王家良
中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130000
摘要：电子机械制动系统（EMB）因结构简单、制动效果好、易于与其他电控功能集成在一起，逐渐成为汽车制动系统的研究热点。针对EMB系统的组成和工作原理进行阐述，结合实际道路测试发现：装备EMB系统的车辆MFDD比传统制动系统提高4%左右，同时EMB系统在响应时间上优势更加明显，较传统系统响应时间快30%左右，并且具有更好的车轮滑动控制功能。提出EMB系统存在可靠性、成本、测试方案3个方面的问题有待解决。
关键词：轨道交通；制动系统；电机械
引言
随着我国高速铁路、城市轨道交通、重载及快捷货物运输的发展，标准动车组、全自动驾驶地铁列车、低地板现代有轨电车、跨座式和悬挂式单轨列车、高速磁浮和中低速磁浮列车等众多新车型的下线，制动系统作为与安全、舒适、高效运输紧密相关的关键技术领域和核心子系统也面临着新的发展要求。
1电机械制动技术
电机械制动（EMB）技术是一种利用电能直接驱动基础制动中的摩擦副产生摩擦力，从而使得运动减缓或停止的制动技术。它是一种能够替代空气制动系统的新型制动系统，既继承了电空制动系统的制动指令传递方式，又直接用电能作为制动力的源动力，通过电动机驱动闸瓦或闸片，其中电动机可由BECU直接控制，中间不需要通过空气（液压）的转换、放大。同时，电机械制动将电能直接驱动机械摩擦副，真正地实现了轨道交通车辆制动系统的全电气化。这使得制动系统的响应和控制精度在空气制动系统基础上大幅提升，使制动过程的智能化控制和系统的智能化维保成为可能，必将成为新一代制动系统的发展方向。
2EMB工作原理及性能优势
EMB系统利用电子元件和电控信号进行制动，实现了机电一体化汽车制动系统。主要包括电控单元（ECU）、电子制动踏板、传感器、整车电源、轮端控制模块等。工作原理为：当驾驶员对电动汽车发出制动需求时，EMB系统的ECU根据行驶工况结合控制信号和制动踏板信号判断前、后轮所需要的制动力大小，并将制动轮接收到的所需制动力大小的信号通过传感器传递给对应的轮端控制模块，最终作用到制动盘上，从而达到制动目的[2]。EMB系统取消了储气筒、空压机、制动气室等部件，减轻了汽车总质量，精简配置，为汽车总装节省出较大空间，提高了燃油经济性，使维修保养更加容易，并且能降低发动机负荷。同时，其系统关键性能优势体现在提高工作效率上。EMB系统中各种指令都是通过电信号传导，可以很方便地并入控制器局域网络（CAN）总线中，与制动防抱死系统（ABS）、高级驾驶辅助系统（ADAS）等电控功能兼容，并且EMB系统以电控线路取代了传统气路，可以缩短制动响应时间，增大制动减速度，减少制动距离，优化控制车轮滑动。此外，EMB系统采用的是模拟电子踏板，可以有效避免因触发ABS而造成的制动踏板反复回弹，提高驾驶舒适性。
基于现有测评数据，以5辆总质量为40t的同型号牵引挂车（仅制动系统进行改动，其他部件不进行更换）为例：车1配备ABS、鼓式制动器，气室压力最高值为800kPa；车2装有ABS、盘式制动器，制动气室压力最高值为1000kPa；车3牵引车头装有电子控制制动系统（EBS），挂车仅装备ABS，制动气室压力最高值为1000kPa；车4牵引挂车全部装有EBS，制动气室压力最高值为1000kPa；车5全部配备EMB。以90km/h的初速度，在同等踏板行程及踏板力的情况下进行制动距离的对比。
3电机械制动系统发展
在高速客运和城市轨道交通领域，列车制动系统呈现出分布式、网络化的发展趋势，从车控到架控和轴控的分布式控制方式不断成熟，利用列车和车辆总线以及制动内网的通讯技术不断完善，列车或网段制动管理与状态监控的模式逐渐成为主流，推动了列车制动系统的电气化和智能化进程。在重载货物运输领域，列车的载重越来越大，编组越来越长，为了解决长大货物列车制动缓解一致性差、纵向冲动大的问题，逐渐发展出了无线遥控机车同步操纵技术和电控空气制动（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｐｎｅｕ－ｍａｔｉｃ，ＥＣＰ）２类新的制动控制系统。目前我国大秦线万吨级组合列车均采用了运用ＬＯ－ＣＯＴＲＯＬ技术的ＣＣＢⅡ制动机，神黄线重载组合列车采用了基于无线遥控同步操纵技术的ＤＫ－２型机车制动机。从本世纪初开始，国产ＥＣＰ制动系统研制已经进行到技术评审或实车试验阶段。以ＬＯＣＯＴＲＯＬ和ＥＣＰ技术为代表的货物列车电控空气制动可以优化整列车的动力分配和制动控制，加快制动波速和缓解波速，改善列车操纵性能和前后车辆制动、缓解的一致性，使列车起动和停车更加迅速、平稳，减小车钩受力，缩短制动距离，提高列车运行安全和效率。这２种控制技术提升了货运列车制动系统的电气化水平，为智能化制动控制的发展提供了平台。
4前景展望
我国轨道交通装备建设已进入高峰期，城市轨道交通领域也进入发展快车道，制动系统的技术应用和市场需求将大幅提升。目前，我国在轨道交通装备的规模上已领先于世界各国，但就轨道交通装备技术水平而言，与世界先进国家相比，我国还处于跟随与平齐的位置。作为新一代制动技术的EMB系统，目前国际上尚未有成熟的产品投入运用。因此，发展EMB技术是我国在轨道交通车辆装备关键系统技术上的一次原始创新，如能投入应用，将是我国在轨道交通车辆装备关键系统上的一次技术引领。这对提升中国制动产品的核心竞争力，并带领整个制动产业向精细化、智能化发展具有重大意义。
结语
通过分析EMB系统的组成和工作原理，再结合实际道路测试对比，可以看出，机械式电子制动系统（EMB系统）以其响应时间短、制动减速度大，并且对于车轮滑动可更好地控制等优点，将会在汽车行驶安全领域具有十分广阔的应用前景。不过，目前发展EMB还需要解决以下3个问题：1）可靠性方面。力矩电机在一些例如冷、热、潮湿、电子干扰等恶劣情况下要保证能够可靠工作。2）成本控制方面。目前EMB系统相对成本较高，有效降低系统装配及匹配的成本会更快推动EMB的发展与应用。3）测试方案。EMB制动系统结构与传统制动系统结构的工作原理存在很大不同，一些传统测试手段也要进行相应转变。因此，在今后的测试验证试验中将进行更深层次的研究，助力EMB制动系统的发展。
参考文献
[1]卢甲华.汽车EMB系统性能分析与优化[D].重庆：重庆大学，2015：45-47.
[2]蔡峰，吴昂键，毕大宁，等.电动机械制动（EMB）系统[J].汽车技术，2010（11）：38-40.