電子機械制動系統執行機構的設計與實現

張雄德

摘 要：隨著科技的不斷發展，傳統的制動系統已經不能滿足汽車制動系統發展的需求。人們開始逐步探索電子機械制動系統，它所采用的電驅動元件制動執行機構彌補了傳統制動系統的劣勢，是今后汽車制動系統發展的趨勢所在。基于此，文章就電子機械制動系統執行機構的設計與實現做一個簡單的介紹。

關鍵詞：電子機械制動系統；執行機構；設計

作為汽車安全性能評價的一項重要指標，制動性能的好壞與否將直接關系到汽車能否安全行駛的問題。隨著科技的不斷發展，傳統的制動系統已經不能滿足汽車制動系統發展的需求。取而代之的是現代化的電子機械制動系統，該項系統的實現有效的彌補了傳統制動系統響應速度緩慢、裝配維修困難等劣勢。電子機械制動系統（EMB）主要是將電驅動元件作為制動系統的執行機構，因此，汽車電子機械制動系統具有響應速度快、性能安全可靠、綠色環保等優勢。

1 電子機械制動系統執行機構的設計要求

1.1 以體積小巧，重量輕便為要求

為了滿足輪轂內狹小的空間對于電子機械制動系統執行機構的布置要求，EMB執行機構應當以體積小巧、重量輕便為要求，盡量減少EMB執行機構的體積和重量。只有在達到制動性能要求的條件下，盡量減少EMB執行機構的占地面積才能便于在車輛輪轂內進行布置。

1.2 以能夠產生較大制動力為基礎

正在行駛的汽車需要減速或者是停止的時候離不開制動力的支持，因此，產生制動力是汽車對于制動系統的基本要求。往往汽車的制動效能越高，其對于汽車制動力的需求也就愈大。常見的有盤式制動器，其制動力矩主要是利用制動鉗對于制動盤的夾緊作用來產生制動力的，也因此，這需要電子機械制動系統執行機構具有強大驅動力的電機，同時，還要為其配備適當的自增力機構或者是減速增力機構，這樣才能在制動鉗夾緊制動盤的過程中產生足夠大的制動夾緊力，從而使得采用電子機械制動系統的汽車能夠符合相關部門對于汽車的要求。

1.3 以快速響應，減少耗時為條件

為了克服傳統制動系統響應速度慢、作用耗時長的弱點，電子機械制動系統應運而生，它的出現有效解決了傳統制動系統的諸多不足之處。一般來說，汽車制動器的作用時間主要受到制動力增長時間和消除制動間隙時間兩個因素的影響，這也是構成制動器的兩個主要部分。因此，電子機械制動系統執行器的電機必須具備較高的運轉速度和較快的反應能力，這樣才能縮短消除制度間隙的時間。與此同時，電子機械制動系統執行器的電機還必須要產生足夠大的轉矩，這樣才能切實保證制動力增長的時間得以大大縮短[1]。

1.4 以性能安全可靠，工作時間持續時間長為目標

車輛制動系統是關系到車輛安全行駛和人民生命安全的大事，在汽車的各個系統中占有舉足輕重的地位。所以，電子機械制動系統的安全可靠顯得尤為重要。車輛制動系統應當保證其能夠在長時間高負荷工作的情況下，確保電子機械制動系統執行機構即使在泥水、電磁干擾、冷、熱等種種惡劣的情況下依然能夠正常運行，并且要保證其性能安全可靠。

2 電子機械制動系統執行機構的設計與實現

2.1 驅動電機的設計與實現

通常情況下，電動機都是電子機械制動系統執行機構的動力來源，所以，設計EMB執行機構的第一步應當是選擇合適的驅動電機。由于電子機械制動系統工作的特殊性，電機必須持續較長時間保持堵轉的狀態，同時還要保證堵轉的轉矩足夠大，而堵轉的電流則需要減小，因此，電機必須能夠提供足夠大的轉矩，這樣才能保證電子機械制動系統的正常運轉。為達到縮短消除制動間隙的時間，電機機電時間的常數應當盡量減小，并且還應當保證具有足夠大的空載轉速。除此之外，由于車輪附近的空間狹窄，而且屬于懸置以下結構，當需要在其中布置電機設備時應當綜合考慮到電機的體積和重量，盡量選取體積小巧，重量輕便的電機設備予以填充。除了上述的要求外，電機成本也應當在考慮的范圍內。由于汽車的每一個車輪都配有EMB執行機構，因此，所需的電機數量頗為龐大，如果電機成本過高將不利于電子機械制動系統的普及。

2.2 減速增力機構的設計與實現

設計減速增力機構的目的是為了增大電機的輸出轉矩。其結構形式主要有以下三種：（1）蝸輪蝸桿減速器；（2）齒輪減速器；（3）行星齒輪減速器[2]。

2.2.1 蝸輪蝸桿減速器的設計

蝸輪蝸桿減速器的設計主要是利用其輸入和輸出方向正交的作用來改變力矩的傳動方向。但其在傳動的時候效率較低、容易受到磨損和產生自鎖，因此，在設計EMB減速增力機構時不建議采用蝸輪蝸桿減速器。

2.2.2 齒輪減速器的設計

齒輪減速器的結構形式相對來說比較簡單，其不論是從設計方面來說，還是從生產制造來說都比較容易，但是如果要以齒輪減速器來達到滿足電子機械制動系統執行機構所需的較大傳動比要求的目的，就必須增大齒輪減速器的尺寸，但是這樣將不利于齒輪減速器的布置。

2.2.3 行星齒輪減速器的設計

行星齒輪減速器具有其他減速器不可比擬的優勢，其傳動比較大，若在傳統動比相同的情況下與普通圓柱齒輪減速器相比較，行星齒輪減速器的體積更加小巧。除此之外，行星齒輪減速器還具有運動平穩，抗振動力和抗沖擊力較強的特點。2.3 運動轉換機構的設計與實現

電子機械制動系統執行機構里還包含運動轉換機構這一重要內容，它的作用是為了將已經輸入的轉動運動轉化為能夠輸出的平動運動，它的結構形主要分為兩種：其一是螺旋傳動形式；其二是齒輪齒條傳動形式。

2.3.1 螺旋傳動

在螺旋傳動中常常使用傳力螺旋傳動來作為機械執行機構進行運轉，它分為兩種形式：其一是單級螺旋傳動；其二是兩級螺旋傳動。兩級螺旋傳動在無阻力的條件下，小螺旋靜止，當大螺旋在運動的時候，螺母將會以更快的速度進行運動，從而提高了執行機構的響應速度，大大縮短了運動間隙；在傳動遇到阻力的情況下，大螺旋將靜止，小螺旋開始運動，這樣就能獲得更大的傳動比。采用兩級螺旋傳動機構作為運動轉換機構不僅提高了制動系統的響應速度，而且還能大大增加減速增扭的效果。

2.3.2 齒輪齒條傳動

一般來說，齒輪齒條傳動并不適合作為電子機械制動系統執行機構的的轉換機構，這是因為它在生產制造的過程中受到來自零件加工方面的制約，不能獲得設計要求的精準度，因此，無法投入使用。

3 結束語

采用了機電執行元件為制動裝置的電子機械制動系統有效解決了傳統制動系統反應速度緩慢、裝配維修工作難等諸多問題，是今后汽車制動系統發展的一個方向。EMB系統指令的下達離不開機械執行機構的執行支持，它在EMB系統中具有重要的作用。

參考文獻

[1]方泳龍.汽車制動理論與設計[M].北京：國防工業出版社，2005.

[2]汪洋.車輛電控機械制動系統的設計與分析[D].南京：南京航空航天大學，2005.