電子機械制動系統EMB簡介的論文

電子機械制動系統EMB簡介的論文

　　電子機械制動系統（ElectromechanicalBrakingSystem)，簡稱為EMB，與常規的液壓制動系統截然不同。傳統的液壓制動系統發展至今，己是非常成熟的技術。隨著人們對制動性能要求的不斷提高，防抱死制動系統（ABS)、牽引力控制系統（TCS)、電子穩定性控制程序（ESP)、主動避撞技術(ACC)等功能逐漸融入到制動系統中，越來越多的附加機構安裝于制動線路上，這使得制動系統結構更加復雜，也增加了液壓回路泄漏的隱患以及裝配、維修的難度。因此結構更簡捷、功能更可靠的電子機械制動系統（EMB)最終取代傳統的液壓制動系統己經成為汽車行業的共識。

　　1EMB的優越性

　　EMB以電能作為能量來源，由電機驅動制動墊塊，由電線傳遞能量，數據線傳遞信號，它是線制動系統（Brake-by-wire)的一*種形式。電子機械制動是一種全新的制動理念，它簡潔的結構、高效的性能極大地提高了汽車的制動安全性。相對傳統的液壓制動系統，EMB具有以下主要優點。

　　a.機械連接少，沒有制動管路，結構簡潔，體積小。

　　b.載荷傳遞平穩、柔和，制動性能穩定。

　　c.采用機械和電氣連接，信號傳遞迅速，反應靈敏，“路感”好。

　　a.傳動效率高，節省能源。

　　b.電子智能控制功能強大，可以通過修改ECU中的軟件，配置相關的參數來改進制動性能，易于實現ABS、TCS、ESP、ACC等功能。

　　c.模塊式結構更加整體化，裝配簡單，維修方便。

　　d.利于環保，沒有液壓制動管路和制動液，不存在液壓油泄漏的問題，EMB系統沒有不可回收的部件，對環境幾乎沒有污染。

　　1EMB的發展和現狀

　　歷史上，EMB首先應用在飛機上，現在正處于向汽車領域應用的研究和改進階段。EMB與常規的液壓制動系統截然不同，它的供能、執行和控制機構全部需要重新設計，特別是執行機構，由電機驅動，要實現將轉動轉化為平動、減速增矩等功能，是EMB中機械零件集中的部分。從20世紀90年代起，一些著名的汽車電子零部件廠商陸續開始了與EMB相關的研究，從發表的專利來看，現在Bosch、Siemens和ContinentalTeves公司己經取得了部分研究成果，但仍然只是處于研制試驗階段，并無批量裝車產品進入市場，只有部分研究人員做過一些系統仿真、裝車試驗等工作，申請的專利也比較零散。在國內，目前也只有清華大學剛剛開始了一些對電子機械制動系統的研究。

　　2EMB的原理和工作方式

　　圖1為一4輪機動車電子機械制動系統的結構簡圖。它有4套制動執行機構，每一套執行機構都包括力矩電機、制動器外殼和制動墊塊。它們作為一個整體將制動力施加在制動盤上。

　　每一個制動執行機構都有自己的動力控制單元，而動力控制單元所需的控制信號（如制動執行機構應該產生的力矩），由中心控制模塊來提供。控制單元同樣也從執行機構獲得反饋回來的信號，如電機轉子轉角、實際產生的力矩、制動墊塊和制動盤的觸點壓力等。中心模塊通過不同的傳感器(如制動力傳感器、踏板位移傳感器、輪速傳感器等）獲取自己所需的變量參數，識別駕駛員的意圖，經過處理后發送給每一個車輪，以此來控制制動效果。

　　而駕駛員的意圖來自制動踏板單元，它包括制動踏板、踏板位移傳感器、踏板力傳感器和踏板力模擬機構。其中踏板位移傳感器和力傳感器并不是必須同時存在的。

　　由圖1可以看出系統中分為前軸和后軸兩套制動回路A、B，每一套回路都有自己的中心控制模塊和動力源，此處為蓄電池Batl和Bat2。兩個中心控制模塊相對獨立工作，同時也通過雙向的信號線互相通訊，在這種結構下，可以做到當其中某一套制動線路失靈或出現故障時，另外一套線路可以照常工作，保證制動的安全性。圖1中帶有箭頭的代表數據傳輸線，箭頭表示了數據傳輸方向。

　　1EMB執行機構的典型結構

　　電子機械制動系統中的執行機構是與制動盤直接相連的部分，是EMB與液壓制動系統差別最大的部分，也是EMB中機械零件的集中部分。

　　一個典型的執行機構應該：①結構緊湊、體積小巧；②有提供驅動力的力矩電機；③具有把圓周運動轉化為直線運動的機構；④具有力的放大機構；⑤為保證更可靠的性能，最好在內部設有力或位移等傳感器。

　　現在已經有Bosch、Siemens和ContinentalTeves三家公司取得了各自的研究成果，并申請了一系列的專利。其中ContinentalTeves公司己經有了比較成型的試驗品。表1為上述三家公司己經發布的關于EMB的專利情況。

　　1幾種執行機構的對比

　　EMB的科研現在只是處于一個起步狀態，所以并沒有約定俗成的EMB系統。這幾家公司的EMB執行機構結構框架基本一樣，都是針對盤式制動器開發的，都具有把圓周運動轉化為直線運動的機構，具有減速增矩機構和行星齒輪機構，不同之處主要有以下幾點。

　　a.Bosch公司的EMB采用的是電機外置結構，而Siemens和ContinentalTeves公司采用的都是電機內置結構，把電機的定子和轉子與其他零件結合在一起。這種布置方式能夠使結構更緊湊，體積更小巧，但同時也增加了結構的復雜性，可以說各有利弊。

　　b.Bosch公司研制的EMB內部都含有電磁離合器，但是電磁離合器的作用不盡相同，經歷了一個結構由復雜到簡單，功能由簡單到復雜的過程。Bosch公司以前的專利中，只包含一*個行星輪系，但為了實現相應的功能增加了許多附屬機構。采用了兩個電磁離合器和兩個行星輪系后，工作方式變得更加清晰，功能更加多樣，相比之下更為先進和成熟。

　　C.Siemens公司的EMB采用了增力杜桿結構，還具備間隙自動調整功能。這種制動盤和制動墊塊的間隙自動補償方式是其特有的結構，完全是由執行機構本身的機械結構自動實現的。Siemens公司的EMB內部還帶有環形壓電式力傳感器和位移傳感器，用來測量心軸移動的軸向距離，工作性能更為可靠。

　　d.這幾家公司的EMB都采用了不同的間隙磨損調整方式。ContinentalTeves公司采用的是一*種智能控制方式，通過內部的電子控制單元控制間隙大小，從可靠性來說能最恰當地調整磨損后制動盤和制動墊塊的間隙；Siemens公司采用的是機械調整機構，可靠性次之；而Bosch公司的EMB并沒有特殊設計的間隙調整機構，因此使制動器的結構相對簡單。

　　2結論

　　電子機械制動系統有著傳統液壓制動系統無法比擬的諸多優勢，在未來最終取代液壓制動系統己經成為汽車業界的一個共識。目前發展EMB需要解決的難題主要有以下幾個。

　　a.力矩電機的設計。在制動時，當制動墊塊和制動盤接觸后，EMB中的力矩電機將工作在“憋死”這樣的惡劣工作條件下。EMB不僅要求電機性能優越、反應迅速、可以提供足夠大的力矩，而且必須結構緊湊、體積小巧、能夠安裝在狹小的制動空間內，還需要在冷、熱、泥水、電磁干擾等惡劣環境下能夠可靠工作。

　　b.制動執行機構的設計。執行機構中的機械零件較多，結構復雜，如何有效地傳遞轉矩，增大轉矩，并且保證體積小巧是一個難題。

　　c.成本的降低。有效降低EMB中的力矩電機成本，將會更快推動EMB的發展和應用。

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