雷鋒網按：本文作者Richard，目前就職於某新能源車企。有興趣的同學可以移步他的個人公眾號：聊聊汽車那些事兒。本文由雷鋒網獨家首發。

前言

在國家大力支持新能源汽車產業發展的背景下，電池電機行業一下成了香餑餑，與之相反，發動機和進排氣、變速箱相關的產業鏈環節則前景暗淡，受到較大的衝擊。

而區別於上述兩類技術，底盤系統（如懸架、制動、輪胎）在這波浪潮中依然故我，沒怎麼受到強烈的衝擊，享受著「穩穩的幸福」。 以制動系統為例，傳統液壓制動系統已經很多年沒有大的變化了。

如下為傳統液壓制動系統的結構示意圖。

傳統液壓制動系統示意圖

其作用原理簡單描述如下：駕駛員踩下制動踏板，力通過真空助力器放大並在制動總泵處轉化為液壓力，液壓力經過制動管路傳遞到位於車輪處的制動器上，液壓推動活塞，活塞推動摩擦片或者制動蹄片，對隨輪轂轉動的制動盤或制動鼓產生夾緊力，從而地面對輪胎產生制動力。

不過，如果被這表象蒙蔽了就Too Young了，江湖從來就不太平，其實制動系統一直都在暗流涌動，變革也許即將到來。隨著汽車的新能源趨勢和自動駕駛技術的發展，現有的制動系統已經滿足不了需求了。

下面我們從制動系統在新環境下面臨的挑戰和新需求來一一展開解析。

挑戰之一：拋棄發動機後，怎樣實現制動助力？

傳統在汽車上，發動機進氣歧管在工作中產生的真空是提供助力的來源。那麼當新能源汽車逐漸普及，車內不再有發動機時，沒有真空產生，也就沒有助力來源了。這個時候，司機會感到制動踏板踩不動了。

這個咋辦？肯定已經有人想到了解決辦法：這個簡單！外加一個真空泵不就完了嘛。沒錯，當前的確是有很多電動汽車用電子真空泵（EVP）來取代發動機作為真空源。

目前主流的電子真空泵分葉片泵和膜片泵兩種。

方案是可行的，國內大多數純電動汽車目前採用的也是這個方案。這個方案的好處是對傳統液壓制動系統改動較小，開發難度低，風險低。

缺點是電子真空泵的頻繁啟動會有噪音，受限於電子真空泵的使用壽命，其產生的真空度也不會太高。

某新能源汽車上搭載的電子真空泵

挑戰之二：新能源汽車更加需要制動能量回收

國家要求到2020乘用車平均油耗降至5.0升/100公里，為了滿足這個要求，眼下很多車都加裝了制動能量回收裝置（48V或者混動）。

對於新能源汽車而言，續航里程更是寶貴，直接影響到當前能享受到的政策補貼，也關係到單車成本，目前主流純電動車輛也都有制動能量回收。

那麼制動能量回收（也叫再生制動）是怎麼回事呢？為什麼大家對制動能量回收這麼重視呢？

傳統汽車在制動過程中依靠摩擦的方式消耗車輛行駛的動能（車速）從而達到降低車速，消耗的能量轉化為熱能，接著熱能就散發到空氣中浪費掉了。

有分析表明，一輛緊湊型汽車在NEDC循環中，如果制動能量能全部回收，可以節能17%左右。在典型城市工況中，車輛制動消耗的能量與總驅動能量的比值可達50%。可見，若能提高制動能量回收率，可大幅延長續航里程，提高整車經濟性。

制動能量回收的原理就是當車輛在滑行或制動時，驅動電機處於發電狀態，產生的回饋力矩作用力車輛產生制動效果，電機產生的電能給電池系統充電。

制動能量回收原理圖

電機制動時時有一個很大的問題就是，其扭矩隨轉速變化影響較大，制動力輸出不穩定。

某典型制動過程中電機扭矩曲線特性如下：

1區：由於電機外特性在高速區呈現恆功率特點，即電機功率限制區，電機轉速越高，扭矩越小；

2區：電機外特性在較低轉速為恆扭矩區，受限於電機的最大輸出扭矩；

3區：當電機轉速很低時，因車輛可供回收的動能已經很有限，加上低速區電機效率不佳，電機扭矩快速減小。

典型制動過程電機扭矩變化

一般來說，典型的制動能量回收工況主要分兩種。一種是鬆開油門踏板（但制動踏板未踩下）時，第二種是踩下制動踏板時。

制動力的來源有兩個，一個是電機的回饋轉矩，用於發電，一個是液壓制動系統摩擦作用產生的制動力矩，產生熱量散發到空氣中。

在第一種制動能量回收工況下（鬆開油門踏板，但制動踏板未踩下），此時的制動力來源只有電機的回饋轉矩這一種。此時回饋轉矩越大，能量回收功率就越高。

考慮到駕駛感覺（收油之後的拖滯感），為了不與傳統車輛差異較大，除了極少數車輛比較激進外（如特斯拉），其他車型一般不會把回饋力矩設置地很大。

在第二種工況下（踩下制動踏板），其制動力來源包括電機的回饋轉矩和制動系統產生的制動力矩。

對於傳統制動系統而言，由於液壓制動力與駕駛員踩下的踏板力線性相關（通常稱為「不解耦」），踩下剎車踏板後，液壓制動開始介入。隨著踏板力的增大，液壓制動系統產生的制動力也越大。在一般幅度的減速和大幅減速時，其主要制動力來源為液壓制動，具體可見下圖。

制動力分配簡圖

由於電機回饋和傳統制動同時介入，所以也稱作並聯式。在中高強度制動時，電機反饋例力矩所佔的比率較小，制動能量回收率較低。

為了進一步提高制動能量回收利用率，只能儘可能地利用電機的回饋轉矩，當電機的回饋力矩不足時，再讓液壓制動系統介入，此時就需要踏板力與液壓制動力不再是線性相關（通常稱為「解耦」），也就是所謂的串聯式，即下圖所示。

為了滿足上述目的，博世BOSCH推出了Ibooster（見下圖）。

Ibooster不需要真空源，利用電機實現助力，與ESP hev再生制動系統相結合，可以實現完全解耦，最大程度地實現制動能量回收，也可以實現多種制動踏板模式的調整，實現不同駕駛風格的切換。

與博世類似，大陸Continental也推出了類似的產品MK C1，但是集成度更高，除了可以實現電動助力和解耦外，還集成了ABS/ESC的功能。

由於上述產品面世不久，目前還主要在中高端純電動或混動車輛上應用，如特斯拉、CT6混動版等，規模效應還沒有發揮出來。Bosch ibooster的物料成本約是傳統真空助力器的10倍左右。

不過可以預見的是，隨著應用車型越來越多，規模效應越來越明顯，成本會逐漸下降，甚至於可以跟傳統助力器競爭。

挑戰之三：自動駕駛需要更快的執行機構

自動駕駛是汽車產業發展的熱點潮流和必然趨勢，而執行系統是自動控制系統的關鍵部分。

制動控制是自動駕駛執行系統的重要部分，目前ADAS與制動系統高度關聯的功能模塊包括ESP（車身穩定系統）/AP（自動泊車）/ACC（自適應巡航）/AEB（自動緊急制動）等。

自動駕駛對對制動系統的第一要求就是要在不藉助外力的情況下實現主動減壓。那麼問題來了，目前制動系統有可以實現主動減壓的嗎？

相信很多人已經猜到了，ESP（車身穩定系統）本身是可以實現主動減壓的。

目前ESP系統應用的已經相對比較廣泛了，如HBA（液壓制動輔助）和HHC（坡道輔助控制）等功能需要ESP主動減壓來實現。

最簡單的就是最容易實現的，目前最常見的ADAS的制動執行方式是通過ESP主動減壓來實現制動力控制的。

不過ESP畢竟有自己的限制，也存在一些問題：

1. ESP模塊從接收到信號到實現減壓，大概需要300到400毫秒，響應比較遲緩。目前從感測器採集信號，到信號處理、決策生成，共需要200毫秒到500毫秒的時間。大家都知道，目前ADAS（高級駕駛輔助系統）最主要的應用場景之一就是高速工況。在100km/h車速下，車輛在100毫秒時間內可以行駛2.7米，相當於中級車的一半車身長度（新蒙迪歐和帕薩特車身長度均為4.87米），可見更快的響應意味著更安全。受限於感測器的有效感應距離，為了提高ADAS系統的安全性，必須盡量降低自動駕駛系統的響應時間，尤其是執行機構的響應時間。

2. 由於ESP模塊的受限於內部閥體的硬體和製造成本，其最大建壓壓力和循環壽命受到較大限制。目前主流通過ESP模塊來實現AEB的車型中，其最大減速度一般不超過0.5g（g為重力減速度），而在緊急制動下，一般需要最大程度的利用路面附著力（一般可以達到0.8g以上的減速度）。為了拓展ADAS的應用場景，提高安全性，主要是提高緊急工況下的安全性，迫切需要更可靠更常規的執行器來替代ESP模塊。

前文提到的Ibooster和MKC1，就能夠完美地勝任這個任務。

以Ibooster為例，其響應時間為120毫秒到150毫秒左右，比ESP模塊的響應時間要短200到300毫秒，大大提高了安全性。

線控制動，Brake By Wire，即通過電能驅動來實現制動系統的動作。常見的線控制動，除了上文提到的Ibooster和MKC1外，業內還比較看好EMB（電子機械制動）。

EMB通過電機作用於輪轂端的制動執行機構來進行制動。由於不再使用液體作為傳遞介質，其響應時間更快，可以做到不足100毫秒。如Brembo的線控制動系統響應時間僅為90毫秒，相對於ESP模塊的主動減壓來說，在60Km/h的車度下，制動距離可以縮短3.5米，在100Km/h的車速下，制動距離可以縮短5.8米。

SIMENS VDO的EMB示意圖

除此外，EMB還有以下好處：

1. 除去了制動主缸和助力器等零件，降低了車重，節省了空間。

2. 在實現ABS（防抱死）、EBD（制動力分配）等功能時，不再需要單獨的作用模塊，只需要在EMB的控制模塊上增加相應代碼即可。

但是由於法規要求，必須要有應急制動裝置，所以如何滿足法規要求還是待解決的問題，可以考慮EMB和電機的回饋扭矩相結合。

長遠來看，以後的趨勢肯定是輪轂電機/輪邊電機作為中小強度減速的執行器，以提高制動能量回收率，而EMB作為緊急制動的輔助執行器，也作為硬體冗餘，滿足法規要求。

總結

本文通過匯總了目前制動系統面臨的幾大挑戰，分析了目前的解決方案以及以後的發展趨勢。

目前來看，為了應對挑戰，EVP和ESP是當前普遍採用的主流方案。從短期來看，Ibooster+ESP hev/MKC1是發展趨勢，而長遠來看，輪轂電機由於具有顯而易見的優勢，可以作為常規制動執行器，EMB只作為輔助執行器。電氣化和智能化是汽車發展的不可逆轉的趨勢，這在當前給從業者和企業出了很難的考卷。