電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張雄德

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的需求。人們開始逐步探索電子機(jī)械制動系統(tǒng)，它所采用的電驅(qū)動元件制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的劣勢，是今后汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的趨勢所在?；诖?，文章就電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)做一個(gè)簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：電子機(jī)械制動系統(tǒng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)

作為汽車安全性能評價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，制動性能的好壞與否將直接關(guān)系到汽車能否安全行駛的問題。隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的需求。取而代之的是現(xiàn)代化的電子機(jī)械制動系統(tǒng)，該項(xiàng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)響應(yīng)速度緩慢、裝配維修困難等劣勢。電子機(jī)械制動系統(tǒng)（EMB）主要是將電驅(qū)動元件作為制動系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、性能安全可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)勢。

1 電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

1.1 以體積小巧，重量輕便為要求

為了滿足輪轂內(nèi)狹小的空間對于電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布置要求，EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)以體積小巧、重量輕便為要求，盡量減少EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量。只有在達(dá)到制動性能要求的條件下，盡量減少EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)的占地面積才能便于在車輛輪轂內(nèi)進(jìn)行布置。

1.2 以能夠產(chǎn)生較大制動力為基礎(chǔ)

正在行駛的汽車需要減速或者是停止的時(shí)候離不開制動力的支持，因此，產(chǎn)生制動力是汽車對于制動系統(tǒng)的基本要求。往往汽車的制動效能越高，其對于汽車制動力的需求也就愈大。常見的有盤式制動器，其制動力矩主要是利用制動鉗對于制動盤的夾緊作用來產(chǎn)生制動力的，也因此，這需要電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有強(qiáng)大驅(qū)動力的電機(jī)，同時(shí)，還要為其配備適當(dāng)?shù)淖栽隽C(jī)構(gòu)或者是減速增力機(jī)構(gòu)，這樣才能在制動鉗夾緊制動盤的過程中產(chǎn)生足夠大的制動夾緊力，從而使得采用電子機(jī)械制動系統(tǒng)的汽車能夠符合相關(guān)部門對于汽車的要求。

1.3 以快速響應(yīng)，減少耗時(shí)為條件

為了克服傳統(tǒng)制動系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、作用耗時(shí)長的弱點(diǎn)，電子機(jī)械制動系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它的出現(xiàn)有效解決了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的諸多不足之處。一般來說，汽車制動器的作用時(shí)間主要受到制動力增長時(shí)間和消除制動間隙時(shí)間兩個(gè)因素的影響，這也是構(gòu)成制動器的兩個(gè)主要部分。因此，電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行器的電機(jī)必須具備較高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和較快的反應(yīng)能力，這樣才能縮短消除制度間隙的時(shí)間。與此同時(shí)，電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行器的電機(jī)還必須要產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩，這樣才能切實(shí)保證制動力增長的時(shí)間得以大大縮短[1]。

1.4 以性能安全可靠，工作時(shí)間持續(xù)時(shí)間長為目標(biāo)

車輛制動系統(tǒng)是關(guān)系到車輛安全行駛和人民生命安全的大事，在汽車的各個(gè)系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。所以，電子機(jī)械制動系統(tǒng)的安全可靠顯得尤為重要。車輛制動系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證其能夠在長時(shí)間高負(fù)荷工作的情況下，確保電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即使在泥水、電磁干擾、冷、熱等種種惡劣的情況下依然能夠正常運(yùn)行，并且要保證其性能安全可靠。

2 電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 驅(qū)動電機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

通常情況下，電動機(jī)都是電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力來源，所以，設(shè)計(jì)EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一步應(yīng)當(dāng)是選擇合適的驅(qū)動電機(jī)。由于電子機(jī)械制動系統(tǒng)工作的特殊性，電機(jī)必須持續(xù)較長時(shí)間保持堵轉(zhuǎn)的狀態(tài)，同時(shí)還要保證堵轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩足夠大，而堵轉(zhuǎn)的電流則需要減小，因此，電機(jī)必須能夠提供足夠大的轉(zhuǎn)矩，這樣才能保證電子機(jī)械制動系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為達(dá)到縮短消除制動間隙的時(shí)間，電機(jī)機(jī)電時(shí)間的常數(shù)應(yīng)當(dāng)盡量減小，并且還應(yīng)當(dāng)保證具有足夠大的空載轉(zhuǎn)速。除此之外，由于車輪附近的空間狹窄，而且屬于懸置以下結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要在其中布置電機(jī)設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮到電機(jī)的體積和重量，盡量選取體積小巧，重量輕便的電機(jī)設(shè)備予以填充。除了上述的要求外，電機(jī)成本也應(yīng)當(dāng)在考慮的范圍內(nèi)。由于汽車的每一個(gè)車輪都配有EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，所需的電機(jī)數(shù)量頗為龐大，如果電機(jī)成本過高將不利于電子機(jī)械制動系統(tǒng)的普及。

2.2 減速增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)減速增力機(jī)構(gòu)的目的是為了增大電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)形式主要有以下三種：（1）蝸輪蝸桿減速器；（2）齒輪減速器；（3）行星齒輪減速器[2]。

2.2.1 蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)

蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)主要是利用其輸入和輸出方向正交的作用來改變力矩的傳動方向。但其在傳動的時(shí)候效率較低、容易受到磨損和產(chǎn)生自鎖，因此，在設(shè)計(jì)EMB減速增力機(jī)構(gòu)時(shí)不建議采用蝸輪蝸桿減速器。

2.2.2 齒輪減速器的設(shè)計(jì)

齒輪減速器的結(jié)構(gòu)形式相對來說比較簡單，其不論是從設(shè)計(jì)方面來說，還是從生產(chǎn)制造來說都比較容易，但是如果要以齒輪減速器來達(dá)到滿足電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的較大傳動比要求的目的，就必須增大齒輪減速器的尺寸，但是這樣將不利于齒輪減速器的布置。

2.2.3 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)

行星齒輪減速器具有其他減速器不可比擬的優(yōu)勢，其傳動比較大，若在傳統(tǒng)動比相同的情況下與普通圓柱齒輪減速器相比較，行星齒輪減速器的體積更加小巧。除此之外，行星齒輪減速器還具有運(yùn)動平穩(wěn)，抗振動力和抗沖擊力較強(qiáng)的特點(diǎn)。2.3 運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)里還包含運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)這一重要內(nèi)容，它的作用是為了將已經(jīng)輸入的轉(zhuǎn)動運(yùn)動轉(zhuǎn)化為能夠輸出的平動運(yùn)動，它的結(jié)構(gòu)形主要分為兩種：其一是螺旋傳動形式；其二是齒輪齒條傳動形式。

2.3.1 螺旋傳動

在螺旋傳動中常常使用傳力螺旋傳動來作為機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，它分為兩種形式：其一是單級螺旋傳動；其二是兩級螺旋傳動。兩級螺旋傳動在無阻力的條件下，小螺旋靜止，當(dāng)大螺旋在運(yùn)動的時(shí)候，螺母將會以更快的速度進(jìn)行運(yùn)動，從而提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度，大大縮短了運(yùn)動間隙；在傳動遇到阻力的情況下，大螺旋將靜止，小螺旋開始運(yùn)動，這樣就能獲得更大的傳動比。采用兩級螺旋傳動機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)不僅提高了制動系統(tǒng)的響應(yīng)速度，而且還能大大增加減速增扭的效果。

2.3.2 齒輪齒條傳動

一般來說，齒輪齒條傳動并不適合作為電子機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這是因?yàn)樗谏a(chǎn)制造的過程中受到來自零件加工方面的制約，不能獲得設(shè)計(jì)要求的精準(zhǔn)度，因此，無法投入使用。

3 結(jié)束語

采用了機(jī)電執(zhí)行元件為制動裝置的電子機(jī)械制動系統(tǒng)有效解決了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)反應(yīng)速度緩慢、裝配維修工作難等諸多問題，是今后汽車制動系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向。EMB系統(tǒng)指令的下達(dá)離不開機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行支持，它在EMB系統(tǒng)中具有重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]方泳龍.汽車制動理論與設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2]汪洋.車輛電控機(jī)械制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2005.