线控制动技术解读

欲知线控须先讲制动。汽车制动系统的作用无需赘言：

（1）可以让行驶中的汽车以适当的减速度减速行驶直至停车；

（2）可以让下坡行驶的汽车保持适当的稳定车速；

（3）可以让静止的汽车可靠地停在原地或坡道上。

按照上述作用来划分，汽车制动系统主要分为驻车制动系统（实现第三条作用）和行车制动系统（实现前两条作用）。驻车制动系统的江湖已被电子手刹(Electrical Park Brake，EPB)所统一，短时间内估计无人能撼动其地位。行车制动系统就比较热闹，电动化和智能化口号没喊之前，机械液压制动系统处于绝对的统治地位，占据大概99%的乘用车市场份额。而电动化和智能化口号开始呐喊之后，线控制动系统登上舞台，如今已经被确立为行车制动江湖中的下一任盟主。

线控制动系统按照结构的不同，又可分为电子液压制动(Electro-Hydraulic Brake，EHB)系统和电子机械制动(Electro-Mechanical Brake，EMB)系统两类。下面我们展开介绍上文提到的几种制动系统的工作原理及优缺点。

线控制动产品分类

数据来源：公开信息，中航信托北京业务二部整理

1  机械液压制动系统

一个典型的纯机械液压制动系统主要由制动踏板、真空助力器、制动主缸、制动轮缸等组成，如下图所示。

传统的汽车制动系统图

这其中的定海神针是真空助力器，真空助力器位于制动踏板的后方，通过膜片隔出两个腔，前腔连接标准大气压(0.101MPa)，后腔连接发送机进气歧管的负压(0.05～0.07MPa)。作用就是通过前后腔的气压差，来将制动踏板的输入力放大，从而实现以小博大的效果。

如下图所示，制动过程中，驾驶员踩下制动踏板，在真空助力器的作用下，推动制动主缸里的活塞移动，并将液压力通过制动管路传递给各制动轮缸，进而驱动摩擦片压向制动盘。在液压压强一定的情况下，由于制动轮缸受力面积大，由“压力=压强*受力面积”可知，其表面将产生足够大的制动压力。

机械液压制动系统制动示意图

当然，现在机械液压制动系统一般还会通过增加传感器、控制器、制动压力调节器等部件来实现常用的ABS/ESC的功能。

2  电子液压制动系统（EHB）

汽车的电动化打破了机械液压制动系统的平衡，电动汽车由于没有发动机，机械液压制动系统中的真空助力器便没有了负压的源头。如果继续采用真空助力器，那么就必须额外增加一套电子真空泵(Electronic Vacuum Pump，EVP)，来提供真空助力器的负压。这对成本、体积、重量三重敏感的乘用车主机厂来说，简直是个噩耗。

一方面，为了提高电动汽车的续航里程，工程师开始着眼于制动系统。燃油车时代，工程师只能眼见制动能量通过摩擦发热浪费掉，却无可奈何。但是到了电动车时代，制动减速时可以通过反拖电机来进行能量回收，做到发电减速两不误。

另一方面，制动系统不仅可以听制动踏板的差遣，也可以随时听候智驾域控制器的指挥，也就是制动系统需要具有主动制动的能力。而在主动制动的时候，L3—L5级别的自动驾驶具有计算大脑，时刻在根据感知到的外界环境的变化，做出精准的决策规划。所以为了达到和自动驾驶大脑的高度协同，还要求制动系统具有更快速的响应和更精准的控制。

在这样的背景下，传统巨头Tier1开始了下一代制动系统的布局和研发，以便可以在未来几十年时间继续在自己的强势领域占领先发位置。传统巨头Tier1也不负众望，经过最近这十来年的努力，均有了EHB的量产产品。如Bosch的IPB、ZF TRW的IBC、Continental的MK C1、日立的E-ACT等。

工作原理方面，EHB系统是电控+液压制动的混合体，目前各家方案略有不同，包括制动踏板是部分解耦还是完全解耦，助力方式是高压蓄能器间接型还是纯电机直接型。但是制动原理基本一致，都是在驾驶员踩下制动踏板后，踏板传感器将力和位移信号转化为电信号送入电控单元。电控单元结合整车其他信息，计算出需要的助力大小，并利用助力机构施加助力，产生和真空助力器相同的功能。同时，会计算模拟一个反馈力给到刹车踏板，用以模拟驾驶员真实的制动效果。部分厂家EHB产品还保留了传统的机械液压制动系统以实现安全冗余。在EHB系统失效时，驾驶员可通过大力踩刹车进入传统机械液压制动模式。

市场份额方面，Bosch在线控制动领域占据第一的位置，根据华泰研究数据，2021年德国博世占91.5%的份额。

在Bosch线控产品矩阵里，ibooster+ESP的Two-box方案应用最广。2016年发布的二代产品可以实现在150毫秒（机械液压制动：300~500ms）内传导制动压力、100%制动能量回收，同时ibooster与ESP还互为制动冗余。2020年Bosch量产了集ESP+ibooster一体的One-box产品IPB，体积更小、成本更低。配合其RBU（Redundant Brake Unit，刹车冗余），最高支持L4自动驾驶。如此一来，Bosch便完成iBooster在L2，IPB在L3/L4的完整线控制动布局，国内厂商的突围之路依旧任重而道远。

Bosch的IPB产品

注：ESP是博世的ESC产品，ESC是电子稳定控制系统的简称，集成了制动防抱死（ABS）、牵引力控制（TCS）、主动横摆控制（AYC）。EPBi是集成了ESC和电子手刹（EPB）的产品，其中ESC功能占比80%，电子手刹（EPB）功能占比10%，新技术占比10%。

线控制动产品概览

数据来源：公开信息，中航信托北京业务二部整理

3  电子机械制动系统（EMB）

电子液压制动系统其实不能算是严格意义上的线控制动系统，它仅是将制动踏板与助力器之间的机械连接替换为电信号连接，但是助力器到轮边制动执行机构之间制动力传递依旧是传统的液压方案。严格意义上的线控制动系统，是指制动踏板到轮边制动执行机构之间全部由电信号连接，这也就是制动系统领域的璀璨明珠——EMB系统。

EMB系统的一种典型装车方案如下图所示。主要包括模拟电子踏板，四套（两两互为冗余）EMB机械执行机构、四个轮速传感器、两个控制单元（ECU，互为冗余）及两套供电系统等组成，部件之间通过CAN总线或其他时间敏感型网络通信。

电子机械制动系统EMB

图片来源网络

模拟电子踏板一方面采集制动踏板被踩下的力信号和位移信号，发送给ECU；另一方面提供一定的反馈力给驾驶员，以模拟真实的路感。

EMB机械执行机构是整个EMB系统的机械核心部分，每一套机械执行机构都包括自己的动力驱动机构（电机）、减速增力机构（力放大）、运动转换机构（旋转运动转直线运动）、制动钳体、制动垫块等组成。ECU是整个EMB系统的控制核心部分，EMB系统的整体性能直接取决于控制单元中算法性能的好坏。

制动过程中，驾驶员踩下模拟电子踏板，ECU通过分析各路传感器信号，并根据车辆当前行驶状态以及路面状态计算出每个车轮制动时不抱死所需的最佳制动力，并发出相应的控制信号给电机控制器，电机产生的力矩经过减速增力机构以及运动转换机构后，将最终的制动力矩施加在制动盘上。

在这套方案中，每个车轮处都安装有一套可独立控制的 EMB机械执行机构。通常前轮的两个EMB机械执行机构和后轮的两个EMB机械执行机构各有一套独立的供电系统和控制单元。这样可以保证在一套供电系统或控制单元失效时，另一套供电系统或控制单元仍可完成基本的制动功能，以防止危险事故地发生。同时两个控制单元之间可以通过CAN总线网络实现及时相互通信，实现故障诊断功能。

EMB系统虽然具有诸多优点，但由于冗余备份、电机性能等限制，短期内很难大批量应用，预计未来3-5年内仍将以EHB为主。