汽车电子机械制动系统制动执行器的研究

郝爽 沈继航

【摘要】汽车的制动系统在保证汽车的安全行驶上起着重要作用。把电驱动元件作为制动执行器的电子机械制动系统，作为一种全新的制动理念，它代替了传统的液压或者气压制动器，具有更高的安全保障。本文主要围绕电子机械制动系统展开讨论，讲述了它的工作原理和机械性能等特点，并研究了制动执行器的工作原理及结构设计。

【关键词】制动系统;电驱动元件;制动执行器

汽车自诞生之日起，行车安全就一直备受关注。制动系统会直接影响汽车的行驶安全。随着汽车电子技术的不断发展和科学技术的进步，人们对汽车的行驶安全提出了更高的要求，于是就产生了电子机械制动系统。因为电驱动系统有反应速度快，可控性好等优点，在汽车的安全性能发展上表现出良好的发展前景。比如制动防抱死系统、牵引控制系统和电子稳定程序系统的应用在一定程度上极大地提高了汽车的行驶安全，但是这些系统对控制系统的结构设计提出了更高的要求，因此对制动执行器的研究就成为了国际上居高不下的热点。

一、电子机械制动系统

电子机械系统的组成主要包括制动系统、电子踏板模块和车轮制动模块等三部分，每一模块的分工各不相同，控制着不同的系统。

（一）制动系统。制动系统负责接收制动踏板发出的信息，起到控制制动器启动的作用。它也可以接收驻车的制动信号和车轮传感器传来的信号，分别控制驻车的制动和车轮产生制动力，识别车轮是否会发生抱死、打滑的现象，启动防抱死制动系统，防止打滑现象的发生。制动系统还可以管理制动系统的电源，合理分配电流，同时还要实现对其他系统的管理控制。

（二）车轮制动模块。制动系统中最重要的元件就是车轮制动系统，同时也发挥电子制动系统的执行功能。车轮制动模块主要包括制动执行器和制动执行器ECU两部分。车轮制动模块有两个输入，分别是控制电信号输入和供能电流的输入。车轮制動模块均采用电子控制和电力驱动，制动执行器ECU通过接收电子控制信号，根据所传递的信息，控制电动执行器控制电机的输出力矩和电动执行器的旋转方向，产生和变更制动力，保证车辆行驶中的安全。

（三）电子踏板模块。作为可以提供与电子踏板的转角成反馈力的电子踏板模块，可以将踏板上的作用力和作用速度转化为电信号，并传递到制动系统ECU。电子踏板模块有可以编程的作用，它的制动系统ECU可以控制电流输入到制动执行器里去，并控制电流输出时所需要的控制力，不仅改进了车辆的安全性能，更重要的是提高了制动系统的响应速度，提高了车辆的安全性能。因为中央电子控制单元可以根据电子踏板传感器传达的位移和速度信号以及车辆行驶速度等其它的传感器传达的信息，给制动执行系统ECU发出命令，然后再向电机控制系统发出信号使其控制电流的输入输出和转子转动时的转角，产生制动时所需要的力，以产生制动的效果。

二、汽车电子机械制动系统的优点

与传统的汽车制动系统相比，电子机械制动系统主要有以下优点：

（一）用数据线代替制动执行器和制动踏板之间的液压和机械连接，减少响应时间，缩短制动距离，优化稳定性能;发挥制动作用时不需要制动液的作用，安装简单快速，增加系统的再利用性能，有利于保护环境，同时有效地减少了系统的重置操作。

（二）减少占用的空间，因为没有了常规制动系统所需要的真空增压器，安装时所需的零件减少，安装方便，布局灵活可控;制动系统的踏板可以调节，并且不会发生回弹振动的情况，不会产生噪音，均可实现制动和稳定功能，有效提高舒适性能和安全性能。

（三）由于网络的发达，制动系统可以随时联网，只是通过简单的连接数据线和制动系统，就可以实现主动巡航的功能;额外的传感器只需要和制动系统相连就可以实现一些简单的功能。

三、制动执行器的工作原理与结构设计

（一）工作原理。汽车电子机械制动系统的工作原理与传统的制动系统是相同的，其主要构成部分也是相同的，最大的不同点在于用电源驱动器取代了液压制动系统，由电机产生制动力，大小由电子控制器控制。制动执行器主要包括三部分，分别为驱动部分、一级减速部分和滚珠丝螺旋传动部分，三部分各自执行不同的功能。在接受制动踏板信号后，电机转动，驱动一级减速部分和滚珠丝螺旋传动部分，消除制动执行器各部件的间隙，减小制动盘与摩擦器之间的空隙。因为这个时候电机外面的负压较低，存在摩擦阻力和回位弹簧力，在消除间隙后，电机就进人工作模式，在制动器上产生制动压力，产生制动力矩;没有制动时，就会自动调整制动器之间的间隙，反转电机，使滚动螺旋丝回到原来位置。

（二）结构设计。汽车在制动时，会产生制动力矩，由制动器的工作原理可以得知，电机通过减速器时会给滚珠螺旋丝发出指令，将电机的旋转运动转化为直线运动，并对制动盘产生一定的压力。滚珠丝螺旋传动部分所承受的压力也就是减速部分传出的力矩，主要包括驱动力矩、阻力矩及摩擦力矩，应当选择合适的传动比，根据输出力矩选择合适的力矩电机。滚珠丝部分提供的推力与输出力矩之间存在线性关联，就可以计算出制动执行器上的制动压力和力矩。在设计时，应该先计算出输出推力选择合适的滚珠丝和与转动比相适应的减速器，选择相应的电机。

综上所述，当今时代汽车的发展方向多元化，逐渐集模块化、机电一体化和集成化于一体，而汽车的电子机械制动系统却正好体现了这一发展潮流。对于新时代的消费者来说，他们关注的不仅是汽车的使用价值，更重要的是汽车的安全性能。汽车作为新时代的代步工具，更新换代的速度越来越快，而且对汽车的安全性能的研究也在不断进行，由传统的液压制动系统已经发展到了电子机械制动系统。这篇文章主要论述了汽车电子机械制动系统的结构和工作原理，同时也研究了制动执行器的工作原理和结构设计。对于制动执行器要求有较好的抗高温性能，便于承受制动执行器在工作时产生的温度，与此同时，要开发满足更多要求的制动执行器，更好地保障汽车的行车安全。