前轮电子机械制动与后备制动
摘要：
机电制动（EMB）是由电能驱动并具有类似设计的制动系统电动停车制动器（EPB）。它使用电机功率和齿轮提供必要的扭矩和螺丝和螺母机构用于将旋转运动转换成平移运动。EMB的主要区别是比较与EPB相比，组件的功能要求要高得多，以提供必要的性能服务制动如响应时间。每个车轮上的这种高响应和独立的制动执行器导向增强的可控性，不仅可以导致更好的基本制动性能，而且还可以改善各种制动性能主动制动功能，如集成机箱控制，驾驶员辅助系统或协作再生制动。虽然EMB系统在制动方面具有众多优势和创新的潜力，但尚未形成成功推出的串联生产主要是由于安全和成本的考虑。最近进行了研究调查功能安全方面和附加的机械备份措施。虽然EMB通常被认为是无油制动系统的解决方案，但EMB系统引入了当前的包括一个液压活塞，以实现几个功能。首先，液压系统允许机械备用机制，导致可靠性提高。二，制动控制的夹紧力可以用压力传感器测量。最后，本文提出的双活塞结构，导致了放大力传递，允许设计较低规格和更高性价比的电机和齿轮组件。本文将EMB的这一新概念称为hEMB（hybrid EMB）。本研究提出使用组合系统前HEMB和后液压卡钳。这种系统具有提供许多先进制动的潜力功能无需与线电系统全电动四轮制动相关的高成本。 hEMB的原型致动器制成并附接在测试车辆中。将给出台面和车辆测试的结果系统的功能。
介绍：
制动行业最近的一个问题是越来越多的愿望是实现无真空制动。在常规刹车系统通常产生真空助力器的真空通过车辆发动机歧管，其减少燃料车辆的效率。对于改进的涡轮增压发动机燃油效率，来自发动机的真空量不足以有效地使用真空助力器，因此电动额外使用真空泵，额外费用。在第一个无真空制动系统会导致更多的燃料有效利用发动机，在第二种情况下的成本可以取消电动真空泵。另一个成长对今天制动器的要求是增加主动制动的能力，用于合作再生制动和驾驶辅助系统，如自适应巡航，控制或自主紧急制动。用电线制动（BBW）系统是可以满足两者的代表性系统的趋势。
全电BBW系统一般由每个车轮上都有机电制动器（EMB）和踏板模拟器处理驾驶员的制动意图。在一般EMB系统具有高度响应和活跃性独立控制每个车轮上的制动执行器，导致极大的动态控制灵活性和改进制动性能。此外，与其他机箱控制系统，合作再生制动和由于这种原因，各种驾驶员辅助功能很简单固有特性。不过，EMB系统尚未成立成功地推出了串联生产主要是由于潜在的看法，缺乏电子的可靠性组件和总体成本问题。最近的研究有做了调查功能安全方面和在这方面采取额外的机械备份措施。这个论文是在这个背景下进一步的调查潜力大大提高了成本效益系统。
引入了一种新的EMB概念，即hEMB（hybrid EMB）在这篇文章中。 hEMB的特点是双活塞结构与卡钳之间的液压连接。 两个活塞的不同横截面积导致机械简单地放大制动力传输。 该放大允许使用减少大小的电机和齿轮相比，将不得不用于正常的全电动EMB。 另外，液压装置hEMB致动器可用于提供高效率和简单的机械备份系统。 另一个好处使用液压是使用压力传感器的可能性测量反馈制动控制的夹紧力。与测量夹紧力的其他替代方案相比，压力传感器是经过验证的高可靠性传感器类型。
在车辆水平方面，本研究综合考虑系统具有前面的hEMB和后面的常规液压卡钳。这样的系统配置保持很多来自于有线系统的制动器的功能优点高响应的主动制动器。另外，常规的液压后制动器不需要真空助力器就这样制动器配置，因此是真空系统。 更重要的是，这种车辆配置可以有很大的成本有益于电线系统的全电动制动因为EMB不用于后桥和数量所需的电控单元（ECU）大大减少。
图1：混合型EMB的概念：车辆应用HEMB双缸结构
如上所述，主要特征机制hEMB卡尺是其双活塞气缸结构水力学。如图1所示，主活塞是
一个通过一个直接连接到电机和齿轮执行器螺丝和螺母机构。当主活塞是激活时，主压力之间建立液压活塞和二次活塞，即活塞实际上与刹车片接触。这种压力积聚起来用于通过次级活塞产生制动力如在常规液压卡钳中。比例不同两个活塞的横截面积给出了额外的力传递的放大导致减少电机和齿轮规格。因为一般扭矩很低高速电机小于高扭矩和低转速高速电机所以hEMB卡尺的优化尺寸可以设计如图2所示。与传统相比液压卡钳，高度差异最小和宽度尺寸，只有长度增加55mm。如上所述，可以使用压力传感器测量可以在活塞之间建立的压力转换为夹紧力来用于控制目的。
图2. hEMB卡钳的大小
电磁阀系统的另一个关键部件是螺线管hEMB卡钳与主缸之间的阀门如图3所示。在正常操作期间，常开电磁阀将关闭，以使hEMB完全与主缸分离。 自从当前对每个制动器的消耗量小于1A，过大的功耗或螺线管的热问题阀门应该忽略不计。 在这种模式下，hEMB会与干式EMB相同。 如果有的话电气故障时，电磁阀将始终保持打开状态由司机的努力积累的液压将会消失直接到hEMB卡尺。 这是简单有效的hEMB系统的机械备份模式。
图3. hEMB系统中的电磁阀
使用hEMB的概念概念
使用hEMB的车辆概念如图4所示hEMB执行器用于前桥使系统在轴上具有高性能的主动制动能力构成制动分配的主要比例乘用车。在hEMB系统中，前制动液不起作用通过任何电磁阀，它静止在它之间电磁阀和轮缸在制动过程中。一液压制动系统延时的主要原因是电磁阀中流阻的延迟。但是固定式制动液的性能与刚性制动液的性能类似身体。因此，hEMB的性能几乎相同EMB。如上所述，这种主动制动能力允许高度响应的功能易于应用。在另一方面，后桥配置有常规液压卡钳，这在降低成本方面有很大的好处。
在正常制动期间，前面的hEMB将被隔离主缸和司机的压力将会增加仅传送到后部液压制动器。这意味着踏板感觉将在常规制动中确定主缸和后液压之间的方式卡钳。更重要的是，这意味着踏板不需要模拟器。另一个重要的好处使制动液回路仅对后制动器起作用在正常运行过程中，整体流体消耗量。是大大减少这消除了对真空助力器的需要，这使得该系统成为真空自由的。
从车辆稳定性的角度来看，目前的车辆配置包括液压ABS/ESC调制器主动控制后制动器。但是，高性能调整器如ESC加或高档所需的高常规制动系统的功能不会由于hEMB是必需的，而标准的ESC就足够了。用在前面中使用。最后，就备用制动而言，目前的车辆概念将具有紧急制动能力在所有车轮。在车辆中出现任何类型的电气故障，hEMB中的螺线管将保持打开状态，如前所述前一部分使制动液回路成为打开前后制动器。
图4.使用hEMB的车辆概念
检测结果
执行器测试结果
为了调查提出的hEMB的可行性系统，样板设计的踏板单元，主缸，并使用钻机设置构建和检查hEMB卡钳如图5所示。检查系统中是否有泄漏和电磁阀的压力保持能力，运行简单对执行器电机使用有限的电流要求进行首先检查压力值当前。 hEMB卡钳的刚度曲线和压力与输入电流特性测量为分别如图6和图7所示目前hEMB系统的响应时间特征为测量如图8所示。
可行性测试结果显示了hEMB的可能性系统。制动响应的最大斜率为几乎700 bar/sec和所需的时间到达轮子锁定压力低于0.2秒。虽然以前现有的电机，这是不是专门设计的目前的系统，被用于测试，可以看出系统已经具有非常高的竞争力制动应用。 预计会有大量的可以实现更高的性能提升最佳设计的电机和控制模式。
图5.钻机测试设置
图6. hEMB卡尺的刚度曲线
图7. hEMB卡尺的压力与电流消耗
图8. hEMB卡尺的响应时间
车辆测试结果
将hEMB样品安装在测试车辆中以检查车辆级的可行性如图9所示在静态状态下进行车辆水平运行检查如图10所示，可以看出没有执行器操作问题。 最后车辆级动态测试结果如图11所示在高mu;路面上ABS制动的结果。减速在这种情况下测量为约1.0g。到目前为止只有基本的已经检查了hEMB系统的运行情况。 进一步调整和发展其他功能如稳定性计划进行控制和协同再生制动未来。
图9. hEMB试验载体：（a）试验载体，（b）hEMB
图10.使用hEMB系统的基本车辆测试
图11. ABS的车辆测试结果
总结/结论
在这项研究中，EMB具有双活塞结构的新概念被介绍。这种类型的EMB，hEMB有两个活塞具有不同的横截面积，这提供了强力放大的固有方法。另外，这个系统导致有效和简单的后备制动允许使用压力传感器进行夹紧力测量。在车辆一级，hEMB系统上前轴与常规液压组合后桥上的卡钳此类配置需要一个踏板模拟器，使系统无真空制动系统，并提高后备制动能力。在长凳和车辆上进行可行性测试显示系统功能的级别。至今，仅进行ABS的基本制动测试。进一步调整和开发其他功能，如稳定控制和协同再生制动计划未来。希望能提供这个系统许多高级制动功能的替代品，没有高成本与全电动四轮制动相关联系统。
参考文献
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定义/缩写
BBW - 制动线
EWB - 电子楔形制动器
EMB - 机电制动器
hEMB - 杂交EMB
EPB - 电子驻车制动器
ABS - 防抱死制动系统
ECU - 电子控制单元
ESC - 电子稳定控制
基于仿真的拉索式电子驻车制动器驱动机构设计
摘 要 ：
根据产品的设计流程，在考虑了EPB 系统相关设计因素的前提下，进行了EPB 系统驱动机构的设计。为验证设计的合理性，建立了EPB 系统的仿真模型，进行了EPB 系统的仿真分析。结果表明，所设计的EPB 系统驱动机构能够实现EPB 系统的基本功能，经工程化处理后，能够用于实际的生产过程。
关键词：
电子驻车制动器；机电一体化；丝杠螺母机构；设计过程；建模
随着汽车电子的发展，越来越多的机电一体化系统，或者通过x线装置，作为传统的替代品机械系统。电子驻车制动器（EPB）系统，这是一种线控制动系统是这种情况的典型案例。有两种EPB系统，一种是电缆拉，另一个是卡钳集成。第一个的结构比后者的结构简单，其控制功能可以早于实现后者的功耗是低于前者。他们被申请不同级别的乘用车。后者用于豪华的车辆，前者由于成本较低而被用于中级车辆。在本文对电缆拉拔EPB系统进行了研究其模型是为了指导a的设计程序而建立的电缆牵引EBP系统。
拉索式EPB系统结构
拉索式EPB的系统由电气控制单元组成（ECU），直流电机，减速齿轮，螺丝，螺母，电缆，制动等。工作原理是，ECU接收到操作员的命令，根据需要计算所需的制动力车辆状态和EPB系统状态。 所需制动力转换为PWM（脉冲宽度）调制）信号驱动电机。电机的旋转将变为线性运动通过减速齿轮和螺丝/螺母机构。连接螺母和卡钳之间的电缆，将驱动卡钳，然后制动力将会被产生到制动器。同时，测量的制动力将反馈到ECU形成封闭的控制回路。选择螺丝/螺母机构的原因,那就是，EPB系统将没有制动力来工作，而在这种状况下，EPB系统必须保持制动力。 具有适当的物理选择参数，螺杆之间的摩擦力并且螺母可以停止（称为：自锁）运动在无外力的情况下。使用螺丝/螺母机构的自锁性能，应用要求是满意在设计阶段建设EPB系统应考虑两个方面：一个是软件设计为ECU，另一种为设计执行器，包括：电机，减速齿轮，螺丝。在本文中，主要设计考虑制动器。
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