论电子机械制动系统的设计与研究

张宇

（西京学院，陕西 西安 710123）

论电子机械制动系统的设计与研究

Design and research on electro-mechanical brake system

张宇

（西京学院，陕西 西安 710123）

随着社会的不断发展，人们对电子机械安全性能也有着更高的要求，科学技术水平的提升，也使得国家工业领域得以飞速发展。工业生产及操作中的电子机械更是一种新型工业形式，对工业制造有着极大现实意义，近年的电子机械更是促进了工业及科学的进一步发展。因此，分析电子机械制动系统设计，对国内电机机械持续发展有着极大现实意义。

电机机械；制动系统；设计与研究

电子机械系统，也称EMB，它是一种新型制动设备，可促使液压制动系统发挥更大的作用。随着经济水平及科学技术的不断提升，工业生产中亦需要高水平机械制动系统做支撑。目前的很多系统，比如牵引力控制系统、主动避撞技术等均已被作为制动系统而广泛使用，尽管传统液压制动系统发展已较为成熟，但因各种新型技术及系统的应用，导致很多制动系统结构非常繁琐，使得安装及维修维护难度增加，电子机械制动系统有效克服了相应困难，功能齐全性能稳定，从而充分支持了重工业的持续发展。

1 电子机械制动系统概述

1.1 电子机械制动系统发展概况

近年来，西方国家对车辆线控系统重视度逐年提升，线控也就应运而生，这也促使科学家们对电子机械制动系统的深层研究，也就是说电子机械制动系统是将以往的液压、压缩空气驱动等部分改进为电动机驱动，以便提升其响应速度，加强制动效能，这有效简化了其结构，也降低了装配及维护的困难度。人们对制动性能的要求也是逐年提升，传统式液压、空气制动系统也加入了众多电子控制系统，比如ABS、TCS、ESP等，结构及其管路布置也不断复杂，液压、空气回路泄露隐患持续增大，其装配及其维修难度更是随之提升。这时其结构较为简单、功能集成可靠的电子机械制动系统也被社会各界所关注，我们可预测EMB很快会取代传统液压、空气制动器，这也是未来车辆的主要发展趋势。

1.2 电子机械制动系统组成原理

电子机械制动系统包括踏板模拟器、传感器、控制单元、电动机、机械执行机构等。踏板模拟器是模拟传统汽车制动踏板行程、速度、制动力之间的关系，这样驾驶员也能有着更好的制动踏板力感，从而提升制动舒适性、安全性。传感器是轮速传感器、踏板行程位置传感器、节气门位置传感器、转向传感器、驻车制动开关等，可提供汽车制动状态、驱动状态、行驶状态等信号且传送给控制单元。控制单元属于电机机械制动系统的核心，可接收、处理、分析、计算各类传感器输入信号，从而发出指令以控制电动机，使其带动机械执行机构动作。机械执行机构属于电机机械制动系统最终执行者，其接受电动机所产生的力矩，再放大处理之后而作用于车轮，从而实现电子机械制动系统各项功能。汽车行驶中需要制动时，驾驶员踩踏制动踏板，电子机械制动系统控制单元则依据踏板模拟器位移、速度信号、轮速信号、驻车制动信号、反馈电流信号等，发送指令至电动机以控制电流大小及其转子转角，机械执行机构对电动机输出转矩给予减速增扭，再作用到制动盘上而出现制动力矩，从而实现车轮制动控制。与传统液压制动系统相比，其主要不同之处是电子机械制动系统并没有液压源设备，是采用电源及其他电动设备来替代，制动力也来源于电气设备，电子控制器可充分控制制动力。

1.3 电子机械制动系统模块分析

电子机械制动系统可分为三大部分及其零散零件构成，其间制动系统主要是踏板出现某些信号，接受此类信号而控制制动器，比如驻车制动发出信号，被制动系统接受，从而控制车辆停驻，此系统亦可对车轮传感器发出一定的感应，以此详细的判断车轮中是否存在事故，此系统亦可管理负责所用制动系统电源，且将电流合理分解。车轮制动模块对电子机械制动系统来讲非常重要，其属于执行元件，负责全部制动系统操作，此模块是经由车轮制动执行器及控制器而组成，用电力制动及电子制动来管理，这两种制动方式作用均不相同，前者多是对重要信号进行控制，而后者是对供能电流进行控制；电子踏板模块会产生踏板力，从而将踏板力部分力量有效转换。将踏板上面的力量及其速度转换为相应信息，再将这些信息传送至制动系统，以此实现对产生的制动力的控制，这充分提升了对制动响应的速度，在制动性能方面也有很大的发展。除过以上系统，也还有其他部件，比如电动机、转速传感器、制动轮等部件。

2 电子机械制动系统优势和缺点

2.1 电子机械制动系统的优势

相比于传统制动系统，电子机械制动系统更具优势。在此制动系统的制动管理下，有效缩减了制动距离，可充分确保其稳定性。距离及稳定性方面的优势，主要是因为此系统制动执行器是利用数据线和制动踏板连接，传统液压机械制动系统是利用液压进行制动的，这根本不能达到此类效果，电子机械制动系统亦充分缩短了制动时间。再者是最新电子机械制动系统并不需要启用制动液，没有化学液体的作用而带来更大的环境效益，这在很大程度上也解决了安装速度慢的问题，也确保了安装质量及制动有效性。电子机械制动系统不需要装配真空增压器，从而扩大了空间而使得电子智能有着更高的控制功能，可对某些配置给予改动及维修，使其得以有效优化，获得更高的灵活度及能动性，实际规划中的此系统可与交通管理系统有效连接，利用网络将两者充分连接以使其高效、便捷的查找和搜集。

2.2 电子机械制动系统的缺点

电子机械制动系统的缺点主要是此系统正处于发展起步时期，其间存在诸多问题。其力矩电机设计极易限制，系统制动时相应制动垫块及制动盘会即刻连接，这需要对力矩电机体积及其形状小型化设计。其间制动执行机构设计也存在很大问题，此系统中有着众多零部件，其体积不能充分适应现代化社会发展需求。相比于传统系统，此系统设计成本高，其所需费用提升给相关工作部门带来很大的经济压力，这时则应深层研究将其成本控制于合理范围之内，这也加重了科研人员的负担。成本控制于合理范围之内，则电子机械制动系统才能真正发展，也会有更大范围的应用，真正打入市场以为人民服务。

3 电子机械制动系统

3.1 电子机械制动系统机械制动执行机构设计

电子机械制动系统及传统气压/液压制动系统制动原理相同，所以车轮轮毂及其制动器都不改变，但电子机械制动系统中的电动机及其机械执行机构代替着传统液压和气压动作装置。其间减速增扭机构主要用于电动机输出转矩增大，结构形式包括齿轮减速器、行星齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器等。机械执行机构布置于汽车轮毂之内，内部轴向尺寸及其空间较小，且机械执行机构最终输出力矩更是衡量性能的关键指标，所以应详细考虑尺寸、体积、输出转矩参数，减速增扭机构可用一级行星齿轮减速器，或者是两级行星齿轮减速器，亦可采用蜗轮蜗杆减速器或一级行星齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器。

3.2 电子机械制动系统控制系统设计

电机控制是运用三环，主要是电流环、转速环、压力环等反馈控制，输入是目标夹紧力，输出则是电机电枢电压。电机三环调速系统设计主要是对控制器设计，此三环调速系统为夹紧力控制器、转速控制器、电流控制器，设计是经由内环开始，每次向外扩展一环，设计电流控制器，之后将电流环作为转速调节系统中的部分设计转速控制器，再将转速控制环看作夹紧力来调节环中的部分设计夹紧力控制器。

4 结语

随着经济水平及科学技术的不断提升，人们对电子机械安全性能也有着更高的要求，科学技术水平的提升，也使得国家工业领域得以飞速发展，工业生产中亦需要高水平机械制动系统做支撑，其简单、便捷、功能齐全、性能稳定，从而充分支持了重工业的持续发展。因此，分析电子机械制动系统设计，对国内电机机械持续发展有着极大现实意义。本文对电子机械制动系统进行了概述，深层分析了电子机械制动系统优缺势，探讨了电子机械制动系统设计，以期提升国内电子机械制动系统设计水平。

［1]荆志远. 汽车电子机械制动系统设计与仿真［J］. 科技风，2015（18）.

［2]刘贵如，王陆林，张世兵，高国兴. 电动汽车电子机械制动系统的研究与设计［J］. 安徽工程大学学报，2013（1）.

［3]张雄德. 电子机械制动系统执行机构的设计与实现［J］. 科技创新与应用，2014（18）.

（P-01）

U463

1009-797X（2016）04-0024-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.010

张宇（1993-），男，大学本科，西京学院机械设计制造及其自动化专业，2012级本科毕业生，研究方向为机械设计制造及其自动化。

2015-12-23