结合最新法规动态，聊聊乘用车线控制动系统的分类

1.1.2 One-box方案

由于目前自动驾驶系统还未普及，L2及以下的智能驾驶系统对制动系统没有冗余需求，对线控制动系统的需求主要是高动态响应特性以及制动回收功能，在这种情况下，Two-box方案的体积和成本都没有优势，One-box在线控制动市场上的份额增长明显。

除了成本优势外，One-box方案的另一个优势为踏板解耦，驾驶员的踏板力不作用于主缸，踏板感通过模拟器实现，而制动力由伺服电机实现，当智能驾驶系统请求制动控制时，在驾驶员没有干预的情况下，One-box在提供助力功能的同时，制动踏板不会有额外的动作，在这样的解耦设计下，One-box方案的踏板感调节的自由度更大。

One-box工作示意图，图片来自https://www.brake-cylinder.com/info/introduction-to-one-box-and-two-box-braking-sy-89681277.html

如果One-box产品用于自动驾驶系统，为实现制动冗余，One-box需要额外增加一个独立的制动单元RBU(Redundant Brake Unit)组成支持制动冗余的Two-box方案，确保当主制动系统发生单一故障时，备份制动系统需要保证车辆仍然能够进入安全状态。

1.2 机械式线控制动系统EMB

与EHB相比，EMB用四个由电机驱动的轮端卡钳取代了主缸液压系统，真正实现了‘完全线控’，由于制动执行单元的显著差别，业界称EHB为“湿式（Wet）”线控制动，EMB则为“干式（dry）”线控。

EMB系统架构示意图，图片来自论文《电子机械制动控制系统的研究》

相比于EHB，EMB的优势可以概括为：

• 省去了冗长的液压管路，直接由电机驱动制动，响应快，效率高

• 电机控制精度高，输出的制动力精准

• 易于与高阶自动驾驶系统架构融合，实现完全线控制动

• 仅通过软件扩展即可实现ABS等稳定性功能

• 没有了液压油路等部件，进一步释放了制动系统零部件的布置自由度，简化了整车装配和后期维护的流程和成本

但是必须指出，虽然EMB相较于EHB有很多的优点，但高度线控化对EMB的可靠性提出了更高的要求，EMB依然存在不少技术难点需要攻克，比如：

• EMB系统相比EHB显著增加了控制器数量，成本高

• EMB取消了机械备份，完全与驾驶员解耦，仅依赖电信号进行制动控制，这对EMB系统的可靠性提出了更高的要求

• EMB执行电机与控制单元总成均在轮端，制动时产生很高温度，对系统的抗高温和散热性要求很高；同时轮端应用场景恶劣，需要EMB轮端总成有很好的抗震性、防水防尘性以及防止颗粒物入侵

于此同时，由于布置空间有限，轮端制动电机尺寸受限，这限制了EMB总成能提供的最大制动能力，在车重大的大型乘用车上的应用受到挑战。“前湿后干”的EMB系统被认为是解决这一问题的方案。以布雷博的EMB系统为例，两个前轮电机仍然由小型的电－液执行单元驱动制动卡钳加紧和释放，而两个后轮制动总成则由电机驱动制动卡钳，没有液压单元。

布雷博EMB系统组成部件示意图。序号５：电－液执行单元，图片来自布雷博官网

虽然面临诸多挑战，但是目前全球市场对EMB的研究和投入明显加大，在中国市场上尤其明显，众多玩家正在积极布局，进入了EMB量产冲刺阶段。形成这一局面主要有两个因素，一是针对EMB的制动法规正在修订之中，为EMB量产提供了合规性保障；另一方面线控底盘初创企业希望借助EMB系统技术的快速积累跳过国外在液压制动系统上的关键技术的垄断。

2. 按制动传输装置分类

首先，引用现行的中国乘用车制动系统法规GB 21670中的术语定义为作为下文展开的基础。

制动系统  braking system

使行驶车辆逐步减速或停车，或使已经停驶的车辆保持静止状态的零部件组合，由控制装置、传输装置和制动器组成。

控制装置  control device

由驾驶人直接操纵向传输装置提供制动或控制所需能量的部件。这些能量可以是驾驶人的体力或来自驾驶人控制的其他能源，也可以是不同能量的组合。

传输装置  transmission device

处于控制装置和制动器之间并使两者实现功能连接的零部件组合。传输装置可为机械式、液压式、气压式、电力式或混合式。制动力由驾驶人体力以外的能源提供或助力时，应将储能器视为传输装置的一部分。

传输装置具有两种独立的功能：控制传输和能量传输。本文件单独使用“传输”一词时，同时具有“控制传输”和“能量传输”两种含义。

控制传输装置  control transmission device

传输装置中控制制动器工作的零部件组合，具有控制功能和所需的储能器。

能量传输装置  energy transmission device

向制动器提供其功能所需能量的零部件组合，包括制动器工作所需的储能器。

储能式液压制动系统  hydraulic braking system with stored energy

由存储在储能器中的压力液体供能的制动装备，压力液体由装有限压装置的液压泵供给，限压值由制造商规定。

另一方面，GB 21670要求制动系统具备应急制动的能力，即当行车制动系统失效时，应急制动系统应能在适当的距离内将车辆停住。制动作用应是渐进制动/可调节制动。应保证驾驶人在其驾驶座椅上、双手不离开转向盘就能进行制动操作。该要求的前提是行车制动系统不同时发生一处以上失效。

对应急制动的性能要求为：当驾驶员作用在行车制动控制装置上的力不超过500Nm时，应急制动的平均减速度大于等于2.44m/s²。

为满足法规对应急制动系统的性能要求，目前市场上的Two-box和One-box方案都都保留了机械备份设计，当行车制动系统失效（如助力电机失效或者ECU电源失效）时，在机械备份模式下，制动踏板和液压管路通过机械连接，保证驾驶员仍然能够通过人力踩制动踏板推动液压从主缸进入轮缸，建立满足法规性能要求的制动力。

One-box机械备份液压回路示意图

按照法规定义，EHB系统首先属于“储能式液压制动系统”。当EHB系统的电制动助力功能可用时，传输装置由为ECU和助力电机功能的蓄电装置提供电能；当EHB系统的电助力功能失效时，系统进入机械备份模式，在该模式下传输装置由驾驶员的体力推动液压提供制动能量。两种模式下的传输装置有显著区别，因此我们也可以说EHB系统的传输装置是 “混合式” 的。

而对EMB系统而言，取消了机械备份，系统完全与驾驶员解耦，仅依赖电信号进行制动控制，这意味着不论系统处于全功能模式还是故障模式，提供制动力对应的传输装置完全依赖蓄电装置提供的电能。对于这类系统，正在修订的欧盟制动法规ECE R13H引入了一个新的定义“ETBS”。

ETBS: Electrical Transmission Braking System

a braking system of a power-driven vehicle where the service braking force, and transmission, depend exclusively on the use, controlled by the driver, of energy provided from electrical storage devices.

简单翻译，ETBS即行车制动力及其传输完全（仅仅）由驾驶员控制的蓄电装置提供电能的制动系统。

ECE R13/H给出的ETBS架构示意图之一

按照这一定义，EMB系统自然属于ETBS的范畴，而保留机械备份的EHB系统则不属于ETBS的范畴。

有意思的是，目前市场上出现了另一种保留了液压单元的线控制动系统，按照定义也属于ETBS的范畴，比如博世新型线控制动系统BWA和ESP。其中，BWA即“Brake by Wire Actuator, 线控制动执行器”的缩写。

BWA+ESP工作示意图，图片来自博世微信公众号https://mp.weixin.qq.com/s/Z4CS_JpRA5lP-2PUUzjBmA

此处摘录博世微信公众号官网的介绍并做适当整理：

“BWA基于成熟的液压技术，可将驾驶员的制动意图转化为车辆实际制动表现，制动踏板和线控制动执行器BWA可通过线束连接，线控制动执行器BWA提供作用在四个车轮制动器的制动压力，耗能低，且建压速度快、控制精确...

...BWA+ESP的组合摒弃了制动踏板和制动系统之间的机械连接。通过冗余信号线，制动指令从电子制动踏板传输到BWA和ESP，两个部件的相互作用意味着在任何情况下都能保证完整的制动性能。在发生故障时，线控制动执行器BWA和ESP可在所有四个车轮制动器上产生所需的制动压力。此外，取消制动踏板和制动系统之间的机械连接为人机交互界面和车内设计提供了全新的可能性...”

从这一介绍可以看出，BWA+ESP组合保留了液压单元，但是从传输装置的角度，该组合符合ETBS的定义，即无论是在全功能模式下还是在故障模式下，行车制动力及其传输仅仅由驾驶员控制的蓄电装置提供电能的制动系统。

3.总结

本文结合当前正在修订的线控制动系统的法规信息，分别从“制动执行机构分类”和“制动传输装置”两个维度对目前市场上的线控制动系统进行了介绍。回到原始的问题：“针对乘用车，什么是线控制动系统”？我们可以给出一个更详细的答案。