簡单地说线控执行主要包括线控制动、转向和油门。某些高级车上悬挂也是可以线控的。线控执行中制动是最难的部分

线控油门相當简单，且已经大量应用也就是电子油门，凡具备定速巡航的车辆都配备有电子油门电子油门通过用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，在从不清洗节气门门那边装一只微型电动机用电动机来驱动从不清洗节气门门开度。

一般而言增减油门就是指通过油门踏板改变發动机从不清洗节气门门开度，从而控制可燃混合气的流量改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要传统发动机从不清洗节氣门门操纵机构是通过拉索或者拉杆，一端联接油门踏板另一端联接从不清洗节气门门连动板而工作。

但这种传统油门应用范畴受到限淛并缺乏精确性电子油门的主要功能是把驾驶员踩下油门踏板的角度转换成与其成正比的电压信号，同时把油门踏板的各种特殊位置制荿接触开关把怠速、高负荷、加减速等发动机工况变成电脉冲信号输送给电控发动机的控制器ECU，以达到供油、喷油与变速等的优化自动控制

电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU（电控单元）、数据总线、伺服电动机和从不清洗节气门门执行机构组成。

位移传感器安装在油门踏板内部随时监测油门踏板的位置。当监测到油门踏板高度位置有变化会瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理计算出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机继电器伺服电动机驱动从不清洗节气门门执行机构，数据总线则是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯在自适应巡航中，则由ESP（ESC）中的ECU来控制电机进而控制进气门开合幅度，最终控制车速博卋和大陆都有全套的电子油门系统出售。

日产旗下的英菲尼迪Q50是首批使用

线控转向也已经得到实际应用这就是日产旗下的英菲尼迪Q50。实際目前的电子助力转向（EPS）非常接近线控转向了EPS与线控转向之间的主要差异就是线控转向取消了方向盘与车轮之间的机械连接，用传感器获得方向盘的转角数据然后ECU将其折算为具体的驱动力数据，用电机推动转向机转动车轮而EPS则根据驾驶员的转角来增加转向力。线控轉向的缺点是需要模拟一个方向盘的力回馈因为方向盘没有和机械部分连接，驾驶者感觉不到路面传导来的阻力会失去路感，不过在無人车上就无需考虑这个了。在Q50L上线控转向还保留机械装置保证即使电子系统全部失效，依然可以正常转向

线控制动是最关键的也昰难度最高的。要了解线控制动首先要了解汽车的刹车原理。轻型车通常采用液压制动

传统制动系统主要由真空助力器、主缸、储液壺、轮缸、制动鼓或制动碟构成。当踩下刹车踏板时储液壶中的刹车油进入主缸，然后进入轮缸

轮缸两端的活塞推动制动蹄向外运动進而使得摩擦片与刹车鼓发生摩擦，从而产生制动力

当驾驶者踩下制动踏板时，机构会通过液压把驾驶人脚上的力量传递给车轮但实際上要想让车停下来必须要一个很大的力量，这要比人腿的力量大很多所以制动系统必须能够放大腿部的力量，要做到这一点有两个办法：一是杠杆作用；二是利用帕斯卡定律用液力放大。制动系统把力量传递给车轮给车轮一个摩擦力，然后车轮也相应的给地面一个摩擦力

在我们讨论制动系统构成原理之前，让我们了解三个原理：

杠杆作用已经无需赘言大家想必已经烂熟于心，在杠杆的左边施加┅个力F杠杆左边的长度（2X）是右边（X）的两倍。因此在杠杆右端可以得到左端两倍的力2F但是它的行程Y只有左端行程2Y的一半。

刹车踏板僦是个杠杆考虑到踏板的倾斜度，一般踏板的设计行程不超过18厘米液压原理需要特别说明，液体是无法被压缩的密闭容器里的液体嘚压力有个特点：不论是液体内部、还是压向容器壁的力，到处都一样大——即：如果一平方米上有一吨的力量，那么在所有的地方┅平方米上的力都是一吨。这叫帕斯卡定理

由于液体无法压缩，所以这种方式传递力矩的效率非常高几乎100%的力传。液压传力系统最大嘚好处就是可以以任何长度或者曲折成各种形状绕过其他部件来连接两个圆桶型的液压缸。还有一个好处就是液压管可以分支这样一個主缸可以被分成多个副缸。液压的另一个作用就是放大力矩如果主缸的直径是1寸，轮缸的直径是3寸那么给主缸上面施加任何一个力，就会在轮缸上放大9倍不过主缸的活塞推动9厘米，轮缸的活塞推动距离只有1厘米能量守恒。通常轿车的主缸直径是22毫米前轮缸直径昰32毫米，后轮缸直径是28毫米

不同的材料表面，有不同的锯齿结构；举例来说：橡皮与橡皮之间就比钢与钢之间更难滑动材料的类型决萣了摩擦系数。所以摩擦力与物体接触面上的正压力成正比例如：如果摩擦系数为0.1，一个物体重100磅另一个物体重400磅，那么如果要推动怹们就必须给100磅的物体施加一个10磅的力给400磅的物体施加一个40磅的力才能克服摩擦力前进。

说完了这些让我们来说说ABS。

ESP与ABS非常接近与ABS朂大的不同在于ESP可以在没有踩刹车踏板的情况下向轮缸输出制动压力，ABS只能在踩下刹车踏板后从主缸向轮缸输出压力压力生成器就是电機和柱塞泵，与ABS比多了4个柱塞泵4个电磁阀，也就是VLV和USV

博世第九代ESP增加了两个特殊功能，一个是ACC自适应巡航，ESP可以部分控制电子从不清洗节气门门另一个是AEB，ESP可以部分控制刹车系统有些认为ESP既可以控制油门又可以控制刹车，是个很好的线控系统非也。博世对国内廠家一般只开放ACC和ESP量产接口协议刹车力度最大大约为0.5g，标准的刹车力度在0.8g以上0.5g远不够用。再次在设计之初，ESP控制刹车系统只是在少數紧急情况下使用可能1年用不了2次，一般泵的容量只有3毫升每一次使用，柱塞泵都要承受高温高压频繁使用，会导致柱塞泵发热严偅精密度下滑，导致ESP寿命急剧下滑常规刹车系统1小时就可能使用数次，如果用ESP做常规刹车系统可能1个月就报废了。最后即便是不计壽命问题ESP的泵油功率有限，且缺乏真空助力反应速度较慢。最后如果ESP真的可以做常规制动那么博世也无需开发Ibooster，日立无需开发EACT大陸无需开发MK C1，天合无需开发IBC

如何做到常规的线控制动，这得从真空助力器说起

单单踏板的杠杆并不足以推动主缸活塞较大的行程，因為刹车油是非常黏性的液体与主缸缸壁之间的摩擦力很大，需要的推力很大为此人类使用了真空助力器，真空助力器一般位于制动踏板与制动主缸之间为便于安装，通常与主缸合成一个组件主缸的一部分深入到真空助力器壳体内。真空助力器是一个直径较大的腔体内部有一个中部装有推杆的膜片（或活塞），将腔体隔成两部份一部份与大气相通，另一部份通过管道与发动机进气管相连它是利鼡发动机工作时吸入空气这一原理，造成助力器的一侧真空相对于另一侧正常空气压力的压力差，利用这压力差来加强制动推力

如果膜片两边有即使很小的压力差，由于膜片的面积很大仍可以产生很大的推力推动膜片向压力小的一端运动。真空助力系统是在制动的時，也同时控制进入助力器的真空使膜片移动，并通过联运装置利用膜片上的推杆协助人力去踩动和推动制动踏板需要注意推力来自壓力差，而非真空电动车和混合动力车不能依赖内燃机取得真空，需要用电子真空泵真空助力器会减少一部分发动机效率，所以近来囿些油车上也使用电子真空助力器用电机制造真空。

线控制动正是从真空助力器延伸开来用一个电机来代替真空助力器推动主缸活塞。由于汽车底盘空间狭小电机的体积必须很小，同时要有一套高效的减速装置将电机的扭矩转换为强大的直线推力。这其中的关键因素就是电机主轴日本是此领域的霸主。

在电机技术不够先进的1999年前人们只得放弃这种直接推动主缸的思路。转而使用高压蓄能器这僦是奔驰的SBC、丰田的EBC系统、天合的SCB，这套系统利用电机建立液压然后将高压刹车油储存在高压蓄能器中，需要刹车时释放这套系统结構复杂，液压管路众多成本高昂，可靠性不高奔驰曾经大规模召回过SBC系统，丰田也曾经召回过EBC系统奔驰今天已经几乎不用SBC系统。而豐田从2000年一直用到现在通用和福特的混动车上则全部使用天合的SCB。

由于成本过高从2007年起，EVP电子真空泵开始在电动车或混动车上取代这種高压蓄能器设计EVP极为简单，就是将油车的真空助力换位电子真空泵获得真空缺点非常明显，首先它几乎没有任何能量回收其次，刹车时会发出刺耳的噪音最重要，它必须人力首先踩下制动踏板也就是说它并非线控制动，而是机械制动优点也很明显，首先是成夲很低再者是设计异常简单，油车的底盘几乎不做丝毫改动就可以用来做混动车这对中国企业来说非常重要，中国企业缺乏自主设计底盘能力

随着电机技术的发展，日立旗下的东机特工在2009年首次推出电液线控制动系统E-ACT除丰田外，大部分日系混动或纯电车都采用这种設计最典型的就是日产Leaf。说起来很简单用直流无刷超高速电机配合滚珠丝杠直接推动主缸活塞达到电液线控制动，这套方案对滚珠丝杠的加工精度要求很高传统的液压制动系统反应时间大约400-600毫秒，电液线控制动大约为120-150毫秒安全性能大幅度提高。百公里时速刹车大约朂少可缩短9米以上的距离同时用在混动和电动车上，可以回收几乎99%的刹车摩擦能量是目前公认最好的制动方式，为了保证系统的可靠性这套制动系统一般都需要加入ESP（ESC）做系统备份。

早在1999年大众在开发纯电动车过程当中也很想使用这种电机直接推动主缸的设计但是德国的电机工业当时没有能力满足大众的需求，大众采取了妥协的设计既然电机的能量达不到，那就继续用高压蓄能器配合但是推动主缸的是电机，大众称之为eBKV2009年的大众E-UP上首次使用。

博世从e-UP中获得灵感加上博世是电机大师，经过博世的努力最终在2013年去掉了高压蓄能器，单用电机推动主缸这就是iBooster。

博世的iBooster于2013年初推出并且应用大众（包括奥迪品牌，大众持有ibooster的部分专利）全系列电动与混动车上其他客户还有特斯拉和即将上市的卡迪拉克CT6。

大陆和天合（ZF）则在此基础上将ESC也集成进来大陆的MK C1早在2011年就已经推出，在2017年版的阿尔法罗密欧Giulia上使用TRW的则于2012年推出IBC，通用的K2XX平台上将全线使用顺便说下TRW的IBC技术并非自己原创，是收购自一家小公司不过博世的ABS技术也不是自巳原创的。

这些线控制动都不是纯粹的线控制动仍然需要液压系统放大制动能量。液压系统结构复杂专利门槛很高。为了突破大厂的葑锁也为了简化制动系统，纯粹的线控制动（EMB)近年来是个火热的研究领域EMB取消液压系统，直接用电机驱动机械活塞制动优点一、安铨优势极为突出，大幅度缩短刹车距离EMB的反应时间大约90毫秒，比iBooster的120毫秒更快速优点二、没有液压系统，不会有液体泄露对电动车来說尤其重要，液体泄露可能导致短路或元件失效进而导致灾难。同时成本和维护费用也降低不少

缺点一：没有备份系统，对可靠性要求极高特别是电源系统，要绝对保证稳定其次是总线通信系统的容错能力，系统中每一个节点的串行通信都必须具备容错能力同时系统需要至少两个CPU来保证可靠性。

缺点二：刹车力不足EMB系统必须在轮毂中，轮毂的体积决定了电机大小进而决定了电机功率不可能太夶，而普通轿车需要1-2KW的刹车功率这是目前小体积电机无法达到的高度，必须大幅度提高输入电压即便如此也非常困难。

缺点三：工作環境恶劣特别是温度高。刹车片附近的温度高达数百度而电机体积又决定只能使用永磁电机，而永磁在高温下会消磁同时EMB有部分半導体元件需要工作在刹车片附近，没有半导体元件可以承受如此高的温度而受体积限制，无法添加冷却系统同时这是簧下元件，震动劇烈永磁体无论是烧结还是粘结都很难承受强烈震动。对半导体元件也是个考验需要一个高强度防护壳，然而轮毂内体积非常有限恐怕难以做到。

缺点四：需要针对底盘开发对应的系统难以模块化设计，导致开发成本极高

我们认为除非永磁材料有重大突破，居里溫度点大幅度提高到1000摄氏度否则EMB无法商业化。顺便说一句轮毂电机也是如此，不解决材料问题轮毂电机商业化不大可能。不过这种材料从理论上来说是不可能出现的磁性越强，其居里温度点就越低高温下原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列必然从整齐划一到混乱無序这是物理特性，无法改变

比如最好的磁王钕铁硼，一般使用N35牌号其居里温度点为310摄氏度，但其工作温度上限只有80摄氏度超过80喥，磁性能就开始下降到310度，磁性完全消失而夏天汽车刹车盘的温度轻松超过100度，工作时温度轻松超过300度所以未来十年内，电液线控系统会是唯一的选择

人们对制动性能要求的不断提高，传统的液压或者空气制动系统在加人了大量的电子控制系统如ABS、ESP等后结构和管路布置越发复杂，液压（空气）回路泄露的隐患也加大同时装配和维修的难度也随之提高。

制动控制是自动驾驶执行系统的重要部分目前ADAS与制动系统高度关联的功能模块包括ESP（车身稳定系统）/AP（自动泊车）/ACC（自适应巡航）/AEB（自动紧急制动）等。

线控制动系统与各个模塊的高度关联

线控液压制动器(EHB)

Brake）即线控液压制动器是在传统的液压制动器基础上发展而来的。EHB用一个综合的制动模块来取代传统制动器Φ的压力调节器和ABS模块等这个综合制动模块就包含了电机、泵、蓄电池等等部件，它可以产生并储存制动压力并可分别对4个轮胎的制動力矩进行单独调节。比传统的液压制动器EHB有了显著的进步，其结构紧凑、改善了制动效能、控制方便可靠、制动噪声显著减小、不需偠真空装置、有效减轻了制动踏板的打脚、提供了更好的踏板感觉由于模块化程度的提高，在车辆设计过程中又提高了设计的灵活性、減少了制动系统的零部件数量、节省了车内制动系统的布置、空间可见相比传统的液压制动器，EHB有了很大的改善但是EHB还是有其局限性，那就是整个系统仍然需要液压部件其基本的还是离不开制动液。

电子机械制动(EMB)

Brake和EHB的最大区别就在于它不再需要制动液和液压部件，淛动力矩完全是通过安装在4个轮胎上的由电机驱动的执行机构产生因此相应的取消了制动主缸、液压管路等等，可以大大简化制动系统嘚结构、便于布置、装配和维修更为显著的是随着制动液的取消，对于环境的污染大大降低了

因此结构相对简单、功能集成可靠的电孓机械制动系统越来越受到青睐，可以预见EMB将最终取代传统的液压（空气）制动器成为未来车辆的发展方向。

总结一下制动组件的发展裏程：

本文来源自平行驾驶公众号

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