電動自行車液壓點剎制動系統設計

嚴崢源 周忠友

摘要：制動系統作為車輛最重要的安全裝置，制動性能直接關系到交通安全，制動距離過長和制動時側滑是發生交通事故的主要原因，縮短制動距離和避免制動側滑是對制動系統提出的要求，采用液壓、電子控制等手段，利用霍爾傳感器、電磁鐵、晶體振蕩器、制動油缸等零部件設計電動自行車液壓點剎制動系統，確保滑移率在較低范圍，有效縮短制動距離、防止制動側滑，提高電動自行車等車輛的行車安全。

關鍵詞：電動自行車 液壓制動 制動系統

一、前言

隨著經濟社會的發展和人們收入的不斷提高，電動自行車不僅比較環保，在道路上行駛所占的空間也相對較小，除此之外，電動車由于不用人力，又有一定的速度，對改善一些中低收入或者說買不起、不愿買小轎車的人出行有很大幫助。在城市中，電動自行車的普及十分廣泛，成為上下班工人、學生的主要代步工具。

電動自行車和摩托車等交通工具，與地面接觸面積小，制動時摩擦面積小，制動力不足，且重心較高，制動穩定性差，是導致騎乘人員受到人身傷害的一個重要因素。

據不完全統計，浙江省交通事故總數中，有電動車參與的事故占了30%以上，主要是因為電動車速度快、無防護，配套的安全裝置比如制動系統效果不理想，提高電動車制動系統的性能已經迫在眉睫了。

二、制動性能與滑移率

車輛的制動過程是從車輪滾動到抱死拖滑的一個漸變過程，隨著制動強度的增加，車輪的滾動成分越來越少，而滑動成分越來越多，一般用滑移率S來表示制動過程中滑動成分的變化[1]。

S=（uw-rr0ωw）/ uw

S為滑移率，uw為車速，rr0為車輪的運動半徑，ωw為車輪運動的角速度。

在純滾動時，uw= rr0ωw，滑移率S=0；在純滑動時，ωw =0，滑移率S=1；邊滑邊滾時，0﹤S﹤1。所以，滑移率清晰地表明了車輛制動過程中，車輪的狀態，滑移率越大，滑動成分越大。

如圖1所示為車輛制動過程中，不考慮側向力影響下的制動力系數曲線，可以看到，制動力系數的最大值，即峰值附著系數，出現在滑移率S=10%—20%處。

實際制動過程中，車輪常常受到側向力而發生側偏或側滑現象。如圖2所示為制動力系數、側向力系數與滑移率之間的關系曲線。曲線表明，滑移率越低，側向力系數越大，也就是說，車輪保持轉向、防止側滑的能力越大。所以，制動時若能使滑移率保持在較低值（S=10%—20%），便可以獲得較大的制動力系數和側向力系數。這樣，制動性能最好，側向穩定性也較好。

目前一般電動自行車配備的制動系統都很難達到這一要求。因此，有必要對電動自行車的制動系統展開研究，設計具有較低滑移率的液壓點剎制動系統。

三、液壓點剎制動系統

液壓點剎制動系統是在現有機械制動系統的基礎上，增加了液壓油缸、觸發裝置、電磁鐵等零部件，依托液壓原理和電子控制技術設計而成的[2]。

該液壓剎車系統，包括制動盤、制動機構（包括制動鉗體、摩擦片、制動油缸、電磁鐵和觸發裝置）以及驅動機構（包括拉索、驅動搖臂和壓力油缸）。

制動時，12-拉索拉動11-驅動搖臂繞搖臂軸擺動，驅動搖臂下端抵在8-壓力油缸的10-壓力活塞上，克服9-彈簧的彈力，驅動油液流入制動油缸，在制動油液的推動下，14-摩擦片夾緊1-制動盤，制動盤停止旋轉，即車輪停止滾動，進入拖滑階段。

為使滑移率保持在較低值范圍內，應該盡量避免拖滑，觸發裝置將扮演重要角色，觸發裝置包括霍爾傳感器、光柵、計數器、晶體振蕩器。

車輛正常行駛時，制動盤隨車輪旋轉，制動盤上的光柵可間斷地切斷磁回路，霍爾傳感器感應到磁回路的變化，從而使霍爾傳感器產生脈沖信號，傳到計數器兩個脈沖信號間隔在設定值以內的，計數器在晶振的作用下重新開始計算，當兩個脈沖信號間隔超過設定值（制動盤和車輪處于抱死拖滑狀態時），計數器就使繼電器的電磁線圈通電，產生磁性，吸合開關，使電磁鐵電路通電，電磁鐵將制動活塞往后吸引，使得摩擦片松開制動盤，輪胎在車輛的慣性下繼續滾動，觸發裝置檢測到制動盤轉動從而發出信號切斷電磁鐵電路，制動盤重新抱死……，如此往復，直到車輛停止。

即通過一次拉拉索制動，完成多次重復的夾緊放松再夾緊再放松，從而縮短制動距離，在降低操作人員勞動強度的前提下，提高行車安全性。

該液壓點剎制動系統配備在電瓶車、摩托車以及速度較快的自行車上時可有效縮短制動距離，防止剎車時的甩尾現象，提高駕乘人員的安全性。

四、結語

為了提高電動自行車的制動性能，研究設計了電動自行車液壓點剎制動系統，確保制動過程中滑移率控制在較低的范圍內，可以有效的縮短制動距離，避免制動側滑，提高電動自行車駕乘人員的安全性，降低由于電動自行車制動性能不良導致的交通事故的比例。

參考文獻：

[1] 余志生.汽車理論[M].機械工業出版社，2009

[2] 嚴崢源、周忠友. 一種液壓剎車系統（ZL201410034225.9）.中華人民共和國國家知識產權局.2016.

作者簡介：嚴崢源（1995--），男，浙江杭州人，湖州職業技術學院機電與汽車工程學院學生。周忠友，（1982--），男，黑龍江鶴崗人，湖州職業技術學院機電與汽車工程學院講師，主要從事汽車使用與維護。