基于電動三輪車使用的制動裝置分析研究

程小芳

（江蘇金彭集團有限公司， 江蘇徐州 221000）

0 引言

隨著交通工具的多樣化發展，電動三輪車作為一種綠色、環保的交通工具，逐漸在短途運輸、物流配送等領域得到廣泛應用。 然而，在電動三輪車的實際使用過程中，制動裝置的性能對車輛的安全性具有重要影響。 因此，本文旨在分析電動三輪車使用的制動裝置，了解其工作原理和存在的問題，進而推動技術進步，提升制動效果和安全性[1]。

1 研究背景和意義

電動三輪車作為一種新型交通工具，具有綠色環保、便捷高效等優點，逐漸在城市短途運輸、物流配送等領域得到廣泛應用。 然而，在電動三輪車的實際使用過程中，由于制動裝置的性能參差不齊， 導致車輛的安全性受到嚴重影響。 因此， 對電動三輪車制動裝置進行分析和研究，具有重要的現實意義。

本文的研究目的是通過對電動三輪車制動裝置的分析， 了解其工作原理和存在的問題， 探討有效的改進方案，以提高制動效果和安全性。 同時，通過對制動裝置的性能進行實驗測試和評估， 為電動三輪車的優化設計和生產提供理論支持和實踐指導。本文將采用實驗研究、理論分析和數值模擬相結合的方法， 對電動三輪車制動裝置進行分析和研究。 首先，通過實驗設計獲取不同工況下的制動數據，為后續分析提供數據支持。 其次，運用理論分析方法對制動裝置的工作原理和性能進行深入研究，揭示存在的問題和改進方向。 最后，通過數值模擬技術對改進方案進行模擬和評估，為實際應用提供指導。

2 電動三輪車概述

2.1 電動三輪車的定義和分類

電動三輪車是一種以蓄電池為能量源、 電機為動力源驅動的具備三個車輪的運輸工具。 根據用途，電動三輪車可分為載貨電動三輪車、載人電動三輪車和特種車輛。

2.2 電動三輪車的發展歷程

中國的電動車產業發展經歷了三個階段。 首先是初步發展期從2001 到2005 年，較多企業開始入局，行業發展存在較多的問題。2006 年進入高速發展期，行業內競爭格局開始清晰，產業鏈不斷完善。 2017 年進入調整時期，環保政策的嚴格實行淘汰了部分不合規范的企業， 行業的競爭格局更加凸顯。

3 制動裝置原理及技術分析

3.1 制動裝置的基本原理

電動三輪車作為一種重要的交通工具，其制動裝置的原理和性能對車輛的安全性具有重要影響。本文將主要介紹電動三輪車的電磁制動和機械制動兩種方式的基本原理，如圖1 所示。

圖1 控制器原理圖

（1）電磁制動。電磁剎車是一種利用電磁感應原理產生制動力矩的制動裝置。 在電動三輪車中，電磁剎車通常作為輔助制動裝置使用。它的工作原理是通過電磁感應作用，將電能轉化為制動力矩。當剎車踏板被踩下時，電磁感應線圈會產生磁場，從而產生制動力矩。 電磁剎車的優點是反應速度快、制動力大，且不需要額外的液壓系統或機械機構。但缺點是需要消耗電能，且對電磁感應線圈的維護和更換需要專業人員操作。

（2）機械制動。機械制動是電動三輪車制動裝置的另一種方式， 其原理是利用剎車片與剎車盤之間的摩擦力來產生制動力。 在機械制動裝置中，主要包括剎車踏板、制動拉桿、制動分配軸、制動器、輪胎等部件。當剎車踏板被踩下時，剎車片會通過鋼絲和連桿等傳動機構移動，并與輪胎接觸，產生摩擦力。通過摩擦力的作用， 實現車輛的減速和停止。機械制動的優點在于其結構簡單，維護方便，適用于低速行駛的電動三輪車。 但是，機械制動也存在一些缺點，如制動距離較長，制動力相對較小等。

（3）聯合制動。聯合制動是電動三輪車制動裝置中電磁制動和機械制動的結合方式。在聯合制動裝置中，電動三輪車同時采用電磁制動和機械制動兩種方式， 以實現更好的制動效果。 當剎車踏板被踩下時，電磁制動和機械制動會同時作用，產生較大的制動力，使車輛迅速減速和停止。 聯合制動的優點在于其制動效果好，能夠適應不同速度和不同行駛條件下的制動需求。

3.2 制動裝置的主要類型和技術特點

電動三輪車作為一種重要的交通工具， 其制動裝置的類型和技術特點對車輛的安全性具有重要影響。 本文將主要介紹電動三輪車常見的制動裝置類型和技術特點，包括鼓式制動器、碟式制動器、液壓制動器、機械剎車和電磁剎車，如圖2 所示。

圖2 電動三輪車鼓剎拉桿制動系統原理圖

（1）鼓式制動器。鼓式制動器是一種常見的制動裝置，適用于多種交通工具，包括電動三輪車。 它的工作原理是利用制動鼓機械漲剎的原理加大摩擦力來產生制動力。當剎車踏板被踩下時，制動蹄片會與制動鼓產生摩擦，從而產生制動力。 鼓式制動器的優點是制動力大、散熱性好，但缺點是制動距離較長，且對制動蹄片的磨損較大。

（2）碟式制動器。碟式制動器是一種先進的制動裝置，廣泛應用于高速車輛和精密儀器中。 它的工作原理是利用制動盤和摩擦片的摩擦來產生制動力。 當剎車踏板被踩下時，制動活塞會推動摩擦片與制動盤接觸，從而產生制動力。 碟式制動器的優點是制動距離短、反應速度快，且對制動蹄片的磨損較小。但缺點是制動力相對較小，需要配合其他制動裝置使用。

（3）液壓制動器。 液壓制動器是一種利用液體壓力來傳遞制動力矩的制動裝置（見圖3）。 在電動三輪車中，液壓制動器通常與碟式制動器配合使用。 它的工作原理是當剎車踏板被踩下時， 液壓油會通過管道傳遞到制動卡鉗，從而推動制動活塞和摩擦片與制動盤接觸，產生制動力。 液壓制動器的優點是制動距離短、反應速度快，且制動力大。 但缺點是液壓系統復雜，需要定期維護和更換液壓油。

圖3 液壓制動器示意圖

（4）電子剎車。電子剎車是制動裝置的一種常見方式，電動三輪車中的電磁制動主要為剎車斷電功能，通過手動操作電子剎車按鈕或者剎把，輸出控制信號至控制器剎車斷電端口，端口負極導通，使控制器停止工作不輸出電流，從而導致整車動力系統不工作，起到剎車的功能。 電磁制動的有點在于操作方便且靈敏度高， 缺點是涉及電子元件，若電氣元件失效則制動立即失效。

綜上所述， 各種電動三輪車制動裝置都有其優缺點和適用范圍。在實際應用中，需要根據車輛的使用需求和行駛條件選擇合適的制動裝置。同時，對于不同類型和技術的制動裝置，需要注意其維護保養和使用安全方面的要求。

3.3 電動三輪車制動裝置的技術要求和解決方案

3.3.1 制動性能

制動性能是衡量電動三輪車制動裝置的重要指標，包括制動效果、制動距離和制動時間等。為提高制動性能，可采用以下措施：①優化制動器設計，提高制動器的響應速度和制動力矩；②選用摩擦系數較高的摩擦材料，以增加制動力；③定期檢查和維護制動裝置，確保其正常運轉；④根據行駛條件和路況，合理調整制動器間隙和摩擦片厚度。

3.3.2 摩擦材料

摩擦材料是制動裝置中的關鍵元件， 直接影響制動力和制動效果。 在選擇摩擦材料時，應考慮以下因素：①摩擦系數高，確保制動力足夠；②耐磨損性強，使用壽命長；③抗高溫性能好，保證制動過程安全可靠；④環保無污染，符合相關標準。

3.3.3 制動器設計

制動器是電動三輪車制動裝置的核心部件， 其設計直接關系到制動性能。在制動器設計過程中，應考慮以下方面：①選擇合適的制動器類型，如鼓式、碟式或液壓式；②確定合理的安裝方式，確保制動器能夠穩定工作；③根據車型和載荷情況，設計合適的制動效果；④考慮制動器的維護和保養要求，便于后期維護和更換部件。

3.3.4 制動盤/制動鼓

制動盤和制動鼓是制動裝置中的關鍵元件，其質量和使用壽命對制動效果有很大影響。 在選擇制動盤/制動鼓時，應考慮以下因素：①采用高強度、耐磨的材料制作制動盤/制動鼓，如鑄鐵、合金鋼等；②選用經過精密加工的制動盤/制動鼓，確保其表面光滑，無瑕疵；③根據車型和使用需求，選擇合適的制動盤/制動鼓規格和型號；④定期檢查和維護制動盤/制動鼓，保證其正常運轉和使用壽命。

3.3.5 液壓/氣壓系統

液壓/氣壓系統是實現電動三輪車制動裝置的重要手段。為確保液壓/氣壓系統的安全性和可靠性，應采取以下措施：①設計合理的液壓/氣壓系統，確保系統壓力穩定、傳遞順暢；②采用高品質的液壓/氣壓元件，如高壓軟管、密封件、閥門等，確保系統正常運行；③定期檢查和維護液壓/氣壓系統，及時發現并解決潛在問題；④在系統設計中加入安全保護裝置，如溢流閥、壓力繼電器等，提高系統的安全性能。

4 制動裝置設計及優化方案

4.1 制動裝置優化設計的必要性和原則

4.1.1 安全性提升

存在問題：當前電動三輪車制動裝置存在一些問題，如制動距離長、制動力不足、制動響應速度慢等，導致車輛在緊急制動情況下容易發生安全事故。

優化設計必要性：針對以上問題，優化設計制動裝置可以提高車輛的制動性能和安全性， 減少交通事故的發生，保障人們的生命財產安全。

優化設計原則：在優化設計中，應注重提高制動器的制動力和響應速度， 同時要確保制動器的穩定性和可靠性。 此外，合理調整制動器間隙和摩擦片厚度，可以提高制動力矩并減少磨損。

4.1.2 性能改善

性能要求： 電動三輪車制動裝置的性能要求包括制動效能、制動穩定性、制動噪音等方面。 優良的制動性能可以提高車輛的行駛安全性和舒適性。

優化設計方法：通過選用高性能的摩擦材料、優化制動器結構和設計、 改進制動盤/制動鼓的制造工藝等方法，可以提高制動裝置的整體性能。

設計制造原則：在設計制造過程中，應注重選用經過嚴格測試和驗證的材料和零部件，確保產品質量。 同時，采用先進的制造工藝和設備，提高生產效率。

改善方案。 目前市場常用的制動系統改善方案主要存在以下幾點：

（1）增加制動蹄塊摩擦面積：①由傳統的單一漲剎軸，更改為雙點漲剎， 從而加大制動蹄塊與輪胎質檢的摩擦面積；②增加制動蹄片的寬度[6]。

（2）更改制動力傳動方式：①優化原有拉桿制動方式，優化拉桿布局關系，將機械傳動過程中的，力損耗及活動間隙縮小，從而達到快速制動；②優化為液壓制動，將制動蹄塊與制動蹄塊之間通過液壓管路布局， 從而傳輸制動力，減少力度損耗，如圖4 所示。

圖4 制動蹄塊優化旋轉軸方案

4.1.3 舒適性增加

影響舒適性的因素：制動裝置的優化對車輛舒適性產生重要影響。一些因素如制動噪音、震動、制動器滯后等可能導致乘客的不適。

優化設計方法：針對以上因素，可以通過降低制動噪音、減緩震動、提高制動響應速度等方法，提高車輛的舒適性。

設計制造原則：在設計制造過程中，應注重人體工程學原理的應用， 使制動裝置更加符合乘客的使用習慣和需求。 同時，注重產品的細節設計和品質控制，提高產品的舒適性和耐用性。

4.1.4 節能環保

節能環保意義：制動裝置的優化設計對節能環保具有重要意義。 優良的制動裝置可以減少能源消耗和排放，降低對環境的污染。

優化設計方法：通過選用高效率的制動器、采用能量回收技術、選用環保材料等方法，可以實現節能減排的目標。

設計制造原則：在設計制造過程中，應注重選用環保材料和低能耗的制造工藝， 降低產品對環境的影響。 同時，加強產品的能效管理，提高能源利用效率。

4.1.5 符合法規要求

法規要求：制動裝置的優化設計必須符合國家相關法規要求。包括產品標準、安全性能、環保排放等方面，以確保產品的合法性和合規性。

優化設計方法：通過深入了解相關法規要求，并遵循法規規定的設計標準和方法， 可以確保優化后的制動裝置符合法規要求。

設計制造原則：在設計制造過程中，應注重與相關部門和機構的合作與溝通， 確保產品符合國家和地方的相關法規要求。 同時， 加強企業內部的質量管理和自我監管，保證產品的合規性和質量穩定性。

4.2 制動裝置的結構設計和工作原理

從制動系統結構、制動器設計、制動踏板操作、制動液循環、制動盤片設計、制動壓力調節、防抱死制動系統、電子制動力分配、制動信號反饋、維護與保養等方面，對電動三輪車制動裝置的結構設計和工作原理進行深入探討。

（1）制動系統結構。電動三輪車的制動系統主要由制動器、制動踏板、制動液循環系統、制動盤片、防抱死制動系統（ABS）等組成。

（2）制動器設計。制動器是電動三輪車制動裝置的核心部件，其設計應考慮制動性能、穩定性、可靠性以及維修保養的便利性。 常見的制動器類型包括鼓式制動器和碟式制動器。 在設計過程中，應根據車輛載荷、行駛路況以及使用需求等因素選擇合適的類型和規格[2]。

（3）制動踏板操作。制動踏板是制動系統的操作部件，其設計和調節對于制動性能和駕駛舒適性具有重要影響。 制動踏板應具有操作舒適、反應靈敏、定位準確等特點，以確保駕駛者在緊急情況下能夠迅速、準確地踩下制動踏板[3]。

（4）制動液循環。制動液循環系統是實現制動器與制動盤片之間能量傳遞的關鍵部分。在設計過程中，應考慮選擇合適的制動液類型和規格， 并確保制動液循環路徑的暢通，以實現穩定的制動力傳遞[4]，如圖5 所示。

圖5 制動液碟式制動布局原理圖

（5）制動盤片設計。 制動盤片是制動系統的摩擦副，其設計應考慮摩擦系數、耐磨損性、抗高溫性能以及加工制造的可行性。在設計過程中，應對材料、結構、尺寸等因素進行優化，以提高制動盤片的綜合性能[7]。

（6）制動壓力調節。 在制動過程中，為了實現穩定的制動力傳遞，需要對制動壓力進行精確調節。常見的方法是通過液壓或氣壓系統實現， 通過調節壓力大小來控制制動力矩。在設計過程中，應考慮選擇合適的壓力調節機構和元件，以確保制動力矩的穩定性和可靠性[6]。

（7）制動信號反饋。為了確保電動三輪車制動裝置的正常運行和及時發現故障，需要設置制動信號反饋系統。該系統通過傳感器監測制動系統的各個參數（如制動力矩、車輪轉速等），并將相關信息反饋給駕駛者或控制系統， 以便及時采取措施進行維修保養或故障排除。

（8）維護與保養。為了保持電動三輪車制動裝置的良好狀態和延長其使用壽命，需要進行定期的維護與保養。維護與保養主要包括定期檢查并更換磨損件（如摩擦片、密封件等）、清潔并潤滑相關運動部件、檢查并調整制動器間隙等。此外，還應定期檢查防抱死系統和電子制動力分配系統的功能是否正常[7-8]。

5 結論

在結構設計方面， 我們需要根據車輛的行駛需求和空間布局來確定制動器的尺寸和形狀。例如，增大制動盤的直徑可以增加制動力矩，提高制動效果；縮短制動器的軸向尺寸可以減少空間占用，便于安裝和維護；其次，在材料選擇方面，我們應考慮材料的力學性能、耐磨損性能和熱穩定性等因素。例如，采用高強度合金鋼可以增加制動盤的強度和耐磨損性能，選用耐高溫材料可以確保制動器在高溫環境下正常工作；最后，在加工工藝方面，我們應注重提高生產效率和降低成本。例如，采用數控機床進行精密加工可以保證制動器的加工精度和一致性； 采用表面處理技術可以提高制動器的耐磨性和抗腐蝕性[9]。

首先，我們需要了解制動能量回收的原理。在電動三輪車制動過程中， 通過電磁感應原理將車輛的動能轉化為電能并進行存儲，以供后續使用。 其次，我們需要設計合適的能量回收裝置，包括發電機、電池等部件。例如，將發電機與車輪相連， 在制動過程中利用車輪的旋轉驅動發電機進行發電；將電池與發電機相連，將為了確保電動三輪車的制動系統始終處于良好工作狀態， 我們需要對制動系統進行定期維護與保養。 應定期檢查制動液的液位和品質，確保制動液不缺、不混、不變質；其次，應定期檢查制動器的磨損情況，如磨損嚴重應及時更換；此外，還應定期清理和維護制動能量回收裝置， 確保其正常工作；最后針對常見的故障問題如制動不靈或失效，應定期進行檢查和調試回收的電能存儲在電池中以供后續使用。 最后，我們需要考慮能量回收裝置的運行維護方法，包括電池壽命管理、發電機維護等方面。