電動(dòng)自行車液壓點(diǎn)剎制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嚴(yán)崢源 周忠友

摘要：制動(dòng)系統(tǒng)作為車輛最重要的安全裝置，制動(dòng)性能直接關(guān)系到交通安全，制動(dòng)距離過長(zhǎng)和制動(dòng)時(shí)側(cè)滑是發(fā)生交通事故的主要原因，縮短制動(dòng)距離和避免制動(dòng)側(cè)滑是對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)提出的要求，采用液壓、電子控制等手段，利用霍爾傳感器、電磁鐵、晶體振蕩器、制動(dòng)油缸等零部件設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車液壓點(diǎn)剎制動(dòng)系統(tǒng)，確?；坡试谳^低范圍，有效縮短制動(dòng)距離、防止制動(dòng)側(cè)滑，提高電動(dòng)自行車等車輛的行車安全。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車 液壓制動(dòng) 制動(dòng)系統(tǒng)

一、前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人們收入的不斷提高，電動(dòng)自行車不僅比較環(huán)保，在道路上行駛所占的空間也相對(duì)較小，除此之外，電動(dòng)車由于不用人力，又有一定的速度，對(duì)改善一些中低收入或者說買不起、不愿買小轎車的人出行有很大幫助。在城市中，電動(dòng)自行車的普及十分廣泛，成為上下班工人、學(xué)生的主要代步工具。

電動(dòng)自行車和摩托車等交通工具，與地面接觸面積小，制動(dòng)時(shí)摩擦面積小，制動(dòng)力不足，且重心較高，制動(dòng)穩(wěn)定性差，是導(dǎo)致騎乘人員受到人身傷害的一個(gè)重要因素。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，浙江省交通事故總數(shù)中，有電動(dòng)車參與的事故占了30%以上，主要是因?yàn)殡妱?dòng)車速度快、無防護(hù)，配套的安全裝置比如制動(dòng)系統(tǒng)效果不理想，提高電動(dòng)車制動(dòng)系統(tǒng)的性能已經(jīng)迫在眉睫了。

二、制動(dòng)性能與滑移率

車輛的制動(dòng)過程是從車輪滾動(dòng)到抱死拖滑的一個(gè)漸變過程，隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，車輪的滾動(dòng)成分越來越少，而滑動(dòng)成分越來越多，一般用滑移率S來表示制動(dòng)過程中滑動(dòng)成分的變化[1]。

S=（uw-rr0ωw）/ uw

S為滑移率，uw為車速，rr0為車輪的運(yùn)動(dòng)半徑，ωw為車輪運(yùn)動(dòng)的角速度。

在純滾動(dòng)時(shí)，uw= rr0ωw，滑移率S=0；在純滑動(dòng)時(shí)，ωw =0，滑移率S=1；邊滑邊滾時(shí)，0﹤S﹤1。所以，滑移率清晰地表明了車輛制動(dòng)過程中，車輪的狀態(tài)，滑移率越大，滑動(dòng)成分越大。

如圖1所示為車輛制動(dòng)過程中，不考慮側(cè)向力影響下的制動(dòng)力系數(shù)曲線，可以看到，制動(dòng)力系數(shù)的最大值，即峰值附著系數(shù)，出現(xiàn)在滑移率S=10%—20%處。

實(shí)際制動(dòng)過程中，車輪常常受到側(cè)向力而發(fā)生側(cè)偏或側(cè)滑現(xiàn)象。如圖2所示為制動(dòng)力系數(shù)、側(cè)向力系數(shù)與滑移率之間的關(guān)系曲線。曲線表明，滑移率越低，側(cè)向力系數(shù)越大，也就是說，車輪保持轉(zhuǎn)向、防止側(cè)滑的能力越大。所以，制動(dòng)時(shí)若能使滑移率保持在較低值（S=10%—20%），便可以獲得較大的制動(dòng)力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)。這樣，制動(dòng)性能最好，側(cè)向穩(wěn)定性也較好。

目前一般電動(dòng)自行車配備的制動(dòng)系統(tǒng)都很難達(dá)到這一要求。因此，有必要對(duì)電動(dòng)自行車的制動(dòng)系統(tǒng)展開研究，設(shè)計(jì)具有較低滑移率的液壓點(diǎn)剎制動(dòng)系統(tǒng)。

三、液壓點(diǎn)剎制動(dòng)系統(tǒng)

液壓點(diǎn)剎制動(dòng)系統(tǒng)是在現(xiàn)有機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了液壓油缸、觸發(fā)裝置、電磁鐵等零部件，依托液壓原理和電子控制技術(shù)設(shè)計(jì)而成的[2]。

該液壓剎車系統(tǒng)，包括制動(dòng)盤、制動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括制動(dòng)鉗體、摩擦片、制動(dòng)油缸、電磁鐵和觸發(fā)裝置）以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括拉索、驅(qū)動(dòng)搖臂和壓力油缸）。

制動(dòng)時(shí)，12-拉索拉動(dòng)11-驅(qū)動(dòng)搖臂繞搖臂軸擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)搖臂下端抵在8-壓力油缸的10-壓力活塞上，克服9-彈簧的彈力，驅(qū)動(dòng)油液流入制動(dòng)油缸，在制動(dòng)油液的推動(dòng)下，14-摩擦片夾緊1-制動(dòng)盤，制動(dòng)盤停止旋轉(zhuǎn)，即車輪停止?jié)L動(dòng)，進(jìn)入拖滑階段。

為使滑移率保持在較低值范圍內(nèi)，應(yīng)該盡量避免拖滑，觸發(fā)裝置將扮演重要角色，觸發(fā)裝置包括霍爾傳感器、光柵、計(jì)數(shù)器、晶體振蕩器。

車輛正常行駛時(shí)，制動(dòng)盤隨車輪旋轉(zhuǎn)，制動(dòng)盤上的光柵可間斷地切斷磁回路，霍爾傳感器感應(yīng)到磁回路的變化，從而使霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，傳到計(jì)數(shù)器兩個(gè)脈沖信號(hào)間隔在設(shè)定值以內(nèi)的，計(jì)數(shù)器在晶振的作用下重新開始計(jì)算，當(dāng)兩個(gè)脈沖信號(hào)間隔超過設(shè)定值（制動(dòng)盤和車輪處于抱死拖滑狀態(tài)時(shí)），計(jì)數(shù)器就使繼電器的電磁線圈通電，產(chǎn)生磁性，吸合開關(guān)，使電磁鐵電路通電，電磁鐵將制動(dòng)活塞往后吸引，使得摩擦片松開制動(dòng)盤，輪胎在車輛的慣性下繼續(xù)滾動(dòng)，觸發(fā)裝置檢測(cè)到制動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)從而發(fā)出信號(hào)切斷電磁鐵電路，制動(dòng)盤重新抱死……，如此往復(fù)，直到車輛停止。

即通過一次拉拉索制動(dòng)，完成多次重復(fù)的夾緊放松再夾緊再放松，從而縮短制動(dòng)距離，在降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的前提下，提高行車安全性。

該液壓點(diǎn)剎制動(dòng)系統(tǒng)配備在電瓶車、摩托車以及速度較快的自行車上時(shí)可有效縮短制動(dòng)距離，防止剎車時(shí)的甩尾現(xiàn)象，提高駕乘人員的安全性。

四、結(jié)語

為了提高電動(dòng)自行車的制動(dòng)性能，研究設(shè)計(jì)了電動(dòng)自行車液壓點(diǎn)剎制動(dòng)系統(tǒng)，確保制動(dòng)過程中滑移率控制在較低的范圍內(nèi)，可以有效的縮短制動(dòng)距離，避免制動(dòng)側(cè)滑，提高電動(dòng)自行車駕乘人員的安全性，降低由于電動(dòng)自行車制動(dòng)性能不良導(dǎo)致的交通事故的比例。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余志生.汽車?yán)碚揫M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009

[2] 嚴(yán)崢源、周忠友. 一種液壓剎車系統(tǒng)（ZL201410034225.9）.中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局.2016.

作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)崢源（1995--），男，浙江杭州人，湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院學(xué)生。周忠友，（1982--），男，黑龍江鶴崗人，湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院講師，主要從事汽車使用與維護(hù)。