汽车电子机械制动技术的发展及关键技术研究

刘伟峰

（陕西工商职业学院，陕西 西安 710119）

引言

制动系统在汽车行驶性能以及安全性能方面具有非常重要的作用，是保障汽车安全行驶的关键所在。在汽车技术快速发展的背景下，汽车的行驶速度普遍提高，同时对制动系统提出了更高要求，制动系统必须能够在汽车高速行驶的过程中发挥出作用，才能够保障行驶安全。电子机械制动系统将线控技术与制动系统深入结合，将传统的液压和气压方式改变为电驱动方式，可靠性以及响应速度得到大幅提升，是提高汽车安全性能的关键所在。

1 汽车电子机械制动技术发展分析

Bosch企业在1999年车展中展出的电子液压系统，被行业内普遍认为是电子机械制动系统的前身，在之后的几年中，Bosch企业开展研发用于商业的EHB系统。同时，部分企业厂商开始将电子液压系统应用于汽车中，如2004年奔驰CLK以及SL500等，都应用了电子液压系统。在电子液压系统广泛应用后，关于电子机械制动系统的研究逐渐开始[1]。

2 汽车电子机械制动技术的原理和结构分析

2.1 电子机械制动技术原理

与传统液压制动基数相比，电子机械制动通过电源代替液压源，利用机电做功代替液压传动装置，不再使用液压盘和鼓式制动器，通过电机提供驱动力，利用电子控制器对驱动力大小进行调节。电子机械制动系统运行过程中，通过对电子踏板模块传感器速率的感应，以及汽车的转速表信号等，通过中央电子控制元件将信号输送至制动模块的电机，从而对转子角度以及电流大小进行调节，汽车则会自动计算出需要的制动力，实现安全迅速制动。电子机械制动系统具有较高的可靠性，因为与传统液压系统相比，电源与通讯链路具有备用模块，而传统液压渠道没有备用模块，通过内置的总线协议能够实现安全、高效控制的目的[2]。

2.2 电子机械制动系统构成

通常情况下，汽车电子机械制动系统包括车轮制动模块、中央电子控制单元、电子踏板模块、电源模块以及线束模块，这些模块共同构成高效的电子机械制动系统，以下为各模块的详细介绍：

1）车轮制动模块是电子机械制动系统的关键部分，是系统的执行模块，主要包括制动执行器以及制动执行器ECU，制动模块采用电子制动和电子控制模式，通过控制电信号输入和功能电流输入，制动执行器ECU负责接收控制信号，根据电机输出对力矩和旋转方向进行调整，从而实现制动力的改变。

2）中央控制单元。中央控制单元能够接收制动踏板发出的信号，从而控制制动器运行，并接收停车制动信号，控制车辆停止。通过接收来自车轮的传感信号，识别车轮是否存在抱死以及打滑等问题，如果发现存在故障问题，则对其进行控制，启动防抱死系统和驱动防滑系统。中央控制单元还能够对电流实现管控，使得电流分配更加合理。

3）电子踏板模块。电子机械制动系统没有采用液压控制系统中的机械式传力结构和真空助力器，而是采用踏板模拟器，能够提供与踏板转角形成一定比例的反馈力，将作用在踏板中的力转化为电信号，电信号传递到中央电子控制单元中，控制单元则会将电流传输到执行器模块中，控制输入需求的制动力，虽然从踏板到制动执行器的输入更加复杂，但是通过可编程的中央控制单元，能够使传动更加柔性，且能够实现踏板模块信号与发动机控制单元、变速器控制单元的共享，从而在很大程度上提高汽车制动性能[3]。

4）电源模块。电源是为电子机械制动系统提供能源的基础模块，且装配有备用电源，如果发生主电源电力不足或故障问题时，备用电源能够自动开启，从而提高汽车运行的稳定性。

5）线束模块。线束模块主要是为系统传递能源和电控制信号。

3 汽车电子机械制动的关键技术分析

电子机械制动系统因为没有后备机械系统和液压系统，所以对于系统运行可靠性和稳定性要求更高，且电子机械制动系统必须具有一定的容错性，才能够保证车辆安全行驶。

3.1 执行器能量需求

电子机械制动系统采用全电模式，需要更多的电力能源，当前车辆的12 V电气系统已经难以支持电气控制对于功率的需求，所以需要更高的电压才能够满足汽车电子机械制动系统运行需求，防止出现电压不足的问题，是保障汽车行驶安全性的关键技术。

3.2 电子机械制动的容错需求

由于电子机械制动系统完全去除液压元件，没有独立的后备执行系统，装配有后备电源，尽管许多技术能够提高电子机械制动系统容错，但是当前还没有技术能够解决其不具有后备系统的问题，如果节点或电子控制单元出现故障，在设备没有被破坏的情况下能够重新启动，但是如果设备出现破坏情况，电子机械制动系统则无法正常运行。电子机械制动系统的容错，需要根据具体使用场合进行设计，其中最为关键的是传感器备用和控制器备用，系统中节点之间的串行通信也需要具有备用系统，才能够满足电子机械制动系统运行稳定性需求。

3.3 制动执行器需求

在装有电机的电子机械制动系统中，对于材料的耐高温性能具有更高要求，需要能够承受制动执行器运行时所产生的高温，同时需要开发轻量化、成本更低的制动器，但是会受到轮毂尺寸的限制，所以综合设计难度较高[4]。

3.4 抗干扰技术

汽车在行驶过程中，会受到各种信号的干扰，如果汽车抗干扰能力较差，则会导致信号扰乱问题发生，无法保障电子机械制动系统安全运行。当前汽车中采用的抗干扰系统主要包括对称式和非对称式控制系统。对称式抗干扰控制系统采用两个相同的CPU和相同的计算程序对制动信号进行处理。非对称式抗干扰则采用两个不同的CPU和不同的计算程序对制动信号进行处理。这两种模式各有优缺点，但是整体来看，仍无法满足电子机械制动系统对抗干扰能力的要求[5]。

3.5 部件化技术

电子机械制动系统硬件以及软件的部件化处理，是一项重要的关键技术，通过部件化处理才能够满足不同车型的需求，但是当前在部件化处理方面尚未取得良好效果[6-7]。

4 结语

汽车作为现代重要的交通工具，为货物运输以及人们日常出行带来很大的便利。汽车制动技术在发展过程中，需要经过较长时间的研发。由于我国汽车技术研究工作起步较晚，各项核心技术掌握不足，尤其是汽车的电子机械制动技术，当前还处于整体较为落后的水平，因此，需要掌握其中的关键技术，促进汽车技术创新。汽车电子机械制动技术的优化将对我国汽车技术创新起到一定的借鉴和帮助作用，以提高我国汽车电子机械制动技术的研发能力。