林志轩

同济大学

    摘要 文章详细介绍了线控制动技术的最新发展——电子楔式制动器(EWB，E1ectronic Wedge Brake)。相比传统制动系统，这种自增力机电楔式制动系统所需制动力小、消耗能量低，但对控制系统的精确度要求较高。

    主题词：制动系统 汽车 线控技术

0 引言

    汽车制动系统直接影响汽车的行驶安全性能。随着高速公路的发展、车速的提高及车流密度的日益增大，保证行车安全的汽车制动系统控制变得更加重要。

    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)。结合线控技术和汽车制动系统而形成的线控制动(Brake—by—Wire)系统，将传统液压或气压制动执行元件改成电驱动元件，具有可控性好、响应速度快、控制精度高、布置灵活等一系列优点，有良好的发展前景。

    国外企业和研究机构在线控制动领域进行了大量的研究和探索，博世和戴克汽车公司开发了用于商业的电子液压制动系统(EHB)，博世、天合、西门子VDO也在EHB和机电制动系统(EMB)等方面取得了相应的研究成果，并申请了一系列专利。本文主要介绍西门子VDO最新的线控制动技术——电子楔式制动器(EWB，Electronic Wedge Brake)，见图1。

    EWB是在2005年法兰克福车展上由西门子VDO推出的。该新型制动技术源于德国航空航天空间中心，最早由eStop公司开发，该公司2005年初被西门子VDO兼并，西门子VDO的EWB继续了eStop公司的开发。

1 EWB工作原理

    当EWB制动时，电动机通过螺杆传动机构推动楔形面，并推动连接到楔形面的制动衬片，由于楔子效应在制动衬片和制动盘之间产生制动摩擦力，该摩擦力随着车轮的旋转被放大，因而用很小的力就能产生不同程度的制动力。由智能控制的楔子将车辆的动能直接转换为制动能，在其自增强力的作用下，EWB比现有的液压制动更快，仅需要现有能量的1／10就可以制动。其原理见图2。

    由力平衡关系可以得到如下等式：

    配备EWB的车辆每一个车轮配备一个独立的智能制动模块，该模块由制动衬片、楔子和楔子轴承在两个电机和一个传感器系统之间检测运动和力的机械动力传输系统构成。传感器每秒对每一个轮的速度测量100次；对于制动的制动力和楔子位置，测量的分辨率更高。

    当驾驶员踩制动踏板时，该系统将电子制动信号传输给系统的网络模块。依赖于传感器读信号和所接收的制动信号的强度，电机将制动楔转到需要的位置，该运动由构成若干滚子螺杆传动装置的止推轴承驱动，将制动衬片与制动盘压在一起。

    EWB通过自增强力效应进行制动，制动速度快。EWB的核心是智能控制系统，该控制系统采用源于航空航天安全系统的模糊逻辑控制，并针对汽车制动系统进行优化。该系统的控制计算机可防止楔子发生阻塞。

2 EWB优点

    (1)降低元件数量和成本

    EWB设计减少的组件包括液压线、制动缸、制动增压器或ABS控制单元，降低了整个系统的重量，提高了可靠性并增加了安全性。由于摒弃了整个液压系统，整个制动系统可以更经济地集成到汽车之中。取消液压制动系统也有助于减少汽车对环境的影响，例如不釆用液压油可提高燃油效率。

    最后，EWB不仅仅是一种制动，它还可以代替标准手刹进行驻车制动，因为EWB自增强力能够防止汽车意外溜走。制动踏板和制动之间的机械退耦可以被用于减少或葚至完全消除传统的ABS功能生效时难以掌握的对制动踏板的点制动操作。此外，利用制动踏板和制动机械的退耦，能在出现事故时保护驾驶员的踏脚免受伤害。

    (2)提高设计自由度

    EWB采用传统的12V汽车电源系统驱动，并可以进行拓展设计，因为无液压驱动的楔子制动占用的引擎室和车身空间很小，可降低制动系统组件数量并缩短汽车装配时间。该电子制动系统可以更便利和快速地用于新车型的设计，从而节省开发时间和成本。

    (3)良好的集成性

    对于西门子VDO公司来说，EWB是线控技术开发和生产领域新方向，该公司对线控技术的研究已经有20多年。电子油门已经成为几百万辆汽车的标准设备。在朝着减少成本、创新功能和改善可靠性方向努力的过程中，电子技术将继续取代传统的机械和液压系统。

展望

    EWB形式实现的线控制动技术能够满足未来车身安全、重量、可靠性和安装空间的需求。与传统的液压制动相比，EWB在安全性和舒适性方面有较大的优势。根据西门子VDO的预计，EWB将在2010年前投入生产。