电子机械制动系统EMB简介的论文

　　电子机械制动系统（ElectromechanicalBrakingSystem)，简称为EMB，与常规的液压制动系统截然不同。传统的液压制动系统发展至今，己是非常成熟的技术。随着人们对制动性能要求的不断提高，防抱死制动系统（ABS)、牵引力控制系统（TCS)、电子稳定性控制程序（ESP)、主动避撞技术(ACC)等功能逐渐融入到制动系统中，越来越多的附加机构安装于制动线路上，这使得制动系统结构更加复杂，也增加了液压回路泄漏的隐患以及装配、维修的难度。因此结构更简捷、功能更可靠的电子机械制动系统（EMB)最终取代传统的液压制动系统己经成为汽车行业的共识。

　　1EMB的优越性

　　EMB以电能作为能量来源，由电机驱动制动垫块，由电线传递能量，数据线传递信号，它是线制动系统（Brake-by-wire)的一*种形式。电子机械制动是一种全新的制动理念，它简洁的结构、高效的性能极大地提高了汽车的制动安全性。相对传统的液压制动系统，EMB具有以下主要优点。

　　a.机械连接少，没有制动管路，结构简洁，体积小。

　　b.载荷传递平稳、柔和，制动性能稳定。

　　c.采用机械和电气连接，信号传递迅速，反应灵敏，“路感”好。

　　a.传动效率高，节省能源。

　　b.电子智能控制功能强大，可以通过修改ECU中的软件，配置相关的参数来改进制动性能，易于实现ABS、TCS、ESP、ACC等功能。

　　c.模块式结构更加整体化，装配简单，维修方便。

　　d.利于环保，没有液压制动管路和制动液，不存在液压油泄漏的问题，EMB系统没有不可回收的部件，对环境几乎没有污染。

　　1EMB的发展和现状

　　历史上，EMB首先应用在飞机上，现在正处于向汽车领域应用的研究和改进阶段。EMB与常规的液压制动系统截然不同，它的供能、执行和控制机构全部需要重新设计，特别是执行机构，由电机驱动，要实现将转动转化为平动、减速增矩等功能，是EMB中机械零件集中的部分。从20世纪90年代起，一些著名的汽车电子零部件厂商陆续开始了与EMB相关的研究，从发表的专利来看，现在Bosch、Siemens和ContinentalTeves公司己经取得了部分研究成果，但仍然只是处于研制试验阶段，并无批量装车产品进入市场，只有部分研究人员做过一些系统仿真、装车试验等工作，申请的专利也比较零散。在国内，目前也只有清华大学刚刚开始了一些对电子机械制动系统的研究。

　　2EMB的原理和工作方式

　　图1为一4轮机动车电子机械制动系统的结构简图。它有4套制动执行机构，每一套执行机构都包括力矩电机、制动器外壳和制动垫块。它们作为一个整体将制动力施加在制动盘上。

　　每一个制动执行机构都有自己的动力控制单元，而动力控制单元所需的控制信号（如制动执行机构应该产生的力矩），由中心控制模块来提供。控制单元同样也从执行机构获得反馈回来的信号，如电机转子转角、实际产生的力矩、制动垫块和制动盘的触点压力等。中心模块通过不同的传感器(如制动力传感器、踏板位移传感器、轮速传感器等）获取自己所需的变量参数，识别驾驶员的意图，经过处理后发送给每一个车轮，以此来控制制动效果。

　　而驾驶员的意图来自制动踏板单元，它包括制动踏板、踏板位移传感器、踏板力传感器和踏板力模拟机构。其中踏板位移传感器和力传感器并不是必须同时存在的。

　　由图1可以看出系统中分为前轴和后轴两套制动回路A、B，每一套回路都有自己的中心控制模块和动力源，此处为蓄电池Batl和Bat2。两个中心控制模块相对独立工作，同时也通过双向的信号线互相通讯，在这种结构下，可以做到当其中某一套制动线路失灵或出现故障时，另外一套线路可以照常工作，保证制动的安全性。图1中带有箭头的代表数据传输线，箭头表示了数据传输方向。

　　1EMB执行机构的'典型结构

　　电子机械制动系统中的执行机构是与制动盘直接相连的部分，是EMB与液压制动系统差别最大的部分，也是EMB中机械零件的集中部分。

　　一个典型的执行机构应该：①结构紧凑、体积小巧；②有提供驱动力的力矩电机；③具有把圆周运动转化为直线运动的机构；④具有力的放大机构；⑤为保证更可靠的性能，最好在内部设有力或位移等传感器。

　　现在已经有Bosch、Siemens和ContinentalTeves三家公司取得了各自的研究成果，并申请了一系列的专利。其中ContinentalTeves公司己经有了比较成型的试验品。表1为上述三家公司己经发布的关于EMB的专利情况。

　　1几种执行机构的对比

　　EMB的科研现在只是处于一个起步状态，所以并没有约定俗成的EMB系统。这几家公司的EMB执行机构结构框架基本一样，都是针对盘式制动器开发的，都具有把圆周运动转化为直线运动的机构，具有减速增矩机构和行星齿轮机构，不同之处主要有以下几点。

　　a.Bosch公司的EMB采用的是电机外置结构，而Siemens和ContinentalTeves公司采用的都是电机内置结构，把电机的定子和转子与其他零件结合在一起。这种布置方式能够使结构更紧凑，体积更小巧，但同时也增加了结构的复杂性，可以说各有利弊。

　　b.Bosch公司研制的EMB内部都含有电磁离合器，但是电磁离合器的作用不尽相同，经历了一个结构由复杂到简单，功能由简单到复杂的过程。Bosch公司以前的专利中，只包含一*个行星轮系，但为了实现相应的功能增加了许多附属机构。采用了两个电磁离合器和两个行星轮系后，工作方式变得更加清晰，功能更加多样，相比之下更为先进和成熟。

　　C.Siemens公司的EMB采用了增力杜杆结构，还具备间隙自动调整功能。这种制动盘和制动垫块的间隙自动补偿方式是其特有的结构，完全是由执行机构本身的机械结构自动实现的。Siemens公司的EMB内部还带有环形压电式力传感器和位移传感器，用来测量心轴移动的轴向距离，工作性能更为可靠。

　　d.这几家公司的EMB都采用了不同的间隙磨损调整方式。ContinentalTeves公司采用的是一*种智能控制方式，通过内部的电子控制单元控制间隙大小，从可靠性来说能最恰当地调整磨损后制动盘和制动垫块的间隙；Siemens公司采用的是机械调整机构，可靠性次之；而Bosch公司的EMB并没有特殊设计的间隙调整机构，因此使制动器的结构相对简单。

　　2结论

　　电子机械制动系统有着传统液压制动系统无法比拟的诸多优势，在未来最终取代液压制动系统己经成为汽车业界的一个共识。目前发展EMB需要解决的难题主要有以下几个。

　　a.力矩电机的设计。在制动时，当制动垫块和制动盘接触后，EMB中的力矩电机将工作在“憋死”这样的恶劣工作条件下。EMB不仅要求电机性能优越、反应迅速、可以提供足够大的力矩，而且必须结构紧凑、体积小巧、能够安装在狭小的制动空间内，还需要在冷、热、泥水、电磁干扰等恶劣环境下能够可靠工作。

　　b.制动执行机构的设计。执行机构中的机械零件较多，结构复杂，如何有效地传递转矩，增大转矩，并且保证体积小巧是一个难题。

　　c.成本的降低。有效降低EMB中的力矩电机成本，将会更快推动EMB的发展和应用。