摘 要

电子机械制动系统，就是EMB系统是继液压或气压制动系统之后的一种新型的制动方式，它替换了传统的制动液，油路，管路等可能产生隐患的部件，是一种环保、安全、 结构轻巧简单的现代化线控制动形式。

机械执行机构是EMB系统的核心机构，本文主要就是对电子机械执行机构进行了详细的设计研究工作。回顾了国内外对EMB机构的研究史，及卡丁车改装智能车的背景条件，之后针对具体的内部结构做了设计与校核。本次设计的制动执行方案由永磁无刷直流电机、行星齿轮机构、滚珠丝杠三部分组成。通过控制器输出信号给电机，电机运转，经过行星齿轮机构减速增矩，在滚珠丝杠处把圆周运动转变成平动，形成制动力。本文以卡丁车原型，进行执行机构设计，最后校核通过，显示设计可以达到制动要求。

最后，进行了初步的matlab学习，对选择的电机进行了电机特性仿真。

关键词：电子机械制动；执行机构；仿真；控制

Abstract

Electro-mechanical braking system which is called EMB is the second in a new way after the hydraulic or pneumatic brake system, it replaces the traditional brake fluid, oil, pipeline and other components that may have hidden dangers, it is a kind of environmental, safety, simple and lightweight structure of modern wire braking.

Mechanical actuator mechanism is the core of EMB system, this paper is on the electro-mechanical actuator for a detailed design study. Recalling the history of EMB research institutions at home and abroad, and karting modified smart car background conditions, and specific internal structure to do the design and verification.

The design of the brake implementation of the program contains the permanent magnet brushless DC motor, a planetary gear mechanism, ball three parts. The controller output signal to the motor, the motor is running, the planetary gear mechanism through the torque-reduction in the circumference of the ball screw into a translational motion, the braking force is formed. In this paper, the prototype kart carried actuator design, the final check by the display design can achieve the braking requirements.

Finally, I take a preliminary study of matlab, and make a motor characteristics simulation.

Key Words：electro-mechanical brake; actuator; simulation; control

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1制动控制系统的发展史 1

1.2 EMB电控机械制动系统 2

第二章 电控机械制动系统（EMB）总体设计 4

2.1 系统的组成与总体设计 4

2.1.1 系统的组成 4

2.1.2 系统总体设计 4

2.2 踏板模拟器 4

2.3 制动系统控制器 5

2.4 功率驱动电路 5

2.5 机械执行机构方案设计 5

2.5.1 驱动电机 5

2.5.2 减速增矩机构 6

2.5.3 运动转换机构 8

2.5.4 自增力机构 8

2.6 EMB执行机构与盘式制动器的连接 9

2.7 本章小结 9

第三章 电控机械制动系统（EMB）机械执行机构的设计计算 10

3.1确定EMB制动机构执行机构的制动目标 11

3.1.1制动盘的最大夹紧力 12

3.1.2制动间隙及其消除时间 12

3.1.3制动能力校核 12

3.2滚珠丝杠设计 13

3.2.1滚珠丝杠工作原理 13

3.2.2滚珠丝杠结构形式选择 13

3.2.3滚珠丝杠结构参数设计 13

3.2.4滚珠丝杠副最大驱动转矩计算 16

3.2.5滚珠丝杠副效率计算 17

3.2.6滚珠丝杠强度校核 17

3.3电机选型 18

3.4行星齿轮减速器设计 18

3.4.1选择行星齿轮传动的传动类型 19

3.4.2.配齿计算 19

3.4.3初步计算齿轮主要参数 20

3.4.4啮合参数计算 21

3.4.5几何尺寸计算 21

3.4.6装配条件的验算 22

3.4.7齿轮强度验算 23

3.5 本章小结 27

第四章 EMB执行机构的三维建模及实现 28

4.1电机三维模型 28

4.2行星齿轮机构三维模型 28

4.3滚珠丝杠三维模型 29

4.4支撑机构三维模型 29

4.5壳体三维模型 30

4.6执行机构三维模型 31

4.7本章小结 31

第五章 EMB执行机构控制及仿真 32

5.1永磁直流电机的动态系统模型 32

5.2 EMB控制系统控制方法 32

5.3 EMB控制系统的控制方案以及控制策略设计 33

5.4 本章小结 34

第六章 总结与展望 35

6.1 本文工作总结 35

6.2 后续工作展望 35

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪论

在经历了起步、质疑、低谷、盲从、创新到小有成就的一系列风波之后，中国的智能车已在众人的期盼中渐渐走上了正轨。2016年，有人说它是中国智能车互联发展的新元年，汽车零部件行业的快速发展、优化的产业政策、良好的全球化采购环境，毫不夸张，无论从商业模式、引导趋势、还是产品理念，中国的智能车都有了实质性的飞跃。但是，无论汽车如何发展，安全性始终是消费者最关心的问题^【1】。近年来，我国高速公路上大量事故的统计分析结果显示：近三成事故发生的原因是因为车辆本身的技术问题，而其中车辆制动性能不足或制动失效等而导致的追尾、制动跑偏、甩尾等恶性交通事故占绝大多数^【2】。这无疑给我们敲响了警钟，提高车辆的制动效能。改进制动系统的稳定性、提升行车安全性，不仅仅是对现行汽车的要求，也是对智能车提出的新要求。时代在逐渐的随着改变，很多人的安全意识都在渐渐的丰富，再加上电子技术的快速发展，气压、液压等传统制动系统的弊端逐渐显示出来，而以电驱动元件作为制动执行机构的电子机械制动系统（EMB）越来越多的被业内外人士所青睐。

1.1制动控制系统的发展史