总664期第二期2019年1月河南科技
贺彦赟尹继辉薛松张国辉
（东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨150040）
摘要：随着汽车电子技术的发展，汽车制动系统也取得了长足的进步。近年来，出现了一种全新的制动系统，即线控制动系统（BBW ）。本文重点分析了电子机械制动系统（EMB ）的组成、原理和关键技术，并介绍了一种制动执行机构的工作原理，最后对电子机械制动系统的前景进行展望。
关键词：汽车；电子机械制动系统；关键技术
中图分类号：U463.5文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）02-0089-03
Key Technology and Prospect Analysis of Automotive
Electromechanical Braking System
HE Yanyun YIN Jihui XUE Song ZHANG Guohui （School of Traffic and Transportation,Northeast Forestry University ，Harbin Heilongjiang 150040）
Abstract:With the development of automotive electronic technology,great progress has been made in automotive braking system.In recent years,a new braking system,the line control braking system (BBW),has emerged.This pa⁃
per focused
on the analysis of the composition,principle and key technologies of the electromechanical braking sys⁃
tem (EMB),and introduced the working principle of a braking actuator.Finally,the prospect of the electromechanical braking system was prospected.Keywords:vehicles ；electromechanical brake system ；key technology
19世纪，德国诞生了世界上第一辆现代意义的汽车。自汽车诞生之日起，汽车的安全问题就备受人们关注。最早的汽车制动系统为液压制动，之后，随着技术的发展，相继出现了盘式制动器、真空助力装置等，使汽车的制动性能不断提高。但是，由于液压制动系统传动效率低，相关液压部件造价高及不易维修，使汽车制动系统
的发展受到了制约。20世纪90年代起，全球一些著名的汽车厂商掀起了汽车线控制动系统的研究热潮［1，2］。线控制动系统摒弃了现有的液压或气压制动装置，利用电子元件和电信号来进行制动，是一个机电一体化的汽车系统。线控制动系统使汽车的制动性有了极大提升，是汽车智能化发展的一个重要方向。汽车线控制动系统包括两种类型，即电液制动系统（Electro-hydraulic Brake ，EHB ）和电子机械制动系统（Electro-mechanical Brake ，EMB ）［3］。目前，电液制动系统的技术较为成熟，国内外多家公司已开发出了多种EHB 产品，有部分已实现量产，应用到乘用车上。而EMB 系统对技术门槛要求较高，我国在这方面的研究起步较晚。目前，国内各大高校主要进行计算机控制仿真模拟研究和相关台架试验。EMB 系统克服了液压制动系统和EHB 系统的诸多缺点，是未来发展的主要趋势。因此，本文重点介绍电子机械制动系统（EMB ）的相关结构和原理。
1汽车电子机械制动系统（EMB ）组成及原理
现代汽车电子控制系统主要由传感器、电子控制器（ECU ）和执行器这三大部分组成。传感器是将物理信号（声、光、热等）转变为电信号，并将信号输送给电子控制器。电子控制器对各个传感器输入的电信号进行处理、分析和判断，并向执行器输出控制信号。执行机构则严格按照电子控制器（ECU ）输出的控制信号进行工作。在电子机械制动系统中，执行机构主要有电动机类和电磁阀类两大类。EMB 系统作为一种全新的电子控制系统，取消了全部的液压或气压部件和制动管路［4］，其主要包含以下几部分。
收稿日期：2018-12-17
基金项目：本文属东北林业大学大学生创新项目（201810225080）研究成果。
作者简介：贺彦赟（1997—），男，本科，研究方向：车辆工程。
交通与建筑
①制动踏板模拟器。制动踏板模拟器的主要功能是将驾驶员作用在踏板上的力通过位移传感器转化为对应电信号传送给ECU ，使ECU 收到驾驶员的制动指令。②电子控制器（包括冗余ECU ）。电子控制单元主要包括输入电路、CPU 和输出电路。其中，输入电路对传感器输送的电信号进行A/D 转换等预处理，
转换成CPU 可以识别的数字信号，CPU 对处理后的电信号进行分析和运算，从而判断哪些车轮应该制动，并根据工况计算所需制动力的大小，最后通过输出电路将控制信号传递给电
能制动器。③传感器。传感器主要包括踏板位移传感器、轮速
传感器和制动压力传感器等，其中踏板位移传感器的主要形式有光电传感器、电磁式传感器和磁敏式传感器［5］。
④电能制动器（制动执行机构）。电能制动器，也称
制动执行机构，按结构可分为盘式电能制动器和鼓式电能制动器。其将电机产生的力矩经过一系列的降速增扭
和运动转换，最终控制制动块压向制动盘，从而使汽车制动。由于汽车轮毂内空间较为狭小，因此，制动执行机构在保证功能的前提下须满足一定的尺寸要求。目前，西门子公司、大陆坦孚公司和博世公司在该领域的技术较
为先进。电子机械制动系统的原理如图1所示。驾驶员通过
汽车电子控制系统踩制动踏板来向ECU 发出制动信号，ECU 根据驾驶员踩制动踏板的力度来判断所需的制动力，并通过CAN 总线将制动信号传递给各电能制动器，控制制动力的大小。ECU 还能采集轮速传感器信号来对制动过程和制动力进行修正。若主控制系统出现失效，则冗余ECU 可作为备用ECU 来保证汽车制动系统的正常运行。其他信号
踏板模拟器驻车制动器
车轮转速传感器ECU 冗余ECU 电能管理能源输入信号处理各电能制动器图1电子机械制动系统的原理图2汽车电子机械制动系统执行机构
图2为本文介绍的一种制动执行机构。制动执行机构主要包括动力源、机械执行机构和制动组件。其中，动力源为力矩电机；机械执行机构主要包括齿轮副、行星滚
柱丝杠和增力杠杆等；制动组件包括摩擦片和制动盘。当汽车制动时，力矩电动机将根据制动信号开始转动，依次通过齿轮副机构、行星滚柱丝杠和增力杠杆来进行降速增扭，制动推盘把制动力传递给传动套筒，传动套筒挤出制动活塞内的空气后推动制动活塞，使其接触比较柔和，最后制动摩擦片与制动盘接触，产生制动力矩。由于在制动的瞬间需要及时提供尽可能大的驱动力矩，因此，此装置设计了齿轮副、行星滚柱丝杠和增力杠杆三级增力机构，在电机功率一定的情况下，即可通过三级增力机构来增加制动力，从而使汽车具有良好的制动性。123412
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图2制动执行机构
注：1.伺服电动机；2.齿轮副；3.行星滚柱丝杠；4.传动轴；5.增力杠杆；6.制动推盘；7.传动套筒；8.制动活塞；9.复位弹簧；10制动摩擦片；11.制动盘；
12.钩接装置。
3汽车电子机械制动系统的优势
①电子机械制动系统中信号和指令是通过导线来传递的，因此可以很方便地并入多路传输系统（CAN ）中。通过CAN 总线来连接系统中的各个组成部分，并且经过相关软件算法改进升级之后即可同时完成多种功能，如
制动防抱死系统（ABS ）、牵引力控制系统（TCS ）和电子制
动力分配系统（EBD ）等［6］，也为车联网技术的进一步发展提供基础。
②除去了制动主缸等液压部件，使得汽车的装配和维修保养更加容易，而且没有了液压油，更加汽节能环
保。同时，取消液压泵，使汽车前部腾出大量空间，便于发动机、悬架和一些电气设备的布置，减小了发动机的负荷，提高了发动机的驱动功率。
③原先的制动踏板被制动模拟器取代，取消了制动踏板到制动轮缸之间冗长的制动管路。因此，在制动时
减少了传动时间，缩短了汽车制动响应时间和制动距离，
提高了汽车的制动性能［7］。
④整个系统实现了轻量化，一系列电子元器件代替
了原来笨重的机械助力传动装置，提高了整车的燃油经济性，减小了前轴的负荷和前轮的磨损。
4汽车电子机械制动系统的关键技术
目前，电子机械制动系统仍需要攻克以下关键技术。①系统安全和冗余技术的开发。由于采用的是全电控制系统，因此，在长期使用时可能会出现一些电路故障和相关控制元件失灵。在设计EMB 系统时，需要对其中
的关键部件进行备份，如传感器和ECU等［8］。
②恶劣工况下制动执行机构的可靠性。汽车在制动过程中，制动盘与制动摩擦片相互接触摩擦会产生大量的热量，此外还有力矩电动机频繁正反转等问题，这些对制动钳组的材料和整个执行机构在高温条件下的工作稳定性提出了较高要求。
③能源问题。系统在制动时需要较多的能源。电子机械制动系统的制动电机一般要求最大瞬时功率在500W左右才能满足制动要求［4］。因此，需要提高汽车的蓄电池供电电压，由原来的12V提高到24V甚至42V，同时，也要及时解决提高电压带来的各类问题。
④抗干扰问题。在运行过程中，车辆的很多电气设备都存在电磁转换，如电磁阀和电动机等，会对周围其他电子设备产生影响。为了保证制动系统的稳定性和可靠性，需要在设计EMB制动系统时提高相关硬件和软件的抗干扰能力。
此外，EMB系统的算法优化、与底盘其他系统的集成和成本问题［9］等，都需要在今后的研究中逐步解决。
5汽车电子机械制动系统的前景分析
随着我国汽车产销量的稳步提升，人们在拥有车的同时越来越重视汽车安全，对汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性等整车性能提出了更高的要求，EMB系统会因此而迅速发展。目前，EHB系统已经被应用在乘用
车上，开始逐步替代传统液压系统，但EHB系统仅仅是一个过渡，在不久的将来，EMB制动技术会同其他线控技术共同应用到汽车上，从而实现汽车的智能化和网络化，也为将来的无人驾驶奠定基础。
参考文献：
［1］袁莉.汽车线控制动操纵系统的设计与研究［D］.扬州：扬州大学，2011.
［2］蔡军军.汽车线控制动系统的工作原理及关键技术探究［J］.企业改革与管理，2014（6）：175.
［3］林慕义，张文明，宁晓斌.线控制动系统在轮式工业车辆上的实现［J］.机床与液压，2004（8）：145-146，170.
［4］熊璐，余卓平，张立军.汽车电制动系统（BBW）现状和前景［J］.上海汽车，2002（6）：1-4.
［5］曲万达.汽车线控制动之硬件系统研究［D］.武汉：武汉理工大学，2006.
［6］蒋科军.全电路制动系统BBW的结构及其发展浅谈［J］.农业装备与车辆工程，2007（3）：3-6.
［7］王红.全电路制动系统BBW［J］.科技风，2014（22）：44-45.
［8］黄渊芳，翁建生，金智林.电子机械制动系统（EMB）结构与性能分析［J］.汽车零部件，2010（7）：64-68.
［9］杨琪，施雯.线控制动系统工作原理及关键技术［J］.上海汽车，2015（1）：36-38，42.
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