发布时间：2023-10-02 17:23:45
绪论：一篇引人入胜的电子机械技术，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
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。
知识经济时代里人们所制造的物体微型化趋势愈加明显，尤其是在军事、医疗、环境、通信、航空等领域，机械装置微型化的要求逐渐增加。上个世纪80年代微电子机械系统开始实现了飞速的发展与创新，其又被成为微机械与微系统。微电子机械系统是一种集成化的机电装置，微小的尺寸和智能化、集成化是微电子机械系统的独特优势和特征。其最小尺寸已经达到1nm-1um的纳米的机械。微电子机械系统技术从出现到应用的时间里获得了国际的广泛关注，目前其应用领域与实际价值已经不言而喻。
1 微电子机械系统的概述
1.1 微电子机械系统的概念
微电子机械系统主要结构有微型传感器、制动器以及处理电路。其是一种微电子电路与微机械制动器结合的尺寸微型的装置，其在电路信息的指示下可以进行机械操作，并且还能够通过装置中的传感器来获取外部的数据信息，将其进行转化处理放大，进而通过制动器来实现各种机械操作。而微电子机械系统技术是以微电子机械系统的理论、材料、工艺为研究对象的技术。微电子系统并不只是单纯的将传统的机电产品微型化，其制作材料、工艺、原理、应用等各个方面都突破了传统的技术限制，达到了一个微电子、微机械技术结合的全新高度。微电子机械系统是一种全新的高新科学技术，其在航天、军事、生物、医疗等领域都有着重要的作用。
1.2 微电子机械系统技术的特点
1.2.1 尺寸微型化
传统机械加工技术的最小单位一般是cm，而微电子机械系统技术下的机械加工往往最小单位已经涉及到了微米甚至纳米。这以尺寸的巨大变化使得微电子机械系统技术下的原件具有微型化的特点，其携带方便，应用领域更加广阔。
1.2.2 集成化
微电子机械系统技术下的原件实现了微型化为器件集成化提供了有力的基础。微型化的器件在集成上具有无可比拟的优势，其能够随意组合排列，组成更加复杂的系统。
1.2.3 硅基材料
微电子机械系统技术下的器件都是使用硅为基加工原料。地面表面有接近30%的硅，经济优势十分明显。硅的使用成本低廉这就使得微电子机械系统技术的下的器件成本大大缩减。硅的密度、强度等于铁相近，密度与铝相近，热传导率与钨相近。
1.2.4 综合学科英语
微电子机械系统技术几乎涉及到所有学科，电子、物理、化学、医学、农业等多个学科的顶尖科技成果都是微电子机械系统技术的基础。众多学科的最新成果组合成了全新的系统和器件，创造了一个全新的技术领域。
2 微电子机械系统的技术类别
2.1 体微机械加工技术
体微机械加工技术主要将单晶硅基片加工为微机械机构的工艺，其最大的优势就是可以制作出尺寸较大的器件，最大的弊端是难以制造出精细化的灵敏系统。并且使用体微加工工艺难以优化器件的平面化布局，制作出来的器件难以与微电子线路直接兼容。体微机械加工工艺一般在压力传感器和加速度传感器的制造中普遍应用。
2.2 表面微机械加工技术
表面微机械加工技术就是通过集成电路中的平面化技术来实现微机械装置的制造。其主要优势表现在充分利用了已有的IC工艺，能够灵活掌握机械器件的尺寸，因此表面为微机械加工技术与IC之间是兼容的。表面微机械加工技术与集成电路的良好兼容性使得其在应用领域实现了快速普及。
2.3 复合微机械加工技术
复合微机械加工技术就是体微机械技工技术与表面微机械加工技术的结合，其结合了两者的优点，但又同时避免了相应缺点。
3 微电子机械技术的应用
3.1 环境科学领域
微电子机械系统技术下的微型设备可以在环境监测和数据处理分析上发挥巨大的作用。由化学传感器、生物传感器以及数据处理系统所集合的测量与处理设备。该微型装置可以用来监测空气和液体的成分，其独特优势在于尺寸微小，便于携带。
3.2 军事领域
纳米器件所构成的装置先要对半导体器件运行速度高，携带方便，信息输出和处理快捷，在军事领域其能够用来制作各种微型设备，例如“蚊子导弹”、“麻雀卫星”等。
3.3 医疗领域
在临床化验分析、介入治疗领域其也能够实现巨大的价值。近几年获得发展的介入治疗技术与传统治疗技术相比临床治疗效果优越，能够有效缓解患者痛苦。但是当前介入治疗仪器价格高，体积巨大，准确性难以保证，尤其是在治疗重要器官时风险较大。微电子机械系统技术的微型与智能特性可以显著降低介入治疗的风险。
4 结束语
微电子机械系统技术将机电系统的实用性、智能化和多样化发展到了一个全新的高度。当今微电子机械系统技术已经对农业、环境、医疗、军事等领域产生了重大的影响，也影响着人们的生产和生活方式，相信在不久的以后微电子机械系统技术将会成为我国社会经济发展不可或缺的重要部分，为我国经济发展起到巨大的推动作用。
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作者简介
1.电子机械概述
电子机械主要是以研究电子信息设备与电子系统的机械与结构的设计与制造为核心的，努力提高设备或系统在不同的复杂环境中的电性能。我国工业与电子装备发展过程已经超过40年，在电子设备的设计和制造商处于世界前列，但是也必须认识到先进的电子机械，不仅取决于电子设备的可靠性，也与结构与工艺密不可分。电气设计、结构设计及制造工艺在电子装备中有融为一体的发展态势，当今的电子机械工程就是应这种趋势而产生的新兴学科，国内很多高校也设立了电子机械专业。电子机械同以往的普通机械相比，有其自身的特性：从目的上来说，电子机械旨在于提高电子设备的电气性能系统；从实现手段上来说，电子机械主要通过在机械中加入电子信息技术等来实现电子设备的性能；从机电一体化的载体方面来说，电子机械是电子系统，常规机械是机械结构系统；从电子系统对机械的重要性来说，机电一体化对电子设备至关重要。
2.电子机械技术的发展现状和发展趋势
2.1.发展现状
当前我国对电子机械研究主要集中在以下几个方面：第一，电子设备在恶劣环境中防护问题，这涉及到机械学、传热学、化学、环境科学等多门学科，考虑有：在发生强烈震动和冲击的情况下如何防止电子设备失效并保持可靠工作的问题；在恶劣的环境中实现电子设备的温度控制，使得电子设备整体和各元件温度不超过限值；如何避免电子设备对环境的污染和反污染的问题；提高电子设备在防潮、防霉、防盐雾腐蚀以及防原子、防生物化学武器等的特性。第二，电子设备性能发挥受机械结构参数的影响的问题，常见的有：天线伺服驱动系统的结构谐构振频率限制了控制系统的带宽；控制系统系能受电子设备在摩擦、间隙、弹性变形过程中的影响；天线效率受到天线结构变形和反射面误差影响的情况等等，弄清楚这些机械结构对电子设备的影响原因与规律，设计出符合有效参数的结构，确保电子设备发挥性能非常重要。第三，电子组装技术与电子精密机械设计问题，如何将众多的电子元器件进行连接和布局，形成一个正确且高校的整机，在这一过程总必须考虑到每一个电子元器件的相互影响和外部环境对电子元器件的影响，使得组装起来的电子设备同时具备高可靠性、易维修性与易操作性。为了实现电子设备的某些特殊功能，常常需要精密机械，如雷达天线，其精密程度堪比精密机床，大面积的可动抛物面反射器结构高精度的要求结构设计人员具有非常过硬的技术本领，这些精密机械设计的目的在于满足电子设备性能的特殊要求，未来战争中电子战与信息战将起着重要作用，由于要应用于条件严苛的战争环境，对电子设备的性能要求非常高。
2.2.发展趋势
当前电子机械的智能化、数字化、集成化、模块化、人性化设计、网络化发展趋势明显。智能化体现在要求机电产品自身拥有一定的智能，在逻辑思考、判断推理、自主决策等方面拥有一定的能力，当前人工智能技术的不断进步为电子机械技术发展提供了重要条件。电子机械数字化的基础是微控制器的发展，不断发展进步的计算机网络为电子设备的数字化设计与制造铺平了道路，数字化要求电子机械技术产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性等特点。电子机械的集成化体现在不同技术、不同产品和各生产加工等工序中，多品种、小批量的自动化生产要求电子设备系统应具有广泛的柔性，实现分散系统功能并使系统各部分协调安全运转，实现性能最优化。模块化的发展趋势是由电子机械产品类型多样及生产厂家较多，而研制和电子设备单元模块非常复杂，如企业能够实现模块化发展，新品的开发将变得更为迅速。人性化设计这是由于电子机械的使用者是人来决定的，如何赋予电子设备智能、情感和人性非常重要，在色彩和造型上面注重人性化设计，给人类既方便由有艺术美感非常重要。网络化则是当今网络远程控制和监视技术的必然趋势，远程控制终端设备本身就是电子机械产品，运用局域网技术使家用电器网络化成为可能，方便人们生活。
3.电子机械技术在现实中的应用
目前，电子机械技术在现实中的运用体现在柔性制造系统和计算机集成制造系统、小型化家用电子产品、机械手和机器人、微型机械和超微型机械产品、机械自动化设备等众多方面。柔性制造系统和计算机集成制造系统较早运用于制造行业，是由数控机床、微电子技术、计机软硬件等有机结合的系统，当前我国以实现校企联合，建立了若干条柔性制造系统线和一些计算机集成制造系统实验线，但是多方面限制发展较慢。小型化家用电子产品发展较快，如日本研发生产的拇指大小的微型彩色照相机，美国正在研发微型电话机大小如手表微型复印机大小如眼镜盒，方便人们日常携带。当前在世界上投入工业生产的机器人已超过百万台，这些多为日本拥有，这些智能化机器人生产已经初步实现批量生产，具有人类的一定智慧，当前正在研发具有自主决策能力的机器人。电子机械技术在事、医疗、汽车、宇航、工业设备、通信和生物工程等方面有广阔应用前景，特别是一些微型和超微型机械产品方面应用客观，但是对微型机械和超微型机械的理论尚在探索和认识阶段，需要不断作出努力。
4.结语
电子机械技术发展不是孤立发展的，它是很多学科技术发展的产物。社会的快速发展要求技术必须不断改革创新，适应社会生产力的发展要求。电子机械化技术涉及非常多的领域，随着技术进步，各领域技术相互融合将越来越明显。电子机械技术的创新对于促进电子机械技术与机械设备应用技术有重要作用，现代科学技术应用的发展和理论创新推动科技发展。
参考文献：
