(完整版)新能源汽车电制动简述

2023年11月24日发(作者：2013款现代伊兰特参数)

新能源汽车电制动简述

概括：全文共5 部分。第一部分，纯电动汽车制动系统概

述，主要介绍电动真空助力系统的主要构成元件和工作原理；

第二部分，混淆动力汽车制动系统，主要介绍混淆动力汽车电

子制动控制系统的主要构成元件和工作原理；第三部分，制动

能量回收系统，主要介绍制动能量回收系统的原理和能量回收

模式；第四部分， 拓展知识， 主要介绍 EMB 电子机械制动系统、

brake-by-wire 的发展简介；第五部分，事例，主要介绍本田第

四代 IMA 混淆动力系统的制动能量回收系统控制；第六部，传

统汽车刹车系统，主要介绍鼓式和盘式刹车。

一、纯电动汽车制动系统

纯电动汽车采纳的液压制动系统与传统汽车基本结构差异

不大，可是在液压制动系统的真空协助助力系统和制动主缸两

个零件上存在较大的差异。

绝大部分的汽车采纳真空助力伺服制动系统， 人力和助力

并用。真空助力器利用前后腔的压差供应助力。传统汽车真空

是用各样方法在某一封闭空间中改良、 产生和保持真空的装置，汽

车上往常采纳如图 2 所示的电动真空泵。

（ 3）真空泵控制器

真空泵控制器是电动真空系统的核心零件。真空泵控制器

依据真空罐真空压力传感器发送的信号控制真空泵工作，如图 4

所示。

（2）真空泵起动策略

当驾驶员起动车辆时，

12V 电源接通， 电子控制系统模块开

始自检，假如真空罐内的真空度小于设定值，真空压力开关处

于常开状态，此时电动真空泵开始工作，当真空度大于设定值

时，真空压力开关或传感器处于常闭状态，电子延时模块立刻

进入延时工作模式， 15s 左右延不时间停止。 此时真空罐内的真

空度达到设定值，电机停止工作，当真空罐内的真空度因制动

耗费，真空度小于设定值时，真空压力开关或传感器再次处于

常开状态，电动真空泵再次开始工作，这样循环。

（3）真空泵工作原理

电线连结好后，接通12V 直流电源，控制器接通真空泵电

机开始工作， 当真空度达到－ 55kPa 时真空压力开封闭合，

输出

高电平信号给控制器，控制器在接收到信号后延时

10s，电机停

止工作。

二、混淆动力汽车制动系统

以典型的丰田普锐斯混淆动力汽车的THS-II （第二代重生

制动）制动系统为例，介绍混淆动力汽车的制动系统。

丰田普锐斯混淆动力汽车的THS-II制动系统属于

ECB（电

THS-II

制动系统的构成包含制动信号输入、电源和液压控

制部分，撤消了传统的真空助力器。正常制动时，主缸产生的

液压力换成液压信号，而不是直接作用在轮缸上，经过调整作

用于轮缸的制动履行器上液压源的液压获取实质控制压力。

THS-II 制动系统构成，如图 5 所示。

并且还可以对滑动的车轮施加液压制动控制，把驱动轮的滑动减

小到最低限度，并产生合适路面状况的驱动力。 THS-Ⅱ系统制动系

统的功能，见表 2。

图 6

图 8 制动踏板行程传感器

（ 2）行程模拟器

行程模拟器如图 9 所示，制动时依据踏板力度产生踏板行

程。行程模拟器位于主缸和制动履行器之间，它依据制动中驾驶

员踩制动踏板的力产生踏板行程。行程模拟器包含弹簧系数不一

样的两种螺旋弹簧，拥有对应于主缸压力的两个阶段的踏板行程

特色。

制动履行器如图10 所示，包含以下部分：

（ 5）制动主缸

混淆动力汽车撤消了传统汽车制动主缸上的真空助力器，

采纳了电动机液压助力。制动主缸仍采纳双腔串连形式，一旦

电动机液压助力无效，制动主缸的前腔和后腔将分别对汽车的

左前轮和右前轮进行制动， 所以这个主缸也成为前轮制动主缸。

（6）备用电源装置

如图 11 所示，备用电源装置用以保证给制动系统稳固的供

电，该装置包含 28 个电容器电池，用于储藏车辆电源（ 12V）供应

的电量。当车辆电源电压（ 12V）降落时，电容器电池中的

（二）混动汽车制动系统的工作原理

电源开关（电源信号）翻开后，蓄电池向控制器供电，控制

器开始工作，此时 EMB信号灯显示系统应正常工作。驾驶员进

行制动操作时，第一由电子制动踏板行程传感器探知驾驶员

的制动企图（踏板速度和行程），把这一信息传给 ECU。ECU齐集

轮速传感器、制动踏板行程传感器等各路信号。依据车辆行

驶状态计算出每个车轮的最大制动力。 再发出指令给履行器 （电

机），让其履行各车轮的制动。电动机械制动器能迅速而精准

地供应车轮所需制动力，进而保证最正确的整车减速度和车辆

制动成效。

（三）重生制动联合控制

如图 12 所示，在制动时，电动机

MG2起到发电作用，和电

动机 MG2转动方向相反的转动轴产生的阻力是重生制动力的来

源。发电量（蓄电池充电量）越多，阻力也越大。

驱动桥和 MG2经过机械方式连结在一同，驱动轮带动 MG2 转动

而发电， MG2产生的重生制动力就会传到驱动轮， 这个力由控制发

电的 THS-Ⅱ系统进行控制。

重生制动联合控制和传统制动方式最大的差异是，前者并

不但靠液压系统产生驾驶员所需的制动力，而是THS-Ⅱ系一致

起联合控制供应重生制动的合制动力。这样控制能够最大限度

地减少正常液压制动的动能损失，并把这些动能转变成电能。

在 THS-Ⅱ系统中，因为采纳了 THS-Ⅱ系统，使 MG2的输出功

率获取了增添， THS-Ⅱ增大了重生制动力。此外，因为采纳

ECB系统，制动力获取了改良，

进而有效地增添了重生制动的使

用范围。这些提高了系统恢复电能的能力，进而提高了燃油经

济性，如图 13 所示。

动能量已可经过制动能量回收技术转变成电能并储藏于蓄电池

中，并进一步转变成驱动能量。比如，当车辆起步或加快时，

需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的协助动力，使电

能获取了有效应用。

制动能量回收系统车辆的仪表板，如图

14 所示。

图 14 制动能量回收系统车辆的仪表板

（一）制动能量回收系统的原理

一般状况下，在车辆非紧迫制动的一般制动场合，约

的能量能够经过制动回收。制动能量回收依据混淆动力的工作

方式不一样而有所不一样。

在发动机气门不断止工作场合，减速时能够回收的能量约是

车辆运动能量的 1/3 。经过智能气门正时与升程控制系统负气门

停止工作，发动机自己的机械摩擦（含泵气损失）能够减少

约 70%。回收能量增添到车辆运动能量的

2/3 。

制动能量回收系统包含与车型相适配的发电机、蓄电池以

及能够监督电池电量的智能电池管理系统。制动能量回收系统

13

回收车辆在制动或惯性滑行中开释出的剩余能量，并经过发电机

将其转变成电能，再储藏在蓄电池中，用于以后的加快行驶。这

个蓄电池还可为车内耗电设施供电，降低对发动机的依靠、燃油

耗费及二氧化碳排放。

关于行车制动来说，从制动能量回收中所起作用考虑，一

定在减少行车制动的制动力方面作出相应举措。在制动力减少

的同时，制动踏板的踏板力要求与踏板行程相对应。

重要的是，无论发生或不发生制动能量回收，与往常车辆

同样，制动踏板的作用依旧存在，为此，人们开发了一种称为

行程模拟器（ Stroke Simulator ）的装置。

（二）制动能量回收系统的能量回收模式

依据车辆运行状况，制动能量回收系统的能量回收具备不

一样的模式。

（ 1）发动机封闭时滑行 / 制动状态下的能量回收模式

在发动机封闭时滑行 / 制动状态下的能量回收模式， 如图 15

所示。在发动机封闭时滑行/ 制动状态下，发动机与电机离合器

翻开，电机 / 发电机离合器闭合，能量仅经过电机

/ 发电机回收。

在发动机倒拖时滑行 / 制动状态下的能量回收模式， 如图 16 所

示。

在发动机倒拖时滑行/ 制动状态下， 发动机与电机离合器闭

合，电机 / 发电机离合器闭合，能量除了经过电机 / 发电机回收外，

一部分用于发动体制动（此时发动机切断燃油供应）。

图 17 发动机起动时滑行 / 制动状态下的能量回收模式

四、拓展知识

后，结构和管路部署更加复杂，液压（空气）回路泄露的隐患

也在加大，同时装置和维修的难度也随之提高。所以，结构相

对简单、功能集成靠谱的电子机械制动系统愈来愈遇到人们青

睐。能够预示， EMB将最后取代传统的液压（空气）制动器，成

为未来车辆的发展方向。

（二） brake-by-wire

的发展简介

它提

brake-by-wire是指一系列智能制动控制系统的集成，

供诸如 ABS、车辆稳固性控制、 助力制动、 牵引力控制等等现有

制动系统的功能，并经过车载有线网络把各个系统有机地联合

成一个完好的功能系统。原有的制动踏板用了一个模拟发生器代

替，以接受驾驶员的制动企图，产生、传达制动信号给控制和履

行机构，并依据必定的算法模拟反应给驾驶员。不言而喻，它需

要特别安全靠谱的结构，用以正常的工作。

因为技术发展程度的限制，当前出现了两种形式的

brake-by-wire

系统： EHB与 EMB。

（三） EHB 系统

EHB （ Electro-Hydraulic Brale

）即线控液压制动器，是

在传统的液压制动器基础上发展而来的。EHB用一个综合的制动

模块来取代传统制动器中的压力调理器和ABS 模块等，这个综

合制动模块包含了电机、泵、蓄电池等零件，它能够产生并储

存制动压力，并可分别对4 个轮胎的制动力矩进行独自调理。

空装置，供应了更好的制动踏板感觉。因为模块化程度的提高，

在车辆设计过程中又提高了设计的灵巧性、减少了制动系统的

零零件数目、节俭了车内制动系统的部署空间。可见，对比传

统的液压制动器， EHB有了很大的改良。 可是 EHB仍是有其限制

性，那就是整个系统仍旧需要液压零件。

EHB 的出现主假如为此后研究和生产

EMB打下基础、累积大

量的生产经验。早在1993 年，福特企业就有一款电动汽车采纳

EHB制动系统。

了 EHB，此后通用企业也在一款轿车上采纳了

（四） EMB 简介

假如把 EHB称为“湿”式 brake-by-wire

制动系统的话，

EMB 是

那么 EMB 就是“干”式brake-by-wire制动系统。

Electromechanical Brake的英文简称，它和EHB以及 HB的最

大差异就在于，不再需要制动液和液压零件，制动力矩完好部是

经过安装在4 个轮胎上的由电机驱动的履行机构产生。所以，

相应撤消了制动主缸、液压管路等零件，能够大大简化制动系

统的结构，便于部署、装置和维修，更加明显的是跟着制动液

的撤消，关于环境的污染大大降低了。

此外，因为相应能够撤消好多现有零件，所以，能够大大

减小系统的质量，便于对车辆底盘进行综合主动控制。其突出

的长处是：不需要制动管路，进而降低了制造成本和安装部署

的难度，制动效能获取了提高、性能稳固；不需要制动液，降

低了成本并且保护环境；便于融入到车辆综合控制的网络中去

（ CAN总线）；因为减少了零件数，降低了对空间的占用；还由

于制动踏板只供应参照输入不直接作用于制动系统之上，进而

便于改良踏板性能。

（1） EMB的发展和现状

EMB起初是应用在飞机上的， 此后才慢慢转变应用到汽车上

来。EMB与传统的制动系统有着极大的差异，

其履行和控制机构

需要完好从头设计。其履行机构需要能够把电动机的转动安稳

转变成制动蹄块的平动、能够减速增矩、能够自动赔偿因为长

期工作而产生的制动空隙等，并且因为体积的限制，其结构也

一定奇妙和紧凑，这是整个EMB系统中特别重要的构成部分；

其控制部分也要求能精准控制电动机的转速和转角进而防备制

动抱死。近来几年，一些国际大型汽车零配件厂商和汽车厂进

行了一些关于EMB制动系统的研究工作，主要参加竞争的企业

有：Conti-nentalTeves 、Siemens、Bosch、Eaton 、Allied Signal 、

Delphi 、Varity Lucas 、Hayes 等，而国内在此项目上也进行了一些

有关的研究工作。

EMB的设计初衷之一就是为了提高行车安全性，

EMB的响应

速度快（约 0.01s ），能够大大提高制动系统的性能，进而提高

行车安全性。西门子VDO设计的 EWB（楔块式电子机械制动器）

不但响应速度快，并且很好地利用了增力原理，制动效能高、

能耗低、制动器体积小，西门子企业曾对此进行过装车试验，

整体表现仍是很优异的。靠谱性的确是EMB急需解决的问题，

也是此刻的技术难点，因为一旦电控系统无效，应有举措保证

（2） EMB系统的结构和分类

关于 EMB系统的机械履行机构，它直接接受电动机产生的

力矩，并放大作用到制动盘上，其结构应当知足以下几个基本

要求：

1. 结构紧凑、便于部署。

2. 能够把转动转变成平动。

3. 有减速增矩、自增力机构。

4. 能够自动赔偿制动空隙。

5. 能够供应泊车时的驻车制动。

6. 安全靠谱、工作时间长。

总的来说，EMB制动系统从节俭能量的角度来说能够分为

两个大类，其一是电动机直接带动机械履行机构而后作用到制动

盘上，其典型是 ContinentalTeves 企业研制的制动器；第二类是

电动机经过一个自增力机构，间接作用到制动盘上，能够大

大降低系统所耗费的能量， GermanAerospaceCenter （ DLR）内部

资料显示其企业研制的 EMB制动系统 eBrake 比第一类结构节俭了

约 83%的能量。第一种结构形式的制动器特色是控制简单，

制动过程稳固；可是，因为电机供应全部推进制动块所需的推

力，使得所需的驱动电机的功率很大，进而造成电机的尺寸、

质量和能耗都较大。第二种结构形式的制动器，因为间接利用

控制难度大，制动稳固性也不如前者。

汽车作为一种地面交通工具，行驶、转向、泊车是其三个

基本功能。而此中泊车功能就是由汽车的制动系统来达成的。

“安全、节能、环保”是汽车未来发展的三大主题，制动系统

作为汽车的一个重要构成部分，直接影响到汽车的安全性。EMB

制动系统是以电能作为能量根源，由中心控制模块控制，由电

机经过传动装置产生促动力驱动制动钳，实现制动功能的崭新

制动系统，与传统制动系统对比，EMB系统拥有以下长处：

数据线传达信号， 完好摒 制动系统用电线传达能量、

弃了原有的液压管路等零件，并且无真空助力器，结构简短、

质量轻、体积小，便于发动机舱其余零件的部署，也有益于减

轻整车重量和整车结构的设计与部署。

采纳了电控，易于并入车辆综合控制网络中（

CAN总

线），并且能够同时实现ABS、TCS、ESP、ACC等多种功能，这

EMB共用，而无

些电子装备的传感器、控制单元等零件能够与

需增添其余的附带装置。防止了像传统制动系统那样，在制动

系统线路上安装大批的电磁阀和传感器，使得制动系统结构更

装置，中心控制单元接受踏板模拟器传来的电信号，判断驾驶

员的企图，产生相应的控制命令，这样便大大缩短了制动反响

时间，并且改良了制动时的脚感，无打脚现象。

4. 传动效率高、安全靠谱，并且节能。

5. 无需制动液，降低了对环境的污染。

总之，现代汽车发展的方向是模块化、集成化、机电一体

化，最后实现整个车辆的线控。而EMB正是这一发展方向的体

为汽车进一

现。EMB必定会在不久的未来取代传统的制动系统，

步向前发展打下优异的基础。

五、事例——本田第四代IMA 混淆动力系统的制动能量回

收系统控制

本田第四代 IMA 混淆动力系统应用在 2010 款 Insight

控制单元 PCU（ Power Control Unit ）、高性能镍氢蓄电池和制

冷系统构成。 PCU是 IPU 的核心部分， 控制电机助力 （即进入电

动工况） 。PCU经过接收节气门传感器输入的开度信号，

依据发

动机的有关运行参数和动力蓄电池荷电状态等信号决定电能辅

助量，并同时决定蓄电池能量回收能力。

PCU主要构成部分有蓄

电池监控模块——蓄电池状态检测BCM（ Battery Condition

Monitor ）、电机控制模块 MCM（ Motor Control Module

）、电

机驱动模块 MDM（ Motor Driver Module）。

综观现有适用化的不一样混淆动力系统，制动能量回收控制

在细节上有所不一样。一般都采纳电子控制的液压制动与制动能

量回收的组合方式，也称为电液制动伺服控制系统。

六、传统汽车制动系统

传统汽车制动器按制动目的可分为行车制动器、驻车制动

器、应急制动器和协助制动器。制动器按耗散能量的方式可分

为摩擦式、液力式、电磁式和电涡流式，当前宽泛使用的是摩

擦式制动器。 摩擦式制动器按其摩擦副的几何形状可分为鼓式、

盘式和带式，以 鼓式、盘式制动器

应用最宽泛。

鼓式刹车长处

自刹作用：鼓式刹车有优异的自刹作用，因为刹车来令片

外张，车轮旋转连带着外张的刹车鼓歪曲一个角度 ( 自然不会大到让

你很简单看得出来 ) 刹车来令片外张力 ( 刹车制动力 ) 越大，则情况

就越显然，所以，一般大型车辆仍是使用鼓式刹车，除

了成本较低外，大型车与小型车的鼓刹，差异可能祗有大型采

气动协助，而小型车采真空协助来帮助刹车。

成本较低：鼓式刹车制造技术层次较低，也是最初用于刹

车系统，所以制造成本要比碟式刹车低。

鼓式刹车弊端

因为鼓式刹车刹车来令片密封于刹车鼓内，造成刹车来令

盘式刹车的长处：