1 底盤域控基礎

1.1 底盤域控的概念

1.2 線控底盤技術

1）線控制動系統

2）線控轉向系統

2 制動系統功能

2.1 制動系統原理

2.2 制動系統的發展歷史

2.3 電子穩定系統ESP

2.4 線控制動系統--EHB

1）Two box - iBooster+ESP

2）One box -IPB

3 駐車制動系統

3.1 駐車制動系統基礎

3.2 EPB的功能

3.3 EPB的實現方案

1 底盤域控基礎

1.1 底盤域控的概念

隨著汽車行業的快速發展，最初用于發動機控制的ECU逐漸擴展到車身，底盤，智能座艙和智能駕駛。這樣使得整車電子電器架構變得越來越復雜，也越來越難以維護和升級。

Source: EEA_BBMInnoChinese20160929.pptx

因此，在這樣的需求背景下，傳統的分布式架構朝著域集中式架構快速發展，新一代架構采用了適當的集成化，平臺的可擴展性變得更好?？紤]到車身與底盤等部分的少數ECU對安全性和可靠性要求較高，全部集成的難度較高，因此目前各OEM家會根據自身的設計理念差異而劃分成幾個不同的域，通常劃分為5個域：動力域、底盤域、車身域、座艙域和ADAS域，如下所示：

Source: Microsoft PowerPoint - EEA_BBMInnoChinese20160929.pptx

以底盤域為例，一方面，底盤域控制器具備網關的協議轉換功能，通常利用CAN網絡接收駕駛員的操縱指令或智能駕駛指令，以及同汽車動態特征有關的所有傳感器的信息；另一方面，底盤域控制器同本域內所有的執行ECU通過CAN網絡連接起來，底盤域控制器運行底盤最高層的控制策略和控制邏輯，包括駕駛員意圖識別，XYZ控制，故障診斷與降級處理等?？傊?，底盤域控制器會進行綜合平衡和全面協調，會對汽車底盤各子執行控制系統進行合理分工，會用最佳的方法來完成汽車的動態控制和穩定。底盤域控的另一趨勢是正在向線控底盤發展。

1.2 線控底盤技術

線控底盤技術是指利用傳感器感知駕駛員駕駛意圖（方向，油門和制動），并將其通過硬線輸送給底盤域控制器，然后底盤域控制器計算或決策出線控驅動、線控轉向、線控制動和線控懸掛的控制指令，然后響應的執行控制器根據控制指令來實現汽車的轉向、制動、驅動等功能，從而取代傳統汽車靠機械或液壓來傳遞操縱信號的控制方式。線控底盤最核心的是線控制動和線控轉向系統。

1）線控制動系統

線控制動系統，即Brake-By-Wire，是線控底盤技術中是難度最高的，但也是最關鍵的技術。線控制動系統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），才能為我們的安全提供良好保障。

線控制動系統根據車輪制動壓力系統的不同可分為電控液壓制動系統EHB和電控機械制動系統EMB兩大類。

EHB由電子制動踏板模塊、電控單元 (ECU)、液控單元(HCU)、傳感器和CAN網絡等部分組成。各車輪的制動力矩仍然靠輪缸里的液壓產生，輪缸與EHB的HCU相連通，HCU的能量來源不再是駕駛員，而是由電動液壓泵所產生的高壓油。當駕駛員踩制動踏板時，制動踏板力和行程由傳感元件所測量，將其結果傳遞給ECU，然后ECU對HCU 中不同的電磁閥門進行相應的控制來調節各輪缸的壓力。

source: What is electro-hydraulic braking? PH Explains

同EHB系統相比， EMB的執行機構也發生了質的變化。它的車輪制動壓力不再由液壓產生，而是來源機電一體式制動器，4個獨立的高性能機電一體式制動器在每個車輪上產生制動力。EMB系統由電子制動踏板模塊、主電子控制單元(ECU)、4個包含電控模塊(WCU)的機電一體式制動器、多種傳感器和CAN網絡等部分組成。剎車時，電子制動踏板模塊感知駕駛員的指令，通過CAN同時向主ECU發出信號，主ECU計算出各個車輪期望制動力，并將執行指令傳遞給4個WCU。WCU對控制機電一體式制動器作相應的控制和調節，來完成必要的制動力矩響應。

source: Brembo details its Brake-by-Wire system - Professional Motor Mechanic

2）線控轉向系統

線控轉向系統，即Steer-By-Wire，能夠無束縛地得到無人駕駛進行轉彎的指令目標輸入和汽車轉向輪的變化之間的關系，可以控制轉向機構和行駛需要之間的關系，這樣就能夠對車輛進行調節。線控轉向系統直接關系到自動駕駛路徑與方向的精確控制。

source: Steer by wire toyota (http://automotorpad.com)

線控轉向系統一般由轉向盤和轉向盤力矩模擬電機、轉向盤轉角傳感器、控制器單元(ECU)以及車輪轉向執行機構等部分組成。當駕駛員操縱轉向盤轉向時，一方面執行電機要根據駕駛員的意向對前輪的轉角進行相應的調節和控制；另一方面轉向盤力矩模擬電機要根據汽車的運動狀況計算出轉向盤的回正力矩，為駕駛員模擬相應的路感。

除此之外，線控底盤技術還包括線控驅動和線控懸架，總的來說線控底盤技術是一個很宏大的話題，本文接下來將只對線控制動技術進行介紹。

2 制動系統功能

線控制動是底盤域控的重要內容，其功能主要包括行車制動和駐車制動。為了深入了解線控制動，本文先從行車制動系統為切入點，梳理該制動系統的基礎內容，包括基本概念，發展過程，組成與工作原理等內容，再對駐車制動系統進行介紹。

為了建立對制動系統的最初步認識，先了解制動系統原理以及制動系統的發展歷史。

2.1 制動系統原理

關于制動系統原理，本質上各種類型制動系統都一樣，這里以典型的真空助力制動系統為例子來說明。如下圖所示，真空助力制動系統組成包括制動踏板，真空助力器，制動液，制動油管，制動主缸，制動輪缸和車輪制動器（盤式/鼓式制動器）等。

source: What You Need to Know About Brakes - R&L Automotive

其具體工作原理是：

• 首先，駕駛員踩制動踏板，施加到踏板的力經過杠桿機構第一級放大傳遞到真空助力器；
• 然后，真空助力器經過第二級放大將制動力傳遞到制動主缸，同時在蓄能器作用下進一步加壓，將制動主缸的制動液推入到制動輪缸；
• 最后，制動輪缸的制動液推動輪端制動器加緊剎車盤，阻礙剎車盤轉動，以此實現制動。

source：vehicle brake system

2.2 制動系統的發展歷史

制動系統的發展過程大致分為5個階段，即：

1）人力機械式到真空助力液壓式

最初的汽車制動系統是人力機械式，即駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器直接施加作用力。那時汽車小，重量輕，速度低，人力機械制動能夠滿足汽車制動的要求。隨著汽車的不斷發展，汽車變得越來越大，也越來越重，人力機械制動系統不再好使了，同時伴隨著科技的不斷進步，一些新技術被引入到汽車制動系統，真空助力液壓制動系統被設計出來。

source：148-001-Brakes101-BrakeDiagram.jpg

2）ABS+TCS+VDC-->ESP

隨著汽車的速度越來越快，對汽車的操作穩定性能要求也越來越高。因此，最先是應用ABS功能來解決車輪抱死問題，然后是應用TCS功能來解決牽引力驅動問題，再是應用VDC功能來解決車輛動態控制問題。這三個功能集成在一個控制器，也就是前面所提到的ESP，這樣，汽車制動系統進化成真空助力液壓制動+ESP組合形式。

source: 汽車線控制動系統ibooster詳解_ibooster工作原理

3）電動助力代替真空助力

面對日益緊張的能源問題，對于汽車，一方面，需要發動機的燃燒效率不斷提升，這時需要采取將更多的空氣通入氣缸的方法來提升燃燒效率，而這種方法會導致真空度降低，對制動助力產生不利影響。另一方面，發展新能源汽車，用電機代替發動機，而發動機產生真空源，沒了發動機，真空助力器就使用受限。另外，新能源汽車為了更加節能，有再生制動和能量回收的需求。為了解決這些問題，電動助力就被推出，比如博世最先推出了iBooster：

source: 博世Bosch iBooster工作原理，ESP HEV Tesla model3

采用電動助力后，制動系統不需要真空源，取代了傳統的真空泵和真空軟管，使得整個系統體積更小，重量也更輕；又可以再生制動和能量回收，整體系統更加節能；另外相較于真空助力，電動助力響應速度更快，控制壓力也更精準。

4）線控制動系統

最近幾年，隨著智能駕駛的更高智能化需求，也考慮到未來自動駕駛的發展，對線控制動系統的需求也越來越強烈。各大供應商積極響應市場需求，陸續量產了相應的產品。

source: 線控制動之BOX之爭_搜狐汽車

比如博世的IPB（Integrated Power Brake），本質上是將iBooster和ESP合二為一。但IPB縮小了制動系統的體積，減輕了重量，降低了成本；同時，IPB解耦了踏板系統，更能滿足智能駕駛的制動需求。

5）線控制動系統: EHB & EMB

上面的iBooster+ESP和IPB都被劃分為線控制動系統的一種-電子液壓制動系統即EHB（Electro-hydraulic brake system），而EMB(Electro-mechanical brake system)屬于另一種-電控機械制動系統。EMB是一種電控純機械制動，采用電子機械系統取代了傳統制動系統中的液壓系統，四輪的制動執行機構分別由獨立的電機來驅動，如下簡圖：

source: FlexRay_E: Brake-by-wire

可以說，EMB 是真正意義上的線控制動系統，但一些EMB的核心技術問題仍未解決，所以目前的EMB方案都沒有量產?，F在市場主流的線控制動系統都是EHB。

source: Bosch video & Braking 101: The System, Physics and Science of the Motion Management

以上就簡單介紹了制動系統發展的過程與趨勢，接下來繼續介紹主流的線控制動系統--EHB，不過先得從ESP說起。

2.3 電子穩定系統ESP

在了解了制動系統的原理及其發展歷史后，接下來我們來了解行車制動的主要功能，這個得從電子穩定系統ESP開始。汽車雖然具備基本的制動系統，但隨著汽車速度越來越快，并不能完全保證行駛的安全穩定。比如緊急剎車，踏板踩到底，這時車輛可能會出現轉向困難或側滑；或在光滑路面有時會出現驅動輪打滑而失控，或者有時出現轉向不足或過度而失控等問題。

為了解決這些問題，一代代工程師不斷努力，迭代出了基于制動系統的電子控制系統（ESP, Electronic Stability Program）。ESP的核心功能主要包含3塊：ABS（Anti-lock Brake System，防抱死系統）、TCS（Traction Control System，牽引力控制系統）、VDC（Vehicle Dynamics Controller，車輛動態控制器）。

1）ABS

緊急剎車會使輪胎抱死（車輪不能轉動），前輪抱死會失去轉向能力，后輪抱死易側滑。這時有了ABS功能，就會采用類似于點剎的操作，讓車輪處于“邊滾邊滑”的狀態，使得車輪不抱死，車輛就不會失控，從而避免撞上障礙物。

2）TCS

車輛起步時驅動輪打滑，無法起步，同時可能會方向失控。這時啟用TCS，比如車輛在冰面起步，通過TCS調節驅動力，使得車輛正常起步；或車輛在分離路面（一側高附，另一側低附），通過TCS調節驅動力的同時，對低附側車輪施加制動力，使得車輛正常起步。

3）VDC

ABS/TCS解決了車輛縱向方向的控制問題，比如制動和起步，但是車輛橫向方向的控制問題，比如轉向不足或轉向過度。這時需要使用VDC來解決，針對車輛出現轉向不足時，VDC將對車輛內側后輪進行額外的制動，以增加車輛橫擺，讓車頭向彎內方向擺動；針對車輛出現轉向過度時，VDC將對車輛外側前輪進行額外的制動，以減少車輛橫擺，讓車頭向彎外方向擺動。

隨著技術的不斷優化與迭代，除了上述三大功能，ESP還增加了更多的功能，比如電子制動力分配功能(EBD)，其取代了通過機械部件分配前后軸的制動力。EBD不僅降低了成本，而且使制動力的分配極其靈活。另外，ESP系統也逐漸在集成其他附加功能，包括

• 液壓制動輔助功能(Hydraulic Brake Assist, HBA): HBA檢測緊急制動情況，通過將制動壓力提高到車輪抱死的極限值來縮短制動距離。
• 駐車制動的減速控制功能(Controlled Deceleration for Parking Brake, CDP): 當駕駛員請求時，CDP制動車輛直至靜止。
• 坡道輔助控制功能(Hill Hold Control, HHC): 當車輛駛離坡道時，HHC干預制動系統，防止溜坡。
• 陡坡緩降控制功能(Hill Descent Control, HDC): HDC通過自動剎車幫助駕駛員下陡坡。
• 液壓衰退補償功能(Hydraulic Fading Compensation, HFC): 如果即使駕駛員用力踩下制動踏板，也無法達到最大可能的車輛減速，HFC會進行干預。
• 液壓后輪增壓功能(Hydraulic Rear Wheel Boost, HRB): 在ABS制動應用期間，HRB還能增加后輪的制動壓力達到車輪抱死的極限值。
• 制動盤擦拭功能(Brake Disk Wiping, BDW): BDW通過短暫的制動去除制動盤上的飛濺水，這個制動不會被駕駛員感知到。

以上僅僅列舉幾種典型的附加功能，其實還有更多的附加功能，這里就不再列舉。

2.4 線控制動系統--EHB

聊起線控制動系統，就常聽到two box和one box，它們是什么？

這兩詞其實指從集成度角度劃分的兩種EHB技術方案。two box是指制動系統主體包括電子助力器和電子穩定控制模塊，比如博世的iBooster+ESP。而one box是指將制動系統將電子助力器和ESP模塊集成為一體，比如博世的IPB。

下面借助博世這兩個產品，說明它們的組成和基本工作原理，以此來加深two box 和 one box的概念。

1）Two box - iBooster+ESP

先了解iBooster。iBooster這項制動技術是博世2013推出，目前博世 iBooster 已經更新到第二代產品。iBooster的組成如下圖所示：

source: 博世IBooster系統解析

iBooster的工作原理是：駕駛員踩下制動踏板，踏板移動輸入推桿；踏板行程差傳感器檢測到輸入推桿的位移，提供位移信號給電控單元；電控單元計算并控制電機產生的目標助力扭矩；傳動裝置將該扭矩轉化為相應的制動力，與踏板的輸入產生的輸入推桿力一起作用在制動主缸，共同轉化為制動器輪缸液壓力，以此來實現制動。

source: 博世iBooster系統解析

另外，iBooster的電機助力特性可充分考慮駕駛員的駕駛喜好和風格，可提供不同類型的踏板感，可以偏舒適類型，也可以偏運動類型。

再了解ESP。ESP是以車輪滑動調節系統為基礎，它不僅集成了ABS，TCS和VDC三大核心功能，還包括EBD(電子制動力分配系統)，HDC(陡坡緩降控制)，HAS(坡道起步輔助)，DTV（動態扭矩哦控制）等多項功能。

ESP的組成包括傳感器（信號輸入裝置）、電子控制單元，制動液壓系統和執行器等部件，如下所示：

source：圖解汽車ESP電子穩定系統結構與功能_搜狐汽車

ESP的工作原理是：輪速傳感器、加速度傳感器 制動壓力傳感器、轉向傳感器等檢測相應的信號，提供給控制器；控制器根據這些信號和其他控制器提供的信息對車輛狀態進行判斷和計算，決策如何去控制相應的執行器；執行器接收到實際的激勵而動作，以此實現ESP里相應的功能，確保車輛的操作穩定性能。

通過上述對iBooster與ESP的基本說明，不難理解，使用兩者構成two box的方案，一方面既可實現制動功能又可確保操作穩定性能；另一方面兩者可互為冗余，一旦 iBooster 失效，ESP 系統將接管并提供制動助力，即使兩者都失效，仍然可依靠純液壓制動系統制動，這樣雙冗余備份方法將對智能駕駛功能的實現極具價值。

source：【雜談】——博世iBooster探秘

2）One box -IPB

IPB是博世著手針對未來更高智能化需求的L3和L4而推出，IPB可理解是將電子助力器和ESP集成為一體, 它具有最高的動力性能，有助于提高混合動力車和電動車的效率，由于采用了一體化設計，重量和復雜性都降到了最低。

對于IPB工作原理，與iBooster+EPS方案一樣，也就是：當駕駛員踩下制動踏板時，控制單元通過集成傳感器計算駕駛員的制動要求；IPB使兩個制動回路與制動踏板解耦，并與踏板感模擬器建立連接。與此同時，控制單元會計算電機的驅動信號，電機通過一個齒輪裝置產生液壓活塞移動，由此產生的液壓力通過制動液傳遞到車輪制動器，以此實現制動。

source: Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving

關于失效處理，IPB會比較復雜，不同的失效類型會對應不同的降級模式。比如因斷電造成助力失效時，IPB會進入機械備份模式，通往踏板感模擬器的電磁閥關閉，電機通往輪端的電磁閥也關閉，主缸主、副腔通往輪端的電磁閥打開，駕駛員踩踏板建立的壓力直接傳遞到制動輪缸，以此實現車輛制動。

而對于更高級別自動駕駛制動系統，在任何情況下，制動都由制動系統自動完成，不在由駕駛員操作，因此失效處理就更為棘手。博世提出了一個冗余制動單元(RBU，Redundant Brake Unit)作為IPB的補充，具體可參考：Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving。

source: Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving

這樣，IPB作為主要的制動系統來執行絕大多數情況下的制動請求，RBU作為IPB失效情況下的冗余制動，代替駕駛員操作，以此進一步提高系統的可靠性。

以上就是基于博世的兩款產品對EHB的two box和 one box介紹。

3 駐車制動系統

上面介紹完了行車制動系統內容，接下來將介紹駐車制動系統內容。

3.1 駐車制動系統基礎

駐車制動系統是指通過鎖住傳動軸或者后輪來達到控制停車制動的系統，主要包括機械手剎和電子手剎。

Source：你能hold住嗎？詳解四大駐車制動裝置

關于機械手剎，即傳統的手剎或腳剎，由制動桿、拉線、制動機構以及回位彈簧組成。制動桿通過杠桿原理，使得駕駛員用很小的拉力就能將其拉到固定位置，然后通過鎖止牙鎖止駐車。

Source: What Is Electric Parking Brake (EPB)? How Does It Work?

關于電子手剎，分為拉索式與卡鉗式兩種。拉索式電子手剎與傳統手剎差別不大，同為制動蹄式，只是把手動的拉索改為電動形式。對于線控制動，關注的是卡鉗式電子手剎，即電子駐車系統，即EPB（Electrical Park Brake）。

Source: What Is Electric Parking Brake (EPB)? How Does It Work?

EPB主要由EPB開關，電控單元ECU，卡鉗和卡鉗電機組成，其工作原理是駕駛員按下EPB開關，電控單元ECU檢測到駐車功能激活，就會計算和發出控制指令來驅動執行電機，進而執行電機會使卡鉗卡緊剎車片，從而控制停車制動。

3.2 EPB的功能

EPB的功能要求包括下面3個方面：

1. 產生穩定的駐車制動力；
2. 可以根據檢測到的車況自動調節車輛的制動力；
3. 將車輛駐車制動狀態顯示給駕駛員。

Source: Teemo天尚元 EPB電子駐車系統 剎車冗余 防溜坡功能

下面列舉了幾項EPB的具體功能：

• 靜態控制：在汽車處于靜止狀態下，駕駛員能夠經由EPB開關實現提供或者釋放駐車制動力，便于汽車的駐車和被驅動。
• 溜車預防：通過對駐車制動力的獲取和識別，實現在制動器處在非正常狀態下的安全順利實施駐車制動，如制動系統在長時間實施制動后制動器過熱或者由于制動器使用腳久而導致的制動器摩擦力的產生不足，因而保證了車輛不發生溜車現象。
• 坡道駛離輔助：駕駛員需要從坡道上起步時，EPB需要根據傳統駐車制動系統的專家經驗，結合駕駛員踩下離合器和加速踏板的實際情況逐步的釋放駐車制動力，直至最后得以實現車輛平穩起步。
• 自動斜坡輔助駐車：駕駛員需要將車輛停在坡道上時，駕駛員通過踩下制動踏板，使車輛停止下來，而此時，只要駕駛員釋放制動踏板，EPB系統則自行啟動駐車制動。
• 動態控制：車輛行駛時，EPB系統參與緊急制動，結合ESP系統，實現車輛的穩定控制。
• 緊急制動：車輛行駛的過程中，EPB系統通過監測輪速來判別車輛全4輪是否處于鎖死狀態，此時，EPB系統可以和ABS 系統聯合作用，實現汽車制動的最優控制，保障汽車行駛安全。

當然這些功能的實現需要EPB與其他ECU進行信息交互，也要充分考慮車輛的狀態等信息，其控制邏輯比較復雜，如下示意其系統原理圖：

Source: 電子駐車制動系統（EPB）的組成和工作原理

3.3 EPB的實現方案

隨著汽車的電動化和智能化的快速發展，EPB的實現方案也在不斷更新。

出于安全冗余等方面的考慮，正呈現出行車制動和駐車制動“合二為一”的趨勢。比如one box+EPB方案，即one box和EPB分別控制一個后輪端駐車執行機構；或比如one box+底盤域控制器（CDC）方案，這時直接取消了EPB，即one box和CDC分別控制一個后輪端駐車執行機構。

當然，如果電控機械制動系統EMB方案（即四個液壓輪缸被四個電機和卡鉗取代，制動指令傳輸到輪端電機，電機控制卡鉗直接在輪端作用制動力）最終能成熟落地，那么將實現完全線控，這時就能正真將行車制動和駐車制動合二為一。

4 小結

到此本文就介紹了底盤域控的制動功能，即行車制動系統和駐車制動系統。

Source: 智能底盤技術(2) | 汽車制動系統的發展概述

來源：謙益行