引言

2024年9月4日，敏芯股份在互動平臺表示，公司車用EHB（電子液壓制動系統(tǒng)）壓力模組已實現(xiàn)知名tier1客戶的小批量訂單開始逐漸上量裝車。這顯示出EHB技術在零部件供應和實際應用方面取得了一定的突破，對于EHB系統(tǒng)的進一步推廣具有積極意義。2024年8月，由一汽解放牽頭，萬安組織承辦的國家標準《汽車電驅制動鉗總成性能要求及臺架試驗方法》工作組首次會議召開，該標準明確了卡鉗總成在性能方面的各項指標，如制動力輸出、制動響應時間、耐久性、溫度適應性等要求。

電子機械制動卡鉗總成是EMB（電子機械制動系統(tǒng)）的核心部件之一，這為EMB系統(tǒng)的研發(fā)提供了具體的目標和方向，研發(fā)人員需要根據(jù)這些標準要求來設計和優(yōu)化EMB系統(tǒng)中的制動卡鉗總成，以確保其性能符合標準，同時意味著EMB系統(tǒng)產品的國家標準起草工作進入實質性階段。

2024年9月20日工信部發(fā)布《乘用車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》二次征求意見稿，首次新增EMB系統(tǒng)相關技術要求，這標志著我國EMB法規(guī)取得重大進展，預計2025年上半年有望發(fā)布正式稿?？梢?，車用EHB與EMB系統(tǒng)無論從國家層面還是從企業(yè)層面都得到了前所未有的重視。本文將為讀者深入剖析EHB與EMB系統(tǒng)的概念、發(fā)展歷程，并從專利角度分析兩者優(yōu)勢和劣勢、主要技術研發(fā)方向以及未來的發(fā)展趨勢。

EHB與EMB概念及發(fā)展歷程

隨著消費者對車輛安全性的重視程度日益提高，車輛制動系統(tǒng)也經歷了數(shù)次變遷和改進。從最初的皮革摩擦制動系統(tǒng)，到后來出現(xiàn)的鼓式、盤式、機械式制動系統(tǒng)，以及伴隨電子技術發(fā)展出現(xiàn)的模擬電子ABS制動系統(tǒng)、數(shù)字式電控ABS制動系統(tǒng)等。21世紀初，西方發(fā)達國家興起了對車輛線控系統(tǒng)（x-by-wire）的研究，線控制動系統(tǒng)（brake-by-wire）應運而生。

早在1993年FORD公司就有一款電動汽車采用了EHB（Electro Hydraulic Brake，即電子液壓制動系統(tǒng)），其是線控制動系統(tǒng)的一種，后來通用公司在其一款轎車上也采用了EHB制動系統(tǒng)?？梢妵庠缇烷_始了brake-by-wire制動系統(tǒng)的研究。國內對brake-by-wire制動系統(tǒng)的研究晚于國外，但目前研究熱情較高，勢頭正盛。

brake-by-wire是指一系列智能制動控制系統(tǒng)的集成，它提供諸如ABS,車輛穩(wěn)定性控制、助力制動、牽引力控制等現(xiàn)有制動系統(tǒng)的功能，并通過車載有線網(wǎng)絡把各個系統(tǒng)有機的結合成一個完整的功能體系。原有的制動踏板采用一個模擬發(fā)生器替代，用于接受駕駛員的制動意圖，產生、傳遞制動信號給控制和執(zhí)行機構，并根據(jù)一定的算法模擬反饋給駕駛員。顯而易見，線控制動系統(tǒng)需要非常安全可靠的結構，用于實現(xiàn)正常的工作。

由于技術發(fā)展程度的局限，目前出現(xiàn)了兩種形式的brake-by-wire系統(tǒng)，即EHB（Electro Hydraulic Brake，即電子液壓制動系統(tǒng)）與EMB（Electro-Mechanical Brake，即電子機械制動系統(tǒng)）。在傳統(tǒng)燃油車向電動車過渡的過程中，由于純電車沒有發(fā)動機，無法產生真空提供制動助力，EHB通過伺服電機取代真空助力器實現(xiàn)了相關性能，EHB系統(tǒng)采用電子信號傳輸控制指令，相比傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，信號傳輸速度更快，能夠實現(xiàn)幾乎瞬間的制動響應，這使得車輛在緊急情況下能夠更迅速停下來，大大提高了行車安全性。

EHB系統(tǒng)通過電子控制單元（ECU）精確控制液壓壓力，能夠實現(xiàn)對制動力的精準調節(jié)。根據(jù)不同的駕駛情況和路況，系統(tǒng)可以自動調整制動力的大小，確保車輛在各種情況下都能保持穩(wěn)定的制動效果?；谏鲜鰞?yōu)勢，EHB系統(tǒng)得到廣泛應用。目前EHB技術路線較為成熟，是當下線控制動的主要應用方案。其市場格局趨于穩(wěn)定，博世、弗迪動力、伯特利等國際和國內大廠市場占有率優(yōu)勢明顯。

雖然EHB系統(tǒng)現(xiàn)在廣泛應用于汽車上，但眾多企業(yè)已經開始布局EMB，目前多處于樣件測試、產品開發(fā)或與車企合作進行項目推進的階段，距離大規(guī)模量產和應用還需要一定時間。在新能源智能汽車的持續(xù)滲透及頭部車企的引領效應驅動下，EMB有望逐步打開市場空間。

根據(jù)中國汽車工程學會發(fā)布的《電動汽車智能底盤技術路線圖》，我國2025年應完成乘用車EMB系統(tǒng)樣件的集成優(yōu)化、臺架驗證，完成系統(tǒng)技術預研；2030年應完成乘用車EMB系統(tǒng)集成優(yōu)化，達到量產狀態(tài)，實現(xiàn)系統(tǒng)商品化應用。然而，從一些供應商規(guī)劃的量產時間表來看，2025～2026年EMB就將迎來規(guī)?；瘧?，比預想的時間提前。雖然當前我國法規(guī)還不支持EMB系統(tǒng)在乘用車上應用，但預計在不久的將來，相關部門會結合國內外供應商開發(fā)進度，推動相關法規(guī)的立項和修訂，為EMB裝車應用做好支持工作。

各大企業(yè)對于EMB的研發(fā)如火如荼，伯特利在2023年報中表示已開展對電子機械制動（EMB）的研發(fā)工作，EMB的A輪首樣已于2023年8月完成制作，并已進行冬季試驗驗證；2024年4月9日，京西集團與全球汽車轉向解決方案一級合作伙伴蒂森克虜伯轉向簽署合作協(xié)議，共同開發(fā)電子機械制動（EMB）。雙方聯(lián)合研發(fā)的第三代EMB產品采用雙電機設計，具備充足安全冗余，制動響應速度快，支持制動能量回收，將于2026年開始量產并面向全球銷售?？梢?，雖然目前EMB尚未實現(xiàn)量產，但其是一項具有前瞻性的智能汽車制動技術，代表了線控制動系統(tǒng)的未來！

下面將從專利角度剖析重點創(chuàng)新主體對線控制動系統(tǒng)EHB與EMB的研發(fā)重點方向，以及關鍵技術問題的解決手段，為相關人員提供一定的參考。

一、EHB—線控制動系統(tǒng)的現(xiàn)在

圖1 EHB結構專利分布圖

將EHB相關專利按結構分類如圖1所示。由圖1可知，目前針對EHB系統(tǒng)，專利布局數(shù)量較多的技術方向為電動泵單元、壓力控制模塊以及電子控制單元ECU。下面分別介紹：

電動泵單元

電動泵單元是EHB系統(tǒng)的動力源，作用為在需要增加制動液壓壓力時提供額外的力量。這個部件通常由電動機驅動，通過對制動液體的壓力控制來實現(xiàn)對制動力的精準調節(jié)。在緊急制動或需要迅速響應的情況下，電動泵單元能夠迅速提供足夠的壓力，保證制動性能的及時性。目前電動泵單元主要有三種形式，分別為滾珠絲杠、行星輪+滾珠絲杠和蝸輪蝸桿+齒輪齒條。

滾珠絲杠：滾珠絲杠是通過滾珠在螺紋軸與螺母之間的滾動來實現(xiàn)運動傳遞，相比傳統(tǒng)的滑動絲杠，滾動摩擦的方式極大地降低了摩擦阻力。在EHB系統(tǒng)中，這意味著電機的動力能夠更高效地轉化為制動推力，減少了能量損耗，能夠快速、準確地響應制動指令，提高制動系統(tǒng)的響應速度和效能。

如羅伯特博世有限公司2013年布局的專利（CN104837696B），螺旋傳動裝置通過采用滾珠絲杠結構，將驅動馬達的旋轉的從動運動轉變?yōu)榛钊玫钠揭乞寗舆\動，使得液壓泵總成更緊湊。螺旋傳動裝置通過螺旋傳動裝置的螺距選擇傳動比，而不依賴于活塞泵的長行程。

專利CN104837696B附圖

行星齒輪+滾珠絲杠：行星輪系是共軸式傳動裝置，采用幾個完全相同的行星輪均布在中心輪的四周，這種結構布局使得整個傳動系統(tǒng)在空間上的占用較小。再加上滾珠絲杠本身的結構也相對簡潔，二者結合后不會使EHB系統(tǒng)的體積過于龐大，能夠較好地適應汽車內部有限的空間。行星輪系可以通過合理設計太陽輪、行星輪和齒圈的齒數(shù)比，實現(xiàn)較大的減速比。將行星齒輪+滾珠絲杠的結構應用于EHB中，使得電機輸出的轉速經過行星輪系的減速后，轉化為更大的扭矩傳遞給滾珠絲杠。例如，在制動過程中，即使電機的轉速較高但扭矩相對較小，經過行星輪系的減速增矩作用后，也能夠為滾珠絲杠提供足夠的動力，使其產生強大的推力，推動制動活塞實現(xiàn)可靠的制動。

如2018年蕪湖伯特利汽車安全系統(tǒng)股份有限公司申請的專利（CN208855607U），提出了一種應用于車輛線控制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構，通過將行星滾珠絲杠總成設置在轉子中；而行星滾柱絲杠總成包括同軸線分布的螺母和絲桿；螺母通過其外圓緊固在轉子內壁上；在螺母與絲杠之間的環(huán)形空腔中設置多個滾柱，滾柱的軸線與絲桿平行；滾柱分別與絲桿及螺母嚙合的方式，而不采用減速增扭的傳動機構，簡化了執(zhí)行機構的空間，并且具有更快的反應速度。

專利CN208855607U附圖

蝸輪蝸桿+齒輪齒條：電機的動力首先通過蝸輪蝸桿進行第一次傳動，改變運動方向和速度，然后再由齒輪齒條將運動轉化為直線運動，實現(xiàn)對制動部件的推動。這種復雜的傳動過程需要精確的設計和調試，以確保各個環(huán)節(jié)之間的運動協(xié)調和動力傳遞的準確性。蝸輪蝸桿傳動具有較高的精度，能夠準確地傳遞動力和運動。齒輪齒條的傳動精度也較高，可以將旋轉運動精確地轉化為直線運動。這使得EHB系統(tǒng)能夠精確地控制制動活塞的位移和制動力的大小，實現(xiàn)高精度的制動控制。

如2017年上海同馭汽車科技有限公司申請的專利（CN106945653B）提供一種占用空間小、結構緊湊的快速回位的傳動機構和電子液壓制動系統(tǒng)。電機、傳動機構、次級傳動機構和液壓制動主缸依次連接，并且電機與傳動機構的蝸桿同軸連接。并且次級傳動機構設置為與傳動機構蝸輪同軸連接的齒輪，齒條嚙合齒輪，齒條再與液壓制動主缸的活塞同向連接，整體結構占用空間小，傳力效率高。

專利CN106945653B附圖

壓力控制模塊

EHB系統(tǒng)采用了壓力控制模塊，通過電子調控液壓系統(tǒng)的壓力，實現(xiàn)對制動力的精準調節(jié)。這種高度可控的特性使制動過程更為平穩(wěn)，提高了整車安全性和舒適性。在ECU部分，主要通過控制電磁閥來實現(xiàn)各種液壓管路的連接方式，通過控制每個輪缸對應增壓或減壓的電磁閥開度來實現(xiàn)輪缸壓力的調節(jié)。

但EHB中的電磁閥，具有較強的非線性，只在較小的有效占空比區(qū)間表現(xiàn)為線性有效區(qū)間，其余大部分區(qū)間為死區(qū)、飽和區(qū)、臨界區(qū)。其中，在死區(qū)時，電磁閥無響應；工作在臨界區(qū)域時，電磁閥的閥針會不斷撞擊閥體，對電磁閥有損耗；工作在飽和區(qū)域時，常開電磁閥全閉，常閉電磁閥全開，且在不同的蓄能器壓力下，上述有效區(qū)間范圍不同，從而導致EHB的壓力精確控制難度大。另外電磁閥本身也會有噪聲以及故障率高的問題。在壓力控制模塊的改進方面：

如江蘇恒力制動器制造有限公司2022年申請專利CN114707248B，通過構建理想占空比神經網(wǎng)絡模型和電磁閥閉環(huán)控制模型，避免電磁閥工作在臨界區(qū)域的方式，提高壓力控制精度以及電磁閥的使用壽命，實現(xiàn)目標輪缸壓力精確控制，提高汽車的制動安全性。

專利CN114707248B附圖

又如2023年上海同馭汽車科技有限公司提出一種電子液壓制動系統(tǒng)的電磁閥控制方法（CN117774928A），通過使用兩路高、低邊控制電路，可分別控制電磁閥開啟與關閉，在默認使用低邊工作時若發(fā)現(xiàn)某一個或者多個電磁閥與實際控制有差異時，可直接控制硬件進行高邊切換，提高電磁閥運行的可控性和安全性。

專利CN117774928A附圖

再如2021年北京智行者科技股份有限公司與東風汽車集團股份有限公司共同申請的專利（CN115437275A），提出了一種液壓制動系統(tǒng)控制方法及裝置，通過對油路壓力數(shù)據(jù)與預設的油路壓力閾值進行比較，為微處理單元對第一電磁閥和加壓泵電機的控制提供了理論依據(jù)，從而實現(xiàn)了液壓制動系統(tǒng)油路壓力的動態(tài)控制，保持了自動駕駛車輛進行制動時所需要的油路壓力，進而使得自動駕駛車輛可靠制動。

專利CN115437275A附圖

電子控制單元

EHB系統(tǒng)的核心是電子控制單元（ECU），它通過接收來自傳感器的多種數(shù)據(jù)，包括車速、制動踏板力度、輪胎狀態(tài)等，實時分析并做出相應的制動決策。ECU的智能算法使得EHB系統(tǒng)能夠根據(jù)實際行車狀況調整制動力，實現(xiàn)更為精確和高效的制動效果。在配備了再生制動功能的車輛上，EHB系統(tǒng)可以與再生制動系統(tǒng)協(xié)同工作，實現(xiàn)能量回收。當車輛減速或制動時，再生制動系統(tǒng)將車輛的動能轉化為電能儲存起來，用于后續(xù)的驅動，從而提高能源利用效率，降低車輛的能耗。

如2023年，浙江飛碟汽車制造有限公司提出了一種新能源電動汽車能量回收控制方法（CN116811815A），通過調整VCU的能量回收控制策略與EHB進行交互，同時讓EHB始終優(yōu)先進行電制動請求，電制動無法滿足制動需求時，再由機械制動進行補償，這樣便可以實現(xiàn)更高效的能量回收控制。

專利CN116811815A附圖

另外南京航空航天大學于2022年提出了一種失效保護和能量回收的EHB系統(tǒng)建壓裝置及方法（CN115675414A），其所使用的建壓裝置能夠實現(xiàn)雙重失效保護，建壓失效時，能量回收可代替實現(xiàn)建壓，當能量回收也失效時，ECU可以控制系統(tǒng)直接進行機械制動，保持制動系統(tǒng)的制動能力，同時可以進行車輛的動能回收，節(jié)約能源。

專利CN115675414A附圖    

二、EMB—線控制動系統(tǒng)的未來

EMB是Electromechanical Brake的英文簡稱，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和EHB的最大區(qū)別在于不再需要制動液和液壓部件，制動力矩完全通過安裝在4個輪胎上的由電機驅動的執(zhí)行機構產生。因此，相應取消了制動主缸、液壓管路等，可大大簡化制動系統(tǒng)的結構、便于布置、裝配和維修，更為顯著的是隨著制動液的取消，大大降低了環(huán)境污染。簡單來說電子機械制動器就是把原來由液壓或者壓縮空氣驅動的部分改為由電動機來驅動，借以提高響應速度、增加制動效能，同時簡化結構、降低裝配和維護難度。EMB起先應用在飛機上，如美國的F-15戰(zhàn)斗機，后來才慢慢轉化運用到汽車上。

EMB與傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)有著極大的差別，其執(zhí)行和控制機構需要完全重新設計。其中，執(zhí)行機構是整個EMB系統(tǒng)中非常重要的組成部分，要求能夠把電動機的轉動平穩(wěn)轉化為制動蹄塊的平動、能夠減速增矩、能夠自動補償由于長期工作而產生的制動間隙等，而且由于體積的限制其結構也必須巧妙和緊湊；其控制機構也要求能精確控制電動機的轉速和轉角從而防止制動抱死。

由于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)在加入了大量電子控制系統(tǒng)如ABS、TCS、ESP后，結構和管路布置越發(fā)復雜，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。因此結構相對簡單、功能集成可靠的電子機械制動系統(tǒng)EMB越來越受到青睞。

圖2 EMB效果專利分布圖

由于EMB結構簡單，集成性強，這里將EMB相關專利按技術效果分類如圖2所示。由圖2可知，目前EMB的研發(fā)重點主要為提高系統(tǒng)的安全性、解決由于采用大量傳感器、控制芯片所帶來的成本問題以及降低能耗問題。

提高安全性方面

在提高安全性方面，主流的研究方向為制動裝置及方式的冗余設置，即使在EMB失效的狀態(tài)下，也能完成汽車的制動。如2024年比博斯特(上海)汽車電子有限公司申請的專利（CN118124544A），EMB冗余備份系統(tǒng)中，當EMB系統(tǒng)發(fā)生控制失效時，通過空氣彈簧ECU控制換向閥打開第二接口，從而推動各制動輪缸內的兩端活塞向兩端運動推動對應的兩個制動蹄片旋轉，兩個制動蹄片旋轉后即可通過摩擦片摩擦對應的制動盤的盤帽，從而產生制動力，讓車輛制動，提高車輛的安全性。

專利CN118124544A附圖

又如2024年長城汽車股份有限公司申請的專利（CN118004119A），提出了一種車輛制動方法，通過實時采集電壓轉換模塊的狀態(tài)和隔離模塊的狀態(tài)，解決了車輪制動系統(tǒng)中，當冗余電源獨立工作時，由于虧電造成線控制動系統(tǒng)無法控制對應的車輪制動電機的問題，提高了汽車制動系統(tǒng)的安全性。

專利CN118004119A附圖

再如2024年比博斯特(北京)汽車科技有限公司申請的專利（CN117984964A），通過至少兩個自鎖結構均與電子機械制動EMB的電子控制單元ECU電連接的方式，當電子控制單元ECU發(fā)生故障時，無法給各自鎖結構供電，則各自鎖結構擠壓相應的活塞夾緊車輪產生制動力，使得在電子控制單元ECU發(fā)生故障時也能執(zhí)行制動，避免整車出現(xiàn)制動失效的風險，提高車輛的安全性。

專利CN117984964A附圖

控制成本方面

在控制成本方面，可采用的方式主要有：

集成化設計：采用高度集成化的設計理念，將多個功能部件集成到一個模塊中，減少零部件的數(shù)量；

結構和部件優(yōu)化設計：對EMB的機械結構進行簡化，去除不必要的復雜結構和冗余部件；或者對電源等高成本部件進行優(yōu)化設計；

材料選型優(yōu)化：在保證EMB性能的前提下，對材料進行優(yōu)化選擇。例如，制動鉗等部件的材料選擇。

如2024年重慶長安汽車股份有限公司申請的專利（CN118004112A），通過將功能層控制模塊和驅動控制模塊整合在一個控制總成內，無需在輪端及其附近分散設置多個驅動控制模塊，使得驅動控制器的布設數(shù)量大大減小，減少了內部PCB數(shù)量及內部芯片，從而簡化了傳統(tǒng)EMB控制總成的結構和布線，節(jié)約了成本。

專利CN118004112A附圖

降低能耗方面

在降低能耗方面，可采用的方式有：

制動能量回收協(xié)同控制：將EMB系統(tǒng)與車輛的能量回收系統(tǒng)進行協(xié)同控制。當車輛制動時，EMB系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的速度、電池的充電狀態(tài)等因素，精確地控制制動壓力，使車輛在滿足安全制動的前提下，盡可能多地將制動動能轉化為電能回收。

自適應制動控制算法：根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)（如車速、路面狀況、載重量等）動態(tài)調整制動策略。在不同的路況和行駛條件下，自動選擇最優(yōu)的制動方式和制動力度，避免過度制動導致的能量浪費。

電機方面技術改進：對電機進行參數(shù)優(yōu)化設計，選用高效電機類型。

如2024年東風汽車集團股份有限公司申請的專利（CN118306224A），通過基于與當前行駛工況相匹配的制動能量回收策略，能確定出車輛各個車輪所需的再生制動力矩和機械制動力矩，使得能充分利用各個車輪的輪轂電機對制動能量進行充分回收，進而實現(xiàn)最大化的回收制動能量。

專利CN118306224A附圖

又如2018年陜西汽車集團股份有限公司申請的專利（CN109278566B），通過在汽車制動過程中，控制機械制動力和再生制動力分配，在保證制動安全和制動效能的基礎上，最大限度提升再生制動力分配系數(shù)，充分利用電機的饋電能力回收制動過程中損耗的能量給動力電池充電，提升制動能量回收效率，減少制動能量損耗。

專利CN109278566B附圖

三、總結

總體來說，EHB通過其精準的控制、智能的適應性和高效的能量回收等特點，已經在市場上取得了顯著成就。隨著電動化和智能化的不斷深入，EHB系統(tǒng)有望在提高安全性、舒適性的同時，進一步提升能效和環(huán)保性能。但是EHB系統(tǒng)有其自身的局限性，整個系統(tǒng)仍然需要液壓部件，離不開制動液。

因此，EHB系統(tǒng)必然涉及到管路的設計、使用更多零部件，需要進一步提高其模塊化程度。從專利布局角度看，目前研發(fā)重點為電子控制單元（ECU）、壓力控制模塊以及電動泵單元。

而EMB不需要制動管路從而降低了制造成本和安裝布置的難度，制動效能也得到了提高，并且其不需要制動液，便于融入到車輛綜合控制網(wǎng)絡中去（CAN總線）。制動踏板只提供參考輸入不直接作用于制動系統(tǒng)，減少了零部件數(shù)量，降低了對空間的占用，改善了踏板的性能。

從專利布局的角度來看，為了盡快實現(xiàn)其產業(yè)化應用，EMB的研發(fā)重點主要為提高系統(tǒng)的安全性、能量節(jié)約，以及解決由于采用大量傳感器、控制芯片所帶來的成本問題。

作者：北京品源知識產權管理咨詢有限公司 張?zhí)扉?br/>