基于ADAMS的電動輪制動性能研究

摘 要：針對目前電動輪采用單一摩擦制動器制動造成的噪聲、粉塵等問題，提出一種電動輪摩擦-電磁復合制動結構。在機械系統動力學自動分析（ADAMS）軟件中搭建了基于電動輪的摩擦-電磁復合制動模型，運用ADAMS對所建立的電動輪模型進行了仿真研究。仿真結果表明：在電動輪中采用摩擦-電磁復合制動，不僅縮短了制動時間、增大了制動力矩，還能縮短制動響應時間，提高電動輪汽車的制動安全性。

關鍵詞：輪轂電機;設計;臺架實驗

近年來，隨著車用電機技術的飛速發展，電動輪汽車日益受到汽車界的重視。由于輪轂空間尺寸的限制，當前電動輪汽車的制動形式普遍采用單一的摩擦制動器，但是摩擦制動器制動時不僅存在制動遲滯性問題，還會造成制動噪聲、粉塵等問題，于是本研究提出了一種電動輪摩擦-電磁復合制動結構[1]，能夠克服上述摩擦制動的缺點，具有制動響應快、制動性能好、結構緊湊等優點。

1 ? ?仿真模型的建立

機械系統動力學自動分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，ADAMS）軟件是美國MDI公司開發的一款動力學仿真軟件，能夠創建完全參數化的機械系統幾何模型，使用交互式圖形環境[2]。ADAMS軟件中的求解器采用的是拉格朗日方程方法建立系統動力學方程。在ADAMS軟件中建立的電動輪摩擦-電磁復合制動結構如圖1所示[3]。

2 ? ?仿真結果分析

在ADAMS軟件中，對所建立的幾何模型添加必要的連接副、約束以及驅動，設置電機初始轉速為60 r/s，相應的仿真時間為6 s，通過制動力曲線、輸出速度曲線，研究摩擦-電磁復合制動模型的制動性能。

2.1 ?純摩擦制動時的制動性能

當電動輪采用純摩擦制動時，仿真結果如圖2所示。 ? 圖2（a）為制動盤的轉速隨制動時間的變化曲線。由圖2可知，制動盤轉速在摩擦制動力的作用下于6 s內降至0。 ? ? ?圖2（b）為摩擦制動力隨制動時間的變化曲線，摩擦制動力能夠達到的最大制動力約為500 N，同時也可以看出，摩擦制動力矩穩定性好，制動力一直穩定在500 N左右。

2.2 ?電磁制動時的制動性能

當電動輪采用純電磁制動時，仿真結果如圖3所示。圖3（a）為制動盤轉速隨制動時間的變化曲線，從圖中可知，當仿真極限時間達到6 s時，制動盤還存在一定的轉速，沒有完全停止，從這可以看出，電磁制動效果沒有摩擦制動效果明顯。圖3（b）為電磁制動力隨制動時間的變化曲線，電磁制動力能夠達到的最大制動力約為200 N，電磁制動力與摩擦制動力相比小得多。從圖中還可知，隨著轉速的降低，電磁制動力矩下降得越來越快，導致制動盤的轉速下降得越來越緩慢。

2.3 ?摩擦-電磁復合制動時的制動性能

當電動輪采用摩擦-電磁復合制動時，仿真結果如圖4所示。從圖4（a）中可以看出，給電動輪加上摩擦-電磁復合制動力矩時，總制動力矩有了較大程度的增加，最大制動力約為700 N，制動時間也在一定程度上縮短了。從圖4（b）可以看出，摩擦制動力比較穩定，一直保持在500 N左右，而電磁制動力隨著轉速的下降而變小，導致總制動力也有一定程度的減少。

3 ? ?結語

（1）針對電動輪空間有限、輪轂電機與制動器布置難等問題，提出了一種摩擦-電磁復合制動結構，通過適當調整外轉子輪轂電機的結構，把電磁制動器、制動盤和輪轂有效地集成在一起。

（2）在ADAMS軟件中對所提出的摩擦-電磁復合制動模型進行了制動性能研究，結果表明，采用摩擦-電磁復合制動，不僅增大了制動力、縮短了制動時間，還能有效縮短制動響應時間，提高制動安全性。

[參考文獻]

[1]張瑞軍，章雯.基于新型輪轂電機性能研究[J].通訊世界，2018（8）：125-126.

[2]陳軍.MSC.ADAMS技術與工程分析實例[M].北京：中國水利水電出版社，2017.

[3]張瑞軍.輪轂電機驅動技術的研究與進展[J].重慶理工大學學報（自然科學版），2015（7）：10-18.

基金項目：江西省教育廳科學技術研究項目青年項目“電動輪摩擦-電磁復合制動裝置設計與研究”（GJJ191282）;江西省教育科學“十三五”規劃2018年度重點課題（18ZD091）

作者簡介：張瑞軍（1989— ），男，江西宜春人，講師，碩士;研究方向：機電一體化技術。