汽車電子機械制動系統制動執行器的研究

郝爽 沈繼航

【摘要】汽車的制動系統在保證汽車的安全行駛上起著重要作用。把電驅動元件作為制動執行器的電子機械制動系統，作為一種全新的制動理念，它代替了傳統的液壓或者氣壓制動器，具有更高的安全保障。本文主要圍繞電子機械制動系統展開討論，講述了它的工作原理和機械性能等特點，并研究了制動執行器的工作原理及結構設計。

【關鍵詞】制動系統;電驅動元件;制動執行器

汽車自誕生之日起，行車安全就一直備受關注。制動系統會直接影響汽車的行駛安全。隨著汽車電子技術的不斷發展和科學技術的進步，人們對汽車的行駛安全提出了更高的要求，于是就產生了電子機械制動系統。因為電驅動系統有反應速度快，可控性好等優點，在汽車的安全性能發展上表現出良好的發展前景。比如制動防抱死系統、牽引控制系統和電子穩定程序系統的應用在一定程度上極大地提高了汽車的行駛安全，但是這些系統對控制系統的結構設計提出了更高的要求，因此對制動執行器的研究就成為了國際上居高不下的熱點。

一、電子機械制動系統

電子機械系統的組成主要包括制動系統、電子踏板模塊和車輪制動模塊等三部分，每一模塊的分工各不相同，控制著不同的系統。

（一）制動系統。制動系統負責接收制動踏板發出的信息，起到控制制動器啟動的作用。它也可以接收駐車的制動信號和車輪傳感器傳來的信號，分別控制駐車的制動和車輪產生制動力，識別車輪是否會發生抱死、打滑的現象，啟動防抱死制動系統，防止打滑現象的發生。制動系統還可以管理制動系統的電源，合理分配電流，同時還要實現對其他系統的管理控制。

（二）車輪制動模塊。制動系統中最重要的元件就是車輪制動系統，同時也發揮電子制動系統的執行功能。車輪制動模塊主要包括制動執行器和制動執行器ECU兩部分。車輪制動模塊有兩個輸入，分別是控制電信號輸入和供能電流的輸入。車輪制動模塊均采用電子控制和電力驅動，制動執行器ECU通過接收電子控制信號，根據所傳遞的信息，控制電動執行器控制電機的輸出力矩和電動執行器的旋轉方向，產生和變更制動力，保證車輛行駛中的安全。

（三）電子踏板模塊。作為可以提供與電子踏板的轉角成反饋力的電子踏板模塊，可以將踏板上的作用力和作用速度轉化為電信號，并傳遞到制動系統ECU。電子踏板模塊有可以編程的作用，它的制動系統ECU可以控制電流輸入到制動執行器里去，并控制電流輸出時所需要的控制力，不僅改進了車輛的安全性能，更重要的是提高了制動系統的響應速度，提高了車輛的安全性能。因為中央電子控制單元可以根據電子踏板傳感器傳達的位移和速度信號以及車輛行駛速度等其它的傳感器傳達的信息，給制動執行系統ECU發出命令，然后再向電機控制系統發出信號使其控制電流的輸入輸出和轉子轉動時的轉角，產生制動時所需要的力，以產生制動的效果。

二、汽車電子機械制動系統的優點

與傳統的汽車制動系統相比，電子機械制動系統主要有以下優點：

（一）用數據線代替制動執行器和制動踏板之間的液壓和機械連接，減少響應時間，縮短制動距離，優化穩定性能;發揮制動作用時不需要制動液的作用，安裝簡單快速，增加系統的再利用性能，有利于保護環境，同時有效地減少了系統的重置操作。

（二）減少占用的空間，因為沒有了常規制動系統所需要的真空增壓器，安裝時所需的零件減少，安裝方便，布局靈活可控;制動系統的踏板可以調節，并且不會發生回彈振動的情況，不會產生噪音，均可實現制動和穩定功能，有效提高舒適性能和安全性能。

（三）由于網絡的發達，制動系統可以隨時聯網，只是通過簡單的連接數據線和制動系統，就可以實現主動巡航的功能;額外的傳感器只需要和制動系統相連就可以實現一些簡單的功能。

三、制動執行器的工作原理與結構設計

（一）工作原理。汽車電子機械制動系統的工作原理與傳統的制動系統是相同的，其主要構成部分也是相同的，最大的不同點在于用電源驅動器取代了液壓制動系統，由電機產生制動力，大小由電子控制器控制。制動執行器主要包括三部分，分別為驅動部分、一級減速部分和滾珠絲螺旋傳動部分，三部分各自執行不同的功能。在接受制動踏板信號后，電機轉動，驅動一級減速部分和滾珠絲螺旋傳動部分，消除制動執行器各部件的間隙，減小制動盤與摩擦器之間的空隙。因為這個時候電機外面的負壓較低，存在摩擦阻力和回位彈簧力，在消除間隙后，電機就進人工作模式，在制動器上產生制動壓力，產生制動力矩;沒有制動時，就會自動調整制動器之間的間隙，反轉電機，使滾動螺旋絲回到原來位置。

（二）結構設計。汽車在制動時，會產生制動力矩，由制動器的工作原理可以得知，電機通過減速器時會給滾珠螺旋絲發出指令，將電機的旋轉運動轉化為直線運動，并對制動盤產生一定的壓力。滾珠絲螺旋傳動部分所承受的壓力也就是減速部分傳出的力矩，主要包括驅動力矩、阻力矩及摩擦力矩，應當選擇合適的傳動比，根據輸出力矩選擇合適的力矩電機。滾珠絲部分提供的推力與輸出力矩之間存在線性關聯，就可以計算出制動執行器上的制動壓力和力矩。在設計時，應該先計算出輸出推力選擇合適的滾珠絲和與轉動比相適應的減速器，選擇相應的電機。

綜上所述，當今時代汽車的發展方向多元化，逐漸集模塊化、機電一體化和集成化于一體，而汽車的電子機械制動系統卻正好體現了這一發展潮流。對于新時代的消費者來說，他們關注的不僅是汽車的使用價值，更重要的是汽車的安全性能。汽車作為新時代的代步工具，更新換代的速度越來越快，而且對汽車的安全性能的研究也在不斷進行，由傳統的液壓制動系統已經發展到了電子機械制動系統。這篇文章主要論述了汽車電子機械制動系統的結構和工作原理，同時也研究了制動執行器的工作原理和結構設計。對于制動執行器要求有較好的抗高溫性能，便于承受制動執行器在工作時產生的溫度，與此同時，要開發滿足更多要求的制動執行器，更好地保障汽車的行車安全。