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電子機械制動(dòng)系統EMB簡(jiǎn)介的論文
電子機械制動(dòng)系統（ElectromechanicalBrakingSystem)，簡(jiǎn)稱(chēng)為EMB，與常規的液壓制動(dòng)系統截然不同。傳統的液壓制動(dòng)系統發(fā)展至今，己是非常成熟的技術(shù)。隨著(zhù)人們對制動(dòng)性能要求的不斷提高，防抱死制動(dòng)系統（ABS)、牽引力控制系統（TCS)、電子穩定性控制程序（ESP)、主動(dòng)避撞技術(shù)(ACC)等功能逐漸融入到制動(dòng)系統中，越來(lái)越多的附加機構安裝于制動(dòng)線(xiàn)路上，這使得制動(dòng)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(jiǎn)捷、功能更可靠的電子機械制動(dòng)系統（EMB)最終取代傳統的液壓制動(dòng)系統己經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)的共識。
1EMB的優(yōu)越性
EMB以電能作為能量來(lái)源，由電機驅動(dòng)制動(dòng)墊塊，由電線(xiàn)傳遞能量，數據線(xiàn)傳遞信號，它是線(xiàn)制動(dòng)系統（Brake-by-wire)的一*種形式。電子機械制動(dòng)是一種全新的制動(dòng)理念，它簡(jiǎn)潔的結構、高效的性能極大地提高了汽車(chē)的制動(dòng)安全性。相對傳統的液壓制動(dòng)系統，EMB具有以下主要優(yōu)點(diǎn)。
a.機械連接少，沒(méi)有制動(dòng)管路，結構簡(jiǎn)潔，體積小。
b.載荷傳遞平穩、柔和，制動(dòng)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(dòng)效率高，節省能源。
b.電子智能控制功能強大，可以通過(guò)修改ECU中的軟件，配置相關(guān)的參數來(lái)改進(jìn)制動(dòng)性能，易于實(shí)現ABS、TCS、ESP、ACC等功能。
c.模塊式結構更加整體化，裝配簡(jiǎn)單，維修方便。
d.利于環(huán)保，沒(méi)有液壓制動(dòng)管路和制動(dòng)液，不存在液壓油泄漏的問(wèn)題，EMB系統沒(méi)有不可回收的部件，對環(huán)境幾乎沒(méi)有污染。
1EMB的發(fā)展和現狀
歷史上，EMB首先應用在飛機上，現在正處于向汽車(chē)領(lǐng)域應用的研究和改進(jìn)階段。EMB與常規的液壓制動(dòng)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(dòng)，要實(shí)現將轉動(dòng)轉化為平動(dòng)、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(zhù)名的汽車(chē)電子零部件廠(chǎng)商陸續開(kāi)始了與EMB相關(guān)的研究，從發(fā)表的專(zhuān)利來(lái)看，現在Bosch、Siemens和ContinentalTeves公司己經(jīng)取得了部分研究成果，但仍然只是處于研制試驗階段，并無(wú)批量裝車(chē)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，只有部分研究人員做過(guò)一些系統仿真、裝車(chē)試驗等工作，申請的專(zhuān)利也比較零散。在國內，目前也只有清華大學(xué)剛剛開(kāi)始了一些對電子機械制動(dòng)系統的研究。
2EMB的原理和工作方式
圖1為一4輪機動(dòng)車(chē)電子機械制動(dòng)系統的結構簡(jiǎn)圖。它有4套制動(dòng)執行機構，每一套執行機構都包括力矩電機、制動(dòng)器外殼和制動(dòng)墊塊。它們作為一個(gè)整體將制動(dòng)力施加在制動(dòng)盤(pán)上。
每一個(gè)制動(dòng)執行機構都有自己的動(dòng)力控制單元，而動(dòng)力控制單元所需的控制信號（如制動(dòng)執行機構應該產(chǎn)生的力矩），由中心控制模塊來(lái)提供�？刂茊卧瑯右矎膱绦袡C構獲得反饋回來(lái)的信號，如電機轉子轉角、實(shí)際產(chǎn)生的力矩、制動(dòng)墊塊和制動(dòng)盤(pán)的觸點(diǎn)壓力等。中心模塊通過(guò)不同的傳感器(如制動(dòng)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(jīng)過(guò)處理后發(fā)送給每一個(gè)車(chē)輪，以此來(lái)控制制動(dòng)效果。
而駕駛員的意圖來(lái)自制動(dòng)踏板單元，它包括制動(dòng)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(shí)存在的。
由圖1可以看出系統中分為前軸和后軸兩套制動(dòng)回路A、B，每一套回路都有自己的中心控制模塊和動(dòng)力源，此處為蓄電池Batl和Bat2。兩個(gè)中心控制模塊相對獨立工作，同時(shí)也通過(guò)雙向的信號線(xiàn)互相通訊，在這種結構下，可以做到當其中某一套制動(dòng)線(xiàn)路失靈或出現故障時(shí)，另外一套線(xiàn)路可以照常工作，保證制動(dòng)的安全性。圖1中帶有箭頭的代表數據傳輸線(xiàn)，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(dòng)系統中的執行機構是與制動(dòng)盤(pán)直接相連的部分，是EMB與液壓制動(dòng)系統差別最大的部分，也是EMB中機械零件的集中部分。
一個(gè)典型的執行機構應該：①結構緊湊、體積小巧；②有提供驅動(dòng)力的力矩電機；③具有把圓周運動(dòng)轉化為直線(xiàn)運動(dòng)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(jīng)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(zhuān)利。其中ContinentalTeves公司己經(jīng)有了比較成型的試驗品。表1為上述三家公司己經(jīng)發(fā)布的關(guān)于EMB的專(zhuān)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(gè)起步狀態(tài)，所以并沒(méi)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(pán)式制動(dòng)器開(kāi)發(fā)的，都具有把圓周運動(dòng)轉化為直線(xiàn)運動(dòng)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(diǎn)。
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(shí)也增加了結構的復雜性，可以說(shuō)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(jīng)歷了一個(gè)結構由復雜到簡(jiǎn)單，功能由簡(jiǎn)單到復雜的過(guò)程。Bosch公司以前的專(zhuān)利中，只包含一*個(gè)行星輪系，但為了實(shí)現相應的功能增加了許多附屬機構。采用了兩個(gè)電磁離合器和兩個(gè)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(jìn)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(dòng)調整功能。這種制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)墊塊的間隙自動(dòng)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(dòng)實(shí)現的。Siemens公司的EMB內部還帶有環(huán)形壓電式力傳感器和位移傳感器，用來(lái)測量心軸移動(dòng)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(guò)內部的電子控制單元控制間隙大小，從可靠性來(lái)說(shuō)能最恰當地調整磨損后制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)墊塊的間隙；Siemens公司采用的是機械調整機構，可靠性次之；而B(niǎo)osch公司的EMB并沒(méi)有特殊設計的間隙調整機構，因此使制動(dòng)器的結構相對簡(jiǎn)單。
2結論
電子機械制動(dòng)系統有著(zhù)傳統液壓制動(dòng)系統無(wú)法比擬的諸多優(yōu)勢，在未來(lái)最終取代液壓制動(dòng)系統己經(jīng)成為汽車(chē)業(yè)界的一個(gè)共識。目前發(fā)展EMB需要解決的難題主要有以下幾個(gè)。
a.力矩電機的設計。在制動(dòng)時(shí)，當制動(dòng)墊塊和制動(dòng)盤(pán)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(yōu)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(dòng)空間內，還需要在冷、熱、泥水、電磁干擾等惡劣環(huán)境下能夠可靠工作。
b.制動(dòng)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(gè)難題。
c.成本的降低。有效降低EMB中的力矩電機成本，將會(huì )更快推動(dòng)EMB的發(fā)展和應用。
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