǒng)原理框圖 Fig.2 System principle block diagram 蜂鳴器提示 制動活塞 5、方案論證 1）檢測原理及電路的設(shè)計 5.1.1 手剎拉緊到位檢測功能的設(shè)計 當(dāng)手剎拉上時，剎車卡鉗夾住輪轂將會產(chǎn)生一定應(yīng)力，采用測力傳感器來控制監(jiān)測手剎是否拉緊，保證了只有手剎完全到位鎖住剎盤的情況才會發(fā)出提示，這樣就大大降低了剎車狀態(tài)誤導(dǎo)駕駛員而發(fā)生意外情況的可能性。應(yīng)力傳感器將信號傳輸至主控制器，并由單片機輸出控制信號點亮汽車顯示燈“紅燈（駐停）”，同時發(fā)出“嘀嘀”短程提示聲，提示剎車已拉上。電路原理圖如圖4所示。 5.1.2 手剎松放到位檢測功能的設(shè)計 相對于手剎到位檢測設(shè)計，手剎松放時也需要到位檢測裝置，以保證圖4 手剎拉緊到位檢測電路圖 Fig.4 Detection of hand brake tense in position circuit diagram 手剎功能的完善，對車主能夠直觀了解手剎是否已放松及是否可以行車有重要提示功能。 圖5 紅外對管檢測電路 Fig 5 Infrared to tube detection circuit 如圖5所示，在紅外發(fā)射管和接收管之間無遮擋時，電壓比較器輸出低電平；當(dāng)之間有遮擋時，電壓比較器輸出高電平。當(dāng)制動活塞頂出時，活塞正好能遮擋住紅外對管，此時電壓比較器輸出一個高電平；當(dāng)制動活塞收回到指定位置時，輸出低電平，單片機接收到由高電平轉(zhuǎn)低電平的信號，便發(fā)出指令電機剎停，并且點亮“綠燈（行駛）”。 2）手剎助力裝置設(shè)計 手剎助力裝置機械結(jié)構(gòu)主要由電機、傳動皮帶、減速機構(gòu)、心軸螺桿（內(nèi)含壓力傳感器）、制動活塞幾個部分組成。 其中電機提供轉(zhuǎn)動力矩，通過傳動皮帶和減速機構(gòu)作用在心軸螺桿上，推動制動活塞伸出，剎車盤抵住制動盤從而提供制動力，其中心軸螺桿內(nèi)含有壓力傳感器。 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖如下： 圖10 手剎助力裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.10 Hand brake booster device structure diagram 拉動手剎駐停功能：當(dāng)撥動手剎按鍵至“手剎拉緊”位置時，控制中心輸出信號控制電機正向轉(zhuǎn)動，通過減速機構(gòu)和傳動機構(gòu)驅(qū)動心軸螺桿推出制動活塞，活塞抵住制動盤進行制動鎖死，當(dāng)剎車盤制動力達到一定值時，壓力傳感器反饋信號回控制中心，控制中心發(fā)出指令停止電機制動，制動完成。 放松手剎行走功能：當(dāng)撥動手剎按鍵至“手剎松放”位置時，控制中心輸出信號控制電機反向轉(zhuǎn)動，通過減速機構(gòu)和傳動機構(gòu)驅(qū)動心軸螺桿收回制動活塞，但活塞收回一段距離后，紅外位置傳感器檢測到信號反饋回控制中心，控制中心發(fā)出指令停止電機制動，手剎松放動作完成。 5.2.1 電機的選型 選擇電機需要進行以下計算： （1）計算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計算如下: i=(φ*S)/(360*Δ) (1) 式中φ---步進電機的步距角（o/脈沖），取1.8° S---絲桿螺距（mm)，取15mm Δ---(mm/脈沖） （2）計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （2） 式中Jt---折算至電機軸上的慣量(Kg·cm·s2) J1、J2 ---齒輪慣量(Kg·cm·s2) Js ----絲桿慣量(Kg·cm·s2) W---工作臺重量（N） S---絲桿螺距（cm） （3）計算電機輸出的總力矩M M=Ma+Mf （3） Ma=（Jm+Jt)*n/T×1.02×102 （4） 式中Ma---電機啟動加速力矩（N·m) Jm、Jt---電機自身慣量與負載慣量(Kg·cm·s2) n---電機所需達到的轉(zhuǎn)速（r/min） T---電機升速時間（s） Mf=(u*W*s)/(2π*ηi)×102 （5） Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機的轉(zhuǎn)矩（N·m) u---摩擦系數(shù)，取0.05 η---傳遞效率 （4）負載起動頻率估算。負載參數(shù)無法精確確定,則可按下式進行估算 fq=1/2fq0 （6） 式中fq---帶載起動頻率（Hz） fq0---空載起動頻率 （5）負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式（5）和式（6）計算， 電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 ～0.4)Mmax. 最后通過數(shù)據(jù)計算暫時選擇相電流:6A；轉(zhuǎn)矩8 N*m；轉(zhuǎn)動慣量：9700 g*cm2；步距角為0.9/1.8°的110BYG250B-0602步進電機，其減速比為19:1. 6、研究條件和可能存在的問題研究條件 在本次研究中，主要通過網(wǎng)絡(luò)查詢、監(jiān)測站實地調(diào)查、圖書館查閱、實訓(xùn)室參觀等幾種方式來收集信息。 可能存在以下的問題： 1） 目前對國外在這方面的研究了解得還不夠全面； 2） 由于汽車手剎的檢測及助力裝置設(shè)計范圍較廣，數(shù)據(jù)庫設(shè)計表時可能會存在項目不全。 3） 在改進過程中，由于自己的水平有限，可能存在諸多問題。 擬解決的主要問題和預(yù)期結(jié)果 （a）對汽車手剎到位檢測系統(tǒng)即手剎助力系統(tǒng)進行改裝 ; （b）提高手剎到位檢測系統(tǒng)的精確性及手剎助力系統(tǒng)的安全可靠性。 論證結(jié)果 本設(shè)計基本完成了題目要求的各項功能，包括解決現(xiàn)有技術(shù)中存在手剎是否到位無法做出提示，新人會誤以為車輛已處于正常停車狀態(tài)，形成安全隱患的問題；提供一種能夠?qū)κ謩x自動到位檢測裝置，以及設(shè)計一種手剎助力裝置輔助手剎操作，提高手剎操作效率，使手剎操作更方便。 參考文獻 [1] 趙娟.手剎操縱機構(gòu)大總成失效與溜車現(xiàn)象探析[J].企業(yè)科技與發(fā)展.2010:51-53； [2] 黃俊平.機動車坡道駐車制動效能檢驗的現(xiàn)狀與探新[J].價值工程.2011:52-54； [3] 吳長英.汽車手剎的日常使用與維護技術(shù)要點探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2013； [4] 馮繼超, 黃建平, 張艷麗.汽車手剎拉鎖效率測試裝置的設(shè)計[J]. 機電工程技術(shù).2008(37):53-56； [5] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1998：348-352； 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