电机械制动（EMB）技术：交通运输工具新型制动系统

电机械制动技术是一种由电子控制和电驱动的机电一体化的新型摩擦制动技术。本书介绍了电机械制动技术的相关基础理论和工程应用方法。书中首先系统分析总结了轨道交通、汽车和飞机等交通运输工具制动技术的发展历程，然后从系统层面介绍了电机械制动(EMB)系统设计方法，再对电机械制动的制动控制系统、执行机构、摩擦副及其检测方法、防滑控制和可靠性进行了阐述，并以轨道交通、汽车和飞机为例，介绍了电机械制动(EMB)在交通运输工具上的应用实例，*后对电机械制动(EMB)技术的特点进行了分析和总结。
本书涵盖了各种交通运输工具电机械制动技术，内容全面广泛，可作为高等院校交通运输工程、机械工程等学科的机电专业实践运用的研究生教材或参考书，也可供有关科研人员和工程技术人员参考使用。

前言
第 1 章 概论 ……………………………… 1
1.1 制动在交通运输工具中的意义 …… 1
1.2 交通运输工具常用制动方式 ……… 2
1.2.1 列车动能转移方式 …………… 3
1.2.2 制动力形成方式 ……………… 4
参考文献 ………………………………… 5
第 2 章 交通运输工具制动技术的发展 … 6
2.1 轨道交通车辆制动技术的发展 …… 6
2.1.1 人力制动机 …………………… 6
2.1.2 空气制动 ……………………… 6
2.1.3 液压制动机 ………………… 15
2.1.4 电机械制动 ………………… 15
2.2 汽车制动技术的发展 …………… 16
2.2.1 人力机械制动 ……………… 16
2.2.2 液压 / 气压制动……………… 17
2.2.3 电子机械制动 ……………… 26
2.3 飞机制动技术的发展 …………… 27
2.3.1 人力制动系统 ……………… 28
2.3.2 气压 / 液压制动系统………… 28
2.3.3 液压防滑制动系统 ………… 30
2.3.4 全电防滑制动系统 ………… 32
参考文献 ……………………………… 35
第 3 章 EMB 系统设计 ………………… 37
3.1 制动系统设计要求 ……………… 37
3.1.1 一般原则 …………………… 37
3.1.2 制动系统功能要求 ………… 37
3.1.3 制动系统安全要求 ………… 41
3.2 EMB 系统组成及工作原理 ……… 43
3.2.1 供能装置 …………………… 43
3.2.2 制动指令与通信系统 ……… 43
3.2.3 制动控制系统 ……………… 46
3.2.4 制动执行机构 ……………… 47
3.3 EMB 系统制动计算 ……………… 47
3.3.1 一般原理 …………………… 47
3.3.2 轨道车辆 EMB 系统
制动计算 …………………… 47
3.3.3 汽车 EMB 系统制动计算 …… 51
3.3.4 飞机 EMB 系统制动计算 …… 52
3.3.5 EMB 系统功耗计算 ………… 53
参考文献 ……………………………… 53
第 4 章 EMB 控制系统 ………………… 54
4.1 制动力管理 ……………………… 54
4.1.1 轨道交通车辆制动力管理 … 54
4.1.2 汽车制动力管理 …………… 56
4.1.3 飞机制动力管理 …………… 58
4.2 EMB 制动力调节 ………………… 58
4.2.1 PI 控制 ……………………… 59
4.2.2 模型参考自适应控制 ……… 60
4.2.3 自校正控制 ………………… 61
4.2.4 改进型 PID 控制 …………… 61
4.2.5 其他控制方法 ……………… 62
4.3 防滑控制 ………………………… 62
4.3.1 滑行检测 …………………… 62
4.3.2 滑行控制 …………………… 63
4.3.3 防滑控制展望 ……………… 64
4.4 闸片间隙调整和磨耗在线监测 … 64
4.5 备用电源管理 …………………… 65
4.6 故障检测及处理 ………………… 65
第 5 章 EMB 执行机构 ………………… 67
5.1 EMB 执行机构的形式与组成 …… 67
5.1.1 浮动式 EMB 执行机构 ……… 67
5.1.2 杠杆式 EMB 执行机构 ……… 67
5.1.3 直推式 EMB 执行机构 ……… 68
5.1.4 集成式 EMB 执行机构 ……… 68
5.2 EMB 执行机构的结构与功能 …… 69
5.2.1 电动机选型和结构特点 …… 69
5.2.2 运动转化装置 ……………… 71
5.2.3 减速增力装置 ……………… 74
5.2.4 间隙调整装置 ……………… 78
5.2.5 制动力保持装置 …………… 78
参考文献 ……………………………… 80
第 6 章 摩擦副及其检测方法 ………… 81
6.1 摩擦副技术要求及种类 ………… 81
6.1.1 技术要求 …………………… 81
6.1.2 种类 ………………………… 84
6.2 热力学仿真 ……………………… 88
6.2.1 理论基础 …………………… 88
6.2.2 热流密度 …………………… 89
6.2.3 摩擦面积的确定 …………… 89
6.2.4 热流分配系数的确定 ……… 90
6.2.5 对流换热系数的预测 ……… 92
6.3 试验方法 ………………………… 98
6.3.1 机械性能试验 ……………… 98
6.3.2 摩擦性能试验 ……………… 99
6.3.3 摩擦副测温 ………………… 101
6.3.4 环保性能试验 ……………… 103
参考文献 ……………………………… 106
第 7 章 EMB 系统防滑控制 …………… 108
7.1 概述 ……………………………… 108
7.2 黏着 ……………………………… 108
7.2.1 黏着系数 …………………… 109
7.2.2 附着系数 …………………… 109
7.3 防滑控制技术发展历程 ………… 112
7.4 防滑控制系统设计要求 ………… 113
7.4.1 一般原则 …………………… 113
7.4.2 轨道车辆防滑设计要求 …… 113
7.4.3 汽车防滑设计要求 ………… 114
7.4.4 飞机防滑设计要求 ………… 115
7.5 EMB 防滑控制系统组成及原理 … 116
7.5.1 速度传感器 ………………… 117
7.5.2 防滑控制器 ………………… 118
7.5.3 防滑控制原理 ……………… 119
7.6 防滑控制性能评价 ……………… 121
7.6.1 黏着利用率 ………………… 121
7.6.2 防滑功耗增加率 …………… 123
参考文献 ……………………………… 123
第 8 章 可靠性 ………………………… 124
8.1 制动系统可靠性与安全性 ……… 124
8.1.1 评价指标 …………………… 124
8.1.2 分析和设计方法 …………… 127
8.1.3 安全完整性等级评价 ……… 132
8.2 EMB 系统可靠性与安全性设计 … 133
8.2.1 可靠性与安全性设计要点 … 134
8.2.2 故障预测与健康管理 ……… 134
8.3 EMB 系统可靠性试验方法 ……… 136
8.3.1 工程试验和统计试验 ……… 136
8.3.2 使用现场试验和
实验室试验 ………………… 137
8.3.3 长期寿命试验和
加速寿命试验 ……………… 137
8.3.4 可靠性试验的综合安排 …… 138
参考文献 ……………………………… 138
第 9 章 轨道交通实例 ………………… 139
9.1 中国 EMB ………………………… 139
9.1.1 概述 ………………………… 139
9.1.2 系统构架 …………………… 139
9.1.3 系统功能 …………………… 142
9.1.4 EMB 制动缸结构 …………… 143
9.2 日本鹿儿岛交通局 1000
型超低地板路面电车 …………… 144
9.2.1 日本 EMB 结构 ……………… 145
9.2.2 日本 EMB 性能 ……………… 146
9.3 韩国铁道研究院 EMB 系统……… 146
参考文献 ……………………………… 147
第 10 章 汽车实例 ……………………… 148
10.1 TRW 集成化制动控制系统 …… 148
10.1.1 IBC 系统概述 ……………… 148
10.1.2 IBC 系统结构与工作原理 … 149
10.1.3 IBC 控制系统 ……………… 151
10.2 本田雅阁电液复合制动系统 …… 153
10.2.1 ESB 系统概述 ……………… 153
10.2.2 ESB 各部件结构与功能 …… 154
10.2.3 ESB 系统工作原理 ………… 155
10.2.4 ESB 系统控制原理 ………… 157
10.3 奥迪 e-tron 干湿组合制动系统 … 159
10.3.1 EHCB 系统概述 …………… 159
10.3.2 EHCB 系统架构和组件 …… 160
10.3.3 EHCB 系统控制功能 ……… 162
参考文献 ……………………………… 162
第 11 章 飞机实例 ……………………… 164
11.1 波音 787 全电制动系统组成和
工作原理 ………………………… 164
11.2 波音 787 全电制动系统
性能评价 ………………………… 166
参考文献 ……………………………… 166
第 12 章 EMB 技术特点分析和展望 … 167

王军，轨道交通装备技术和管理专家。现任中车科技创新委员会主任，轨道交通车辆系统集成国家工程实验室主任。兼任国家铁路局专家委员会委员、国家知识产权专家咨询委员会委员、中国铁道学会常务理事。长期从事铁路机车车辆技术研发、创新体系建设和工程管理工作。主持研制青藏高原客车、“和谐号”时速250公里和时速350公里高速列车，是我国高速列车技术创新与管理领军人物之一。获国家科技进步特等奖、一等奖、二等奖各一次，第十二届詹天佑铁道科学技术大奖，作为“复兴号动车组研发创新团队”核心成员获全国创新争先奖牌，入选国家百千万人才工程，享受国务院颁发的政府特殊津贴。