汽车电子机械制动系统（EMB）研究

摘 要：文章主要介绍了电子机械制动系统（EMB）的相关内容。随着制动控制技术的发展，制动系统线控化成为了该领域的关键技术路线。汽车电子机械制动系统（EMB）是一种新型的汽车制动系统，结合了电子技术和机械制动原理。本研究旨在探讨EMB系统的性能特点、工作原理、关键技术以及在汽车制动领域的应用前景。首先，文章介绍了EMB系统的组成结构和工作原理，包括电子控制单元、传感器、执行器等关键部件，阐述了其制动过程中的工作流程，分析了EMB系统相对于传统液压制动系统的优势，包括制动响应速度更快、制动力分配更精准等方面。其次，文章阐述了电子机械制动的关键技术。最后，文章展望了EMB技术在未来汽车制动领域的发展趋势，指出其在提升汽车安全性、降低能耗排放等方面具有广阔的应用前景。综上所述，EMB系统作为一种创新的线控制动技术，将为汽车工业带来重要的发展机遇。

关键词：线控 电子机械制动 执行器

0 引言

中国的汽车生产和销售一直保持着高速发展的趋势，全国的汽车产销逐年增加，至2023年底，据中国公安部统计，全国机动车保有量已经达到了4.35亿辆[1]。其中，汽车数量为3.36亿辆，已经超越美国成为世界上最大的汽车生产和消费市场。交通事故一直是社会中的一大隐患，每年都会造成无数的人员伤亡。有相关报告显示，2023年全国共发生道路交通事故175万起，较2022年上升了8%。其中，死亡人数达到50万人，上升了4%。另外，受伤人数达到6万人，上升了5%。全国道路交通事故万车死亡率为3.6，平均每天有200人死于交通事故，有800多人由于交通事故而受伤。汽车制动是汽车驱动系统中最主要的驱动装置，其制动性能与可靠性是保证汽车运行安全的关键。而线控制动是目前的关键技术路线。

1 线控制动系统的概述

1.1 线控制动的分类

电子机械制动系统（Electro-Mechanical Braking System，EMB）与电子液压制动系统（Electro-Hydraulic Braking System，EHB）是两种汽车线控技术的主要形式。与电液制动系统相比，电子机械制动系统不具有液压油回路等液压元件[2]。

电子机械制动（EMB）是一种先进的汽车制动技术，它结合了电子和机械技术，以提供更安全、更高效、更环保的制动解决方案。与传统的液压制动系统相比，EMB系统优势更为明显：

（1）更快的响应速度：EMB系统使用电子传感器和执行器来控制制动，与传统的液压制动系统相比，可以提供更快的响应速度。这有助于减少制动距离，提高行车安全。

（2）更精确的制动力控制：通过电子控制，EMB能够精确地调节每个车轮的制动力。这种精确控制有助于提高车辆的稳定性和操控性，尤其是在不同的路面条件和车辆负载下。

（3）能量回收：在电动汽车和混合动力汽车中，EMB系统可以在制动时回收能量，将其转换为电能存储起来，从而提高能源效率，延长续航里程。

（4）减少维护需求：由于EMB系统减少了传统液压制动系统中的许多机械部件，如液压管路和密封件，因此其维护需求较低，降低了维护成本[3]。

（5）支持自动驾驶技术：随着自动驾驶技术的发展，EMB系统更容易与自动驾驶系统集成，提供更精确的车辆控制，提高整体的安全性能。

（6）环境友好：EMB系统减少了制动液的使用，从而降低了环境污染的风险。这对于推动汽车行业的可持续发展具有重要意义。

（7）提高车辆性能：通过更快的响应速度和更精确的制动力控制，EMB有助于提高车辆的动态性能，为驾驶者提供更佳的驾驶体验。

总的来说，电子机械制动（EMB）是现代汽车技术中的一个重要创新，它不仅提高了行车安全性，还支持了电动汽车和自动驾驶技术的发展，有助于实现更环保、更高效的汽车未来。随着技术的进步和成本的降低，预计EMB将在未来的汽车中得到更广泛的应用。

1.2 电子机械制动系统EMB的构成

机械式线控制动系统由电源模块、控制模块、信息传输模块、传感器部分和EMB执行模块等组成[4]。ECU接收来自传感器的数据，并基于这些数据以及其他因素（如车辆重量、路面状况和驾驶模式）来计算所需的制动力。ECU还负责调整制动力分配，确保车辆在制动时保持稳定，特别是在紧急制动或曲线行驶时。

制动执行器执行：一旦ECU计算出所需的制动力，它就会指令制动执行器提供相应的助力。制动执行器迅速响应，提供精确的助力力度，帮助驾驶员轻松实现所需的制动效果。制动执行器根据ECU的指令，通过机械方式（滚珠丝杠、钢珠斜盘等）来控制制动器的开启和关闭，从而施加制动力。由于制动执行器直接作用于制动器，因此响应速度快，且不需要液压系统，减少了泄漏和维护的问题。

电子机械制动执行机构包括力矩电机、减速机构、运动转换机构、制动卡钳等，典型执行机构如图2所示。在工作过程中，电能通过力矩电机转换成机械能，然后输出转矩，利用减速机构来完成减速和增扭的作用，通过运动变换机构把转动运动转变成刹车活塞的线性运动，刹车活塞将刹车摩擦片和刹车盘一起挤压，从而产生制动力[5]。

2 电子机械制动（EMB）的关键技术

2.1 控制策略和算法

在EMB系统中，控制策略和算法是至关重要的。这些策略和算法决定了如何根据传感器数据和驾驶员的操作指令来实时调整制动力度和制动分配，以实现最佳的制动性能和车辆稳定性。常见的控制策略包括反馈控制、预测控制和模型预测控制等。

2.2 电源管理

电源管理是EMB系统的一个关键环节，确保系统在各种工况下都能获得稳定和充足的电力供应。这涉及电池管理系统、功率分配和能量回收等技术，以提高系统的能效和可靠性。

2.3 网络通信

EMB系统通常与车辆的其他电子系统进行通信，如车载网络、CAN总线等。因此，高效、可靠的网络通信技术是实现EMB系统与其他系统协同工作的关键。这包括数据传输协议、网络拓扑结构和数据安全等方面的技术。

2.4 故障诊断与容错

为了确保EMB系统的稳定和安全性，故障诊断和容错技术也是必不可少的。系统需要能够实时检测和诊断故障，并采取相应的措施，如自动切换到备用模式或减少制动力度，以防止故障导致的事故。

2.5 人机交互界面

为了方便驾驶员操作和监控EMB系统的工作状态，人机交互界面也是一个重要的方面。这可能包括制动踏板的力反馈、制动力度的显示和调节功能，以及与驾驶员的声音或视觉提示等。

2.6 集成与模块化设计

随着汽车电子系统的复杂性不断增加，EMB系统的集成和模块化设计也变得越来越重要。这有助于简化系统的开发和维护，同时提高系统的可扩展性和兼容性。

2.7 夹紧力控制

夹紧力控制是指在制动过程中对制动盘和制动衬片之间的接触力进行控制，确保制动力度和制动性能达到预期水平。这涉及制动器的执行器和传感器系统，以实现对制动力的精确调节。夹紧力控制需要考虑制动盘和制动衬片的磨损情况、制动温度变化以及驾驶员的制动需求等因素，以提供稳定、可靠的制动效果。在夹紧力控制中，系统需要实时监测制动衬片与制动盘之间的接触状态，并根据车辆速度、驾驶员操作和路面情况调整夹紧力的大小和分布。这样可以确保制动力度适应不同的驾驶条件，并延长制动器部件的使用寿命。

2.8 制动间隙控制

制动间隙是指制动器在松开制动踏板后制动盘和制动衬片之间的微小空隙，控制这个间隙的大小对于制动的敏感度和反应速度至关重要。通过电子控制单元（ECU）和传感器系统，可以实现对制动间隙的精确控制。制动间隙控制需要考虑制动器的机械松紧度、制动系统的温度变化以及制动器部件的磨损情况。系统会根据实时监测到的制动器状态调整制动间隙，以确保制动的灵敏度和可靠性。较小的制动间隙可以提高制动的响应速度，从而增强驾驶员的制动控制感和行车安全性。

2.9 响应控制

响应控制是指制动系统对驾驶员操作的快速响应能力，包括制动力的即时调整和制动效果的准确传递。在EMB系统中，响应控制涉及执行器的性能和制动系统的传感器反馈速度。为了实现良好的响应控制，系统需要具备高速响应的执行器，以实现驾驶员制动指令的迅速传递。此外，制动系统的传感器需要具备高精度和高频率的数据采集能力，确保实时监测制动器的工作状态和制动效果。

3 电子机械制动（EMB）的应用前景

EMB系统在汽车、电动车、机械设备等领域有着广阔的应用前景。

在汽车领域，EMB系统可以替代传统的液压制动系统，具有更快的响应速度、更高的安全性能和更低的能耗。特别是在自动驾驶汽车、电动汽车等新兴领域，EMB系统能够更好地满足高速行驶、快速刹车等特殊需求。

在电动车领域，EMB系统可以实现电机反向制动、能量回收等功能，提高了整车的能效和驾驶体验。而且由于EMB系统无需使用液压系统，可以减少零部件数量和重量，降低了维护成本和制造成本。

在机械设备领域，EMB系统可以广泛应用于工程机械、工业机器人、起重设备等各种设备上，提高了设备的精度、稳定性和安全性。EMB系统可以根据不同的工况和要求进行定制化设计，满足各种复杂的控制需求。

EMB系统相比传统的液压制动系统更为轻量化，可以减轻车辆的整体重量，从而降低能源消耗和排放。此外，轻量化设计还可以提高车辆的能效和性能，进一步促进排放的降低。因此更符合在“新五化”条件下汽车的发展需求，将引领未来汽车制动行业的发展[6]。

4 结语

在汽车行业的不断发展和技术革新中，电子机械制动系统（EMB）的研究和应用已经成为一项引人注目的前沿领域。通过结合电子控制和机械执行，EMB系统在提升车辆制动效率、精确度和环境友好性方面展现了巨大潜力。随着全球对于环境保护和节能减排的日益重视，EMB系统在降低排放方面的应用前景愈加广阔。能量回收、智能制动控制、电动化趋势和轻量化设计等方面的创新将不断推动这一技术的发展。EMB系统的研究不仅有助于改善车辆的性能和驾驶体验，更能为建设清洁、高效的汽车交通系统贡献力量。然而，要实现EMB系统在汽车行业的广泛应用，还需进一步深入研究其技术原理、系统设计和性能优化等方面，并与其他汽车相关技术相互融合，以实现更加完善和可靠的解决方案。相信在不久的将来，随着科技的不断进步和人类对于可持续发展的追求，EMB系统将成为汽车制造业的重要创新之一，为构建更加环保、智能的汽车出行生态系统做出重要贡献。

参考文献：

[1]陈烨强.浅谈EMB线控制动系统控制策略研究[J].内燃机与配件，2023（17）：76-78.DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2023.17.039.

[2]黄钰.轻型汽车电子机械制动执行机构与控制算法研究[D].成都：西华大学，2019.DOI：10.27411/d.cnki.gscgc.2019.000011.

[3]孔皓.汽车电子机械制动系统制动执行器研究[J].汽车测试报告，2023（20）：49-51.

[4]曹景军.基于深度学习的双孢菇采摘机器人视觉系统研究[D].北京：中国农业科学院，2021.DOI：10.27630/d.cnki.gznky.2021.000062.

[5]周昱印.汽车电子机械制动系统控制策略研究[D].西安：长安大学，2022.DOI：10.26976/d.cnki.gchau.2022.002129.

[6]张帅.电子机械制动（EMB）控制策略研究[D].西安：长安大学，2021.DOI：10.26976/d.cnki.gchau.2021.000505.