什么是線控底盤 ?

2022年真的是魔幻的一年，繼陽臺種菜、吃綠化帶之后，騎行居然也開始“堵車”了。而騎過自行車的朋友應該都清楚，加速、剎車、轉向靠的全是那一腔熱血、滿身激情。而當熱血冷卻，激情褪去，只留下肉體與機械碰撞的無情。以剎車過程為例，通過五指緊握車閘、車閘拉緊鋼絲、帶動橡膠摩擦片夾緊車輪，自行車最終在摩擦力的作用下消停冷靜，這個過程是典型的力大出奇跡。 ?

而汽車在誕生之初，其制動、轉向等方面原理和自行車差不多，都是單純地利用機械方式傳遞能量。但是汽車質量遠大于自行車，雖然有一些類似杠桿一樣的省力機構，但汽車一次緊急制動和轉向還是需要消耗駕駛員半碗米飯的力氣。 ? 且隨著汽車速度越來越快，這種全靠駕駛員麒麟臂和金華火腿的操作方式，對駕駛員的要求太高，制動轉向的效果及安全性很難得到保證。

有鑒于此，汽車轉向、制動等系統開始出現了一些助力方式，有真空助力，有液壓助力，有電動助力，并最終發展成為今天常見的機械液壓制動、電動助力轉向等。 ?

但是天有不測風云，電動汽車興起并開始圈地賽馬。電動汽車不僅革了發動機的命，順帶也革了機械液壓制動的命。機械液壓制動中的真空助力器原本是利用發動機進氣歧管的負壓來提供助力，現在好兄弟倒下了，自己還得生存，回去理個發，重頭再來了。 ?

舞臺這邊電動汽車的狂歡還沒有結束，另一邊的自動駕駛已經開始搭臺唱戲，且演員規模和知名度明顯要略勝一籌。自動駕駛更加囂張跋扈，直接對制動和轉向這哥倆說："以后不能只聽制動踏板和方向盤的話了，我手底下域控制器的話你們也要聽"。 ?

在電動化和智能化的雙重影響下，線控底盤的概念開始大火。所謂線控，是指通過傳感器采集駕駛員的制動或轉向等意圖，并由控制單元綜合決策后，將控制指令以電信號的形式輸入給最終的執行機構。線控，用不太準確的語言描述就是：用電線替代了傳統的機械液壓連接。 ?

線控底盤主要包括五大核心系統：線控油門、線控換擋、線控懸架、線控轉向、線控制動。 ?

線控油門和和線控換擋因技術發展較早，已經在主機廠得到廣泛應用。其中，線控油門的滲透率基本上接近100%，市場已經飽和。線控換擋目前的滲透率約25%，但隨著智能化相關功能配置率的提升，滲透率也會同步快速提升。 ?

線控懸架因成本較高，目前滲透率不足3%。最早主要搭載在海外豪華品牌車型上，后逐步在合資品牌車輛中有所應用，近幾年國內自主高端品牌如蔚來、理想、極氪、嵐圖等也逐步開始搭載，滲透率處于緩慢提升的階段。 ?

相對而言，線控制動和線控轉向因起步較晚，且技術門檻高，目前滲透率亦處于低位。不過這兩類子系統是汽車電動化、智能化發展的關鍵，也是必須攻克的核心技術。兩者之中，線控制動又被譽為線控底盤的璀璨明珠。 ?

什么是線控制動 ?

線控修飾的是制動，欲知線控須先講制動。汽車制動系統的作用無需贅言：（1）可以讓行駛中的汽車以適當的減速度減速行駛直至停車；（2）可以讓下坡行駛的汽車保持適當的穩定車速；（3）可以讓靜止的汽車可靠地停在原地或坡道上。 ?

按照上述作用來劃分，汽車制動系統主要分為駐車制動系統（實現第三條作用）和行車制動系統（實現前兩條作用）。駐車制動系統的江湖已被電子手剎(Electrical Park Brake，EPB)所統一，短時間內估計無人能撼動其地位。行車制動系統就比較熱鬧，電動化和智能化口號沒喊之前，機械液壓制動系統處于絕對的統治地位，占據大概99%的乘用車市場份額。而電動化和智能化口號開始吶喊之后，線控制動系統登上舞臺，如今已經被確立為行車制動江湖中的下一任盟主。 ?

線控制動系統按照結構的不同，又可分為電子液壓制動(Electro-Hydraulic Brake，EHB)系統和電子機械制動(Electro-Mechanical Brake，EMB)系統兩類。下面我們展開介紹上文提到的幾種制動系統的工作原理及優缺點。 ?

一、機械液壓制動系統 ?

一個典型的純機械液壓制動系統主要由制動踏板、真空助力器、制動主缸、制動輪缸等組成，如下圖所示。

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這其中的定海神針非真空助力器莫屬，真空助力器位于制動踏板的后方，通過膜片隔出兩個腔，前腔連接標準大氣壓(0.101MPa)，后腔連接發送機進氣歧管的負壓(0.05～0.07MPa)。作用就是通過前后腔的氣壓差，來將制動踏板的輸入力放大，從而實現以小博大、杠桿撬起地球的效果。寫到這塊不禁產生了一絲感嘆，推動汽車百年文明發展的不就是這些看似平平無奇，但又巧奪天工的發明嗎！ ?

如下圖所示，制動過程中，駕駛員踩下制動踏板，在真空助力器的作用下，推動制動主缸里的活塞移動，并將液壓力通過制動管路傳遞給各制動輪缸，進而驅動摩擦片壓向制動盤。在液壓壓強一定的情況下，由于制動輪缸受力面積大，由壓力=壓強x受力面積可知，其表面將產生足夠大的制動壓力。 ?



當然，現在機械液壓制動系統一般還會通過增加傳感器、控制器、制動壓力調節器等部件來實現常用的ABS/ESP的功能。 ?

二、電子液壓制動系統 ?

但是汽車的電動化打破了這一平衡，電動汽車由于沒有發動機，機械液壓制動系統中的真空助力器便沒有了負壓的源頭。如果繼續采用真空助力器，那么就必須額外增加一套電子真空泵(Electronic Vacuum Pump，EVP)，來提供真空助力器的負壓。這對成本、體積、重量三重敏感的乘用車主機廠來說，簡直是個噩耗。 ?

同時為了提高電動汽車的續航里程，工程師無所不用其極，制動系統也未能幸免于難。燃油車時代，工程師只能眼見制動能量通過摩擦發熱浪費掉，有一種眼看他起高樓、眼看他宴賓客、眼看他樓塌了的無可奈何。但是到了電動車時代，制動減速時可以通過反拖電機來進行能量回收，做到發電減速兩不誤。 ?

另一方面，輔助駕駛和自動駕駛抱著解放人類雙手雙腳的偉大理想而奮發前進，而其理想得以實現的前提條件之一就是需要有一套制動系統不僅可以聽制動踏板的差遣，也可以隨時聽候智駕域控制器的指揮，也就是制動系統需要具有主動制動的能力。 ?

而在主動制動的時候，L3~L5級別的自動駕駛具有一個無情的計算大腦，時刻在根據感知到的外界環境的變化，做出精準的決策規劃，如果這時執行機構不能及時精準的響應，則會表現一種手腳不聽使喚的癥狀。所以為了達到和自動駕駛大腦的高度協同，還要求制動系統這只腳具有更快速的響應和更精準的走位。 ?

在這樣的背景下，傳統巨頭Tier1都開始了下一代制動系統的布局和研發，以便可以在未來幾十年時間繼續在自己的強勢領域收割一茬茬新的韭菜，坐享漁翁之利。傳統巨頭Tier1也不負眾望，經過最近這十來年的努力，均有了EHB的量產產品。如Bosch的IPB、ZF TRW的IBC、Continental的MK C1、日立的E-ACT等。 ?

EHB系統是電控+液壓制動的混合體，目前各家方案略有不同，包括制動踏板是部分解耦還是完全解耦，助力方式是高壓蓄能器間接型還是純電機直接型。但是制動原理基本一致，都是在駕駛員踩下制動踏板后，踏板傳感器將力和位移信號轉化為電信號送入電控單元。電控單元結合整車其他信息，計算出需要的助力大小，并利用助力機構施加助力，產生和真空助力器相同的功能。 ?

同時會計算模擬一個反饋力給到剎車踏板，用以模擬駕駛員真實的制動效果。部分廠家EHB產品還保留了傳統的機械液壓制動系統以實現安全冗余。在EHB系統失效時，駕駛員可通過大力踩剎車進入傳統機械液壓制動模式。 ?

Bosch在線控制動領域毫無意外的又充當了無情的超級韭菜收割機，根據華經產研數據，2020年博世占全球線控制動產品份額65%以上，大陸、采埃孚分別為23%、8%。在Bosch線控產品矩陣里，ibooster+ESP的Two-box方案應用最廣。2016年發布的二代產品可以實現在150毫秒（機械液壓制動：300~500ms）內傳導制動壓力、100%制動能量回收，同時ibooster與ESP還互為制動冗余。 ?

2020年Bosch量產了集ESP+ibooster一體的One-box產品IPB，體積更小、成本更低。配合其RBU（Redundant Brake Unit，剎車冗余），最高支持L4自動駕駛。如此一來，Bosch便完成iBooster在L2，IPB在L3/L4的完整線控制動布局，國內廠商的突圍之路依舊任重而道遠。 ?

三、電子機械制動系統 ?

EHB系統其實不能算是嚴格意義上的線控制動系統，它僅是將制動踏板與助力器之間的機械連接替換為電信號連接，但是助力器到輪邊制動執行機構之間制動力傳遞依舊是傳統的液壓方案。而嚴格意義上的線控制動系統，是指制動踏板到輪邊制動執行機構之間全部由電信號連接，這也就是制動系統領域的璀璨明珠——EMB系統。 ?

EMB系統的一種典型裝車方案如下圖所示。主要包括模擬電子踏板，四套（兩兩互為冗余）EMB機械執行機構、四個輪速傳感器、兩個控制單元（ECU，互為冗余）及兩套供電系統等組成，部件之間通過 CAN 總線或其他時間敏感型網絡通信。 ?

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模擬電子踏板一方面采集制動踏板被踩下的力信號和位移信號，發送給ECU；另一方面提供一定的反饋力給駕駛員，以模擬真實的路感。 ? EMB機械執行機構是整個EMB系統的機械核心部分，每一套機械執行機構都包括自己的動力驅動機構（電機）、減速增力機構（力放大）、運動轉換機構（旋轉運動轉直線運動）、制動鉗體、制動墊塊等組成。

EUC是整個EMB系統的控制核心部分，EMB系統的整體性能直接取決于控制單元中算法性能的好壞。 ? 制動過程中，駕駛員踩下模擬電子踏板，ECU通過分析各路傳感器信號，并根據車輛當前行駛狀態以及路面狀態計算出每個車輪制動時不抱死所需的最佳制動力，并發出相應的控制信號給電機控制器，電機產生的力矩經過減速增力機構以及運動轉換機構后，將最終的制動力矩施加在制動盤上。 ?

在這套方案中，每個車輪處都安裝有一套可獨立控制的 EMB機械執行機構。通常前輪的兩個EMB機械執行機構和后輪的兩個EMB機械執行機構各有一套獨立的供電系統和控制單元。這樣可以保證在一套供電系統或控制單元失效時，另一套供電系統或控制單元仍可完成基本的制動功能，以防止危險事故地發生。同時兩個控制單元之間可以通過CAN總線網絡實現及時相互通信，實現故障診斷功能。 ?

EMB系統優勢及應用前景 ?

EMB作為制動領域人人都追逐的“鐵王座”，與傳統液壓制動系統相比，EMB系統具有如下優勢： ?

（1）EMB系統去掉了冗雜的液壓管路及液壓元件，降低了車輛整備質量；機械連接少，結構簡單，布置方便；采用模塊化結構，易于裝配與維修。 ?

（2）EMB系統可以與汽車其它電控系統共享輪速傳感器、ECU等硬件。因此，通過修改 ECU中的軟件程序，易于實現 ABS、TCS（牽引力控制系統）、ESP（電子穩定性程序）等復雜電控功能。并且易于匹配安裝有制動能量回收系統的電動汽車。 ?

（3）EMB系統采用電信號傳遞控制信號以及能量，因此響應迅速，加上其機械執行機構反應靈敏，EMB系統能極大地提高車輛的制動效能。 ?

（4）EMB系統采用的模擬電子踏板，能有效避免ABS介入時的打腳現象。 ?

（5）EMB系統中沒有制動液，避免了因制動液泄漏而帶來的環境污染問題。 ?

然而，在EMB系統的應用道路上，還存在著一些亟需克服的難題： ?

（1）由于車載電子設備的增加，汽車電力系統已趨于飽和，而EMB系統的原理決定了其制動力地產生需要消耗大量的電能，目前車載12V電源已無法滿足EMB系統的需要。因此，車載48V電源的技術成為 EMB系統應用的關鍵。 ?

（2）在制動過程中，EMB執行機構的驅動電機需要工作在大電流堵轉狀態下，并且需要在各種惡劣工況下安全可靠地提供制動力矩，這對電機的設計、制造、控制來說是一個巨大的挑戰。 ?

（3）從現有專利中公布的EMB系統機械執行機構來看，大都機械零件繁多，結構復雜。如何設計一款結構簡單緊湊、體積小巧并能有效可靠地傳遞足夠大的制動力矩的EMB機械執行機構，是EMB系統應用的關鍵。 ?

（4）隨著高性能電機、ECU、傳感器等各種硬件設備地增加，整車成本勢必提高。如何降低EMB系統成本，成為EMB系統應用道路上不能忽視的問題。 ?

由以上我們可以看出，汽車EMB系統雖然有著廣闊的應用前景以及傳統液壓制動系統無法企及的優勢，但是其自身也面臨著一些亟需解決的問題。只有解決了一些制約EMB系統發展的關鍵性問題，EMB系統的應用道路才能越走越遠。 ?

寫在最后 ?

國內可以提供L4自動駕駛解放方案的公司不能說多如牛毛，但也稱得上遍地開花；國內可以提供線控制動解決方案的公司不能說九牛一毛，但也稱得上屈指可數。既然線控制動是未來自動駕駛的剛需，國內為何很少有初創公司立志攻破此機電產品壁壘？而大都選擇了輕裝上陣的提供代碼解決方案？ ?

無論以后汽車上有幾億行代碼，無論汽車被賦予什么的功能屬性，這一切的基礎都是組成汽車的那一萬多個零件。歷史也證明，供應商無論在哪一個零件上掌握點核心技術，不會讓你大富大貴，但足以保證小康水平。百年汽車，要想玩的明白，還是需要一點沉淀，一點耐心的。

審核編輯：劉清