引言

2024年9月4日，敏芯股份在互动平台表示，公司车用EHB（电子液压制动系统）压力模组已实现知名tier1客户的小批量订单开始逐渐上量装车。这显示出EHB技术在零部件供应和实际应用方面取得了一定的突破，对于EHB系统的进一步推广具有积极意义。2024年8月，由一汽解放牵头，万安组织承办的国家标准《汽车电驱制动钳总成性能要求及台架试验方法》工作组首次会议召开，该标准明确了卡钳总成在性能方面的各项指标，如制动力输出、制动响应时间、耐久性、温度适应性等要求。

电子机械制动卡钳总成是EMB（电子机械制动系统）的核心部件之一，这为EMB系统的研发提供了具体的目标和方向，研发人员需要根据这些标准要求来设计和优化EMB系统中的制动卡钳总成，以确保其性能符合标准，同时意味着EMB系统产品的国家标准起草工作进入实质性阶段。

2024年9月20日工信部发布《乘用车制动系统技术要求及试验方法》二次征求意见稿，首次新增EMB系统相关技术要求，这标志着我国EMB法规取得重大进展，预计2025年上半年有望发布正式稿。可见，车用EHB与EMB系统无论从国家层面还是从企业层面都得到了前所未有的重视。本文将为读者深入剖析EHB与EMB系统的概念、发展历程，并从专利角度分析两者优势和劣势、主要技术研发方向以及未来的发展趋势。

EHB与EMB概念及发展历程

随着消费者对车辆安全性的重视程度日益提高，车辆制动系统也经历了数次变迁和改进。从最初的皮革摩擦制动系统，到后来出现的鼓式、盘式、机械式制动系统，以及伴随电子技术发展出现的模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统等。21世纪初，西方发达国家兴起了对车辆线控系统（x-by-wire）的研究，线控制动系统（brake-by-wire）应运而生。

早在1993年FORD公司就有一款电动汽车采用了EHB（Electro Hydraulic Brake，即电子液压制动系统），其是线控制动系统的一种，后来通用公司在其一款轿车上也采用了EHB制动系统。可见国外早就开始了brake-by-wire制动系统的研究。国内对brake-by-wire制动系统的研究晚于国外，但目前研究热情较高，势头正盛。

brake-by-wire是指一系列智能制动控制系统的集成，它提供诸如ABS,车辆稳定性控制、助力制动、牵引力控制等现有制动系统的功能，并通过车载有线网络把各个系统有机的结合成一个完整的功能体系。原有的制动踏板采用一个模拟发生器替代，用于接受驾驶员的制动意图，产生、传递制动信号给控制和执行机构，并根据一定的算法模拟反馈给驾驶员。显而易见，线控制动系统需要非常安全可靠的结构，用于实现正常的工作。

由于技术发展程度的局限，目前出现了两种形式的brake-by-wire系统，即EHB（Electro Hydraulic Brake，即电子液压制动系统）与EMB（Electro-Mechanical Brake，即电子机械制动系统）。在传统燃油车向电动车过渡的过程中，由于纯电车没有发动机，无法产生真空提供制动助力，EHB通过伺服电机取代真空助力器实现了相关性能，EHB系统采用电子信号传输控制指令，相比传统的液压制动系统，信号传输速度更快，能够实现几乎瞬间的制动响应，这使得车辆在紧急情况下能够更迅速停下来，大大提高了行车安全性。

EHB系统通过电子控制单元（ECU）精确控制液压压力，能够实现对制动力的精准调节。根据不同的驾驶情况和路况，系统可以自动调整制动力的大小，确保车辆在各种情况下都能保持稳定的制动效果。基于上述优势，EHB系统得到广泛应用。目前EHB技术路线较为成熟，是当下线控制动的主要应用方案。其市场格局趋于稳定，博世、弗迪动力、伯特利等国际和国内大厂市场占有率优势明显。

虽然EHB系统现在广泛应用于汽车上，但众多企业已经开始布局EMB，目前多处于样件测试、产品开发或与车企合作进行项目推进的阶段，距离大规模量产和应用还需要一定时间。在新能源智能汽车的持续渗透及头部车企的引领效应驱动下，EMB有望逐步打开市场空间。

根据中国汽车工程学会发布的《电动汽车智能底盘技术路线图》，我国2025年应完成乘用车EMB系统样件的集成优化、台架验证，完成系统技术预研；2030年应完成乘用车EMB系统集成优化，达到量产状态，实现系统商品化应用。然而，从一些供应商规划的量产时间表来看，2025～2026年EMB就将迎来规模化应用，比预想的时间提前。虽然当前我国法规还不支持EMB系统在乘用车上应用，但预计在不久的将来，相关部门会结合国内外供应商开发进度，推动相关法规的立项和修订，为EMB装车应用做好支持工作。

各大企业对于EMB的研发如火如荼，伯特利在2023年报中表示已开展对电子机械制动（EMB）的研发工作，EMB的A轮首样已于2023年8月完成制作，并已进行冬季试验验证；2024年4月9日，京西集团与全球汽车转向解决方案一级合作伙伴蒂森克虏伯转向签署合作协议，共同开发电子机械制动（EMB）。双方联合研发的第三代EMB产品采用双电机设计，具备充足安全冗余，制动响应速度快，支持制动能量回收，将于2026年开始量产并面向全球销售。可见，虽然目前EMB尚未实现量产，但其是一项具有前瞻性的智能汽车制动技术，代表了线控制动系统的未来！

下面将从专利角度剖析重点创新主体对线控制动系统EHB与EMB的研发重点方向，以及关键技术问题的解决手段，为相关人员提供一定的参考。

一、EHB—线控制动系统的现在

图1 EHB结构专利分布图

将EHB相关专利按结构分类如图1所示。由图1可知，目前针对EHB系统，专利布局数量较多的技术方向为电动泵单元、压力控制模块以及电子控制单元ECU。下面分别介绍：

电动泵单元

电动泵单元是EHB系统的动力源，作用为在需要增加制动液压压力时提供额外的力量。这个部件通常由电动机驱动，通过对制动液体的压力控制来实现对制动力的精准调节。在紧急制动或需要迅速响应的情况下，电动泵单元能够迅速提供足够的压力，保证制动性能的及时性。目前电动泵单元主要有三种形式，分别为滚珠丝杠、行星轮+滚珠丝杠和蜗轮蜗杆+齿轮齿条。

滚珠丝杠：滚珠丝杠是通过滚珠在螺纹轴与螺母之间的滚动来实现运动传递，相比传统的滑动丝杠，滚动摩擦的方式极大地降低了摩擦阻力。在EHB系统中，这意味着电机的动力能够更高效地转化为制动推力，减少了能量损耗，能够快速、准确地响应制动指令，提高制动系统的响应速度和效能。

如罗伯特博世有限公司2013年布局的专利（CN104837696B），螺旋传动装置通过采用滚珠丝杠结构，将驱动马达的旋转的从动运动转变为活塞泵的平移驱动运动，使得液压泵总成更紧凑。螺旋传动装置通过螺旋传动装置的螺距选择传动比，而不依赖于活塞泵的长行程。

专利CN104837696B附图

行星齿轮+滚珠丝杠：行星轮系是共轴式传动装置，采用几个完全相同的行星轮均布在中心轮的四周，这种结构布局使得整个传动系统在空间上的占用较小。再加上滚珠丝杠本身的结构也相对简洁，二者结合后不会使EHB系统的体积过于庞大，能够较好地适应汽车内部有限的空间。行星轮系可以通过合理设计太阳轮、行星轮和齿圈的齿数比，实现较大的减速比。将行星齿轮+滚珠丝杠的结构应用于EHB中，使得电机输出的转速经过行星轮系的减速后，转化为更大的扭矩传递给滚珠丝杠。例如，在制动过程中，即使电机的转速较高但扭矩相对较小，经过行星轮系的减速增矩作用后，也能够为滚珠丝杠提供足够的动力，使其产生强大的推力，推动制动活塞实现可靠的制动。

如2018年芜湖伯特利汽车安全系统股份有限公司申请的专利（CN208855607U），提出了一种应用于车辆线控制动系统的执行机构，通过将行星滚珠丝杠总成设置在转子中；而行星滚柱丝杠总成包括同轴线分布的螺母和丝杆；螺母通过其外圆紧固在转子内壁上；在螺母与丝杠之间的环形空腔中设置多个滚柱，滚柱的轴线与丝杆平行；滚柱分别与丝杆及螺母啮合的方式，而不采用减速增扭的传动机构，简化了执行机构的空间，并且具有更快的反应速度。

专利CN208855607U附图

蜗轮蜗杆+齿轮齿条：电机的动力首先通过蜗轮蜗杆进行第一次传动，改变运动方向和速度，然后再由齿轮齿条将运动转化为直线运动，实现对制动部件的推动。这种复杂的传动过程需要精确的设计和调试，以确保各个环节之间的运动协调和动力传递的准确性。蜗轮蜗杆传动具有较高的精度，能够准确地传递动力和运动。齿轮齿条的传动精度也较高，可以将旋转运动精确地转化为直线运动。这使得EHB系统能够精确地控制制动活塞的位移和制动力的大小，实现高精度的制动控制。

如2017年上海同驭汽车科技有限公司申请的专利（CN106945653B）提供一种占用空间小、结构紧凑的快速回位的传动机构和电子液压制动系统。电机、传动机构、次级传动机构和液压制动主缸依次连接，并且电机与传动机构的蜗杆同轴连接。并且次级传动机构设置为与传动机构蜗轮同轴连接的齿轮，齿条啮合齿轮，齿条再与液压制动主缸的活塞同向连接，整体结构占用空间小，传力效率高。

专利CN106945653B附图

压力控制模块

EHB系统采用了压力控制模块，通过电子调控液压系统的压力，实现对制动力的精准调节。这种高度可控的特性使制动过程更为平稳，提高了整车安全性和舒适性。在ECU部分，主要通过控制电磁阀来实现各种液压管路的连接方式，通过控制每个轮缸对应增压或减压的电磁阀开度来实现轮缸压力的调节。

但EHB中的电磁阀，具有较强的非线性，只在较小的有效占空比区间表现为线性有效区间，其余大部分区间为死区、饱和区、临界区。其中，在死区时，电磁阀无响应；工作在临界区域时，电磁阀的阀针会不断撞击阀体，对电磁阀有损耗；工作在饱和区域时，常开电磁阀全闭，常闭电磁阀全开，且在不同的蓄能器压力下，上述有效区间范围不同，从而导致EHB的压力精确控制难度大。另外电磁阀本身也会有噪声以及故障率高的问题。在压力控制模块的改进方面：

如江苏恒力制动器制造有限公司2022年申请专利CN114707248B，通过构建理想占空比神经网络模型和电磁阀闭环控制模型，避免电磁阀工作在临界区域的方式，提高压力控制精度以及电磁阀的使用寿命，实现目标轮缸压力精确控制，提高汽车的制动安全性。

专利CN114707248B附图

又如2023年上海同驭汽车科技有限公司提出一种电子液压制动系统的电磁阀控制方法（CN117774928A），通过使用两路高、低边控制电路，可分别控制电磁阀开启与关闭，在默认使用低边工作时若发现某一个或者多个电磁阀与实际控制有差异时，可直接控制硬件进行高边切换，提高电磁阀运行的可控性和安全性。

专利CN117774928A附图

再如2021年北京智行者科技股份有限公司与东风汽车集团股份有限公司共同申请的专利（CN115437275A），提出了一种液压制动系统控制方法及装置，通过对油路压力数据与预设的油路压力阈值进行比较，为微处理单元对第一电磁阀和加压泵电机的控制提供了理论依据，从而实现了液压制动系统油路压力的动态控制，保持了自动驾驶车辆进行制动时所需要的油路压力，进而使得自动驾驶车辆可靠制动。

专利CN115437275A附图

电子控制单元

EHB系统的核心是电子控制单元（ECU），它通过接收来自传感器的多种数据，包括车速、制动踏板力度、轮胎状态等，实时分析并做出相应的制动决策。ECU的智能算法使得EHB系统能够根据实际行车状况调整制动力，实现更为精确和高效的制动效果。在配备了再生制动功能的车辆上，EHB系统可以与再生制动系统协同工作，实现能量回收。当车辆减速或制动时，再生制动系统将车辆的动能转化为电能储存起来，用于后续的驱动，从而提高能源利用效率，降低车辆的能耗。

如2023年，浙江飞碟汽车制造有限公司提出了一种新能源电动汽车能量回收控制方法（CN116811815A），通过调整VCU的能量回收控制策略与EHB进行交互，同时让EHB始终优先进行电制动请求，电制动无法满足制动需求时，再由机械制动进行补偿，这样便可以实现更高效的能量回收控制。

专利CN116811815A附图

另外南京航空航天大学于2022年提出了一种失效保护和能量回收的EHB系统建压装置及方法（CN115675414A），其所使用的建压装置能够实现双重失效保护，建压失效时，能量回收可代替实现建压，当能量回收也失效时，ECU可以控制系统直接进行机械制动，保持制动系统的制动能力，同时可以进行车辆的动能回收，节约能源。

专利CN115675414A附图    

二、EMB—线控制动系统的未来

EMB是Electromechanical Brake的英文简称，如果把EHB称为“湿”式brake-by-wire制动系统的话，那么EMB就是“干”式brake-by-wire制动系统。EMB和EHB的最大区别在于不再需要制动液和液压部件，制动力矩完全通过安装在4个轮胎上的由电机驱动的执行机构产生。因此，相应取消了制动主缸、液压管路等，可大大简化制动系统的结构、便于布置、装配和维修，更为显著的是随着制动液的取消，大大降低了环境污染。简单来说电子机械制动器就是把原来由液压或者压缩空气驱动的部分改为由电动机来驱动，借以提高响应速度、增加制动效能，同时简化结构、降低装配和维护难度。EMB起先应用在飞机上，如美国的F-15战斗机，后来才慢慢转化运用到汽车上。

EMB与传统的制动系统有着极大的差别，其执行和控制机构需要完全重新设计。其中，执行机构是整个EMB系统中非常重要的组成部分，要求能够把电动机的转动平稳转化为制动蹄块的平动、能够减速增矩、能够自动补偿由于长期工作而产生的制动间隙等，而且由于体积的限制其结构也必须巧妙和紧凑；其控制机构也要求能精确控制电动机的转速和转角从而防止制动抱死。

由于人们对制动性能要求的不断提高，传统的液压或者空气制动系统在加入了大量电子控制系统如ABS、TCS、ESP后，结构和管路布置越发复杂，液压（空气）回路泄露的隐患也加大，同时装配和维修的难度也随之提高。因此结构相对简单、功能集成可靠的电子机械制动系统EMB越来越受到青睐。

图2 EMB效果专利分布图

由于EMB结构简单，集成性强，这里将EMB相关专利按技术效果分类如图2所示。由图2可知，目前EMB的研发重点主要为提高系统的安全性、解决由于采用大量传感器、控制芯片所带来的成本问题以及降低能耗问题。

提高安全性方面

在提高安全性方面，主流的研究方向为制动装置及方式的冗余设置，即使在EMB失效的状态下，也能完成汽车的制动。如2024年比博斯特(上海)汽车电子有限公司申请的专利（CN118124544A），EMB冗余备份系统中，当EMB系统发生控制失效时，通过空气弹簧ECU控制换向阀打开第二接口，从而推动各制动轮缸内的两端活塞向两端运动推动对应的两个制动蹄片旋转，两个制动蹄片旋转后即可通过摩擦片摩擦对应的制动盘的盘帽，从而产生制动力，让车辆制动，提高车辆的安全性。

专利CN118124544A附图

又如2024年长城汽车股份有限公司申请的专利（CN118004119A），提出了一种车辆制动方法，通过实时采集电压转换模块的状态和隔离模块的状态，解决了车轮制动系统中，当冗余电源独立工作时，由于亏电造成线控制动系统无法控制对应的车轮制动电机的问题，提高了汽车制动系统的安全性。

专利CN118004119A附图

再如2024年比博斯特(北京)汽车科技有限公司申请的专利（CN117984964A），通过至少两个自锁结构均与电子机械制动EMB的电子控制单元ECU电连接的方式，当电子控制单元ECU发生故障时，无法给各自锁结构供电，则各自锁结构挤压相应的活塞夹紧车轮产生制动力，使得在电子控制单元ECU发生故障时也能执行制动，避免整车出现制动失效的风险，提高车辆的安全性。

专利CN117984964A附图

控制成本方面

在控制成本方面，可采用的方式主要有：

集成化设计：采用高度集成化的设计理念，将多个功能部件集成到一个模块中，减少零部件的数量；

结构和部件优化设计：对EMB的机械结构进行简化，去除不必要的复杂结构和冗余部件；或者对电源等高成本部件进行优化设计；

材料选型优化：在保证EMB性能的前提下，对材料进行优化选择。例如，制动钳等部件的材料选择。

如2024年重庆长安汽车股份有限公司申请的专利（CN118004112A），通过将功能层控制模块和驱动控制模块整合在一个控制总成内，无需在轮端及其附近分散设置多个驱动控制模块，使得驱动控制器的布设数量大大减小，减少了内部PCB数量及内部芯片，从而简化了传统EMB控制总成的结构和布线，节约了成本。

专利CN118004112A附图

降低能耗方面

在降低能耗方面，可采用的方式有：

制动能量回收协同控制：将EMB系统与车辆的能量回收系统进行协同控制。当车辆制动时，EMB系统可以根据车辆的速度、电池的充电状态等因素，精确地控制制动压力，使车辆在满足安全制动的前提下，尽可能多地将制动动能转化为电能回收。

自适应制动控制算法：根据车辆的行驶状态（如车速、路面状况、载重量等）动态调整制动策略。在不同的路况和行驶条件下，自动选择最优的制动方式和制动力度，避免过度制动导致的能量浪费。

电机方面技术改进：对电机进行参数优化设计，选用高效电机类型。

如2024年东风汽车集团股份有限公司申请的专利（CN118306224A），通过基于与当前行驶工况相匹配的制动能量回收策略，能确定出车辆各个车轮所需的再生制动力矩和机械制动力矩，使得能充分利用各个车轮的轮毂电机对制动能量进行充分回收，进而实现最大化的回收制动能量。

专利CN118306224A附图

又如2018年陕西汽车集团股份有限公司申请的专利（CN109278566B），通过在汽车制动过程中，控制机械制动力和再生制动力分配，在保证制动安全和制动效能的基础上，最大限度提升再生制动力分配系数，充分利用电机的馈电能力回收制动过程中损耗的能量给动力电池充电，提升制动能量回收效率，减少制动能量损耗。

专利CN109278566B附图

三、总结

总体来说，EHB通过其精准的控制、智能的适应性和高效的能量回收等特点，已经在市场上取得了显著成就。随着电动化和智能化的不断深入，EHB系统有望在提高安全性、舒适性的同时，进一步提升能效和环保性能。但是EHB系统有其自身的局限性，整个系统仍然需要液压部件，离不开制动液。

因此，EHB系统必然涉及到管路的设计、使用更多零部件，需要进一步提高其模块化程度。从专利布局角度看，目前研发重点为电子控制单元（ECU）、压力控制模块以及电动泵单元。

而EMB不需要制动管路从而降低了制造成本和安装布置的难度，制动效能也得到了提高，并且其不需要制动液，便于融入到车辆综合控制网络中去（CAN总线）。制动踏板只提供参考输入不直接作用于制动系统，减少了零部件数量，降低了对空间的占用，改善了踏板的性能。

从专利布局的角度来看，为了尽快实现其产业化应用，EMB的研发重点主要为提高系统的安全性、能量节约，以及解决由于采用大量传感器、控制芯片所带来的成本问题。

作者：北京品源知识产权管理咨询有限公司 张天阔