電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀論文

　　電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EIbctromechanicalBrakeSystem)簡(jiǎn)稱為EMB與常規(guī)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)截然不同。傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展至今，己是非常成熟的技術(shù)。隨著人們對(duì)制動(dòng)性能要求的不斷提高，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS)、牽引力控制系統(tǒng)（TCS)、電子穩(wěn)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(tǒng)中，越來(lái)越多的附加機(jī)構(gòu)安裝于制動(dòng)線路上，這使得制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)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(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)捷，功能更可靠的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB)最終取代傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)己經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)的共識(shí)。

　　EMB以電能作為能量來(lái)源，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)鉗塊，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有液壓管路，因此也就沒(méi)有制動(dòng)液體，機(jī)械連接很少，由電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號(hào)，所以又被稱為線制動(dòng)系統(tǒng)（BmkebyW^ire)電子機(jī)械制動(dòng)是一種全新的制動(dòng)理念，它簡(jiǎn)捷的結(jié)構(gòu)，高效的性能極大的提高了汽車(chē)的制動(dòng)安全性。

1電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀

　　歷史上，麗B首先應(yīng)用在飛機(jī)上，現(xiàn)在正在處于向汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用的研宄和改進(jìn)階段。EMB與常規(guī)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)截然不同，它的供能，執(zhí)行和控制機(jī)構(gòu)全部需要重新設(shè)計(jì)，特別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)，減速增矩等功能，是EMB中機(jī)械零件集中的部分。從20世紀(jì)90年代起一些著名的汽車(chē)電子零部件廠商陸續(xù)開(kāi)始了與EMB相關(guān)的研宄從發(fā)表的專(zhuān)利來(lái)看，現(xiàn)在BoschSiemens和ContinentalTeves公司己經(jīng)取得了部分研宄成果，但仍然只是處于研制試驗(yàn)階段，并無(wú)批量裝車(chē)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，只有部分研宄人員做過(guò)一些系統(tǒng)仿真，裝車(chē)試驗(yàn)等工作，申請(qǐng)的專(zhuān)利也比較零散，而在國(guó)內(nèi)此項(xiàng)研宄至今仍屬空白。

2電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的原理和工作方式

　　圖1為一四輪機(jī)動(dòng)車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。它有四套制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每一套執(zhí)行機(jī)構(gòu)都包括力矩電機(jī)，制動(dòng)器外殼和制動(dòng)鉗塊。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(zhí)行機(jī)構(gòu)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(hào)，如制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該產(chǎn)生的力矩，由中心控制模塊來(lái)提供。控制單元同樣也從執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得反饋回來(lái)的信號(hào)，如電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，實(shí)際產(chǎn)生的力矩，制動(dòng)鉗塊和制動(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(shù)，識(shí)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)自于制動(dòng)踏板單元，它包括制動(dòng)踏板，踏板位移傳感器，踏板力傳感器踏板力模擬機(jī)構(gòu)。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(tǒng)中分為前軸和后軸2套制動(dòng)回路AB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Bat22個(gè)中心控制模塊4相對(duì)獨(dú)立工作，同時(shí)也通過(guò)雙向的信號(hào)線互相通信，在這種結(jié)構(gòu)下，可以做到當(dāng)其中某一套制動(dòng)線路失靈或出現(xiàn)故障時(shí)，另外一套線路可以照常工作，保證制動(dòng)的安全性。圖中帶有箭頭的代表數(shù)據(jù)傳輸線，箭頭表示了數(shù)據(jù)傳輸方向。

3EMB的典型結(jié)構(gòu)

　　電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是與制動(dòng)盤(pán)直接相連的部分，是EMB與液壓制動(dòng)系統(tǒng)差別最大的部分，也是EMB中機(jī)械零件的集中部分。一個(gè)典型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該：

　　(1)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧；

　　(2)有提供驅(qū)動(dòng)力的力矩電機(jī)；

　　(3)具有把圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)；

　　(4)具有力的放大機(jī)構(gòu)；

　　(5)為保證更可靠的性能，最好在內(nèi)部設(shè)有力或位移等傳感器。

　　現(xiàn)在己經(jīng)有BoschSiemens和ContinentalTeves這3家公司取得了各自的研宄成果，并申請(qǐng)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(yàn)品。

　　3.1Bosch公司的現(xiàn)階段科研成果

　　德國(guó)Bosch公司于1996年10月23日在美國(guó)專(zhuān)利局申請(qǐng)了第一篇關(guān)于EMB的專(zhuān)利，至今共申請(qǐng)了12項(xiàng)相關(guān)專(zhuān)利，最近的專(zhuān)利是于2003年03月25日新發(fā)布的“ELEC-TROMAGNETI：WHEELBRAKEDEVCE”圖2為此專(zhuān)利中描述的工作時(shí)，動(dòng)力由電機(jī)輸入端5輸入給內(nèi)部的兩個(gè)行星輪系10和12然后傳遞給螺紋心軸19再經(jīng)螺紋心軸19螺母17和螺紋滾柱18組成的類(lèi)似行星齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為螺母17的直線運(yùn)動(dòng)。螺母17推動(dòng)制動(dòng)鉗塊22將制動(dòng)力施加在制動(dòng)盤(pán)21上。摩擦盤(pán)8與行星輪系12的太陽(yáng)輪15通過(guò)一個(gè)杯形彈簧16固接在一起，摩擦盤(pán)2與行星輪系12的行星齒圏26以同樣的方式固接。在兩個(gè)行星輪系1012之間有兩套電磁離合器7和11當(dāng)兩個(gè)電磁離合器通電時(shí)，摩擦盤(pán)2和8分別與母體11和7結(jié)合，同步運(yùn)動(dòng)。不通電時(shí)，摩擦盤(pán)受制動(dòng)環(huán)限制無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。此執(zhí)行機(jī)構(gòu)有如下4種工作方式：

　　(1)電磁離合器7通電，11不通電。此時(shí)太陽(yáng)輪6、15結(jié)合同步轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圏26在制動(dòng)盤(pán)24的作用下靜止，兩個(gè)太陽(yáng)輪6、15旋轉(zhuǎn)方向相同，傳動(dòng)比大，可提供迅速克服制動(dòng)鉗塊22和制動(dòng)盤(pán)21之間間隙。

　　(2)兩個(gè)電磁離合器都通電。此時(shí)太陽(yáng)輪615齒圏126都同步轉(zhuǎn)動(dòng)。由于太陽(yáng)輪615轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同，齒圏126轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也相同，而行星輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大于行星輪13因此行星輪架14轉(zhuǎn)動(dòng)方向仍然與太陽(yáng)輪15相同，實(shí)現(xiàn)了減速增矩的功能。

　　(3)電磁離合器7不通電，11通電。此時(shí)齒圏1、26結(jié)合，同步轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)輪15在制動(dòng)環(huán)24的作用下靜止，此時(shí)行星輪架14和齒圏26的旋轉(zhuǎn)方向相反，在不需電機(jī)反轉(zhuǎn)的情況下，即可使制動(dòng)鉗塊22和制動(dòng)盤(pán)21分離。此功能可用來(lái)調(diào)整制動(dòng)間隙。

　　(4)兩個(gè)電磁離合器都不通電。此時(shí)太陽(yáng)輪15齒圏26在制動(dòng)環(huán)24的作用下都不轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪架14亦無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，因此制動(dòng)力矩始終施加在制動(dòng)鉗塊22上，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力保持，此種工作方式可用于駐車(chē)功能。

　　32Siemens公司的現(xiàn)階段科研成果

　　德國(guó)Sifmens公司于1997年07月24日在美國(guó)專(zhuān)利局8月13日發(fā)布的最新專(zhuān)利，先后一共申請(qǐng)了5項(xiàng)相關(guān)專(zhuān)利，圖3為Sitmens公司研制的一種典型的帶有機(jī)械磨損后，可以自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鉗塊間隙的EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩電機(jī)內(nèi)置，圖中1轉(zhuǎn)子與螺母相嚙合，螺母和心軸固結(jié)在一起。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母和心軸做軸向運(yùn)動(dòng)，就把圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為了直線運(yùn)動(dòng)。心軸軸向推動(dòng)增力杠桿和壓力盤(pán)。杠桿的末端插在制動(dòng)器缸內(nèi)的凹槽內(nèi)，能夠繞凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)，在圖中采用鉸鏈表示。壓力盤(pán)再把力傳遞給傳動(dòng)套筒，套筒和制動(dòng)活塞之間通過(guò)螺紋傳動(dòng)，這個(gè)螺紋傳動(dòng)副是不自鎖的。制動(dòng)活塞推動(dòng)浮動(dòng)制動(dòng)鉗塊，產(chǎn)生制動(dòng)力矩。