智能汽车EMB电控机械制动系统技术分析

汽车动力总成 2025-03-12

本文主要介绍EMB电控机械制动系统。

在新能汽车发展前，传统汽车的制动系统多数采用真空助力液压制动系统，而随着新能源汽车技术的飞速发展，制动系统作为汽车安全的关键组成部分，也在不断发展和演进，尤其是汽车对于智能化要求越来越高的情况，线控制动系统成为了汽车制动系统的必备技术。在智能电动汽车领域，它有效解决了真空助力缺失的难题，并且能完美实现能量回收，大幅提升能源利用效率。性能上看，线控制动极大缩短了制动响应时间，传统真空助力液压制动系统响应时间大约在300 - 500毫秒，而线控制动系统可将这一时间缩短至100毫秒以内，为行车安全提供了更快速的保障。线控制动系统包含EHB电子液压制动系统（Electro-Hydraulic Braking System）和EMB电控机械制动系统（Electro-Mechanical Braking System）两种，EHB已在智能电动汽车大规模应用，技术相对较成熟，而EMB目前还处在试验阶段，暂未大规模量产应用。本文主要介绍EMB电控机械制动系统。

EMB电控机械制动系统摒弃了传统制动系统中复杂的液压或气压管路，直接通过电机产生制动力，实现了制动系统的完全解耦，结构更紧凑、响应更迅速，执行效率更高，有利于底盘域控制和智能驾驶技术的发展。但由于技术复杂、可靠性仍需提升等问题，暂时未能大规模量产。

一、EMB工作原理和系统组成

EMB系统架构采用中央控制器+四轮独立卡钳控制器架构，四轮卡钳控制器作为中央控制器的冗余备份，提供备份的制动仲裁与制动力分配功能，当中央控制器失效时，轮端控制器可以根据电机控制器的指示控制制动执行器输出制动力。当驾驶员踩下制动踏板时，踏板位置传感器将信号传递给中央控制器，中央控制器根据车速、车辆负载等多种传感器数据，精确计算出所需的制动力。然后，中央控制器向每个车轮的电机发送控制指令，电机通过减速机构将旋转运动转化为直线运动，推动制动块压紧制动盘，从而产生制动力。在制动过程中，传感器实时监测制动状态，并将信息反馈给中央控制器，以便实现精确的制动控制和调节。

图1：某供应商EMB系统架构

EMB系统组成主要包含踏板感觉模拟器、中央控制器、轮端制动力控制系统、轮速传感器、夹紧力传感器、电机位置传感器、EPB开关和电子制动卡钳。

1、踏板感觉模拟器（PFS）

用于制动踏板感觉的模拟，制动踏板位移或力的检测，以及整车唤醒信号的提供，包含两路制动踏板位置传感器PTS。踏板感觉模拟器的踏板比、踏板行程、踏板始动力、阻尼等根据不同车型需求的踏板感可以进行调整，保证更舒适的踏板感受。整体耐久寿命达到220万次及以上。

踏板感觉模拟器和EPB开关可以直接与中央控制器模块连接，当在驾驶者驾驶时，驾驶者在触发制动踏板开关时，通过踏板感觉模拟器获取所述刹车信息，然后直接将刹车信息传输至EMB中央控制器，然后EMB中央控制器计算需要施加给各个车轮的第一制动力矩数据，并将所有的第一制动力矩数据分别分配给对应的轮端控制器；同理当驾驶者在触发EPB开关时，直接将驻车请求传输至EMB中央控制器，然后EMB中央控制器计算需要施加给各个车轮的第一制动力矩数据，并将所有的第一制动力矩数据分别分配给对应的轮端控制器。通过将踏板感觉模拟器和EPB开关与EMB中央控制器连接，提高了汽车制动的反应时间。

图1：某供应商PFS结构图

2、EMB中央控制器（VCCD）

中央控制器负责接收信号，判定驾驶员意图，输出制动指令用于制动系统的决策，保证车辆稳定性的控制。一般情况下，中央控制器控制模块包括主MCU单元和副MCU单元，通过主MCU单元接收制动数据并计算需要施加给各个车轮的第一制动力矩数据，当主MCU单元故障时，副MCU单元作为备份，通过副MCU单元接收制动数据并计算需要施加给各个车轮的第一制动力矩数据。

通过设置主MCU单元和副MCU单元，且分别通过第一通信网络和第二通信网络与其他模块进行通信连接，增加了中央控制器的容错率。当中央控制器中的主MCU单元故障无法进行工作时，或第一通信网络故障时，副MCU单元可以通过第二通信网络接替主MCU单元的工作，保证EMB控制模块的顺利运行，避免因主MCU单元故障造成车辆进入故障的情况。

3、轮端制动力控制系统（WBC）

用于轮端制动力的执行，以及备份制动的决策与执行，包含EMB轮端卡钳控制器+电子制动卡钳。

轮端卡钳控制器，与电机卡钳总成以及中央控制器电连接，用于接收第一制动力矩数据，并控制电子制动卡钳总成对车轮施加与第一制动力矩数据对应的制动力矩。

4、轮速传感器（WSS）

轮速与车速检测，与轮端控制器电连接，用于测量每个车轮的转速，得到各个车轮的转速数据，并将各个车轮的转速数据通过轮端控制器传输至中央控制器。

5、夹紧力传感器（BFS）

与轮端控制器电连接，用于传感轮端卡钳夹紧力，用于对电机卡钳总成的夹紧力进行测量，得到夹紧力数据，并将夹紧力数据通过轮端控制器传输至中央控制器，使得夹紧力控制更加精准，并且用以诊断。

通过设置夹紧力传感器，检测电机卡钳总成施加的夹紧力与轮端控制器接收的制动力矩对应的夹紧力数据之间的差值是否在误差范围内，若在误差范围内，说明该电机卡钳总成未损坏，可以正常工作，若差值在误差范围外，则说明电机卡钳总成可能存在损坏，需要提醒驾驶者对车辆进行维修或检查。

6、电机位置传感器（MPS）

用于传感电机角度与转速，用以电机转矩控制与诊断。

7、EPB开关（EPB-SW）

监控驾驶员驻车请求，并作为备份制动激励源。驾驶员通过EPB驻车按钮开关发送驻车和驻车释放信号到整车CAN网络，EMB中央控制器模块通过CAN网络接收到驻车或释放信号后通过私CAN向EMB卡钳控制器发送驻车或释放指令，EMB卡钳控制器控制左后、右后的EMB卡钳完成驻车，同时EMB卡钳控制器将驻车状态反馈至中央控制器完成驻车。

8、电源模块

由汽车电池和备用电池组成，汽车电池为主电池，用于通过第一供电线路为中央控制器和轮端控制器供电，备用电池用于当汽车电池失效时，通过第二供电线路为中央控制器和轮端控制器供电。当轮端控制器控制所述电机卡钳总成对车轮施加制动力矩时，为了避免出现汽车电池的电量不足的情况，设置了备用电池，避免了由于汽车电池电量不足出现的刹车失效的情况。

二、EMB技术优势和挑战

EMB具有更快响应速度、更短制动距离、更好制动体验、更简化的系统和易于集成和智能化等技术优势。

（1）更快响应速度，更短制动距离。与传统液压制动系统相比，EMB系统省去了液压油的传输延迟，直接利用机械传动机构，将驱动电机的旋转力变换为直线运动，形成加压活塞的电动式制动装置。由于电机的快速响应特性，它们具有比液压制动器更快的响应速率，并且能够从当前传感器中获取精确的电动机扭矩，并独立地控制每一个车轮的制动力。由于电机能够迅速响应EMB中央控制器的指令，实现制动的快速建立，大大缩短了制动距离，提高了制动安全性。

（2）更好制动体验，制动精确性高。电信号传输速度远快于液压系统，制动指令从传感器到执行器的延迟大幅缩短（可达到100ms以内）。中央控制器可以根据各种行驶工况和车辆状态，对每个车轮的制动力进行独立、精确的控制，实现诸如防抱死制动（ABS）、电子稳定程序（ESP）等高级制动功能，每个车轮独立控制，实现更优的扭矩分配（如ABS、ESC、TCS功能集成），从而提升车辆的操控稳定性。

（3）更简化的系统，结构简单紧凑。取消了复杂的液压管路和部件，使得车辆的制动系统结构更加简单，占用空间小，便于车辆的总体布局和轻量化设计，减少泄漏风险，同时也降低了系统的复杂性和维护成本。

（4）易于集成和智能化：EMB系统天然适合与车辆的其他电子系统进行集成，与车辆控制系统深度集成，满足L3+级自动驾驶对快速、精准制动的需求，能够更好地实现车辆的智能化控制，为未来自动驾驶汽车的发展提供有力支持。

尽管EMB系统有众多优势，但EMB系统仍存在需要攻克的技术挑战。一是需要开发高功率密度、高可靠性的电机及其驱动系统，以满足制动时的大扭矩和快速响应要求，同时还要确保在各种恶劣环境下稳定运行。二是目前EMB系统的成本相对较高，主要原因在于其先进的电子元件和精密的制造工艺；降低成本，使其在市场上具有竞争力，是推广应用的关键。

三、结语

随着汽车行业向电动化、智能化、互联化、个性化的快速发展，L3及以上智能驾驶电动汽车对整车制动系统提出了更高的技术要求。更快的响应速度、更短的制动距离、独立的四轮控制、多场景的力矩矢量控制、软硬完全解耦、全时电驱、敏捷迭代、精准控制、系统安全冗余等都是目前传统液压系统所不能满足的。EMB技术凭借其快速响应、高精度控制、轻量化及智能化潜力，正在推动汽车制动系统向全面电动化、线控化转型。随着技术成熟和成本下降，EMB有望成为下一代智能汽车的核心技术之一。

内容来源：汽车动力总成

责任编辑：龚淑娟

审　　核：李峥

智能汽车EMB电控机械制动系统技术分析

评论

热点文章