智能底盘技术(12) | Two-box方案"ESC eBooster"制动控制介绍

作者 | 磐匠

出品 | 焉知

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根据制动执行机构的不同，线控制动系统（Brake-By-Wire）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。而EHB根据集成度的高低，EHB 可以分为Two-box 和One-box 两种技术方案。

随着新能源汽车市场的扩张，“eBooster+ ESC”组合成为了目前市场上最主流的Two-box方案。该方案除了实现基础的制动助力功能和稳定性控制功能外，还能在实现制动能量回收的同时协调配合，保证在电制动和液压制动的切换中实现驾驶员的踏板感一致。此外，随着高阶辅助驾驶系统和自动泊车系统的普及，“eBooster+ ESC”在其中也扮演着实现制动冗余的角色。

在上期中对“eBooster+ ESC”组合的系统架构及降级策略展开了说明，本期将对该组合基础的制动功能的实现展开介绍。

• 驾驶员制动控制
• 外部ECU制动控制
• 制动灯控制

eBooster和ESC的Two-box方案系统架构

1.驾驶员制动控制

eBooster为实现驾驶员制动助力功能，首先需要正确探测驾驶员的制动意图，安装在eBooster推杆处的踏板行程传感器 (Pedal Travel Sensor) 监测驾驶员踩下踏板的深度，从而反馈给eBooster的DBR-F(Driver Brake Request-Brake Force)模块进行驾驶员意图判断。

ESC+eBooster驾驶员制动控制功能示意图

确定驾驶员制动意图后，eBooster并不进行直接助力，而是将驾驶员制动意图通过网络通讯反馈给ESC，由ESC来进行液压制动力和驱动电机制动力分配。

作为车辆稳定控制系统，ESC进行制动力分配的主要目的是确保分配不会引起车辆失稳的风险，比如当驾驶员遇到猛踩油门的工况而引起车轮抱死时，ESC系统会在激活ABS的同时停止对驱动电机的制动力请求，转而全力通过调节轮缸液压来实现稳定。

其次，ESC进行制动力分配可以实现制动能量回收功能。制动能量回收功能随着新能源汽车的普及同步问世。在制动能量回收功能的作用下，汽车制动过程中除了液压力产生摩擦制动外，高压电池和驱动电机的协作，驱动电机产生负扭矩提供部分制动力，负扭矩产生反向电流对高压电池进行充电，最终制动时车辆的部分动能转化为化学能存储在高压电池中，用于下一次的车辆驱动，从而实现了能量回收，达到节能减排的目的。

ESC液压管路示意图

为实现制动力分配，首先需要ESC的硬件能够解除主缸制动液和轮缸制动液的“直接关联”，这由ESC大容量的蓄能器以及对轮端电磁阀控制实现。在大容量蓄能器的加持下，当驾驶员踩下制动踏板时，eBooster控制主缸液压进入轮缸产生制动力，于此同时驱动电机制动力随着制动踏板深度增加缓慢上升，该过程中来自主缸的制动液不会直接流入轮缸，而是将一部分暂时存储在蓄能器中，在蓄能器中的制动液不会产生制动力，由此实现制动过程中电机制动力与液压制动力的动态协调控制。

ESC制动力分配示意图

但是，ESC制动力动态分配过程中造成的主缸制动液和轮缸制动液的“分离”，会带来驾驶员制动踏板感变化的问题。eBooster的PFC(Pedal Force Compensation)模块可以实现保证踏板感一致，其核心原理是在驾驶员制动过程中，eBooster通过对助力大小进行控制（如下图所示），始终保证在相同的踏板深度下，反馈到驾驶员脚上的踏板的反作用力恒定，让驾驶员感受不出此时是电机制动还是制动液制动，从而实现踏板感的一致性，给驾驶员带来最舒适的体验。

eBooster实现制动能量回收时保持踏板感一致的原理

上图中，弹簧力Fsprings是恒定的，为了在某个踏板深度下实现踏板力Fpedal的恒定，PFC模块需要知道当前液压能产生的制动力Fhydraulic的大小，从而调节适当的助力Fboost。而此时由于受到制动力分配过程中蓄能器液量控制和轮端电磁阀控制的影响，ESC系统中的主缸压力传感器采集的主缸压力值无法对应真正产生的液压制动力上，所以ESC需要发送一个“虚拟”的主缸压力值给eBooster以确定Fhydraulic的大小。虚拟的主缸压力值由ESC的DBR-T(Driver Brake Request-Brake Torque)模块中的事先标定好的pv曲线查表得到，并通过通讯反馈给eBooster的PFC模块，以此确定为实现目标踏板感而需要助力电机输出的助力大小。

2.外部ECU制动控制

由于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是外部ECU(如ADAS ECU)请求制动系统制动时的主执行机构，这样一来也可以减少ESC系统整个生命周期中主动建压的负荷。

eBooster+ESC实现EBR (External Brake Request)

在ESC中的EBR-C(External Brake Request-Controller)模块负责接收来自外部ECU的制动请求，并将制动请求转换成目标主缸压力值通过通讯网络发送给eBooster中的EBR-E(External Brake Request-Execution)模块，进而eBooster计算目标助力值实现制动请求。

在这个过程中，eBooster也会实时反馈实际输出的压力值给ESC。比如当eBooster达到Runout点后助力能力显著下降（见下图）时，ESC通过主动建压进行制动补偿。

eBooster runout point，图片来自网络

下表总结了实现外部ECU制动时ESC和eBooster的主要交互信号及目的。

Interface	Communication path	Task and interface content
ExtReqPrio	eBooster → ESC	Communication of the information on whether the driver or the external brake request dominates the current brake torque FALSE (External brake request is not active or the driver dominates the brake torque) TRUE (External brake request is active and dominates the brake torque)
ExtReqStatus	eBooster → ESC	Communication of the current availability of the external brake request as actuator function 0: EBR_NotInitilized (The actuator function external brake request in the eBooster is in the initialization phase and can not yet be used) 1: EBR_NotAvailable (The actuator function external brake request in the eBooster is not available) 2: EBR_Available (The actuator function external brake request in the eBooster is available and can be used)
qTargetExternal	ESC →eBooster	Communication of the target value for carrying out the external brake request in the eBooster
qTargetExternal_Q	ESC →eBooster	Communication of the current activation request for carrying out the external brake request in the eBooster 0: qTarget_Off (no request on external brake request actuator function in the eBooster) 1: qTarget_EBR (active volume flow request on external brake request actuator function in the eBooster)

3.制动灯控制

制动灯控制的策略和eBooster系统的降级状态相关。

当eBooster处于全功能时，由eBooster系统根据驾驶员踩踏板的状态控制制动灯，此时ESC只有当稳定性功能或者不依赖驾驶员制动的辅助功能激活主动建压时才会请求点亮制动灯。

eBooster 全功能时的制动灯控制

当eBooster助力功能失效时，eBooster请求HBC功能激活，此时驾驶员的制动请求由ESC主动建压实现，此时所有工况下的制动灯全权由ESC控制，包括驾驶员制动工况和稳定性功能及辅助功能主动建压的工况。

eBooster功能降级时的制动灯控制

系列文章介绍
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• 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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