電子機械制動系統(tǒng)的設計及工作原理

隨著電子科技的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械制動系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足汽車行駛過程中日益增加的安全需求。在這樣的背景下，電子機械制動系統(tǒng)基于其迅速的響應速度和安全可靠的制動功能，開始逐漸取代傳統(tǒng)機械制動系統(tǒng)的位置。該文基于此，對電子機械制動系統(tǒng)的設計要求作出

了簡要分析，并簡要探討了應該如何實現(xiàn)電子機械制動系統(tǒng)的設計。

電控機械制動系統(tǒng)（Electromechanical Brake System，簡稱EMB）是一種全新的汽車制動系統(tǒng)，它由電機驅(qū)動產(chǎn)生制動力，由電線傳遞能量、由數(shù)據(jù)線傳遞信號，完全摒棄了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的制動液及液壓制動管路等部件，結(jié)構(gòu)簡潔，便于布置，而且更加環(huán)保、節(jié)能。EMB易于實現(xiàn)集成化、模塊化，可以同實現(xiàn)ABS、TCS、ESP等多種汽車動力學控制的功能。它簡捷的結(jié)構(gòu)，高效的性能極大的提高了汽車的制動安全性。電子制動系統(tǒng)作為汽車安全行駛的靈魂，在現(xiàn)階段的汽車安全形成評測方面具有舉足輕重的重要作用。而隨著電子科技的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械制動系統(tǒng)漸漸難以和汽車行駛過程中日益增加的安全需求相匹配，其依靠傳統(tǒng)的氣壓、液壓的制動方式不僅使得整個制動系統(tǒng)的響應速度較長，也使得后期的裝配及維修工作更為困難。而電子機械制動系統(tǒng)的主要元件是電驅(qū)動元件，其在保證迅速的響應速度的基礎(chǔ)上，還能夠進一步整合ABS、TCS及電子駐車制動等多樣化功能，提供更為可靠的制動方式。因此，在未來的數(shù)十年內(nèi)，電子機械制動系統(tǒng)將會有著極為廣闊的發(fā)展前景，對這一制動進行有效的分析與研究，也將會有極其重要的參考價值。

一、電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的設計要求分析

電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)需要以產(chǎn)生較大的制動力作為設計前提。顧名思義，制動系統(tǒng)的作用在于產(chǎn)生迫使汽車減速或是停止時的制動力。因此，無論是傳統(tǒng)的機械制動系統(tǒng)，還是現(xiàn)階段汽車逐漸采用的電子機械制動系統(tǒng)，都需要以產(chǎn)生較大的制動力作為基本前提。現(xiàn)階段電子機械制動系統(tǒng)中所用的較為廣泛的制動系統(tǒng)為盤式制動器，其工作原理主要是依靠制動鉗夾緊制動盤所產(chǎn)生的力來產(chǎn)生制動力。而為了確保這一制動力足夠滿足汽車的制動需求，相關(guān)的電子機械安裝人員往往需要為這一制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)配備強大的電機，如若是大型車輛，往往還輔助配置一些自增力或是減速增力的執(zhí)行機構(gòu)，以確保制動鉗夾緊制動盤所產(chǎn)生的夾緊力能夠滿足大型汽車的制動需求。

狹小的輪轂空間要求電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)進一步減少其所占體積。制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的安裝地點位于輪轂內(nèi)部，而為了滿足狹小的輪轂空間，制動系統(tǒng)的就不得不在滿足制動性能的前提上，進一步減少電子機械制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)的所占體積。這一方面可以有效減小整個車身的總重量，避免因質(zhì)量過大而帶來較大的慣性。另一方面也可以提升制動系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的靈敏度，避免因執(zhí)行結(jié)構(gòu)的體積龐大在輪轂中產(chǎn)生卡殼、摩擦嚴重等現(xiàn)象，為制動系統(tǒng)的長期使用提供重要保障。

電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)需要進一步減少其響應時間和制動間隙時間。電子機械制動系統(tǒng)的設計宗旨便是客服傳統(tǒng)機械制動系統(tǒng)的氣壓、液壓制動方式所存在的較長響應時間，因此，進一步減少電子機械制動系統(tǒng)的響應時間，盡可能消除兩次制動的間隙時間，將會是電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的重要設計要求。實際上，汽車制動系統(tǒng)的作用時間由兩個因素所決定。其一是制動力增長的所需時間，當電子機械制動系統(tǒng)采取大型的驅(qū)動電機時，其較高的運轉(zhuǎn)速度和較大的轉(zhuǎn)矩可以極大地減少制動力增長的所需時間，從而保證整個制動力在極短的時間中達到較大值，使得汽車盡快減速。其二則是制動的間隙時間，傳統(tǒng)的機械制動系統(tǒng)的制動間隙時間較長，電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)必須克服這一弊端，可考慮采取具有較快反應能力的高質(zhì)量驅(qū)動電機，使得制動間隙時間壓縮在毫秒以內(nèi)。還可盡量選取電機機電時間常數(shù)較小、具有較大空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)的電機，以縮短制動間隙。

二、電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的設計與實現(xiàn)

驅(qū)動電機的設計與實現(xiàn)。電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的動力來源多是由驅(qū)動電機來提供的，因此，合適的驅(qū)動電機是實現(xiàn)整個電子機械制動系統(tǒng)成功制動的重要保障。驅(qū)動電機的設計與實現(xiàn)主要有以下幾個要點。其一，考慮到電子機械制動系統(tǒng)的制動模式，在汽車的行駛過程中，整個電機往往需要較長時間地保持在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，而為了保證電機不會燒壞，堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下的堵轉(zhuǎn)電流必須得到降低，這要要求電子機械制動系統(tǒng)所選取的驅(qū)動電機具有較大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，以維持整個制動系統(tǒng)的正常制動。其二，由于汽車的所有車轂中均需要配載電子機械制動系統(tǒng)，驅(qū)動電機需要在保證制動性能的基礎(chǔ)上，盡可能減少其生產(chǎn)成本，否則會因成本過高而不利于電子機械制動系統(tǒng)的有效推廣。其三，考慮到制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的安裝地點位于輪轂內(nèi)部，電機的體積同樣也不應過大，在小型家用車輛的電機選擇中，相關(guān)操作人員可選擇體積較小，重量較輕的驅(qū)動電機，以確保其能夠在狹小的車轂內(nèi)部空間中充分發(fā)揮其作用。

運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)的設計與實現(xiàn)。運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)是電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的重要組成，其作用是將電機輸入的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為平動運動進行輸出。現(xiàn)階段，電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)中的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)多是以螺旋傳動的形式為主，輔以極其少量的齒輪齒條傳動形式。本文主要探討螺旋傳動。

螺旋傳動主要是依靠傳力螺旋傳動作為執(zhí)行機構(gòu)進行運轉(zhuǎn)。這種運轉(zhuǎn)模式分為兩種形式，其一是單級螺旋傳動，意為僅僅依靠一級螺旋進行運動形式的轉(zhuǎn)化，其優(yōu)勢在于技術(shù)較為簡單，實現(xiàn)成本也較為低廉。其二則是兩級螺旋傳動，即當大螺旋開始運動時，小螺旋會以相較于大螺旋更迅速的速度進行運動，從而提高了整個執(zhí)行機構(gòu)的響應速度。而當整個傳統(tǒng)系統(tǒng)遇到阻力時，大螺旋會比小螺旋先靜止，從而獲得更大的傳動比，大大縮短了制動間隙。這種傳動形式的優(yōu)勢在于借助二級機構(gòu)提高了響應速度的同時，還加強了整個制動系統(tǒng)減速增扭的效果。

電子機械制動系統(tǒng)以機電執(zhí)行元件代替了傳統(tǒng)機械制動系統(tǒng)中的液壓、氣壓等制動裝置，相較于傳統(tǒng)機械制動系統(tǒng)具有更為明顯的優(yōu)勢。而機械執(zhí)行機構(gòu)作為整個電子機械制動系統(tǒng)的所下達命令的最終執(zhí)行者，在整個制動系統(tǒng)的正常工作過程中具有舉足輕重的重要意義。本文簡要探討了電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的設計要求，以望對其在未來的發(fā)展過程中提供一定的幫助。

（作者單位：遼河油田成套電器設備廠）