电子机械制动系统的设计及工作原理

　　随着电子科技的迅速发展，传统的机械制动系统已经难以满足汽车行驶过程中日益增加的安全需求。在这样的背景下，电子机械制动系统基于其迅速的响应速度和安全可靠的制动功能，开始逐渐取代传统机械制动系统的位置。该文基于此，对电子机械制动系统的设计要求作出了简要分析，并简要探讨了应该如何实现电子机械制动系统的设计。

　　电控机械制动系统（Electromechanical Brake System，简称EMB）是一种全新的汽车制动系统，它由电机驱动产生制动力，由电线传递能量、由数据线传递信号，完全摒弃了传统制动系统的制动液及液压制动管路等部件，结构简洁，便于布置，而且更加环保、节能。EMB易于实现集成化、模块化，可以同实现ABS、TCS、ESP等多种汽车动力学控制的功能。它简捷的结构，高效的性能极大的提高了汽车的制动安全性。电子制动系统作为汽车安全行驶的灵魂，在现阶段的汽车安全形成评测方面具有举足轻重的重要作用。而随着电子科技的迅速发展，传统的机械制动系统渐渐难以和汽车行驶过程中日益增加的安全需求相匹配，其依靠传统的气压、液压的制动方式不仅使得整个制动系统的响应速度较长，也使得后期的装配及维修工作更为困难。而电子机械制动系统的主要元件是电驱动元件，其在保证迅速的响应速度的基础上，还能够进一步整合ABS、TCS及电子驻车制动等多样化功能，提供更为可靠的制动方式。因此，在未来的数十年内，电子机械制动系统将会有着极为广阔的发展前景，对这一制动进行有效的分析与研究，也将会有极其重要的参考价值。

　　一、电子机械制动系统执行机构的设计要求分析

　　电子机械制动系统执行机构需要以产生较大的制动力作为设计前提。顾名思义，制动系统的作用在于产生迫使汽车减速或是停止时的制动力。因此，无论是传统的机械制动系统，还是现阶段汽车逐渐采用的电子机械制动系统，都需要以产生较大的制动力作为基本前提。现阶段电子机械制动系统中所用的较为广泛的制动系统为盘式制动器，其工作原理主要是依靠制动钳夹紧制动盘所产生的力来产生制动力。而为了确保这一制动力足够满足汽车的制动需求，相关的电子机械安装人员往往需要为这一制动系统执行机构配备强大的电机，如若是大型车辆，往往还辅助配置一些自增力或是减速增力的执行机构，以确保制动钳夹紧制动盘所产生的夹紧力能够满足大型汽车的制动需求。

　　狭小的轮毂空间要求电子机械制动系统执行机构进一步减少其所占体积。制动系统执行机构的安装地点位于轮毂内部，而为了满足狭小的轮毂空间，制动系统的就不得不在满足制动性能的前提上，进一步减少电子机械制动系统的执行机构的所占体积。这一方面可以有效减小整个车身的总重量，避免因质量过大而带来较大的惯性。另一方面也可以提升制动系统执行结构的灵敏度，避免因执行结构的体积庞大在轮毂中产生卡壳、摩擦严重等现象，为制动系统的长期使用提供重要保障。

　　电子机械制动系统执行机构需要进一步减少其响应时间和制动间隙时间。电子机械制动系统的设计宗旨便是客服传统机械制动系统的气压、液压制动方式所存在的较长响应时间，因此，进一步减少电子机械制动系统的响应时间，尽可能消除两次制动的间隙时间，将会是电子机械制动系统执行机构的重要设计要求。实际上，汽车制动系统的作用时间由两个因素所决定。其一是制动力增长的所需时间，当电子机械制动系统采取大型的驱动电机时，其较高的运转速度和较大的转矩可以极大地减少制动力增长的所需时间，从而保证整个制动力在极短的时间中达到较大值，使得汽车尽快减速。其二则是制动的间隙时间，传统的机械制动系统的制动间隙时间较长，电子机械制动系统执行机构必须克服这一弊端，可考虑采取具有较快反应能力的高质量驱动电机，使得制动间隙时间压缩在毫秒以内。还可尽量选取电机机电时间常数较小、具有较大空转转数的电机，以缩短制动间隙。

　　二、电子机械制动系统执行机构的设计与实现

　　驱动电机的设计与实现。电子机械制动系统执行机构的动力来源多是由驱动电机来提供的，因此，合适的驱动电机是实现整个电子机械制动系统成功制动的重要保障。驱动电机的设计与实现主要有以下几个要点。其一，考虑到电子机械制动系统的制动模式，在汽车的行驶过程中，整个电机往往需要较长时间地保持在堵转状态下，而为了保证电机不会烧坏，堵转状态下的堵转电流必须得到降低，这要要求电子机械制动系统所选取的驱动电机具有较大的堵转转矩，以维持整个制动系统的正常制动。其二，由于汽车的所有车毂中均需要配载电子机械制动系统，驱动电机需要在保证制动性能的基础上，尽可能减少其生产成本，否则会因成本过高而不利于电子机械制动系统的有效推广。其三，考虑到制动系统执行机构的安装地点位于轮毂内部，电机的体积同样也不应过大，在小型家用车辆的电机选择中，相关操作人员可选择体积较小，重量较轻的驱动电机，以确保其能够在狭小的车毂内部空间中充分发挥其作用。

　　运动转换机构的设计与实现。运动转换机构是电子机械制动系统执行机构的重要组成，其作用是将电机输入的转动运动转化为平动运动进行输出。现阶段，电子机械制动系统执行机构中的运动转换机构多是以螺旋传动的形式为主，辅以极其少量的齿轮齿条传动形式。本文主要探讨螺旋传动。

　　螺旋传动主要是依靠传力螺旋传动作为执行机构进行运转。这种运转模式分为两种形式，其一是单级螺旋传动，意为仅仅依靠一级螺旋进行运动形式的转化，其优势在于技术较为简单，实现成本也较为低廉。其二则是两级螺旋传动，即当大螺旋开始运动时，小螺旋会以相较于大螺旋更迅速的速度进行运动，从而提高了整个执行机构的响应速度。而当整个传统系统遇到阻力时，大螺旋会比小螺旋先静止，从而获得更大的传动比，大大缩短了制动间隙。这种传动形式的优势在于借助二级机构提高了响应速度的同时，还加强了整个制动系统减速增扭的效果。

　　电子机械制动系统以机电执行元件代替了传统机械制动系统中的液压、气压等制动装置，相较于传统机械制动系统具有更为明显的优势。而机械执行机构作为整个电子机械制动系统的所下达命令的最终执行者，在整个制动系统的正常工作过程中具有举足轻重的重要意义。本文简要探讨了电子机械制动系统执行结构的设计要求，以望对其在未来的发展过程中提供一定的帮助。

　　（作者单位：辽河油田成套电器设备厂）

　　侯荣兴 文