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　　驾驶员紧急刹 车时 ， 汽车无前进 动力 ， 在此条件下汽车的减 速 度 大小 为 ：

　　动时 ， 按 下 制 动按 钮 ， 数 据处 理 系统 立 即捕 获 当前 的相 对 速 度 ｖ和 距障碍物的距离 Ｌ ， 数据处理系统通过程序将 ｖ 和 Ｌ带入公式（ ８ ） 计 算， 得 出制动过程中线 圈中所需 的最适电流 Ｉ ， 与此 同时 ， 线 圈立 即 通路 ， 由畜 电池 向线圈提供大小为 Ｉ 的电流 ， 线圈在轴 向磁极所提 供的磁场中受到阻力矩的作用 ， 以此给汽车提供减速度 ａ ， 使汽车能 以合适的状态停下。 在制动过程 中， 如果驾驶员要停止制动 ， 可以随 时放开制动按钮 ， 线圈立即开路 ， 制动力矩消失 ， 制动停止 。 ６设 计 相 关说 明 由于真实汽车运动模型更为复杂 ， 设计时 ， 各 相关参数 因根据 各类 汽 车 的具 体 情况 设 定 ， 必要时， 应考 虑 车 轮 与地 面 的 摩擦 力 ； 因 瞬间制动 电流 Ｉ 可能较大 ， 而畜 电池能提供的 电流较小 ， 需在制动 装置 系统中安装变压器。

　　（ 西南石 油大学石 油工程 学院， 四川 成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ）

　　摘 要： 本文设计 了一种非接触式的智能电磁刹车装置 ， 主要运 用带电线圈在磁场 中所受的电磁 阻力力矩对汽车进行制动， 并通 过 在 汽 车运 动 过程 中 随 时测 量 汽 车距 前 方 障碍 物 的 距 离和相 对 速 度 ， 在 按 下 制动 按 钮 时 ， 制 动 系统根 据 瞬 间记 录 的距 障 碍 物 的 距 离和与障碍物的相对速度 ， 计算出将车停下所需的最合适的制动力矩 ， 调节制动 系统中的电流大小， 以此给汽车制动提供 一个 最合 适 的 制动 减 速度 。该装 置 中制 动部 件 与被 制 动部 件 不 直接 接 触 ， 是 一种 智 能 的 、 非接 触 式 的刹 车 装置 。 关键 词 ： 刹 车 系统 ； 电磁 刹 车 ； 智能； 非接 触 式

　　在传统的各类刹车装置 中， 大多采用刹车片与车轮轮轴直接接 触的方式 ， 利用接触时产生的摩擦 阻力进行制动 ， 由于刹车盘和轮 毂连接在一起 ， 轮毂和轮胎相连接 ， 则轮胎 的速度减慢 ， 并和地面摩 擦， 进而产生阻力进行刹车。然 而这种接触式刹车装置不能很好地 控制刹车力度 ， 特别是 在紧急情况下 ， 由于驾驶员 的紧张 ， 猛 踩刹 车， 往往造成急刹车， 反而引起事故。 并且接触式刹车制动时所需的 摩擦力很大 ， 因些对 阻力材料磨损严重 。 １汽车运动的物理模型 设汽车行驶 的速度为 ｖ ，距前方障碍物的距离为 Ｌ且汽车与地 面不产生相对滑动 ， 忽略车轮与地面的滚动摩擦 ， 刹车时电磁阻力 矩对汽车产生的制动减速度大小为 ａ ，则从开始刹车到汽车恰好停 在障碍物前的整个过程符合物理运动学公式 ：

　　图１ 为一汽车底盘简化图， １ 为固定在后轮轮轴上的线圈 ， 两边 对称各安装一个 ， 该线圈通 过钢性铁芯固定在 轮轴上 ， 保证强大的 电磁力矩作用在线圈上时 ，线圈与轮轴不产生相对转动 ； ２为轴向 磁极 ， 图中两边各安装一对 ， 且电路 中装有电子 电流换向芯片 ， 在线 圈旋转通 过平衡位置 时使 电流 换向 ； ３为安装在 车头的超声波 测 速、 测距装置 ； ４为数理处理系统 ， 用于分析处理测速 、 测距仪提供的 数据 ， 并 计 算 制动 所 需 的最 适 电 流 的大小 。 在 汽 车驾 驶 室 内 ， 设 有 制 动按钮 ， 当驾驶员将制动按钮按下时 ， 线圈中通人电流 ， 安培力产生 阻力力矩 ， 使汽车轮轴趋向反 向转动 ， 制运过程开始， 当放开制动按 钮时 ， 线圈开路 ， 阻力力矩消失 ， 制动停止 。 在图 １ 中， 设 汽车正常载物时总质量为 ｍ， 轴向磁场强度为 Ｂ ， 线圈匝数 为 Ｎ， 线 圈半径为 Ｒ， 制动所需最适 电流大小为 Ｉ ， 则根据 ｖ ２ ＝ ２ ａ ｌ （ １ ） 公式 （ ４ ） ， 制动过程中轮轴所受阻力力矩大为 ： 由式 （ １ ） 可得 ， 汽车从以当前 距障碍物的距离和相对障碍物 的 Ｍ＝ Ｎ Ｉ Ｓ Ｂ ＝ Ｎ Ｉ ＇ ａ ＇ Ｒ Ｅ Ｂ （ ５ ） 速度恰好停在障碍物前所需的制动减速度大小为 ： 则阻力矩 Ｍ造成阻止汽车向前运动的水平阻力 Ｆ的大小为 ：

　　２数据 ｖ 和 Ｌ的获 取 Ｆ Ｎ Ｉ ￣ Ｒ Ｂ （ ７ ） 在 汽 车 车 头适 当位 置安 装 测 速仪 和测 距 仪 ， 随 时测 量 汽 车 与 前 ａ： 一 ｉ ｎ ｉ ｎ 方障碍物 的距离 Ｌ和相对速度 ｖ ， 考虑到因障碍物的形状不规则 ， 可 由公式（ ２ ） 和公式 （ ７ ） 联立解得汽车制动所需的最适 电流大小 能造成某些情况下测量仪器无法捕获到障碍物或者所测得的障碍 物上各点距汽车车头 的距离不相 同等情况 ， 为解决这一 问题 ， 采用 为 ： 以下方案 ： （ １ ） 测量仪器采用超声波测距 、 测速仪 ， 超声波波及范 围 Ｉ ‘ ＝ —． ２ Ｌ Ｎ 盯 ＿ Ｒ Ｂ （ ８ ） 大， 足 以捕 获前 方 车 头 可 能 触 及 范 围 内 的物 所 有 体 ， 且 现 有 的 超 声 ５具体制动过程的实现 波测距技术 ， 可 以根据被测物体的轮廓 ， 测得距被测 物体 表面每个 汽车在行驶过程 中， 线 圈中没有 电流 ， 车头上的测速 、 测距装置 点的距离 ； （ ２ ） 、 若障碍物形状不规 ， 在所测得的车头距障碍物表面 随时测量前方 障碍物距车头的距离和汽车相对障碍物的速度 ， 并将

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