乘用车线控制动系统研究综述

乘用车线控制动系统研究综述

吴浩

(重庆交通大学，重庆 400074）

【摘要】线控制动技术(Brake-by-Wire)是近年来话题越发火热的智能汽车线控底盘的关键技术。本文首先介绍了电子液压制动EHB(Electro-Hydraulic Brake)系统和电子机械制动EMB(Electro-Mechanical Brake)系统的原理、国内外研究以及产品现状，得出现如今汽车底盘制动系统正在发生大的变化，迎来新的变革这一结论，线控制动技术正在快速应用于以新能源汽车为主的各种车辆，同时线控制动也为自动驾驶的发展提供硬件保障。

关键词：线控制动；EHB；EMB

中图分类号：U496.72

0 引言

汽车新四化被视为中国汽车产业发展的战略机遇之一，不仅是人工智能、物联网、云计算、大数据等新技术的载体， 同时也将推进新技术与传统汽车产业的深度融合，重塑汽车产业的生态体系。智能汽车需要感知、控制决策、执行等相关技术匹配，新型智能线控底盘是智能汽车的关键技术。线控技术最早出现在飞机上，依靠电子信号经汽车通讯网络来传输如转向、制动等操作要求，信号载体为电子线束，传统的机械以及液压系统也被电子执行器取代。

传统制动系统是基于真空助力器的液压制动系统，其所需真空来自发动机负压。随着电动汽车的出现，电子真空泵（EVP）作为一种提供负压的补充产品也出现了。而如今，电动汽车更倾向于采用电动助力器，完全依靠电机助力实现制动。

根据乘用车线控制动系统的实现方式不同，目前可将线控制动系统分为两类：电子液压制动（EHB）系统和电子机械制动（EMB）系统。其中，电子液压制动系统利用电子技术和液压技术相结合，实现精确控制制动力的输出；电子机械制动系统则通过电子技术和机械传动技术相结合，实现制动力的控制和输出。

通过对乘用车线控制动系统实现形式的介绍，我们可以看出线控制动技术的发展不仅完善了传统液压制动系统，还提出了新的途径和方向。这些新兴的线控制动系统技术将为智能汽车的制动系统带来更高的性能和可靠性，推动整个制动行业朝着电动化和智能化的方向迈进。线控系统原理图如下所示。

图1 线控系统原理图

1 电子液压制动系统（EHB）

EHB取消了传统的真空助力器，结构更简单紧凑；电动驱动，响应也更加迅速；方便实现四轮制动分别控制；容易集成ABS(Anti-lock Braking System), TCS(Traction Control System)以及ESC(Electric Stability Control)等辅助功能，兼容性强；踏板解耦，能够主动制动以及能量回收[1]。

1.1 国外研究现状

EHB系统保留了传统液压管路的部分，是电子和液压相结合的产物。踏板位移和踏板力通过电子传感器传递给电子ECU，然后经过不同的助力形式，例如电动液压泵高压蓄能器或直流电机等，来建立液压力，最后将液压力分配给四个制动轮缸。目前，EHB系统有不同的实现形式。根据是否集成了ESC、ABS等功能的一体化形式，分为One Box形式和Two Box形式。根据踏板的解耦形式，又可以分为全解耦和半解耦方式。

在目前的行业中，Bosch、Continental和ZF/TRW等公司都拥有自己的EHB产品，其中Bosch公司的I-Booster产品适用于燃油车、混合动力汽车和纯电动汽车。它通过电动助力和二级齿轮推动主缸，可以模拟不同的制动踏板感觉，并能进行能量回收控制。此外，它还具有机械冗余备份和软件备份，以增加可靠性。

1.2 国内研究现状

清华大学开发了一种分布式电液制动系统（DEHB），能够实现液压控制的快速、稳定和准确[2]。南航进行了一项电控液压制动系统的研制工作，并对其动态性能进行了理论和试验研究。吉林大学则针对集成电控制动系统的设计、执行机构控制器设计、仿真模型建立、参数辨识以及仿真分析和硬件在环试验等关键问题进行了研究与试验[3]。同济大学设计了一种双动力源电子液压制动系统，以解决现有电子液压制动系统的不足。该系统可以独立主动控制制动主缸液压力和踏板感觉，实现踏板行程与液压力的解耦。

在产品方面，浙江亚太公司与清华大学、吉林大学合作开发了IEHB产品。同驭汽车生产了一款电动Booster产品，它由内置踏板位移传感器、踏板感觉模拟器、电机、减速传动机构、制动主缸、壳体、控制器等组成，能够集成AEB、陡坡缓降以及制动防俯仰等功能。芜湖伯特利公司开发了一体化的WCBS系统，集成了ABS、ESC以及能量回收功能，还可以与AEB、ACC等功能进行交互。

2 电子机械制动系统（EMB）

EMB将传统制动系统中的液压装置（包括主缸、液压管路、助力装置等）用电子机械系统替代，液压盘和鼓式制动器的调节器也使用电机驱动装置取代，每个车轮均有各自的车辆制动模块。ECU需要根据制动踏板传感器信号以及车速等车辆状态信号来驱动和控制执行机构电机产生所需的制动力。EMB相较于EHB，实现了制动结构的全机械化，具有更快的制动反应速度、更好的制动减速效果，在一定程度上，可以说是线控制动系统的最终形态。

2.1 国外研究现状

Siemens公司的EMB采用了自增力机构，电机驱动楔形块运动，主动、从动楔形块又将摩擦块和制动盘压紧。用过机械结构设计实现增力大小调节，对制动扭矩增加明显，能够达到较好的制动减速效果，也能够降低电机成本。缺点是机械工艺及精度要求较高，电机转矩控制要求较高。Bosch公司的EMB则采取电机外置结构，电机驱动内部行星轮系，再通过螺纹芯轴等行星齿轮机构产生直线运动，从而推动摩擦块压紧制动盘，达到减速效果。内部还有作用不同的电磁离合器，这种结构更加紧凑，复杂性较高。

2.2 国内研究现状

国内高校和制动零部件企业针对电子机械制动系统开发研究，清华大学、浙江大学、吉林大学、同济大学、重庆大学等高校均有对EMB系统开展工程设计及系统特性研究[4]。

长城集团旗下的聚焦于底盘核心零部件的精工汽车发布了自主研发的EMB制动系统，长城汽车官方表示实现减重10%，制动的响应速度变得更快，可以再不到100毫秒内响应，例如Brembo的线控制动系统响应时间是90毫秒、100km/h车速下制动距离缩短5.8米。而长城精工提供的EMB制动系统，100km/h-0制动距离可缩短4.8米。炯熠EMB系统取代了前后制动卡钳、集成式制动系统（one box）、冗余制动模块和制动液管路等，从而优化了主机厂开发成本，降低了车重，提升环保性，加快了产线效率。通过产品更快的响应速度和控制精度，提升了整车的安全性。配合解耦的电子制动踏板与四轮轮端的独立控制，实现了车辆控制的智能化和电动车高效的能量回收。

3 总结

线控制动技术当前正在引领汽车线控技术的发展，将主要服务于对制动性能更高的新能源以及自动驾驶领域。目前线控制动系统的技术形式为EHB，EHB将在今后一段时间占据线控制动市场，这是汽车电动化以及智能化发展所必需。EMB由于技术条件较高，成本控制，冗余备份以及热可靠性技术等问题等还需完善，目前来看，EMB商业化之路的优先级明显低于EHB。乘用车制动行业正在变革，未来将是线控制动系统飞速发展的时期，汽车底盘电动化，域控制等都离不开线控制动系统，我们应把握住这次难得的变革之势，投入更多精力对此进行研究，争取在线控制动领域率先站稳脚跟。

参考文献

[1]孙瑶, 王小妮，刘鹏,等.车载CAN总线认证与加密机制研究[J].北京信息科技大学学报（自然科学版），2019,34（3）：73-78.

[2]王治中,于良耀,王语风,等.分布式电液制动系统执行机构液压控制[J].清华大学学报(自然科学版),2013,53(10):1464-1469.

[3]张雪碧.某轿车集成电控制动系统设计及试验研究[D].长春:吉林大学,2017.

[4]高国伟．面向线控底盘平台的弯道制动力分配控制策略研究.天津职业技术师范大学，2022：7-9．