汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）研究

摘 要：文章主要介紹了電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）的相關(guān)內(nèi)容。隨著制動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，制動(dòng)系統(tǒng)線控化成為了該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)路線。汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）是一種新型的汽車制動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)合了電子技術(shù)和機(jī)械制動(dòng)原理。本研究旨在探討EMB系統(tǒng)的性能特點(diǎn)、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)以及在汽車制動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。首先，文章介紹了EMB系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，包括電子控制單元、傳感器、執(zhí)行器等關(guān)鍵部件，闡述了其制動(dòng)過(guò)程中的工作流程，分析了EMB系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，包括制動(dòng)響應(yīng)速度更快、制動(dòng)力分配更精準(zhǔn)等方面。其次，文章闡述了電子機(jī)械制動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。最后，文章展望了EMB技術(shù)在未來(lái)汽車制動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，指出其在提升汽車安全性、降低能耗排放等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。綜上所述，EMB系統(tǒng)作為一種創(chuàng)新的線控制動(dòng)技術(shù)，將為汽車工業(yè)帶來(lái)重要的發(fā)展機(jī)遇。

關(guān)鍵詞：線控 電子機(jī)械制動(dòng) 執(zhí)行器

0 引言

中國(guó)的汽車生產(chǎn)和銷售一直保持著高速發(fā)展的趨勢(shì)，全國(guó)的汽車產(chǎn)銷逐年增加，至2023年底，據(jù)中國(guó)公安部統(tǒng)計(jì)，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已經(jīng)達(dá)到了4.35億輛[1]。其中，汽車數(shù)量為3.36億輛，已經(jīng)超越美國(guó)成為世界上最大的汽車生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)。交通事故一直是社會(huì)中的一大隱患，每年都會(huì)造成無(wú)數(shù)的人員傷亡。有相關(guān)報(bào)告顯示，2023年全國(guó)共發(fā)生道路交通事故175萬(wàn)起，較2022年上升了8%。其中，死亡人數(shù)達(dá)到50萬(wàn)人，上升了4%。另外，受傷人數(shù)達(dá)到6萬(wàn)人，上升了5%。全國(guó)道路交通事故萬(wàn)車死亡率為3.6，平均每天有200人死于交通事故，有800多人由于交通事故而受傷。汽車制動(dòng)是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最主要的驅(qū)動(dòng)裝置，其制動(dòng)性能與可靠性是保證汽車運(yùn)行安全的關(guān)鍵。而線控制動(dòng)是目前的關(guān)鍵技術(shù)路線。

1 線控制動(dòng)系統(tǒng)的概述

1.1 線控制動(dòng)的分類

電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-Mechanical Braking System，EMB）與電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Braking System，EHB）是兩種汽車線控技術(shù)的主要形式。與電液制動(dòng)系統(tǒng)相比，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)不具有液壓油回路等液壓元件[2]。

電子機(jī)械制動(dòng)（EMB）是一種先進(jìn)的汽車制動(dòng)技術(shù)，它結(jié)合了電子和機(jī)械技術(shù)，以提供更安全、更高效、更環(huán)保的制動(dòng)解決方案。與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，EMB系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更為明顯：

（1）更快的響應(yīng)速度：EMB系統(tǒng)使用電子傳感器和執(zhí)行器來(lái)控制制動(dòng)，與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，可以提供更快的響應(yīng)速度。這有助于減少制動(dòng)距離，提高行車安全。

（2）更精確的制動(dòng)力控制：通過(guò)電子控制，EMB能夠精確地調(diào)節(jié)每個(gè)車輪的制動(dòng)力。這種精確控制有助于提高車輛的穩(wěn)定性和操控性，尤其是在不同的路面條件和車輛負(fù)載下。

（3）能量回收：在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中，EMB系統(tǒng)可以在制動(dòng)時(shí)回收能量，將其轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)起來(lái)，從而提高能源效率，延長(zhǎng)續(xù)航里程。

（4）減少維護(hù)需求：由于EMB系統(tǒng)減少了傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)中的許多機(jī)械部件，如液壓管路和密封件，因此其維護(hù)需求較低，降低了維護(hù)成本[3]。

（5）支持自動(dòng)駕駛技術(shù)：隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，EMB系統(tǒng)更容易與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)集成，提供更精確的車輛控制，提高整體的安全性能。

（6）環(huán)境友好：EMB系統(tǒng)減少了制動(dòng)液的使用，從而降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。這對(duì)于推動(dòng)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

（7）提高車輛性能：通過(guò)更快的響應(yīng)速度和更精確的制動(dòng)力控制，EMB有助于提高車輛的動(dòng)態(tài)性能，為駕駛者提供更佳的駕駛體驗(yàn)。

總的來(lái)說(shuō)，電子機(jī)械制動(dòng)（EMB）是現(xiàn)代汽車技術(shù)中的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新，它不僅提高了行車安全性，還支持了電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)更環(huán)保、更高效的汽車未來(lái)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，預(yù)計(jì)EMB將在未來(lái)的汽車中得到更廣泛的應(yīng)用。

1.2 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB的構(gòu)成

機(jī)械式線控制動(dòng)系統(tǒng)由電源模塊、控制模塊、信息傳輸模塊、傳感器部分和EMB執(zhí)行模塊等組成[4]。ECU接收來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，并基于這些數(shù)據(jù)以及其他因素（如車輛重量、路面狀況和駕駛模式）來(lái)計(jì)算所需的制動(dòng)力。ECU還負(fù)責(zé)調(diào)整制動(dòng)力分配，確保車輛在制動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定，特別是在緊急制動(dòng)或曲線行駛時(shí)。

制動(dòng)執(zhí)行器執(zhí)行：一旦ECU計(jì)算出所需的制動(dòng)力，它就會(huì)指令制動(dòng)執(zhí)行器提供相應(yīng)的助力。制動(dòng)執(zhí)行器迅速響應(yīng)，提供精確的助力力度，幫助駕駛員輕松實(shí)現(xiàn)所需的制動(dòng)效果。制動(dòng)執(zhí)行器根據(jù)ECU的指令，通過(guò)機(jī)械方式（滾珠絲杠、鋼珠斜盤等）來(lái)控制制動(dòng)器的開啟和關(guān)閉，從而施加制動(dòng)力。由于制動(dòng)執(zhí)行器直接作用于制動(dòng)器，因此響應(yīng)速度快，且不需要液壓系統(tǒng)，減少了泄漏和維護(hù)的問(wèn)題。

電子機(jī)械制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括力矩電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、制動(dòng)卡鉗等，典型執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖2所示。在工作過(guò)程中，電能通過(guò)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，然后輸出轉(zhuǎn)矩，利用減速機(jī)構(gòu)來(lái)完成減速和增扭的作用，通過(guò)運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成剎車活塞的線性運(yùn)動(dòng)，剎車活塞將剎車摩擦片和剎車盤一起擠壓，從而產(chǎn)生制動(dòng)力[5]。

2 電子機(jī)械制動(dòng)（EMB）的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 控制策略和算法

在EMB系統(tǒng)中，控制策略和算法是至關(guān)重要的。這些策略和算法決定了如何根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)和駕駛員的操作指令來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整制動(dòng)力度和制動(dòng)分配，以實(shí)現(xiàn)最佳的制動(dòng)性能和車輛穩(wěn)定性。常見的控制策略包括反饋控制、預(yù)測(cè)控制和模型預(yù)測(cè)控制等。

2.2 電源管理

電源管理是EMB系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)在各種工況下都能獲得穩(wěn)定和充足的電力供應(yīng)。這涉及電池管理系統(tǒng)、功率分配和能量回收等技術(shù)，以提高系統(tǒng)的能效和可靠性。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信

EMB系統(tǒng)通常與車輛的其他電子系統(tǒng)進(jìn)行通信，如車載網(wǎng)絡(luò)、CAN總線等。因此，高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)EMB系統(tǒng)與其他系統(tǒng)協(xié)同工作的關(guān)鍵。這包括數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)安全等方面的技術(shù)。

2.4 故障診斷與容錯(cuò)

為了確保EMB系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性，故障診斷和容錯(cuò)技術(shù)也是必不可少的。系統(tǒng)需要能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)和診斷故障，并采取相應(yīng)的措施，如自動(dòng)切換到備用模式或減少制動(dòng)力度，以防止故障導(dǎo)致的事故。

2.5 人機(jī)交互界面

為了方便駕駛員操作和監(jiān)控EMB系統(tǒng)的工作狀態(tài)，人機(jī)交互界面也是一個(gè)重要的方面。這可能包括制動(dòng)踏板的力反饋、制動(dòng)力度的顯示和調(diào)節(jié)功能，以及與駕駛員的聲音或視覺(jué)提示等。

2.6 集成與模塊化設(shè)計(jì)

隨著汽車電子系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，EMB系統(tǒng)的集成和模塊化設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越重要。這有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)，同時(shí)提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性。

2.7 夾緊力控制

夾緊力控制是指在制動(dòng)過(guò)程中對(duì)制動(dòng)盤和制動(dòng)襯片之間的接觸力進(jìn)行控制，確保制動(dòng)力度和制動(dòng)性能達(dá)到預(yù)期水平。這涉及制動(dòng)器的執(zhí)行器和傳感器系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)。夾緊力控制需要考慮制動(dòng)盤和制動(dòng)襯片的磨損情況、制動(dòng)溫度變化以及駕駛員的制動(dòng)需求等因素，以提供穩(wěn)定、可靠的制動(dòng)效果。在夾緊力控制中，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)襯片與制動(dòng)盤之間的接觸狀態(tài)，并根據(jù)車輛速度、駕駛員操作和路面情況調(diào)整夾緊力的大小和分布。這樣可以確保制動(dòng)力度適應(yīng)不同的駕駛條件，并延長(zhǎng)制動(dòng)器部件的使用壽命。

2.8 制動(dòng)間隙控制

制動(dòng)間隙是指制動(dòng)器在松開制動(dòng)踏板后制動(dòng)盤和制動(dòng)襯片之間的微小空隙，控制這個(gè)間隙的大小對(duì)于制動(dòng)的敏感度和反應(yīng)速度至關(guān)重要。通過(guò)電子控制單元（ECU）和傳感器系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)間隙的精確控制。制動(dòng)間隙控制需要考慮制動(dòng)器的機(jī)械松緊度、制動(dòng)系統(tǒng)的溫度變化以及制動(dòng)器部件的磨損情況。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的制動(dòng)器狀態(tài)調(diào)整制動(dòng)間隙，以確保制動(dòng)的靈敏度和可靠性。較小的制動(dòng)間隙可以提高制動(dòng)的響應(yīng)速度，從而增強(qiáng)駕駛員的制動(dòng)控制感和行車安全性。

2.9 響應(yīng)控制

響應(yīng)控制是指制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)駕駛員操作的快速響應(yīng)能力，包括制動(dòng)力的即時(shí)調(diào)整和制動(dòng)效果的準(zhǔn)確傳遞。在EMB系統(tǒng)中，響應(yīng)控制涉及執(zhí)行器的性能和制動(dòng)系統(tǒng)的傳感器反饋速度。為了實(shí)現(xiàn)良好的響應(yīng)控制，系統(tǒng)需要具備高速響應(yīng)的執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)駕駛員制動(dòng)指令的迅速傳遞。此外，制動(dòng)系統(tǒng)的傳感器需要具備高精度和高頻率的數(shù)據(jù)采集能力，確保實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)器的工作狀態(tài)和制動(dòng)效果。

3 電子機(jī)械制動(dòng)（EMB）的應(yīng)用前景

EMB系統(tǒng)在汽車、電動(dòng)車、機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

在汽車領(lǐng)域，EMB系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，具有更快的響應(yīng)速度、更高的安全性能和更低的能耗。特別是在自動(dòng)駕駛汽車、電動(dòng)汽車等新興領(lǐng)域，EMB系統(tǒng)能夠更好地滿足高速行駛、快速剎車等特殊需求。

在電動(dòng)車領(lǐng)域，EMB系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向制動(dòng)、能量回收等功能，提高了整車的能效和駕駛體驗(yàn)。而且由于EMB系統(tǒng)無(wú)需使用液壓系統(tǒng)，可以減少零部件數(shù)量和重量，降低了維護(hù)成本和制造成本。

在機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，EMB系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、起重設(shè)備等各種設(shè)備上，提高了設(shè)備的精度、穩(wěn)定性和安全性。EMB系統(tǒng)可以根據(jù)不同的工況和要求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，滿足各種復(fù)雜的控制需求。

EMB系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)更為輕量化，可以減輕車輛的整體重量，從而降低能源消耗和排放。此外，輕量化設(shè)計(jì)還可以提高車輛的能效和性能，進(jìn)一步促進(jìn)排放的降低。因此更符合在“新五化”條件下汽車的發(fā)展需求，將引領(lǐng)未來(lái)汽車制動(dòng)行業(yè)的發(fā)展[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

在汽車行業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)革新中，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）的研究和應(yīng)用已經(jīng)成為一項(xiàng)引人注目的前沿領(lǐng)域。通過(guò)結(jié)合電子控制和機(jī)械執(zhí)行，EMB系統(tǒng)在提升車輛制動(dòng)效率、精確度和環(huán)境友好性方面展現(xiàn)了巨大潛力。隨著全球?qū)τ诃h(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的日益重視，EMB系統(tǒng)在降低排放方面的應(yīng)用前景愈加廣闊。能量回收、智能制動(dòng)控制、電動(dòng)化趨勢(shì)和輕量化設(shè)計(jì)等方面的創(chuàng)新將不斷推動(dòng)這一技術(shù)的發(fā)展。EMB系統(tǒng)的研究不僅有助于改善車輛的性能和駕駛體驗(yàn)，更能為建設(shè)清潔、高效的汽車交通系統(tǒng)貢獻(xiàn)力量。然而，要實(shí)現(xiàn)EMB系統(tǒng)在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用，還需進(jìn)一步深入研究其技術(shù)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化等方面，并與其他汽車相關(guān)技術(shù)相互融合，以實(shí)現(xiàn)更加完善和可靠的解決方案。相信在不久的將來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步和人類對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的追求，EMB系統(tǒng)將成為汽車制造業(yè)的重要?jiǎng)?chuàng)新之一，為構(gòu)建更加環(huán)保、智能的汽車出行生態(tài)系統(tǒng)做出重要貢獻(xiàn)。

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