chapter 1

1 底盤域控制器的概念

2 線控底盤技術(shù)

線控底盤技術(shù)是指利用傳感器感知駕駛員駕駛意圖（方向,，油門和制動）,，并將其通過硬線輸送給底盤域控制器，然后底盤域控制器計算或決策出線控驅(qū)動,、線控轉(zhuǎn)向,、線控制動和線控懸掛的控制指令，然后響應(yīng)的執(zhí)行控制器根據(jù)控制指令來實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向,、制動,、驅(qū)動等功能，從而取代傳統(tǒng)汽車靠機械或液壓來傳遞操縱信號的控制方式,。

線控底盤技術(shù)是自動駕駛實現(xiàn)的基石,，為何這么說？是因為自動駕駛實現(xiàn)過程包括感知,，規(guī)劃,，控制和執(zhí)行，其具體過程是：首先,，依賴感知傳感器對道路周邊環(huán)境信息進行采集,，包括攝像頭、激光雷達,、毫米波雷達和超聲波雷達和慣導(dǎo)等,，采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街邱{域控制器進行計算，用來識別車輛周邊障礙物和可行駛區(qū)域,；然后,，進行路線規(guī)劃，制定方向盤轉(zhuǎn)角和速度等信息,；再傳輸?shù)降妆P域控制器,，底盤域控制器進行計算決策出控制指令；最后,，各執(zhí)行控制器按照指令進行精確執(zhí)行,，如下示意：

在上述的整個控制與執(zhí)行過程中，對底盤控制系統(tǒng)的要求非常高，尤其是線控制動和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng),。

2.1 線控制動系統(tǒng)

2.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

source: Steer by wire toyota (automotorpad.com)

chapter 2

1 制動系統(tǒng)基本概念

為了建立對制動系統(tǒng)的最初步認識,，先了解兩個基本概念：制動系統(tǒng)原理和電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP,，當然也是為理解下文奠定基礎(chǔ)。

1.1 制動系統(tǒng)原理

關(guān)于制動系統(tǒng)原理,，本質(zhì)上各種類型制動系統(tǒng)都一樣,，這里以典型的真空助力制動系統(tǒng)為例子來說明。如下圖所示,，真空助力制動系統(tǒng)組成包括制動踏板,，真空助力器，制動液,，制動油管,，制動主缸，制動輪缸和車輪制動器（盤式/鼓式制動器）等,。

source: What You Need to Know About Brakes - R&L Automotive (rnlautomotive.com)

其具體工作原理是：

• 首先,，駕駛員踩制動踏板，施加到踏板的力經(jīng)過杠桿機構(gòu)第一級放大傳遞到真空助力器,；

• 然后,，真空助力器經(jīng)過第二級放大將制動力傳遞到制動主缸，同時在蓄能器作用下進一步加壓,，將制動主缸的制動液推入到制動輪缸,；

• 最后，制動輪缸的制動液推動輪端制動器加緊剎車盤,，阻礙剎車盤轉(zhuǎn)動,，以此實現(xiàn)制動。

source：vehicle brake system - Bing images

1.2 電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP

汽車雖然具備基本的制動系統(tǒng),，但隨著汽車速度越來越快,，并不能完全保證行駛的安全穩(wěn)定。比如緊急剎車，踏板踩到底,，這時車輛可能會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向困難或側(cè)滑,；或在光滑路面有時會出現(xiàn)驅(qū)動輪打滑而失控，或者有時出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或過度而失控等問題,。為了解決這些問題,，一代代工程師不斷努力，迭代出了基于制動系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)（ESP, Electronic Stability Program）,。ESP的核心功能主要包含3塊：ABS（Anti-lock Brake System,，防抱死系統(tǒng)）、TCS（Traction Control System,，牽引力控制系統(tǒng)）,、VDC（Vehicle Dynamics Controller，車輛動態(tài)控制器）,。

source：Login Page (carsomesg.com)

注：ESP是博世的叫法,，另外：通用叫ESC；日產(chǎn),、斯巴魯叫VDC,；豐田叫VSC；本田叫VSA,；寶馬叫DSC,；沃爾沃又叫DTSC。

1）ABS

緊急剎車會使輪胎抱死（車輪不能轉(zhuǎn)動）,，前輪抱死會失去轉(zhuǎn)向能力,，后輪抱死易側(cè)滑。這時有了ABS功能,，就會采用類似于點剎的操作,，讓車輪處于“邊滾邊滑”的狀態(tài)，使得車輪不抱死,，車輛就不會失控,，從而避免撞上障礙物。

source：Is it Possible to Upgrade a Car's Braking System into ABS? (pakwheels.com)

2）TCS

車輛起步時驅(qū)動輪打滑,，無法起步,，同時可能會方向失控。這時啟用TCS,，比如車輛在冰面起步,，通過TCS調(diào)節(jié)驅(qū)動力，使得車輛正常起步,；或車輛在分離路面（一側(cè)高附,，另一側(cè)低附）,，通過TCS調(diào)節(jié)驅(qū)動力的同時，對低附側(cè)車輪施加制動力,，使得車輛正常起步,。

source: Fahami fungsi butang Traction Control System(TCS) di kereta anda | Iluminasi

3）VDC

ABS/TCS解決了車輛縱向方向的控制問題，比如制動和起步,，但是車輛橫向方向的控制問題，比如轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度,。這時需要使用VDC來解決,，針對車輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足時，VDC將對車輛內(nèi)側(cè)后輪進行額外的制動,，以增加車輛橫擺,，讓車頭向彎內(nèi)方向擺動；針對車輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過度時,，VDC將對車輛外側(cè)前輪進行額外的制動,，以減少車輛橫擺，讓車頭向彎外方向擺動,。

source: Subaru Canada

隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化與迭代,，除了上述三大功能，ESP還增加了更多的功能,，比如：HHC（上坡輔助功能）,、EBD（電子制動力分配功能）、HBA（液壓制動輔助）和HDC（陡坡緩降）等,。

2 制動系統(tǒng)的發(fā)展

上述提到這些技術(shù)具體是怎樣的積累與發(fā)展過程,，可以通過制動系統(tǒng)的發(fā)展過程一探究竟。

1）人力機械式到真空助力液壓式

最初的汽車制動系統(tǒng)是人力機械式,，即駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器直接施加作用力,。那時汽車小，重量輕,，速度低,，人力機械制動能夠滿足汽車制動的要求。隨著汽車的不斷發(fā)展,，汽車變得越來越大,，也越來越重，人力機械制動系統(tǒng)不再好使了,，同時伴隨著科技的不斷進步,，一些新技術(shù)被引入到汽車制動系統(tǒng)，真空助力液壓制動系統(tǒng)被設(shè)計出來,。

source：148-001-Brakes101-BrakeDiagram.jpg (1275×600) (dsportmag.com)

2）ABS+TCS+VDC-->ESP

隨著汽車的速度越來越快,，對汽車的操作穩(wěn)定性能要求也越來越高,。因此，最先是應(yīng)用ABS功能來解決車輪抱死問題,，然后是應(yīng)用TCS功能來解決牽引力驅(qū)動問題,，再是應(yīng)用VDC功能來解決車輛動態(tài)控制問題。這三個功能集成在一個控制器,，也就是前面所提到的ESP,，這樣，汽車制動系統(tǒng)進化成真空助力液壓制動+ESP組合形式,。

source: (8條消息)汽車線控制動系統(tǒng)ibooster詳解_ibooster工作原理_WY_16的博客-CSDN博客

3）電動助力代替真空助力

面對日益緊張的能源問題,，對于汽車，一方面,，需要發(fā)動機的燃燒效率不斷提升,，這時需要采取將更多的空氣通入氣缸的方法來提升燃燒效率，而這種方法會導(dǎo)致真空度降低,，對制動助力產(chǎn)生不利影響,。另一方面，發(fā)展新能源汽車,，用電機代替發(fā)動機,，而發(fā)動機產(chǎn)生真空源，沒了發(fā)動機,，真空助力器就使用受限,。另外，新能源汽車為了更加節(jié)能,，有再生制動和能量回收的需求,。為了解決這些問題，電動助力就被推出,，比如博世最先推出了iBooster：

source: 【中文】博世Bosch iBooster工作原理,，ESP HEV Tesla model3_嗶哩嗶哩_bilibili

采用電動助力后，制動系統(tǒng)不需要真空源,，取代了傳統(tǒng)的真空泵和真空軟管,，使得整個系統(tǒng)體積更小，重量也更輕,；又可以再生制動和能量回收,，整體系統(tǒng)更加節(jié)能；另外相較于真空助力,，電動助力響應(yīng)速度更快,，控制壓力也更精準。

4）線控制動系統(tǒng)

最近幾年,，隨著智能駕駛的更高智能化需求,，也考慮到未來自動駕駛的發(fā)展,，對線控制動系統(tǒng)的需求也越來越強烈。各大供應(yīng)商積極響應(yīng)市場需求,，陸續(xù)量產(chǎn)了相應(yīng)的產(chǎn)品,。

source: 線控制動之BOX之爭_搜狐汽車_搜狐網(wǎng) (sohu.com)

比如博世的IPB（Integrated Power Brake），本質(zhì)上是將iBooster和ESP合二為一,。但IPB縮小了制動系統(tǒng)的體積,，減輕了重量，降低了成本,；同時,，IPB解耦了踏板系統(tǒng)，更能滿足智能駕駛的制動需求,。

source: 博世Bosch 智能制動系統(tǒng) IPB_嗶哩嗶哩_bilibili

5）線控制動系統(tǒng): EHB & EMB

上面的iBooster+ESP和IPB都被劃分為線控制動系統(tǒng)的一種-電子液壓制動系統(tǒng)即EHB（Electro-hydraulic brake system），而EMB(Electro-mechanical brake system)屬于另一種-電控機械制動系統(tǒng),。EMB是一種電控純機械制動,，采用電子機械系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)，四輪的制動執(zhí)行機構(gòu)分別由獨立的電機來驅(qū)動,，如下簡圖：

source: FlexRay_E: Brake-by-wire (vector.com)

可以說,，EMB 是真正意義上的線控制動系統(tǒng)，但一些EMB的核心技術(shù)問題仍未解決,，所以目前的EMB方案都沒有量產(chǎn)?，F(xiàn)在市場主流的線控制動系統(tǒng)都是EHB。

source: Bosch video & Braking 101: The System, Physics and Science of the Motion Management (dsportmag.com)

以上就簡單介紹了制動系統(tǒng)發(fā)展的過程與趨勢,，接下來繼續(xù)介紹主流的線控制動系統(tǒng)--EHB,。

3 線控制動系統(tǒng)--EHB

聊起線控制動系統(tǒng)，就常聽到two box和one box,，它們是什么,？

這兩詞其實指從集成度角度劃分的兩種EHB技術(shù)方案。two box是指制動系統(tǒng)主體包括電子助力器和電子穩(wěn)定控制模塊,，比如博世的iBooster+ESP,。而one box是指將制動系統(tǒng)將電子助力器和ESP模塊集成為一體，比如博世的IPB,。

下面借助博世這兩個產(chǎn)品,，說明它們的組成和基本工作原理，以此來加深two box 和 one box的概念,。

3.1 Two box - iBooster+ESP

source: 【中文】博世Bosch iBooster工作原理,，ESP HEV Tesla model3_嗶哩嗶哩_bilibili

先了解iBooster。iBooster這項制動技術(shù)是博世2013推出,，目前博世 iBooster 已經(jīng)更新到第二代產(chǎn)品,。iBooster的組成如下圖所示：

source: 博世IBooster系統(tǒng)解析 - 知乎 (zhihu.com)

iBooster的工作原理是：駕駛員踩下制動踏板,，踏板移動輸入推桿；踏板行程差傳感器檢測到輸入推桿的位移,，提供位移信號給電控單元,；電控單元計算并控制電機產(chǎn)生的目標助力扭矩；傳動裝置將該扭矩轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的制動力,，與踏板的輸入產(chǎn)生的輸入推桿力一起作用在制動主缸,，共同轉(zhuǎn)化為制動器輪缸液壓力，以此來實現(xiàn)制動,。

source:  博世iBooster系統(tǒng)解析 - 知乎 (zhihu.com)

另外,，iBooster的電機助力特性可充分考慮駕駛員的駕駛喜好和風(fēng)格，可提供不同類型的踏板感,，可以偏舒適類型,，也可以偏運動類型。

再了解ESP,。ESP是以車輪滑動調(diào)節(jié)系統(tǒng)為基礎(chǔ),，它不僅集成了ABS，TCS和VDC三大核心功能,，還包括EBD(電子制動力分配系統(tǒng)),，HDC(陡坡緩降控制)，HAS(坡道起步輔助),，DTV（動態(tài)扭矩哦控制）等多項功能,。

source: 【中文】博世Bosch iBooster工作原理，ESP HEV Tesla model3_嗶哩嗶哩_bilibili

ESP的組成包括傳感器（信號輸入裝置）,、電子控制單元,，制動液壓系統(tǒng)和執(zhí)行器等部件，如下所示：

source：圖解汽車ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能_搜狐汽車_搜狐網(wǎng) (sohu.com)

ESP的工作原理是：輪速傳感器,、加速度傳感器 制動壓力傳感器,、轉(zhuǎn)向傳感器等檢測相應(yīng)的信號，提供給控制器,；控制器根據(jù)這些信號和其他控制器提供的信息對車輛狀態(tài)進行判斷和計算,，決策如何去控制相應(yīng)的執(zhí)行器；執(zhí)行器接收到實際的激勵而動作,，以此實現(xiàn)ESP里相應(yīng)的功能,，確保車輛的操作穩(wěn)定性能。

通過上述對iBooster與ESP的基本說明,，不難理解,，使用兩者構(gòu)成two box的方案，一方面既可實現(xiàn)制動功能又可確保操作穩(wěn)定性能,；另一方面兩者可互為冗余,，一旦 iBooster 失效,，ESP 系統(tǒng)將接管并提供制動助力，即使兩者都失效,，仍然可依靠純液壓制動系統(tǒng)制動,，這樣雙冗余備份方法將對智能駕駛功能的實現(xiàn)極具價值。

source：【雜談】——博世iBooster探秘 - 知乎 (zhihu.com)

3.2 One box -IPB

IPB是博世著手針對未來更高智能化需求的L3和L4而推出,，IPB可理解是將電子助力器和ESP集成為一體, 它具有最高的動力性能,，有助于提高混合動力車和電動車的效率，由于采用了一體化設(shè)計,，重量和復(fù)雜性都降到了最低,。

source: 博世Bosch 智能制動系統(tǒng) IPB_嗶哩嗶哩_bilibili

對于IPB工作原理，與iBooster+EPS方案一樣,，也就是：當駕駛員踩下制動踏板時,，控制單元通過集成傳感器計算駕駛員的制動要求；IPB使兩個制動回路與制動踏板解耦,，并與踏板感模擬器建立連接,。與此同時，控制單元會計算電機的驅(qū)動信號,，電機通過一個齒輪裝置產(chǎn)生液壓活塞移動，由此產(chǎn)生的液壓力通過制動液傳遞到車輪制動器,，以此實現(xiàn)制動,。

source: Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving

關(guān)于失效處理，IPB會比較復(fù)雜,，不同的失效類型會對應(yīng)不同的降級模式,。比如因斷電造成助力失效時，IPB會進入機械備份模式,，通往踏板感模擬器的電磁閥關(guān)閉,，電機通往輪端的電磁閥也關(guān)閉，主缸主,、副腔通往輪端的電磁閥打開,，駕駛員踩踏板建立的壓力直接傳遞到制動輪缸，以此實現(xiàn)車輛制動,。

而對于更高級別自動駕駛制動系統(tǒng),，在任何情況下，制動都由制動系統(tǒng)自動完成,，不在由駕駛員操作,，因此失效處理就更為棘手。博世提出了一個冗余制動單元(RBU,，Redundant Brake Unit)作為IPB的補充,，具體可參考：Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving,。

source: Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving

這樣，IPB作為主要的制動系統(tǒng)來執(zhí)行絕大多數(shù)情況下的制動請求,，RBU作為IPB失效情況下的冗余制動,，代替駕駛員操作，以此進一步提高系統(tǒng)的可靠性,。

chapter 3

1. 駐車制動系統(tǒng)基礎(chǔ)

駐車制動系統(tǒng)是指通過鎖住傳動軸或者后輪來達到控制停車制動的系統(tǒng),，主要包括機械手剎和電子手剎。

Source：你能hold住嗎,？詳解四大駐車制動裝置

關(guān)于機械手剎,，即傳統(tǒng)的手剎或腳剎，由制動桿,、拉線,、制動機構(gòu)以及回位彈簧組成。制動桿通過杠桿原理,，使得駕駛員用很小的拉力就能將其拉到固定位置,，然后通過鎖止牙鎖止駐車。

Source: What Is Electric Parking Brake (EPB)? How Does It Work? - CarBikeTech

關(guān)于電子手剎,，分為拉索式與卡鉗式兩種,。拉索式電子手剎與傳統(tǒng)手剎差別不大，同為制動蹄式,，只是把手動的拉索改為電動形式,。對于線控制動，關(guān)注的是卡鉗式電子手剎,，即電子駐車系統(tǒng),，即EPB（Electrical Park Brake）。

Source: What Is Electric Parking Brake (EPB)? How Does It Work? - CarBikeTech

EPB主要由EPB開關(guān),，電控單元ECU,，卡鉗和卡鉗電機組成，其工作原理是駕駛員按下EPB開關(guān),，電控單元ECU檢測到駐車功能激活,，就會計算和發(fā)出控制指令來驅(qū)動執(zhí)行電機，進而執(zhí)行電機會使卡鉗卡緊剎車片,，從而控制停車制動,。

2. EPB的功能

EPB的功能要求包括下面3個方面：

1. 產(chǎn)生穩(wěn)定的駐車制動力；

2. 可以根據(jù)檢測到的車況自動調(diào)節(jié)車輛的制動力,；

3. 將車輛駐車制動狀態(tài)顯示給駕駛員,。

Source: Teemo天尚元 EPB電子駐車系統(tǒng) 剎車冗余 防溜坡功能 (baidu.com)

下面列舉了幾項EPB的具體功能：

• 靜態(tài)控制：在汽車處于靜止狀態(tài)下，駕駛員能夠經(jīng)由EPB開關(guān)實現(xiàn)提供或者釋放駐車制動力，便于汽車的駐車和被驅(qū)動,。

• 溜車預(yù)防：通過對駐車制動力的獲取和識別,，實現(xiàn)在制動器處在非正常狀態(tài)下的安全順利實施駐車制動，如制動系統(tǒng)在長時間實施制動后制動器過熱或者由于制動器使用腳久而導(dǎo)致的制動器摩擦力的產(chǎn)生不足,，因而保證了車輛不發(fā)生溜車現(xiàn)象,。

• 坡道駛離輔助：駕駛員需要從坡道上起步時，EPB需要根據(jù)傳統(tǒng)駐車制動系統(tǒng)的專家經(jīng)驗,，結(jié)合駕駛員踩下離合器和加速踏板的實際情況逐步的釋放駐車制動力,，直至最后得以實現(xiàn)車輛平穩(wěn)起步。

• 自動斜坡輔助駐車：駕駛員需要將車輛停在坡道上時,，駕駛員通過踩下制動踏板,，使車輛停止下來，而此時,，只要駕駛員釋放制動踏板,，EPB系統(tǒng)則自行啟動駐車制動。

• 動態(tài)控制：車輛行駛時,，EPB系統(tǒng)參與緊急制動,，結(jié)合ESP系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛的穩(wěn)定控制,。

• 緊急制動：車輛行駛的過程中,，EPB系統(tǒng)通過監(jiān)測輪速來判別車輛全4輪是否處于鎖死狀態(tài)，此時,，EPB系統(tǒng)可以和ABS 系統(tǒng)聯(lián)合作用,，實現(xiàn)汽車制動的最優(yōu)控制，保障汽車行駛安全,。

當然這些功能的實現(xiàn)需要EPB與其他ECU進行信息交互，也要充分考慮車輛的狀態(tài)等信息,，其控制邏輯比較復(fù)雜,，如下示意其系統(tǒng)原理圖：

3. EPB的實現(xiàn)方案

隨著汽車的電動化和智能化的快速發(fā)展，EPB的實現(xiàn)方案也在不斷更新,。

出于安全冗余等方面的考慮,，正呈現(xiàn)出行車制動和駐車制動“合二為一”的趨勢。比如one box+EPB方案,，即one box和EPB分別控制一個后輪端駐車執(zhí)行機構(gòu),；或比如one box+底盤域控制器（CDC）方案，這時直接取消了EPB,，即one box和CDC分別控制一個后輪端駐車執(zhí)行機構(gòu),。