1.1.2 One-box方案

由于目前自動駕駛系統(tǒng)還未普及，L2及以下的智能駕駛系統(tǒng)對制動系統(tǒng)沒有冗余需求，對線控制動系統(tǒng)的需求主要是高動態(tài)響應特性以及制動回收功能，在這種情況下，Two-box方案的體積和成本都沒有優(yōu)勢，One-box在線控制動市場上的份額增長明顯。

除了成本優(yōu)勢外，One-box方案的另一個優(yōu)勢為踏板解耦，駕駛員的踏板力不作用于主缸，踏板感通過模擬器實現(xiàn)，而制動力由伺服電機實現(xiàn)，當智能駕駛系統(tǒng)請求制動控制時，在駕駛員沒有干預的情況下，One-box在提供助力功能的同時，制動踏板不會有額外的動作，在這樣的解耦設計下，One-box方案的踏板感調節(jié)的自由度更大。

One-box工作示意圖，圖片來自https://www.brake-cylinder.com/info/introduction-to-one-box-and-two-box-braking-sy-89681277.html

如果One-box產(chǎn)品用于自動駕駛系統(tǒng)，為實現(xiàn)制動冗余，One-box需要額外增加一個獨立的制動單元RBU(Redundant Brake Unit)組成支持制動冗余的Two-box方案，確保當主制動系統(tǒng)發(fā)生單一故障時，備份制動系統(tǒng)需要保證車輛仍然能夠進入安全狀態(tài)。

1.2 機械式線控制動系統(tǒng)EMB

與EHB相比，EMB用四個由電機驅動的輪端卡鉗取代了主缸液壓系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了‘完全線控’，由于制動執(zhí)行單元的顯著差別，業(yè)界稱EHB為“濕式（Wet）”線控制動，EMB則為“干式（dry）”線控。

EMB系統(tǒng)架構示意圖，圖片來自論文《電子機械制動控制系統(tǒng)的研究》

相比于EHB，EMB的優(yōu)勢可以概括為：

• 省去了冗長的液壓管路，直接由電機驅動制動，響應快，效率高

• 電機控制精度高，輸出的制動力精準

• 易于與高階自動駕駛系統(tǒng)架構融合，實現(xiàn)完全線控制動

• 僅通過軟件擴展即可實現(xiàn)ABS等穩(wěn)定性功能

• 沒有了液壓油路等部件，進一步釋放了制動系統(tǒng)零部件的布置自由度，簡化了整車裝配和后期維護的流程和成本

但是必須指出，雖然EMB相較于EHB有很多的優(yōu)點，但高度線控化對EMB的可靠性提出了更高的要求，EMB依然存在不少技術難點需要攻克，比如：

• EMB系統(tǒng)相比EHB顯著增加了控制器數(shù)量，成本高

• EMB取消了機械備份，完全與駕駛員解耦，僅依賴電信號進行制動控制，這對EMB系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求

• EMB執(zhí)行電機與控制單元總成均在輪端，制動時產(chǎn)生很高溫度，對系統(tǒng)的抗高溫和散熱性要求很高；同時輪端應用場景惡劣，需要EMB輪端總成有很好的抗震性、防水防塵性以及防止顆粒物入侵

于此同時，由于布置空間有限，輪端制動電機尺寸受限，這限制了EMB總成能提供的最大制動能力，在車重大的大型乘用車上的應用受到挑戰(zhàn)。“前濕后干”的EMB系統(tǒng)被認為是解決這一問題的方案。以布雷博的EMB系統(tǒng)為例，兩個前輪電機仍然由小型的電－液執(zhí)行單元驅動制動卡鉗加緊和釋放，而兩個后輪制動總成則由電機驅動制動卡鉗，沒有液壓單元。

布雷博EMB系統(tǒng)組成部件示意圖。序號５：電－液執(zhí)行單元，圖片來自布雷博官網(wǎng)

雖然面臨諸多挑戰(zhàn)，但是目前全球市場對EMB的研究和投入明顯加大，在中國市場上尤其明顯，眾多玩家正在積極布局，進入了EMB量產(chǎn)沖刺階段。形成這一局面主要有兩個因素，一是針對EMB的制動法規(guī)正在修訂之中，為EMB量產(chǎn)提供了合規(guī)性保障；另一方面線控底盤初創(chuàng)企業(yè)希望借助EMB系統(tǒng)技術的快速積累跳過國外在液壓制動系統(tǒng)上的關鍵技術的壟斷。

2. 按制動傳輸裝置分類

首先，引用現(xiàn)行的中國乘用車制動系統(tǒng)法規(guī)GB 21670中的術語定義為作為下文展開的基礎。

制動系統(tǒng)  braking system

使行駛車輛逐步減速或停車，或使已經(jīng)停駛的車輛保持靜止狀態(tài)的零部件組合，由控制裝置、傳輸裝置和制動器組成。

控制裝置  control device

由駕駛人直接操縱向傳輸裝置提供制動或控制所需能量的部件。這些能量可以是駕駛人的體力或來自駕駛人控制的其他能源，也可以是不同能量的組合。

傳輸裝置  transmission device

處于控制裝置和制動器之間并使兩者實現(xiàn)功能連接的零部件組合。傳輸裝置可為機械式、液壓式、氣壓式、電力式或混合式。制動力由駕駛人體力以外的能源提供或助力時，應將儲能器視為傳輸裝置的一部分。

傳輸裝置具有兩種獨立的功能：控制傳輸和能量傳輸。本文件單獨使用“傳輸”一詞時，同時具有“控制傳輸”和“能量傳輸”兩種含義。

控制傳輸裝置  control transmission device

傳輸裝置中控制制動器工作的零部件組合，具有控制功能和所需的儲能器。

能量傳輸裝置  energy transmission device

向制動器提供其功能所需能量的零部件組合，包括制動器工作所需的儲能器。

儲能式液壓制動系統(tǒng)  hydraulic braking system with stored energy

由存儲在儲能器中的壓力液體供能的制動裝備，壓力液體由裝有限壓裝置的液壓泵供給，限壓值由制造商規(guī)定。

另一方面，GB 21670要求制動系統(tǒng)具備應急制動的能力，即當行車制動系統(tǒng)失效時，應急制動系統(tǒng)應能在適當?shù)木嚯x內將車輛停住。制動作用應是漸進制動/可調節(jié)制動。應保證駕駛人在其駕駛座椅上、雙手不離開轉向盤就能進行制動操作。該要求的前提是行車制動系統(tǒng)不同時發(fā)生一處以上失效。

對應急制動的性能要求為：當駕駛員作用在行車制動控制裝置上的力不超過500Nm時，應急制動的平均減速度大于等于2.44m/s2。

為滿足法規(guī)對應急制動系統(tǒng)的性能要求，目前市場上的Two-box和One-box方案都都保留了機械備份設計，當行車制動系統(tǒng)失效（如助力電機失效或者ECU電源失效）時，在機械備份模式下，制動踏板和液壓管路通過機械連接，保證駕駛員仍然能夠通過人力踩制動踏板推動液壓從主缸進入輪缸，建立滿足法規(guī)性能要求的制動力。

One-box機械備份液壓回路示意圖

按照法規(guī)定義，EHB系統(tǒng)首先屬于“儲能式液壓制動系統(tǒng)”。當EHB系統(tǒng)的電制動助力功能可用時，傳輸裝置由為ECU和助力電機功能的蓄電裝置提供電能；當EHB系統(tǒng)的電助力功能失效時，系統(tǒng)進入機械備份模式，在該模式下傳輸裝置由駕駛員的體力推動液壓提供制動能量。兩種模式下的傳輸裝置有顯著區(qū)別，因此我們也可以說EHB系統(tǒng)的傳輸裝置是 “混合式” 的。

而對EMB系統(tǒng)而言，取消了機械備份，系統(tǒng)完全與駕駛員解耦，僅依賴電信號進行制動控制，這意味著不論系統(tǒng)處于全功能模式還是故障模式，提供制動力對應的傳輸裝置完全依賴蓄電裝置提供的電能。對于這類系統(tǒng)，正在修訂的歐盟制動法規(guī)ECE R13H引入了一個新的定義“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.

簡單翻譯，ETBS即行車制動力及其傳輸完全（僅僅）由駕駛員控制的蓄電裝置提供電能的制動系統(tǒng)。

ECE R13/H給出的ETBS架構示意圖之一

按照這一定義，EMB系統(tǒng)自然屬于ETBS的范疇，而保留機械備份的EHB系統(tǒng)則不屬于ETBS的范疇。

有意思的是，目前市場上出現(xiàn)了另一種保留了液壓單元的線控制動系統(tǒng)，按照定義也屬于ETBS的范疇，比如博世新型線控制動系統(tǒng)BWA和ESP。其中，BWA即“Brake by Wire Actuator, 線控制動執(zhí)行器”的縮寫。

BWA+ESP工作示意圖，圖片來自博世微信公眾號https://mp.weixin.qq.com/s/Z4CS_JpRA5lP-2PUUzjBmA

此處摘錄博世微信公眾號官網(wǎng)的介紹并做適當整理：

“BWA基于成熟的液壓技術，可將駕駛員的制動意圖轉化為車輛實際制動表現(xiàn)，制動踏板和線控制動執(zhí)行器BWA可通過線束連接，線控制動執(zhí)行器BWA提供作用在四個車輪制動器的制動壓力，耗能低，且建壓速度快、控制精確...

...BWA+ESP的組合摒棄了制動踏板和制動系統(tǒng)之間的機械連接。通過冗余信號線，制動指令從電子制動踏板傳輸?shù)紹WA和ESP，兩個部件的相互作用意味著在任何情況下都能保證完整的制動性能。在發(fā)生故障時，線控制動執(zhí)行器BWA和ESP可在所有四個車輪制動器上產(chǎn)生所需的制動壓力。此外，取消制動踏板和制動系統(tǒng)之間的機械連接為人機交互界面和車內設計提供了全新的可能性...”

從這一介紹可以看出，BWA+ESP組合保留了液壓單元，但是從傳輸裝置的角度，該組合符合ETBS的定義，即無論是在全功能模式下還是在故障模式下，行車制動力及其傳輸僅僅由駕駛員控制的蓄電裝置提供電能的制動系統(tǒng)。

3.總結

本文結合當前正在修訂的線控制動系統(tǒng)的法規(guī)信息，分別從“制動執(zhí)行機構分類”和“制動傳輸裝置”兩個維度對目前市場上的線控制動系統(tǒng)進行了介紹。回到原始的問題：“針對乘用車，什么是線控制動系統(tǒng)”？我們可以給出一個更詳細的答案。