智能底盘技术(10) | 线控制动的类型与市场动态介绍

作者 | 磐匠

出品 | 焉知

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在汽车电动化和智能化的双重激励下，线控制动系统（Brake-By-Wire）的技术成熟度和行业渗透率正在加速提升，行业将迎来爆发式增长。

线控制动系统作为由电子控制的制动系统，其主要特征是取消了制动踏板和制动器之间的机械连接，通过踏板传感器采集驾驶员制动意图或者通过整车通讯网络接收智能驾驶控制器的制动请求，进而由制动控制单元ECU处理电子信号并控制制动执行机构输出制动力。

根据制动执行机构的不同，线控制动系统可以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 以传统的液压制动系统为基础，用电子器件替代了部分机械部件的功能，使用制动液作为动力传递媒介，同时具备液压备份制动系统，是目前的主流技术方案。进一步地，根据集成度的高低，EHB 可以分为Two-box 和One-box 两种技术方案。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。

本文将从以下两个方面对线控制动展开介绍。在后续的文章中将以此为基础，深入挖掘各个类型的线控制动系统的特点。

• 线控制动系统类型介绍
• 线控制动系统市场分析

线控制动系统方案总结

1. EHB与EMB

1.1. EHB (Electro-Hydraulic Brake)

液压式线控制动系统（Electro-Hydraulic Brake, EHB）是目前市场上主流的线控制动方案，目前市场上主流的线控制动产品如eBooster、IPB等均属于EHB。

相比传统的制动系统，EHB的‘线控’ 部分主要体现在驾驶员踏板与制动系统的电控单元的连接处由机械连接变成了电信号连接，但是制动执行单元仍然保留了液压系统。

电信号连接在不同的场景下有不同的体现。对于驾驶员制动，电信号主要是能够判断驾驶员制动意图的踏板传感器信号；对于智能驾驶功能如自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control , ACC)和紧急制动系统(Automatic Emergency Brake, AEB)　等，电信号则对应来自上层ECU通过通讯网络发送的制动请求信号。

EHB系统工作示意图，图片来自华西证券研究所

相比传统的制动系统，EHB的优势体现在以下几个部分：

• 取消了真空助力器，制动力输出不受真空度（如高海拔地区）影响
• 踏板感可调节，主机厂可以自定义踏板感
• 建压响应迅速准确，对ACC/AEB工况的适应性强
• 可支持新能源汽车能量回收功能

在法规方面，根据欧洲经济委员会标准ECE-R13H和国标GB13594的要求，乘用车在电子助力失效的情况下，机械部件仍然要保证驾驶员在用500Nm踩制动踏板时能产生 2.44 m/s² 的减速度。为满足这一法规，当前主流的EHB系统eBooster和IPB都保留了液压备份，在制动备份模式下，驾驶员踏板和液压管路通过机械连接，保证当制动电控单元失效导致助力功能丢失时，驾驶员仍然能够通过踩制动踏板推动液压备份系统在轮缸建压，从而实现整车紧急制动。

eBooster backup模式工作示意图

但也正是因为制动备份模式下机械连接的存在，导致eBooster和IPB在整车上的布置受到限制，从这个角度，eBooster和IPB都不是EHB方案的最优解。目前主流的制动系统供应商正在研发新一代的EHB系统，完全取消制动踏板和电控单元之间的一切机械连接，这一方案在保留上述EHB优势的同时，最显著的好处是大大了提高制动系统在整车上的布置的灵活度，同时制动踏板尺寸的减小给驾驶座舱的空间优化带来了可能。

相应地，新一代的EHB如何满足相应的法规要求就变成了首先要考虑的问题，这也是当前的研究热点，该方案距离量产还有至少两年的时间。

新一代EHB系统结构示意图

1.2. EMB (Electro-Mechanical Brake)

与EHB相比，EMB用四个由电机驱动的轮端卡钳取代了主缸液压系统，真正实现了‘完全线控’，由于制动执行单元的显著差别，业界称EHB为“湿式（Wet）”线控制动，EMB则为“干式（dry）”线控。

EMB系统工作示意图，图片来自华西证券研究所

EMB系统在保留EHB系统的优势的同时，进一步释放了制动系统零部件的布置自由度，于此同时，四个轮端电机和卡钳取代相对复杂的液压系统也简化了整车装配和后期维护的流程和成本。

但是，虽然EMB技术相较于EHB液压线控技术有很多的优点，但是高度线控化也对EMB的可靠性提出了更高的要求，EMB依然存在不少技术难点需要攻克，比如：

• 纯数据信号传输，一旦出现车辆网络故障如何实现冗余备份以实现法规要求
• 电机/控制单元均在轮侧，制动时产生很高温度，关键部位的抗高温和散热性要求很高
• 轮侧制动电机需要较大功率，因此需要48V或更高电压来进行驱动
• 需要控制芯片和大量传感器支持，需要有效降低成本来进行普及

在这些难点得到攻克以前，EMB不会实现量产，目前各个企业都处于预研阶段，且方案也存在一些差异。以布雷博的EMB系统为例，其亮点在于四个车轮的电机并不是完全通过电信号直接控制，两个前轮电机仍然由小型的电－液执行单元驱动卡钳加紧和释放，而两个后轮电机则和当前的EPB系统一致，由电信号直接控制电机驱动卡钳加紧和释放。

序号５：电－液执行单元，图片来自布雷博官网

序号	组件	功能
1	制动踏板	驾驶员和制动系统接口
2	踏板感模拟器	模拟传统制动系统的踏板感反馈，制动时为驾驶员提供踏板感，可标定
3	踏板位移传感器	采集踏板位移信息，判断驾驶员制动意图
4	制动控制单元	包含主控制单元和备份控制单元，实现制动冗余
5	电－液执行单元	在制动控制单元的控制下输出目标液压力推动卡钳运动
6	前制动卡钳	与刹车盘作用实现前车制动
7	前刹车盘	通过与卡钳摩擦产生制动力
8	后制动卡钳	与刹车盘作用，既实现后轮制动，又实现驻车功能
9	后刹车盘	通过与卡钳摩擦产生制动力

布雷博EMB系统组成部件示意图，图片来自布雷博官网

从另一个角度看，作为传统的液压制动的颠覆者和革命者，EMB在真正实现量产之前，很有可能推动制动相关法规的更新，这一点从业者可以拭目以待。

2. Two-box与One-box

EHB系统根据是否与稳定性控制功能ABS/VDC集成而分为One-box方案与Two-box方案。

目前主流的Two-box方案为“eBooster+ ESC”组合，分别实现基础制动功能和稳定性功能。ESC和eBooster在车上共用一套液压系统，两者协调工作，原理如下：

• eBooster和ESC共用一套制动油壶、制动主缸和制动管路。
• eBooster内的助力电机产生驱动力推动主缸活塞运动，使油壶中的制动液流入主缸管路并进入ESC进液阀，经ESC中的调压阀和进液阀流入4个轮缸，从而建立起制动力。
• 当eBooster不工作时，ESC也可以独立控制制动液从主缸流入轮缸，从而建立制动力。
• eBooster建压的动态响应速度比ESC主动建压更快，且NVH表现更好，因此eBooster是制动控制系统中的主执行机构。

eBooster和ESC的制动组合

为进一步降低成本，集成基础制动功能和稳定性功能于一身的“One-box”方案开始受到主机厂的青睐。

“One-box”方案相比eBooster的另一优势是踏板解耦，驾驶员的踏板力不作用于主缸，踏板感通过模拟器实现，而制动力由伺服电机实现，因此踏板感调节的自由度更大。

博世One-box产品：IPB（Integrated Power Brake）

博世IPB（Integrated Power Brake）工作示意图，图片来自网络

对于自动驾驶系统而言，对制动系统提出了制动冗余的需求，即当主制动系统发生单一故障时，备份制动系统需要保证车辆仍然能够进入安全状态（如靠边停车）。Two-box方案能够实现自动驾驶的制动冗余需求。而One-box则需要额外增加一个独立的制动单元RBU(Redundant Brake Unit)组成支持制动冗余的Two-box方案。

3. 线控制动的市场分析

从市场规模上看，线控制动市场规模呈现出稳步上升的态势。根据中信证券预测，随着全球疫情逐步结束后的需求回补，预计2021-2022 年全球汽车产量同比增长8%和4%，2023-2026年全球汽车市场产量同比增速为1%-2%；而随着汽车智能化的发展，线控制动配备渗透率将会迅速提升，预计2026年达到30%；按照当前线控制动单车价值量2000 元上下的市场表现，到2026 年汽车线控制动国内、全球市场规模分别为216 亿元和575 亿元，潜力巨大。

线控制动市场分析，图片来自中信证券

另一方面，目前线控制动的市场仍然是外资供应商占据主导地位，全球主要的线控制动系统供应商为博世、大陆、采埃孚和天合。其中，博世率先自研布局线控制动，占据领先的市场地位，主要产品为Two-Box 技术路线的iBooster+ESP 和One-Box 技术路线的IPB，其中iBooster+ESP 产品推出时间最早，目前应用最广，IPB 产品国内率先配套比亚迪汉；大陆MK C1 线控制动产品制造工艺复杂，量产进度相对滞后，目前主要面向欧洲市场，2020年底逐步开始面向中国市场；采埃孚通过并购天合和威伯科，获取乘用车、商用车线控制动技术，2018 年底其乘用车线控制动产品IBC 开始量产，2012 年推出商用车线控制动产品EBS。

线控制动市场分析，图片来自中信证券

而令人惊喜的是，对线控制动市场国内参与者众多包括伯特利、拓普集团、拿森电子等。其中头部供应商伯特利深耕制动领域多年，产品力强，以其One-Box 式产品WCBS 为例，在轻量化水平、建压速度、制动能量回收效率等关键产品性能参数上表现优异。此外，伯特利在ABS、ESP、EPB 领域具备深厚的技术积累，同时拥有深厚的数据积累和配套经验，是国内目前唯一可以量产One-Box 式线控制动产品的厂商，有望凭借其先发优势从国内供应商中脱颖而出。

线控制动主流玩家量产情况，图片来自中信证券

系列文章介绍
焉知智能汽车持续关注智能底盘的进化，同时致力于打造系列文章将涵盖智能底盘的所有领域，推出《智能底盘技术系列文章》，对底盘系统的技术方案及发展趋势进行深入的探讨。基于这一定位，系列文章将围绕以下框架展开深入的研究。

• 底盘系统的主流产品介绍与行业动态（产品介绍、功能设计、功能安全设计、国内外玩家现状等方面展开）

• 制动系统篇

• 转向系统篇

• 驱动系统篇

• 悬架系统篇

• 智能底盘的发展新趋势

• 底盘域融合

• 新电子电气（E/E）架构

• 智能底盘安全拓展 （功能安全，预期功能安全，信息安全）

• 滑板底盘

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