摘要：电子机械制动（EMB）系统采用高度集成化架构，可以减少零部件数量、提升空间利用率、优化制动效能、易于与其他整车电控功能集成，已成为线控制动的研究热点。文章首先介绍商用车平台气压制动系统和EMB 系统的组成和特点，对比分析两种系统的差异，得出EMB 系统在商用车应用过程中的环保、高效、安全、轻量化和智能化等优势，同时梳理EMB系统推广面临的系统不稳定、成本高、标准化难度高和整车匹配受限等挑战。最终提出解决方案，为该系统在商用车领域的进一步发展提供指导意见。
随着汽车电动化技术的日趋成熟与智能化的兴起，线控底盘取得长足进步，但电子制动系统（Electronic Brake System, EBS）核心零部件时常被国外供应商垄断。目前国内企业已完成零部件国产化，但可靠性和成本依然无法与国际巨头匹敌。电子机械制动（Electro-Mechanical Brake,EMB）系统除了支持线控制动，还可以重新定义车身电子稳定控制系统（Electronic Stability Controller, ESC）等车辆动力学系统，对重新定义线控底盘、加快底盘智能控制技术和底盘域控集成的发展有着重要意义，是实现换道超越的最佳途径。EMB 技术挑战较多，早期几乎无法量产，但经过二十多年的发展，随着电机技术、传动技术的进步，EMB 技术发展速度快速提升，已出现量产可能性[1]。商用车方面，国外瀚德集团已完成EMB系统在牵引车平台的开发和可靠性验证[2]，国内恒创智行前身为瀚德集团与万安集团的合资公司瀚德万安（上海）电控制动系统有限公司，继承了瀚德的技术成果，在国内客车平台实现了应用及性能测试，其他企业的相关技术尚处于研发阶段，不具备量产条件。要实现最终量产，形成与国际巨头同步竞争甚至超越，仍需要相关从业人员持续投入，克服相关挑战。
1 商用车典型气压制动系统介绍
中重卡车气压制动系统主要零部件布置如图1 所示，主要由高压空气气源、空气处理系统、储能系统和控制系统四部分组成。气压制动平台应用于燃油车和新能源车型时，高压空气气源部分有所不同，其他三个系统基本相同。
图1 气压制动系统主要零部件布置示意图
燃油车的高压空气源为发动机带动的空气压缩机，空气压缩机的进气、润滑和冷却系统与发动机共用，随发动机保养时一起保养。新能源车型则需要增加电动空气压缩机，提供高压气体。空气压缩机需要增加单独的进气、润滑和冷却系统，其成本、重量增加，且需要单独进行维护保养。空气处理系统主要为空气处理单元和四回路保护阀，空气处理单元通过干燥筒对高压空气进行干燥和清洁，确保阀体内部精密零件工作可靠。干燥罐内部的分子筛会随着杂质和水分的积累而失效，需要定期更换。储能系统主要由储气筒组成，用于在气源失效时保障车辆制动系统的正常运转。为防止水分积聚，储气筒底部装有放水阀，用户应定期手动操作以排除积水。控制系统涉及多个控制模块、驾驶员需求采集模块以及车辆状态采集传感器和管路，并由控制器采集驾驶员需求和车辆当前状态，发送控制指令，引导气体进入相应气室，进而推动制动器实施制动操作。
整个制动系统结构复杂，零件种类众多，存在更多的零部件失效、漏气等风险，空气压缩机的润滑油、进气系统的过滤装置、空气处理系统的干燥罐也需要定期维修保养，给用户造成极大不便和更多的支出。
2 EMB 制动系统介绍
EMB 系统主要由驾驶员需求采集模块、车辆状态采集传感器、桥控模块和轮边执行器等组成[3]，主要零部件布置如图2 所示。
图2 EMB 系统主要零部件布置示意图
驾驶员需求采集模块主要由制动脚阀、驻车开关等组成，用于采集驾驶员的制动需求。车辆状态采集传感器主要由横摆率传感器、轮速传感器等组成，用于实时采集车辆的运行状态。轮边执行器使用电机驱动机械机构实现行车制动和驻车制动，以代替车辆原有气压或液压装置，控制制动器实现制动。桥控模块采集驾驶员需求、车辆状态信息，对轮边执行器进行控制，系统可实现单轮独立控制，达成线控行车制动、电子驻车制动（Electronic Parking Brake, EPB）、制动防抱死系统（Anti-lock Braking System, ABS）、ESC、驱动防滑调节（Acceleration Slip Regulation,ASR）、坡道起步、辅助制动控制、能量回收等功能。
目前市场上EMB 系统常见的架构如图3 所示，桥控模块集成系统由配电部分和控制部分组成，控制部分通过控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）总线与整车、车辆状态检测传感器通讯，通过硬线或CAN 总线采集驾驶员需求信息，通过硬线采集轮速信息，并将驾驶员需求和轮速信息、车辆状态信息综合分析，进而得到电机控制指令，对轮边电机进行控制，根据电机内部传感器信息，实现制动过程的控制闭环。EMB轮边执行器为电机、电机转速传感器、位移传感器、减速增扭机构和运动方向转换等机械传动机构，对制动器施加推力，从而实现制动功能。为满足冗余要求，不同轴上的桥控模块互相通讯，实时监测，单轴桥控故障时，其他轴桥控模块可作为备份提供冗余控制指令实现制动[4]。
图3 EMB 系统典型架构
3 EMB 系统的优势
3.1 环保性分析
EMB 系统取消了空气压缩机，因此无需液压油进行空气压缩机润滑，在整车的装配、使用和维修过程中，由于不涉及液压油，故减少了液压油带来的环境污染问题，使整个生命周期更符合环保要求。
3.2 维护简单
EMB 系统相较于传统的气压制动系统，由于零件数量的大幅减少（达到70%），简化了整体结构，从而降低了系统的复杂性。这种简化使得潜在失效点大幅降低，提高了系统的可靠性，同时为维护工作带来了便利。在整车的使用过程中，不再需要更换空压机润滑油、空气滤清器滤芯、干燥罐等零件，对于用户而言，这意味着更低的维修频率和成本，以及更高的车辆可用性。
3.3 轻量化
EMB 系统结构简单且高度模块化，这使得系统重量降低（降重达到100 kg 左右），轻量化效果显著。降低的重量在满载状态用于承载，为客户创造更大的经济价值；在空载状态也可以减少能源消耗，提升整车经济性，有助于推动汽车产业节能减排。
3.4 智能安全
EMB 系统通过电信号传递制动需求，通过电机控制轮边执行器，提升响应速率和控制精细度，缩短制动距离，提升减速度控制精度[5]。
EMB 系统可以实现对车辆轮边的独立控制，可以根据实际情况调整制动力，使得车辆在紧急制动或者复杂路况下更加稳定，减少跑偏的可能性。执行器单轮控制，各轮执行器可以互为冗余，提升系统安全性的同时，也可以用于多域融合控制。在转向失效时，EMB 系统可以通过适当调整每个轮边的制动力，实现对车辆的主动转向和减速，从而提高车辆的操控性能。
3.5 提效节能
气压系统需要将电能转化为高压空气，再通过储气筒、阀体、气室到轮边执行器，传递路线长，传输效率较低。EMB 系统车辆的电能通过轮边机械机构，直接输出制动力，传输路线更短，能耗更低，根据理论推算系统能耗可降低50%。
执行器摩擦制动和电机制动可完全解耦，可进一步提升电机制动的占比，如果和分布式驱动联合使用，在非紧急制动工况，几乎不需要机械制动的参与，能量回收效率更高[6]，有效提升车辆续驶里程、延长制动器和摩擦片的使用寿命。
3.6 驾驶舒适性
机械制动和电机制动完全解耦，通过对制动踏板可减速度关系的精细化标定，可以实现制动踏板减速度曲线的个性化定制，使得驾驶员可以根据自己的习惯和偏好来调整制动感觉，舒适的驾驶体验可进一步提升用户满意度和品牌形象。
4 EMB 系统在商用车应用的挑战
4.1 电子系统不稳定导致的安全问题
EMB 系统的控制完全依赖于电子系统，一旦出现故障，可能会直接导致制动功能失效。配电系统、控制器或驾驶员需求采集传感器的失灵，都可能引起严重安全问题。为了确保安全，必须引入冗余设计，包括电源、传感器、控制器和驾驶员需求采集等各个环节的备份系统[7]。系统运行过程中，提高故障诊断和恢复能力是确保EMB 系统安全运行的关键，需要开发高效的故障检测算法和快速响应机制。
4.2 技术成本与可靠性之间的平衡
商用车作为生产工具，对成本非常敏感，EMB系统的高成本，是一个不容忽视的挑战。研发和生产高性能传感器、电子控制单元和执行器等需要很大的投入。同时，为确保系统的可靠性和稳定性，满足功能安全和预期功能安全需求，需引入冗余设计，导致成本进一步提升。不断优化系统控制算法、整合优化整车资源是降低成本的有效措施，只有在技术成本和系统性能之间寻找平衡，将成本控制到与EBS 系统同等或更低的价格，才会有更大的推广可能性。
4.3 标准化难度高
目前，EMB 系统还在初步研发阶段，缺乏统一的国家标准和行业标准，可以参考的标准是由欧洲汽车零部件制造协会提交的关于就制动方面批准车辆的统一规定ECE R13 法规草案。草案中，对系统的配电方案提出了性能要求，并给出了两种可选方案，但对适配智能驾驶或无人驾驶车型，冗余方案无明确规定。目前不同的研究机构、企业和高校采用的技术路线各不相同，导致了大量的资源分散和效率低下，这对EMB 系统的大规模带来一定的障碍。需由行业专家、企业共同协作，制定指导方案和详细研发计划，以推动技术标准化，实现技术快速发展。
4.4 整车用气系统限制
商用车气压制动系统在提供制动功能的同时，产生的高压气体也被广泛应用于车辆的辅助系统中。这些辅助功能包括但不限于气囊座椅、驾驶室气囊悬置、驾驶室气压锁止机构、自动变速箱气压换挡、上装举升所需气压取力器、驱动桥轮差和轴差气压阀、气喇叭等，他们都需要高压清洁的气体进行有效的控制和操作。这些辅助系统目前主要依赖于气压控制，但随着电子控制技术的发展，有必要开发相应的电控方案来替代或优化现有的气压控制系统。这不仅可以提高系统的响应速度和控制精度，还可以降低维护成本和提高系统的可靠性。
目前市场上尚未有成熟的电控方案能够完全替代这些气压辅助功能，因此，需要重型商用车相关的上游零部件企业共同努力，开发适用于这些辅助用气系统的电控方案。这不仅有助于提升整车的性能和用户体验，也是推动电子制动系统推广的重要一步。企业需要考虑的因素包括电控系统的可靠性、兼容性、成本效益以及与现有技术的整合能力。此外，还需要遵循行业标准和安全规范，确保新技术的应用不仅能够满足性能要求，还能够符合法规和用户的期望。
5 结论
EMB 系统在重卡商用车的应用优势突出，具有巨大的潜力和广阔的前景。然而，要实现其在商用车市场的广泛应用，需要持续优化产品性能，解决电子系统不稳定、成本效益、标准化和整车匹配等问题，使产品优势为客户提供可衡量的价值，降低产品全生命周期成本，为客户创造价值。未来需要更多上游企业和行业专家参与进来，以创新、开放和共享为原则，进一步推进该系统在商用车领域的应用和发展。
参考文献
[1] 中国汽车工程学会.电动机车智能底盘技术路线图[M].北京：机械工业出版社,2023.
[2] 郭耀华,丁金全,王长新,等.商用车底盘线控技术研究现状及应用进展[J].汽车工程学报,2022,12(6)：695-714.
[3] 袁培佩.新型汽车电子机械制动系统设计与仿真研究[J].产业与科技论坛,2019,18(2)：67-68.
[4] 尘帅,王吉忠.线控机械制动系统关键技术分析[J].内燃机与配件,2019(16)：123-124.
[5] 刘亚欧,李瑞申,李晶,等.电子机械制动系统应用及关键技术分析[J].汽车工程师,2020(2)：45-47.
[6] 常九健,张煜帆.基于EMB 的纯电动汽车制动能量回收优化控制策略研究[J].汽车工程,2022,44(1)：64-72.
[7] 程洁,郑凯,秦嘉,等.面向智能车辆的EMB 系统功能安全分析及应用设计[J].汽车安全与节能学报,2023,14(1)：69-79.
END
