汽车底盘上有哪些电子控制系统,汽车底盘控制系统图解

（图片来源：https://www.xchuxing.com/article/48019）

当然，现在机械液压制动系统一般还会通过增加传感器、控制器、制动压力调节器等部件来实现常用的ABS/ESP的功能。

二、电子液压制动系统

但是汽车的电动化打破了这一平衡，电动汽车由于没有发动机，机械液压制动系统中的真空助力器便没有了负压的源头。如果继续采用真空助力器，那么就必须额外增加一套电子真空泵(Electronic Vacuum Pump，EVP)，来提供真空助力器的负压。这对成本、体积、重量三重敏感的乘用车主机厂来说，简直是个噩耗。

同时为了提高电动汽车的续航里程，工程师无所不用其极，制动系统也未能幸免于难。燃油车时代，工程师只能眼见制动能量通过摩擦发热浪费掉，有一种眼看他起高楼、眼看他宴宾客、眼看他楼塌了的无可奈何。但是到了电动车时代，制动减速时可以通过反拖电机来进行能量回收，做到发电减速两不误。

另一方面，辅助驾驶和自动驾驶抱着解放人类双手双脚的伟大理想而奋发前进，而其理想得以实现的前提条件之一就是需要有一套制动系统不仅可以听制动踏板的差遣，也可以随时听候智驾域控制器的指挥，也就是制动系统需要具有主动制动的能力。

而在主动制动的时候，L3~L5级别的自动驾驶具有一个无情的计算大脑，时刻在根据感知到的外界环境的变化，做出精准的决策规划，如果这时执行机构不能及时精准的响应，则会表现一种手脚不听使唤的症状。所以为了达到和自动驾驶大脑的高度协同，还要求制动系统这只脚具有更快速的响应和更精准的走位。

在这样的背景下，传统巨头Tier1都开始了下一代制动系统的布局和研发，以便可以在未来几十年时间继续在自己的强势领域收割一茬茬新的韭菜，坐享渔翁之利。传统巨头Tier1也不负众望，经过最近这十来年的努力，均有了EHB的量产产品。如Bosch的IPB、ZF TRW的IBC、Continental的MK C1、日立的E-ACT等。

EHB系统是电控 液压制动的混合体，目前各家方案略有不同，包括制动踏板是部分解耦还是完全解耦，助力方式是高压蓄能器间接型还是纯电机直接型。但是制动原理基本一致，都是在驾驶员踩下制动踏板后，踏板传感器将力和位移信号转化为电信号送入电控单元。电控单元结合整车其他信息，计算出需要的助力大小，并利用助力机构施加助力，产生和真空助力器相同的功能。

同时会计算模拟一个反馈力给到刹车踏板，用以模拟驾驶员真实的制动效果。部分厂家EHB产品还保留了传统的机械液压制动系统以实现安全冗余。在EHB系统失效时，驾驶员可通过大力踩刹车进入传统机械液压制动模式。

Bosch在线控制动领域毫无意外的又充当了无情的超级韭菜收割机，根据华经产研数据，2020年博世占全球线控制动产品份额65%以上，大陆、采埃孚分别为23%、8%。在Bosch线控产品矩阵里，ibooster ESP的Two-box方案应用最广。2016年发布的二代产品可以实现在150毫秒（机械液压制动：300~500ms）内传导制动压力、100%制动能量回收，同时ibooster与ESP还互为制动冗余。

2020年Bosch量产了集ESP ibooster一体的One-box产品IPB，体积更小、成本更低。配合其RBU（Redundant Brake Unit，刹车冗余），最高支持L4自动驾驶。如此一来，Bosch便完成iBooster在L2，IPB在L3/L4的完整线控制动布局，国内厂商的突围之路依旧任重而道远。

（Bosch IPB，图片来源：https://www.bosch-mobility-solutions.com/en/solutions/driving-safety/integrated-power-brake/）

三、电子机械制动系统

EHB系统其实不能算是严格意义上的线控制动系统，它仅是将制动踏板与助力器之间的机械连接替换为电信号连接，但是助力器到轮边制动执行机构之间制动力传递依旧是传统的液压方案。而严格意义上的线控制动系统，是指制动踏板到轮边制动执行机构之间全部由电信号连接，这也就是制动系统领域的璀璨明珠——EMB系统。

EMB系统的一种典型装车方案如下图所示。主要包括模拟电子踏板，四套（两两互为冗余）EMB机械执行机构、四个轮速传感器、两个控制单元（ECU，互为冗余）及两套供电系统等组成，部件之间通过 CAN 总线或其他时间敏感型网络通信。

模拟电子踏板一方面采集制动踏板被踩下的力信号和位移信号，发送给ECU；另一方面提供一定的反馈力给驾驶员，以模拟真实的路感。

EMB机械执行机构是整个EMB系统的机械核心部分，每一套机械执行机构都包括自己的动力驱动机构（电机）、减速增力机构（力放大）、运动转换机构（旋转运动转直线运动）、制动钳体、制动垫块等组成。

ECU是整个EMB系统的控制核心部分，EMB系统的整体性能直接取决于控制单元中算法性能的好坏。

制动过程中，驾驶员踩下模拟电子踏板，ECU通过分析各路传感器信号，并根据车辆当前行驶状态以及路面状态计算出每个车轮制动时不抱死所需的最佳制动力，并发出相应的控制信号给电机控制器，电机产生的力矩经过减速增力机构以及运动转换机构后，将最终的制动力矩施加在制动盘上。

在这套方案中，每个车轮处都安装有一套可独立控制的 EMB机械执行机构。通常前轮的两个EMB机械执行机构和后轮的两个EMB机械执行机构各有一套独立的供电系统和控制单元。这样可以保证在一套供电系统或控制单元失效时，另一套供电系统或控制单元仍可完成基本的制动功能，以防止危险事故地发生。同时两个控制单元之间可以通过CAN总线网络实现及时相互通信，实现故障诊断功能。

EMB系统优势及应用前景

EMB作为制动领域人人都追逐的“铁王座”，与传统液压制动系统相比，EMB系统具有如下优势：

（1）EMB系统去掉了冗杂的液压管路及液压元件，降低了车辆整备质量；机械连接少，结构简单，布置方便；采用模块化结构，易于装配与维修。

（2）EMB系统可以与汽车其它电控系统共享轮速传感器、ECU等硬件。因此，通过修改 ECU中的软件程序，易于实现 ABS、TCS（牵引力控制系统）、ESP（电子稳定性程序）等复杂电控功能。并且易于匹配安装有制动能量回收系统的电动汽车。

（3）EMB系统采用电信号传递控制信号以及能量，因此响应迅速，加上其机械执行机构反应灵敏，EMB系统能极大地提高车辆的制动效能。

（4）EMB系统采用的模拟电子踏板，能有效避免ABS介入时的打脚现象。

（5）EMB系统中没有制动液，避免了因制动液泄漏而带来的环境污染问题。、

然而，在EMB系统的应用道路上，还存在着一些亟需克服的难题：

（1）由于车载电子设备的增加，汽车电力系统已趋于饱和，而EMB系统的原理决定了其制动力地产生需要消耗大量的电能，目前车载12V电源已无法满足EMB系统的需要。因此，车载48V电源的技术成为 EMB系统应用的关键。

（2）在制动过程中，EMB执行机构的驱动电机需要工作在大电流堵转状态下，并且需要在各种恶劣工况下安全可靠地提供制动力矩，这对电机的设计、制造、控制来说是一个巨大的挑战。

（3）从现有专利中公布的EMB系统机械执行机构来看，大都机械零件繁多，结构复杂。如何设计一款结构简单紧凑、体积小巧并能有效可靠地传递足够大的制动力矩的EMB机械执行机构，是EMB系统应用的关键。

（4）随着高性能电机、ECU、传感器等各种硬件设备地增加，整车成本势必提高。如何降低EMB系统成本，成为EMB系统应用道路上不能忽视的问题。

由以上我们可以看出，汽车EMB系统虽然有着广阔的应用前景以及传统液压制动系统无法企及的优势，但是其自身也面临着一些亟需解决的问题。只有解决了一些制约EMB系统发展的关键性问题，EMB系统的应用道路才能越走越远。

写在最后

国内可以提供L4自动驾驶解放方案的公司不能说多如牛毛，但也称得上遍地开花；国内可以提供线控制动解决方案的公司不能说九牛一毛，但也称得上屈指可数。既然线控制动是未来自动驾驶的刚需，国内为何很少有初创公司立志攻破此机电产品壁垒？而大都选择了轻装上阵的提供代码解决方案？

无论以后汽车上有几亿行代码，无论汽车被赋予什么的功能属性，这一切的基础都是组成汽车的那一万多个零件。历史也证明，供应商无论在哪一个零件上掌握点核心技术，不会让你大富大贵，但足以保证小康水平。百年汽车，要想玩的明白，还是需要一点沉淀，一点耐心的。

03

接下来，我就来挖掘下线控转向系统的花边新闻，科普一下内卷同事的硬核知识。

传统转向系统

汽车转向系统在各大学《汽车构造》这本书中的定义大致如下：用来改变或者恢复汽车行驶方向的专设机构，保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶。但在辅助驾驶和自动驾驶入侵后，后半句可能要改成“保证汽车能按驾驶员的意愿或智驾域控制器的意愿进行直线或转向行驶”。

汽车转向系统也如汽车制动系统一样，做大做强之后开始招聘行政秘书来分担日常工作，行政秘书的要求也由踏实稳重变成机灵活泼。基于这个套路，经过上百年的缓慢演进，汽车转向系统由无助力的机械转向系统（MS）逐渐发展出有助力的机械液压助力转向系统（HPS，Hydraulic Power Steering）、电液助力转向系统（EHPS，Electro Hydraulic Power Steering）和电动助力转向系统（EPS，Electric Power Steering）三种动力转向系统。

MS已经功成身退，但它的原理永远回荡在车辆工程专业的课堂中，它的优秀代表也顺利进入大小汽车博物馆供后人参观。HPS、EHPS、EPS作为动力转系统的三杰，因各有千秋，截至当前，谁都没能消灭谁，一同活跃在各自合适的舞台。HPS和EHPS由于动力十足、价格低廉，一同统治着商用车的江山。EPS由于体积小、耗电少、轻便灵活，是乘用车市场的土皇帝。

下文我们逐一对上述四种汽车转向系统做一个简单介绍。

一、机械转向系统（MS）

MS可以称得上是汽车转向帝国的开国将军，在20世纪50年代动力转向系统成熟之前，一直承担着汽车帝国的开疆拓土。在MS中，转向轮所需要的力必须全部由驾驶员通过转动方向盘来提供，中间所有传递力的构件都是机械的。

下图是古董级的红旗CA7220桥车上的机械转向系统，是大学《汽车构造》课本里的常驻嘉宾，虽说仅代表一种机械转向系统结构，但对理解转向系统的工作原理足矣。由下图看出，MS主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

(图片来源网络)

（1）转向操纵机构。和驾驶员接触最亲密的部分，主要由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，主要作用是将驾驶员转动方向盘的力传递给转向器。

（2）转向器。将转向操纵机构传递过来的旋转运动转换为直线运动，同时承担着减速增扭的作用。转向器的结构五花八门，经典结构有齿轮齿条式、循环球式和蜗杆滚轮式，哥仨占据转向器市场90%以上的份额。

我就拿最简单的齿轮齿条式转向器举例，来简单说明下转向器的原理。如下图所示，转向操作机构带动上面齿轮旋转，上面旋转齿轮带动下面齿条左右移动，就是这么一个简单原理。虽看着贼简单，但针对某一款车进行齿轮齿条转向器参数设计，可是车辆工程专业本科毕业设计绕不过去的难题。