电子机械制动系统执行机构的设计与实现

张雄德

摘 要：随着科技的不断发展，传统的制动系统已经不能满足汽车制动系统发展的需求。人们开始逐步探索电子机械制动系统，它所采用的电驱动元件制动执行机构弥补了传统制动系统的劣势，是今后汽车制动系统发展的趋势所在。基于此，文章就电子机械制动系统执行机构的设计与实现做一个简单的介绍。

关键词：电子机械制动系统；执行机构；设计

作为汽车安全性能评价的一项重要指标，制动性能的好坏与否将直接关系到汽车能否安全行驶的问题。随着科技的不断发展，传统的制动系统已经不能满足汽车制动系统发展的需求。取而代之的是现代化的电子机械制动系统，该项系统的实现有效的弥补了传统制动系统响应速度缓慢、装配维修困难等劣势。电子机械制动系统（EMB）主要是将电驱动元件作为制动系统的执行机构，因此，汽车电子机械制动系统具有响应速度快、性能安全可靠、绿色环保等优势。

1 电子机械制动系统执行机构的设计要求

1.1 以体积小巧，重量轻便为要求

为了满足轮毂内狭小的空间对于电子机械制动系统执行机构的布置要求，EMB执行机构应当以体积小巧、重量轻便为要求，尽量减少EMB执行机构的体积和重量。只有在达到制动性能要求的条件下，尽量减少EMB执行机构的占地面积才能便于在车辆轮毂内进行布置。

1.2 以能够产生较大制动力为基础

正在行驶的汽车需要减速或者是停止的时候离不开制动力的支持，因此，产生制动力是汽车对于制动系统的基本要求。往往汽车的制动效能越高，其对于汽车制动力的需求也就愈大。常见的有盘式制动器，其制动力矩主要是利用制动钳对于制动盘的夹紧作用来产生制动力的，也因此，这需要电子机械制动系统执行机构具有强大驱动力的电机，同时，还要为其配备适当的自增力机构或者是减速增力机构，这样才能在制动钳夹紧制动盘的过程中产生足够大的制动夹紧力，从而使得采用电子机械制动系统的汽车能够符合相关部门对于汽车的要求。

1.3 以快速响应，减少耗时为条件

为了克服传统制动系统响应速度慢、作用耗时长的弱点，电子机械制动系统应运而生，它的出现有效解决了传统制动系统的诸多不足之处。一般来说，汽车制动器的作用时间主要受到制动力增长时间和消除制动间隙时间两个因素的影响，这也是构成制动器的两个主要部分。因此，电子机械制动系统执行器的电机必须具备较高的运转速度和较快的反应能力，这样才能缩短消除制度间隙的时间。与此同时，电子机械制动系统执行器的电机还必须要产生足够大的转矩，这样才能切实保证制动力增长的时间得以大大缩短[1]。

1.4 以性能安全可靠，工作时间持续时间长为目标

车辆制动系统是关系到车辆安全行驶和人民生命安全的大事，在汽车的各个系统中占有举足轻重的地位。所以，电子机械制动系统的安全可靠显得尤为重要。车辆制动系统应当保证其能够在长时间高负荷工作的情况下，确保电子机械制动系统执行机构即使在泥水、电磁干扰、冷、热等种种恶劣的情况下依然能够正常运行，并且要保证其性能安全可靠。

2 电子机械制动系统执行机构的设计与实现

2.1 驱动电机的设计与实现

通常情况下，电动机都是电子机械制动系统执行机构的动力来源，所以，设计EMB执行机构的第一步应当是选择合适的驱动电机。由于电子机械制动系统工作的特殊性，电机必须持续较长时间保持堵转的状态，同时还要保证堵转的转矩足够大，而堵转的电流则需要减小，因此，电机必须能够提供足够大的转矩，这样才能保证电子机械制动系统的正常运转。为达到缩短消除制动间隙的时间，电机机电时间的常数应当尽量减小，并且还应当保证具有足够大的空载转速。除此之外，由于车轮附近的空间狭窄，而且属于悬置以下结构，当需要在其中布置电机设备时应当综合考虑到电机的体积和重量，尽量选取体积小巧，重量轻便的电机设备予以填充。除了上述的要求外，电机成本也应当在考虑的范围内。由于汽车的每一个车轮都配有EMB执行机构，因此，所需的电机数量颇为庞大，如果电机成本过高将不利于电子机械制动系统的普及。

2.2 减速增力机构的设计与实现

设计减速增力机构的目的是为了增大电机的输出转矩。其结构形式主要有以下三种：（1）蜗轮蜗杆减速器；（2）齿轮减速器；（3）行星齿轮减速器[2]。

2.2.1 蜗轮蜗杆减速器的设计

蜗轮蜗杆减速器的设计主要是利用其输入和输出方向正交的作用来改变力矩的传动方向。但其在傳动的时候效率较低、容易受到磨损和产生自锁，因此，在设计EMB减速增力机构时不建议采用蜗轮蜗杆减速器。

2.2.2 齿轮减速器的设计

齿轮减速器的结构形式相对来说比较简单，其不论是从设计方面来说，还是从生产制造来说都比较容易，但是如果要以齿轮减速器来达到满足电子机械制动系统执行机构所需的较大传动比要求的目的，就必须增大齿轮减速器的尺寸，但是这样将不利于齿轮减速器的布置。

2.2.3 行星齿轮减速器的设计

行星齿轮减速器具有其他减速器不可比拟的优势，其传动比较大，若在传统动比相同的情况下与普通圆柱齿轮减速器相比较，行星齿轮减速器的体积更加小巧。除此之外，行星齿轮减速器还具有运动平稳，抗振动力和抗冲击力较强的特点。2.3 运动转换机构的设计与实现

电子机械制动系统执行机构里还包含运动转换机构这一重要内容，它的作用是为了将已经输入的转动运动转化为能够输出的平动运动，它的结构形主要分为两种：其一是螺旋传动形式；其二是齿轮齿条传动形式。

2.3.1 螺旋传动

在螺旋传动中常常使用传力螺旋传动来作为机械执行机构进行运转，它分为两种形式：其一是单级螺旋传动；其二是两级螺旋传动。两级螺旋传动在无阻力的条件下，小螺旋静止，当大螺旋在运动的时候，螺母将会以更快的速度进行运动，从而提高了执行机构的响应速度，大大缩短了运动间隙；在传动遇到阻力的情况下，大螺旋将静止，小螺旋开始运动，这样就能获得更大的传动比。采用两级螺旋传动机构作为运动转换机构不仅提高了制动系统的响应速度，而且还能大大增加减速增扭的效果。

2.3.2 齿轮齿条传动

一般来说，齿轮齿条传动并不适合作为电子机械制动系统执行机构的的转换机构，这是因为它在生产制造的过程中受到来自零件加工方面的制约，不能获得设计要求的精准度，因此，无法投入使用。

3 结束语

采用了机电执行元件为制动装置的电子机械制动系统有效解决了传统制动系统反应速度缓慢、装配维修工作难等诸多问题，是今后汽车制动系统发展的一个方向。EMB系统指令的下达离不开机械执行机构的执行支持，它在EMB系统中具有重要的作用。

参考文献

[1]方泳龙.汽车制动理论与设计[M].北京：国防工业出版社，2005.

[2]汪洋.车辆电控机械制动系统的设计与分析[D].南京：南京航空航天大学，2005.