論電子機械制動系統的設計與研究

張宇

（西京學院，陜西 西安 710123）

論電子機械制動系統的設計與研究

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，也使得國家工業領域得以飛速發展。工業生產及操作中的電子機械更是一種新型工業形式，對工業制造有著極大現實意義，近年的電子機械更是促進了工業及科學的進一步發展。因此，分析電子機械制動系統設計，對國內電機機械持續發展有著極大現實意義。

電機機械；制動系統；設計與研究

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

1 電子機械制動系統概述

1.1 電子機械制動系統發展概況

近年來，西方國家對車輛線控系統重視度逐年提升，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的深層研究，也就是說電子機械制動系統是將以往的液壓、壓縮空氣驅動等部分改進為電動機驅動，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，傳統式液壓、空氣制動系統也加入了眾多電子控制系統，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也被社會各界所關注，我們可預測EMB很快會取代傳統液壓、空氣制動器，這也是未來車輛的主要發展趨勢。

1.2 電子機械制動系統組成原理

電子機械制動系統包括踏板模擬器、傳感器、控制單元、電動機、機械執行機構等。踏板模擬器是模擬傳統汽車制動踏板行程、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、驅動狀態、行駛狀態等信號且傳送給控制單元。控制單元屬于電機機械制動系統的核心，可接收、處理、分析、計算各類傳感器輸入信號，從而發出指令以控制電動機，使其帶動機械執行機構動作。機械執行機構屬于電機機械制動系統最終執行者，其接受電動機所產生的力矩，再放大處理之后而作用于車輪，從而實現電子機械制動系統各項功能。汽車行駛中需要制動時，駕駛員踩踏制動踏板，電子機械制動系統控制單元則依據踏板模擬器位移、速度信號、輪速信號、駐車制動信號、反饋電流信號等，發送指令至電動機以控制電流大小及其轉子轉角，機械執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制動力矩，從而實現車輪制動控制。與傳統液壓制動系統相比，其主要不同之處是電子機械制動系統并沒有液壓源設備，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 電子機械制動系統模塊分析

電子機械制動系統可分為三大部分及其零散零件構成，其間制動系統主要是踏板出現某些信號，接受此類信號而控制制動器，比如駐車制動發出信號，被制動系統接受，從而控制車輛停駐，此系統亦可對車輪傳感器發出一定的感應，以此詳細的判斷車輪中是否存在事故，此系統亦可管理負責所用制動系統電源，且將電流合理分解。車輪制動模塊對電子機械制動系統來講非常重要，其屬于執行元件，負責全部制動系統操作，此模塊是經由車輪制動執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，以此實現對產生的制動力的控制，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展。除過以上系統，也還有其他部件，比如電動機、轉速傳感器、制動輪等部件。

2 電子機械制動系統優勢和缺點

2.1 電子機械制動系統的優勢

相比于傳統制動系統，電子機械制動系統更具優勢。在此制動系統的制動管理下，有效縮減了制動距離，可充分確保其穩定性。距離及穩定性方面的優勢，主要是因為此系統制動執行器是利用數據線和制動踏板連接，傳統液壓機械制動系統是利用液壓進行制動的，這根本不能達到此類效果，電子機械制動系統亦充分縮短了制動時間。再者是最新電子機械制動系統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，也確保了安裝質量及制動有效性。電子機械制動系統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，使其得以有效優化，獲得更高的靈活度及能動性，實際規劃中的此系統可與交通管理系統有效連接，利用網絡將兩者充分連接以使其高效、便捷的查找和搜集。

2.2 電子機械制動系統的缺點

電子機械制動系統的缺點主要是此系統正處于發展起步時期，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。其間制動執行機構設計也存在很大問題，此系統中有著眾多零部件，其體積不能充分適應現代化社會發展需求。相比于傳統系統，此系統設計成本高，其所需費用提升給相關工作部門帶來很大的經濟壓力，這時則應深層研究將其成本控制于合理范圍之內，這也加重了科研人員的負擔。成本控制于合理范圍之內，則電子機械制動系統才能真正發展，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

3.1 電子機械制動系統機械制動執行機構設計

電子機械制動系統及傳統氣壓/液壓制動系統制動原理相同，所以車輪輪轂及其制動器都不改變，但電子機械制動系統中的電動機及其機械執行機構代替著傳統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。機械執行機構布置于汽車輪轂之內，內部軸向尺寸及其空間較小，且機械執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，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 電子機械制動系統控制系統設計

電機控制是運用三環，主要是電流環、轉速環、壓力環等反饋控制，輸入是目標夾緊力，輸出則是電機電樞電壓。電機三環調速系統設計主要是對控制器設計，此三環調速系統為夾緊力控制器、轉速控制器、電流控制器，設計是經由內環開始，每次向外擴展一環，設計電流控制器，之后將電流環作為轉速調節系統中的部分設計轉速控制器，再將轉速控制環看作夾緊力來調節環中的部分設計夾緊力控制器。

4 結語

隨著經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，也使得國家工業領域得以飛速發展，工業生產中亦需要高水平機械制動系統做支撐，其簡單、便捷、功能齊全、性能穩定，從而充分支持了重工業的持續發展。因此，分析電子機械制動系統設計，對國內電機機械持續發展有著極大現實意義。本文對電子機械制動系統進行了概述，深層分析了電子機械制動系統優缺勢，探討了電子機械制動系統設計，以期提升國內電子機械制動系統設計水平。

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

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

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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，2012級本科畢業生，研究方向為機械設計制造及其自動化。

2015-12-23