電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

張雄德

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的需求。人們開始逐步探索電子機(jī)械制動系統(tǒng)，它所采用的電驅(qū)動元件制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的劣勢，是今后汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的趨勢所在。基于此，文章就電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)做一個簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：電子機(jī)械制動系統(tǒng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；設(shè)計

作為汽車安全性能評價的一項重要指標(biāo)，制動性能的好壞與否將直接關(guān)系到汽車能否安全行駛的問題。隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的需求。取而代之的是現(xiàn)代化的電子機(jī)械制動系統(tǒng)，該項系統(tǒng)的實現(xiàn)有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)響應(yīng)速度緩慢、裝配維修困難等劣勢。電子機(jī)械制動系統(tǒng)（EMB）主要是將電驅(qū)動元件作為制動系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、性能安全可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)勢。

1 電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求

1.1 以體積小巧，重量輕便為要求

為了滿足輪轂內(nèi)狹小的空間對于電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布置要求，EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)以體積小巧、重量輕便為要求，盡量減少EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量。只有在達(dá)到制動性能要求的條件下，盡量減少EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)的占地面積才能便于在車輛輪轂內(nèi)進(jìn)行布置。

1.2 以能夠產(chǎn)生較大制動力為基礎(chǔ)

正在行駛的汽車需要減速或者是停止的時候離不開制動力的支持，因此，產(chǎn)生制動力是汽車對于制動系統(tǒng)的基本要求。往往汽車的制動效能越高，其對于汽車制動力的需求也就愈大。常見的有盤式制動器，其制動力矩主要是利用制動鉗對于制動盤的夾緊作用來產(chǎn)生制動力的，也因此，這需要電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有強(qiáng)大驅(qū)動力的電機(jī)，同時，還要為其配備適當(dāng)?shù)淖栽隽C(jī)構(gòu)或者是減速增力機(jī)構(gòu)，這樣才能在制動鉗夾緊制動盤的過程中產(chǎn)生足夠大的制動夾緊力，從而使得采用電子機(jī)械制動系統(tǒng)的汽車能夠符合相關(guān)部門對于汽車的要求。

1.3 以快速響應(yīng)，減少耗時為條件

為了克服傳統(tǒng)制動系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、作用耗時長的弱點，電子機(jī)械制動系統(tǒng)應(yīng)運而生，它的出現(xiàn)有效解決了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的諸多不足之處。一般來說，汽車制動器的作用時間主要受到制動力增長時間和消除制動間隙時間兩個因素的影響，這也是構(gòu)成制動器的兩個主要部分。因此，電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行器的電機(jī)必須具備較高的運轉(zhuǎn)速度和較快的反應(yīng)能力，這樣才能縮短消除制度間隙的時間。與此同時，電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行器的電機(jī)還必須要產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩，這樣才能切實保證制動力增長的時間得以大大縮短[1]。

1.4 以性能安全可靠，工作時間持續(xù)時間長為目標(biāo)

車輛制動系統(tǒng)是關(guān)系到車輛安全行駛和人民生命安全的大事，在汽車的各個系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。所以，電子機(jī)械制動系統(tǒng)的安全可靠顯得尤為重要。車輛制動系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證其能夠在長時間高負(fù)荷工作的情況下，確保電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即使在泥水、電磁干擾、冷、熱等種種惡劣的情況下依然能夠正常運行，并且要保證其性能安全可靠。

2 電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 驅(qū)動電機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

通常情況下，電動機(jī)都是電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力來源，所以，設(shè)計EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一步應(yīng)當(dāng)是選擇合適的驅(qū)動電機(jī)。由于電子機(jī)械制動系統(tǒng)工作的特殊性，電機(jī)必須持續(xù)較長時間保持堵轉(zhuǎn)的狀態(tài)，同時還要保證堵轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩足夠大，而堵轉(zhuǎn)的電流則需要減小，因此，電機(jī)必須能夠提供足夠大的轉(zhuǎn)矩，這樣才能保證電子機(jī)械制動系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。為達(dá)到縮短消除制動間隙的時間，電機(jī)機(jī)電時間的常數(shù)應(yīng)當(dāng)盡量減小，并且還應(yīng)當(dāng)保證具有足夠大的空載轉(zhuǎn)速。除此之外，由于車輪附近的空間狹窄，而且屬于懸置以下結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要在其中布置電機(jī)設(shè)備時應(yīng)當(dāng)綜合考慮到電機(jī)的體積和重量，盡量選取體積小巧，重量輕便的電機(jī)設(shè)備予以填充。除了上述的要求外，電機(jī)成本也應(yīng)當(dāng)在考慮的范圍內(nèi)。由于汽車的每一個車輪都配有EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，所需的電機(jī)數(shù)量頗為龐大，如果電機(jī)成本過高將不利于電子機(jī)械制動系統(tǒng)的普及。

2.2 減速增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

設(shè)計減速增力機(jī)構(gòu)的目的是為了增大電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)形式主要有以下三種：（1）蝸輪蝸桿減速器；（2）齒輪減速器；（3）行星齒輪減速器[2]。

2.2.1 蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計

蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計主要是利用其輸入和輸出方向正交的作用來改變力矩的傳動方向。但其在傳動的時候效率較低、容易受到磨損和產(chǎn)生自鎖，因此，在設(shè)計EMB減速增力機(jī)構(gòu)時不建議采用蝸輪蝸桿減速器。

2.2.2 齒輪減速器的設(shè)計

齒輪減速器的結(jié)構(gòu)形式相對來說比較簡單，其不論是從設(shè)計方面來說，還是從生產(chǎn)制造來說都比較容易，但是如果要以齒輪減速器來達(dá)到滿足電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的較大傳動比要求的目的，就必須增大齒輪減速器的尺寸，但是這樣將不利于齒輪減速器的布置。

2.2.3 行星齒輪減速器的設(shè)計

行星齒輪減速器具有其他減速器不可比擬的優(yōu)勢，其傳動比較大，若在傳統(tǒng)動比相同的情況下與普通圓柱齒輪減速器相比較，行星齒輪減速器的體積更加小巧。除此之外，行星齒輪減速器還具有運動平穩(wěn)，抗振動力和抗沖擊力較強(qiáng)的特點。2.3 運動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)里還包含運動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)這一重要內(nèi)容，它的作用是為了將已經(jīng)輸入的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為能夠輸出的平動運動，它的結(jié)構(gòu)形主要分為兩種：其一是螺旋傳動形式；其二是齒輪齒條傳動形式。

2.3.1 螺旋傳動

在螺旋傳動中常常使用傳力螺旋傳動來作為機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運轉(zhuǎn)，它分為兩種形式：其一是單級螺旋傳動；其二是兩級螺旋傳動。兩級螺旋傳動在無阻力的條件下，小螺旋靜止，當(dāng)大螺旋在運動的時候，螺母將會以更快的速度進(jìn)行運動，從而提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度，大大縮短了運動間隙；在傳動遇到阻力的情況下，大螺旋將靜止，小螺旋開始運動，這樣就能獲得更大的傳動比。采用兩級螺旋傳動機(jī)構(gòu)作為運動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)不僅提高了制動系統(tǒng)的響應(yīng)速度，而且還能大大增加減速增扭的效果。

2.3.2 齒輪齒條傳動

一般來說，齒輪齒條傳動并不適合作為電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這是因為它在生產(chǎn)制造的過程中受到來自零件加工方面的制約，不能獲得設(shè)計要求的精準(zhǔn)度，因此，無法投入使用。

3 結(jié)束語

采用了機(jī)電執(zhí)行元件為制動裝置的電子機(jī)械制動系統(tǒng)有效解決了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)反應(yīng)速度緩慢、裝配維修工作難等諸多問題，是今后汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的一個方向。EMB系統(tǒng)指令的下達(dá)離不開機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行支持，它在EMB系統(tǒng)中具有重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]方泳龍.汽車制動理論與設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2]汪洋.車輛電控機(jī)械制動系統(tǒng)的設(shè)計與分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2005.