自汽車誕生以來，車輛制動系統就始終在實現汽車流暢操控、保障汽車安全等功能中起著決定性的作用。而制動系統本身也隨著工業技術的變革和汽車行業的發展持續進化。

根據制動場景的區別，制動系統可以分為以下兩類：

• 行車制動
• 駐車制動

行車制動與駐車制動的發展路線，圖片來自東吳證券

本文將對這兩類制動系統的發展歷程進行總結，為讀者提供一個鳥瞰視角，同時為后續文章展開制動系統的主流產品工作原理以及在智能駕駛中的應用等主題打下基礎。

行車制動系統的發展

行車制動系統一般由制動傳動裝置和制動器組成。其中制動傳動裝置包括將制動能量傳輸到制動器的各個部件及管路，如制動踏板、制動主缸、輪缸及連接管路。制動器是產生阻礙車輛運動或者運動趨勢的力的部件，一般通過固定元件與旋轉元件工作表面之間的摩擦作用來實現。

典型的行車制動系統，圖片來自Al-Jazirah

該系列文章聚焦于乘用車，而乘用車行車制動系統的發展可以概況為三個時期：

• 液壓制動時期

• 機電+液壓融合制動時期

• 線控制動時期

1.1. 液壓制動時期

最原始的制動系統是通過駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器直接施加作用力，初期車輛質量比較小，速度比較低，機械制動能夠滿足車輛制動的需要。

隨著車輛越來越重，機械制動已經無法滿足基礎制動需求；再加上科學技術的發展及汽車工業的發展，讓車輛制動系統設計有了新的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大革新。

Duesenberg Eight車率先使用了轎車液壓制動器，克萊斯勒的四輪液壓制動器于1924年問世。通用和福特分別于1934年和1939年采用了液壓制動技術，隨著幾代的產品升級，液壓助力制動系統逐漸成為主流。

一般乘用車的液壓制動系統由以下部分組成。

• 制動踏板
• 真空助力器
• 制動液
• 制動油管
• 制動主缸
• 制動輪缸
• 車輪制動器 （盤式制動器或鼓式制動器）

以下所示盤式制動器為例，駕駛員踩下制動踏板，由于杠桿作用，踏板力經過第一級放大傳遞到真空助力器；真空助力器經過第二級放大將制動力傳遞到主缸；主缸的制動液被推入輪缸并在壓強的作用下產生更大的制動力，推動輪端卡鉗加緊剎車盤阻礙剎車盤轉動，從而實現制動。

液壓制動系統工作原理圖

由于兼顧可靠性與成本，時至今日很多入門級家用轎車依舊使用以真空助力泵為制動輔助的液壓制動系統。

1.2.機電+液壓融合制動時期

隨著汽車工業的發展，汽車最高車速逐年提高，交通事故的傷害程度也越來越大，因此行業在提高制動系統的制動性能的同時，也對提高安全性展開了探索。

實際上自20世紀30年代起，汽車行業開始對制動防抱死系統 (Anti-lock Brake System, ABS)進行了研究，但是受限于當時的技術水平，一直沒有可以量產的方案。直到70年代后期，數字電子計算機技術的發展和液壓控制技術的進步給ABS系統帶來了革命性的影響。德國博世公司推出基于液壓控制的ABS，控制效果相當理想，博世也與1978年正式量產。在這以后，Bosch、ITT Automotive、Kelesy-Hayes、Wabco等許多公司不斷加強對ABS的研究，各種新型的ABS層出不窮，性能不斷優化而價格逐漸降低，使越來越多的轎車將ABS作為標準配置 。

ABS的優越性表現在如下的幾個方面：

• 能有效地利用輪胎與路面間的附著能力，縮短制動距離，尤其是在冰雪路面上可縮短10%-15%；
• 制動過程中，車輪仍然可以滾動，保持了前輪的可操縱性，防止后輪的側滑，維持了行車方向的穩定性；
• 由于制動防抱，車輪不會抱死拖滑，減少了輪胎的磨損，可以提高輪胎的使用壽命，減少空氣中的污染

不過ABS也有局限性。首當其沖的便是ABS激活的前提是駕駛員踩制動引起車輪有抱死傾向，這意味著ABS在驅動工況下（如冰面加速起步打滑）的穩定性控制就束手無策了。為解決這驅動工況的穩定性問題，1986年，博世公司推出了牽引力控制系統TCS，并將制動防抱死系統和牽引力控制系統集成到一起并應用于梅塞德斯S級轎車上，這標志著ABS/TCS集成時代的來臨。

由于ABS只在制動時起作用，TCS只在驅動時起作用，因此ABS/TCS的集成只能解決車輛縱向穩定性問題，無法解決車輛驅動和制動轉向、高速轉向等極端工況下引起的側向穩定性問題。博世公司于1992年在 ABS/TCS的基礎上開發了旨在解決車輛側向穩定性問題的第一代穩定性控制系統VDC，并將同時集成了ABS/TCS和VDC功能的產品命名為ESP (Electronic Stability Program) 。

博世ESP的誕生是汽車發展史上劃時代的產品，1995年ESP系統實現批量生產，并首次應用在奔馳S級轎車上。后面其他廠家也陸續推出類似產品但是無法繼續使用ESP這個簡稱，因此命名五花八門，不過都統稱為電子穩定性控制系統ESC（Electric Stability Controller）。研究表明，VDC功能可以減少80%由側滑引起的交通事故，并將嚴重車禍的數量減少50%。因此繼承了VDC功能的ESC被多家世界著名汽車廠商和研究機構稱之為“能拯救生命的ESC”。

VDC控制系統的關鍵組成部分

1.3. 線控制動時期

線控技術源于飛機控制系統，它將飛機駕駛員的操縱命令轉換成電信號，通過電纜直接傳輸到自主式舵機。線控技術最大的優勢是響應精準迅速，但是缺點是對大量的電子電氣部件替代了傳統的機械部件，可靠性受到挑戰，需要相對高昂的成本來降低線控系統的故障率。也正是基于這一點，雖然汽車行業早在20年代末就對線控技術的應用進行了探索，但是沒有大規模量產。

新能源汽車尤其是純電動汽車的發展給線控技術在汽車上的普及帶來了轉機。由于發動機被電機代替，依賴發動機產生真空源的真空助力器的使用受到了限制。另一方面，由于驅動電池的存在，傳統的制動系統通過摩擦將動能轉化為熱能消耗掉的方式顯得很不節能，制動系統需要探索將動能轉化成化學能存儲于電池中以便對能源進行循環利用的方式。

在這樣的趨勢之下，作為底盤線控技術的全球領先企業，德國博世經過深入的研究開發，推出了新一代制動助力產品：智能助力器iBooster 。

iBooster不依賴真空源，取代了傳統的真空泵和真空軟管，體積更小，整個制動系統重量更輕，無需消耗能量建立真空源，僅在制動時消耗電量，同時可以進行能量回收，從而達到節能減碳的目的，適用于所有動力總成，包括混動和電動車，更加符合未來發展趨勢，因此受到了中高檔車型的青睞，市場份額越來越高。

另一方面，線控技術響應精準迅速的優勢得以延續。iBooster利用傳感器感知駕駛者踩下制動踏板的力度和速度，并將信號處理之后傳給電控單元，電控單元控制助力電機對應的扭距，在機電放大機構的驅動下，推動制動泵工作，從而實現電控制動，響應速度更快并且能夠精準的控制壓力。

 

博世第二代iBooster

在博世以后，國內外市場上又涌現出了新的智能助力器廠家，主流的有大陸、采埃孚和中國拿森，各個廠家命名不一，但統稱為eBooster。

目前主流的中高檔新能源汽車很多搭載“eBooster+ ESC”的組合，也被稱為“Two-box”方案，分別實現基礎制動功能和穩定性功能，為進一步降低成本，一種集成基礎制動功能和穩定性功能于一身的“One-box”方案開始受到主機廠的青睞。

“One-box”方案相比eBooster的另一優勢是踏板解耦，駕駛員的踏板力不作用于主缸，踏板感通過模擬器實現，而制動力由伺服電機實現，因此踏板感調節的自由度更大。當前市場上“One-box”主流產品為博世最新一代 IPB、大陸 MK C1、伯特利WCBS等。

在今天汽車電動化和智能化的浪潮之下，隨著輔助駕駛系統（如ACC、AEB等）的日益普及和自動駕駛系統的逐步落地，衍生出了越來越豐富的智能化場景的新需求。在這一浪潮的驅動下，汽車對制動系統也提出了更高的要求，如何保障自動駕駛系統的安全是首要課題。

功能安全要求當E/E系統出現故障時，車輛需要能夠及時進入安全狀態，以避免不合理的會造成人身傷害的風險，這要求自動駕駛系統需要冗余設計，才能在解放駕駛員的同時保證出現單一故障時系統仍能夠接管直至進入安全狀態。制動系統冗余為實現這一要求至關重要。

綜上可以看出，線控制動系統在汽車電動化和智能化的浪潮之下將有更加廣闊的舞臺可以發揮，同時線控制動系統自身需要不斷進化以適應新時代的要求。

駐車制動的發展

駐車制動的發展軌跡和行車制動有相似之處，即由傳統的機械系統向機電系統的轉變。

傳統的機械手剎由制動桿、拉線、制動機構以及回位彈簧組成。制動桿通過杠桿原理，使得駕駛員用很小的拉力就能將其拉到固定位置，然后通過鎖止牙進行鎖止駐車。

機械手剎示意圖， 圖片來自華西證券研究所

目前電子駐車系統(EPB, Electric Parking Brake) 正在逐步替代手剎，根據預測，2025年市場滲透率有望達到 90%。EPB由兩部分組成：

• 產生駐車力的駐車執行機構（卡鉗和控制卡鉗的電機）
• 控制駐車執行機構的電子控制單元（ECU），包含軟件和硬件。

電子手剎正在逐步替代機械手剎

目前EPB的市場份額主要由博世、大陸、采埃孚等外資品牌占據，但因為 EPB 屬于靜態駐車制動系統，要求相對于行車制動系統較低，國產化替代的進程有望加速進行。國內自主品牌如伯特利等，憑借本土化高性價比、快速響應等方面的優勢，實現了部分的國產化替代，并且在逐漸的向高端乘用車領域發展。

電子駐車系統在汽車電動化和智能化的浪潮之中也有新的舞臺。比如遙控泊車（RPA, Remote Parking Control）和自主代客泊車 (AVP, Automated Valet Parking)目前已經有比較成熟的落地方案，但是很多OEM認為用“Two-box”方案實現制動冗余需求成本較高，在這一背景下，基于標準的EPB系統進行“改造”的集成式電子駐車系統EPB的自主泊車制動冗余方案正受到越來越多的主機廠的青睞。（對于這一制動冗余方案的設計后續文章中將會進行詳細介紹。）

進一步地，在自動駕駛的演變之下，行車制動系統和駐車制動系統也呈現出“合二為一”的趨勢。

目前的線控制動系統主要是非純線控的液壓式線控制動（ Electro-Hydraulic Brake, EHB），計算單元實現線控，但執行單元依舊保留傳統的液壓工作方式。

如果四個液壓輪缸被四個電機和卡鉗取代，制動指令傳輸到輪端電機，電機控制卡鉗直接在輪端作用制動力，那么將實現完全線控，這一方案被稱為機械式線控制動（ Electro-Mechanical Brake, EMB）。目前這一方案受制于成本還沒有實現量產，但是隨著自動駕駛逐步向L5進化，EMB作為線控制動的終極方案將會充分發揮其相比EHB所具備的優勢，屆時，將不需要再區分行車制動系統和駐車制動系統。