電子機械制動系統發展現狀論文
電子機械制動系統(EIbctromechanicalBrakeSystem)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。
EMB以電能作為能量來源,由電機驅動制動鉗塊,整個系統內沒有液壓管路,因此也就沒有制動液體,機械連接很少,由電線傳遞能量,數據線傳遞信號,所以又被稱為線制動系統(BmkebyW^ire)電子機械制動是一種全新的制動理念,它簡捷的結構,高效的性能極大的提高了汽車的制動安全性。
1電子機械制動系統的發展和現狀
歷史上,麗B首先應用在飛機上,現在正在處于向汽車領域應用的研宄和改進階段。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相關的研宄從發表的專利來看,現在BoschSiemens和ContinentalTeves公司己經取得了部分研宄成果,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,只有部分研宄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,而在國內此項研宄至今仍屬空白。
2電子機械制動系統的原理和工作方式
圖1為一四輪機動車電子機械制動系統的結構簡圖。它有四套制動執行機構,每一套執行機構都包括力矩電機,制動器外殼和制動鉗塊。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,制動鉗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于制動踏板單元,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2套制動回路AB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Bat22個中心控制模塊4相對獨立工作,同時也通過雙向的信號線互相通信,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。圖中帶有箭頭的代表數據傳輸線,箭頭表示了數據傳輸方向。
3EMB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。
現在己經有BoschSiemens和ContinentalTeves這3家公司取得了各自的研宄成果,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。
3.1Bosch公司的現階段科研成果
德國Bosch公司于1996年10月23日在美國專利局申請了第一篇關于EMB的專利,至今共申請了12項相關專利,最近的專利是于2003年03月25日新發布的“ELEC-TROMAGNETI:WHEELBRAKEDEVCE”圖2為此專利中描述的工作時,動力由電機輸入端5輸入給內部的兩個行星輪系10和12然后傳遞給螺紋心軸19再經螺紋心軸19螺母17和螺紋滾柱18組成的類似行星齒輪機構轉化為螺母17的直線運動。螺母17推動制動鉗塊22將制動力施加在制動盤21上。摩擦盤8與行星輪系12的太陽輪15通過一個杯形彈簧16固接在一起,摩擦盤2與行星輪系12的行星齒圏26以同樣的方式固接。在兩個行星輪系1012之間有兩套電磁離合器7和11當兩個電磁離合器通電時,摩擦盤2和8分別與母體11和7結合,同步運動。不通電時,摩擦盤受制動環限制無法轉動。此執行機構有如下4種工作方式:
(1)電磁離合器7通電,11不通電。此時太陽輪6、15結合同步轉動,齒圏26在制動盤24的作用下靜止,兩個太陽輪6、15旋轉方向相同,傳動比大,可提供迅速克服制動鉗塊22和制動盤21之間間隙。
(2)兩個電磁離合器都通電。此時太陽輪615齒圏126都同步轉動。由于太陽輪615轉動半徑相同,齒圏126轉動半徑也相同,而行星輪4的轉動半徑大于行星輪13因此行星輪架14轉動方向仍然與太陽輪15相同,實現了減速增矩的功能。
(3)電磁離合器7不通電,11通電。此時齒圏1、26結合,同步轉動,太陽輪15在制動環24的作用下靜止,此時行星輪架14和齒圏26的旋轉方向相反,在不需電機反轉的情況下,即可使制動鉗塊22和制動盤21分離。此功能可用來調整制動間隙。
(4)兩個電磁離合器都不通電。此時太陽輪15齒圏26在制動環24的作用下都不轉動,行星輪架14亦無法轉動,因此制動力矩始終施加在制動鉗塊22上,實現制動力保持,此種工作方式可用于駐車功能。
32Siemens公司的現階段科研成果
德國Sifmens公司于1997年07月24日在美國專利局8月13日發布的最新專利,先后一共申請了5項相關專利,圖3為Sitmens公司研制的一種典型的帶有機械磨損后,可以自動補償制動盤和制動鉗塊間隙的EMB執行機構。
這種執行機構力矩電機內置,圖中1轉子與螺母相嚙合,螺母和心軸固結在一起。當電機工作時,轉子轉動,使螺母和心軸做軸向運動,就把圓周運動轉化為了直線運動。心軸軸向推動增力杠桿和壓力盤。杠桿的末端插在制動器缸內的凹槽內,能夠繞凹槽轉動,在圖中采用鉸鏈表示。壓力盤再把力傳遞給傳動套筒,套筒和制動活塞之間通過螺紋傳動,這個螺紋傳動副是不自鎖的。制動活塞推動浮動制動鉗塊,產生制動力矩。
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