智能汽车线控制动技术

在2023年6月21日举行的国务院政策例行吹风会上，工信部副部长辛国斌回答了关于“下一步将如何推动汽车产业电动化与网联化、智能化互融协同发展？”的内容，其原话是：“。。。组织开展城市级“车路云一体化”示范应用，支持有条件的自动驾驶，这里面讲的是L3级，及更高级别的自动驾驶功能商业化应用。。。”

图1 自动驾驶分级标准

在汽车行业驶入智能化的下半场时，原本应用于车上的诸多相关技术也同时被颠覆着。诸君应该也了解，智能汽车其在智能化方面的体现主要有两个发展方向：智能座舱以及自动驾驶。而在自动驾驶的相关技术支持上按照角色/任务的不同，可将其分为感知层、判断层和执行层。在执行层中按照任务的不同，再被细分为线控制动以及线控转向。本文所介绍的便是线控制动部分。

图2 智能汽车技术支持

从上述简短的寥寥数语中诸君应该也能看出来，线控制动的出现主要是为智能驾驶而服务的（传统的机械制动无法通过软件的方式达到直接控制的目的）。在相对低阶的智驾中（L1-L2），ADAS（高级驾驶辅助系统（Advanced Driving Assistance System）通过雷达、摄像头等外部传感器结合感知算法可以很好的对应用场景做出响应。但在更高阶的自动驾驶中，系统需要完全执行车辆的所有驾驶任务，这就意味着车辆对于控制的精度、响应速度、安全等方面的要求更加严苛。

图3 ADAS在自动驾驶不同阶段的变化

在汽车行业百年的发展历程中，制动技术经历了机械式—液压式—电子液压—线控的变化，这过程细思之下亦是汽车的电动化发展过程。

图4 汽车制动技术发展历程

在传统的电子/液压制动过程中，当我们需要对车辆进行制动时，我们首先通过踩踏制动踏板，然后制动系统会通过气压/液压系统控制执行器以达成相应的功能目标。

图5 传统电子制动系统

在上述的制动过程中，由于踏板与制动轮缸之间存在机械连接且制动管路冗长、机械方式无法全方位电子控制等原因，因此在制动控制方面存在滞后现象。有研究表明，当普通乘用车以100km/h的速度行驶时，其制动距离的范围是8.3-11.1m，同时ESP（电子稳定系统Electronic Stability Program）的响应速度是300-400ms。

在高阶自动驾驶的应用上，系统对于执行动作的响应速度直接影响了车辆的安全性能，但传统的制动方式其无论是响应速度还是制动距离都尚无法满足应用需求，也正是由于传统制动方式在应对自动驾驶方面尚存在不足，因此IBS（线控制动）技术得以发展，而如今该技术已经衍生出了两条技术路线：EHB（线控液压制动系统）和EMB（电子机械制动系统）。

EHB：为当前线控的主要形式，其是由传统液压制动发展而来的，其采用电子助力器取代真空助力器，同时取消了相关的真空部件，但系统中仍保留有液压管路和制动液。踏板不再与机械部件有连接，取而代之的是传感器，当我们踩下踏板后，传感器会采集踏板开度并转换为相关的数字信号，该信号会至ECU，ECU通过接收该信号以控制电机驱动液压泵完成制动需求。

图6 EHB系统

数据表明，采用EHB后，系统的响应速度从传统制动系统的300-400ms下降到了20-150ms，同时100km/h的制动距离范围也下降到了3.3-4.2m，同时系统的使用寿命相较于传统的方式会更长。

目前在EHB中存在两种模式：One-Box和Two-Box，两者在结构上的主要区别便是集成度的高与低，二者相较之下整理如下：

表1 One-Box和Two-Box对比

One-Box 由于其具有高集成度、成本低、能量回收效率高等诸多优势，如今正在逐渐成为线控制动中的主流方案。有数据统计，在2021年国内线控制动制动产品在整车上的应用中，One-Box的占比为20.5%，而到了2022年上半年，其占比已经达到34.6%，不到一年时间，其占比便已经增加14.1%。

EMB：在EHB的基础上再进一步。首先取消了液压系统，同时直接将电机集成在制动钳上，当有制动需求时，由ECU控制电机产生制动力，以完成功能的实现，该方案实现了对制动的完全电控化。由于没有了液压系统的长管路作用时间，因此可以实现更加快速的制动响应，这对于实现高阶的自动驾驶是绝对必要的。尽管该方案在理论上存在诸多优势，但由于控制软件的复杂度、安全性等方面尚有不少工作，因此目前市面上的线控技术尚以EHB为主，EMB还尚未大规模量产应用。