1前言
从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来,随着高速公路的迅速发展、车辆技术的进步、汽车行驶速度的普遍提髙和车流密度的曰益增大,这种重要性表现得越来越明显。20世纪80年代ABS的出现,到了90年代制动系统开始有了循迹控制和侧倾稳定性控制等功能。目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面,包括制动控制的理论和方法，以及采用新的技术。
随着电子科技和网络技术的发展,出现了更加高效、节能的线控技术（X-by-wire)。电子机械制动系统（Electro-MechanicalBraking,EMB),也就是结合线控技术和汽车制动系统而成的线控制动系统(Brake-By-Wire,BBW),改变传统液压或气压制动执行元件为电驱动元件。电子机械制动系统是一种全新的制动理念,由于电驱动系统的可控性好、响应速度快的特点,电子机械制动系统极大的提高了汽车的制动安全性能,显现出良好的发展前景。
2汽车电子机械制动系统的发展现状
目前电子机械制动技术已成为国外企业和研究机构的研究热点。
从20世纪90年代起，一些著名的汽车电子零部件厂商陆续开始了与电子机械式制动系统（EMB)相关的研究。ContinentalTeves公司已经有了比较成型的试验品,推出了几代电子机械式制动执行器，如图1所示。Bosch、Siemens也都取得了各自的研究成果,并申请了一系列专利-TRW也在进行电子机械制动系统（线控制动系统）的研究。目前EMB仍在试验阶段中,并无批量装车产品进人市场,而国内在这方面的研究才刚刚起步。
3.电子机械制动系统的性能特点
与传统的液压制动系统相比,电子机械制动系统有许多优点:
1)缩短制动距离,优化稳定性；由于制动执行器和制动踏板之间没有了液压和机械连接,取而代之的是数据线,无疑这将大大的减少制动器起作用的时间,进而有效地缩短制动距离；
2)无需制动液,有利于环保，不仅安装更加简单、快速，也有助于提髙系统的再利用性,同时也减少了系统的重量；
3)没有了常规制动系统的真空增压器，减少了所需的空间,使机罩下的布局更加灵活,零件减少,安装简易；
4)制动踏板可调,使舒适性和安全性更好、在ABS模式下踏板无回弹振动,几乎无噪音；
5)可实现所有制动和稳定功能，如：ABS、EBD、TCS、ESP、BA、ACC等；
6)可方便地与未来的交通管理系统联网、可方便地集成附加功能,如电子驻车制动；
7)-些髙级的车辆控制系统,如主动巡航控制系统可以很简单地通过数据总线与制动系统相连,而其它一些简单的功能只需额外的软件或传感器连到制动系统即可。
EMB系统目前还有一些问题,如由于汽车外部环境的变化和磨损,引起的制动执行器效率变化不定,这就给控制带来了困难等。
4电子机械式制动系统的工作原理及结构
4.1EMB系统的工作原理
与传统的液压制动系统相比,在电子机械制动系统中，电源代替了液压源,机电作动器代替了液压作动装置。在EMB系统中,常规制动系统中的液压系统（主缸、真空增压装置、液压管路等)都被如图2所示的电子机械系统所代替,而液压盘和鼓式制动器的调节器被电机驱动装置（制动执行器)所代替,制动力由电机产生，大小受电子控制器的控制。EMB系统的中央电子控制单元根据电子踏板模块传感器的位移和速度信号，并且结合车速等其它传感器信号，向车轮制动模块的电机发出信号控制其电流和转子转角，进而产生需要的制动力，以达到制动的目的。由于没有备用的机械或液压系统,EMB系统的可靠性变得非常重要,要求系统有备用的电源（在主电源失效时工作）和冗余的通讯链路(也就是连接制动踏板的三重冗余链路）。
图2电子机械制动系统示意图EMB系统的控制器采用高可靠度的总线协议，控制系统冗余设计。为了减小空间，可以把电子元件安装在EMB
汽车电子机械制动系统主要由车轮制动模块、中央电子控制单元和电子踏板模块、电源、线束等组成。图3为电子机械制动系统控制框图⑷。
1)车轮制动模块
车轮制动模块是整个制动系统中的关键部件，也是系统的执行元件，由制动执行器、制动执行器ECU等组成。制动模块采用电力制动、电子控制,有两个输人:即控制电信号输入和供能电流输入,制动执行器ECU接受控制信号，根据它控制制动执行器电机的输出力矩和旋转方向，以产生和改变制动力。制动执行器有两种设计方案:一是集成了力或力矩调节器内。
4.2EMB系统的结构组成
传感器;二是没有集成力或力矩传感器。第一种方案，由于有了力或力矩传感器,可省去对制动力或制动力矩这一重要参数的计算,使系统变得更准确、可靠。但力或力矩传感器价格昂贵,而且集成困难。第二种方案,需要根据电流或电机转子转角来估算制动夹紧力。但由于外界环境的变化带来的温度的变化及磨损的影响，不可能只根据电流或电机转子转角来计算夹紧力,须将两者结合起来，才能收到好的效果。
2)中央电子控制单元(ECU)
接收制动踏板发出的信号，控制制动器制动;接收驻车制动信号，控制驻车制动;接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等,控制车轮制动力，实现防抱死制动和驱动防滑;ECU还将对系统的电源进行管理，分配电流。由于未来车辆中各种控制系统，如卫星定位、导航系统，自动变速系丨统,转向系统，悬架系统等的控制系统与制动控制系统髙度集成，所以ECU还得兼顾这些系统的控制。
3)电子踏板模块
电子机械制动系统取消了传统液压制动系统中机械式传力机构和真空助力器,取而代之的是踏板模拟器。图5为ContinentalTeves公司的电子踏板模块。电子踏板模块可以提供与踏板转角成比例的反馈力，它将作用在踏板上的力和速度转化为电信号,送给中央电子控制单元。可编程的中央电子控制单元将控制电流输人到制动执行器模块，控制其输出所需的制动力。尽管看起来从踏板转换到制动执行器的输出变得更复杂,但可编程的控制单元使系统设计者能够实现机械系统无法达到的更柔性的传递功能。踏板模块的信号还能够与发动机电子控制单元及变速器控制器共享,从而大大改进车辆的性能。踏板模拟器的输人输出特性曲线要很好地符合人们的驾驶习惯，并根据人体工程学设计以提高舒适性和安全性。目前已经应用的电子液压制动系统(EHB)
相对以前的制动系统的最大的改进就是使用了踏板模拟器，有效地提高了制动响应速度。
2)电源
为整个电机机械制动系统提供能源。为保证整个系统能正常工作，系统应有备用电源，当主电源系统电力不足或发生故障时，备用电源起作用。
3)车轮轮速传感器
为中央电子控制单元提供准确、可靠的每个车轮的轮速信号,判断在制动过程车轮是否发生抱死。
4)线束
给系统传递能源和电控制信号。
5)驻车制动器
EMB系统在装配电子驻车制动系统,提供驻车制动和解除驻车制动的电信号。
4电子机械制动系统的关键技术
EMB系统由于没有后备的机械或液压系统，所以系统的可靠性要求更高，并且系统必须是能容错的。另外还要求系统至少要有与现有系统一样的制动性能,系统的使用寿命要长,易于维护、价格便宜，适合批量生产等。因此,EMB系统需要有下列特点:可靠的能源来源、容错的通信协议和一些硬件的冗余控制等。下面是一些开发中的关键技术。
1)执行器的能量需求。采用全电的制动系统，需要很多的电能，日前的12V车辆电器系统难以支持执行电气制动的髙功率需求。因此,建立42伏电压系统十分重要，同时需要解决高电压带来的安全问题。
2)对容错的要求。在完全取消了液压元件的系统中,没有独立的后备执行系统。虽然许多技术能提髙容错系统的安全性，更为根本的办法还是提供后备系统。当节点或电子控制单元出现故障时，在不破坏现有系统完整性的情况下，启用后备装置。容错程度应随应用场合不同而不同，但重要的传感器和控制器都应该有备份。另外，系统中每一个节点之间的串行通信必须支持容错。而容错就需要开发相应的通信协议。因为现在车辆应用的一些普通通信系统，如CAN等都不能满足容错的要求，所以需要开发一种新型的通信协议。目前世界上对协议研究的比较多，大体有TTP/C、FlexRay、TTCAN等几种。
3)制动执行器的要求。装用电机控制的制动执行器，要求高性价比的半导体具有较好的高温性能,以承受在制动执行器附近产生的髙温。另外，需要开发重量轻、低价位的车辆制动器，而且由于轮毂尺寸的限制,它们的尺寸也需要满足设计要求。
4)抗干扰处理。车辆在运行过程中会有各种干扰信号，目前常用两种抗干扰控制系统:对称式和非对称式控制系统。对称式抗干扰控制系统是用两个相同的CPU和同样的计算程序处理制动信号。非对称式抗干扰控制系统是用两个不同的CPU和不一样的计算程序处理制动信号，两种方法各有优缺点。
另外,电子机械制动控制系统的软件和硬件如何实现部件化,以适应不同种类车型的需要;如何实现底盘的部件化，是一个重要的难题。只有将制动、转向、悬架、导航等系统综合考虑进来，从算法上部件化,建立数据总线系统，才能以最低的成本获得最好的控制系统。
4结语
现代汽车的发展方向是模块化、集成化、机电一体化，电子机械制动系统正是这一发展趋势的体现，它将取代以液压或气压为主的传统制动控制系统。同时，随着其它汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸不断下降,汽车电子机械制动控制系统将与其他汽车电子系统,如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，汽车底盘系统进一步电控化,实现车辆控制的智能化。
张立新
(辽宁省交通髙等专科学校,辽宁沈阳110122)
