電子機械制動系統的設計及工作原理

隨著電子科技的迅速發展，傳統的機械制動系統已經難以滿足汽車行駛過程中日益增加的安全需求。在這樣的背景下，電子機械制動系統基于其迅速的響應速度和安全可靠的制動功能，開始逐漸取代傳統機械制動系統的位置。該文基于此，對電子機械制動系統的設計要求作出

了簡要分析，并簡要探討了應該如何實現電子機械制動系統的設計。

電控機械制動系統（Electromechanical Brake System，簡稱EMB）是一種全新的汽車制動系統，它由電機驅動產生制動力，由電線傳遞能量、由數據線傳遞信號，完全摒棄了傳統制動系統的制動液及液壓制動管路等部件，結構簡潔，便于布置，而且更加環保、節能。EMB易于實現集成化、模塊化，可以同實現ABS、TCS、ESP等多種汽車動力學控制的功能。它簡捷的結構，高效的性能極大的提高了汽車的制動安全性。電子制動系統作為汽車安全行駛的靈魂，在現階段的汽車安全形成評測方面具有舉足輕重的重要作用。而隨著電子科技的迅速發展，傳統的機械制動系統漸漸難以和汽車行駛過程中日益增加的安全需求相匹配，其依靠傳統的氣壓、液壓的制動方式不僅使得整個制動系統的響應速度較長，也使得后期的裝配及維修工作更為困難。而電子機械制動系統的主要元件是電驅動元件，其在保證迅速的響應速度的基礎上，還能夠進一步整合ABS、TCS及電子駐車制動等多樣化功能，提供更為可靠的制動方式。因此，在未來的數十年內，電子機械制動系統將會有著極為廣闊的發展前景，對這一制動進行有效的分析與研究，也將會有極其重要的參考價值。

一、電子機械制動系統執行機構的設計要求分析

電子機械制動系統執行機構需要以產生較大的制動力作為設計前提。顧名思義，制動系統的作用在于產生迫使汽車減速或是停止時的制動力。因此，無論是傳統的機械制動系統，還是現階段汽車逐漸采用的電子機械制動系統，都需要以產生較大的制動力作為基本前提。現階段電子機械制動系統中所用的較為廣泛的制動系統為盤式制動器，其工作原理主要是依靠制動鉗夾緊制動盤所產生的力來產生制動力。而為了確保這一制動力足夠滿足汽車的制動需求，相關的電子機械安裝人員往往需要為這一制動系統執行機構配備強大的電機，如若是大型車輛，往往還輔助配置一些自增力或是減速增力的執行機構，以確保制動鉗夾緊制動盤所產生的夾緊力能夠滿足大型汽車的制動需求。

狹小的輪轂空間要求電子機械制動系統執行機構進一步減少其所占體積。制動系統執行機構的安裝地點位于輪轂內部，而為了滿足狹小的輪轂空間，制動系統的就不得不在滿足制動性能的前提上，進一步減少電子機械制動系統的執行機構的所占體積。這一方面可以有效減小整個車身的總重量，避免因質量過大而帶來較大的慣性。另一方面也可以提升制動系統執行結構的靈敏度，避免因執行結構的體積龐大在輪轂中產生卡殼、摩擦嚴重等現象，為制動系統的長期使用提供重要保障。

電子機械制動系統執行機構需要進一步減少其響應時間和制動間隙時間。電子機械制動系統的設計宗旨便是客服傳統機械制動系統的氣壓、液壓制動方式所存在的較長響應時間，因此，進一步減少電子機械制動系統的響應時間，盡可能消除兩次制動的間隙時間，將會是電子機械制動系統執行機構的重要設計要求。實際上，汽車制動系統的作用時間由兩個因素所決定。其一是制動力增長的所需時間，當電子機械制動系統采取大型的驅動電機時，其較高的運轉速度和較大的轉矩可以極大地減少制動力增長的所需時間，從而保證整個制動力在極短的時間中達到較大值，使得汽車盡快減速。其二則是制動的間隙時間，傳統的機械制動系統的制動間隙時間較長，電子機械制動系統執行機構必須克服這一弊端，可考慮采取具有較快反應能力的高質量驅動電機，使得制動間隙時間壓縮在毫秒以內。還可盡量選取電機機電時間常數較小、具有較大空轉轉數的電機，以縮短制動間隙。

二、電子機械制動系統執行機構的設計與實現

驅動電機的設計與實現。電子機械制動系統執行機構的動力來源多是由驅動電機來提供的，因此，合適的驅動電機是實現整個電子機械制動系統成功制動的重要保障。驅動電機的設計與實現主要有以下幾個要點。其一，考慮到電子機械制動系統的制動模式，在汽車的行駛過程中，整個電機往往需要較長時間地保持在堵轉狀態下，而為了保證電機不會燒壞，堵轉狀態下的堵轉電流必須得到降低，這要要求電子機械制動系統所選取的驅動電機具有較大的堵轉轉矩，以維持整個制動系統的正常制動。其二，由于汽車的所有車轂中均需要配載電子機械制動系統，驅動電機需要在保證制動性能的基礎上，盡可能減少其生產成本，否則會因成本過高而不利于電子機械制動系統的有效推廣。其三，考慮到制動系統執行機構的安裝地點位于輪轂內部，電機的體積同樣也不應過大，在小型家用車輛的電機選擇中，相關操作人員可選擇體積較小，重量較輕的驅動電機，以確保其能夠在狹小的車轂內部空間中充分發揮其作用。

運動轉換機構的設計與實現。運動轉換機構是電子機械制動系統執行機構的重要組成，其作用是將電機輸入的轉動運動轉化為平動運動進行輸出。現階段，電子機械制動系統執行機構中的運動轉換機構多是以螺旋傳動的形式為主，輔以極其少量的齒輪齒條傳動形式。本文主要探討螺旋傳動。

螺旋傳動主要是依靠傳力螺旋傳動作為執行機構進行運轉。這種運轉模式分為兩種形式，其一是單級螺旋傳動，意為僅僅依靠一級螺旋進行運動形式的轉化，其優勢在于技術較為簡單，實現成本也較為低廉。其二則是兩級螺旋傳動，即當大螺旋開始運動時，小螺旋會以相較于大螺旋更迅速的速度進行運動，從而提高了整個執行機構的響應速度。而當整個傳統系統遇到阻力時，大螺旋會比小螺旋先靜止，從而獲得更大的傳動比，大大縮短了制動間隙。這種傳動形式的優勢在于借助二級機構提高了響應速度的同時，還加強了整個制動系統減速增扭的效果。

電子機械制動系統以機電執行元件代替了傳統機械制動系統中的液壓、氣壓等制動裝置，相較于傳統機械制動系統具有更為明顯的優勢。而機械執行機構作為整個電子機械制動系統的所下達命令的最終執行者，在整個制動系統的正常工作過程中具有舉足輕重的重要意義。本文簡要探討了電子機械制動系統執行結構的設計要求，以望對其在未來的發展過程中提供一定的幫助。

（作者單位：遼河油田成套電器設備廠）