對于自動駕駛汽車的控制有很多疑問。比如轉(zhuǎn)向，具體跟車輛的交互，是傳入轉(zhuǎn)向角度還是力度？剎車制動是由 IPC 告訴硬件多少力度呢，還是智能到具體的制動百分比就可以？

要實現(xiàn)這些控制指令，首先與參考車輛的底盤組組件有很大的關(guān)系，要了解與車輛底盤的各個組件交互，就要先了解這些控制組件。

線控執(zhí)行

簡單地說，線控執(zhí)行主要包括線控制動、轉(zhuǎn)向和油門。某些高級車上，懸架也是可以線控的。線控執(zhí)行中制動是最難的部分。

1線控油門

線控油門相當(dāng)簡單，且已經(jīng)大量應(yīng)用，也就是電子油門，凡具備定速巡航的車輛都配備有電子油門。電子油門通過用線束（導(dǎo)線）來代替拉索或者拉桿，在節(jié)氣門那邊裝一只微型電動機，用電動機來驅(qū)動節(jié)氣門開度。

電子油門控制系統(tǒng)主要由油門踏板、踏板位移傳感器、ECU（電控單元）、數(shù)據(jù)總線、伺服電動機和節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu)組成。

位移傳感器安裝在油門踏板內(nèi)部，隨時監(jiān)測油門踏板的位置。當(dāng)監(jiān)測到油門踏板高度位置有變化，會瞬間將此信息送往 ECU，ECU 對該信息和其它系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)信息進行運算處理，計算出一個控制信號，通過線路送到伺服電動機繼電器，伺服電動機驅(qū)動節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu)，數(shù)據(jù)總線則是負責(zé)系統(tǒng) ECU 與其它 ECU 之間的通訊。

在自適應(yīng)巡航中，則由 ESP（ESC）中的 ECU 來控制電機，進而控制進氣門開合幅度，最終控制車速。

2線控轉(zhuǎn)向

日產(chǎn)旗下的英菲尼迪 Q50 是

首批使用線控轉(zhuǎn)向的量產(chǎn)車輛

線控轉(zhuǎn)向也已經(jīng)得到實際應(yīng)用，這就是日產(chǎn)旗下的英菲尼迪 Q50。實際目前的電子助力轉(zhuǎn)向（EPS）非常接近線控轉(zhuǎn)向了。

EPS 與線控轉(zhuǎn)向之間的主要差異就是線控轉(zhuǎn)向取消了方向盤與車輪之間的機械連接，用傳感器獲得方向盤的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，然后 ECU 將其折算為具體的驅(qū)動力數(shù)據(jù)，用電機推動轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)動車輪。而 EPS 則根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角來增加轉(zhuǎn)向力。

線控轉(zhuǎn)向的缺點是需要模擬一個方向盤的力回饋，因為方向盤沒有和機械部分連接，駕駛者感覺不到路面?zhèn)鲗?dǎo)來的阻力，會失去路感，不過在無人車上，就無需考慮這個了。在 Q50L 上線控轉(zhuǎn)向還保留機械裝置，保證即使電子系統(tǒng)全部失效，依然可以正常轉(zhuǎn)向。

3線控制動

線控制動是最關(guān)鍵的也是難度最高的。要了解線控制動，首先要了解汽車的剎車原理。輕型車通常采用液壓制動。

傳統(tǒng)制動系統(tǒng)主要由真空助力器、主缸、儲液壺、輪缸、制動鼓或制動碟構(gòu)成。當(dāng)踩下剎車踏板時，儲液壺中的剎車油進入主缸，然后進入輪缸。

輪缸兩端的活塞推動制動蹄向外運動進而使得摩擦片與剎車鼓發(fā)生摩擦，從而產(chǎn)生制動力。

當(dāng)駕駛者踩下制動踏板時，機構(gòu)會通過液壓把駕駛?cè)四_上的力量傳遞給車輪。但實際上要想讓車停下來必須要一個很大的力量，這要比人腿的力量大很多。所以制動系統(tǒng)必須能夠放大腿部的力量，要做到這一點有兩個辦法：一是杠桿作用；二是利用帕斯卡定律，用液力放大。制動系統(tǒng)把力量傳遞給車輪，給車輪一個摩擦力，然后車輪也相應(yīng)的給地面一個摩擦力。

A B S

說完了這些，讓我們來說說 ABS。

ESP 與 ABS 非常接近，與 ABS 最大的不同在于 ESP 可以在沒有踩剎車踏板的情況下向輪缸輸出制動壓力，ABS 只能在踩下剎車踏板后從主缸向輪缸輸出壓力。壓力生成器就是電機和柱塞泵， 與 ABS 比多了 4 個柱塞泵，4 個電磁閥，也就是 VLV 和 USV。

博世第九代ESP增加了兩個特殊功能，一個是ACC，自適應(yīng)巡航，ESP 可以部分控制電子節(jié)氣門。另一個是AEB，ESP可以部分控制剎車系統(tǒng)。

有些認為 ESP 既可以控制油門又可以控制剎車，是個很好的線控系統(tǒng)，其實并不是這樣。博世對國內(nèi)廠家一般只開放ACC和ESP量產(chǎn)接口協(xié)議，剎車力度最大大約為0.5g，標準的剎車力度在0.8g以上，遠不夠用。

其次，在設(shè)計之初，ESP 控制剎車系統(tǒng)只是在少數(shù)緊急情況下使用，頻繁使用，會導(dǎo)致柱塞泵發(fā)熱嚴重，精密度下滑，導(dǎo)致 ESP 壽命急劇下滑，如果用 ESP 做常規(guī)剎車系統(tǒng)，可能 1 個月就報廢了。最后即便是不計壽命問題，ESP 的泵油功率有限，且缺乏真空助力，反應(yīng)速度較慢。

如何做到常規(guī)的線控制動，這得從真空助力器說起。

真空助力系統(tǒng)，是在制動的時，也同時控制進入助力器的真空，使膜片移動，并通過聯(lián)運裝置利用膜片上的推桿協(xié)助人力去踩動和推動制動踏板。需要注意推力來自壓力差，而非真空。電動車和混合動力車不能依賴內(nèi)燃機取得真空，需要用電子真空泵。

線控制動正是從真空助力器延伸開來，用一個電機來代替真空助力器推動主缸活塞。由于汽車底盤空間狹小，電機的體積必須很小，同時要有一套高效的減速裝置，將電機的扭矩轉(zhuǎn)換為強大的直線推力，這其中的關(guān)鍵因素就是電機主軸。

在電機技術(shù)不夠先進的 1999 年前，人們只得放棄這種直接推動主缸的思路。轉(zhuǎn)而使用高壓蓄能器。這就是奔馳的 SBC、豐田的 EBC 系統(tǒng)、天合的 SCB，這套系統(tǒng)利用電機建立液壓，然后將高壓剎車油儲存在高壓蓄能器中，需要剎車時釋放。這套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓管路眾多，成本高昂，可靠性不高。

由于成本過高，從 2007 年起，EVP 電子真空泵開始在電動車或混動車上取代這種高壓蓄能器設(shè)計，EVP 極為簡單，就是將油車的真空助力換位電子真空泵獲得真空，缺點非常明顯，幾乎沒有任何能量回收，剎車時會發(fā)出刺耳的噪音，最重要，它必須人力首先踩下制動踏板，也就是說它并非線控制動，而是機械制動。

隨著電機技術(shù)的發(fā)展，日立旗下的東機特工在 2009 年首次推出電液線控制動系統(tǒng) E-ACT。說起來很簡單，用直流無刷超高速電機配合滾珠絲杠直接推動主缸活塞達到電液線控制動，這套方案對滾珠絲杠的加工精度要求很高。傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)反應(yīng)時間大約 400-600 毫秒，電液線控制動大約為 120-150 毫秒，安全性能大幅度提高。百公里時速剎車大約最少可縮短 9 米以上的距離。同時用在混動和電動車上，可以回收幾乎 99% 的剎車摩擦能量。是目前公認最好的制動方式，為了保證系統(tǒng)的可靠性，這套制動系統(tǒng)一般都需要加入 ESP（ESC）做系統(tǒng)備份。

博世從中獲得靈感，加上博世是電機大師，經(jīng)過博世的努力，最終在 2013 年去掉了高壓蓄能器，單用電機推動主缸，這就是 iBooster。

大陸和天合（ZF）則在此基礎(chǔ)上將 ESC 也集成進來，大陸的 MK C1 早在 2011 年就已經(jīng)推出，在 2017 年版的阿爾法羅密歐 Giulia 上使用。TRW 的則于 2012 年推出 IBC，通用的 K2XX 平臺上將全線使用。順便說下 TRW 的 IBC 技術(shù)并非自己原創(chuàng)，是收購自一家小公司，不過博世的 ABS 技術(shù)也不是自己原創(chuàng)的。

這些線控制動都不是純粹的線控制動，仍然需要液壓系統(tǒng)放大制動能量。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專利門檻很高。為了突破大廠的封鎖，也為了簡化制動系統(tǒng)，純粹的線控制動（EMB）近年來是個火熱的研究領(lǐng)域。EMB 取消液壓系統(tǒng)，直接用電機驅(qū)動機械活塞制動。

優(yōu)點一：安全優(yōu)勢極為突出，大幅度縮短剎車距離。EMB 的反應(yīng)時間大約 90 毫秒，比 iBooster 的 120 毫秒更快速；

優(yōu)點二：沒有液壓系統(tǒng)，不會有液體泄露。對電動車來說尤其重要，液體泄露可能導(dǎo)致短路或元件失效，進而導(dǎo)致災(zāi)難。同時成本和維護費用也降低不少。

缺點一：沒有備份系統(tǒng)，對可靠性要求極高。特別是電源系統(tǒng)，要絕對保證穩(wěn)定，其次是總線通信系統(tǒng)的容錯能力，系統(tǒng)中每一個節(jié)點的串行通信都必須具備容錯能力。同時系統(tǒng)需要至少兩個 CPU 來保證可靠性。

缺點二：剎車力不足。EMB 系統(tǒng)必須在輪轂中，輪轂的體積決定了電機大小，進而決定了電機功率不可能太大，而普通轎車需要 1-2KW 的剎車功率，這是目前小體積電機無法達到的高度，必須大幅度提高輸入電壓，即便如此也非常困難。

缺點三：工作環(huán)境惡劣，特別是溫度高。剎車片附近的溫度高達數(shù)百度，而電機體積又決定只能使用永磁電機，而永磁在高溫下會消磁。同時 EMB 有部分半導(dǎo)體元件需要工作在剎車片附近，沒有半導(dǎo)體元件可以承受如此高的溫度，而受體積限制，無法添加冷卻系統(tǒng)。同時這是簧下元件，震動劇烈，永磁體無論是燒結(jié)還是粘結(jié)都很難承受強烈震動。對半導(dǎo)體元件也是個考驗。需要一個高強度防護殼，然而輪轂內(nèi)體積非常有限，恐怕難以做到。

缺點四：需要針對底盤開發(fā)對應(yīng)的系統(tǒng)，難以模塊化設(shè)計，導(dǎo)致開發(fā)成本極高。

我們認為除非永磁材料有重大突破，居里溫度點大幅度提高到 1000 攝氏度，否則 EMB 無法商業(yè)化。

人們對制動性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的液壓或者空氣制動系統(tǒng)在加人了大量的電子控制系統(tǒng)如 ABS、ESP 等后，結(jié)構(gòu)和管路布置越發(fā)復(fù)雜，液壓（空氣）回路泄露的隱患也加大，同時裝配和維修的難度也隨之提高。

制動控制是自動駕駛執(zhí)行系統(tǒng)的重要部分，目前 ADAS 與制動系統(tǒng)高度關(guān)聯(lián)的功能模塊包括 ESP（車身穩(wěn)定系統(tǒng)）/AP（自動泊車）/ACC（自適應(yīng)巡航）/AEB（自動緊急制動）等。

電子機械制動（EMB）

如果把 EHB 稱為「濕」式 brake-by-wire 制動系統(tǒng)的話，那么EMB就是「干」式 brake-by-wire 制動系統(tǒng)。

EMB 全稱 Electro Mechanical Brake，和 EHB 的最大區(qū)別就在于它不再需要制動液和液壓部件，制動力矩完全是通過安裝在 4 個輪胎上的由電機驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生。因此相應(yīng)的取消了制動主缸、液壓管路等等，可以大大簡化制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、便于布置、裝配和維修，更為顯著的是隨著制動液的取消，對于環(huán)境的污染大大降低了。

西門子 VDO 的 EMB 示意圖

因此結(jié)構(gòu)相對簡單、功能集成可靠的電子機械制動系統(tǒng)越來越受到青睞，可以預(yù)見EMB將最終取代傳統(tǒng)的液壓（空氣）制動器，成為未來車輛的發(fā)展方向。