开云集团科技有限公司 - 智能制动系统领军者

　　学兔兔 ¨n APPLICATION技术应用 摘要：电子机械制动系统 (EMB)，以电驱动元件为制动执行器，取代传统的液压或气压制动执行器，是一种全新 的制动理念。它具有的没有制动液体、反应快速、性能可靠及安全环保等特点使其拥有令人看好的前景。在国外， EMB的研究取得初步的成绩，Bosch、Siemens公司已经研制出了自己的部分试验成果，而国内的研究刚刚开始。 文章l鞫述了电子机械制动系统的概念、结构组成、工作原理及性能特点，论述了其关键技术及发展。 关键词：电子机械制动系统；电子技术；制动系统 Electro-Mechanical Braking System of Vehicle Abstract：The Electro—Mechanical Braking System(EMB)with the power driving components as its brake actuator, which takes the place of conventional hydraulic or air pressure，represents a new concept of braking system．The advantages of EMB include no brake fluid，quick response，reliable performance，safe and environmental—friendly， which ensure a promising future of the EMB．The researches on EMB in other countries have achieved initial SHccess． Such companies as Bosch and Siemens have developed some EMB models，but the researches just begin in China．The paper introduces the conception，structures，working principles and performing characteristics of EMB system．Also the critical technology and development tendency are discussed． Key words：Electro-Mechanical Braking system(EMB)；Electronic technology；Braking system 汽车电子机械制动系统 (Electro—Mechanical 2种。图1中使用的均为鼓式制动器。 Braking System)，简称为EMB，与常规的液压制动 系统不同。传统的液压制动系统发展至今，已是非常 成熟的技术。随着人们对制动性能要求的不断提高， 轮制动器 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)及主动避撞技术 (ACC) 等功能逐渐融入到制动系统中，越来越多的附加机构 图 l传统液压制动系统 安装于制动线路上，使得制动系统结构更加复杂，也 当驾驶员踩下制动踏板时，制动工作开始。踏板 增加了液压回路泄漏的隐患以及装配、维修的难度。 的运动通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液在一定 因此结构更简捷、功能更可靠的电子机械制动系统 压力下通过制动油管流入制动轮缸，作用在车轮的制 (EMB)最终取代传统的液压制动系统已经成为汽 动器上，产生阻止车轮转动的力，使车辆减速或停车。 车行业的共识…。 2 电子机械制动系统(EMB)12,31 1 传统制动系统【2l 电子机械制动系统由电子控制系统和机械控制系 汽车传统的液压制动系统一般由制动踏板、制动 统结合而成。它把电动机直接集成入车轮制动器，以 主缸、储液罐、制动管路和制动器组成，如图1所 产生制动力，完全用电制动取代了传统制动系统中的 示。汽车上常用的制动器有盘式制动器和鼓式制动器 液压油或空气等传力介质。其系统如图2所示。 ． ． 54．． 学兔兔 第1 2期 汽车工程师 A 作动装置，制动力由电机产生，大小受电子控制器的 篓 触 控制。 制动轮 电制 图3为四轮机动车电子机械制动系统的结构简 ／一—、动器 电动机 图。图3中带有箭头的代表数据传输线，箭头表示了 转速 I 传感器 制动力 IECU 数据传输方向。它有4套制动执行机构 ，每一套执 传感器 ——T 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。 图 2 电子机械制动系统 从图2中可以看出电子机械制动系统用电制动器 取代了液压制动器，是一种完全无油液、完全的电路 制动系统，最后作用在4只轮子上的制动力不是由油 旺制钮 恸掸 车按 捕甜 鳓h睦 压系统输出，而是由电控制动器输出。传统制动系统 中所有油压管线，油压元件都被电子线路、电子元件 所取代，汽车电制动器直接采用电力进行制动。制动 系统由电制动控制单元 (ECU)控制，单个制动器又 分别由各自制动器ECU控制。 2．1 EMB的组成 汽车电子机械制动系统主要由制动系统ECU、 车轮制动模块和电子踏板模块等组成。 1)制动系统ECU。制动系统ECU接收制动踏 板发出的信号，控制制动器制动；接收驻车制动信号， 图 3 电子机械制动系统工作原理 控制驻车制动；接收车轮传感器信号，识别车轮是否 每一个制动执行机构都有自己的动力控制单元， 抱死和打滑等，控制车轮制动力，实现防抱死制动和 而动力控制单元所需的控制信号 (如制动执行机构应 驱动防滑；制动系统ECU还将对系统的电源进行管 该产生的力矩)由中心控制模块来提供。控制单元同 理，分配电流同时兼顾车辆其他系统的控制。 样也从执行机构获得反馈回来的信号，如电机转子转 2)车轮制动模块。车轮制动模块是整个制动系 角、实际产生的力矩、制动垫块和制动盘的触点压力 统中的关键部件，也是系统的执行元件，由车轮制动 等。中心模块通过不同的传感器 (如制动力传感器、 执行器、车轮制动执行器控制器等组成。制动模块采 踏板位移传感器、轮速传感器等)获取自己所需的变 用电力制动和电子控制，有2个输入，即控制电信号 量参数，识别驾驶员的意图，经过处理后发送给每一 输入和供能电流输入，制动执行器控制器接收控制信 个车轮，以此来控制制动效果。而驾驶员的意图来自 号来控制制动执行器电动机的输出力矩和旋转方向， 制动踏板单元，它包括制动踏板、踏板位移传感器、 以产生动力并能改变其大小。 踏板力传感器和踏板力模拟机构。 3)电子踏板模块。电子踏板模块可产生与踏板 由图3可以看出系统中分为前轴和后轴2套制动 转角成比例的踏板反力，并将作用在踏板上的力和速 回路A、B，每一套回路都有自己的中心控制模块和 度转为电信号，传给制动系统ECU。可编程的制动 动力源，此处为蓄电池Bat 1和Bat2。2个中心控制 系统ECU将控制电流输入到制动执行器模块，控制 模块相对独立工作，同时也通过双向的信号线互相通 其输出所需的制动力，有效地提高了制动响应速度， 讯，在这种结构下，可以做到当其中某一套制动线路 改进了车辆的制动性能。 失灵或出现故障时，另外一套线电子机械式制动执行器的结构及工作原理【1，4l 证制动的安全性。 电子机械制动系统和传统的液压制动系统就制动 2．3 EMB的优点[I,41 原理来说是相同的，其车轮和制动装置的主要部分也 EMB以电能作为能量来源，由电机驱动制动垫 是相同的，只是在电子机械制动系统中，电源代替了 块，由电线传递能量，数据线传递信号，它是线制动 液压(或气压)源，机电作动器代替了液压 (或气压) 一 55一 学兔兔 201 0年1 2月 系统的一种形式。它简洁的结构、高效的性能极大地 得了各自的研究成果，并申请了一系列的专利。这几 提高了汽车的制动安全性。相比传统的液压制动系统， 家公司的EMB执行机构结构框架基本一样，都是针 EMB具有以下主要优点： 对盘式制动器开发的，都有把圆周运动转化为直线)缩短制动距离，优化稳定性。由于制动执行 动的机构，有减速增矩机构和行星齿轮机构。 器和制动踏板之间没有了液压和机械连接，取而代之 图4为Siemens公司研制的一种典型的带有机 的是数据线，无疑大大的减少制动器超作用的时间， 械磨损后，可以自动补偿制动盘和制动钳块间隙的 进而有效地缩短制动距离； EMB执行机构。 2)无需制动液，有利于环保，不仅安装更加简单、 橡胶 快速，也有助于提高系统的再利用性，同时也减少了 系统的质量； 3)没有了常规制动系统的真空增压器，减少了 所需的空间。使机罩下的布局更加灵活，零件减少， 安装简易； 4)制动踏板可调，使舒适性和安全性更好，在 ABS模式下踏板无回弹振动，几乎无噪声； 5)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、EBD、TCS、ESP、BA、ACC等功能。 图4 Siemens公司的电子机械制动系统 这种执行机构力矩电机内置，图4中，转子与螺 6)可方便地与未来的交通管理系统联网、可方 母相啮合，螺母和心轴固结在一起。当电机工作时， 便地集成附加功能，如电子驻车制动； 转子转动，使螺母和心轴做轴向运动，就把圆周运动 7)一些高级的车辆控制系统，如主动巡航控制 转化为了直线运动。心轴轴向推动增力杠杆和压力盘。 系统可以很简单地通过数据总线与制动系统相连，而 杠杆的末端插在制动器缸内的凹槽内，能够绕凹槽转 其它一些简单的功能只需额外的软件或传感器连到制 动，在图4中采用铰链表示。压力盘再把力传递给传 动系统即可。 动套筒，套筒和制动活塞之间通过螺纹传动，这个螺 3 EMB的发展和现状 l 纹传动副是不自锁的。制动活塞推动浮动制动钳块， 历开云科技有限公司史上，EMB首先应用在飞机上，现在正处于 产生制动力矩。 向汽车领域应用的研究和改进阶段。EMB的科研现 橡胶密封环和弹簧的主要作用是制动后使制动活 在只是处于一个起步阶段，所以并没有约定俗成的 动块 =====================U塞等零件回位。当活塞向右移动时，活塞使橡胶环产 EMB系统。EMB与常规的液压制动系统截然不同， 制／动， ／n¨¨¨U 生弹性变形，产生了作用在制动活塞上的回位力。当 它的功能、执行和控制机构全部需要重新设计，特别 制动结束后，在橡胶环的弹性形变力下，传动套简和 是执行机构，由电机驱动，要实现将转动转化为平动 制动活塞被推回到制动前的位置上。 和减速增矩等功能，是EMB中机械零件集中的部分。 Siemens公司的EMB还具备间隙自动调整功能。 在国外，从20世纪90年代起，一些国际大型汽车零 当制动钳块磨损比较严重时，制动活塞的行程超出了 部件厂商和汽车厂商开始进行EMB系统的研究工作， 橡胶环形变量时，二者发生相对滑动。制动卸载时， 其中Bosch，Siemens和Continental Teves 3大公司对 橡胶环带动活塞回位。由于活塞和橡

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