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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。
橡膠密封環和彈簧的主要作用是制動后使制動活塞等零件回位。當活塞向右移動時，活塞使橡膠環產生彈性變形，產生了作用在制動活塞上的回位力。當制動結束后，在橡膠環的彈性形變力下，傳動套筒和制動活塞被推回到制動前的位置上。
Siemens公司的EMB還具備間隙自動調整功能。當制動鉗塊磨損比較嚴重時，制動活塞的行程超出了橡膠環形變量時，二者發生相對滑動。制動卸載時，橡膠環帶動活塞回位。由于活塞和橡膠環發生相對運動，因此活塞返回的行程一定小于制動前走過的行程，于是傳動套筒和壓力盤之間出現了空隙。傳動套筒從制動活塞的內腔中被彈簧推出，直到與壓力盤再次接觸，退出的行程也就恰好等于磨損掉的厚度。
3.3ContinentalTeves公司的現階段科研成果
ContinentalTeves公司于1996年05月29日在美國專利局申請了第一篇關于EMB的專利開始，到最近一次于2003年04月22日發布的最新專利先后一共申請了12項相關專利，圖4為ContinentalTeves公司研制的最新成果--帶有兩級減速機構的EMB執行機構。
ContinentalTeves公司的執行機構也采用了電機內置的結構，它還有一個特點就是模塊化，整個機構分為3個獨立的模塊，分別為驅動部分，一級絲杠螺母減速部分和二級減速齒輪部分，3個模塊在生產，安裝，維修時可以獨立進行，然后組裝在一起工作。
在驅動模塊中包含有一個力矩電機，1516分別是電機的轉子和定子。一級絲杠螺母減速部分由螺旋螺母18螺旋心軸4和大量的鋼珠17組成，這3者構成了一個球螺旋機構。二級減速齒輪由8、9、1213組成，這是一個行星輪系。當電機轉子15轉動時，其上的齒輪10帶動二級減速齒輪部分的行星輪13轉動，同時另一側的齒輪12與齒圏8相嚙合，這樣力矩便通過旋轉的行星輪架9傳遞給了一級減速機構中的螺母軸頸11當螺旋螺母18由二級減速齒輪驅動旋轉時，通過球螺旋副螺旋心軸4產生向左的平動，推動壓盤19和制動鉗塊2與制動盤1接觸，產生制動力矩。
在驅動部分中還有一個棘輪機構5、6、7用于實現駐車功能。通過電磁鐵5的通斷電，可以使棘爪7繞銷釘6轉動，來控制電機轉子15是否旋轉。當電機轉子15不轉動時，可以保持住制動力，達到駐車的目的。
4幾種執行機構的對比
文中所列的幾種EMB是BoschSiemens和ContinentalTeves公司最新的專利中描述的，也是這幾個公司目前公布的最先進的科研成果。
這幾個公司的EMB結構框架是基本一樣的，都是針對的盤式制動器開發的，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，具有行星齒輪機構，它們之間不同之處主要有以下幾點：
(1)Bosch公司的EMB沒有把力矩電機安裝在機構內部，采用的是電機外置，而Siemens和ContinentilTeves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接合在一起。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。
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公司以前申請。
(1)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。
(2)Simens公司的EMB采用了增力杠桿結構，如圖3所示，增力杠桿的末端插在制動器缸內的凹槽內，能夠繞凹槽轉動。當心軸軸向移動推動增力杠桿和壓力盤時，壓力盤是不轉動的由于心軸和壓力盤在杠桿兩側的力臂不同壓力盤的力臂短，從圖3中看兩個力臂之比大約是4:1這就使壓力盤的壓力大于心軸產生的軸向推力，起到了增力的作用。另外Simens公司的EMB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。Simens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。
(3)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的調整磨損后制動盤和制動墊塊的間隙，性能最可靠，Siemens公司采用的是完全的機械調整機構，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，但因此也使制動器的結構相對簡單。
5結束語
(1)力矩電機的設計。在制動時，當制動鉗塊和制動盤接觸后，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。
(2)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，如何有效的傳遞扭矩，增大扭矩，并且保證體積小巧是一個難題。
(3)成本的降低。有效降低EMB中的力矩電機，42伏電源，諸多傳感器、MCU、集成電路等器件的成本將會更快推動EMB的發展和應用。
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