一 、概述

簡單介紹一下線控制動是怎么回事，分析線控制動技術類型、結構和優缺點及研究現狀，闡述其功能特點和工作原理。在剖析電子液壓制動系統組成架構的基礎上歸納出電子液壓制動系統的液壓力控制架構，以控制變量和控制算法為突破口，從主缸液壓力控制和輪缸液壓力控制這兩個層面分別對國內外的研究進展進行綜述，對能夠應用于電子液壓制動系統上的電磁閥特性進行分析，對其控制方式進行研究，提出對于電子液壓制動系統液壓力控制的發展展望；根據電動智能汽車對制動系統提出的新要求，設計了一款新型混合線控制動系統HBBW。

基于HBBW開發了前后輪制動力精確跟隨控制算法，并進行了HiL試驗驗證。前輪EHB和后輪EMB系統均能達到設計的響應要求，較好跟隨目標壓力；通過整車制動力分配算法，能實現對前后車輪制動力的精確調節，滿足整車制動力分配的需求；對一種線控制動系統踏板感覺模擬器進行計算分析和試驗驗證，確定了模擬器常閉電磁閥過流孔徑是影響踏板行程特性曲線偏離的主要因素. 重新設計了一種液控開閉閥，該閥由原踏板模擬器常閉電磁閥控制，所設計的液控開閉閥可提高踏板模擬器回路的通流能力. 利用 AMEsim 仿真模型完成參數選型并進行了裝車試驗，仿真及試驗結果均表明該方案可獲得良好的踏板感曲線精度，同時具備開發方便、降低電磁閥負荷的特點；汽車安全技術的研究與開發是當今世界汽車技術的重要發展方向，汽車制動系統對車輛的安全行駛起著至關重要的作用。采用線控技術構建有關汽車安全性能的電子控制系統，可極大地提高駕駛的安全性、可靠性和穩定性。

線控制動給汽車結構和制動性能帶來根本性變革，相對傳統制動系統具有無法比擬的優點,其研究與應用對汽車安全性、可操縱性、舒適性以及節能環保都將起到重要的作用。然后簡述了在當前新形勢下線控制動系統面臨的主要需求和未來發展趨勢。

二、定義

線控技術(X-by-Wire)”就是“電控技術”，從航空技術領域引入，其中，“X” 代表汽車中傳統上由機械或者液壓控制的各個功能部件，線控制動屬于線控，用制動（Brake）代替X就稱線控制動（Brake-by-Wire）。機械連接逐漸減少，制動踏板和制動器之間動力傳遞分離開來，取而代之的是電線連接；將原有的制動踏板用一個模擬發生器替代，通過制動踏板位置傳感器監測駕駛員的制動意圖產生、傳遞制動信號，將制動踏板機械信號轉變為電控信號，并將信號傳遞給控制系統和執行機構，以電控模塊來實現制動力，并根據一定的算法模擬踩踏感覺反饋給駕駛員；電線傳遞能量，數據線傳遞信號，所以這種制動叫做線控制動。?如果制動踏板僅僅只連接一個制動踏板位置傳感器，踏板與制動系統之間沒有任何剛性連接或液壓連接的，都可以視為線控制動系統，如下圖。

大部分小型車都采用傳統的制動系統液壓制動，里面通過制動踏板提供能量，而線控制動系統有專門的能量供給方式，一般來說是通過輪邊的一些電機直接驅動進行這些工作。里面傳統的制動系統液壓和氣壓管路沒有了，這是它們最大的區別，比較如下圖所示，

傳統制動系統與線控制動系統的區別

線控制動使用一個制動踏板傳感器，監測踏板的位置；踏板的移動被傳遞給ECU，ECU與四個直流電動機相連，每個輪胎上有一個；根據制動踏板的踩踏情況，ECU命令電機進行制動。由于這些電機是相互獨立的，它們可以對每個輪胎施加不同的壓力，這有助于使用其它技術，如ABS，TCS，ESC等，ECU通過線控液壓制動系統，使四個輪缸完成不同的任務，比如增壓，減壓或者保壓，從而完成車輛的制動，或者穩定性控制；ECU還使用來自其他傳感器的數據，如輪速傳感器和橫向加速度傳感器，以獲得對需要多少制動的完美概念。由于制動是汽車中非常重要的一部分，它的故障是相當具有破壞性的。因此，線控剎車系統也使用了一個備用剎車系統，以確保汽車能夠一直剎車。這種冗余系統是L3以上自動駕駛功能必須要具備的。

EHB是Electronic Hydraulic Brake的簡稱，是從傳統的液壓制動系統發展來的，但與傳統制動方式有很大的不同。由于液壓管路發展了上百年，現階段已經是非常成熟可靠的系統，并且也能較好的控制成本，是在它的基礎上，用電子器件替代了一部分機械部件的功能，將傳統液壓制動技術的動力源替換為電子控制系統，只用了一個伺服電機和一套控制器為EHB系統提供動力，取消了傳統制動系統中的真空供給部件和真空助力部件。制動踏板不再與制動輪缸有任何機械連接，采用的是電傳剎車踏板，即剎車踏板與制動系統并無剛性連接，也無液壓連接（如果有也只是作為備用系統），而是僅僅連接著一個制動踏板傳感器，用于給電腦（EHB ECU）輸入一個踏板位置信號。使用制動液作為動力傳遞媒介，控制單元與執行機構布置比較集中，并且使用制動液作為制動力傳遞的媒介，有液壓備份系統，那么稱之為集中式的濕式的制動系統，也稱電子液壓制動系統。

與傳統制動系統相比，最大的區別在于：首先用電子系統來提供動力源，它以電機為動力源，解決了傳統的真空助力器制動系統的真空依賴問題；其次它引入了電控單元和多種傳感器，用電子元件替代傳統制動系統中的部分機械元件，即用綜合制動模塊取代傳統制動系統中的助力器、壓力調節器和ABS模塊，使得制動系統實現電控化，可作為智能駕駛的關鍵執行器。同時保留了成熟的液壓部分，可以在電子助力失效時提供備用制動，確保車輛安全。

EHB系統主要功能是提升老舊制動體系的性能,將電子系統和液壓系統相結合整合到一起，是一種介于傳統的制動系統與電子機械制動系統之間的制動系統, 兼具這兩種系統的特點, 系統中既有效把握了傳統液壓控制系統的結構, 同時又應用了電子控制系統的主要內容。新型的線控電子液壓制動系統應運而生，是一個先進的機電液一體電控化系統，其控制單元及執行機構布置集中。傳統車用12V電源即可驅動EHB系統，無需設計新的供能系統。

EHB系統雖實現了線控制動功能，但并不完全移除液壓系統，備用系統中仍然包含復雜的制動液傳輸管路，使得EHB并不完全包含線控制動系統產品的優點，EHB系統也因此被視為線控制動控制BBW技術的前期產物。

電子機械制動系統EMB是Electronic Mechanical Brake的簡稱，最早是應用在飛機上的，如美國的F-15戰斗機就采用了EMB制動器，后來才慢慢轉化運用到汽車上來。EMB與傳統的制動系統有著極大的差別，與常規的液壓制動系統截然不同，完全不同于傳統的真空助力液壓制動系統，基于一種全新的設計理念，完全摒棄了傳統制動系統的制動液及液壓管路等部件，取消了使用一百多年的剎車液壓管路，完全拋棄了液壓裝置，使用電子機械系統替代，其能量源只需要電能，因此執行和控制機構需要完全的重新設計，EMB作為純機械系統，執行機構通常直接安裝在各個輪邊，將電機集成在制動鉗上，踏板產生制動信號直接輸入到制動鉗，輸入與終端執行之間的部件全部簡化。沒有制動液也沒有液壓管路，由電機驅動產生制動力，每個車輪上安裝一個可以獨立工作的電子機械制動器，如果四個輪胎需要制動的話，就需要四個電機，也稱為分布式、干式制動系統。采用電子控制，使用控制模塊控制伺服電機進行制動，通過伺服電機直接作用于輪缸，直接給剎車碟施加制動力。這有點像電子手剎,但是與電子手剎最大的不同是它需要能夠產生足夠大的制動力并且制動線性要高度可調，響應要非常迅速。

汽車的線控制動系統涵蓋面廣，主要包括了控制裝置、傳動裝置等多項構成，通過全面控制有關的制動系統，并聯合先進的制動器，就能夠在不同的制動器中，單獨進行控制，完成獨立操作。而制動踏板和制動器之間沒有采用機械進行連接，而是用電線關聯，通過電線將兩者間的能量、信號等進行傳送，不僅提升了傳輸效率，還能提高汽車的整體性能，有效保障了駕駛過程中的安全。

線控制動系統包含傳統制動技術，是基于動力學、運動學、電控等多學科融合技術，技術壁壘較高。掌控著自動駕駛的底盤安全性和穩定控制，只有擁有足夠好的制動性能（包括響應速度快、平順性好等），才能為行駛安全提供良好保障。這一系統結合了汽車電子技術和網絡信息技術, 它的應用推動了汽車全自動化水平的提升, ?同時在汽車的智能控制方面有重要的作用, 給其創造了良好的條件。?

線控制動可以縮短制動距離，軟件定義踏板感，滿足智能駕駛需求，符合集成化、電子化趨勢。即使整車EEA變革，制動單元ECU、芯片對安全穩定性能要求嚴格，將長期獨立存在。

（1）改人力為電信號作為輸入起源

在自動駕駛典型的感知-規劃-執行設計范式中，線控制動屬于執行層部件，為感知層開放了接口。上一代制動系統制動力的輸入源必須是駕駛員，而線控制動既可以由剎車踏板控制，也可以脫離人力，由ECU控制主動建壓。因此，線控制動作為線控底盤的一部分，是L3+級別自動駕駛的必備條件，部分L2-L2.5級別自動駕駛車型也裝配了線控制動。

（2）更快更精的剎車性能，軟件定義踏板感

電信號傳遞快于機械連接，為自動駕駛提供更高級別的安全守護。常規制動系統響應時間為300-500毫秒，布雷博的線控制動系統響應時間只有90毫秒，線控制動距離相應縮短。

三、 組成

由于防抱死制動系統（ABS）、車身穩定控制系統（ESP）等逐步產生，線控制動系統慢慢在傳統的制動系統上發展起來。

L2時代的線控制動可以分為燃油車、混動、純電三大類，燃油車基本都采用ESP(ESC)做線控制動；混動車基本都采用高壓蓄能器為核心的間接型EHB（電液壓制動）；純電車基本都采用直接型EHB，以電機直接推動主缸活塞。

L3+級別自動駕駛為線控制動提供明確的市場需求，?線控制動是自動駕駛的標配。線控制動屬于執行層部件，既可以由剎車踏板控制，也可以脫離人力，由ECU控制主動建壓。功能相似的ESP車身穩定系統只能作為緊急備用方案，要實現L3+級別自動駕駛必須開發一套新的電子助力裝置作為常用制動，并配合ESP、EPB、RBU等形式的電子安全冗余。

1.ESP

ESP（Electronic Stability Program）車身穩定系統有主動剎車的訴求，因此線控制動系統的結構在ESP中也有所體現。但即便經過了幾十年發展，ESP仍不能作為常用剎車方案，只能作為緊急備用方案，無法兼容線控制動功能。博世ESP系統的最大減速度為0.4g，低于常規剎車0.6g-0.8g的要求。并且ESP反應速度較慢，所需剎車時間為ibooster的三倍，每次使用都會導致壽命急劇下滑，頻繁使用不超過一個月便會報廢，因此有必要重新開發一套電子助力裝置。

2.電子液壓制動系統(EHB) 典型EHB由制動踏板位移傳感器（電子踏板）、電子控制單元ECU、液壓執行器機構（液壓泵、備用閥和制動器）等部分組成。電子踏板是由制動踏板和踏板傳感器（踏板位移傳感器/角度傳感器 ）組成。制動踏板位置傳感器用于檢測踏板行程/踏板轉角，然后將位移/轉角信號轉化成電信號傳給ECU，實現踏板行程/轉角和制動力按比例進行調控。如下圖所示。

電子液壓制動系統結構示意圖

電子液壓制動系統（EHB）結構圖

電子液壓制動系統的組成

如上圖所示，電子液壓制動系統共分成四大部分：制動踏板單元、液壓調節（驅動）單元、制動執行單元、電子控制單元（控制系統）。

（1）制動踏板單元包括制動踏板、制動液罐、制動主缸、踏板行程傳感器、制動踏板模擬器等，負責為駕駛員提供合適的制動踏板感覺，同時獲取駕駛員意圖?。在普通制動情況下，制動踏板單元不再向車輪制動器提供制動能量，其主要用來利用踏板行程傳感器采集駕駛員制動意圖以及利用制動踏板感覺模擬器模擬駕駛員的制動感覺。

（2）液壓驅動單元包括「電動機 + 減速機構」、「液壓泵 + 高壓蓄能器」等形式。液壓調節單元包括布置在發動機艙內的液壓調節器、制動管路、車輪制動器以及安裝在蓄能器和每個車輪制動器處的壓力傳感器。液壓調節單元主要包括進液閥、出液閥、平衡閥、隔離閥、氣囊式蓄能器以及電機泵等。相比于電子穩定性系統ESP的液壓調節單元，EHB在制動主缸與液壓調節器連接處增加有隔離閥，用于隔斷制動踏板單元與液壓調節單元之間的物理連接；同時使用高壓蓄能器儲存來自電機泵的高壓制動液并向車輪制動器提供制動能量，以實現在普通制動下的主動制動功能。電機泵只在蓄能器壓力降低到規定極限時，才驅動電動機使液壓泵工作。

由于電動汽車制動主缸最高建壓需求往往超過15MPa，因此在采用電動機作為液壓壓力動力源的電子液壓制動系統中，均需要加裝減速增扭機構，以增大電動機的最大輸出轉矩，減小電動機體積，節約成本。

1）「電動機?+?減速機構」負責將電動機的力矩轉化成直線運動機構上的推力從而推動主缸產生相應的液壓力；

2）「液壓泵?+?高壓蓄能器」通過高壓蓄能器的高壓能量來提供主缸液壓力或輪缸制動力以實現主動調節。

該系統通過制動踏板單元獲取制動駕駛意圖從而向整車控制器發送指令，以控制高壓蓄能器、電磁閥和泵產生相應的液壓力；

當高壓蓄能器內壓力不足時，液壓泵將對高壓蓄能器增壓。

（3）制動執行單元包括主缸，液壓管路，輪缸等。這些機構跟傳統制動系統的結構保持一致，將推動主缸的推力轉化成制動器的液壓力，最后通過摩擦力作用在制動盤上產生相應的制動力矩。

（4）控制系統包括電控單元（Electric Control Unit，ECU）、液壓力控制單元（Hydraulic Control Unit，HCU）、液壓力傳感器、踏板力傳感器以及踏板位移傳感器等；液壓力控制單元（HCU）是液壓力控制的核心單元。電子控制單元與液壓調節器集成在一起，主要通過CAN總線接收來自傳感器信號并向液壓調節器發出控制指令。

1）HCU 用以精確調節輪缸液壓力；HCU 的主要元件是電磁閥，輪缸液壓力控制的底層控制就是電磁閥控制。目前用于 HCU 的電磁閥主要有三類：開關閥、高速開關閥和線性閥。

①開關閥是 HCU 的核心執行部件之一，利用快速的開啟和關閉動作來改變液體的流向和平均流量。開關閥的開關機理是通過閥口兩端壓力差產生的液壓力和液動力、被壓縮彈簧的回位力、電磁線圈產生的電磁力以及閥芯運動過程中所受的制動液粘性阻力、機械摩擦阻力的合力來驅動閥芯移動從而進行閥口的開關動作。

②高速開關閥與傳統開關閥的工作原理相同，都是在開、關兩種狀態之間切換來實現液流的通斷。不同之處在于高速開關閥響應速度較快。

③線性閥是解決高速開關閥低頻控制下存在缺點的一個有效途徑。線性閥的主要特征是節流面積可調，需調控電磁力。其設計思路是控制閥口開度，壓力增益可控可調。同一種孔徑的產品覆蓋面更廣，通用性更強，制造成本更低；而且還能抑制噪聲，提高制動的舒適性?。電磁閥控制本質上是流量控制。

2）液壓力傳感器作為反饋單元將液壓力實時反饋到整車控制器里，用作控制算法的輸入量；

3）踏板力傳感器和踏板位移傳感器用來檢測駕駛員的踏板信號，從而獲得駕駛員意圖。

特種車用線控制動系統

是一種基于液壓傳遞的全解耦線控制動系統。主要由電機、減速増扭機構（齒輪、絲桿、螺母）、制動主缸、前后殼體、踏板推桿、行程傳感器、液壓力傳感器、電機控制器等組成。項目成果所涉及到的新型踏板行程傳感器將踏板推桿的平動轉化為傳感器內部器件的轉動，基于此，可以通過在推桿上設計不同曲率的溝槽，將傳感器設計為非線性、線性以及不同的物理精度。所涉及的全解耦電子助力器，制動踏板推桿和制動主缸活塞之間無機械鏈接，屬于智能制動執行器，滿足特種自動駕駛車輛對制動系統主動制動的功能要求、取消了傳統制動系統對發動機真空度的依賴、具備配合電動車實現制動能量回收的功能。

全解耦線控制動系統執行器與行程傳感器

解耦原理：踏板推桿與制動總泵推桿之間無連接，制動系統的動作依靠電信號或者行程傳感器信號進行控制實現。

工作原理：當駕駛員踩下制動踏板時，踏板推桿向前移動，推動行程傳感器內部旋轉件轉動，傳感器記錄旋轉部件的轉角，根據推桿滑槽曲率計算出踏板推桿實際行程，識別駕駛員制動意圖。通過電信號傳遞給系統控制器，控制器控制執行器電機動作，電機驅動絲桿和螺母，講轉動轉化為平動，推動制動缸活塞建立液壓制動力，作用在輪邊制動盤上，產生制動力。

3.電子機械制動系統（EMB） EMB系統主要由踏板模塊（傳感器）、控制模塊（ECU）、驅動執行模塊（電子機械制動器）等組成，系統有4套獨立的制動系統，分別位于四個輪轂的輪缸處，并且配有獨立的控制器，以便實現四輪制動力的獨立調節。EMB系統中，所有液壓裝置（包括主缸、液壓管路、助理裝置等）均被電子機械系統替代，液壓盤和鼓式制動器的調節器也被電機驅動裝置取代。其典型EMB系統如下圖示。?

EMB的結構圖

（1）電制動器：由電機驅動產生制動力

EMB系統的關鍵部件之一是輪邊執行機構系統（電子機械制動器），集成了轉角傳感器、 扭矩傳感器， 結構上又有將電機轉動轉化為直線運動的機械機構，它通過ECU改變輸出電流的大小和方向實現執行電機的力矩和運動方向的改變，通過減速增矩，將電機軸的旋轉變換為制動鉗塊的開合；通過相應的機構或控制算法補償由于摩擦片的磨損造成的制動間隙變化，同時，電機和驅動機構等都裝在制動器上，其結構設計必須十分緊湊，以滿足空間要求。輪邊工作環境惡劣，是EMB開發難度所在。?當前的EMB實現并沒有標準形式。

（2）ECU

1）通過制動器踏板傳感器信號以及車速等車輛狀態信號，驅動和控制執行機構的電機來產生所需的制動力，控制制動器制動。

2）接收駐車制動信號，控制駐車制動；

3）接收車輪傳感器信號，識別車輪是否抱死、打滑等，控制車輪制動力，實現防抱死和驅動防滑功能；

（3）輪速傳感器：準確、可靠、及時的獲取車輪速度。

（4）電源：為整個制動系統提供能源，可與其它系統共有。

4.EHCB系統

是目前已知的最接近量產的EHB和EMB混合產品，由于EMB制動力不足，因此該制動系統前輪采用EHB，后輪采用EMB，將兩種制動系統結合應用可有效發揮兩種制動系統的優勢。前輪采用EHB系統可實現前輪單輪制動力調節，同時靠裝于前軸的EHB實現制動失效備份以滿足現行法規要求；后輪采用EMB可縮減制動管路的長度，消除壓力控制過程中由于管路過長帶來的不確定性，同時能夠方便地實現電子駐車制動(electrical park brake，EPB)。

混合線控制動系統制動力精確調節控制策略

鑒于電子液壓制動(electronic hydraulic brake，EHB)系統液壓管路復雜且難以集成駐車制動，而電子機械制動(electronic mechanical brake，EMB)很難滿足失效備份的需求，提出了一種前軸采用EHB，后軸采用EMB的混合線控制動系統(hybrid brake by wire system，HBBW)，研究了EHB的雙閉環壓力跟隨PI控制算法和EMB的三閉環制動力跟隨PI控制算法，使其制動力能快速準確地跟隨目標值。在此基礎上，提出了混合制動系統的制動力精確調節PI控制策略和控制算法，提出將EHB和EMB的制動系統組合形成一種比較理想的混合線控制動系統(hybrid brake by wire system，HBBW)，最后基于dSPACE Autobox和CarSim搭建了HBBW系統的硬件在環(hardware-in-the-loop，HiL)試驗平臺，研究了EHB和EMB的壓力跟隨PI控制算法，使其制動力能快速準確地跟隨目標制動力，進行了HiL測試與算法驗證。結果表明，混合線控制動系統可有效地協調工作，實現四輪制動力快速、精確調節，從而提高車輛制動性能。 提出的HBBW系統總體布置方案如下圖所示，系統采用前輪EHB，后輪EMB的結構布置。前輪EHB模塊由EHB控制器、車輪制動器、液壓控制單元(hydraulic control unit，HCU)、制動主缸、踏板感覺模擬器和儲液罐組成；后輪EMB模塊每個車輪上有一個，由單獨的EMB控制器EMB ECU和一個EMB執行器組成。系統裝備有一個中央控制器HBBW ECU實現壓力控制。

混合線控制動系統總體布置方案 系統工作流程如下：(1）駕駛員踩下制動踏板，主缸中的制動液進入踏板感覺模擬器形成與傳統制動系統相同的踏板感覺；(2)HBBW ECU采集制動踏板位移傳感器和主缸壓力等信息識別駕駛員的制動意圖，根據前后輪理想制動力分配曲線給出前后輪制動力；(3)前輪制動由EHB實現，EHB控制器集成于HBBW ECU中，它控制電動泵抽取儲液罐中的制動液，向高壓蓄能器注入制動液作為高壓壓力源，通過電磁閥控制制動液流入流出制動器實現壓力跟隨；(4)后輪制動由EMB實現，HBBW ECU通過CAN向EMB ECU發出制動力控制指令，EMB ECU作為底層控制器驅動EMB執行器實現后輪制動力控制；(5)在HBBW ECU中，還可集成 EBD/ABS/ESP等控制算法。 當系統失效時，啟動制動失效備份，如下圖所示。后輪EMB不再工作，前輪EHB恢復電磁閥初始狀態，踏板感覺模擬器前端電磁閥和增減壓電磁閥關閉，兩隔離閥打開，電機不再工作。駕駛員通過制動踏板經主缸直接作用于前輪輪缸形成制動力，實現制動。

EHB制動失效備份原理圖 該系統既能充分發揮兩種制動系統的優勢，又能彌補各自的不足。為提高控制響應速度與精度時，在前軸裝EHB，實現制動失效備份以滿足現行法規要求；另外，由于后軸EMB所需的制動力矩相對較小，現有的12V車載電源系統滿足其功率需求。

-2 HBBW制動力調節控制算法

-2.1 HBBW前后輪制動力分配

HBBW在對前后輪進行制動力精確調節之前，需要識別駕駛員的制動行為，下圖為HBBW前后輪制動力分配框圖。駕駛員踩下制動踏板，位移傳感器和主缸壓力信號分別采集信號輸送給HBBW ECU，HBBW ECU通過對傳感器的信號采集分析識別出駕駛員的制動意圖，經整車控制算法，根據汽車制動過程中的不同需求，如ABS，ESP和EBD等算法開啟和關閉給出前后輪的目標制動壓力。

HBBW前后輪制動力分配框圖 為能精確而快速地調節前后輪制動壓力，EHB和EMB應滿足： (1)EHB系統達到14MPa的輪缸壓力的增壓時間小于200ms，超調量小于1%，能較好地跟隨正弦調制壓力跟隨曲線，適應制動系統調壓功能； (2)EMB系統達到12kN的制動器制動力的增力時間小于500ms，超調量小于5%，能較好地跟隨正弦調制夾緊力跟隨曲線，適應制動系統調節夾緊力功能。 以整車EBD控制算法對HBBW制動力調節控制算法進行驗證，如下圖所示。首先根據制動踏板位移和主缸壓力等信息識別駕駛員的制動意圖，通過提前設定的主缸壓力與前輪輪缸壓力之間的關系曲線，給出前輪輪缸的目標壓力值p?(駕駛員目標壓力)，通過EHB執行器來調節前輪的制動壓力。而對于后輪的制動壓力則通過后輪的滑移率控制器來調節后輪與前輪之間的相對滑移率。后輪滑移率控制器根據前輪輪速和后輪輪速的差值，輸出目標制動器制動力給EMB控制系統，調節后輪的制動力的大小，保證前后輪的角速度一致，達到車輪抱死時前后車輪同時抱死的目的，可表示為

混合線控制動系統EBD控制框圖 式中：為EMB目標制動力；為前輪角速度；ωrw為后輪角速度；Kw-p和Kw-i為后輪滑移率PI控制器的參數。

-2.2 前輪EHB壓力調節控制算法

對于EHB系統輪缸壓力的控制，關鍵在于對線性增減壓閥的控制。所選的EHB系統前輪的增減壓閥均為常閉閥，下圖為EHB輪缸壓力跟隨控制算法框圖。為防止電磁閥過于頻繁動作，設定一個保壓壓力門限值ε(ε＞0)，控制過程如下：設p?為目標輪缸壓力，p為實際輪缸壓力，則當p-p?＜-ε時，減壓閥關閉，控制增壓閥提升輪缸壓力；當-ε≤p-p?≤ε時，增減壓電磁閥均處于關閉狀態；當p-p?≥ε時，增壓閥關閉，控制減壓電磁閥，降低輪缸壓力。在保證輪缸壓力跟隨中壓力誤差較小和減少電磁閥開關頻繁的前提下，通過試驗標定選取ε為0.05MPa。

EHB輪缸壓力跟隨控制框圖 對線性電磁閥的控制由電磁閥電流環PI控制器和輪缸壓力環PI控制器組成，其中輪缸壓力環PI控制器根據目標輪缸壓力和實際輪缸壓力的差值算得增減壓電磁閥的目標電流：

式中：?為增壓閥目標電流；為減壓閥目標電流；Kp-p1，Kp-p2，Kp-i1和?Kp-i2為壓力環PI控制器的參數。 電流PI控制器根據線性電磁閥的目標電流與實際線性電磁閥的電流差值算得調節電磁閥的線圈電壓，再換算成PWM控制線性電磁閥開度：

式中：PWM in為增壓閥控制信號；PWMout為減壓閥控制信號；Iin為實際增壓閥電流；Iout為實際減壓閥電流；KC-p1，KC-p2，KC-i1和?KC-i2為電流環PI控制器的參數。

-2.3 后輪EMB制動力調節控制算法

對于EMB系統的輪缸壓力控制，關鍵在于對EMB執行器電機的控制。本文中所選取的EMB執行器電機為無刷直流電機(brushless direct current motor，BLDC)。 對BLDC的控制由電機的電流環PI控制器、轉速環PI控制器和夾緊力環PI控制器組成，如下圖所示。其中夾緊力環PI控制器根據目標制動力和實際制動力的差值算得電機的目標轉速，可表示為

式中：為電機目標角速度；Fcl為實際制動力；KF-p和KF-i為夾緊力環PI控制器的參數。

EMB制動力跟隨串聯三閉環控制框圖 電機轉速PI控制器根據電機的目標轉速與實際電機的轉速偏差計算得到電機的目標控制電流，可表示為

式中：i?為電機的目標控制電流；ωm為電機的實際角速度；KN-p和KN-i為轉速環PI控制器的參數。 電機電流PI控制器根據電機的控制電流與實際電機的電流差值算得電機的控制PWM信號：

式中：PWMm為電機的控制PWM信號；i為電機的實際電流；KC-p和KC-i表示電流環PI控制器的參數。PWMm控制BLDC在制動器上形成的制動力。

5 I-EHB集成式電子液壓制動系統

I-EHB系統是一種集成式電子液壓制動系統，是以電機+減速機構來代替，內部集成電控模塊，整個系統結構更加緊湊。下圖為Bosch 公司的iBooster系統。ibooster的響應時間為120-150毫秒，ibooster可配置同一平臺的不同車型，通過設定制動性能曲線，軟件定義“舒適型”、“運動型”多種踏板感，滿足智能駕駛的需求。

?

Bosch公司iBooster系統

典型帶有E-Booster的EHB系統如下圖所示。踏板位移和踏板力經電子傳感器傳導給電子ECU，然后經過不同的助力形式，如電動液壓泵高壓蓄能器或者直流電機等推動建立起液壓，液壓再分配給四個制動輪缸。

EHB 系統

（1）I-EHB系統主要組成結構

1）意圖獲取模塊

意圖獲取模塊主要有制動踏板、踏板位移傳感器、踏板感覺模擬器等，制動踏板經過踏板位移傳感器將駕駛員所踩的制動踏板位移信號發送給I-EHB的ECU。踏板感覺模擬器用來模擬真實狀態的腳感與路感。踏板和主缸之間完全解耦，腳感較輕，更便于能量回收。

2）分析控制模塊

分析控制模塊是整個線控制動的核心，主要為I-EHB的ECU。ECU 通過踏板獲取駕駛員的制動意圖后，根據相應的算法計算出最佳制動力，控制制動系統的執行。ECU 由嵌入式芯片、信號采集及處理電路、通訊電路、電機驅動電路、冗余電路及I/O 口等組成。

3）液壓執行模塊

分析控制模塊為線控制動的執行部分，包括伺服電機、減速機構、制動主缸等。伺服電機作為驅動電機，與減速機構連接，可直接使用傳統車載12V電源，減速機構可增強整個系統的扭矩，獲得更大制動力。伺服電機接收來自ECU的制動信號，通過減速機構推動制動主缸建壓。

（2）I-EHB系統工作過程

I-EHB系統通過意圖獲取模塊、分析控制模塊、液壓執行模塊等幾個模塊協調完成整個制動過程，I-EHB系統協調控制示意圖如下圖所示。

I-EHB 系統協調控制示意圖

在車輛正常工況下，I-EHB的ECU接收踏板位移傳感器從踏板采集的制動力位移信號，以及其他外部ECU發出的方向盤轉角、輪速、橫擺角速度等信號，來獲取駕駛員的駕駛意圖，利用算法計算得出車輪所需的最佳制動力。在制動踏板與主缸完全解耦條件下，踏板感覺模擬器可以根據駕駛員的制動動作輸出線性的腳感同時反饋車輛制動狀態。制動力轉化為電信號輸出給伺服電機，電機和減速機構連接，通過減速機構將電信號大小轉變為齒條行程大小，推動制動主缸活塞，最終完成建壓。制動主缸液壓力信號將實時反饋給I-EHB的ECU，用于精確控制主缸壓力以及對制動主缸保壓。

當車輛處于緊急狀態下需要急?；蛘咧苿酉到y電子助力失效時，如下圖所示，I-EHB 提供備用機械制動系統。駕駛員快速緊急制動，迅速克服系統內部的解耦腔，此時制動踏板推桿將直接作用于制動主缸，主缸液壓力大小直接由制動踏板提供，一定程度上保證緊急情況下的制動安全。

I-EHB 系統助力失效制動示意圖

（3）I-EHB系統控制方法

在傳統制動系統中，主缸液壓力完全來自制動踏板推進的深度，因此，制動時無法精確控制主缸液壓力。對于駕駛新手來說，駕駛經驗不足不僅影響車輛制動感覺，更影響車輛在緊急狀況下整車制動的安全性。I-EHB系統由于采用了電控單元，同時制動踏板與主缸活塞之間完全解耦，使得主缸液壓力控制更加迅速與精確。對于I-EHB系統主缸液壓力的控制，實際上就是對伺服電機的控制，利用ECU根據相應的控制算法計算駕駛員需要的最佳制動力，將最佳制動力轉化為電機的電流信號或者命令力矩，從而完成主缸的建壓。

PID 控制策略圖

如上圖所示，對以電動機+減速機構為動力源的I-EHB系統的控制算法，大多以閉環反饋控制為主。在閉環控制中，比例積分微分控制（PID 控制）是一種最常用的控制方法，同時可通過參數整定變化多種控制結構，獲得不同的控制效果。運用在I-EHB系統中的主要控制思路是通過液壓力傳感器將主缸液壓力實時反饋給ECU，將ECU計算出的期望主缸液壓力和輸出的實際主缸液壓力進行對比，然后將二者之間的偏差值利用ECU中設好的PID算法對其整定，輸出一個最合適的量給電機，對主缸液壓力進行補償。線控液壓制動10MPa主動建壓時間≤170ms,液壓控制精度≤0.1MPa。

功能安全滿足ISO 26262標準要求

（4）IEHB設計原理及設計計算（基本構型）

（5）踏板模擬器設計

（6）IEHB樣件制作及硬件接口

（7）制動能量回收軟件策略設計和仿真

能量回收效率滿足：ECE 15城市工況下制動能量回收降低整車電耗23%。

（8）IEHB仿真和檢測設備

（9）整車集成與初步實車匹配

（10）IEHB 二代

集成了ABS、ESC等先進電子制動各項功能，同時可以擯棄真空助力器將制動主缸集成一體。采用液電一體化控制實現對各輪缸的制動力獨立且線性性控制。分布式驅動式制動系統方向為實現高集成度，采用集成制動主缸和踏板模擬器實現全解耦的方式。采用電機泵預增壓，高壓蓄能器供液的形式為制動系統提供制動液壓力，保證制動過程快速響應的目的。

二代踏板模擬器設計

采用三級彈簧帶有力量重疊區，過渡力變化區域模擬傳統制動腳感，針對不同車型可以通過調節擋圈螺紋深度對二級彈簧的預壓力來微調踏板感的軟硬。

6.線控氣壓制動系統

四、原理

1.線控制動助力來源 如何做到常規的線控制動，這得從真空助力器說起。

單踏板的杠桿并不足以推動主缸活塞較大的行程，因為制動液（剎車油）是非常黏性的液體，與主缸缸壁之間的摩擦力很大，需要的推力很大，為此使用了真空助力器，真空助力器一般位于制動踏板與制動主缸之間，為便于安裝，通常與主缸合成一個組件，主缸的一部分深入到真空助力器殼體內。真空助力器是一個直徑較大的腔體，內部有一個中部裝有推桿的膜片（或活塞），將腔體隔成兩部分，一部分與大氣相通，另一部分通過管道與發動機進氣歧管相連。它利用發動機工作時吸入空氣這一原理，造成助力器的一側真空，真空源從發動機進氣歧管處獲得，相對于另一側正?？諝鈮毫τ袎毫Σ?，利用這壓力差來加強制動推力。如果膜片兩邊有即使很小的壓力差，由于膜片的面積很大，仍可以產生很大的推力推動膜片向壓力小的一端運動。真空助力系統在制動時，同時控制助力器的真空度，使膜片移動，并通過聯動裝置利用膜片上的推桿協助人力去踩動和推動制動踏板。需要注意推力來自壓力差，而非真空。傳統剎車系統需要依靠真空助力器，通過真空和大氣壓的壓力差放大踏板輸入的壓力，否則單純依靠人力腳踩和杠桿、液壓的放大作用不足以形成車輪制動力。

對制動性能要求的不斷提高，傳統的液壓或者空氣制動系統在加入了大量的電子控制系統如ABS、ESP等后，結構和管路布置越發復雜，液壓（空氣）回路泄露的隱患也加大，同時裝配和維修的難度也隨之提高；使用協調式回收策略，傳統真空助力器的制動液壓超過跳增值的區域，能量回收系統的制動液壓的變化會被駕駛員感知而影響踏板感，因此，只能實現小于0.2g減速度的能量回收。傳統制動系統是基于真空助力器的液壓制動系統，其真空來源為發動機負壓，但是它體積大、響應慢，無法適應新型車輛的需求，不利于汽車輕量化；也無法實現主動制動和制動壓力的精確、快速控制，不能滿足智能汽車對制動系統電動化和智能化的要求。

為減少駕駛員的體力消耗，汽油乘用車采用真空助力式液壓制動（剎車）系統，利用汽油機進氣管中的真空度產生助力，幫助駕駛員剎車。真空助力器會減少一部分發動機效率，所以近來有些油車上使用電子真空助力器，用電機制造真空。純電動車沒有裝配發動機，混合動力車發動機啟停都是常態，電動車和混合動力車不能依賴內燃機取得真空，需要用電子真空泵。對此，有兩種解決技術方案：

1）依然使用真空助力，采用電子（電動）真空泵EVP（Electronic Vacuum Pump）獲得真空源，采用電子(電動）真空泵產生真空度。

在電機技術不夠先進的1999年前，只得放棄這種電機直接推動主缸的思路，轉而使用高壓蓄能器。這套系統利用電機建立液壓，然后將高壓剎車油儲存在高壓蓄能器中，需要剎車時釋放。這套系統結構復雜，液壓管路眾多，成本高昂，可靠性不高。由于成本過高，從2007年起，電子真空泵EVP開始在電動車或混動車上取代這種高壓蓄能器設計，EVP極為簡單，就是將油車的真空助力器換為電子真空泵獲得真空，缺點非常明顯，首先它幾乎沒有任何能量回收，使用疊加式回收策略，EVP與制動系統并聯，能量回收率只有ibooster+ESP HEV協調式回收方案的5%左右，能量回收效率遠低于線控制動；其次，EVP因自身結構以及轉速較高的原因，剎車時會發出刺耳的噪音，噪音小的葉片式真空泵則成本高；EVP方案壽命短，設備常見的使用壽命為600-1200h；EVP方案獲得的真空源并不穩定，真空泵產生負壓的穩定性受大氣環境影響，因此EVP無法在高原地區獲得足夠的真空度，有高原反應，該工況下剎車助力被削弱；最主要是EVP方案常規制動依然必須由人力首先踩下制動踏板再逐級放大，也就是說它并非線控制動，而是機械制動,滿足自動駕駛需求。優點也很明顯，首先是EVP電子真空泵雖然對底盤改動小、價格低/成本很低，再者是設計異常簡單，油車的底盤幾乎不做絲毫改動就可以用來做混動車，這對中國企業來說非常重要，因缺乏自主設計底盤能力。

現有新能源汽車的制動系統主要是采用真空助力器和電動真空泵EVP結合提供負壓的過渡產品，這種形式的制動系統未能很好地實現踏板力與車輛制動力之間的解耦和制動能量回收的功能；電動真空泵和真空儲能機構的體積和噪聲較大，且難以和其他底盤電子控制系統集成。作為線控制動的替代方案，但不是長久之計。

2）放棄真空助力器，轉用電子助力器，完全用電機助力來實現，由線控制動系統直接建壓。新能源車型沒有穩定真空源，線控制動對比電子真空泵優勢明顯。目前電動汽車更傾向于應用電子（電動）助力器，如日本日立公司推出的e-ACT和博世公司推出的iBooster等，

基本發展路徑如下圖示。

線控制動正是從真空助力器延伸開來，用一個電機來代替真空助力器推動主缸活塞。由于汽車底盤空間狹小，電機的體積必須很小，同時要有一套高效的減速裝置，將電機的扭矩轉換為強大的直線推力，這其中的關鍵因素就是電機主軸。隨著電機技術的

發展，在2009年首次推出電液線控制動系統E-ACT。大部分日系混動或純電車都采用這種設計。用直流無刷超高速電機配合滾珠絲杠直接推動主缸活塞達到電液線控制動，這套方案對滾珠絲杠的加工精度要求很高。傳統的液壓制動系統反應時間大約400-600毫秒，電液線控制動大約為120-150毫秒，安全性能大幅度提高，百公里時速剎車大約最少可縮短9米以上的距離，同時用在混動和電動車上，可以回收幾乎99%的剎車摩擦能量。使用協調式回收策略，ibooster與ESP HEV協調最高可回收0.3g減速度，在制動頻繁的城市路況下，續航里程增加10%-20%；是目前公認最好的制動方式。為了保證系統的可靠性，這套制動系統一般都需要加入ESP（ESC）做系統備份。這類制動系統具備變助力比功能，能提供較好的駕駛感受、實現部分能量回收和主動制動功能。然而，該類制動系統仍然無法實現踏板力與車輛制動力之間的解耦及單輪制動力調節，要實現上述功能，需要額外添加器件，增加系統的復雜度。2.工作原理

線控制動系統將原有的制動踏板用一個模擬發生器，用來接收駕駛員的制動意圖，產生、傳遞制動信號給控制器和執行機構，并根據一定的算法模擬反饋給駕駛員，如下圖。

傳統液壓制動系統實現車輛制動功能是直接通過液壓裝置來傳遞和實施的，而線控制動系統則是利用物理信號傳遞制動信息，使用電子控制單元控制機電一體化裝置來實施制動。線控制動簡單理解是電開關版的蝶式剎車，不需要再經過油壓轉換，直接讓電控單元驅動活塞，卡鉗夾緊制動片以達到剎車制動效果，從而直接實現“電”信號對制動系統更直接的管理。下面分別簡述EHB和EMB的工作原理和特性。

（1）EHB 系統

EHB原理：電機液一體化，電機取代真空助力器

汽車駕駛員的制動動作被踏板上的傳感器感轉化成電子信號，電子控制單元接受到信號后，命令液壓執行機構完成制動的操作。EHB能根據路面的附著情況和轉速為每個車輪分配最合理的制動力，從而可以更充分地利用車輪和地面之間的摩擦力，使制動距離更短，制動過程更安全。

電子液壓制動系統示意圖

當駕駛員踩下制動踏板時，制動(電子)踏板配有踏板感覺模擬器和電子傳感器，集成在制動踏板上的傳感器將制動踏板的行程及駕駛人踩下控制踏板時的速度，轉換為電信號傳遞給制動控制單元（ECU），ECU通過CAN 總線與外部系統交流，綜合其它電信號判斷車輛的運行工況，ECU可以通過傳感器信號判斷駕駛員的制動意圖，計算出每個車輪的最佳制動力，并通過智能接口輸出控制信號到液壓系統，液壓系統中包含由電動油泵和高壓蓄能器組成的液壓供給部分和車輪制動壓力模塊，車輪制動壓力模塊獨立的控制和調節各個車輪制動器中的油壓大小，進液閥開啟，液壓供給部分的高壓油液進入車輪制動器，通過電機驅動液壓泵進行制動，使制動器工作對車輪產生制動力。當減小車輪制動強度或解除制動時，出液閥開啟，車輪制動器中的油壓降低，制動力也隨之減小，直至制動器完全退出工作（上圖 ）。輪缸里面的制動液不是通過主缸過來的，是通過高壓蓄能器里面，通過液壓泵來提供一個壓力源，提供一個制動液源，來進入輪缸，達到需要的制動的制動力。EHB系統的車輪制動壓力模塊能根據汽車行駛工況要求，計算出各車輪需要的制動力并分別進行控制，所以，EHB系統能夠有效減少車輛制動距離，提高行駛安全性。此外，為了使駕駛員對于制動強度有直觀的感受，線控制動系統中通常采用踏板行程模擬器，踩制動踏板的行程越大，模擬器上的阻力也就越大，使駕駛員在使用線控制動系統時和使用傳動的液壓制動系統感受基本相同。

正常工作時，制動踏板與制動器之間的液壓連接斷開，是完全解耦的,備用閥（隔離閥/開關）處于關閉狀態。打開進油閥和關閉出油閥，制動液從蓄能器通過進油閥進入制動輪缸實現增壓；打開出油閥和關閉進油閥，制動液從制動輪缸通過出油閥返回制動液罐實現減壓；進油閥及出油閥均處于關閉狀態則實現保壓。當需要單獨控制某側制動輪缸壓力時需要關閉平衡閥，由其對應的進油閥和出油閥工作。

為防止EHB系統失效造成制動失靈，EHB系統仍然保留著傳統的液壓制動系統，當電子系統發生故障時，EHB系統失效時，備用開關（閥）打開（上圖），制動踏板連接的制動主缸通過備用開關（閥）連接各個車輪制動器的制動輪缸，進入常規的液壓系統制動模式，EHB系統變為傳統的液壓系統，保證車輛制動的基本需要。這時假設液壓泵壞了，這個油進去了，但是備用閥打開之后，那么從制動踏板和主缸過來的制動液，還是可以進入相應的輪缸，達到一定常規制動的效果，所以這是一個安全性的保證。制動踏板輸入信號后驅動制動主缸中的制動液通過備用閥流入連接各個車輪制動器的制動輪缸，進入常規的液壓系統制動模式，是保證車輛制動的必要安全保障。

當EHB的供能裝置出現故障時隔離閥無法打開，駕駛員仍能通過踩下制動踏板將制動主缸內的制動液經隔離閥和制動管路送入制動輪缸，實現一定強度的制動。

備用系統增加了制動系統的安全性，使車輛在線控制制動系統失效時還可以進行制動。當制動器涉水后，EHB系統可以通過適當的制動動作，恢復制動器的干燥，保持制動器的工作性能。由于EHB采用了線控技術，在制動器和制動踏板之間沒有液壓或機械連接，因此，當制動強度過大，進行防抱死調節時，制動踏板上感受不到由于液壓管路油壓波動產生的反沖作用力，提高了駕駛員的操作舒適性。

（2）EMB系統

EMB原理：電機一體化，電機直接驅動制動器

EMB系統的主控制器（制動控制單元ECU）工作時通過接收踏板位移傳感器傳來的踏板行程的位移信號，ECU計算出踩制動踏板的速度信號并結合整車其他ECU發出的車速信號、方向盤轉角信號等相關信號，明確汽車行駛狀態，分析各個車輪上的制動需求，計算出各個車輪的最佳制動力矩大小后輸出對應的控制信號，分析后向4個車輪制動模塊發出制動指令，控制四個獨立的控制器向對應的電機發出制動信號，分別控制各車輪上的電子機械制動器中工作電機的電流大小和轉角，通過電子機械制動器中的減速增矩以及運動方向轉換，將電機的轉動轉換為制動鉗塊的夾緊，產生足夠的制動摩擦力矩。電機通過減速機構將電機扭矩轉化為所需的制動力，車輪制動模塊上的電機驅動制動摩擦材料塊，然后實現摩擦制動。每一個車輪都有一個制動模塊，可以單獨分別控制，每個模塊的驅動電機也都有單獨的電機控制器。車輛轉向時，每個車輪制動系統分配的制動力不一樣，4個模塊作用下，實現制動力分配，制動穩定性控制等功能，從而達到平穩轉向的目的。踩一下自動踏板，通過自動踏板傳感器得到駕駛員的駕駛意圖，通過ECU處理之后直接驅動車輪上面的制動模塊，這里是四個電機直接進行制動。制動力矩完全是通過安裝在4個輪胎上的由電機驅動的執行機構產生，驅動和控制執行機構電機來產生所需要的制動力。

電子機械制動系統

線控制動系統在原理上帶來革新的同時也產生了一個不可忽視的問題：線控制動系統的制動增益系數與傳統的液壓制動系統相比較低，由于制動電機的增多以及功率的加大，這就使得線控制動系統需要消耗過多的車載能源，再加上受到車載電氣系統的限制，12V電源無法滿足制動需求，12V電源成為限制EMB發展的重要因素，電子機械制動系統的應用一直得不到廣泛的推廣。EMB相對汽車的應用來說，太過超前，而且同時由于沒有備用的制動系統，安全性還有待提升，安全冗余一直被業界質疑。

（3）EHB與EBM差異

EHB和EMB在傳力路徑上有很大不同，工作原理和特性也有差別：

這兩種制動系統各有優勢，也都有各自的缺點。

EHB制動系統仍然保留了制動液，仍包含復雜的制動液傳輸管路，系統液壓管路布置復雜且難以集成駐車制動；雖然EHB能完全獨立于制動踏板而進行制動，但是其物理線路沒有延伸到車輪制動器，仍需要制動液將制動能量從蓄能器傳遞到制動輪缸，連續制動時，由于高壓蓄能器壓力的衰減，維持響應速度與精度能力均不及EMB，使得EHB并不完全具備線控制動系統產品的優點，EHB并非終極方案；這類制動系統具備變助力比功能，能提供較好的駕駛感受、實現部分能量回收和主動制動功能。然而，該類制動系統仍然無法實現踏板力與車輛制動力之間的解耦及單輪制動力調節，要實現上述功能，需要額外添加器件，增加系統的復雜度。

從本質而言，電子液壓制動系統EHB并不是真正意義上純粹的線控制動系統，它需要液壓系統放大制動能量。但就目前而言，這種結構相比于其他線控制動系統具有一定的優勢，因為EHB是從傳統液壓制動系統進化而來，具有冗余系統，它基于傳統液壓制動系統，原有的液壓制動系統結構得以保留，易于實現失效備份，可以使用人力在供能裝置失效的情況下作為備用制動選項,就是液壓管路的方式是有液壓后備的，一旦線控失效之后，制動液還會從正常的液壓管路進入輪缸，可以提供部分的制動效能，使車輛在線控制系統失效時還可以進行制動。具備可靠的機械備份，即車載電源失效時啟用純液壓助力。備用系統增加了制動系統的安全性，安全性上有一定的保證，安全穩定才是剎車系統的第一要務，其高安全性在用戶的可接受性方面更具優勢。且此類產品成熟度高，兼具液壓制動系統高制動增益系數和線控制動的優點，可以實現新能源車所需要的協調式制動策略，得到汽車零部件生產廠商的重視。

目前行業內研究的主要方向是EHB，很大的一部分原因是具有備用制動系統，是現階段的首選方案，是當前主要推廣量產的方案，目前已實現應用。目前線控制動系統更多的應用形式是EHB，這是汽車電動化以及智能化發展所必需。EHB是制動系統革命性產品，是智能駕駛的關鍵執行部件，對智能網聯汽車的發展具有重大推動作用，已成為行業公認的下一代汽車制動系統主流解決方案。

EMB可以將傳統制動系統中的液壓油或空氣等傳力介質完全由電制動取代，直接將輸入與終端執行之間的部件全部簡化，因此只有EMB是完全的線控制動，因結構簡單、制動效果好、易于與其他電控功能集成在一起，與EHB相比，EMB是更優的方案，它不以制動液為工作介質，控制響應更加迅速精確，逐漸成為汽車制動系統的研究熱點。雖然具有諸多優點，但EMB沒有機械冗余，沒有液壓后備制動系統且缺乏技術支持，很難滿足失效備份的需求,一旦執行機構或者EMB系統出現問題的話，常規制動可能就沒有了，沒有保險措施，在安全性上面可能會有一些顧慮。必須具有很高的設備可靠性、總線協議和抗信號干擾能力，尤其是需要解決車載電源失效問題。此外，剎車片產生的高溫巨震環境對電機穩定性、芯片半導體和永磁材料造成巨大考驗，短期內難有突破。其制動力能力依賴于較大的驅動功率，必須配備42V電源系統，更為關鍵的是，EMB系統不能滿足現行法規對制動系統失效備份的需求。雖然國內外企業與高校均研發EMB原理樣機，目前EMB還處在研究階段，由于缺乏足夠的技術支持，但還不具備進入市場的條件。

EMB理論上完美，但由于技術條件較高，成本較高，冗余備份,電機性能等限制以及熱可靠性技術等還需完善，這些問題都阻礙了EMB系統在短期內的量產，應該說比較長的一段時間內很難大批量應用，至少在國內肯定是一個長時間的過程，目前市場上并沒有批量裝車的EMB產品。

因此綜上所述，線控化的EHB系統仍然是最為可行的制動系統方案?，F在汽車上的線控制動還是集中在EHB，而且還沒有對傳統制動系統構成威脅。EMB雖然有著比傳統的液壓制動器和EHB兩者都無法比擬的優勢和廣闊的運用前景，雖然是未來制動系統的終極發展方向，必然是未來的趨勢，可能成為主流，但EMB技術在汽車上的應用并不成熟，短期內難以量產，未來5-10年線控技術的主流仍是EHB方案,仍以EHB為主，EHB為現有技術條件下的主要方案，是現在研究的主流方向或者說是在目前狀態下主要研究的一個產品。若材料方面無法突破，EHB占據主導地位的時間將更久。只有解決了一些制約其自身發展的關鍵因素，才能得到越來越廣發應用。目前來看EMB商業化之路的優先級明顯低于EHB,但是從線控制動系統長遠發展來說，它是一個未來發展的方向，是線控制動最終形態。EHB系統僅僅只是一個先期的產品，EHB是傳統液壓制動到EMB的一個過渡產品，最終的產品一定是一個EMB系統。EMB的可靠性對其商業化有著至關重要的作用。?EMB技術肯定會得到大力的發展，未來會向液壓制動系統發起強有力的挑戰。線控制動的發展之路還任重道遠。

EHB與EMB主要不同點：

1） EMB減少機械連接件和閥類元件，一方面使得結構更加緊湊，減輕車重，提供更大的內部空間，便于布置、裝配和維修；另一方面電信號傳遞更迅速、高效；

2） EMB需要對底盤進行更大范圍的改造，造價高；

3） EMB不存在液壓油泄露問題，電池更加安全；

4） EMB便于集成其他電控系統，如ABS、ESP、自動駕駛、能量回收等；

5） EHB 可以打開液壓管路備用閥作為其中一道安全失效模式，EMB則沒有機械冗余。

（4）線控制動兩種技術路線：EHB與EMB

EHB（Electro-hydraulic Brake）保留傳統的液壓工作方式，博世ibooster和采埃孚EBB（Electronic Brake Booster）都是vacuum booster真空助力器的局部替代方案。ibooster制動信號的產生可以來自踏板，踏板行程傳感器測量到輸入推桿的位移后，將該位移信號發送到ECU，由ECU計算制動請求；也可以由ECU根據場景需要主動生成制動需求。ECU計算出電機應產生的扭矩，二級齒輪傳動裝置將該扭矩轉化為助力器閥體的伺服制動力，通過電機轉化為強大的直線推力，推動制動主缸推桿。

與EHB相比，EMB主要組件差異是系統內沒有制動液。燃油車EHB主要適用智能駕駛的場景，新能源車EHB適用于智能駕駛、能量回收等多場景。

（5）線控制動EHB路線BOX之爭：One-Box vs. Two-Box

確定了EHB的技術路線，接下來就是具體的實現方法了，目前EHB的線控制動方案又出現了兩大流派: Two-Box 和One Box。但作為線控制動，無論是Two-Box還是One-Box，相比較傳統制動系統，都有非常優秀的性能體現。

Two-Box和One-Box又有各自的優劣勢，要評價二者優劣，必須對它們的性價比進行一次分析。 One-Box較Two-Box性能上更具優勢，但Two-Box目前安全性更有保障，One-Box需要看踏板調教的安全性。One-Box的集成度更高，是未來的主流方案。 One-Box方案集成ESP，需以成熟ESP技術為基礎，Two-Box方案協調ESP，可通過外采ESP降低技術難度。? ?

One-Box方案由于將ESP集成在EHB中，更需要以成熟的ESP量產經驗為基礎，由于其在性能、成本等方面的優勢，博世、大陸、采埃孚正在逐步加碼One-Box產品，有望成為市場主流。同時，EHB在新能源汽車的滲透率更高且增速更快，國產One-Box方案在價格上較主流Two-Box方案具有明顯優勢，具備先發優勢的自主供應商有望實現國產替代。

從對比來看，Two-Box相比較One-Box最大的優勢在L3自動駕駛工況下的制動冗余需求，拋開這一點One-Box完勝。 L2級別的自動駕駛明確了是要駕駛員主導操作車輛的，而L3則是有限條件下的自動駕駛，也就是說它可以完全不需要駕駛員干預，但是有的時候又必須駕駛員干預。

駕駛員和車輛自主控制之間如何相互接管就成了一大問題，因為這之間并沒有一個明顯的界定，所以假設出了交通事故，是需要駕駛員和汽車共同承擔責任，而這也是相關法律法規最模糊的地方，基于這樣的模糊定義，現在的L3的定義被大范圍的詬病。

甚至不少品牌直接放棄了L3級別自動駕駛的研發，比如福特、沃爾沃就表示會直接從L2到L4，電動車企蔚來也表示會跳過L3，直接進入L4。而以自動駕駛聞名的特斯拉自始至終都沒有給自己的產品定過級，只表示會進入L4時代。

之所以大部分廠商在向L3不遺余力，其實更多是為了避免被扣上“無創新”的帽子。實際上，法規、技術等層面上，L3的發展遠比想象的要復雜得多。

奧迪曾經在L3領域投入數十億歐元的巨資研發，這已經接近A8的研發費用了。奧迪將L3級別自動駕駛的弱化，更像是在L3遇到瓶頸遲遲不能在量產車上實現之后，奧迪認清了L4才是正確方向。

一些大的供應商，比如BOSCH ，在它的WHA系統在實施車輛變道動作時，只允許車輛脫離控制20s，它是實現了L3的定義功能的，但是它又不允許用戶完全放開接管車輛，無限接近L3的功能但是不脫離L2的定義，是現階段最穩妥也最常見的做法，所以有了越來越多的L2+和L2.5，至于L3，沒有哪個供應商能給到明確的時間。

所以現在行業里慢慢形成了共識，One Box是目前新能源車型線控制動較為理想的解決方案。

一句話總結核心原因：LV3自動駕駛遙遙無期，但能量回收的需求確實迫在眉睫。在滿足當前核心需求的前提下，肯定選擇性價比最高的方案。 但就目前市場出貨量來看，還是以BOSCH的iBoost+ESP的Two-Box 出貨量最大。 分析大眾集團大規模的采用了Two-Box 方案，其原因大概是因為大眾同一平臺應用車型眾多，為了兼顧高-中-低端車型的需求，用Two-Box最為經濟，比如MQB平臺下的奧迪/斯柯達/大眾/西雅特都有車型應用，如果采用One-Box方案，那只有唯一的選擇，無論高中低端車型必須用One-Box，而采用Two-Box方案，相對來說靈活性更高一點，比如低端車采用傳統的助力器+ESP，而高端車采用iBoost+ESP這樣就避免的大規模更改的成本增加。

現在這些大的供應商也意識到在當前5-10年之內，L3以上的自動駕駛還將處于叫好不叫座的尷尬狀況，而能量回收、EVPHEV卻是不折不扣的大量涌現。沒有自動駕駛制動冗余這一緊箍咒之后，One-Box成了線控制動的最佳選擇。所以各供應商也都在積極的開發自己的One-Box產品。

EHB將采取one-box方案

定義one-box方案和two-box方案的標準在于ABS/ESP系統是否和電子助力器集成在一起。以ibooster為例，必須和ESP HEV配合才能與踏板解耦，采用協調式能量回收策略，否則未完全與踏板解耦，踏板力和電機共同作用產生主缸制動力，只能采用疊加式回收策略，制動效果和回收效率大打折扣。未來集成化的one-box方案必然會取代two-box。

相較于two box，one-box體積和重量大大縮小，成本更低，但由于技術問題量產時間更晚。博世第一代、第二代ibooster均采用two-box方案，最新一代IPB則采用one-box方案；采埃孚EBB屬于two-box方案，IPB屬于one-box方案；大陸MK C1和伯特利WCBS直接采用one-box方案。

4?線控制動BBW技術研究

智能汽車對制動系統提出的主要需求包括：電動助力、主動制動、線控制動及失效備份等功能。

汽車線控制動技術主要由檢測的反饋系統、信號的處理單元、執行器等多項結構組成，所有環節相關聯系，相關作用，根據其本身獨立的功能工作，以推動系統能夠穩定的運行，使以充分發揮。例如在檢測反饋系統中，是將各種傳感器中檢測的信號進行放大、轉換，顯示出反饋的信號。

（1）BBW制動力分配

傳統的液壓制動系統中制動主缸與制動輪缸之間通過液壓管路直接相連，這使得制動主缸的壓力與各車輪的制動壓力之間存在一個確定的關系，通常前輪制動壓力等于主缸壓力，后輪制動壓力與前輪制動壓力成一個確定的比例關系，同一車軸上左右車輪的制動壓力則是相等的。受此硬件條件的限制，液壓制動系統在設計制動力的分配時做了一定的折衷．這使得在制動過程中，制動壓力無法在前左右四個車輪之間進行動態的，合理的分配，從而在大多數情況下，各個車輪的附著條件無法得到充分的利用，不能有效的縮短制動距離，甚至可能發生后輪先于前輪抱死，后軸發生側滑，導致危險的事故。

BBW系統是由電機來提供制動力，由于其具有結構簡單，質量輕，響應迅速，易于采用模塊化結構，易于進行改進與增加功能等諸多特性，成為了一個研究的熱點。控制動系統中制動踏板與制動器之間僅通過電路相連，當駕駛員踩下制動踏板時，制動壓力可以在四個車輪之間進行靈活的分配。為了使各個車輪的附著條件均得到充分的利用。

線控制動系統制動力分配策略研究

本文提出了基于各車輪垂直載荷的線控制動系統制動力分配策略。為了驗證該分配策略的有效性，通過聯合MATLAB／Simulink與車輛動力學軟件Carsim。分別在直道與彎道制動的情況下對線控制動車輛與液壓制動車輛進行了對比仿真。

-1 控制動系統的結構和工作原理

線控制動系統的基本組成如下圖所示．它主要包括制動踏板模塊、中央控制器、車輪制動模塊、通訊網絡、電源模塊等部分。

當駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板模塊通過壓力傳感器和角位移傳感器辨識駕駛員的制動意圖．中央控制器根據駕駛員的制動意圖，并結合整車縱向加速度傳感器、整車側向加速度傳感器以及輪速傳感器等傳感器的信息，按照一定的分配策略，計算各個車輪制動力的大小，井將計算結果通過通訊網絡傳人各車輪制動模塊，車輪制動模塊控制電機來實施制動。電源模塊用于給系統的各個部分提供能量。 控制動系統的制動力分配策略 -2.1 最優的制動力分配 動力分配進行了研究，并將牽引系數(Ⅱ卵-tioncoemcient)定義為制動力與車軸動態載荷的比值，如式(1)所示；

其中蘆。為第i車軸的牽引系數，n為第j車軸的制動力，如為第i車軸的動態載荷。在任何程度的減速情況下，施加合適的制動力使前后車軸的牽引系數相同，直到兩個車軸同時達到附著極限，這就是最優的制動力分配。此時，等式(2)是成立的： ? 其中pⅣ和p。分別為前后車軸的牽引系數，a為整車的減速度(以重力加速度g為單位)。車輛在彎道上制動時，同一車軸上左右車輪之間的垂直載荷并不相同。類比于直道制動的情況，若要使制動力分配最優，須施加合適的制動力使四個車輪的牽引系數相同．直到四個車輪同時達到附著極限，如式(3)所示。

-2.2 制動過程中縱向及側向載荷的轉移 由以上分析可知，要合理的分配制動力，必須實時的估計制動過程中各個車輪上的垂直載荷。當車輛在直道制動時．可以利用整車參數和縱向減速度，通過式(4)來估計前后車軸之問的載荷轉移：

其中4B為前后車軸之間的載荷轉移，m為懸掛質量m和m。分別為前后車軸的非懸掛質量，‘和‘分別為前后車輪的轉動慣量h。為懸掛質量重心高度，h為非懸掛質量重心高度￡為軸距，r為車輪半徑．a為整車縱向減速度。載荷在左右車輪之問的轉移可以通過整車參數和側向加速度來估計1。將連接前、后懸架側傾中心的直線定義為側傾軸線，當整車存在側向加速度時，側傾軸線的力矩大小為：

?

-2.3 直道上制動時的制動力分配策略

當車輛即將停下時，由于懸架的振動，使各車輪的垂直載荷發生較大的波動，由此將導致后輪的制動壓力也存在較大的波動。因此，當車速低于3km／h時，使線控制動系統的制動力的分配方式與液壓制動系統相同。 -2.4 彎道上制動時的制動力分配策略 彎道上制動時先根據前后車軸總的垂直載荷來分配前后車軸總的制動壓力，其數值大小與3.3中所算手導的各車軸總的制動壓力大小相等。然后再將總的制動壓力在左右輪之間進行分配，使左右輪壓力之比等于垂直載荷之比，最終各個車輪之間的制動壓力將滿足式(3)所示的最優關系。同樣為了避免車輛即將停下時制動壓力的大幅波動，當車速低于3kra／h時，使線控制動系統制動力分配方式與液壓制動系統相同。 （2）EHB液壓力控制 傳統制動系統由于制動踏板與主缸活塞推桿之間的機械連接未解耦和真空助力器的非線性使主缸液壓力難以精確控制。 對于EHB系統，液壓力控制的平穩、精確、快速是汽車對于制動系統的基本要求。汽車的電動化和智能化對液壓力控制算法的控制精度、適應性和魯棒性要求進一步提高。液壓力控制算法對整車的制動舒適性和操縱穩定性影響也有待進一步討論。

從主缸液壓力控制和輪缸液壓力控制這兩大層面對EHB系統液壓力控制方面的國內外發展現狀進行深入研究。

1. 液壓力控制架構

1.1 電子液壓制動系統的液壓力控制架構

液壓力控制是EHB的基本功能，也是車輛穩定性控制系統和再生制動系統等的關鍵技術。因此，液壓力控制的性能優劣是整車性能的重要一環。液壓力控制層是整車控制系統的最底層，所以整車控制效果的優劣與液壓力控制密切相關。如果沒有液壓力控制模塊或者液壓力控制模塊不能有效對液壓力施加控制，那么整車控制系統的控制性能會受到很大影響。與此同時，液壓力控制方法是伴隨著整車控制系統的變化而不斷發展的。

國外知名整車和零部件公司等均提出了電子液壓制動系統方案及其液壓力控制方法。

電子液壓制動系統液壓力控制架構

輪缸液壓力控制層面又分為輪缸液壓力上層控制和電磁閥底層控制。前者用于計算出電磁閥的控制指令；后者用于確定電磁閥的控制方法。EHB系統的液壓力控制架構如上圖所示。 2. 主缸液壓力控制電磁閥控制

在ESC中，電動機液壓泵的能力和HCU的限制對控制效果有很大影響，此時如果能夠對主缸液壓力精確控制，會較大改善控制效果和提高車輛穩定性。

傳統制動系統不能滿足要求，而EHB系統能夠精確控制主缸液壓力，即利用一定的控制算法計算出電動機或電磁閥的控制指令，穩定、準確、快速地跟蹤目標主缸液壓力，從而滿足制動系統的新要求。其中，

液壓驅動單元屬于「電動機+減速機構」形式的EHB系統對主缸液壓力控制的過程實際上是對電動機的控制過程，控制器輸出為電動機的命令電流或命令力矩；

液壓驅動單元屬于「液壓泵+高壓蓄能器」形式的EHB系統對主缸液壓力控制的過程是對電磁閥的控制過程，控制器輸出為電磁閥的控制指令。

現有的主缸液壓力控制方案如下表所示。

電子液壓制動系統主缸液壓力控制方案

2.1控制變量

對于液壓驅動單元為「電動機+減速機構」形式的EHB系統，主缸液壓力控制效果的直接判據是主缸液壓力。因此，直接以主缸液壓力作為控制變量，其優點是觀測容易，而且對制動系統的改造不大而易于實現，但由于液壓系統PV特性在低壓工作點處存在死區，所以低壓范圍不能實現精確控制。間接以主缸活塞推桿位移為控制變量，解決了上述以主缸液壓力作為控制變量存在的問題，但主缸活塞推桿位移傳感器不易布置且成本較高。對此，MK C1和IBC在電動機內部安裝轉角傳感器，以電動機轉動角度為控制變量，實際上能夠間接得到主缸活塞推桿位移，從而對主缸液壓力進行控制。

對比以上幾種單控制變量的控制系統，在液壓閉環控制時，存在「殘留液壓力」問題，此時主缸活塞將不再動作而「滯留」在非零壓處。雖然企業中對于「殘留液壓力」的要求有一定容許量，但是如果主缸活塞一直「滯留」，那么制動系統將變得越來越「硬」，從而影響正常工作。相比于液壓閉環控制，位移閉環控制沒有主缸活塞「滯留」問題，但也存在不足：如果位移控制指令由一較大目標值變為零，此時主缸活塞回位時由于運動慣性可能出現超調，從而導致與殼體或其他部件撞擊，產生工作噪聲，并影響零件壽命。

還指出以主缸液壓力或主缸活塞推桿位移為控制變量的單控制變量控制系統面對系統參數變化和外界擾動時的魯棒性和適應性不高。為了提高系統性能，設計了以主缸液壓力和主缸活塞推桿位移為雙控制變量的控制系統。其中，采用位移控制器能夠快速建壓并消除「殘留液壓力」的問題；采用液壓控制器能夠確保目標壓力的精確跟蹤控制。

設計了以主缸液壓力和電動機電流為雙控制變量的控制系統。其中，電流環還有一個重要作用就是保持電動機電流在動態過程中不超過允許值。因而在突然施加控制作用時不希望有超調或超調量越小越好。而壓力環的作用是保證穩態響應無靜差。

對于液壓驅動單元為「液壓泵+高壓蓄能器」形式的EHB系統，控制變量只有主缸液壓力?。另外，如所述的傳統EHB系統，由于常規制動時主缸與輪缸之間的液壓回路被電磁閥斷開，而主缸液壓回路與踏板模擬器液壓回路連通，起模擬踏板感覺的作用，所以傳統EHB系統中不存在主缸液壓力控制問題。

2.2 控制算法

針對液壓驅動單元為「電動機+減速機構」形式的EHB系統進行主缸液壓力控制，大多數的控制算法是閉環反饋控制。如ibooster 系統和e-ACT 系統采用液壓閉環反饋。這種控制算法的思路是將被控對象輸出的實際值與期望的目標值進行對比，然后將二者的偏差經過控制器的處理后輸送給執行器。而如何利用好二者偏差進行控制器的設計是這種控制算法設計的重中之重。

研究中多以PID控制算法對主缸液壓力進行反饋控制。在具體應用PID控制器時，需要對其控制參數進行整定，以產生適當的輸出量來控制電動機。提出一種集成式I-EHB液壓力分段比例一積分PI控制方法，利用基于系統改進的田口方法求出分段PI控制器的最優控制參數。所設計的魯棒性液壓力控制方法魯棒性強，響應迅速，在500次試驗內均保持穩健。

為了在執行機構全工作范圍內取得良好的液壓控制效果，?采用基于增益調度的PI控制算法進行液壓力控制。以指令液壓為調度變量，液壓控制器在不同的局部控制器之間切換，局部控制器采用PI控制。

反饋控制按實際值和目標值的偏差進行調節，而不需要考慮干擾類型。但是反饋控制存在信號傳遞周期長、實時性差的缺點。引入前饋和反饋控制的方法。前饋控制是基于不變性原理發展起來的一種特殊控制規律，能夠按擾動進行調節，控制實時性強，但只能克服特定干擾，所以經常與反饋控制一起使用?；谄溟_發的電子伺服制動系統ESB采用前饋和反饋控制算法對主缸液壓力進行控制，能夠實現高精度的制動壓力控制，保持車輛實際減速度跟蹤恒定。將該系統應用于坡道停轉、自適應巡航和坡道起步等工況，試驗結果表明該系統的實時性更強，操縱性能得到明顯改善。

基于試驗分析了集成式電子液壓制動系統I-EHB的開環特性，發現系統增減壓時，主缸液壓力產生明顯的爬行現象，影響了系統的響應速度和精度，并指出是由于減速機構存在較大的摩擦力引起的。當采用PID控制器對系統進行閉環控制時，發現在跟蹤目標液壓力的同時在目標值上下不斷振蕩，有可能會使系統失穩，而且跟蹤誤差較大。因此提出了利用顫振信號進行摩擦補償。摩擦爬行現象消失，系統的線性度提高。

將切換函數轉換成飽和函數來最大限度地削弱系統抖振，使控制器發揮最佳性能，并增強在多種工況下的適應性。LSP的IBS采用基于液壓模型預測的方法對目標主缸活塞推桿位移進行修正，結果表明相比于傳統EHB系統，IBS的液壓波動明顯減小，有利于提高制動舒適性。

目前應用到基于雙控制變量的控制系統主要有兩種控制算法：切換控制和串級控制。切換控制是一種多個控制器并聯，但同一時刻只有一個控制器在工作，在控制部分要有邏輯開關實現不同控制器的平滑切換。

設計了主缸活塞推桿位移一主缸液壓力切換控制器，并提出在保證系統穩定的基礎上控制器設計的關鍵點在于兩種控制器的切換時機。

串級控制是一種串聯控制形式，能夠增強系統的魯棒性，但首先要考慮所設計的控制系統的穩定性。其次，由于兩種控制器的各方面性能有所不同，需要協調一致，因此內外環控制器不能獨立設計，需要根據控制器的性能要求同時設計內外環控制器的參數。設計了內環是位移環、外環是液壓環的串級控制器，并進行了控制系統穩定性的分析。

采用抗回繞控制器，能夠保證系統平衡點全局漸近穩定。

針對液壓驅動單元為「液壓泵+高壓蓄能器」形式的EHB系統進行主缸液壓力控制，

大多數采用反饋控制方法.

受高壓蓄能器重量、體積、安全性等因素影響，?所述的EHB系統取消了高壓蓄能器，由電動機帶動柱塞泵直接提供高壓油。

通過將目標液壓和實際液壓的差值輸入PID控制器調節電動機的轉速，實現主缸液壓力跟蹤控制。

3. 輪缸液壓力控制

輪缸液壓力控制的工作原理是接收由上層算法（制動防抱死控制算法、車輛穩定性控制算法、電液復合制動分配算法等）計算得到的輪缸目標壓力，根據當前車輪所處的實際工作位置，結合電磁閥的工作特性以及包含制動管路和制動輪缸在內的EHB系統的壓力特性，得到電磁閥的實際控制指令。同時不斷監測當前輪缸實際壓力和目標壓力，以便及時調整電磁閥的控制指令和工作狀態，使輪缸實際壓力盡快地達到目標壓力。不涉及傳統EHB系統中電動機液壓泵的控制問題。

提出基于輪速反饋的液壓力控制方法，能夠補償車輛制動力輸出和車輛載荷擾動的變化量。

基于法規對制動系統的雙回路要求，設計了兩種液壓驅動單元的控制回路，并對比了單回路控制和雙回路控制的控制方法，試驗結果表明雙回路控制的控制效果更好。大多數是采用基于雙回路控制方法的輪缸液壓力控制。

國內外多是以輪缸液壓力為控制變量設計控制系統。下表所示是以輪缸液壓力為控制變量的輪缸液壓力控制方案。

電子液壓制動系統輪缸液壓力控制方案

程序邏輯（if-else）控制器可根據輪缸壓力傳感器的反饋信號獲得輪缸的實際壓力，與目標壓力相比較，通過分別控制前后輪缸的進液閥和回液閥的開閉來對輪缸壓力進行調節。該控制系統相比于傳統制動系統的性能更好。

由于采用程序邏輯（if-else）使得輪缸實際壓力有較大波動，所以改用普遍使用、可靠性高的PID控制算法來設計輪缸壓力控制器。一般將輪缸目標制動壓力與輪缸實際制動壓力的差值作為PID控制器的輸入，通過試驗調節控制器的控制參數，輸出為增減壓電磁閥的占空比控制信號，使輪缸實際壓力跟隨目標壓力。

由于汽車制動系統是一個復雜的非線性系統，采用傳統PID控制算法進行輪缸壓力控制時，系統響應及穩定性等并不理想，不能滿足制動系統的要求?；诖罅抗こ虒嵺`衍生出許多改進型PID控制方法，對控制系統的控制效果有較大改善。如進行控制器設計時，通過分段PID控制算法調節占空比來控制EHB系統中的高速開關閥，從而實現輪缸壓力的跟隨。由于用于對比例閥進行調節的PWM占空比和線圈電流近似呈線性關系，?提出基于查表前饋的增量式PID控制算法，實現了對溢流閥線圈電流的精確控制，從而間接地調節輪缸壓力。由于EHB系統單片機性能的限制，采用遞歸PI控制方法控制輪缸液壓力，累積上一步輸出的電磁閥控制信號。

以上所涉及的PID控制器皆為定參數，僅能夠在一定工況下或某些工作點處實現較好的控制效果。但其固定的控制參數對復雜路面和工況的適應性不高，所以設計了能夠在線調節參數的PID控制器，能夠改善控制效果。

由于EHB系統具有較強的非線性特性，采用模糊PID控制算法實現了EHB系統的輪缸液壓力控制，與傳統PID控制算法相比，模糊PID控制算法能夠準確地實現輪缸液壓力控制，但是建立壓力的快速性不如傳統PID控制算法。因此采用分段模糊PI控制算法對輪缸液壓力進行控制。僅當實際壓力與目標壓力偏差較小時，采用模糊PI控制算法來實現制動壓力的精確調節；偏差較大時仍采用傳統PI控制算法。

對于不同壓力區間PI控制器的最優參數選取也不同，將EHB系統的工作區間分為低、中、高壓，通過模糊邏輯求出最優PI參數。然而模糊控制算法存在不連續性，會帶來控制信號的不連續等問題，從而影響控制系統的性能。因此增加自整定方法來調整控制器的控制參數，但必須考慮控制參數的收斂性。利用模糊PI自整定算法對輪缸壓力進行控制。結果表明，模糊PI自整定算法在EHB系統的整個工作區間都具有良好的控制效果。

為了彌補反饋控制的不足，引入基于查表法的前饋控制算法采用前饋+反饋控制的算法，提高了輪缸液壓力控制系統的響應速度。

除了采用PID控制算法設計輪缸液壓力控制器外，還提供了另外一種思路：即采用數表插值法來進行輪缸液壓力控制，對數表插值法進行了改進。首先分析了輪缸制動間隙對壓力調節的影響，發現制動問隙使得制動初始階段制動力的上升過程存在遲滯現象，且輪缸壓力變化的非線性化趨勢明顯。然后提出一種分段控制的方法，即將目標壓力大于1.2MPa 的區間采用數表插值法計算占空比，而小于1.2MPa的區間采用階梯法來計算占空比。試驗結果表明，考慮了遲滯特性的分段階梯查表法比采用單一數表法進行輪缸壓力調節的控制精度有所提高。

輪詢調度算法作為一個經典的調度算法由于其實現相對簡單，調度公平性比較好在計算機系統、網絡等方面有著廣泛應用。其工作原理如下：算法將控制器的處理時間分為時間片，分配給每一個進程。當被算法選中的進程進行完所分配的時間片后，無論該進程是否已經完成所要求的任務，算法都會暫時停止該進程，同時調度當前隊列中的下一個進程。而被算法暫時停止的進程會被排到隊列的末尾，等待下一次調度的執行。這樣就可以保證隊列中的所有進程在一個給定的時間段內均能得到執行，但會導致對優先級高的進程響應不及時的問題。采用輪詢調度算法調節輪缸液壓力。試驗結果證明系統的響應時間和控制精度對于車輛應用的可行性，但是還有進一步優化的空間。

Bang-Bang控制是一種非線性極值控制，其控制器的輸出只有最大和最小這兩種極限狀態。針對EHB系統的強非線性設計了Bang-Bang控制器來控制輪缸壓力。發現當存在系統內部參數攝動和外界隨機干擾的情況下，Bang-Bang 控制系統的振蕩比較厲害，穩定性較差。認為EHB系統實現對制動壓力的控制關鍵在于確定合適的PWM占空比。為了快速使實際壓力趨近于目標壓力，當實際壓力與目標壓力偏差較大時，采用Bang-Bang控制來調節占空比。

模糊控制算法可用來對輪缸壓力進行控制。實車測試表明，對于 25km/h以內的速度信號跟蹤，實際車速變化量在2.5 km/h上下波動，即車內乘員感受不到這一微小變化。但指出模糊控制系統在模型參數變化和外界隨機干擾的適應性不是很好，表現為系統響應超調量大，在保壓過程中出現大幅度的振蕩。

通過試驗發現若采用單一的Bang-Bang控制對EHB制動壓力進行跟蹤控制，輪缸的制動壓力會很快達到目標值，但制動壓力會在目標壓力附近反復波動，穩態誤差較大：若采用模糊PI控制對EHB制動壓力進行跟蹤控制，輪缸制動壓力的響應曲線在超調量和穩定性等方面都有較好的結果，但模糊PI的調節時間較長。為了使輪缸制動壓力能夠快速逼近目標壓力，同時還能使實際壓力精確地跟蹤目標壓力，設計了基于 Bang-Bang模糊PI控制算法的輪缸壓力控制器，能夠明顯改善系統性能。

采用魯棒 H∞ 控制算法設計了輪缸液壓力控制器，來提高系統的魯棒性，結果表明控制系統響應迅速、穩態誤差較小，但是超調量較大、波動較劇烈。因此需要優化魯棒控制器的設計，提高系統性能，減少超調量。遺傳算法是一種根據自然法則淘汰適應度差的解最后得到最優解的方法。采用遺傳算法對魯棒控制器的權函數進行優化。優化后系統的超調量減少了約50％，超調后能迅速回到平衡狀態，避免了波動和振蕩，而穩態誤差和響應時間幾乎沒有變化。當控制系統在模型參數變化和外界隨機干擾的情況下，系統的超調量保持在較小值，整個過程比較平穩。但是系統不確定性的存在，按照理想模型計算出的最優解在實際工程中往往不能保持最優，有時甚至會引起控制品質的嚴重下降。所以，工程中的控制系統不僅要「最優」，還必須具有在不確定性影響下保持「最優」的能力，即魯棒性和魯棒穩定性。

鑒于EHB系統存在強非線性的特點，采用神經網絡方法設計輪缸液壓力控制器，并提高控制系統的適應性。使用試驗獲得的數據樣本集對BP神經網絡進行訓練，以目標增壓速率、輪缸壓力、閥前后壓差為輸入通過離線訓練完成的線性閥神經網絡模型獲得控制電流，再通過反饋修正控制模塊確定控制信號的占空比。結果表明，系統各項性能均有顯著提高。

通過系統辨識獲得了EHB系統的預測模型，在廣義預測控制理論的基礎上設計了輪缸壓力控制器。結果表明，在系統參數時變的情況下應用該算法是有效的，并且該控制算法較一般的PID控制算法進一步提高了汽車的制動性能。在采用最小二乘法對模型參數進行辨識的基礎上，借鑒了多模型預測控制思想進行輪缸壓力控制器的設計，并指出模型參數變化對多模型控制器性能的影響不大。

自抗擾控制ADRC是一種不依賴系統模型的控制技術。它繼承了PID算法中基于誤差消除誤差的思路。不同之處在于，它能夠實時估計并實時補償系統運行時受到的包括內擾和外擾等各種干擾作用的總和，基于誤差反饋的非線性組合能夠實現理想的控制性能。將自抗擾控制技術應用于EHB系統的輪缸液壓力控制，完成了自抗擾控制器設計和參數調整。實車試驗結果表明該系統能夠取得理想的控制效果。

液壓力控制算法的優劣成為EHB系統能否實現精確快速液壓力調節的關鍵，也是能否與整車良好匹配的關鍵。

4. 電磁閥特性分析與控制

4.1開關閥

開關閥是通過主動控制電磁線圈產生的電磁力來開關閥口，其開關動作可以根據高低電平的互相轉換來實現。基于閥口開閉動作對EHB系統的開關閥進行控制，發現汽車低速行駛時能夠滿足駕駛需求。在對電磁閥的性能試驗研究的基礎上對在線控制的車身電子穩定系統ESP的液壓模型和反模型進行了研究，由ESP上層車身姿態控制器優化得到的預期壓力和當前輪缸實際壓力根據系統反模型求出各開關閥的開關指令。在研究原有ABS結構的基礎上提出了一種新型可控主動EHB，利用電磁閥的開關控制實現了制動防抱死控制功能。

發現在對ABS和EHB的液壓力控制中使用開關控制存在很大缺陷，制動壓力波動與滑移率波動相互影響。制動壓力波動影響舒適性和輪胎磨損等問題；滑移率波動影響制動安全性和穩定性。分析指出波動是由于電磁閥只有開、關兩種狀態，實現流量的連續控制難度很大。

從閥芯的機械運動機理、電磁閥驅動電流變化和線圈磁通的關系等角度提出了電磁閥驅動電流的確定方法，能夠更精確地控制電磁閥的開關動作。

4.2 高速開關閥

通過控制高速開關閥的開啟頻率或開啟時問可以近似調節通過閥的流量，即采用不同寬度的脈沖信號來控制閥的開關，可以使通過閥的平均流量Q_AVG與占空比成正比 。設Qmax 為閥全開時的流量，則閥的平均流量為：

通過電磁閥的流量與脈沖寬度成正比，與調制周期成反比。因此存在兩種方式調節流量，一種是脈寬調制（PWM），調節脈沖寬度；一種是脈頻調制（PFM），調節調制周期。由于高速開關閥的臨界頻率有限，因此PWM方式更適合高速開關閥。在其提出的EHB上基于PWM方式控制高速開關閥，在基本制動工況、防抱死制動工況中進行試驗，結果表明能夠主動控制輪缸壓力。

近年來優化了PWM控制方法。提出一種電磁閥控制方法，通過測量電磁線圈中的感應電流，確定閥芯的當前位置，與期望的閥芯位置進行對比，根據偏差確定PWM方式的占空比?；谄x度的概念采用PWM控制方法研究制動壓力增長速率對ABS控制效果的影響。通過制動試驗臺分析，使偏離度最小化的占空比能使制動壓力增長速率達到最優。結果表明該方法顯著提高了ABS控制效果。

PWM脈沖的頻率和寬度的選擇對輪缸壓力的調節效果有重要影響。調制頻率一般在 10～100Hz。調整PWM控制的占空比，使閥芯的平均開度保持在設定值，從而控制輪缸壓力。在10～100Hz這一低頻范圍內的PWM控制，通過高速開關閥的完全開和關，實現增壓.保壓的不斷循環，從而減慢制動壓力的增長速度，防止車輪迅速抱死 。介紹了PWM控制參數中占空比的選擇和頻率的選擇對ESC液壓回路整體壓力建立的影響。利用硬件在環測試臺對ABS系統電磁閥的不同周期和占空比下的輪缸壓力平均增長速率進行了研究。結果發現低頻范圍內PWM控制的缺點有：

壓力變化不是線性的，精確控制需要積累大量試驗數據；

由于電磁閥是完全開閉，這就導致噪聲和液壓力波動的問題。

通過有效調節控制脈沖的頻率和寬度，高速開關閥能夠近似線性地控制流量瞵引。利用實際主缸壓力、實際輪缸壓力和目標輪缸壓力這三個壓力之間的關系計算線圈中的初始電流和電流變化量，實現利用高頻信號控制電磁閥。

高速開關閥的響應速度越快，對流量的控制就越精細和平穩。對高速開關閥的控制機理進行詳細分析，得出結論：在確定高速開關閥PWM的控制參數時，應當綜合考慮控制信號的頻率、占空比與高速開關閥的響應速度以及線性工作區間之間的關系?？刂菩盘栴l率越低，對于具有確定開、閉響應時間的高速開關閥，其占空比工作范圍越寬，但控制效果越差。

但采用PWM控制電磁閥時，發現利用占空比對輪缸壓力變化速率進行調節的有效區間很小，所以需要采用其他電液比例控制方法。采用PWM控制進油閥、開關控制出油閥的方式對轎車穩定性控制系統的輪缸壓力進行控制。發現對于減壓閥PWM控制時不同占空比下得到的減壓梯度過于接近，很難實現減壓精確調節。為了獲得理想的減壓速率，對減壓閥采用PFM方法進行控制，結果表明減壓速率隨頻率變化明顯，通過PFM方式能夠有效控制減壓速率。

4.3 線性閥

采用線性閥能夠獨立平滑地控制四個輪缸的液壓力，并實現基本制動功能和ABS、ESC、TCS 等功能，以及最大程度地回收制動能量。提出了新型的EHB 架構，其ESC采用4個比例伺服閥，實現了更快、更精確的液壓力控制，并縮小制動距離。指出，由于用于對比例閥進行調節的 PWM 占空比和線圈電流近似呈線性關系，故采用控制算法實現了對溢流閥線圈電流的精確控制，從而間接地調節輪缸壓力。

線性閥的結構比開關閥更為精密，調節壓力變化速率時能夠控制閥芯懸停在一定位置，所以線性閥的控制方式與開關閥有本質區別。由于電磁線圈通電后溫度上升，線圈電阻會發生改變，因此線圈電流和PWM控制占空比的關系發生變化，造成閥芯的懸停位置發生變化。為精確控制輪缸壓力，使閥芯位置能夠懸停在原位置，在控制線圈電流的過程中，需要考慮溫度對線圈電阻的影響。指出線性閥的控制主要分為兩部分：控制電流生成模塊和反饋修正控制模塊。控制電流生成模塊是根據當前輪缸壓力、目標壓力變化率和閥口兩端壓差通過一定的控制算法得到線性閥的控制電流。反饋修正控制模塊是根據目標控制電流、閥口兩端的電源電壓和當前線圈電阻值得到線性閥的PWM 控制占空比。

（3）耦合/解耦

線控制動系統可實現制動踏板與制動輪缸的解耦。

（4）踏板模擬

需要采用特定裝置來模擬制動踏板感覺，保證給駕駛員傳遞制動反饋信息。踏板模擬器作為關鍵部件之一，需要更真實地模擬傳統制動踏板特性，因為駕駛員在長期的制動操作中，已形成使用這種帶真空助力形式的制動踏板的習慣。傳統的制動系統中，駕駛員在踩踏制動時，能夠感受到真空助力器以及液壓系統的反饋， 整車在不同制動壓力的驅動下，建立起相應的減速度，給駕駛員建立起制動踏板感。踏板踩踏速度、踏板力、踏板行程以及對應壓力和減速度的建立都影響制動踏板感覺。傳統的制動踏板感覺是基于制動樣件選型來調整， 每個企業也都有基于樣件的踏板感覺DNA。目前制動踏板感覺評價， 主要是通過主觀評價評分和客觀數據測試兩種方式。

國內外廠商和科研機構對線控制動系統踏板模擬器進行了大量的分析研究，提出了多種類型的踏板模擬器設計思路，根據踏板力模擬方式可分為主動式和被動式。?主動式踏板模擬器可以對踏板行程?踏板力特性進行實時調整，一般設計有獨立的信號反饋、控制系統及執行機構，結構復雜，多處于研究階段。設計的電子輔助制動系統進行了主動式踏板力補償分析，對踏板感覺進行了優化；提出了一種踏板感覺可控的踏板模擬器，并通過實例仿真分析了踏板特性的影響參數；設計了利用高壓蓄能器和氣體彈簧共同調節模擬器內壓力的制動踏板感覺模擬器。提出了一種基于磁流變液可控流變特性阻尼可調的制動踏板感覺模擬器。被動式踏板模擬器踏板行程?踏板力特性多通過特殊的機械結構實現，一般不能實時調整和補償，結構簡單易于實現。常見的形式有采用彈簧和橡膠體組合模擬傳統非線性踏板感覺，采用兩段或多段彈簧組合用分段線性模擬非線性踏板感覺，以及采用節流機構利用非線性液阻模擬非線性踏板感覺等。

踏板模擬器系統中各部件參數均可對踏板感覺即踏板行程?踏板力特性產生影響。分析了制動主缸活塞摩擦特性對制動踏板感覺的影響；在制動踏板感覺試驗研究中，提出了影響制動踏板感覺的因素；設計了一種組合彈簧式踏板感覺模擬器，仿真分析了活塞阻尼系數、推桿回位彈簧預緊力、電磁閥最大通流面積和助力比等參數對踏板力?行程曲線的影響。以上研究多通過理論和仿真的方法驗證模擬器設計，或是結合仿真與試驗進行踏板感覺模擬影響因素分析，并未針對實際產品進行設計改進及驗證。特別地，將模擬器常閉電磁閥作為先導控制功能的閥控踏板模擬器研究未見報道。

BBW系統取消了踏板和主缸之間的機械連接，踏板力需要用通過模擬器或算法模擬的方式提供給駕駛員，踏板力模擬的好壞決定了BBW系統品質的優劣。目前主要的研究集中在實驗方法，一般是通過對大量的實驗數據進行分析歸納，得到踏板力與踏板行程和車輛狀態之間的關系，通過彈簧或作動器對踏板力進行模擬。 線控制動踏板感覺從基于樣件調整到從零開始設計模擬。完全的設計模擬，可調整范圍就相對寬泛，不會受限于樣件選型，可以靈活設計調整踏板感覺曲線。一方面可以去模擬傳統制動系統的踏板感覺， 另一方面也可以讓消費者適應新的踏板感覺。甚至可以將制動踏板和油門踏板集成， 完全通過電子化的設計以及能量回收的配合來建立新的踏板感覺。是否需要沿用傳統車的制動踏板感覺標準和開發模式，這是線控制動的全新選擇。

線控制動系統踏板感覺模擬器設計與改進

設計開發一種線控制動（EHB）系統樣機，選取不同過流孔徑的踏板模擬器常閉電磁閥進行踏板行程?踏板力對比試驗. 結果表明：當將單個電磁閥直接接入踏板感覺模擬器回路時，隨著制動力加載速度的提高，會產生實際制動踏板行程?踏板力關系曲線偏離目標曲線的問題，并且電磁閥孔徑越小，偏離越大，借助于數學推導得出電磁閥過流孔徑與踏板速度響應之間的理論關系。設計一種液壓先導閥加入到踏板模擬器回路中，以提高系統通流能力和踏板速度響應，液壓先導閥由原回路中的電磁閥控制。對改進的踏板模擬器回路進行仿真及試驗，結果均表明：改進過的回路可較好地實現踏板行程?踏板力曲線精度，曲線受踏板力加載速度變化影響小，同時可使模擬器常閉電磁閥工作功耗更低，提高了系統的可靠性.

自行設計的一種線控制動系統樣機進行踏板行程?踏板力特性試驗分析，針對因模擬器常閉電磁閥過流孔徑偏小而造成的踏板行程? 踏板力曲線隨踏板速度偏移的問題，提出一種改進設計方案并通過仿真及試驗驗證其可行性.

1 ? 制動系統踏板力特性分析

1.1 傳統制動系統踏板力特性

傳統液壓制動系統踏板行程與踏板力的關系曲線如下圖所示，圖中S為踏板行程，F?為踏板力.?a-b?段：主要消除踏板的自由行程，踏板位移較大，踏板壓力沒有明顯增加；b-c?段：真空助力裝置起作用，踏板壓力隨踏板位移增加而變大；c-d?段：真空助力比達到最大值并恒定，踏板壓力隨踏板位移變化較大. 在實際制動過程中，中小強度制動時，達到最大制動壓力所需的踏板位移較大，即特性曲線斜率較小，踏板壓力隨踏板位移變化均勻，制動穩定舒適；緊急制動時，達到最大制動壓力所需的踏板位移較小，即特性曲線斜率較大，踏板壓力隨踏板位移變化急劇增加，制動響應迅速.

?傳統液壓制動系統踏板行程?力特性曲線

Pedal stroke-force curve of traditional hydraulic brake system

1.2 ? ?線控制動系統踏板感覺模擬器設計

設計開發一種線控制動系統（wire brake system，WBS）踏板感覺模擬器，原理如圖 2 所示.

常規制動工況下，駕駛員踩下制動踏板，控制器通過讀取踏板角度信號確認車輛制動需求，常開型制動主缸隔離電磁閥上電關閉，模擬器常閉電磁閥上電打開，制動主缸油液通過模擬器常閉電磁閥進入模擬器主缸，并由制動主缸和模擬器主缸共同作用反饋合適的制動腳感. 線控制動系統的制動力源由電動柱塞泵提供，并由高壓蓄能器儲壓，以減少油泵工作次數并提高系統壓力速度響應. 控制器通過判斷踏板角度傳感器等信號，控制電磁閥開度及柱塞泵工作，按照控制邏輯控制線控制動系統輸出相應制動力，此時制動踏板和制動力是完全解耦的；如果線控制動系統發生故障，進入備用制動狀態，控制器控制制動主缸隔離電磁閥斷電打開，模擬器常閉電磁閥斷電關閉，模擬器停止工作. 此時制動油液通過制動主缸和制動主缸隔離電磁閥直接進入備用制動回路，提供車輛備用制動力。

如圖 2 所示，在模擬器主缸中設置 2 段彈簧，分別模擬圖 1 中?b-c?段和?c-d?段的踏板力特性. 不考慮空行程及制動過程中流體壓力損失，制動主缸活塞及模擬器主缸活塞運動方程滿足：

2 ? 試驗分析與改進設計

2.1 ? ?試驗條件及主要參數

試驗在萬向 WBS 試驗臺架上展開，不考慮油溫變化導致的油液黏度變化（室溫條件下進行），臺架測試原理如圖 4 所示.

測試方法：模擬器常閉電磁閥通電，踏板力加載速率 15~25 N/s.

記錄數據：記錄踏板轉角傳感器數據、踏板力傳感器數據，每組試驗記錄 3 次.

由于空間布置、功率、發熱量等實際要求，模

2.2 ? ?試驗結果分析

2.2.1 ? 踏板力加載速度為 15 N/s 的試驗結果　試驗中踏板力加載速度為 15 N/s，試驗結果如圖 5 所示. 試驗中裝配過流孔徑分別為?Φ0.7、Φ1.0 mm 模擬器常閉電磁閥的樣機第一段彈簧曲線均出現了偏移，踏板力偏大；而直接短接開閉電磁閥通路（孔徑?Φ2.8 mm）與目標值貼近較好；裝配?Φ0.7 mm 孔徑開閉電磁閥的樣機曲線在第一段出現了明顯了非線性特征。

2.2.2 ? 踏板力加載速度為 25 N/s 的試驗結果　試驗中踏板力加載速度為 15 N/s，試驗結果如圖 6 所示. 隨著踏板加載速度加快：裝配過流孔徑分別為?Φ0.7、Φ1.0 mm 模擬器常閉電磁閥的樣機第一段彈簧曲線偏移和非線性特性愈加明顯，并且隨著電磁閥過流孔徑變小，偏移量和非線性化愈加明顯；直接短接開閉電磁閥通路（孔徑?Φ2.8 mm）與目標值貼近較好，受踏板力加載速度影響小.

試驗結果表明：模擬器常閉電磁閥過流孔徑參數對踏板模擬器?S-F?試驗結果影響顯著，隨著制動力加載速度提高，其液壓阻尼力變大，踏板感變硬，影響制動舒適性；在緊急制動時，踏板不能及時踩下，導致控制器接收到的制動力請求不足，極大影響行車安全性.

2.2.3 ? 踏板特性影響因素理論分析　由試驗分析可知，當前模擬器開閉電磁閥過流孔所產生的液壓損失不能忽略，應考慮過流孔徑影響，建立如圖 7 所示的踏板模擬器簡化分析液路圖.

考慮管徑突變及小孔節流產生的壓力損失，根據伯努利定理和流量連續性方程，制動主缸油壓?pc?與模擬器主缸油壓?ps?的壓力損失關系為

式中：ρ?為制動液密度，Dt?為模擬器常閉電磁閥前管路內徑，Cv?為模擬器常閉電磁閥流量系數，Dv?為模擬器常閉電磁閥阻尼孔直徑，Dn?為模擬器常閉電磁閥后管路內徑，ke?為?Dt?負相關系數，ke'為Dn?負相關系數.

將當前設計參數代入式（4），并根據試驗結果確定常量?C?的取值，用作圖法可得到電磁閥阻尼孔徑對踏板速度響應的影響曲線，如圖 8 所示. 為提高踏板感模擬曲線精度，應提高實際系統到達理論無阻尼踏板速度的響應時間. 從圖中可以看出，模擬器電磁閥阻尼孔徑對速度響應具有高階影響系數，增大電磁閥的阻尼孔徑，即提高其過流面積，能顯著提高踏板速度響應.

2.3 ? ?改進設計及仿真分析

2.3.1 ? 改進方案設計　

重新開發的滿足要求的大過流孔徑電磁閥理論上可消除上述試驗問題. 但考慮到電磁閥產品開發周期較長，性能及可靠性短期內難以完成驗證，同時需要與控制器、閥體重新匹配，是一個系統性問題，因此，考慮將當前電磁閥作為先導控制閥使用，充分利用當前開發成果。改進設計方案原理如圖9和10所示。

常規制動工況：模擬器常閉電磁閥通電打開，踩下制動踏板后制動油液通過電磁閥進入液控開閉閥控制口，油液首先通過回流排氣孔進入模擬器主缸排氣并推動模擬器主缸形成初始踏板力，當制動踏板力繼續加大足以克服液控開關閥彈簧回復力時，主閥芯閥口打開，制動油液進入模擬器主缸. 松開踏板后，制動油液可通過主閥芯閥口和回流排氣孔回制動主缸. 特別地，當踏板力超過一定小行程（足以克服液控開閉閥彈簧回復力打開主閥口）時，可關閉模擬器開閉電磁閥，因出油口壓力與液控開關閥控制口連通，仍然能保證主閥口打開，這可在實際中降低模擬器開閉電磁閥通電

工作時間，有利于控制電磁閥發熱量并提高可靠性.?

2.3.2仿真分析優化　

建立原設計及改進設計仿真模型如圖 11 所示. 根據空間布置限制及工程設計經驗確定液控開閉閥通徑為?Φ10 mm。

踏板模擬原設計仿真模型踏板行程-踏板力仿真結果如圖12所示。模型中模擬器常閉電磁閥過流孔徑選定為Φ1.0mm. 仿真結果表明：踏板力加載速度越快，曲線非線性特性越明顯，這主要是由于電磁閥過流孔徑過小，與之前試驗結果趨勢相同。如圖 13所示為

所設計的液控開閉閥主閥口初始密封量對踏板加載?S-F?特性曲線的影響：初始密封量過大會造成初段踏板力變大，并引起?S-F?特性曲線前段突變；如圖14所示為回流排氣孔徑對踏板回程（踏板力為 0）踏板行程的影響：在踏板回程后段，回流排氣孔徑過小，會造成后段踏板回程不夠順滑，但基本不影響踏板回程速度。

同時利用 AMEsim-Optimus 優化模塊對所設計的液控開關閥進行參數尋優，并根據工程實際設定取值范圍. 優化后該閥回復彈簧剛度選定為 0.3N/mm，預緊力為 0.3 N，回流排氣孔直徑為?Φ2.8 mm。

對參數優化后的改進仿真模型施加相同的踏板力，仿真結果曲線如圖 15 所示. 仿真結果表明：改進設計仿真結果與目標曲線吻合度良好，受踏板力加載速度影響小，這主要是因為液控開閉閥有較強的通流能力，并可根據踏板力大小調節主閥口開度. 改進設計相比原設計，在不同踏板力加載時間下，踏板速度響應均有明顯改善，如圖 16 所示. 在踏板改進設計仿真模型中施加如圖 17 所示周期性踏板力，sole 表示電磁閥的開閉狀態：0 表示斷電，1 表示通電. 在 A 段周期內，模擬器常閉電磁閥上電

打開，踏板模擬器正常工作；在 B 段周期內，模擬器常閉電磁閥斷電關閉，模擬器停止工作，踏板僅輸出固定空行程；在 C 段周期內，模擬器常閉電磁閥在前 1 s 內上電打開后關閉，踏板模擬器可依然保持正常工作. 這一特性可縮短開閉電磁閥工作時間，從而降低電磁閥負荷及發熱量，提高了系統可靠性.

3 ? 改進方案試驗驗證

對采用改進方案設計的線控制動系統樣機進行實車試驗測試，試驗情況如圖 18、19 所示. 試驗結果表明，該優化設計較好地實現了踏板行程? 踏板力特性曲線跟隨.

改進前、后的踏板模擬器踏板行程?力特性進行了記錄和對比如表 1 和 2 所示. 表中：Fori?為改進前對應踏板位置的踏板力，Fimp?為為改進后對應踏板位置的踏板力，Eori?為改進前對應踏板位置的踏板力誤差或誤差百分比，Eimp?改進后對應踏板位置的踏板力誤差或誤差百分比，Rori?為改進前對應踏板位置的踏板力評價結果，Rimp?為改進后對應踏板位置的踏板力評價結果：NG 為不合格，OK 為合格.

（5）主動制動

上層策略根據當前車輛狀態和駕駛員操作，向BBW系統發出制動請求，BBW系統則需要準確、快速地響應這個請求。主動制動旨在提高車輛的穩定性和安全性，高級駕駛輔助系統(ADAS)、緊急制動系統 (AEB)及自動駕駛等都使用到了這一功能。目前，所有關于主動制動的研究基本分為基于經驗設計的方法和基于動力學模型計算的方法。幾乎所有常見的控制算法都可以其中找到應用，如PID算法、最優控制、魯棒控制、滑?？刂?、模糊控制、神經網絡控制、模型預測控制。

（6）制動能量回收

傳統燃油車的制動系統由制動踏板、真空助力部件（EVP）和防滑控制部件（ESP、ABS）等組成，沒有制動能量回收功能，如果在電動汽車上使用會浪費掉大量的制動能量。線控制動系統（E-Booster）利用線控制動系統控制器和線控制動系統執行器（主要是伺服電機系統）代替了真空助力部件，將有效地解決傳統制動系統制動能量無法回收的痛點。

純電動汽車或混合動力汽車在回饋制動過程中，主缸制動液暫時儲存在蓄能器內，此時液壓制動不介入，控制器根據踏板行程信號向電機發送相應的制動扭矩請求，實現主缸與輪缸的解耦，利用電機制動實現能量回收。若再生制動力不足以產生駕駛員所期望的制動減速度，低壓蓄能器內的液壓制動液將被推至制動輪缸內，此時系統工作于機電復合制動模式，并在整個制動過程中傳遞一致的制動踏板感覺，實現制動力的深度解耦。為了保證回收效率，將對電機制動與機械制動力矩進行解耦，實現機電復合制動的雙向協調控制，如下圖所示。

制動能量回收控制原理

從功能上看，電動汽車要實現制動能量回收，制動系統須由電動機回饋制動和另一種制動形式共同作用。由于電動機制動的特性以及回收能量最大化的需求，液壓制動系統的制動力必須實時可調。

與制動力通過液壓制動力及回饋制動力協調控統制動系統相比，線控制動系統取消了真空助力制動，可滿足電動汽車及混合動力汽車的再生制動器，具有結構簡單、制動響應快、控制精度高等系統需求，具有很好的發展前景。

因此線控制動是必然的發展方向。

制動能量回收系統的協調分配電制動力矩和制動力矩是關鍵技術之一，控制策略的研究基本圍繞這一點展開。

在駕駛員制動時，線控制動系統控制器依據動力總成的工作狀態和駕駛員的制動需求控制電機實施電制動，電機制動力不足部分通過液壓制動進行補充。 制動過程中踏板行程模擬器會將踏板力和輪缸壓力進行解耦，使電機電制動部分的能量得到回收，提升整車的續航能力，還改善了駕駛員制動過程的舒適性。此外，線控制動系統通過其控制器與智能駕駛（ADAS）零件進行交互，可以實現響應智能駕駛部件的制動需求。

（7）制動控制

是自動駕駛執行系統的重要部分，目前ADAS與制動系統高度關聯的功能模塊包括ESP（車身穩定系統）/AP（自動泊車）/ACC（自適應巡航）/AEB（自動緊急制動）等。電動汽車上與線控制動系統直接關聯的零件有整車控制器（VCU）、電機控制器（MCU）、智能駕駛部件（ADAS）和防滑控制部件（ABS、ESC）等。

線控制動系統與各個模塊的高度關聯

（8）線控制動功能安全

2.3. 安全冗余

是永恒的發展任務，電信號傳遞更快、更可拓展，但是不如機械連接穩定。制動系統和自動駕駛對線控制動提出了兩個層次的冗余要求：

1）制動系統本身必須具備可靠的安全失效模式。在L3+級別自動駕駛尚未放量的當下，線控制動需求來源主要是新能源車型，安全穩定才是剎車系統的第一要務。EHB采用可靠的機械備份，即車載電源失效時啟用純液壓助力，這也是EHB容易被市場接受的關鍵因素。

2）自動駕駛必須具備電子冗余，不能單純依靠機械冗余，否則要求駕駛員在段時間內接管車輛就會陷入責任劃分的泥潭。因此，自動駕駛車型使用線控制動至少需要電子冗余+機械冗余的雙安全失效模式才能滿足法規要求。ESP并非可靠的安全失效模式，本田CR-V發生過ibooster和ESP同時故障的案例。博世最新一代IPB新增RBU冗余制動單元、伯特利WCBS+雙控EPB則是對應L3+級別自動駕駛的電子冗余方案。

高可靠性實時容錯控制系統結構設計
BBW系統的應用一直受到安全可靠性的較大影響, 因為任何一個電子信號的失效都可能會帶來一個災難性的后果, 而且在BBW系統之中, 不再擁有獨立的備用制動系統, 這就對其設計的安全性有了更高的要求, 使其必須安全、實用并且是可維護的。雖然可以通過可靠性分析、事件樹分析、故障樹分析、危險分析等方法提高BBW系統在設計階段的安全性, 并且通過有效的質量控制手段保證生產質量, 但是還是不能有效的防止某些故障的出現。
因此為了保證系統的安全性, 需要提升系統的容錯功能, 最合適的辦法就是對系統的元件、單元和子系統, 甚至是軟件進行冗余設計, 通過這樣的方式能夠是實現有效的系統容錯結構設計, 提高系統的安全可靠性, 但是同時也會提高系統的成本, 因此設計時實現高安全性、成本、空間和重量等多方面因素的均衡。 （9）車載網絡通訊技術 BBW系統是一個安全關鍵性分布式實時控制系統, 對于安全性和可靠性有著非常高的要求, 因此要求車載網絡協議必須要具備高速率、可靠和支持容錯等方面的性能, 而且消息的傳輸時間的實時和確定性也是其必備的條件, 只有這樣才能夠準確的完成實時性要求很高的控制任務, 諸如嚴格時序和參數定時刷新等，線控系統對車載通訊網絡提出了新的性能需求。針對這樣要求, 需要進行嵌入式實時控制系統的網絡設計。嵌入式實時控制系統存在兩種模式, 分別是事件觸發和實踐觸發,?目前基于事件觸發的總線系統將會不能滿足新的需求，尤其是系統對通信的高速率、可靠性、容錯支持以及滿足消息傳輸實時和確定性的要求。當前的研究結果表明, 基于時間觸發的確定性通信網絡協議在安全關鍵性實時控制方面的應用更具優勢?；跁r間觸發的確定性的通信網絡協議是滿足安全關鍵性實時控制的最佳選擇。目前有TTCAN，Byteflight，FlexRay，TTP/C 等通信網絡標準。在BBW系統中應用最多的是 FlexRay，TTP/C 兩個網絡協議。TTP/C 是專門為安全關鍵實時控制系統而設計的通信協議，基于TDMA (Time Division MultipleAccess)的訪問方式，能夠支持多種容錯策略，提供容錯的時間同步以及廣泛的錯誤檢測機制。FlexRay是專為車內局域網設計的一種具備故障容錯的高速車載總線系統，基于時間觸發的機制，具有高帶寬、容錯性好等特點，在實時性、可靠性以及靈活性等方面優勢明顯。FlexRay有兩個信道， 最高速率都可以達到10Mbps，能更好的實現冗余，使得消息具有容錯能力。?Flex Ray協議具備同步時基、確定性、容錯等特性。 目前看，車載通信網絡技術的應用商業化還在雛形，CAN通信仍占主導。但是隨著智能汽車的發展，車載通訊網絡的變革也將很快出現。 （10） 傳感器技術 制動系統傳感器如踏板力、行程、扭矩、溫度、 電機轉角位移等傳感器， 這些傳感器對制動系統的控制執行有著至關重要的作用。傳感器不僅包含制動系統傳感器，同時還包括整車速度，轉速以環境感知傳感器。? 未來的制動系統一定是智能主動制動系統，能夠依據精確、 分辨率高傳感器信息來感知、 控制決策、動態執行。因此成本低、可靠性好、精度高、體積小的傳感器是發展線控制動系統的關鍵技術之一。多功能化、智能化、集成化的傳感器并和計算機芯片集成是未來發展趨勢。 （11）車用電源系統
BBW制動系統對于電源得需求較傳統制動系統較高, 需要42V的驅動力才能夠滿足驅動力要求, 有效的預防緊急制動情況下出現電量不足的問題；而且42V電源通過進行良好絕緣處理, 能夠有效的防止出現線路接觸不良的問題, 有效的提高控制系統的安全性。

智能汽車線控制動系統開發

在TBS和ESC協調控制下，TBooster保證踏板感，而ESC將進行液量分配與制動力的分配，同時展示了協同控制系統邏輯圖。

面向下一代智能汽車的線控制動系統解決方案：T-Booster與ESC深度耦合制動系統

-1.T-Booster系統

為此研發了一款不依賴于真空源的主被動一體化電動助力制動系統（T-Booster），為新能源汽車、ADAS、自動駕駛技術等提供模塊化、可擴展的制動系統解決方案，其外觀如下圖所示。

T-Booster三維模型

T-Booster利用電機及傳動機構代替真空助力器來實現制動助力功能，通過電機來推動制動主缸活塞，可迅速建立所需的制動壓力并對其進行精確調節，實現主動制動功能。與典型的ESC系統相比，T-Booster建立制動壓力的速度更快，系統工作壽命更長，滿足連續下長坡等需要制動系統長時間工作的工況。

1.1電動助力性能

下圖為人工駕駛的緊急制動工況下主缸液壓的響應特性及制動推桿的行程曲線，在主缸內建立10MPa壓力耗時150ms。

主缸壓力－推桿行程曲線

下圖為不同助力比對應的主缸壓力—踏板力特性，可根據不同車型及駕駛員主觀意愿調整助力比，以調整制動踏板腳感。

T-Booster助力特性

T-Booster可以通過助力控制提供接近于真空助力制動系統的踏板感覺，下圖為與原車真空助力制動系統的對比。

主缸壓力－踏板力曲線

主缸壓力－推桿行程曲線

1.2?主動制動性能

T-Booster的瞬態響應特性影響著車輛的制動安全性能，下圖為T-Booster主動增壓的制動主缸壓力響應曲線。主缸壓力從0建立至10MPa所需要的時間大約為0.2s，壓力穩態跟蹤誤差小于0.1MPa。

主缸壓力階躍信號響應曲線

主缸壓力階梯信號響應曲線

1.3?線控制動性能

T-Booster控制器接收目標主缸壓力后，解算并發送電機控制命令，實現目標制動壓力的跟隨控制。下圖為線控制動過程中的推桿行程獲取以及制動壓力的跟隨控制效果。在整個制動過程中，主缸實際壓力始終較好的跟隨理想制動壓力變化。

推桿行程估計

制動壓力跟隨控制

-2?T-Booster與ESC耦合制動系統

2.1?耦合制動系統

T-Booster與ESC深度耦合的線控制動系統具備更高的響應速度和控制精度，匹配費用與博世相比大幅下降。當T-Booster系統發生故障或車載電源不能滿負載運行時，ESC系統可以迅速提供制動實現第一道安全失效備份；當車載電源失效時，T-Booster系統依然可以通過純機械方式建立制動壓力，實現第二道安全失效備份。

下圖為耦合制動系統的結構圖，T-Booster可以單獨實現電動助力制動及主動制動功能，T-Booster和ESC結合可以實現線控制動、制動能量回收及雙安全備份制動功能。

T-Booster與ESC耦合制動系統結構圖

2.2?制動能量回收

下圖為T-Booster與ESC耦合制動系統制動能量回收試驗曲線。圖中紫色線是踏板力，當踏板力較小時，單獨由電機進行回饋制動。當踏板力大于一定程度時，表示駕駛員期望制動力矩較大，電機再生制動力矩無法滿足需求，此時液壓制動介入。

制動能量回收試驗曲線

五、分類

由于技術發展程度的局限，目前出現的線控制動系統是電子制動系統，根據乘用車線控制動系統的實現形式不同，根據實現的難易程度分成了兩條技術路線,目前線控制動系統可分為電子液壓制動EHB系統和電子機械制動EMB系統兩類。

（1）電子液壓制動系統EHB

1）EHB從結構上分：

整體式：總泵踏板單元、主動增壓模塊、壓力調節模塊集成在一個部件內。

分體式：總泵踏板單元和主動增壓模塊集成在一個模塊中，分泵壓力調節作為另一個單獨模塊。

2）EHB系統目前主要有兩種：一種由液壓泵和高壓蓄能器提供動力源（P-EHB），P-EHB系統ECU獲取制動信號后，向電動液壓泵發出相應的電信號，將足夠的制動液泵入高壓蓄能器，利用高速開關閥實現車輛的制動；另一種由電機和減速機構為動力源（I-EHB），同時集成電控模塊。I-EHB系統主缸液壓力由電機通過減速機構提供，電機接收來自控制器的制動信號，經過減速機構直接推動主缸活塞對制動主缸進行建壓。相較于P-EHB，I-EHB結構更加緊湊、響應快速，更易于集成諸如EPB、ESP等多種主動安全功能，解耦單元使得整套系統靈活制定制動方案，不僅節約了成本，更可縮短車輛的開發周期。

3）三種典型的EHB系統，第一個是博世的SBC系統，它是一個最典型的EHB系統，常規制動時備用閥打開，通過控制增壓泵與減壓閥的通斷狀態來完成輪缸制動液的增壓和卸壓工作。常規制動失效后，控制器會打開備用閥，啟用備用的制動系統，通過踩踏制動踏板，可以對兩前輪進行制動；第二個是豐田的ECB系統，整體結構上原理上跟SBC是類似的，應該說所有的EHB系統基本上原理都是類似的，但是豐田這里有一種全新的設計，因為前制動器的缸徑一般都比后制動器的缸徑大，那么它在制動完成之后，液壓開始降壓回流的時候，這時前輪回油管路油的流速和后輪的流速是不一樣的，兩個回油管路的結合處，因為流速的不一樣，豐田認為會產生一種脈沖，這種脈沖會隨著后制動器的回油管路逐漸傳遞，造成很大的噪音?；谶@個考慮，在后制動器回油管路上增加一個脈沖的抑制裝置，叫做阻尼設備；第三個是清華大學的DEHB系統，這個系統主要針對分布式驅動，主要有一個全新的設計，增加了一個保壓閥的設計，在每個輪缸的管路上都增加了保壓閥，達到一定的壓力之后，它可以保持這個壓力，這個時候電機就不用持續工作了，可以減少電機的工作負荷。

4）按照踏板的解耦形式又可以分為全解偶和半解耦方式。

5）目前EHB有著不同的實現形式，按照ESC、ABS系統等功能是否和電子助力器集成的一體化形式，分為 One-Box形式和Two-Box兩種技術類型。One-Box為EHB集成了ABS/ESP，只有一個ECU，新一代IPB則為one-box方案；而Two-Box需要協調EHB ECU和ESP ECU的關系。以two-box方案的ibooster為例，必須和ESP hev配合才能與踏板解耦，采用協調式能量回收策略。

6）EHB根據技術方向還分為三類：

①電動伺服：電機驅動主缸提供制動液壓力源，代表產品Bosch Ibooster, NSK

②電液伺服：采用電機+泵提供制動壓力源，代表產品Continental MK C1, 日立

③?電機+高壓蓄能器電液伺服：ADVICS ECB

以上關鍵部件包括：電機、電磁閥、油泵、電液控制單元、蓄能器，這些部件集成在一起，形成了機電液集成程度非常高的EHB產品。

（2）電子機械制動系統EMB

1）電子機械制動器按其結構特點和工作原理可以分為無自增力制動器、自增力制動器兩大類。

①無自增力制動器：

電動機通過減速增矩的機械執行機構產生夾緊力作用到制動盤上，制動力矩與制動盤和摩擦片之間的壓力、摩擦系數成線性正相關，控制驅動電機軸轉角大小即可實現對于制動轉矩的控制，控制系統相對簡單，制動器的工作性能穩定，但對于電機的功率要求較高，因而尺寸較大，如下圖所示。

無自增力制動器

無自增力制動器結構圖

②自增力制動器：

在制動盤與制動鉗塊之間增加一個楔塊，制動工作時，制動盤的摩擦力使楔塊進一步楔入制動盤和制動鉗塊，增大夾緊力，產生更強的制動效能，從而產生自增力效果，故又稱為電子楔塊制動（EWB，Electronic Wedge Brake），這一類制動器中，電機驅動楔塊移動，與摩擦片接觸后，自增力機構作用使壓力增加，產生更強的制動效能，因此電機的功率較小，裝置的體積和重量也較小，但 EWB 的制動效能取決于楔塊的工作狀況，因此對楔塊的工藝及精度要求很高，不易加工。而且其制動穩定性相對較差，難于控制。如下圖所示。

自增力制動器

自增力制動器結構圖

2）按照制動器執行結構的盤式或者鼓式之分，EMB又可以分為機電盤式制動器 (Electro-Mechanical Disk Brake) 和機電鼓式制動器 (Electro-Mechanical Drum Brake)。目前更多的機構選擇的是機電盤式制動器。

3）EMB從執行機構的差別上可以分成兩類，第一類是電動機驅動執行機構然后作用到制動盤上；第二類是在前者的基礎上增加一個自增力機構。第一類的典型代表是Continental Teves公司研發的制動器，German Aerospace Center的E-Brake屬于后者。兩類EMB各有優缺點，前者結構和控制都比較簡單，制動過程更穩定；但由于電動機提供全部的制動推力，要求電動機必須輸出很大的功率，這就造成了電動機體積、質量、能耗都比較大。后者由于增加了自增力機構，可以利用汽車的動能增加制動力度，所以驅動電動機的功率可以大幅降低，其能耗比前者減少83%，體積和質量也比前者??；不過由于多了自增力機構，制動控制的難度變大，制動穩定性也變差了。

六、優缺點 1.傳統制動系統已難以滿足當今汽車智能化、電動化對制動系統提出的新需求，線控制動相比傳統的液壓系統有明顯的優勢，將使得線控制動技術取代傳統的以液壓為主的制動系統，成為未來制動系統的主要發展方向。 汽車線控制動技術具備獨特的特征與優點，主要優勢和隱患體現在以下幾個方面： ①該技術能夠降低對駕駛人員精力的消耗，在提高其駕駛舒適度的同時，增加了安全性。 ②此項技術能夠為汽車行業的發展帶來新的方向，提供了更廣闊的設計空間，不僅能夠促使設計方向更加個性化，還能提升性能，吸引更多的顧客。 ③此項技術能夠大量減少維護所消耗的費用，也減少了維護所用的設施。但在現階段，電子設備還具有一定的安全隱患，比如當電路失效后，很有可能導致油門的控制失靈、或是無法安全制動等，因此，今后的發展和研究要重點關注其安全性能，從而更好地提升車輛行駛的可靠性。

如下幾個傳統制動系統的痛點，恰恰是線控制動的優勢，

①不受真空度的限制，所以不會因為海拔高度升高而制動變硬的情況； ②踏板感可調，可以根據主機廠踏板感DNA調節出對應的踏板感覺； ③主動制動響應較快、對于ACC/AEB工況的適應性更強； ④具有很好的制動冗余（Two-Box）滿足L3制動駕駛的需求 ⑤能量回收優于ESP Hev方案 與傳統的制動系統相比, 線控系統具有十分明顯的優勢,?具有以下優點：

①系統結構簡單更簡潔了，整車質量低。

②線控制動系統具有精確的制動力調節能力，是電動汽車摩擦與回饋耦合制動系統的理想選擇。

③便于擴展和增加其它電控制功能?；诰€控制動系統，不僅可以實現更高品質的ABS/ESC/EPB等高級安全功能控制，而且可以滿足先進汽車智能系統對自適應巡航、自動緊急制動、自動泊車、自動駕駛等的要求。

④導線取代了液壓管路，不存在由于管路冗長帶來的制動滯后問題。（EMB） ⑤無制動液，易于維護。由于沒有使用制動液, 而且結構也比較簡單, 因此其維護工作比較簡單, 而且系統的耐久性也比較好, 從環保角度看也比較優秀。（EMB） ⑥與傳統真空助力制動系統相比，線控電子液壓制動系統具有高性能主動制動、大幅提高制動能量回收率、制動感覺可調、集成度高、擴展性強等諸多優勢（EHB) ⑦可以使用具有容錯功能的車用網絡通訊協議。

⑧使車輛制動控制的魯棒性得到了增強。系統中車輛每個輪子上都會配備獨立的制動控制器, 因此能夠通過更好的算法來完成制動力控制, 從而保證制動控制系統能夠應對較為復雜工況條件。

這些優勢使得線控取代液壓成為了未來的趨勢，但在技術方面存在的諸多問題，也導致了線控發展的緩慢。其中有幾個也是線控制動系統最大的目前沒有辦法完全實施量產化的最大的制約因數。

2.電子液壓制動系統EHB有許多優勢，

①傳統的制動系統在長期使用后，由于各部件的磨損和變形，會導致制動性能的衰退。而EHB會利用算法彌補部件的磨損和變形，使制動性能長期處于良好狀態。

②EHB可以根據各個車輪的轉速和附著力為其分配最合適的制動力，十分方便實現四輪制動分別控制，這就做到了制動的高度靈活性和高效性。

③EHB不但能夠提供高效的常規制動功能，還能發揮包括ABS在內的更多輔助功能。

④EHB無發動機提供真空助力，體積更小、重量更輕，EHB內部沒有運行真空助力器所需要的真空生成裝置，結構更簡單緊湊，發動機艙內的可用空間將增加。

⑤EHB的一切均為電氣控制，能夠實現制動器的電動驅動，響應也更加迅速，與標準的真空助力器系統相比，反應速度更快，產生的摩擦力也更大，提供的性能更為穩定，EHB在緊急情況下的制動力更強，并且產生的制動速度也更快，并可在應對道路緊急情況時縮短響應時間，提升駕駛員與乘客的安全保障。EHB具備高性能主動制動、高效率制動能量回收、制動感覺可調、高集成度、高安全性、擴展性強等諸多優勢，可完美取代真空助力器、電子真空泵、真空罐等傳統制動系統部件。

⑥EHB通過軟件容易集成ABS、?TCS、ESC等輔助功能，兼容性強，可以進一步提高行車的安全性及舒適性。

⑦EHB系統仍保留了傳統的液壓管路部分，是電子和液壓相結合的產物。與傳統的液壓或氣壓制動系統相比，EHB系統增加了制動系統的安全性，使車輛在線控制動系統失效時還可以進行制動，由于具有冗余系統，安全性在用戶的可接受性方面更具優勢；EHB在高級駕駛輔助系統方面也有優勢，并且踏板解耦，能夠主動制動以及能量回收，使電動汽車EV在制動能量回收（即將制動系統的能量帶回電池）方面具有顯著優勢；EHB為整車控制提供了更迅速更精確的執行器，但其對液壓力控制的精度和控制算法的魯棒性要求也進一步提高；與傳統制動系統相比，EHB系統主動控制在制動工況中的所占比重越來越高。

⑧EHB是在傳統的液壓制動器基礎上發展來的，此類型產品成熟度高，相對來說開發、驗證難度不大。

3.EHB缺點： 備用系統中仍然包含復雜的制動液傳輸管路，液壓系統結構復雜，使得EHB并不完全具備線控制動系統的優點；容易發生液體泄漏，有一定的泄露風險,存在安全隱患；成本和維護費用較高；由于EHB以液壓為制動能量源，液壓的產生和電控化相對來說比較困難，不容易做到和其他電控系統的整合；液壓系統的復雜性對輕量化不利；應用過程中需要使用制動液, 而且存在控制時延長和結構復雜等方面的問題，從而給汽車的安全運行造成不利的影響。 現代的汽車電子化程度越來越高，新能源汽車和自動駕駛汽車的發展又進一步加快了這種趨勢。在汽車越來越像電子產品的今天，EHB的優點并沒有遠遠蓋過它的缺點，所以，EHB的大面積普及并不被看好。

EHB面臨的主要挑戰：

①目前已經出現的 EHB 系統，無論是干式還是濕式系統，由于均需要液壓系統參與，因此不能算是純粹的線控系統；

②由于仍保留液壓結構，雖然利用電機驅動，但響應時間不夠迅速，作為智能輔助駕駛系統的底層執行器，仍有提升的空間；

③主動制動力有提升空間；

④集成度不夠高，雖然相比于濕式EHB的3 boxes（ESP、Booster、高壓蓄能器），iBooster 等系統的 two boxes（ESP、Booster 或者EHB、踏板感覺模擬器）的方案大大提升了集成度，縮減了體積，但是仍有向1 box 進步的可能，MK-C1和IBS等系統已經開始采用one box方案；

⑤對電動汽車而言，EHB有一定的漏液短路隱患。

4.EMB的優點：

（1）執行機構和制動踏板之間無機械或液壓連接，集成度極高，是完全解耦的制動系統，由于取消了主缸、液壓管路等復雜的零部件結構，制動更迅速，制動力的傳遞效率得到提升，踏板信號與執行器之間完全靠電子信號傳輸，縮短了制動器的反應時間，反應靈敏，反應時間在100ms以內，EMB系統響應時間迅速，僅為90ms,比iBooster快了30ms，制動響應速度大大提高、更加迅速，執行速度快，有效減少、大幅度縮短制動距離，安全優勢極為突出。制動系統的相應時延關系到汽車的運行安全, 在傳統的機械和液壓制動系統中, 由于存在運動慣性和間隙等結構問題, 制動命令發出后, 會延遲一定時間后才能夠完成執行操作, 給汽車的行駛安全帶來了安全隱患,?EMB中沒有液壓驅動部分，工作穩定性和可靠性更好，使用電信號控制電機驅動，使制動系統的響應時間縮短,通過應用EMB系統能夠極大地減少制動控制的時延,?極大地縮減制動相應的時間，從而給緊急情況的處理帶來更多的時間。

（2）整個系統中不需要助力器，省去液壓管路，不存在漏液問題，取消了制動系統的液壓備份部分，EMB系統結構顯得更簡潔了，結構更簡單，體積更小，讓出布置空間，減少空間，由于是獨立的制動系統，布局上更加靈活，布置靈活；EMB結構精簡，簡化了制動系統的結構，結構極為簡單緊湊，制動系統的布置、裝配和維修都非常方便，易于裝配和維護，便于安裝調試，更為顯著的優點是隨著制動液的取消，使汽車底盤使用、工作及維修環境得到很大程度地改善；同時由于減少了一些制動零部件，大大減輕了系統的重量，能夠降低整車質量，提高汽車燃油經濟性；沒有液壓系統，無需制動液，不存在液壓泄露問題，降低了環境污染，環保。

（3）ABS模式下無回彈震動，可以消除噪音。

（4）EMB完全實現了電子化，制動平臺開放度更高，通過ECU直接控制，易于實現ABS、TCS、ESP、ACC等功能，可以很容易地與汽車的其他電控系統整合到一起，能夠發揮更多重的功能：制動、ABS、EBD、ESP、自動駕駛、優化能量回收，可完美配合再生制動等，便于集成電子駐車制動、防抱死、制動力分配等附加功能，直接在控制器添加代碼即可；能夠實現和其它控制功能的集成，X.By.Wire技術能夠提供硬件和功能的集成平臺, 從而能夠實現制動、油門和轉向等獨立控制系統的集成, 使這些控制系統都集成到統一的平臺上, 通過計算機進行調控, 這樣能夠實現控制系統的無縫連接。與ABS、TCS、ESC等模塊配合實現車輛底盤的集成控制，是真正的線控制動系統，便于底盤域控制及智能駕駛技術發展。傳感器信號的共享以及制動系統和其它模塊功能的集成，便于對汽車的所有行駛工況進行全面的綜合控制，通過這樣的集成能夠極大的提升汽車的操作性和安全性, 而且還使汽車的設計更加的智能和靈活；EMB系統能夠實現每個車輪制動力的獨立控制, 這樣能夠使輪胎的地面附著力達到最佳, 這樣可以實現不增加硬件的情況下, 依靠軟件來實現防抱死控制和電子制動力分配等功能。

5.EMB的缺點：

EMB使用本身工作環境惡劣，電子元器件易受干擾，系統工作的安全性和可靠性還有待提高；EMB要求助力電機的性能優越、反應迅速、體積小巧，在電機設計上難度很大，成本很高。

（1）由于完全采取線控的方式，無液壓備用制動系統，取消了機械連接，沒有機械冗余，沒有失效備份，因而對系統的工作可靠性和容錯要求更高, 或需要備份系統或存在對應的后備執行系統來保證可靠性。因此必須具有很高的設備可靠性，制動系統必須配備可靠的冗余方案。雖然在現階段，可通過其他技術來提升整體系統的安全性，但還是需要保留一個基本的后備系統，若在電子控制單元中，發生故障時，便能及時開始啟動；如果電路出現短路、斷路，或者電源出現問題，制動系統怎樣繼續發揮功能？制動踏板模擬器不能正常工作又該如何處置？是容錯的要求，因此需要在系統的可靠性上著重加強，還要設置意外情況下的保險功能。包括穩定的電源系統、更高的總線通信容錯能力和電子電路的抗干擾能力。由于去除了備用制動系統，EMB系統需要有很高的可靠性，關于容錯的要求則是：容錯的情況會根據場合的改變而變化，且在控制器等中存在備份。還需要可靠性更高的總線協議和強抗信號干擾能力，尤其是需要解決車載電源失效問題。一般來說是需要有容錯功能的總線協議，目前整車環境還沒有普遍采用這樣的總線協議；需要更好的抗干擾能力，地面車輛運行會遇到各種干擾信號，目前來說電動汽車在EMC方面問題還是很多的，這方面的問題有一些也是比較難以解決的。 （2）制動力不足的挑戰。EMB取消了原有液壓系統，將電機直接集成在制動鉗上，必須布置在輪轂中，執行機構安裝在制動鉗上，因輪轂處布置體積決定制動電機不可能太大，制動電機的設計受限，電機功率限制，制動力不足；空間非常有限，只能采用小型永磁式制動電機。目前的小電機提供的剎車力不足，小電機無法滿足普通轎車制動功率1-2kW的要求。純靠永磁電機產生的制動力有限，要想大規模普及到前后車輪上還需要永磁體性能得到突破。 （3）工作環境惡劣，工作溫度高的挑戰。特別是高溫，剎車溫度達幾百攝氏度，制動系統在長時間或高強度工作時會產生高溫，所以關鍵部件的抗高溫性能和散熱性能非常重要；剎車片產生的高溫巨震環境對電機穩定性、芯片半導體和永磁材料造成巨大考驗；且布置空間有限，無法裝散熱裝置，加劇了這一挑戰。制動器需要能夠耐高溫，質量輕，成本低。是關于執行器的要求：首先，需要具備良好的高溫性能，能夠承受住執行器周邊的較高溫度，其次，需要開發一些質量輕且價格實惠的制動器，且尺寸滿足車輛設計的需求。因屬于簧下部件，振動高，制約現有EMB零部件的設計。如：因空間限制，制動電機只能采用永磁式，而最好的磁王釹鐵硼（N35牌號）工作上限80℃，310℃磁性消失，制動電機無法工作。另如：EMB部分半導體需工作在剎車片附近，不能承受幾百度的高溫，且因體積限制難以配置冷卻系統。制動器需要具有更好的耐高溫性能，同時需質量輕價格低。

（4）EMB需要用非常精密的電子電路才能運行，但在車輛的行駛途中，會接收到來自不同種類的干擾信息，要面對外部的各種電磁場和地球磁場，這就需要電子電路有更好的抗干擾能力，抵制車輛運行中遇到的各種干擾信號。關于抗干擾的處理最常見的是“對稱式”、“非對稱式”兩種，兩者各有各的優勢。除此之外，線控制動系統的軟件和硬件要進一步完善，從而滿足不同車輛的有效需求。只有進行全面化考慮，才能創建其科學化的總線系統，進而獲取良好的控制系統。

（5）驅動電源問題，首先，是執行器能量需求，制動能量需求比較大，需1-2kw電機：傳統的鼓式制動的功率要求是100W，而盤式制動則需要1000W，執行制動動作的電動機會消耗不少的電能，目前的12V車載電源可能無法勝任，如果車輛電氣系統的整體電壓維持在12V，是很難保障能夠滿足其運作需求的，因此，執行器對于能量的需求非常關鍵。應該為其建立起足夠電壓的系統（一般是保持在42伏特)，未來需要成熟可靠的42V或48V電源高壓系統提高電機功率來保證系統的能源供應，同時還需要應對高壓所隱藏的安全隱患。42V電壓系統從目前發展的趨勢看也是一種發展的方向，但是目前來說暫時沒有大批量的出現。

（6）需要針對底盤開發對應的系統，難以模塊化設計，導致開發成本極高。由于EMB是全新的技術，又需要大量傳感器和控制芯片的支持，導致成本比現在主流制動系統高，因此降低成本增強競爭力是EMB能否走向市場的決定因素。市場上還沒有成熟的EMB產品，制動系統功能安全等級要求高，產品周期長，投放到市場還需要各種驗證。

七、需求挑戰趨勢

當前線控制動系統面臨的主要需求是節能減排，在節能與新能源汽車產業發展規劃中提出了不管是乘用車和商用車都提出了燃料消耗量降低的目標要求，包括新能源汽車發展的要求。汽車智能輔助駕駛技術的發展需要EHB系統作為一個執行機構來做配合，這是EHB系統目前面臨的一些新的需求，第一個因為電動汽車目前來說普遍的都具有能量回收功能，它需要一個制動能量回收功能，目前整車企業整車廠一般來說主要在做一個帶檔滑行回收的，這是一個開盤回收的過程；第二個就是智能駕駛，目前來說主要在ESC上實現，但其實無法支撐智能輔助駕駛需要的一個快速降壓還有精度高的要求，那么EHB系統是可以達到這樣的要求；然后是適用于分布式驅動的汽車，主要是指輪轂電機驅動的汽車。這里又衍生出來一個制動能量回收效率的問題，它又衍生出舒適度和噪音、安全性、耐久性的問題。純粹的線控制動系統—電子機械制動系統EMB成為研究熱點，該系統響應時間更快，平臺開放度更高，同時不會有漏液隱患，這對電動汽車具有重要意義。

在汽車電動化和智能化技術的大潮下，汽車制動系統將產生新的發展趨勢。

1.擺脫真空源

首先要求制動系統不再使用真空源助力，需要采用新的助力源，因此各種電動助力制動系統開始出現。

2.體積、質量更小、集成度更高

帶有高壓蓄能器的濕式EHB系統過于復雜、體積和質量均很大，并且響應時間略長，成本高、維修費用昂貴，新型制動系統向去掉高壓蓄能器的方向發展。

3.系統更開放，可與其他底盤控制子系統配合

為了提高整車的綜合行駛性能，要求制動系統是一個更加開放的平臺，能夠和其他底盤控制子系統集成。

4.再生制動與踏板解耦

為了解決電動汽車和混合動力汽車的續航里程問題，出現了制動能量回收技術，為了與再生制動協調工作，要求制動系統在保證高的制動能量回收效率的同時具有解耦能力，液壓制動系統應能根據駕駛員的制動需求合理分配再生制動力和液壓制動力。

5.適用于智能駕駛輔助系統

隨著汽車智能化技術的發展，制動系統的另一個發展趨勢就是應能夠與ESC、ACC等汽車智能輔助駕駛匹配，能夠作為智能駕駛輔助系統的重要底層執行器。這就要求制動系統擁有更強的主動制動能力以及更快的響應速度和更精確的制動壓力控制。

6.人機共駕

隨著執行控制層面人機共駕技術的發展，要求制動系統具有能夠個性化定制踏板感覺和制動特性的能力，車輛匹配各種不同的駕駛風格和駕駛模式。

7.具備更平順的“軟”停車功能、更好的

NVH性能這要求制動系統響應必須足夠精確、迅速和舒適。例如當車輛開啟ACC自適應巡航時，博世的iBooster可以確保車輛在制動直到停駛過程中的制動舒適性，在此過程中幾乎不產生任何振動和噪聲。

8.系統線控

汽車底盤電動化，而線控制動是底盤線控化的最大障礙，目前市場上沒有成熟可靠的量產解決方案。域控制等都離不開線控制動系統。

隨著汽車技術向低碳化、智能化發展，制動系統未來的研究方向將沿著這八大趨勢進行，即未來的制動系統將向更節能、更開放、更精確、更快速、更智能、更安全、更舒適的方向發展。

制動行業正在變革， 未來將是線控制動系統蓬勃發展的時期，線控制動是電動化、智能化的必然選擇，電動化和智能化趨勢共同指向一個方向：汽車制動系統將與踏板解耦，向電子化、線控化轉變。

編輯：黃飛

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