基于ADAMS的电动轮制动性能研究

摘 要：针对目前电动轮采用单一摩擦制动器制动造成的噪声、粉尘等问题，提出一种电动轮摩擦-电磁复合制动结构。在机械系统动力学自动分析（ADAMS）软件中搭建了基于电动轮的摩擦-电磁复合制动模型，运用ADAMS对所建立的电动轮模型进行了仿真研究。仿真结果表明：在电动轮中采用摩擦-电磁复合制动，不仅缩短了制动时间、增大了制动力矩，还能缩短制动响应时间，提高电动轮汽车的制动安全性。

关键词：轮毂电机;设计;台架实验

近年来，随着车用电机技术的飞速发展，电动轮汽车日益受到汽车界的重视。由于轮毂空间尺寸的限制，当前电动轮汽车的制动形式普遍采用单一的摩擦制动器，但是摩擦制动器制动时不仅存在制动迟滞性问题，还会造成制动噪声、粉尘等问题，于是本研究提出了一种电动轮摩擦-电磁复合制动结构[1]，能够克服上述摩擦制动的缺点，具有制动响应快、制动性能好、结构紧凑等优点。

1    仿真模型的建立

機械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，ADAMS）软件是美国MDI公司开发的一款动力学仿真软件，能够创建完全参数化的机械系统几何模型，使用交互式图形环境[2]。ADAMS软件中的求解器采用的是拉格朗日方程方法建立系统动力学方程。在ADAMS软件中建立的电动轮摩擦-电磁复合制动结构如图1所示[3]。

2    仿真结果分析

在ADAMS软件中，对所建立的几何模型添加必要的连接副、约束以及驱动，设置电机初始转速为60 r/s，相应的仿真时间为6 s，通过制动力曲线、输出速度曲线，研究摩擦-电磁复合制动模型的制动性能。

2.1  纯摩擦制动时的制动性能

当电动轮采用纯摩擦制动时，仿真结果如图2所示。   图2（a）为制动盘的转速随制动时间的变化曲线。由图2可知，制动盘转速在摩擦制动力的作用下于6 s内降至0。      图2（b）为摩擦制动力随制动时间的变化曲线，摩擦制动力能够达到的最大制动力约为500 N，同时也可以看出，摩擦制动力矩稳定性好，制动力一直稳定在500 N左右。

2.2  电磁制动时的制动性能

当电动轮采用纯电磁制动时，仿真结果如图3所示。图3（a）为制动盘转速随制动时间的变化曲线，从图中可知，当仿真极限时间达到6 s时，制动盘还存在一定的转速，没有完全停止，从这可以看出，电磁制动效果没有摩擦制动效果明显。图3（b）为电磁制动力随制动时间的变化曲线，电磁制动力能够达到的最大制动力约为200 N，电磁制动力与摩擦制动力相比小得多。从图中还可知，随着转速的降低，电磁制动力矩下降得越来越快，导致制动盘的转速下降得越来越缓慢。

2.3  摩擦-电磁复合制动时的制动性能

当电动轮采用摩擦-电磁复合制动时，仿真结果如图4所示。从图4（a）中可以看出，给电动轮加上摩擦-电磁复合制动力矩时，总制动力矩有了较大程度的增加，最大制动力约为700 N，制动时间也在一定程度上缩短了。从图4（b）可以看出，摩擦制动力比较稳定，一直保持在500 N左右，而电磁制动力随着转速的下降而变小，导致总制动力也有一定程度的减少。

3    结语

（1）针对电动轮空间有限、轮毂电机与制动器布置难等问题，提出了一种摩擦-电磁复合制动结构，通过适当调整外转子轮毂电机的结构，把电磁制动器、制动盘和轮毂有效地集成在一起。

（2）在ADAMS软件中对所提出的摩擦-电磁复合制动模型进行了制动性能研究，结果表明，采用摩擦-电磁复合制动，不仅增大了制动力、缩短了制动时间，还能有效缩短制动响应时间，提高制动安全性。

[参考文献]

[1]张瑞军，章雯.基于新型轮毂电机性能研究[J].通讯世界，2018（8）：125-126.

[2]陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例[M].北京：中国水利水电出版社，2017.

[3]张瑞军.轮毂电机驱动技术的研究与进展[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2015（7）：10-18.

基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目青年项目“电动轮摩擦-电磁复合制动装置设计与研究”（GJJ191282）;江西省教育科学“十三五”规划2018年度重点课题（18ZD091）

作者简介：张瑞军（1989— ），男，江西宜春人，讲师，硕士;研究方向：机电一体化技术。