基本信息
- 项目名称：
- 基于GMM的H型汽车线控制动系统设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 基于超磁致伸缩材料（简称GMM）磁致伸缩系数高、输出应力大、响应速度快等特性，开发出以GMM棒为驱动源的H型汽车线控制动系统。该系统采用H型柔顺机构、传动效率高、加工制造工艺简单和维修保养方便；设计的柔性铰链具有无摩擦、无间隙、无磨损、免于润滑，稳定性好，运动精度高和使用寿命长等优点。该作品是国内第一个将GMM材料应用于汽车制动系统的创新探索，为线控制动系统的设计提供了新的思路。
- 详细介绍：
- 本作品研究超磁致伸缩材料（Giant Magneto-strictive Material，简称GMM）在汽车线控制动系统（Brake-By-Wire,简称BBW）中的应用，对驱动源磁路、执行机构及电控单元进行设计与优化，制作出基于GMM的H型汽车线控制动系统实物样机，并进行试验测试。根据电控单元发出的决策指令，控制驱动源电压大小, 改变驱动源磁场强度,使得GMM棒产生不同的磁致伸缩位移及力输出；利用执行机构(H型柔顺机构)放大位移后直接驱动刹车片做近似直线位移运动，达到制动效果。H型柔顺机构的柔性铰链，具有加工制造简单、无间隙和摩擦、免于润滑和磨损、稳定性好、提高运动精度和使用寿命等优点。最后,对本作品研究的线控制动系统的优缺点进行总结，给出本作品的推广前景及工作展望。本作品采用理论分析和台架试验相结合的研究方法进行，以设计出具有实用意义上的线控制动系统为目标，在实现汽车制动性能的同时，满足汽车制动系统未来发展要求。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、设计发明目的 制动系统的功能是实现汽车减速或在最短距离内停车，以保证行车的主动安全性。现有的制动系统存在结构复杂、传动效率相对较低、响应时间相对较长等不足。为满足人们对汽车主动安全性、轻量化、环保、制造成本低及保养方便等要求，开发出基于GMM的H型汽车线控制动系统。 二、基本思路 基于GMM棒磁致伸缩系数高、磁致伸缩变形线性范围大、输出应力大、响应时间达到微秒级等特性，设计出基于GMM的H型线控制动系统。该系统主要由传感器、电子控制单元（ECU）、GMM制动执行机构、电源等组成。采用线传电控技术，利用传感器采集信号传递给电控单元，电控单元经过分析计算发出指令控制电流大小，改变GMM棒磁致伸缩位移量和力的大小，达到制动效果。 三、创新点 1、制动器结构简单：采用H型柔顺机构，传动效率高，加工制造工艺简单，维修保养方便；设计的柔性铰链具有无摩擦、无间隙、无磨损、免于润滑，稳定性好，运动精度高和使用寿命长等优点。 2、驱动源采用新型材料：GMM棒磁致伸缩线性变形范围大，输出应力大，响应时间达到微秒级，稳定性好、可靠性高，耐高温。 四、技术关键 1、H型柔顺机构设计； 2、驱动源磁路设计； 3、电控单元设计。 五、主要技术指标 制 动 力：0～2000N 位移行程：0～280μm 精 度：0.1mm 驱动电流：0～4A
科学性、先进性
- 传统液压制动系统油路传输管路长，阀类元件多，存在着运动惯量和间隙，控制指令从发出到执行会有一定的延迟。与传统制动系统不同，线控制动系统以电子元件代替部分机械元件，省去真空助力装置、制动主缸、油路管道等结构，使车辆结构发生根本简化，腾出大量空间，并简化了维护工作，安装测试更简单快捷，消除了液压回路渗透，使得汽车更为环保。通过电控单元控制制动执行机构，实现全电控制，减少响应时间，提高了汽车主动安全性。 本作品研发的线控制动系统采用H型柔顺机构，具有加工制造简单、无间隙和摩擦、免于润滑和磨损、稳定性好、提高运动精度和使用寿命等优点。而Contnental Teves 第三代EMB样机由电机、减速机构、运动转换机构等组成。传动机构显著增加了执行机构的复杂程度和装配成本，同时，由于运动转换机构、减速机构的存在，增加了制动系统的响应时间，降低了传动效率。综上所述，本作品与现有制动系统相比综合性能更优。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月27~29日，第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛**赛区决赛 科技发明B类一等奖 2011年4月28日，第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校级竞赛技发明类二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 完全转让、部分转让、企业合作等皆可
作品可展示的形式
- 实物样机，现场演示，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：由于本作品尚处于实验室阶段，我们采用了台架试验台对线控制动系统进行操作与演示。技术特点和优势有： 1、执行机构采用H型结构，结构简单，易于加工。 2、制动响应时间达到微秒级，提高了制动性能，缩短了制动距离。 作品适应范围：可以应用于汽车、矿山机械、工程机械、航空等领域。 推广前景： 基于GMM的H型线控制动系统的优越性，可广泛应用于矿井提升机制动、电梯制动、机械设备制动、汽车制动等领域。 市场分析： 1、现代汽车制动控制技术正朝着电子控制方向发展。线控制动控制因其巨大的优越性，将取代以液压为主的传统制动控制系统。 2、制动系统的现状目前汽车大多采用ABS制动系统，由于电子技术及计算机控制技术的飞速发展，给线控制动系统设计提供技术支撑。 经济效益预测：按2010年全国汽车总产销量10%计算（1826.47*10%=182.647万）：1820*182.647*10000=3.32（亿元） 若实现批量生产，所带来的经济效益将无法估量。
同类课题研究水平概述
- 线控技术应用于航空工业中已有多年，在汽车工业领域中应用的时间却很短，但近几年有了很大的发展，特别是美国和德国。线控制动技术已成为国内外企业和研究机构的研究热点。从20世纪90年代开始，一些著名的汽车电子零部件厂商陆续进行了与EMB相关的研究，Bosch、Siemens和Continental Teves等3家公司都正在研究中。Continental Teves公司已经有了比较成型的试验品，推出了几代电子机械式制动执行器样机。TRW也在进行线控制动控制系统的研究。目前EMB系统仍在试验阶段，并无批量装车的产品进入市场，只是在概念车上应用，如2002AcuraDn—X概念车。此外，德尔福公司还提出了混合线控制动系统(Hybrid Brake．by-wire)，即混合电制动系统，是用后轮电动制动钳来代替传统后轮液压制动钳，兼有驻车制动功能。传统的液压制动钳，真空助力器仍应用于前轮制动。这种混合型制动系统使车载的制动防抱死系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)、车辆稳定控制系统(ESP)能更好发挥作用。用嵌入式微处理器控制“智能型”后轮电制动钳，为后轮制动提供快速而平顺的操作和“容错控制”性能。但相对于真正的线控制动系统，结构较复杂，没有消除传统液压制动系统的不足，是传统制动系统到线控制动系统的过渡。奔驰公司新推出的SL500，是世界上第一辆采用线控制动技术的量产车，SL500的线控制动技术是采用由博世公司提供的电子液压式制动系统EHB，博世将其称之为电子感应控制制动系统(Sensotronic Brake Cotr01)，简称SBC。该系统最早由博世公司提出，是世界上第一套完全线控的制动系统，最新的Maybach62也装备了SBC系统。 国内只有部分高校进行了电子机械制动系统的研究，均处于初步阶段。清华大学研制开发出一种连杆式电子机械制动装置。同济大学对EMB系统的理论进行了研究，并制作了一个EMB系统的原理样机。南京航空航天大学对电子机械制动执行机构的设计、数学建模、动力学分析做了研究。国内还有其它高校做出相关理论研究，在此不一一举例。
