Two-box方案‘ESC+eBooster’在自動駕駛中的應(yīng)用
根據(jù)制動執(zhí)行機構(gòu)的不同，線控制動系統(tǒng)（Brake-By-Wire）可以分為液壓式線控制動系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake, EHB）和機械式線控制動系統(tǒng)（Electro-Mechanical Brake, EMB）。其中，EHB 以傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)為基礎(chǔ)，用電子器件替代了部分機械部件的功能，使用制動液作為動力傳遞媒介，同時具備液壓備份制動系統(tǒng)，是目前的主流技術(shù)方案。而EHB根據(jù)集成度的高低，EHB 可以分為Two-box 和One-box 兩種技術(shù)方案。 隨著新能源汽車市場的擴張，“eBooster+ ESC”組合成為了目前市場上最主流的Two-box方案。該方案除了實現(xiàn)基礎(chǔ)的制動助力功能和穩(wěn)定性控制功能外，還能在實現(xiàn)制動能量回收的同時協(xié)調(diào)配合，保證在電制動和液壓制動的切換中實現(xiàn)駕駛員的踏板感一致。 另一方面，線控制動也是支撐汽車走向更高級別自動駕駛的制動系統(tǒng)的必經(jīng)之路。隨著高階輔助駕駛系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)（包括自主泊車）的普及，“eBooster+ ESC”作為當(dāng)前市場上主流的制動冗余解決方案，有了更大的發(fā)揮舞臺。
1.自動駕駛系統(tǒng)對制動系統(tǒng)的要求
自動駕駛汽車的核心是冗余設(shè)計，這是業(yè)界達(dá)成的共識。在SAE J3016對汽車自動駕駛分級標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上可以進(jìn)行進(jìn)一步歸類：- 輔助駕駛汽車（包含Level1 / Level2）
- 自動駕駛汽車（包含Level3 / Level4 / Level5）
SAE J3016對汽車自動駕駛分級標(biāo)準(zhǔn)
輔助駕駛汽車和自動駕駛汽車最大的區(qū)別在于系統(tǒng)故障導(dǎo)致事故的責(zé)任方的不同：
- 對于輔助駕駛，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障以后，只要正確向駕駛員報告了故障，接下來能否脫險全看駕駛員的水平，出了事故責(zé)任方在駕駛員，汽車廠家是沒有責(zé)任的。
- 對于自動駕駛，系統(tǒng)在出現(xiàn)故障之后，需要系統(tǒng)來自己操作避免事故（自動駕駛等級越高，駕駛員可以越晚介入接管甚至是完全不用接管），出了事故是汽車廠家的責(zé)任而不是駕駛員的責(zé)任。
| 冗余系統(tǒng)要素 | 原因 |
| 供電系統(tǒng)冗余 | 當(dāng)單一鏈路出現(xiàn)信號中斷，系統(tǒng)可實現(xiàn)信息的無縫安全銜接 |
| 通訊冗余 | 主電源失效后，備份電源能夠支撐ECU完成安全降級動作 |
| 感知冗余 | 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以保證車輛行駛構(gòu)成中精準(zhǔn)實現(xiàn)物體及行人的識別，從而支持車輛時刻做出正確的控制行為 |
| 上層決策系統(tǒng)冗余 | 兩個大腦互相監(jiān)督、互為備份，主大腦故障發(fā)生時，備份大腦及時接管 |
| 制動冗余 | 主制動系統(tǒng)失效后，備份系統(tǒng)依然提供一定的制動能力來維持制動控制及制動穩(wěn)定性控制 |
| 轉(zhuǎn)向冗余 | 如果故障發(fā)生后的安全狀態(tài)定義為繼續(xù)運行而不是剎停，那么當(dāng)一路轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障后，備份系統(tǒng)需要能夠支持車輛完成接下來的運行場景中的轉(zhuǎn)彎工況 |
HAD系統(tǒng)制動冗余E/E架構(gòu)示意圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)
除了高速自動駕駛，自主泊車技術(shù)也是國內(nèi)外汽車生產(chǎn)廠商不斷研究的對象，且遙控泊車（RPA, Remote Parking Control）和自主代客泊車(AVP, Automated Valet Parking)相繼落地。RPA允許駕駛員下車并通過遙控（車鑰匙或手機APP）激活，整個泊車過程完全由系統(tǒng)自主完成，不過一般仍然要求駕駛員在車輛距離車輛一定范圍內(nèi)（歐盟法規(guī)ECE-R 79要求半徑不超過6m）。AVP則被認(rèn)為是解決用戶“最后一公里自由”痛點的最優(yōu)技術(shù)方案，簡單來講AVP提供以下兩大功能，完全滿足了大眾對自主泊車的終極想象：
從實現(xiàn)方式上來看，各個廠家的RPA和AVP方案千差萬別，呈現(xiàn)出多樣化的態(tài)勢，但是如果單看對泊車過程的應(yīng)急處理的方式，大家又都殊途同歸，無一例外地執(zhí)行緊急剎車。這一處理方式對泊車場景來說合理且易于實現(xiàn)，因為RPA和AVP最大運行速度不超過15kph，快速剎停車輛能夠避免碰撞事故或者將碰撞速度降到很低從而降低碰撞傷害。
這樣一來，RPA和AVP對冗余的要求相對高速自動駕駛要低一些，但是制動冗余仍然是不可或缺的。
| 冗余系統(tǒng)要素 | RPA/AVP是否需要？ | 原因 |
| 制動控制冗余 | 強制 | 當(dāng)一路制動系統(tǒng)失效時需要另一路接管 |
| 供電系統(tǒng)冗余 | 強制 | 兩個制動系統(tǒng)共用一套供電存在共因失效 |
| 通訊冗余 | 不必要 | 主制動系統(tǒng)或備份制動系統(tǒng)任何收不到通訊信息都可以執(zhí)行緊急剎停，兩路制動力疊加沒有風(fēng)險 |
| 上層決策系統(tǒng)冗余 | 不必要 | 上層系統(tǒng)故障，主制動系統(tǒng)可以直接緊急剎停 |
RPA/AVP系統(tǒng)制動冗余E/E架構(gòu)示意圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)2.ESC+eBooster制動冗余方案介紹
前文已經(jīng)介紹，在自動駕駛之前，市場上就有很多新能源車型同時搭載ESC和eBooster系統(tǒng)，目的是使用eBooster實現(xiàn)更佳的回收性能。ESC和eBooster在車上共用一套液壓系統(tǒng)，兩者協(xié)調(diào)工作。 因此，不同于自動駕駛系統(tǒng)（HAD/RPA/AVP）中其他冗余系統(tǒng)的設(shè)計，制動冗余無需額外增加電控產(chǎn)品，只要在現(xiàn)有的ESC和eBooster基礎(chǔ)上稍加改動即可，既簡潔又省錢。也正因為如此， ESC和eBooster成為了目前市場上支持自動駕駛的冗余制動方案的黃金組合，廣泛運用于主流智能駕駛車型上，如Tesla全系、蔚來ES8、小鵬P7、理想ONE、長安UN-T、長城摩卡以及極氪001等。 自動駕駛要求制動系統(tǒng)除了有當(dāng)前制動系統(tǒng)的正常狀態(tài)下的能力之外， 還要有故障快速偵測能力、執(zhí)行機構(gòu)的自檢能力、故障發(fā)生時執(zhí)行機構(gòu)的快速選擇能力，要求車輛具有縱向穩(wěn)定性冗余、可轉(zhuǎn)向性（防抱死）冗余，還有車輛的減速冗余。這就需要車輛有兩套制動系統(tǒng)，具有額外的監(jiān)控功能，冗余的模式控制和縱向穩(wěn)定性控制。 基于eBooster和ESC系統(tǒng)組合開發(fā)的支持自動駕駛的冗余制動系統(tǒng)，ESC和eBooster分別連接一套相互獨立的供電系統(tǒng)，且冗余上層控制單元分別控制ESC和eBooster。
ESC+eBooster制動冗余系統(tǒng)E/E架構(gòu)示意圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)
ESC和eBooster均能在整個減速范圍內(nèi)獨立的對車輛進(jìn)行制動?？紤]到eBooster建壓的動態(tài)響應(yīng)速度比ESC主動建壓更快，且NVH表現(xiàn)更好，因此eBooster是冗余制動系統(tǒng)中的主執(zhí)行機構(gòu)。這對黃金組合的控制和接管策略可以總結(jié)如下（策略不唯一，根據(jù)上層控制單元的控制策略可能有調(diào)整）：
| 場景 | 制動執(zhí)行控制器 |
| 無故障 | eBooster |
| 上層主控制單元故障 | ESC |
| 上層備份控制單元故障 | eBooster |
| 主網(wǎng)絡(luò)故障 | ESC |
| 備份網(wǎng)絡(luò)故障 | eBooster |
| ESC故障 | eBooster |
| eBooster故障 | ESC |
| 場景 | 穩(wěn)定性功能執(zhí)行單元 |
| 無故障 | ESC: fullABS (基于四個輪速傳感器單輪控制) |
| eBooster故障 | ESC: fullABS (基于四個輪速傳感器單輪控制) |
| ESC單個輪速故障 | ESC: ABS degraded(基于三個輪速傳感器單輪控制) |
| ESC兩個及兩個以上輪速故障 | eBooster:SBS (基于四個輪速傳感器單軸控制) |
博世ESC+eBooster制動縱向穩(wěn)定性冗余方案示意圖，來自網(wǎng)絡(luò)
審核編輯 ：李倩
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原文標(biāo)題：智能底盤技術(shù)(16)| Two-box方案‘ESC+eBooster’在自動駕駛中的應(yīng)用
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