獨(dú)立式EPB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析

1、    獨(dú)立式epb結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析    卞榮花陳新宋高翔宋新強(qiáng)摘 要：本文通過(guò)計(jì)算汽車(chē)在不同坡度上駐車(chē)時(shí)所需要駐車(chē)力的大小，設(shè)計(jì)獨(dú)立式epb結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)獨(dú)立式epb結(jié)構(gòu)中主要部件螺栓和卡鉗嵌體的受力仿真分析，驗(yàn)證整個(gè)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力位置及所選用的材料滿足設(shè)計(jì)要求，總結(jié)出獨(dú)立式epb卡鉗鉗體可以進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，適應(yīng)現(xiàn)今汽車(chē)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：獨(dú)立式epb 卡鉗強(qiáng)度 仿真分析independent epb structure design and simulation analysisbian ronghua chen xin song gaoxi

2、ang song xinqiangabstract：in this paper， the independent epb structure is designed by calculating the parking force required when the car is parked on different slopes， and the force simulation analysis of the main components of the independent epb structure and the caliper inlay are verified to ver

3、ify the maximum stress position of the structure and the selected materials meeting the design requirements. it is concluded that the independent epb caliper body can be lightweight design to adapt to the current development trend of automobile lightweight.key words：independent epb， caliper strength

4、 simulation analysis1 引言隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展和人民對(duì)于汽車(chē)要求的提升，傳統(tǒng)手剎逐漸被電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)（electrical park bake 簡(jiǎn)稱epb）所取代，epb分為三種，分別是拉索式epb、集成式epb和獨(dú)立式epb。拉索式epb就是傳統(tǒng)手剎的簡(jiǎn)單替代，手柄改成電子開(kāi)關(guān)，電機(jī)代替人施加作用力，已經(jīng)逐漸淘汰。常見(jiàn)的epb為集成式epb系統(tǒng)，是指將行車(chē)過(guò)程中的臨時(shí)制動(dòng)和停車(chē)后的長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)功能融合在一起。epb這類(lèi)由電子控制方式實(shí)現(xiàn)手剎制動(dòng)的技術(shù)，其工作原理與機(jī)械式手剎相同， 均是通過(guò)剎車(chē)盤(pán)與卡鉗式手剎之間的摩擦力達(dá)到控制手剎制動(dòng)，只不過(guò)控制方式從原先的機(jī)械式手剎拉桿

5、變成了電子按鈕，使力裝置從原來(lái)的人力改成電機(jī)力，而且功能也新增自動(dòng)駐車(chē)，主動(dòng)釋放，集成了防盜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)字芯片防盜功能。隨著車(chē)輛向高端化的發(fā)展，制動(dòng)器采用固定式卡鉗越來(lái)越多，為此獨(dú)立式epb系統(tǒng)也隨之應(yīng)用越來(lái)越廣。2 獨(dú)立式epb結(jié)構(gòu)受力計(jì)算（1）整車(chē)參數(shù)（2）駐車(chē)受力分析車(chē)輛靜止在坡道上，根據(jù)車(chē)輛的參數(shù)和駐車(chē)制動(dòng)器的參數(shù)，以及路面和輪胎的摩擦系數(shù)，對(duì)其進(jìn)行極限駐車(chē)能力計(jì)算。車(chē)輪上坡受力分析，如圖1。圖1中，車(chē)輛上坡時(shí)質(zhì)心距離為lf、lr，原水平時(shí)的的距離為lf、lr，質(zhì)心高度為h，車(chē)輪半徑r，h=h-r是水平時(shí)車(chē)輛軸上質(zhì)心高度，由圖可以看出，水平路面和坡道路面兩種狀態(tài)下質(zhì)心距離變化的幾

6、何關(guān)系，紅色粗線表示質(zhì)心的水平投影位移。lf=lf×cos+h×sinlr=lr×cos-h×sin根據(jù)上述公式，推導(dǎo)出上坡時(shí)的駐車(chē)公式如下：tan=上坡時(shí)駐坡的極限角度：=tan-1代入車(chē)輛參數(shù)得：空載：=0.751411滿載：=0.750105后輪附著力：fr=×m×g×（lf×cos+h×sin）空載：fr=6051.172n滿載：fr=6641.296n同理計(jì)算出下坡時(shí)后輪附著力分別為：空載：fr=4050.702n滿載：fr=4389.554n（3）epb電機(jī)力與卡鉗夾緊力計(jì)算取上坡及下坡，滿載

7、空載的不同狀態(tài)下的后輪附著力的最大值作為epb所需產(chǎn)生的最小附著力，計(jì)算epb電機(jī)的輸出力為：fepb=fepb=10869.23n卡鉗的夾緊力：fcaliper=fepb=10869.23n接下來(lái)以卡鉗的夾緊力作為支架的輸入力進(jìn)行epb卡鉗鉗體受力分析。3 獨(dú)立式epb卡鉗鉗體分析先借助于catia的強(qiáng)大功能設(shè)計(jì)本次獨(dú)立式epb制動(dòng)器總成，然后導(dǎo)入至abaqus軟件進(jìn)行分析優(yōu)化，得出符合強(qiáng)度要求的獨(dú)立式epb制動(dòng)器。（1）獨(dú)立式epb制動(dòng)器總成設(shè)計(jì)借助于catia軟件進(jìn)行本次獨(dú)立式epb制動(dòng)器總成的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)的獨(dú)立式epb制動(dòng)器總成中卡鉗鉗體進(jìn)行了輕量化及通用化設(shè)計(jì)，而卡鉗鉗體

8、為獨(dú)立式epb支架中左右側(cè)夾緊力的傳遞部件，因此作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)進(jìn)行分析。獨(dú)立式epb制動(dòng)器總成除掉電機(jī)部分，機(jī)械部分的靜強(qiáng)度分析對(duì)象即卡鉗鉗體如圖2所示：接下來(lái)需要將圖2的模型導(dǎo)入至abaqus軟件進(jìn)行卡鉗鉗體受力分析。（2）獨(dú)立式epb卡鉗鉗體受力分析本文采用abaqus軟件進(jìn)行卡鉗鉗體受力分析，abaqus是功能強(qiáng)大的有限元分析軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，模擬非常龐大的模型，處理高度非線性問(wèn)題。abaqus不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場(chǎng)的分析，同時(shí)還可以完成系統(tǒng)級(jí)的分析和研究。本次分析主要采用了abaqus靜態(tài)應(yīng)力/位移分析模塊分析功能。設(shè)置螺栓和卡鉗材料屬性，其中螺栓為

9、鍛鋼材料，彈性模量為193mpa，泊松比為0.3;卡鉗為鑄鋁材料，彈性模量為80mpa，泊松比為0.33。在卡鉗和螺栓之間定義接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.48（鋁和低碳鋼的滑動(dòng)摩擦系數(shù)），在螺栓末端和卡鉗座的螺紋處建立綁定約束。設(shè)置卡鉗最大加載力。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，取合理公差最大值作為卡鉗支架強(qiáng)度分析的輸入力，其中1.1的系數(shù)是在摩擦片允許合理的公差范圍內(nèi)最大值，即f=10869.23×1.1=11956n。參數(shù)設(shè)置完畢，進(jìn)行仿真分析后，發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力點(diǎn)在螺栓與卡鉗鉗體的夾緊處，此處s mises平均應(yīng)力為1.214mpa，小于所選用的螺栓的屈服極限193mpa?？ㄣQ鉗體上最大應(yīng)力為0.4

10、5mpa，小于鋁合金的屈服極限70mpa，從剖視圖4上看出，支架的承載力矩主要由螺栓來(lái)承受，因而鋁合金卡鉗鉗體仍可以減輕較多重量。如圖5可以看出，卡鉗最大變形量發(fā)生在卡鉗底部為2.8e-01mm即0.28mm，符合最大變形量為0.3mm的設(shè)計(jì)要求。4 結(jié)論通過(guò)研究仿真運(yùn)行的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)整個(gè)獨(dú)立式epb卡鉗鉗體的最大應(yīng)力發(fā)生在螺栓與卡鉗鉗體的夾緊處，螺栓的屈服極限遠(yuǎn)大于最大應(yīng)力;鉗體采用的鋁合金最大屈服極限也是遠(yuǎn)大于卡鉗鉗體的最大應(yīng)力;同時(shí)，卡鉗的最大變形量也是小于設(shè)計(jì)要求，綜上三個(gè)方面都是完全符合設(shè)計(jì)要求的。獨(dú)立式epb機(jī)構(gòu)的承載力矩主要由螺栓來(lái)承擔(dān)，所以獨(dú)立式epb卡鉗鉗體還可以更輕量化，滿足現(xiàn)在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的要求?；痦?xiàng)目：江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202013114006y）參考文獻(xiàn)：1閔慶付，阮文龍.汽車(chē)電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)（epb）駐車(chē)力研究j.傳動(dòng)技術(shù).2019（33）：2530