張宇

（西京學院，陜西 西安 710123）

論電子機械制動系統(tǒng)的設計與研究

Design and research on electro-mechanical brake system

張宇

（西京學院，陜西 西安 710123）

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對電子機械安全性能也有著更高的要求，科學技術水平的提升，也使得國家工業(yè)領域得以飛速發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)及操作中的電子機械更是一種新型工業(yè)形式，對工業(yè)制造有著極大現(xiàn)實意義，近年的電子機械更是促進了工業(yè)及科學的進一步發(fā)展。因此，分析電子機械制動系統(tǒng)設計，對國內(nèi)電機機械持續(xù)發(fā)展有著極大現(xiàn)實意義。

電機機械；制動系統(tǒng)；設計與研究

電子機械系統(tǒng)，也稱EMB，它是一種新型制動設備，可促使液壓制動系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。隨著經(jīng)濟水平及科學技術的不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)中亦需要高水平機械制動系統(tǒng)做支撐。目前的很多系統(tǒng)，比如牽引力控制系統(tǒng)、主動避撞技術等均已被作為制動系統(tǒng)而廣泛使用，盡管傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)發(fā)展已較為成熟，但因各種新型技術及系統(tǒng)的應用，導致很多制動系統(tǒng)結構非常繁瑣，使得安裝及維修維護難度增加，電子機械制動系統(tǒng)有效克服了相應困難，功能齊全性能穩(wěn)定，從而充分支持了重工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 電子機械制動系統(tǒng)概述

1.1 電子機械制動系統(tǒng)發(fā)展概況

近年來，西方國家對車輛線控系統(tǒng)重視度逐年提升，線控也就應運而生，這也促使科學家們對電子機械制動系統(tǒng)的深層研究，也就是說電子機械制動系統(tǒng)是將以往的液壓、壓縮空氣驅(qū)動等部分改進為電動機驅(qū)動，以便提升其響應速度，加強制動效能，這有效簡化了其結構，也降低了裝配及維護的困難度。人們對制動性能的要求也是逐年提升，傳統(tǒng)式液壓、空氣制動系統(tǒng)也加入了眾多電子控制系統(tǒng)，比如ABS、TCS、ESP等，結構及其管路布置也不斷復雜，液壓、空氣回路泄露隱患持續(xù)增大，其裝配及其維修難度更是隨之提升。這時其結構較為簡單、功能集成可靠的電子機械制動系統(tǒng)也被社會各界所關注，我們可預測EMB很快會取代傳統(tǒng)液壓、空氣制動器，這也是未來車輛的主要發(fā)展趨勢。

1.2 電子機械制動系統(tǒng)組成原理

電子機械制動系統(tǒng)包括踏板模擬器、傳感器、控制單元、電動機、機械執(zhí)行機構等。踏板模擬器是模擬傳統(tǒng)汽車制動踏板行程、速度、制動力之間的關系，這樣駕駛員也能有著更好的制動踏板力感，從而提升制動舒適性、安全性。傳感器是輪速傳感器、踏板行程位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、轉向傳感器、駐車制動開關等，可提供汽車制動狀態(tài)、驅(qū)動狀態(tài)、行駛狀態(tài)等信號且傳送給控制單元?？刂茊卧獙儆陔姍C機械制動系統(tǒng)的核心，可接收、處理、分析、計算各類傳感器輸入信號，從而發(fā)出指令以控制電動機，使其帶動機械執(zhí)行機構動作。機械執(zhí)行機構屬于電機機械制動系統(tǒng)最終執(zhí)行者，其接受電動機所產(chǎn)生的力矩，再放大處理之后而作用于車輪，從而實現(xiàn)電子機械制動系統(tǒng)各項功能。汽車行駛中需要制動時，駕駛員踩踏制動踏板，電子機械制動系統(tǒng)控制單元則依據(jù)踏板模擬器位移、速度信號、輪速信號、駐車制動信號、反饋電流信號等，發(fā)送指令至電動機以控制電流大小及其轉子轉角，機械執(zhí)行機構對電動機輸出轉矩給予減速增扭，再作用到制動盤上而出現(xiàn)制動力矩，從而實現(xiàn)車輪制動控制。與傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)相比，其主要不同之處是電子機械制動系統(tǒng)并沒有液壓源設備，是采用電源及其他電動設備來替代，制動力也來源于電氣設備，電子控制器可充分控制制動力。

1.3 電子機械制動系統(tǒng)模塊分析

電子機械制動系統(tǒng)可分為三大部分及其零散零件構成，其間制動系統(tǒng)主要是踏板出現(xiàn)某些信號，接受此類信號而控制制動器，比如駐車制動發(fā)出信號，被制動系統(tǒng)接受，從而控制車輛停駐，此系統(tǒng)亦可對車輪傳感器發(fā)出一定的感應，以此詳細的判斷車輪中是否存在事故，此系統(tǒng)亦可管理負責所用制動系統(tǒng)電源，且將電流合理分解。車輪制動模塊對電子機械制動系統(tǒng)來講非常重要，其屬于執(zhí)行元件，負責全部制動系統(tǒng)操作，此模塊是經(jīng)由車輪制動執(zhí)行器及控制器而組成，用電力制動及電子制動來管理，這兩種制動方式作用均不相同，前者多是對重要信號進行控制，而后者是對供能電流進行控制；電子踏板模塊會產(chǎn)生踏板力，從而將踏板力部分力量有效轉換。將踏板上面的力量及其速度轉換為相應信息，再將這些信息傳送至制動系統(tǒng)，以此實現(xiàn)對產(chǎn)生的制動力的控制，這充分提升了對制動響應的速度，在制動性能方面也有很大的發(fā)展。除過以上系統(tǒng)，也還有其他部件，比如電動機、轉速傳感器、制動輪等部件。

2 電子機械制動系統(tǒng)優(yōu)勢和缺點

2.1 電子機械制動系統(tǒng)的優(yōu)勢

相比于傳統(tǒng)制動系統(tǒng)，電子機械制動系統(tǒng)更具優(yōu)勢。在此制動系統(tǒng)的制動管理下，有效縮減了制動距離，可充分確保其穩(wěn)定性。距離及穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢，主要是因為此系統(tǒng)制動執(zhí)行器是利用數(shù)據(jù)線和制動踏板連接，傳統(tǒng)液壓機械制動系統(tǒng)是利用液壓進行制動的，這根本不能達到此類效果，電子機械制動系統(tǒng)亦充分縮短了制動時間。再者是最新電子機械制動系統(tǒng)并不需要啟用制動液，沒有化學液體的作用而帶來更大的環(huán)境效益，這在很大程度上也解決了安裝速度慢的問題，也確保了安裝質(zhì)量及制動有效性。電子機械制動系統(tǒng)不需要裝配真空增壓器，從而擴大了空間而使得電子智能有著更高的控制功能，可對某些配置給予改動及維修，使其得以有效優(yōu)化，獲得更高的靈活度及能動性，實際規(guī)劃中的此系統(tǒng)可與交通管理系統(tǒng)有效連接，利用網(wǎng)絡將兩者充分連接以使其高效、便捷的查找和搜集。

2.2 電子機械制動系統(tǒng)的缺點

電子機械制動系統(tǒng)的缺點主要是此系統(tǒng)正處于發(fā)展起步時期，其間存在諸多問題。其力矩電機設計極易限制，系統(tǒng)制動時相應制動墊塊及制動盤會即刻連接，這需要對力矩電機體積及其形狀小型化設計。其間制動執(zhí)行機構設計也存在很大問題，此系統(tǒng)中有著眾多零部件，其體積不能充分適應現(xiàn)代化社會發(fā)展需求。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，此系統(tǒng)設計成本高，其所需費用提升給相關工作部門帶來很大的經(jīng)濟壓力，這時則應深層研究將其成本控制于合理范圍之內(nèi)，這也加重了科研人員的負擔。成本控制于合理范圍之內(nèi)，則電子機械制動系統(tǒng)才能真正發(fā)展，也會有更大范圍的應用，真正打入市場以為人民服務。

3 電子機械制動系統(tǒng)

3.1 電子機械制動系統(tǒng)機械制動執(zhí)行機構設計

電子機械制動系統(tǒng)及傳統(tǒng)氣壓/液壓制動系統(tǒng)制動原理相同，所以車輪輪轂及其制動器都不改變，但電子機械制動系統(tǒng)中的電動機及其機械執(zhí)行機構代替著傳統(tǒng)液壓和氣壓動作裝置。其間減速增扭機構主要用于電動機輸出轉矩增大，結構形式包括齒輪減速器、行星齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器等。機械執(zhí)行機構布置于汽車輪轂之內(nèi)，內(nèi)部軸向尺寸及其空間較小，且機械執(zhí)行機構最終輸出力矩更是衡量性能的關鍵指標，所以應詳細考慮尺寸、體積、輸出轉矩參數(shù)，減速增扭機構可用一級行星齒輪減速器，或者是兩級行星齒輪減速器，亦可采用蝸輪蝸桿減速器或一級行星齒輪減速器和蝸輪蝸桿減速器。

3.2 電子機械制動系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計

電機控制是運用三環(huán)，主要是電流環(huán)、轉速環(huán)、壓力環(huán)等反饋控制，輸入是目標夾緊力，輸出則是電機電樞電壓。電機三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設計主要是對控制器設計，此三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為夾緊力控制器、轉速控制器、電流控制器，設計是經(jīng)由內(nèi)環(huán)開始，每次向外擴展一環(huán)，設計電流控制器，之后將電流環(huán)作為轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的部分設計轉速控制器，再將轉速控制環(huán)看作夾緊力來調(diào)節(jié)環(huán)中的部分設計夾緊力控制器。

4 結語

隨著經(jīng)濟水平及科學技術的不斷提升，人們對電子機械安全性能也有著更高的要求，科學技術水平的提升，也使得國家工業(yè)領域得以飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中亦需要高水平機械制動系統(tǒng)做支撐，其簡單、便捷、功能齊全、性能穩(wěn)定，從而充分支持了重工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此，分析電子機械制動系統(tǒng)設計，對國內(nèi)電機機械持續(xù)發(fā)展有著極大現(xiàn)實意義。本文對電子機械制動系統(tǒng)進行了概述，深層分析了電子機械制動系統(tǒng)優(yōu)缺勢，探討了電子機械制動系統(tǒng)設計，以期提升國內(nèi)電子機械制動系統(tǒng)設計水平。

［1]荊志遠. 汽車電子機械制動系統(tǒng)設計與仿真［J］. 科技風，2015（18）.

［2]劉貴如，王陸林，張世兵，高國興. 電動汽車電子機械制動系統(tǒng)的研究與設計［J］. 安徽工程大學學報，2013（1）.

［3]張雄德. 電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構的設計與實現(xiàn)［J］. 科技創(chuàng)新與應用，2014（18）.

（P-01）

U463

1009-797X（2016）04-0024-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.010

張宇（1993-），男，大學本科，西京學院機械設計制造及其自動化專業(yè)，2012級本科畢業(yè)生，研究方向為機械設計制造及其自動化。

2015-12-23