汽车制动系统基础

汽车制动系统

发展现状

行车制动的发展路线经历了“纯机械制动-液压制动-电控制动-线控制动”四个阶段。与传统液压制动系统相比，线控制动系统摆脱对真空助力的依赖，并具有响应时间短、体积小、重量轻、可扩展性强等优点。根据制动执行机构的不同，线控制动拥有两条技术路线。目前，国内外主要研究的线控制动系统是电子液压制动（EHB）系统、电子机械制动（EMB）系统以及混合线控制动（HBBW）系统，其中尤以EHB系统发展最为成熟，目前已处于量产阶段。
与传统行车制动系统相比：
传统的行车制动系统一般是由真空助力系统、ESC、执行系统组成。制动时，驾驶员脚踏制动踏板产生的制动力通过真空助力器放大后推动主缸活塞运动给轮缸减压。从而实现车辆的制动。ESC系统在检测到车辆发生异常时，协调四个制动轮的制动力以及发动机的牵引力（如何协调），以保证车身整体的稳定。执行系统包括卡钳和制动盘，卡钳内部的液压活塞受到制动油的推理后，夹紧制动盘，实现车轮的摩擦制动。通常情况下，传统系统主动刹车的反应速度大概是 300-600ms， 而EHB线控制动的反应速度大概是 120-150ms，大概相差 300ms 左右，若按照 100km/h 的行车 速度，使用线控制动可以缩短 8.3m 的刹车距离，提高行车安全性。
电子机械制动EMB可靠性仍需提高，处于研究阶段。EMB体积小，响应速度快，能量回收效率更高，成为智能驾驶汽车研究的热点。与传统的制动系统的区别：完全摒弃的传统制动系统中的制动液和液压管路等部件，使用电子机械系统替代，制动踏板产生的信号直接输出到制动卡钳上，通过控制每个车轮上的电动制动卡钳来实现四个车轮的制动。其缺点是需要24v电源系统供电，并且EMB没有机械冗余，不能满足失效备份的需求。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。于此同时，EMB 实现完全电子化，可以更好地和汽车其他电控系统整合，更能贴合汽车行业电动智能化趋势。

线控制动系统分类

1.EHB制动系统

EHB是在传统的液压制动系统的基础上发展而来的。EHB线控制动主要在传统的真空助力制动的基础上，将真空助力升级为电子助力，保留了ESC和液压制动执行部分，从而形成了ESC和电子助力的Two-Box线性制动方案，要是将助力系统、主缸、ESP/ESC合二为一，共用一个ECU，就是One-Box方案。EHB线控使用电机取代了真空助力器，从而减少了自车车身重量以及燃油消耗。

2.EMB制动系统

• EMB系统完全摒弃了传统制动系统的制动液及液压管路等部件，由电机驱动制动器产生制动力，是真正意义上 的线控制动系统；

• EMB系统内没有液压驱动和控制部分，机械连接只是存在于电机到制动钳的驱动部分，由导线传递能量，数据线 传递信号；

• EMB系统的关键部件之一是电子机械 制动器，按其结构特点和工作原理可以分为无自增力制动器和自增力制动 器。

3.混合制动系统

•混合线控制动（HBBW）系统的主流布置方式为前轴采用电子液压制动 （EHB）系统、后轴采用电子机械制动（EMB）系统；前轴采用EHB系统可以实现前轮单轮制动力调节，同时靠装于前轴的EHB 实现制动失效备份以满足安全可靠要求；后轴采用EMB系统，一方面可以缩减制动管路的长度，消除压力控制过程中由于管路过长带来的不确定性； 另一方面能够使电子驻车制动系统 （EPB）更加方便快捷。

2.EHB制动系统的工作原理：

**组成：**EHB系统主要包括两个部分：1液压执行机构，这部分主要包括高压蓄能器、液压泵、制动液储油杯、进、出液电磁阀等。
2电子控制单元主要包括传感器信号输入单元、主控单元、执行器驱动单元以及一系列传感器（包括方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、压力传感器、制动踏板行程传感器等）。（液压）

线控制动不依赖于制动踏板与助力机构之间的机械连接，可实现底盘与车身之间的解耦，可以更好地适配L3级别以上的智能驾驶的技术方案。

**工作原理：**驾驶员踩下制动踏板产生位移，数据采集系统将采集到的踏板行程传感器、压力传感器等反馈信号输入到电子控制单元中进行分析和判断，然后对进出液电磁阀分别进行调节。当系统需要增压时，进液阀打开出液阀关闭。当系统需要减压时，进液阀关闭出液阀打开。通过输入PWM控制信号进行高速开关阀从而控制各车轮上的制动压力。通过CAN总线技术ECU还可以接收来自于ABS、ASR、ESP的汽车动态数据，经过分析和处理，将控制信号发送给相应的控制单元，对汽车进行优化。

one-box与two-box的区别

two-box是取代传统的真空助力器，使用电机驱动液压回路。one-box直接取消液压控制，使ECU直接控制在刹车片上。

“eBooster+ ESC”Two-box方案的系统架构

ESC和eBooster再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减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是控制系统中的主执行机构。

two-box的原理

目前主流的Two-Box方案为eBooster+ESC组合，eBooster和ESC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。与传统真空助力器相比，两者协调工作能够精准高效地支持驾驶员或智能驾驶系统的制动请求。

eBooster的作用

eBooster最基础的功能是为驾驶员制动提供助力。其原理是利用传感器感知驾驶者踩下制动踏板的力度和速度，并将信号处理之后传给ECU，ECU计算出电机应产生对应的扭矩，再由传动装置将该扭矩转化为助力器阀体的伺服制动力，随即与源踏板动力共同在制动主缸中转化为制动液压力，最终驱动执行元件（卡钳等）实现制动。从而实现电控制动响应速度更快并且更够精准的控制压力。

ESC的作用

电磁阀的作用