智能网联汽车线控制动系统技术的研究分析

摘 要：文章主要介绍了智能网联汽车线控制动系统的相关内容。首先，论述了智能网联汽车和线控制动的定义，并强调了线控制动系统对提高智能网联汽车安全性、舒适性和智能化水平的重要性。其次，解析了线控制动系统的分类、结构、基本原理，涵盖了电子液压制动系统（EHB）和机械式线控制动系统（EMB）。进一步分析了EHB、EMB在实际应用中的优势和缺点。最后，探讨了智能网联汽车线控制动在故障诊断与容错控制、电机及其控制器、踏板模拟等方面的关键技术。这些研究分析对于推动智能网联汽车线控制动系统技术的进一步发展和应用具有重要意义。

关键词：线控制动 智能网联汽车 关键技术

0 引言

随着智能网联汽车的快速发展，线控技术成为汽车工业的一个重要研究方向。线控制动系统作为智能网联汽车底盘的核心部件之一，其性能直接关系到车辆的行车安全性。国务院发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》要求突破线控执行系统技术封锁，工信部和地方政府发布了多个加快汽车核心部件国产化的文件，传统汽车厂和造车新势力相继加大了线控底盘技术的研发力度，而底盘技术中最重要的、技术上最复杂的方面是线控制动（BBW）系统[1]。

1 智能网联汽车和线控制动系统的定义

1.1 智能网联汽车的定义

智能网联汽车（Intelligent Connected Vehicle，ICV）是一种具有自动驾驶、智能感知和与网络连接功能的汽车。它通过搭载各种传感器、人工智能技术和通信设备，能够实现车辆之间、车辆与基础设施之间以及车辆与互联网之间的实时数据交换和信息共享。这种汽车可以通过分析大量数据来实现自主决策，提高行车安全性、效率和舒适性。智能网联汽车的最终目标是实现全自动驾驶，并为用户提供更加便捷、安全和舒适的出行体验[2]。

1.2 线控制动系统定义

线控技术（X-by-Wire）就是“电控技术”，其中，“X”代表汽车中传统上由机械或者液压控制的各个功能部件，用制动（Brake）代替X就称线控制动（Brake-by-Wire）[3]。取消了机械连接，制动踏板与制动器间的功率传输被导线连接所取代；将原来的制动踏板换成了一种模拟产生器，通过利用制动踏板位置传感器来对驾驶员的制动意图进行检测生成制动信号，把制动踏板的机械信号转化成电子信号，再把信号传送到控制系统，由电控模块完成制动力的产生，并且按照特定的运算法则，向司机反馈踏感；像这样，电线传递能量，数据线传递信号的制动称为“线控制动”。

2 线控制动系统的分类

线控制动系统按执行装置可划分为液压式线控制动系统（Electro-Hydraulic Brake， EHB）和机械式线控制动系统（Electro-Mechanical Brake， EMB）。其中，EHB用电子设备代替了一些机械零件的功能，以制动液为动力传输介质，并配备了液压备用制动系统，是当前的主要技术方案。而在EMB中，控制执行机构通过四个轮端的电机来产生所需要的制动力，同时通过控制电机实现ABS等稳定性功能，但是其无液压备份制动系统，量产之路面临法规的阻碍。

2.1 电子液压制动EHB系统

EHB是EJNWha9skCQ7rJ0fDIYy/qw==lectronic Hydraulic Brake的简称，是传统制动系统和线控制动系统之间的过渡产品，将液压制动技术与电子控制系统相结合，易于与目前成熟的辅助制动系统如ABS、ESC等系统集成，兼容性好[4]。EHB制动踏板与制动器无刚性连接，无需真空助力器，结构紧凑，控制方便可靠，制动噪音低，制动舒适性好，EHB还可单独控制每个车轮的制动力，以轻松最大化制动能量回收，但是制动执行单元仍然保留了液压系统。如图1所示是电子液压制动系统整体结构原理图。

电子液压制动系统助力制动执行流程为：当司机有制动想法时，踩下制动踏板，利用推杆上的踏板位移传感器，实时准确地获得位移的变化，并把输出信号传递给能够计算出所需相应制动力的系统控制器，然后将所需的三相正弦波传输给助力电机。电机启动，电机输出转矩和转速，通过机械变速器的减速增扭效应，在反馈盘中与驾驶员提供的输入力相结合，驱动主缸活塞横向移动，使储油壶内的制动液加速从主缸中排出，流入到狭窄的刹车管路内，由于流体的不可压缩性，使得制动系统内的制动液压力急剧增加。高压制动液促使制动轮缸内的活塞工作， 此时高速转动的制动盘会被制动块夹住，由此产生的强大的摩擦力会让车辆慢下来或停下来。在整个制动过程中，电子液压制动系统精密而高效地协调着各个组件，确保了制动的及时性和准确性，大幅提升了行车的安全性和便捷性。

相对于传统的液压制动，该制动系统制动噪声减小，可提供更好的踏板感和更高的安全性能，当汽车在线控制动系统发生故障时，也能起到制动作用。然而，在备份系统中仍保留传统的制动液输送管路，使得EHB系统内的输油管路既复杂又存在漏油的风险。

2.2 电子机械制动系统（EMB）

电子机械式制动器（EMB）是 Electronic Mechanical Brake的首字母缩写，与电子液压制动系统相比，电子机械式制动系统实现了全机械化制动结构，其特点是结构简单、体积小、电信号传输、响应快、制动距离短、稳定性好、易于维护、无液压油泄漏问题，并能通过ECU直接控制集成 ABS、TCS、ESP和ACC功能。EMB被认为是线控制动系统的终极演进，它作为纯机械系统运行，执行器通常安装在每个轮边，电机集成在制动钳内，踏板的制动信号直接输入制动钳[5]。通过简化组件，无需使用制动液或液压管路，制动力由电机驱动产生，从而使每个车轮都拥有独立的电动机械制动系统。

由图2可以看出，机械式线控制动系统由电源模块、控制模块、信息传输模块、传感器部分和电机制动模块等组成。电源模块主要为EMB制动电机提供能量；控制模块负责接收信号，判定驾驶员意图，输出制动指令至制动控制器，统筹整个制动系统；信息传输模块负责将各类信号送至指定部分；各传感器用来测量汽车的状态，主要包括车速、轮速、制动踏板位置状态等常规检测目标；电机制动模块负责提供制动力，主要由制动执行器、 制动控制器、机械传动机构等组成。制动时，制动踏板处的传感器将踏板状态信号通过网络总线技术传给中央控制器（ECU），ECU根据目前车辆运动状态，结合其他传感器信号经相应的算法处理后产生合适的制动控制信号，将该信号传递给各个轮胎上的EMB制动力控制单元（MCU），MCU根据接收到的制动力信号先判断分析车轮制动力大小，并控制电机迅速启动，进而产生制动力[6]。

与EHB液压油输送线路相比，EMB输电线路传输速度更快，从而提高了系统响应速度，改善了工作稳定性和可靠性。然而，完全依赖线路控制意味着没有备用制动系统，这就要求系统具有更高的工作可靠性和容错性。

3 线控制动关键技术

3.1 故障诊断与容错控制

汽车线控系统与传统的机械、液压系统相比，有着诸多优点。但是，这是一个先进而复杂的电子系统，现在还不能像机械和液压元件那样可靠，而且其失效方式也不同于常规的。因此，在新型故障模式下，如何对其进行高效的故障检测，并确保其在部分元器件或软件发生故障时，仍能具备容错能力，以保障转向、制动等基本功能，是当前亟须解决的重要问题。

线控系统必须具备对系统故障进行实时探测、定位和容错控制的能力。容错控制的意思是：当某一部分元件发生失效或故障时，该元件所承担的功能可由该系统的其他元件所替代，从而使得该系统能够维持预定的性能，或在不损失其基本功能的前提下，达到对有缺陷的系统的最优化。

其中，硬件冗余是指对关键元件或易失效的元件进行备份，而解析式冗余则是指通过对控制器进行软件设计，以增加系统冗余度。然而，由于其昂贵的硬件冗余，已成为制约其发展的一个主要瓶颈。从成本的角度出发，通过增加解析式冗余度来改善系统的容错性，已成为未来的研究热点。

3.2 电机及其控制器

信号通过总线将数据传送给控制器，再由控制器带动各类电动机完成相应的任务。然而，电机及控制器的性能对整车线控系统的性能有着直接性的影响，整车线控系统中的电机以位置、速度、转矩等为控制对象，其输出功率在几十瓦到数千瓦之间。

3.3 踏板模拟

在传统的刹车系统中，当司机踩踏刹车时，可以感知到真空助力器和液压系统的反馈，在不同的刹车压力作用下，整车会产生一个对应的减速效果，从而为司机建立起刹车踏板的感觉。踏板踩踏的速度、踏板作用力、踏板行程以及相应的气压与减速速度均会对踏板的感受产生影响。传统的刹车踏板感是根据刹车样品的选择而调节的，各家公司也都有自己的脚踏板感。至于要不要采用传统车型刹车踏板感和开发模式，是线控制动的全新选项。

3.4 传感器技术

在制动系统中，传感器对制动系统的运行起着关键的作用。未来的制动系统将会是一种基于高精度的传感器信息进行感知、决策和动态执行的智能化主动制动系统[7]。因此，研制一种低成本、高可靠性、高精度、小尺寸的线控制动系统是一项非常重要的技术。

3.5 汽车动态稳定性控制

ABS、TCS、ESC等在汽车主动安全方面都与制动相关。特别是ESC的核心技术与产品，虽然已经得到了广泛的应用，但其核心技术还掌握在几家国外厂商的手里，我国在ESC的匹配与批量生产方面还存在着技术障碍。特别是目前对线控制动技术的需求越来越大，博世等几家制动机厂商纷纷将电动助力器与ESC技术进行整合，并与之相匹配，以进一步掌控车辆核心控制系统[8]。ESC中的电控单元（如电磁阀）的设计与制造、ESC控制、底盘集成控制、控制器技术、ESC评估方法sOIMGodDSqoO02RVbJFo5Zh7B05CaAUJ9VL7XrZg2EE=等是ESC系统的核心部分。

4 结语

线控制动系统作为一种新兴的时代产品，可以为智能网联汽车制动提供更稳定、更快速的制动性能。目前在智能网联汽车上中应用比较广泛的是EHB，EHB技术更成熟，更能适应市场需求，EHB将是现阶段线控制动的发展方向。EMB由于成本高、没有冗余备份、热可靠性差等一些关键技术问题，仍需进一步完善，距离完全商业化还有一段距离。而EMB系统作为制动系统中最先进的技术，具有响应速度快、节能环保等优点，是包括EHB在内的传统制动系统所无法比拟的。对于EMB的研究，各大企业及高校应当在线控制动系统关键技术方面加大投入研究，不断地改进线控制动系统设计，提高智能网联汽车线控制动系统的应用效果。我们相信，在未来，当制约EMB系统发展的各种困难被克服后，EMB产业化的条件将会慢慢成熟。

参考文献：

[1]李克强.我看智能网联汽车十年发展[J].智能网联汽车，2022（03）：6-9.

[2]马立强.智能网联汽车发展现状和建议[J].汽车维修，2022（04）：14-16.

[3]雍健羽，王洪亮，董金聪，等.轻型车辆线控制动技术研究现状及发展趋势综述[J].中国汽车，2022（11）：16-22.

[4]甘桦福，廖兴华.电子液压制动系统EHB综述[J].内燃机与配件，2022（09）：92-94.

[5]周明岳，武振江，冯天骥.线控制动技术现状及趋势综述[J].中国汽车，2020（07）：51-57.

[6]邓美俊，孙仁云，潘湘芸，等.汽车电子机械制动系统技术发展分析[J].汽车零部件，2021（09）：103-109.DOI：10.19466/j.cnki.1674-1986.2021.09.023.

[7]覃文周，欧卫新，刘建军，等.智能网联汽车制动系统关键性技术探究[J].时代汽车，2022（2）：17-18.

[8]刘彪杰，杨果仁，邹瑾，等.智能网联汽车线控制动系统的技术分析[J].时代汽车，2022（14）：24-26.