根據制動執行機構的不同，線控制動系統可以分為液壓式線控制動系統（Electro-Hydraulic Brake, EHB）和機械式線控制動系統（Electro-Mechanical Brake, EMB）。其中，EHB 以傳統的液壓制動系統為基礎，用電子器件替代了部分機械部件的功能，使用制動液作為動力傳遞媒介，同時具備液壓備份制動系統，是目前的主流技術方案。進一步地，根據集成度的高低，EHB 可以分為Two-box 和One-box 兩種技術方案。

上期文章對One-box線控制動系統的工作原理做了介紹，本期將對One-box如何滿足輔助駕駛和自動駕駛對制動系統的要求展開討論。

SAE J3016對汽車自動駕駛分級標準

01輔助駕駛系統對One-box的要求

對輔助駕駛汽車而言，當系統出現故障以后，要求系統正確及時地向駕駛員報告故障，由駕駛員承擔將車輛運行到安全狀態(safe state)的責任，而制動系統持續提供制動能力是幫助駕駛員完成這一任務的關鍵，歐盟ECE R13和國標GB 21670對制動系統的應急制動能力提出了強制要求：

當基礎制動功能失效后，在駕駛員踏板輸入500Nm的情況下，應急制動的平均減速度不小于2.44m/s2.

為實現這一要求，One-box設計了機械備份(Hydraulic Backup)，保證基礎助力系統發生失效后，駕駛員依舊能夠通過踩制動踏板產生減速度。以博世One-box產品IPB產品為例，當主動建壓模塊無法正常工作(如電源故障，助力電機故障等)時，系統進入機械備份模式，此時閥1，4，5關閉，2，3打開，駕駛員踩下踏板可推動制動主缸內的活塞移動，將制動液推入四個輪缸并產生車輛減速度，如下圖所示。

博世IPB（Integrated Power Brake）工作示意圖，圖片來自網絡

制動主缸為雙腔式設計，主腔(Primary Pressure Chamber)和副腔(Secondary Pressure Chamber)的制動管路分別連接兩個車輪的輪缸，具體連接哪兩個車輪取決于’X’型布置或’II’型布置，乘用車通常為’X’型布置。為考慮機械備份模式下主腔或副腔發生制動管路泄露的極端情況，博世IPB對機械備份下的制動設計提出了更高的要求，確保沒有發生泄露的制動回路仍然可以滿足駕駛員踏板輸入500Nm的情況時提供不小于2.44m/s2的減速度。在這樣的設計下，當沒有發生管路泄露時，IPB降級到機械備份模式后500Nm的踏板輸入能產生4.88m/s2的減速度。

制動主缸示意圖，圖片來自網絡

博世IPB（Integrated Power Brake）基礎介紹，圖片來自官網

值得一提的是，因為One-box屬于制動踏板解耦結構，因此在制動主缸的設計上， One-box通常會縮小缸徑，在助力功能正常的情況下，可以在保證不影響駕駛員踏板感的情況下同樣能夠保持很好的建壓效果。但是缸徑縮小的設計需要考慮機械備份下的影響。對當前的汽車設計來說，制動踏板的踏板比和踏板最大深度是無法改變的，而在制動主缸長度不變的情況下，缸徑的縮小意味著相比于eBooster或者真空助力器，同樣的制動踏板深度下One-box能流入輪缸的制動液會減少。所以，為保證機械備份能夠滿足法規要求，制動主缸的結構設計需要考慮其中。

TMC液量示意圖，圖片來自‘8th International Munich Chassis Symposium 2017’

02自動駕駛系統對One-box的要求

根據SAE J3016對汽車自動駕駛分級標準，對于Level 3及Level 3以上的自動駕駛系統，要求在出現單一故障的情況下，系統依舊能夠提供制動或轉向能力以保證車輛能夠進入安全狀態，避免造成人身傷害。由于完成這一安全目標的責任方從駕駛員變成了自動駕駛系統，這意味著One-box制動系統中依賴制動踏板輸入的機械備份無法滿足這一安全目標。

自動駕駛系統對制動提出了新要求，圖片來自‘8th International Munich Chassis Symposium 2017’

目前業界普遍達成一致的是支持高速自動駕駛(HAD, Highly Automated Driving)的汽車至少需要下表包含的冗余設計，才能保證車輛在出現單一故障后系統能夠及時進入合理的安全狀態。其中，無論安全狀態定義為“停在當前車道”或“停在應急車道”，制動系統冗余都不可或缺。

支持自動駕駛系統的制動冗余系統E/E架構設計，圖片來自‘8th International Munich Chassis Symposium 2017’

為實現制動冗余，One-box需要搭配一個獨立的制動單元RBU(Redundant Brake Unit)。One-box與RBU的制動管路連接如下圖所示，制動主缸兩個腔出口的制動管路除了和One-box連通外，還連通RBU的輸入端，而RBU的兩路輸出管路則在分別與IPB中的輪缸管路相連。

One-box與RBU管路連接示意圖，圖片來自‘8th International Munich Chassis Symposium 2017’

在正常情況下，One-box響應制動系統上層的制動請求，閥1，閥2和閥3關閉，One-box主動建壓模塊中的電機推動推桿，將制動液通過打開的閥4和閥5推入輪缸完成建壓。而當One-box系統故障時，系統進入制動備份模式，閥2和閥3打開，閥1，閥4和閥5關閉，RBU中的電機工作，將制動主缸中的液壓通過閥2和閥3推入輪缸完成建壓。

高速自動駕駛除了要求制動系統具備基礎制動功能冗余外，還要求車輛具有縱向穩定性冗余，這就需要RBU同時具備縱向穩定性控制的能力。目前市場上的RBU方案基本都是從底盤電子穩定性系統(ESC, Electric Stability Controller)“減配”改造而來，能夠實現縱向穩定性控制。不同的是，RBU只能同時調節’X’型布置或’II’型布置的兩個輪端壓力而不能同時調節四個輪端壓力，所以控制性能相比于ESC會受到限制。但是由于當One-box故障后，自動駕駛系統會盡快進入安全狀態，車輛運行時間受到很大的限制，因此從安全概率的角度，這一“減配”設計是可以接受的，同時也優化了“One-box＋RBU”的制動組合的成本。

“One-box＋RBU”的制動組合的控制和接管策略可以總結如下（控制策略不唯一，根據E/E架構的不同，策略可能有調整）：

其中，為實現自動駕駛場景下的縱向穩定性冗余的需求，需要搭載冗余輪速傳感器，分別為One-box本身搭載的穩定性功能ABS和RBU端的穩定性功能提供必要的輪速信號。目前博世基于冗余輪速傳感器推出的制動冗余系統“三級ABS”方案為市場主流方案。

審核編輯：湯梓紅