基于电动三轮车使用的制动装置分析研究

程小芳

（江苏金彭集团有限公司， 江苏徐州 221000）

0 引言

随着交通工具的多样化发展，电动三轮车作为一种绿色、环保的交通工具，逐渐在短途运输、物流配送等领域得到广泛应用。 然而，在电动三轮车的实际使用过程中，制动装置的性能对车辆的安全性具有重要影响。 因此，本文旨在分析电动三轮车使用的制动装置，了解其工作原理和存在的问题，进而推动技术进步，提升制动效果和安全性[1]。

1 研究背景和意义

电动三轮车作为一种新型交通工具，具有绿色环保、便捷高效等优点，逐渐在城市短途运输、物流配送等领域得到广泛应用。 然而，在电动三轮车的实际使用过程中，由于制动装置的性能参差不齐， 导致车辆的安全性受到严重影响。 因此， 对电动三轮车制动装置进行分析和研究，具有重要的现实意义。

本文的研究目的是通过对电动三轮车制动装置的分析， 了解其工作原理和存在的问题， 探讨有效的改进方案，以提高制动效果和安全性。 同时，通过对制动装置的性能进行实验测试和评估， 为电动三轮车的优化设计和生产提供理论支持和实践指导。本文将采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法， 对电动三轮车制动装置进行分析和研究。 首先，通过实验设计获取不同工况下的制动数据，为后续分析提供数据支持。 其次，运用理论分析方法对制动装置的工作原理和性能进行深入研究，揭示存在的问题和改进方向。 最后，通过数值模拟技术对改进方案进行模拟和评估，为实际应用提供指导。

2 电动三轮车概述

2.1 电动三轮车的定义和分类

电动三轮车是一种以蓄电池为能量源、 电机为动力源驱动的具备三个车轮的运输工具。 根据用途，电动三轮车可分为载货电动三轮车、载人电动三轮车和特种车辆。

2.2 电动三轮车的发展历程

中国的电动车产业发展经历了三个阶段。 首先是初步发展期从2001 到2005 年，较多企业开始入局，行业发展存在较多的问题。2006 年进入高速发展期，行业内竞争格局开始清晰，产业链不断完善。 2017 年进入调整时期，环保政策的严格实行淘汰了部分不合规范的企业， 行业的竞争格局更加凸显。

3 制动装置原理及技术分析

3.1 制动装置的基本原理

电动三轮车作为一种重要的交通工具，其制动装置的原理和性能对车辆的安全性具有重要影响。本文将主要介绍电动三轮车的电磁制动和机械制动两种方式的基本原理，如图1 所示。

图1 控制器原理图

（1）电磁制动。电磁刹车是一种利用电磁感应原理产生制动力矩的制动装置。 在电动三轮车中，电磁刹车通常作为辅助制动装置使用。它的工作原理是通过电磁感应作用，将电能转化为制动力矩。当刹车踏板被踩下时，电磁感应线圈会产生磁场，从而产生制动力矩。 电磁刹车的优点是反应速度快、制动力大，且不需要额外的液压系统或机械机构。但缺点是需要消耗电能，且对电磁感应线圈的维护和更换需要专业人员操作。

（2）机械制动。机械制动是电动三轮车制动装置的另一种方式， 其原理是利用刹车片与刹车盘之间的摩擦力来产生制动力。 在机械制动装置中，主要包括刹车踏板、制动拉杆、制动分配轴、制动器、轮胎等部件。当刹车踏板被踩下时，刹车片会通过钢丝和连杆等传动机构移动，并与轮胎接触，产生摩擦力。通过摩擦力的作用， 实现车辆的减速和停止。机械制动的优点在于其结构简单，维护方便，适用于低速行驶的电动三轮车。 但是，机械制动也存在一些缺点，如制动距离较长，制动力相对较小等。

（3）联合制动。联合制动是电动三轮车制动装置中电磁制动和机械制动的结合方式。在联合制动装置中，电动三轮车同时采用电磁制动和机械制动两种方式， 以实现更好的制动效果。 当刹车踏板被踩下时，电磁制动和机械制动会同时作用，产生较大的制动力，使车辆迅速减速和停止。 联合制动的优点在于其制动效果好，能够适应不同速度和不同行驶条件下的制动需求。

3.2 制动装置的主要类型和技术特点

电动三轮车作为一种重要的交通工具， 其制动装置的类型和技术特点对车辆的安全性具有重要影响。 本文将主要介绍电动三轮车常见的制动装置类型和技术特点，包括鼓式制动器、碟式制动器、液压制动器、机械刹车和电磁刹车，如图2 所示。

图2 电动三轮车鼓刹拉杆制动系统原理图

（1）鼓式制动器。鼓式制动器是一种常见的制动装置，适用于多种交通工具，包括电动三轮车。 它的工作原理是利用制动鼓机械涨刹的原理加大摩擦力来产生制动力。当刹车踏板被踩下时，制动蹄片会与制动鼓产生摩擦，从而产生制动力。 鼓式制动器的优点是制动力大、散热性好，但缺点是制动距离较长，且对制动蹄片的磨损较大。

（2）碟式制动器。碟式制动器是一种先进的制动装置，广泛应用于高速车辆和精密仪器中。 它的工作原理是利用制动盘和摩擦片的摩擦来产生制动力。 当刹车踏板被踩下时，制动活塞会推动摩擦片与制动盘接触，从而产生制动力。 碟式制动器的优点是制动距离短、反应速度快，且对制动蹄片的磨损较小。但缺点是制动力相对较小，需要配合其他制动装置使用。

（3）液压制动器。 液压制动器是一种利用液体压力来传递制动力矩的制动装置（见图3）。 在电动三轮车中，液压制动器通常与碟式制动器配合使用。 它的工作原理是当刹车踏板被踩下时， 液压油会通过管道传递到制动卡钳，从而推动制动活塞和摩擦片与制动盘接触，产生制动力。 液压制动器的优点是制动距离短、反应速度快，且制动力大。 但缺点是液压系统复杂，需要定期维护和更换液压油。

图3 液压制动器示意图

（4）电子刹车。电子刹车是制动装置的一种常见方式，电动三轮车中的电磁制动主要为刹车断电功能，通过手动操作电子刹车按钮或者刹把，输出控制信号至控制器刹车断电端口，端口负极导通，使控制器停止工作不输出电流，从而导致整车动力系统不工作，起到刹车的功能。 电磁制动的有点在于操作方便且灵敏度高， 缺点是涉及电子元件，若电气元件失效则制动立即失效。

综上所述， 各种电动三轮车制动装置都有其优缺点和适用范围。在实际应用中，需要根据车辆的使用需求和行驶条件选择合适的制动装置。同时，对于不同类型和技术的制动装置，需要注意其维护保养和使用安全方面的要求。

3.3 电动三轮车制动装置的技术要求和解决方案

3.3.1 制动性能

制动性能是衡量电动三轮车制动装置的重要指标，包括制动效果、制动距离和制动时间等。为提高制动性能，可采用以下措施：①优化制动器设计，提高制动器的响应速度和制动力矩；②选用摩擦系数较高的摩擦材料，以增加制动力；③定期检查和维护制动装置，确保其正常运转；④根据行驶条件和路况，合理调整制动器间隙和摩擦片厚度。

3.3.2 摩擦材料

摩擦材料是制动装置中的关键元件， 直接影响制动力和制动效果。 在选择摩擦材料时，应考虑以下因素：①摩擦系数高，确保制动力足够；②耐磨损性强，使用寿命长；③抗高温性能好，保证制动过程安全可靠；④环保无污染，符合相关标准。

3.3.3 制动器设计

制动器是电动三轮车制动装置的核心部件， 其设计直接关系到制动性能。在制动器设计过程中，应考虑以下方面：①选择合适的制动器类型，如鼓式、碟式或液压式；②确定合理的安装方式，确保制动器能够稳定工作；③根据车型和载荷情况，设计合适的制动效果；④考虑制动器的维护和保养要求，便于后期维护和更换部件。

3.3.4 制动盘/制动鼓

制动盘和制动鼓是制动装置中的关键元件，其质量和使用寿命对制动效果有很大影响。 在选择制动盘/制动鼓时，应考虑以下因素：①采用高强度、耐磨的材料制作制动盘/制动鼓，如铸铁、合金钢等；②选用经过精密加工的制动盘/制动鼓，确保其表面光滑，无瑕疵；③根据车型和使用需求，选择合适的制动盘/制动鼓规格和型号；④定期检查和维护制动盘/制动鼓，保证其正常运转和使用寿命。

3.3.5 液压/气压系统

液压/气压系统是实现电动三轮车制动装置的重要手段。为确保液压/气压系统的安全性和可靠性，应采取以下措施：①设计合理的液压/气压系统，确保系统压力稳定、传递顺畅；②采用高品质的液压/气压元件，如高压软管、密封件、阀门等，确保系统正常运行；③定期检查和维护液压/气压系统，及时发现并解决潜在问题；④在系统设计中加入安全保护装置，如溢流阀、压力继电器等，提高系统的安全性能。

4 制动装置设计及优化方案

4.1 制动装置优化设计的必要性和原则

4.1.1 安全性提升

存在问题：当前电动三轮车制动装置存在一些问题，如制动距离长、制动力不足、制动响应速度慢等，导致车辆在紧急制动情况下容易发生安全事故。

优化设计必要性：针对以上问题，优化设计制动装置可以提高车辆的制动性能和安全性， 减少交通事故的发生，保障人们的生命财产安全。

优化设计原则：在优化设计中，应注重提高制动器的制动力和响应速度， 同时要确保制动器的稳定性和可靠性。 此外，合理调整制动器间隙和摩擦片厚度，可以提高制动力矩并减少磨损。

4.1.2 性能改善

性能要求： 电动三轮车制动装置的性能要求包括制动效能、制动稳定性、制动噪音等方面。 优良的制动性能可以提高车辆的行驶安全性和舒适性。

优化设计方法：通过选用高性能的摩擦材料、优化制动器结构和设计、 改进制动盘/制动鼓的制造工艺等方法，可以提高制动装置的整体性能。

设计制造原则：在设计制造过程中，应注重选用经过严格测试和验证的材料和零部件，确保产品质量。 同时，采用先进的制造工艺和设备，提高生产效率。

改善方案。 目前市场常用的制动系统改善方案主要存在以下几点：

（1）增加制动蹄块摩擦面积：①由传统的单一涨刹轴，更改为双点涨刹， 从而加大制动蹄块与轮胎质检的摩擦面积；②增加制动蹄片的宽度[6]。

（2）更改制动力传动方式：①优化原有拉杆制动方式，优化拉杆布局关系，将机械传动过程中的，力损耗及活动间隙缩小，从而达到快速制动；②优化为液压制动，将制动蹄块与制动蹄块之间通过液压管路布局， 从而传输制动力，减少力度损耗，如图4 所示。

图4 制动蹄块优化旋转轴方案

4.1.3 舒适性增加

影响舒适性的因素：制动装置的优化对车辆舒适性产生重要影响。一些因素如制动噪音、震动、制动器滞后等可能导致乘客的不适。

优化设计方法：针对以上因素，可以通过降低制动噪音、减缓震动、提高制动响应速度等方法，提高车辆的舒适性。

设计制造原则：在设计制造过程中，应注重人体工程学原理的应用， 使制动装置更加符合乘客的使用习惯和需求。 同时，注重产品的细节设计和品质控制，提高产品的舒适性和耐用性。

4.1.4 节能环保

节能环保意义：制动装置的优化设计对节能环保具有重要意义。 优良的制动装置可以减少能源消耗和排放，降低对环境的污染。

优化设计方法：通过选用高效率的制动器、采用能量回收技术、选用环保材料等方法，可以实现节能减排的目标。

设计制造原则：在设计制造过程中，应注重选用环保材料和低能耗的制造工艺， 降低产品对环境的影响。 同时，加强产品的能效管理，提高能源利用效率。

4.1.5 符合法规要求

法规要求：制动装置的优化设计必须符合国家相关法规要求。包括产品标准、安全性能、环保排放等方面，以确保产品的合法性和合规性。

优化设计方法：通过深入了解相关法规要求，并遵循法规规定的设计标准和方法， 可以确保优化后的制动装置符合法规要求。

设计制造原则：在设计制造过程中，应注重与相关部门和机构的合作与沟通， 确保产品符合国家和地方的相关法规要求。 同时， 加强企业内部的质量管理和自我监管，保证产品的合规性和质量稳定性。

4.2 制动装置的结构设计和工作原理

从制动系统结构、制动器设计、制动踏板操作、制动液循环、制动盘片设计、制动压力调节、防抱死制动系统、电子制动力分配、制动信号反馈、维护与保养等方面，对电动三轮车制动装置的结构设计和工作原理进行深入探讨。

（1）制动系统结构。电动三轮车的制动系统主要由制动器、制动踏板、制动液循环系统、制动盘片、防抱死制动系统（ABS）等组成。

（2）制动器设计。制动器是电动三轮车制动装置的核心部件，其设计应考虑制动性能、稳定性、可靠性以及维修保养的便利性。 常见的制动器类型包括鼓式制动器和碟式制动器。 在设计过程中，应根据车辆载荷、行驶路况以及使用需求等因素选择合适的类型和规格[2]。

（3）制动踏板操作。制动踏板是制动系统的操作部件，其设计和调节对于制动性能和驾驶舒适性具有重要影响。 制动踏板应具有操作舒适、反应灵敏、定位准确等特点，以确保驾驶者在紧急情况下能够迅速、准确地踩下制动踏板[3]。

（4）制动液循环。制动液循环系统是实现制动器与制动盘片之间能量传递的关键部分。在设计过程中，应考虑选择合适的制动液类型和规格， 并确保制动液循环路径的畅通，以实现稳定的制动力传递[4]，如图5 所示。

图5 制动液碟式制动布局原理图

（5）制动盘片设计。 制动盘片是制动系统的摩擦副，其设计应考虑摩擦系数、耐磨损性、抗高温性能以及加工制造的可行性。在设计过程中，应对材料、结构、尺寸等因素进行优化，以提高制动盘片的综合性能[7]。

（6）制动压力调节。 在制动过程中，为了实现稳定的制动力传递，需要对制动压力进行精确调节。常见的方法是通过液压或气压系统实现， 通过调节压力大小来控制制动力矩。在设计过程中，应考虑选择合适的压力调节机构和元件，以确保制动力矩的稳定性和可靠性[6]。

（7）制动信号反馈。为了确保电动三轮车制动装置的正常运行和及时发现故障，需要设置制动信号反馈系统。该系统通过传感器监测制动系统的各个参数（如制动力矩、车轮转速等），并将相关信息反馈给驾驶者或控制系统， 以便及时采取措施进行维修保养或故障排除。

（8）维护与保养。为了保持电动三轮车制动装置的良好状态和延长其使用寿命，需要进行定期的维护与保养。维护与保养主要包括定期检查并更换磨损件（如摩擦片、密封件等）、清洁并润滑相关运动部件、检查并调整制动器间隙等。此外，还应定期检查防抱死系统和电子制动力分配系统的功能是否正常[7-8]。

5 结论

在结构设计方面， 我们需要根据车辆的行驶需求和空间布局来确定制动器的尺寸和形状。例如，增大制动盘的直径可以增加制动力矩，提高制动效果；缩短制动器的轴向尺寸可以减少空间占用，便于安装和维护；其次，在材料选择方面，我们应考虑材料的力学性能、耐磨损性能和热稳定性等因素。例如，采用高强度合金钢可以增加制动盘的强度和耐磨损性能，选用耐高温材料可以确保制动器在高温环境下正常工作；最后，在加工工艺方面，我们应注重提高生产效率和降低成本。例如，采用数控机床进行精密加工可以保证制动器的加工精度和一致性； 采用表面处理技术可以提高制动器的耐磨性和抗腐蚀性[9]。

首先，我们需要了解制动能量回收的原理。在电动三轮车制动过程中， 通过电磁感应原理将车辆的动能转化为电能并进行存储，以供后续使用。 其次，我们需要设计合适的能量回收装置，包括发电机、电池等部件。例如，将发电机与车轮相连， 在制动过程中利用车轮的旋转驱动发电机进行发电；将电池与发电机相连，将为了确保电动三轮车的制动系统始终处于良好工作状态， 我们需要对制动系统进行定期维护与保养。 应定期检查制动液的液位和品质，确保制动液不缺、不混、不变质；其次，应定期检查制动器的磨损情况，如磨损严重应及时更换；此外，还应定期清理和维护制动能量回收装置， 确保其正常工作；最后针对常见的故障问题如制动不灵或失效，应定期进行检查和调试回收的电能存储在电池中以供后续使用。 最后，我们需要考虑能量回收装置的运行维护方法，包括电池寿命管理、发电机维护等方面。