車輛中心 研究發展處 魏嘉樂

因應安全意識抬頭以及車輛電子應用增加，各大車廠積極發展先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)，其中對安全有顯著的提升的如防鎖死煞車系統(Anti-lock Brake System, ABS)、電子煞車力分配(Electronic Brake force Distribution, EBD)、循跡控制系統(Traction Control System, TCS)與自動緊急煞車(Autonomous Emergency Braking, AEB)、電子車身穩定系統(Electronic Stability Control，ESC)等系統均仰賴可電子控制之煞車系統以達到設定功能。隨著近幾年自駕車（如圖1所示）產業蓬勃發展，更需要具備可電控之底盤次系統進行主動控制轉向、主動控制加減速以達到自駕目的。

圖1. 車輛中心研發之自駕小巴WinBus

主動式電控煞車系統
本文針對現行主動式電控煞車系統中較常採用的ESC模組與iBooster模組進行介紹，其中ESC模組外觀大致如圖2所示，它主要由電子控制單元(Electric Control Unit, ECU)及液壓調變單元(Hydraulic Control Unit, HCU)組成，其中ECU可進行ABS、EBD、TCS、ESC等演算法運算或接收其他ADAS、自駕車之主動煞車命令，以即時驅動HCU內的閥體、馬達進行煞車壓力之調節。

圖2. 主動煞車控制模組-ESC模組
（來源：www.autozone.com）

另外可進行主動煞車動作的就屬iBooster模組(如圖3所示)，它取代了引擎車輛上的真空倍力器或電動車上的電動真空泵(Electric vacuum pump, EVP)，其也具備另一ECU可控制ibooster馬達進行輔助出力或主動煞車，達到放大煞車踏力或主動煞車的效果，且它將車輛裝配介面(Vehicle interface)、行程感測器(Differential travel sensor)、煞車總泵油壺(Reservoir)、煞車總泵(Tandem master cylinder)、動力單元(Power pack)、煞車踏板輸入桿(Input rod)與其內部減速機等元件設計整合為一模組，使整體體積縮小，對安裝空間的需求也較低。

圖3主動煞車控制模組-iBooster模組
（來源：Bosch）

主動煞車功能實現
圖4為電動車搭載ESC及iBooster模組的煞車架構圖，若採用ESC模組進行主動煞車時會控制其HCU內部的馬達與閥體（如圖5所示），圖中藉由HCU的馬達與閥體開閉控制煞車油的流動，透過馬達的運轉從總泵抽取煞車油至四輪分泵以建立煞車壓力，讓車輛達到主動煞車功能；另一iBooster模組則是搭載於煞車踏板端，其進行主動煞車的方法也是藉由動力單元內的ECU進行，其由ECU驅動馬達(EC motor)作動，使馬達轉速與扭力值由二階齒輪系統(Two-stage gear unit)轉為推動總泵(Tandem master cylinder)內的活塞，讓煞車油從總泵推送至四輪分泵達到主動煞車功能（如圖6所示）。

圖4. 市場電動車主動煞車模組搭載架構圖
（來源：kknews.cc）

圖5. ESC模組內部架構

圖6. iBooster模組內部架構
（來源：Bosch）

實車實驗分析
為比較採用ESC模組與iBooster模組之電控煞車系統效能，透過記錄在同一車速(40公里/小時)下的主動煞車測試，並錄製煞車壓力、車速、煞停距離、車身加(減)速度等實驗數據，進行比較與分析，實驗結果如圖7所示。

圖7. 電控煞車模組主動煞車響應

由上圖實驗結果分析，煞車時以壓力響應最為關鍵，因為車速、煞停距離、車身減速度等響應都深受其影響。以建壓能力進行觀察，iBooster模組的建壓速度較ESC模組快（最大壓力約108 Bar），所以能較快產生減速度使車輛進行減速，進而快速降低車速與縮短煞停距離；ESC模組則建壓較慢，所以減速度產生較慢，造成煞停距離較長，但能建立的最大壓力較大（約130~160 Bar之間），適用以較低壓力或有足夠時間建至高煞車壓力之煞車情境，例如緩煞車或低速時的煞車情境，另一特點為ESC模組可對各輪進行獨立的煞車控制，此功能是目前單一iBooster模組無法達到的。

小結
因應ADAS及自駕車發展需求，具備可電控之底盤次系統為基本條件，其中電控煞車系統與安全功能息息相關。透過實驗比較常見電控煞車系統表現，車輛煞停時間/距離與反應時間以iBooster模組表現較優，且透過iBooster模組不僅可取代煞車倍力器或EVP，還能減少裝配空間需求；而ESC模組可提供較大煞車壓力，適用以較低壓力或有足夠時間建至高煞車壓力之煞車情境，且可對各輪煞車進行獨立控制，本文藉由自主發展的電控煞車控制技術進行主動煞車測試，並分析各自性能表現，因原模組的設計考量而造成效能上的差異與適用特性，但對於實現自駕車或ADAS功能都是不可或缺的電控煞車控制技術。未來車輛中心將持續精進現有ABS、EBD、主動煞車控制等研發，持續發展電控煞車控制技術。