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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于GMM的H型汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 基于超磁致伸縮材料（簡稱GMM）磁致伸縮系數(shù)高、輸出應(yīng)力大、響應(yīng)速度快等特性，開發(fā)出以GMM棒為驅(qū)動(dòng)源的H型汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用H型柔順機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)效率高、加工制造工藝簡單和維修保養(yǎng)方便；設(shè)計(jì)的柔性鉸鏈具有無摩擦、無間隙、無磨損、免于潤滑，穩(wěn)定性好，運(yùn)動(dòng)精度高和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。該作品是國內(nèi)第一個(gè)將GMM材料應(yīng)用于汽車制動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新探索，為線控制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品研究超磁致伸縮材料（Giant Magneto-strictive Material，簡稱GMM）在汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)（Brake-By-Wire,簡稱BBW）中的應(yīng)用，對(duì)驅(qū)動(dòng)源磁路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及電控單元進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，制作出基于GMM的H型汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)物樣機(jī)，并進(jìn)行試驗(yàn)測試。根據(jù)電控單元發(fā)出的決策指令，控制驅(qū)動(dòng)源電壓大小, 改變驅(qū)動(dòng)源磁場強(qiáng)度,使得GMM棒產(chǎn)生不同的磁致伸縮位移及力輸出；利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)(H型柔順機(jī)構(gòu))放大位移后直接驅(qū)動(dòng)剎車片做近似直線位移運(yùn)動(dòng)，達(dá)到制動(dòng)效果。H型柔順機(jī)構(gòu)的柔性鉸鏈，具有加工制造簡單、無間隙和摩擦、免于潤滑和磨損、穩(wěn)定性好、提高運(yùn)動(dòng)精度和使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。最后,對(duì)本作品研究的線控制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，給出本作品的推廣前景及工作展望。本作品采用理論分析和臺(tái)架試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法進(jìn)行，以設(shè)計(jì)出具有實(shí)用意義上的線控制動(dòng)系統(tǒng)為目標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)性能的同時(shí)，滿足汽車制動(dòng)系統(tǒng)未來發(fā)展要求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、設(shè)計(jì)發(fā)明目的 制動(dòng)系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)汽車減速或在最短距離內(nèi)停車，以保證行車的主動(dòng)安全性。現(xiàn)有的制動(dòng)系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率相對(duì)較低、響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長等不足。為滿足人們對(duì)汽車主動(dòng)安全性、輕量化、環(huán)保、制造成本低及保養(yǎng)方便等要求，開發(fā)出基于GMM的H型汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)。 二、基本思路 基于GMM棒磁致伸縮系數(shù)高、磁致伸縮變形線性范圍大、輸出應(yīng)力大、響應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)等特性，設(shè)計(jì)出基于GMM的H型線控制動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元（ECU）、GMM制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源等組成。采用線傳電控技術(shù)，利用傳感器采集信號(hào)傳遞給電控單元，電控單元經(jīng)過分析計(jì)算發(fā)出指令控制電流大小，改變GMM棒磁致伸縮位移量和力的大小，達(dá)到制動(dòng)效果。 三、創(chuàng)新點(diǎn) 1、制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單：采用H型柔順機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)效率高，加工制造工藝簡單，維修保養(yǎng)方便；設(shè)計(jì)的柔性鉸鏈具有無摩擦、無間隙、無磨損、免于潤滑，穩(wěn)定性好，運(yùn)動(dòng)精度高和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 2、驅(qū)動(dòng)源采用新型材料：GMM棒磁致伸縮線性變形范圍大，輸出應(yīng)力大，響應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)，穩(wěn)定性好、可靠性高，耐高溫。 四、技術(shù)關(guān)鍵 1、H型柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 2、驅(qū)動(dòng)源磁路設(shè)計(jì)； 3、電控單元設(shè)計(jì)。 五、主要技術(shù)指標(biāo) 制 動(dòng) 力：0～2000N 位移行程：0～280μm 精 度：0.1mm 驅(qū)動(dòng)電流：0～4A
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)油路傳輸管路長，閥類元件多，存在著運(yùn)動(dòng)慣量和間隙，控制指令從發(fā)出到執(zhí)行會(huì)有一定的延遲。與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)不同，線控制動(dòng)系統(tǒng)以電子元件代替部分機(jī)械元件，省去真空助力裝置、制動(dòng)主缸、油路管道等結(jié)構(gòu)，使車輛結(jié)構(gòu)發(fā)生根本簡化，騰出大量空間，并簡化了維護(hù)工作，安裝測試更簡單快捷，消除了液壓回路滲透，使得汽車更為環(huán)保。通過電控單元控制制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全電控制，減少響應(yīng)時(shí)間，提高了汽車主動(dòng)安全性。 本作品研發(fā)的線控制動(dòng)系統(tǒng)采用H型柔順機(jī)構(gòu)，具有加工制造簡單、無間隙和摩擦、免于潤滑和磨損、穩(wěn)定性好、提高運(yùn)動(dòng)精度和使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。而Contnental Teves 第三代EMB樣機(jī)由電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)等組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)顯著增加了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和裝配成本，同時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)的存在，增加了制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，降低了傳動(dòng)效率。綜上所述，本作品與現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)相比綜合性能更優(yōu)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月27~29日，第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽**賽區(qū)決賽 科技發(fā)明B類一等獎(jiǎng) 2011年4月28日，第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽校級(jí)競賽技發(fā)明類二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 完全轉(zhuǎn)讓、部分轉(zhuǎn)讓、企業(yè)合作等皆可
作品可展示的形式
- 實(shí)物樣機(jī)，現(xiàn)場演示，圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：由于本作品尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，我們采用了臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)對(duì)線控制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行操作與演示。技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢有： 1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用H型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。 2、制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)，提高了制動(dòng)性能，縮短了制動(dòng)距離。 作品適應(yīng)范圍：可以應(yīng)用于汽車、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、航空等領(lǐng)域。 推廣前景： 基于GMM的H型線控制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越性，可廣泛應(yīng)用于礦井提升機(jī)制動(dòng)、電梯制動(dòng)、機(jī)械設(shè)備制動(dòng)、汽車制動(dòng)等領(lǐng)域。 市場分析： 1、現(xiàn)代汽車制動(dòng)控制技術(shù)正朝著電子控制方向發(fā)展。線控制動(dòng)控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代以液壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)。 2、制動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前汽車大多采用ABS制動(dòng)系統(tǒng)，由于電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，給線控制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：按2010年全國汽車總產(chǎn)銷量10%計(jì)算（1826.47*10%=182.647萬）：1820*182.647*10000=3.32（億元） 若實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益將無法估量。
同類課題研究水平概述
- 線控技術(shù)應(yīng)用于航空工業(yè)中已有多年，在汽車工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的時(shí)間卻很短，但近幾年有了很大的發(fā)展，特別是美國和德國。線控制動(dòng)技術(shù)已成為國內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。從20世紀(jì)90年代開始，一些著名的汽車電子零部件廠商陸續(xù)進(jìn)行了與EMB相關(guān)的研究，Bosch、Siemens和Continental Teves等3家公司都正在研究中。Continental Teves公司已經(jīng)有了比較成型的試驗(yàn)品，推出了幾代電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器樣機(jī)。TRW也在進(jìn)行線控制動(dòng)控制系統(tǒng)的研究。目前EMB系統(tǒng)仍在試驗(yàn)階段，并無批量裝車的產(chǎn)品進(jìn)入市場，只是在概念車上應(yīng)用，如2002AcuraDn—X概念車。此外，德爾福公司還提出了混合線控制動(dòng)系統(tǒng)(Hybrid Brake．by-wire)，即混合電制動(dòng)系統(tǒng)，是用后輪電動(dòng)制動(dòng)鉗來代替?zhèn)鹘y(tǒng)后輪液壓制動(dòng)鉗，兼有駐車制動(dòng)功能。傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)鉗，真空助力器仍應(yīng)用于前輪制動(dòng)。這種混合型制動(dòng)系統(tǒng)使車載的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)、車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESP)能更好發(fā)揮作用。用嵌入式微處理器控制“智能型”后輪電制動(dòng)鉗，為后輪制動(dòng)提供快速而平順的操作和“容錯(cuò)控制”性能。但相對(duì)于真正的線控制動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，沒有消除傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的不足，是傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)到線控制動(dòng)系統(tǒng)的過渡。奔馳公司新推出的SL500，是世界上第一輛采用線控制動(dòng)技術(shù)的量產(chǎn)車，SL500的線控制動(dòng)技術(shù)是采用由博世公司提供的電子液壓式制動(dòng)系統(tǒng)EHB，博世將其稱之為電子感應(yīng)控制制動(dòng)系統(tǒng)(Sensotronic Brake Cotr01)，簡稱SBC。該系統(tǒng)最早由博世公司提出，是世界上第一套完全線控的制動(dòng)系統(tǒng)，最新的Maybach62也裝備了SBC系統(tǒng)。 國內(nèi)只有部分高校進(jìn)行了電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究，均處于初步階段。清華大學(xué)研制開發(fā)出一種連桿式電子機(jī)械制動(dòng)裝置。同濟(jì)大學(xué)對(duì)EMB系統(tǒng)的理論進(jìn)行了研究，并制作了一個(gè)EMB系統(tǒng)的原理樣機(jī)。南京航空航天大學(xué)對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)分析做了研究。國內(nèi)還有其它高校做出相關(guān)理論研究，在此不一一舉例。
