详解电子机械制动系统

huangguang

作者 | 北湾南巷出品 | 汽车电子与软件

#01 引   言
传统制动系统，即基于液压的制动系统，虽然在汽车发展史上发挥了重要作用，但它们也存在一些局限性。以下是传统制动系统的主要局限性：

响应时间：传统制动系统依赖驾驶员踩下制动踏板来产生液压，进而推动制动器。这个过程涉及到物理位移和液体的流动，因此相比于电子系统，其响应时间较长。

制动力分配：在传统制动系统中，制动力主要根据驾驶员施加在制动踏板上的力来分配。这种分配方式可能不是最佳的，特别是在不同的路面条件和车辆负载下。



维护和可靠性：液压系统包含许多移动部件，如制动主缸、制动管路、制动器和相关的密封件。这些部件随着时间的推移可能会磨损或泄漏，需要定期检查和维护。

重量和复杂性：由于需要液压油、管路和相关的硬件，传统制动系统相对较重且复杂。这增加了车辆的重量，影响了燃油效率和整体性能。
能量回收限制：在电动汽车和混合动力汽车中，传统制动系统在能量回收方面存在限制。这些系统主要依赖摩擦制动来减速，而不是有效地将动能转换为电能。
集成和自动化难度：随着汽车技术的发展，特别是自动驾驶和电动车的兴起，传统制动系统在集成先进的电子和安全辅助系统方面面临挑战。
环境因素：液压制动系统中的液体（如制动液）可能对环境有害。如果泄漏或不当处理，这些液体可能对生态系统造成损害。

为了克服这些局限性，汽车制造商和工程师正在开发更先进的制动技术，如电子机械制动（EMB）系统，这些系统提供了更快的响应时间、更好的制动力控制、更高的能量回收效率和更易于集成的特性。


EMB
电子机械制动（EMB）是一种先进的汽车制动技术，它结合了电子和机械技术，以提供更安全、更高效、更环保的制动解决方案。在现代汽车技术中，EMB的重要性体现在以下几个方面：

更快的响应速度：EMB系统使用电子传感器和执行器来控制制动，与传统的液压制动系统相比，可以提供更快的响应速度。这有助于减少制动距离，提高行车安全。
更精确的制动力控制：通过电子控制，EMB能够精确地调节每个车轮的制动力。这种精确控制有助于提高车辆的稳定性和操控性，尤其是在不同的路面条件和车辆负载下。

EMB控制逻辑简图

能量回收：在电动汽车和混合动力汽车中，EMB系统可以在制动时回收能量，将其转换为电能存储起来，从而提高能源效率，延长续航里程。

减少维护需求：由于EMB系统减少了传统液压制动系统中的许多机械部件，如液压管路和密封件，因此其维护需求较低，降低了维护成本。

支持自动驾驶技术：随着自动驾驶技术的发展，EMB系统更容易与自动驾驶系统集成，提供更精确的车辆控制，提高整体的安全性能。
环境友好：EMB系统减少了制动液的使用，从而降低了环境污染的风险。这对于推动汽车行业的可持续发展具有重要意义。

环境友好-无制动液

提高车辆性能：通过更快的响应速度和更精确的制动力控制，EMB有助于提高车辆的动态性能，为驾驶者提供更佳的驾驶体验。

总的来说，电子机械制动（EMB）是现代汽车技术中的一个重要创新，它不仅提高了行车安全性，还支持了电动汽车和自动驾驶技术的发展，有助于实现更环保、更高效的汽车未来。随着技术的进步和成本的降低，预计EMB将在未来的汽车中得到更广泛的应用。
#02 EMB系统的构成
电子机械制动（EMB）系统的工作原理涉及多个关键组成部分，其中最重要的是电子控制单元（ECU）。各关键组件协同工作，以实现高效、安全和精确的制动。以下是这些组件如何协同工作的概述：


EMB系统简图

传感器监测：
当驾驶员踩下制动踏板时，传感器开始工作。它们监测车速、加速度、转向角度和车轮转速等关键参数。这些数据实时传输到电子控制单元（ECU），为ECU提供车辆当前状态的准确信息。
电子控制单元（ECU）决策：
ECU接收来自传感器的数据，并基于这些数据以及其他因素（如车辆重量、路面状况和驾驶模式）来计算所需的制动力。ECU还负责调整制动力分配，确保车辆在制动时保持稳定，特别是在紧急制动或曲线行驶时。
制动执行器执行：一旦ECU计算出所需的制动力，它就会指令制动执行器提供相应的助力。制动执行器迅速响应，提供精确的助力力度，帮助驾驶员轻松实现所需的制动效果。制动执行器根据ECU的指令，通过机械方式（滚珠丝杠、钢珠斜盘等）来控制制动器的开启和关闭，从而施加制动力。由于制动执行器直接作用于制动器，因此响应速度快，且不需要液压系统，减少了泄漏和维护的问题。

示意图
简单解释为，EMB系统由EMB控制器和EMB执行器两部分组成，其中，EMB执行器包括驱动电机、减速增转矩装置和运动转换机构3个部分；而EMB控制器作用是控制电机的转动，运动转换机构作用是将旋转运动转变为平移运动，使经过减速增转矩装置的力矩转换成推动制动盘垫片的压紧制动力，从而达到制动的效果。
国外各供应商EMB典型结构方案

供应商	EMB结构方案
	运动转换机构	减速增转矩机构
Bosch	滚珠丝杠传动	行星轮系
	齿轮齿条传动	双楔形面
	滚珠坡道传动	直齿齿轮系
	凸轮传动
Siemens	无/螺旋传动	多楔形面
	滑动丝杠传动	压电元件
Continental	滚珠丝杠传动	直齿齿轮/行星轮系
	螺旋传动	双楔形面
Delphi	环形滚珠丝杠传动	行星轮系
	滚珠丝杠+凸轮传动	同步带轮+行星轮系
Hyundai	滑动丝杠传动	行星轮系/蜗轮蜗杆
	螺旋传动	多楔形面
	滚珠坡道传动
Mando	滚珠丝杠传动	斜齿轮/组合齿轮系
	凸轮传动	行星轮系
	滚珠坡道传动	组合齿轮系

多楔形面



滚珠丝杠



凸轮传动



滚珠坡道

通过这种方式，EMB系统的各个组件协同工作，不仅提供了快速、精确的制动响应，还支持了高级车辆控制功能和能量回收。这种高效的工作方式使得EMB特别适合于现代汽车，尤其是电动汽车和自动驾驶汽车。随着技术的进步，预计EMB将在未来的汽车中得到更广泛的应用。EMB系统可以与其他车辆系统（如稳定性控制、防抱死制动系统（ABS）和电子稳定程序（ESC））无缝集成，提供更全面的车辆动态控制。在电动汽车中，EMB系统还可以支持能量回收功能，通过精确控制制动力，将动能转换为电能存储起来，提高能源效率。
#03 EMB的优势
电子机械制动（EMB）系统在多个方面提供了显著的改进，特别是在安全性、响应速度、能源效率和操控性方面。


HL Mando_EMB
以下是这些优势的详细分析：

安全性：

Ø更快的响应速度：EMB系统通过电子控制单元（ECU）直接控制制动执行器，消除了传统液压制动系统的延迟，提供了更快的响应速度。这有助于减少制动距离，提高紧急情况下的安全性。

Ø 精确的制动力分配：EMB系统可以独立控制每个车轮的制动力，有助于保持车辆在制动时的稳定性，特别是在湿滑或复杂路面上。集成高级安全功能：EMB系统可以轻松集成防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESC）等高级安全功能，进一步提高车辆的安全性。

响应速度：

Ø 电子控制：由于采用电子控制，EMB系统的响应速度远快于传统液压制动系统。这为驾驶员提供了更直接、更线性的制动感觉。

Ø 无液压延迟：由于不需要液压油流动，EMB系统消除了液压制动系统中的延迟和波动，提供了更即时的制动反应。

能源效率：

Ø 能量回收：在电动汽车和混合动力汽车中，EMB系统可以在制动时回收能量，将其转换为电能存储起来，从而提高能源效率，延长续航里程。

Ø 减少能量浪费：由于更精确的制动力控制，EMB有助于减少不必要的能量消耗，提高整体能源效率。

操控性：

Ø 优化的制动力分配：EMB系统可以根据车辆的动态和路面状况来调整每个车轮的制动力，有助于保持车辆在制动时的稳定性和操控性。
Ø 改善的驾驶体验：更快的响应速度和更精确的制动力控制为驾驶员提供了更佳的驾驶体验，特别是在动态驾驶条件下。

零拖滞
总的来说，电子机械制动（EMB）系统通过其先进的技术，不仅提高了车辆的安全性，还提供了更快的响应速度、更高的能源效率和更佳的操控性。这些优势使得EMB特别适合于现代汽车，尤其是电动汽车和自动驾驶汽车。随着技术的进步和成本的降低，预计EMB将在未来的汽车中得到更广泛的应用。
#04 EMB系统对汽车行业的影响
电子机械制动（EMB）技术的重要性在于它为汽车行业带来了革命性的变化，尤其是在安全性、能效和自动化方面。以下是EMB技术对汽车行业的潜在影响：

安全性的提升：EMB系统的快速响应和精确控制能力，以及与高级安全系统的集成，显著提高了车辆的安全性能。

能效的增强：EMB系统支持高效的能量回收，特别是在电动汽车中，这有助于提高能源利用率和续航里程。
自动化和自动驾驶的支持：EMB系统的灵活性和控制能力，使其成为自动驾驶汽车的理想选择，为自动驾驶技术的发展提供了重要支持。

适配高级自动驾驶的EMB冗余架构示意图

创新和可持续发展：EMB技术推动了汽车行业的技术创新，促进了更环保、更高效汽车的开发。

  森萨塔_创新型传感器 / 海拉_创新型的电子制动踏板

市场竞争力：拥有EMB技术的汽车制造商将能够在市场上获得竞争优势，满足消费者对高性能和安全性的需求。
法规和标准的变化：随着EMB技术的普及，可能需要更新现有的安全法规和标准，以适应新的技术要求。

中汽协&菲格牵头国内EMB标准的落地

供应链和制造的变革：EMB技术的应用可能促使汽车制造商和供应商重新考虑其供应链和制造流程。

新的商业模式：EMB技术的应用可能带来新的商业模式，如基于数据的维护和服务，以及新的售后市场机会。

总之，电子机械制动（EMB）技术不仅提高了汽车的安全性和能效，还支持了自动驾驶技术的发展，对汽车行业产生了深远的影响。随着技术的成熟和成本的降低，EMB系统有望在未来的汽车中得到更广泛的应用，从而推动汽车行业的可持续发展。
#05 EMB系统现状分析
电子机械制动（EMB）系统在全球范围内得到了广泛的应用，这一技术领域的主要国际供应商包括博世、大陆集团、采埃孚天合等。这些公司凭借其在制动技术领域的长期积累，占据了市场的主导地位。


Conti Teves_EMB架构图简图在中国市场，随着技术的发展和成本的降低，EMB技术也逐渐得到应用。中国的一些本土企业，如炯熠电子、菲格，还有同驭汽车、伯特利等，已经开始研发并推广自己的EMB制动系统。这些企业通过持续的技术创新和研发投入，逐步打破了外资企业在这一领域的垄断，为国产EMB技术的发展和应用创造了可能。


国内外EMB厂家
综上所述，电子机械制动系统在全球范围内正逐渐成为汽车行业的重要技术趋势，特别是在中国市场，随着本土企业技术的进步和市场需求的增长，EMB技术的发展前景十分广阔。
#06 EMB系统的未来发展方向
电子机械制动（EMB）技术作为汽车制动系统的一种先进形式，其未来的发展方向主要集中在几个关键领域，尤其是与自动驾驶技术的整合。以下是EMB技术未来可能的发展趋势：
1、高度集成与自动驾驶
Ø 无缝整合：EMB系统将与自动驾驶系统更紧密地整合，提供更精确的车辆控制。这种整合将包括更高级的数据通信和决策支持系统。
Ø 增强的传感器融合：为了支持自动驾驶，EMB系统将集成更多的传感器，如雷达、激光雷达（LIDAR）和摄像头，以提供更全面的车辆周围环境信息。



V2X愿景
2、高级车辆动态控制
Ø 动态调整：EMB系统将能够根据不同的驾驶模式和路况动态调整制动力分配，进一步提高车辆的稳定性和操控性。
Ø 防撞系统：集成先进的防撞系统，如自动紧急制动（AEB），以增强车辆的安全性。



ZF_EMB(CCRs场景)展示
3、能量效率与环保
Ø 优化的能量回收：进一步优化能量回收策略，以最大化电动汽车的续航能力和能源效率。
Ø 环境友好设计：减少对环境有害的材料使用，如无液压油设计，降低环境污染。


能量回收
4、智能化与个性化
Ø 智能学习算法：引入机器学习算法，使EMB系统能够根据驾驶员的习惯和偏好进行学习和调整。
Ø 个性化驾驶体验：提供可定制的制动感觉和模式，以满足不同驾驶员的需求。
5、可靠性与维护
Ø 增强的可靠性：通过减少机械部件和采用更耐用的材料，提高EMB系统的可靠性和寿命。
Ø 预测性维护：利用传感器数据和人工智能，实现预测性维护，提前检测和解决潜在问题。
6、成本降低与普及
Ø 成本效益：通过技术创新和规模经济，降低EMB系统的成本，使其更易于普及。
Ø 广泛应用：随着成本的降低，EMB系统将不仅限于高端车型，而是广泛应用于各种类型的汽车。
总体而言，电子机械制动（EMB）技术的未来发展方向将集中在提高集成度、支持自动驾驶、增强能量效率、提升智能化和个性化水平、增强可靠性和降低成本等方面。随着这些技术的进步，预计EMB将在未来的汽车，尤其是电动汽车和自动驾驶汽车中发挥更加重要的作用。

END

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