摘 要：文章主要介紹了智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。首先，論述了智能網(wǎng)聯(lián)汽車和線控制動(dòng)的定義，并強(qiáng)調(diào)了線控制動(dòng)系統(tǒng)對提高智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全性、舒適性和智能化水平的重要性。其次，解析了線控制動(dòng)系統(tǒng)的分類、結(jié)構(gòu)、基本原理，涵蓋了電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）和機(jī)械式線控制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）。進(jìn)一步分析了EHB、EMB在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢和缺點(diǎn)。最后，探討了智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)在故障診斷與容錯(cuò)控制、電機(jī)及其控制器、踏板模擬等方面的關(guān)鍵技術(shù)。這些研究分析對于推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：線控制動(dòng) 智能網(wǎng)聯(lián)汽車 關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，線控技術(shù)成為汽車工業(yè)的一個(gè)重要研究方向。線控制動(dòng)系統(tǒng)作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車底盤的核心部件之一，其性能直接關(guān)系到車輛的行車安全性。國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》要求突破線控執(zhí)行系統(tǒng)技術(shù)封鎖，工信部和地方政府發(fā)布了多個(gè)加快汽車核心部件國產(chǎn)化的文件，傳統(tǒng)汽車廠和造車新勢力相繼加大了線控底盤技術(shù)的研發(fā)力度，而底盤技術(shù)中最重要的、技術(shù)上最復(fù)雜的方面是線控制動(dòng)（BBW）系統(tǒng)[1]。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車和線控制動(dòng)系統(tǒng)的定義

1.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義

智能網(wǎng)聯(lián)汽車（Intelligent Connected Vehicle，ICV）是一種具有自動(dòng)駕駛、智能感知和與網(wǎng)絡(luò)連接功能的汽車。它通過搭載各種傳感器、人工智能技術(shù)和通信設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛之間、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間以及車輛與互聯(lián)網(wǎng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和信息共享。這種汽車可以通過分析大量數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)自主決策，提高行車安全性、效率和舒適性。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛，并為用戶提供更加便捷、安全和舒適的出行體驗(yàn)[2]。

1.2 線控制動(dòng)系統(tǒng)定義

線控技術(shù)（X-by-Wire）就是“電控技術(shù)”，其中，“X”代表汽車中傳統(tǒng)上由機(jī)械或者液壓控制的各個(gè)功能部件，用制動(dòng)（Brake）代替X就稱線控制動(dòng)（Brake-by-Wire）[3]。取消了機(jī)械連接，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器間的功率傳輸被導(dǎo)線連接所取代；將原來的制動(dòng)踏板換成了一種模擬產(chǎn)生器，通過利用制動(dòng)踏板位置傳感器來對駕駛員的制動(dòng)意圖進(jìn)行檢測生成制動(dòng)信號，把制動(dòng)踏板的機(jī)械信號轉(zhuǎn)化成電子信號，再把信號傳送到控制系統(tǒng)，由電控模塊完成制動(dòng)力的產(chǎn)生，并且按照特定的運(yùn)算法則，向司機(jī)反饋踏感；像這樣，電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號的制動(dòng)稱為“線控制動(dòng)”。

2 線控制動(dòng)系統(tǒng)的分類

線控制動(dòng)系統(tǒng)按執(zhí)行裝置可劃分為液壓式線控制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake， EHB）和機(jī)械式線控制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-Mechanical Brake， EMB）。其中，EHB用電子設(shè)備代替了一些機(jī)械零件的功能，以制動(dòng)液為動(dòng)力傳輸介質(zhì)，并配備了液壓備用制動(dòng)系統(tǒng)，是當(dāng)前的主要技術(shù)方案。而在EMB中，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輪端的電機(jī)來產(chǎn)生所需要的制動(dòng)力，同時(shí)通過控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)ABS等穩(wěn)定性功能，但是其無液壓備份制動(dòng)系統(tǒng)，量產(chǎn)之路面臨法規(guī)的阻礙。

2.1 電子液壓制動(dòng)EHB系統(tǒng)

EHB是EJNWha9skCQ7rJ0fDIYy/qw==lectronic Hydraulic Brake的簡稱，是傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)和線控制動(dòng)系統(tǒng)之間的過渡產(chǎn)品，將液壓制動(dòng)技術(shù)與電子控制系統(tǒng)相結(jié)合，易于與目前成熟的輔助制動(dòng)系統(tǒng)如ABS、ESC等系統(tǒng)集成，兼容性好[4]。EHB制動(dòng)踏板與制動(dòng)器無剛性連接，無需真空助力器，結(jié)構(gòu)緊湊，控制方便可靠，制動(dòng)噪音低，制動(dòng)舒適性好，EHB還可單獨(dú)控制每個(gè)車輪的制動(dòng)力，以輕松最大化制動(dòng)能量回收，但是制動(dòng)執(zhí)行單元仍然保留了液壓系統(tǒng)。如圖1所示是電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)原理圖。

電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)助力制動(dòng)執(zhí)行流程為：當(dāng)司機(jī)有制動(dòng)想法時(shí)，踩下制動(dòng)踏板，利用推桿上的踏板位移傳感器，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲得位移的變化，并把輸出信號傳遞給能夠計(jì)算出所需相應(yīng)制動(dòng)力的系統(tǒng)控制器，然后將所需的三相正弦波傳輸給助力電機(jī)。電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，通過機(jī)械變速器的減速增扭效應(yīng)，在反饋盤中與駕駛員提供的輸入力相結(jié)合，驅(qū)動(dòng)主缸活塞橫向移動(dòng)，使儲(chǔ)油壺內(nèi)的制動(dòng)液加速從主缸中排出，流入到狹窄的剎車管路內(nèi)，由于流體的不可壓縮性，使得制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的制動(dòng)液壓力急劇增加。高壓制動(dòng)液促使制動(dòng)輪缸內(nèi)的活塞工作， 此時(shí)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)盤會(huì)被制動(dòng)塊夾住，由此產(chǎn)生的強(qiáng)大的摩擦力會(huì)讓車輛慢下來或停下來。在整個(gè)制動(dòng)過程中，電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)精密而高效地協(xié)調(diào)著各個(gè)組件，確保了制動(dòng)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，大幅提升了行車的安全性和便捷性。

相對于傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)，該制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)噪聲減小，可提供更好的踏板感和更高的安全性能，當(dāng)汽車在線控制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，也能起到制動(dòng)作用。然而，在備份系統(tǒng)中仍保留傳統(tǒng)的制動(dòng)液輸送管路，使得EHB系統(tǒng)內(nèi)的輸油管路既復(fù)雜又存在漏油的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）

電子機(jī)械式制動(dòng)器（EMB）是 Electronic Mechanical Brake的首字母縮寫，與電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械化制動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、電信號傳輸、響應(yīng)快、制動(dòng)距離短、穩(wěn)定性好、易于維護(hù)、無液壓油泄漏問題，并能通過ECU直接控制集成 ABS、TCS、ESP和ACC功能。EMB被認(rèn)為是線控制動(dòng)系統(tǒng)的終極演進(jìn)，它作為純機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行，執(zhí)行器通常安裝在每個(gè)輪邊，電機(jī)集成在制動(dòng)鉗內(nèi)，踏板的制動(dòng)信號直接輸入制動(dòng)鉗[5]。通過簡化組件，無需使用制動(dòng)液或液壓管路，制動(dòng)力由電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生，從而使每個(gè)車輪都擁有獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。

由圖2可以看出，機(jī)械式線控制動(dòng)系統(tǒng)由電源模塊、控制模塊、信息傳輸模塊、傳感器部分和電機(jī)制動(dòng)模塊等組成。電源模塊主要為EMB制動(dòng)電機(jī)提供能量；控制模塊負(fù)責(zé)接收信號，判定駕駛員意圖，輸出制動(dòng)指令至制動(dòng)控制器，統(tǒng)籌整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)；信息傳輸模塊負(fù)責(zé)將各類信號送至指定部分；各傳感器用來測量汽車的狀態(tài)，主要包括車速、輪速、制動(dòng)踏板位置狀態(tài)等常規(guī)檢測目標(biāo)；電機(jī)制動(dòng)模塊負(fù)責(zé)提供制動(dòng)力，主要由制動(dòng)執(zhí)行器、 制動(dòng)控制器、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板處的傳感器將踏板狀態(tài)信號通過網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)傳給中央控制器（ECU），ECU根據(jù)目前車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，結(jié)合其他傳感器信號經(jīng)相應(yīng)的算法處理后產(chǎn)生合適的制動(dòng)控制信號，將該信號傳遞給各個(gè)輪胎上的EMB制動(dòng)力控制單元（MCU），MCU根據(jù)接收到的制動(dòng)力信號先判斷分析車輪制動(dòng)力大小，并控制電機(jī)迅速啟動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生制動(dòng)力[6]。

與EHB液壓油輸送線路相比，EMB輸電線路傳輸速度更快，從而提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善了工作穩(wěn)定性和可靠性。然而，完全依賴線路控制意味著沒有備用制動(dòng)系統(tǒng)，這就要求系統(tǒng)具有更高的工作可靠性和容錯(cuò)性。

3 線控制動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 故障診斷與容錯(cuò)控制

汽車線控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)械、液壓系統(tǒng)相比，有著諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，這是一個(gè)先進(jìn)而復(fù)雜的電子系統(tǒng)，現(xiàn)在還不能像機(jī)械和液壓元件那樣可靠，而且其失效方式也不同于常規(guī)的。因此，在新型故障模式下，如何對其進(jìn)行高效的故障檢測，并確保其在部分元器件或軟件發(fā)生故障時(shí)，仍能具備容錯(cuò)能力，以保障轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等基本功能，是當(dāng)前亟須解決的重要問題。

線控系統(tǒng)必須具備對系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)探測、定位和容錯(cuò)控制的能力。容錯(cuò)控制的意思是：當(dāng)某一部分元件發(fā)生失效或故障時(shí)，該元件所承擔(dān)的功能可由該系統(tǒng)的其他元件所替代，從而使得該系統(tǒng)能夠維持預(yù)定的性能，或在不損失其基本功能的前提下，達(dá)到對有缺陷的系統(tǒng)的最優(yōu)化。

其中，硬件冗余是指對關(guān)鍵元件或易失效的元件進(jìn)行備份，而解析式冗余則是指通過對控制器進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，以增加系統(tǒng)冗余度。然而，由于其昂貴的硬件冗余，已成為制約其發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。從成本的角度出發(fā)，通過增加解析式冗余度來改善系統(tǒng)的容錯(cuò)性，已成為未來的研究熱點(diǎn)。

3.2 電機(jī)及其控制器

信號通過總線將數(shù)據(jù)傳送給控制器，再由控制器帶動(dòng)各類電動(dòng)機(jī)完成相應(yīng)的任務(wù)。然而，電機(jī)及控制器的性能對整車線控系統(tǒng)的性能有著直接性的影響，整車線控系統(tǒng)中的電機(jī)以位置、速度、轉(zhuǎn)矩等為控制對象，其輸出功率在幾十瓦到數(shù)千瓦之間。

3.3 踏板模擬

在傳統(tǒng)的剎車系統(tǒng)中，當(dāng)司機(jī)踩踏剎車時(shí)，可以感知到真空助力器和液壓系統(tǒng)的反饋，在不同的剎車壓力作用下，整車會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對應(yīng)的減速效果，從而為司機(jī)建立起剎車踏板的感覺。踏板踩踏的速度、踏板作用力、踏板行程以及相應(yīng)的氣壓與減速速度均會(huì)對踏板的感受產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的剎車踏板感是根據(jù)剎車樣品的選擇而調(diào)節(jié)的，各家公司也都有自己的腳踏板感。至于要不要采用傳統(tǒng)車型剎車踏板感和開發(fā)模式，是線控制動(dòng)的全新選項(xiàng)。

3.4 傳感器技術(shù)

在制動(dòng)系統(tǒng)中，傳感器對制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行起著關(guān)鍵的作用。未來的制動(dòng)系統(tǒng)將會(huì)是一種基于高精度的傳感器信息進(jìn)行感知、決策和動(dòng)態(tài)執(zhí)行的智能化主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)[7]。因此，研制一種低成本、高可靠性、高精度、小尺寸的線控制動(dòng)系統(tǒng)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。

3.5 汽車動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制

ABS、TCS、ESC等在汽車主動(dòng)安全方面都與制動(dòng)相關(guān)。特別是ESC的核心技術(shù)與產(chǎn)品，雖然已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但其核心技術(shù)還掌握在幾家國外廠商的手里，我國在ESC的匹配與批量生產(chǎn)方面還存在著技術(shù)障礙。特別是目前對線控制動(dòng)技術(shù)的需求越來越大，博世等幾家制動(dòng)機(jī)廠商紛紛將電動(dòng)助力器與ESC技術(shù)進(jìn)行整合，并與之相匹配，以進(jìn)一步掌控車輛核心控制系統(tǒng)[8]。ESC中的電控單元（如電磁閥）的設(shè)計(jì)與制造、ESC控制、底盤集成控制、控制器技術(shù)、ESC評估方法sOIMGodDSqoO02RVbJFo5Zh7B05CaAUJ9VL7XrZg2EE=等是ESC系統(tǒng)的核心部分。

4 結(jié)語

線控制動(dòng)系統(tǒng)作為一種新興的時(shí)代產(chǎn)品，可以為智能網(wǎng)聯(lián)汽車制動(dòng)提供更穩(wěn)定、更快速的制動(dòng)性能。目前在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上中應(yīng)用比較廣泛的是EHB，EHB技術(shù)更成熟，更能適應(yīng)市場需求，EHB將是現(xiàn)階段線控制動(dòng)的發(fā)展方向。EMB由于成本高、沒有冗余備份、熱可靠性差等一些關(guān)鍵技術(shù)問題，仍需進(jìn)一步完善，距離完全商業(yè)化還有一段距離。而EMB系統(tǒng)作為制動(dòng)系統(tǒng)中最先進(jìn)的技術(shù)，具有響應(yīng)速度快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是包括EHB在內(nèi)的傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)所無法比擬的。對于EMB的研究，各大企業(yè)及高校應(yīng)當(dāng)在線控制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方面加大投入研究，不斷地改進(jìn)線控制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用效果。我們相信，在未來，當(dāng)制約EMB系統(tǒng)發(fā)展的各種困難被克服后，EMB產(chǎn)業(yè)化的條件將會(huì)慢慢成熟。

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