王洪涛 王芳 叶忠杰

摘  要：本文详细介绍了汽车线性制动控制系统组成及发展，并对其原理和特点进行了深入比较。结合目前市场上主流的液压制动系统，深入分析了汽车线控制动系统面临的技术难题，并对电子机械制动和电子液压线性制动系统的可行性作了考量，提出了更加实用的基于电子机械制动（EHB）和电子液压制动（EMB）的混合线控制动系统（HBBW），为未来无人驾驶汽车制动系统的发展奠定了基础。

关键词：线控制动;电子机械制动;电子液压制动;混合线控制动系统

中图分类号：U463.5       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）09-0155-03

0  引  言

德国著名咨询公司罗兰贝格在2018年中国汽车新创峰会上发布的《新趋势下车企未来竞争力报告》指出自动驾驶将迅速成为现实，而自动驾驶汽车的制动系统优化和改进是各大车企无法避开的技术问题。科研人员一直寻求新型的制动方式，随后应用在飞机制动上的线控制动（Brake-By-Wire，BBW）技术被引用到汽车上，汽车线控制动技术应运而生[1-4]。

1  线控制动系统

线控制动系统使用电子元件代替传统制动系统中部分或全部机械部件和閥门，使用电信号通过汽车网络协议来传递指令，这种传递方式效率高、时间短。除此之外，可以在线控控制单元中设计相应控制程序，通过控制单元操控电控元件，取代传统制动系统，通过阀类元件实现的制动功能实现汽车的有效制动[2]。

目前，线控制动系统主要有两种类型，一类由传统液压系统和电子控制单元结合而成，称为电子液压制动系统（Electro-Hydraulic Brake，EHB）;另一类完全由电子控制元件与机械部件组成，称为电子机械制动系统（Electro- Mechanical Brake，EMB）[3]。

1.1  电子液压制动系统

电子液压制动系统主要元件有传感器、EHB控制单元ECU、执行器等。EHB系统的基本工作原理如图1所示。

该系统正常工作时，备用阀处于关闭状态，此时汽车制动踏板与制动器之间的液压管路之间是断开的。ECU接受并处理来自踏板感觉模拟器和电子传感器的传感器信号来判断驾驶员的制动意图，然后通过电机驱动液压泵进行制动。当电子制动系统发生故障时，备用阀开启，EHB系统变成传统的液压系统，从而也可以实现汽车安全制动。

1.2  电子机械制动系统

电子机械制动系统采用电子机械系统，取代了传统制动系统中的液压系统，四轮的制动执行机构均由独立电动机驱动。其结构原理图如图2所示。

与EHB系统相比，EMB系统采用电机控制制动器，取代了传统式的液压制动器，完全抛弃了传统油液制动，彻底实现完全无油液制动，EMB系统作用在车轮上的制动力完全由电动机输出，这种制动形式响应快、效率高，但是EMB系统要想投入使用，还存在很多问题亟待解决[4]。

2  线控制动系统特点

与传统制动系统相比，线控制动系统先进性主要体现在以下几个方面[5]，如表1所示。

3  线控系统关键技术分析

与传统制动系统相比，线控制动系统具有无可比拟的优势，能够给汽车结构和制动性能带来根本性的变革，但是在全面推广应用前，还有很多关键技术问题亟待进一步研究[5]。

3.1  车用42V电源系统开发

线控制动系统通过42V电源系统驱动电动作动器实现车轮制动，同时使用42V供电系统将有利于电动执行装置的优化设计。但是高压将带来线路绝缘、耐压以及电磁噪声问题。由于目前汽车电子部件一般匹配12V电压，所以42V电压必将给汽车制造厂和其电子零部件供应商带来新的挑战。

3.2  基于冗余技术的高可靠性实时容错控制系统结构设计

线控制动系统推广使用过程中遇到的最大问题是其可靠性和安全性的问题，而解决可靠性和安全性问题最有效的方法是冗余设计，包括汽车电器元件、控制单元甚至软件的冗余设计，但这会使得系统更加复杂，成本提高。

3.3  基于时间触发网络协议的高速容错实时总线

研究表明基于时间触发的TTP/C和FlexRay通信网络是实现BBW系统实时控制的最佳选择。TTP/C可提供多种容错策略，实现容错的时间同步;而FlexRay具有同步时基、确定性和容错特征[5，6]，两种方式各有缺点，还需对网络通信进行不断提升和完善才能最终实现实时控制。

4  基于EHB和EMB开发的混合线控制动系统

基于两种线控制动系统的优劣势及其关键技术开发困难等原因，考虑将两种制动技术有机结合，充分发挥其各自优势，可以作为未来制动系统发展的方向之一。汽车前轴采用EHB系统，可以实现前轮制动力调节，同时能够实现制动失效备份;后轴采用EMB系统，一方面可以缩减制动管路的长度，同时能够使电子驻车制动系统（Electrical Park Brake）更加方便快捷，这种控制系统称为混合线控制动（Hybrid Brake by wire system，HBBW）[7]，如图3所示。最近，Brembo公司宣布2020年前量产线控制动系统，其发布的方案也为前轮采用EHB，后轮采用EMB的布置形式[8]。

5  结  论

由于线控技术的可靠性、容错技术等现行技术条件的限制，线控制动系统还不能广泛应用于实际。但是在未来，随着线控制动系统的不断发展和完善，线控制动系统必将极大地改善汽车的安全性能，为无人驾驶早日实现普及化奠定基础。

参考文献：

[1] AHN JK，JUNG KH，KIM DH，et al.Analysis of a regenerative braking system for Hybrid Electric Vehicles using an Electro-Mechanical Brake [J]. International Journal of Automotive Technology，2009，10（2）：229-234.

[2] 袁晓红，钟伟，何耀华.线控技术在汽车ABS中的应用 [J].拖拉机与农用运输车，2007（3）：61-62.

[3] 张猛，宋健.电子机械制动系统发展现状 [J].机械科学与技术，2005，24（2）：208-211.

[4] 余卓平，韩伟，徐松云，等.电子液压制动系统液压力控制发展现状综述 [J].机械工程学报，2017，53（14）：1-15.

[5] 彭晓燕.汽车线控制动系统安全控制技术研究 [D].长沙：湖南大学，2013.

[6] ISERMANN R，SCHWARZ R，STOLZL S.Fault-tolerant drive-by-wire systems [J].IEEE Control Systems Magazine，2002，22（5）：64-81.

[7] SZKUCIK Dawid. Hybrid commercial vehicle（HCV） deliverable D2300.1 [R].UK：Paravizzini Pier Paolo，2013：1-29.

[8] Paul Weissler. Brembo推出线传操控制动系统，可在2020年前开始量产 [EB/OL]. http：//www.sae.org.cn/articles/14570，2016-03-24.

作者简介：王洪涛（1990.03-），男，汉族，山东沂水人，助教，硕士，研究方向：汽车运用与维修技术。