抵抗货车制动性能热衰退自控冷却装置的研究

摘要

为解决装备鼓式制动器的货车制动性能热衰退而引起的制动失效，本文设计了制动系抗热衰退自控冷却装置。本设计是在传统水冷的基础上，采用PWM调控直流电动水泵的转速来改变泵水量，由AT90S8535单片机根据检测到的摩擦片的温度信号，输出调速脉冲信号，对冷却能力进行调控。该系统不采用汽车动力，克服了传统冷却系统由于采用汽车动力带来的一些弊端，采用直接喷雾冷却制动鼓外表面的方式，改善了冷却效果，提高了冷却效率，减少了水耗，并有效防止因制动器发热引起的制动性能热衰退。本装置改变了传统延时喷水冷却方式，通过温控和PWM调速技术及时的调节冷却水量，提高了制动性能控制的自动化程度，减轻了驾驶员的操作疲劳强度，保证了行车安全。 本文首先从制动性能热衰退机理出发，分析了制动器生热和散热过程的换热平衡问题，得出导致制动性能热衰退的三个因素，并结合ANSYS冷却分析，对生热和散热进行了量化计算，对试验起到了指导作用。针对主要影响因素进行了试验设计，在试验的基础上，着重对电动水泵进行了匹配选型计算、雾化喷头设计和PWM脉冲发生程序的设计；为了提高驾驶的安全性，进行了自动控制设计，电动水泵由单片机根据摩擦片的温度信号控制伺服水泵的泵水量，来自动调节冷却能力，降低了以往人为误操作的概率。本课题还进行了系统设计，主要包括：冷却控制系统整体设计、硬件设计及选型、软件设计。 根据导致热衰退的三个主要因素，进行了试验设计，分别在三种不同的制动起始车速和三种不同负载下实施制动升温试验。利用ANSYS的冷却分析，得出冷却制动鼓外表面的方法是有效可行的，在不同的喷水流量下进行了蒸发冷却模拟试验，并与极大流量冷却进行了对比，得出流量和冷却效果的关系。 试验表明：该冷却装置可有效地对制动鼓进行及时、迅速地冷却，可防止因制动前车速高或车辆超载引起的制动性能热衰退，并且该冷却装置安装方便灵活、水箱体积小、自动化程度高和成本小等优点。将该冷却装置推广运用，将会获得一定的经济、社会效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景

1.1.1制动性能热衰退对交通安全的影响

1.1.2当前鼓式制动器冷却系统存在的问题

1.1.3制动器在使用过程中易出现的不良现象

1.1.4制动器冷却系统的现状

1.1.5目前喷雾冷却技术的应用发展

1.2课题的提出和意义

1.2.1问题的提出

1.2.2研究意义

1.3研究内容及技术要求

1.3.1课题的研究内容

1.3.2汽车鼓式制动器智能冷却系统的要求

1.4系统的整体设计方案

1.4.1系统的整体设计方案

1.4.2系统具体技术路线及实现的功能

2制动性能热衰退机理分析

2.1制动器的失效分析

2.2制动器工作时的升温机理

2.2.1制动器工作时热平衡分析

2.2.2制动过程中摩擦片热量生成机理

2.3制动器生热量的简化分析

3喷水执行机构主要部件的选型与设计

3.1冷却系统散热定量分析

3.1.1散热区域的确定

3.1.2 △T的确定

3.1.3 T0值的合理性分析

3.1.4制动鼓的材料特性

3.1.5冷却量的计算

3.1.6水自然对流冷却过程的ANSYS8.1分析

3.1.7蒸发冷却

3.2直流电动水泵参数确定

3.2.1水泵流量计算

3.2.2电动水泵功率计算

3.3喷头的设计

3.3.1喷头的特性

3.3.2扁平扇形喷嘴

3.3.3参数确定

3.4安全阀

3.5电磁阀的选型

3.6水箱液位信号报警装置

3.7喷水管路布置

4试验与结果分析

4.1制动器在不同转速和负载下的制动升温

4.1.1制动器在不同转速的制动升温

4.1.2增加负载，定速800 r/min

4.1.3冷却试验

4.2试验结果与分析

4.2.1在不同转速下制动鼓升温对比

4.2.2在不同负载下制动鼓升温对比

4.2.3冷却试验数据处理

4.2.4仿真与试验结果的区别

5直流电机PWM调速

5.1直流电动机的驱动原理

5.1.1 H桥电路

5.1.2线性放大器

5.2直流电机的调速原理

5.3 PWM脉宽调制的原理

5.3.1 PWM调速原理

5.3.2直流电动机双极性驱动可逆PWM系统

6系统设计

6.1硬件设计

6.1.1温度传感器的选择

6.1.2微处理器的选择

6.1.3硬件电路设计

6.1.4控制系统接口电路设计

6.2控制系统硬件抗干扰设计

6.2.1时钟电路的抗干扰设计

6.2.2印刷线路板的合理设计

6.3软件设计

6.3.1 软件结构设计

6.3.2子程序设计

6.3.3 PWM脉冲调制程序设计

6.4控制系统软件抗干扰设计

6.4.1 数字滤波技术

6.4.2软件看门狗技术

7结论与展望

7.1课题成果

7.2课题工作量

7.3课题存在的不足

7.4课题展望

7.4.1课题的研究展望

7.4.2冷却控制系统的应用展望

参考文献

附录

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文