电动汽车制动系统及其工作原理
制动系统是实现车辆减速、停车功能的重要系统。电动汽车的制动系统按照制动实现方式分为机械制动和电机再生制动，机械制动根据制动力实现方式不同又可分为液压机械制动系统、气压机械制动系统和电子机械制动系统。目前，电动汽车的制动系统实现一般为协调机械制动和电机再生制动的复合制动系统。本文介绍电动汽车机械制动、电机再生制动及复合制动系统的基本原理和实现方式。
目录
一、机械制动
1、液压机械制动
2、气压机械制动
3、 电子机械制动（EMB, Electro-Mechanical Brake）
二、电机再生制动
1、电机再生制动工作原理
2、电机再生制动的特点
3、电机再生制动的应用场景
三、复合制动系统（Blended Braking System）
1、复合制动系统工作原理
2、再生制动与液压制动的协同控制
3、不同制动情况复合制动协同工作
四、总结
一、机械制动
机械制动根据实现制动力的介质不同分为液压机械制动、气压机械制动及电子机械制动。
1、液压机械制动
1）液压制动系统工作原理
液压制动系统的工作原理基于帕斯卡定律（液体传递压强），通过液压油将驾驶员施加的制动力放大并传递到车轮制动器，实现车辆减速或停车。以下是其核心工作流程：
a、制动触发阶段
制动踏板：驾驶员踩下踏板，通过杠杆原理放大作用力，推动制动主缸（总泵）的活塞。
b、液压压力建立
主缸工作： 主缸活塞压缩制动液，将机械力转换为液压压力。制动液通过管路传递到各车轮的制动轮缸（分泵）。
双回路设计：现代车辆采用X型或前后分置的双管路系统，确保一个回路失效时仍能部分制动。
c、制动力放大与执行
鼓式制动器：液压压力推动轮缸活塞，使制动蹄外扩摩擦制动鼓。
盘式制动器：液压压力推动卡钳活塞夹紧制动盘（常见于前轮）。
d、制动力释放
踏板回位：松开踏板后，主缸活塞复位，液压油流回主缸；制动蹄/片依靠弹簧或密封圈回位，摩擦解除。
2）液压制动助力系统
（1）电子真空泵（EVP）辅助系统
工作原理：通过电动真空泵产生负压，为真空助力器提供动力（类似燃油车的发动机真空）。真空压力传感器监测储气罐压力，当压力不足时自动启动真空泵补压。
优点：兼容传统液压制动结构，成本较低。
缺点：存在机械磨损、噪音，且无法与再生制动深度协同，逐步被淘汰。
（2）电子液压助力系统（EHB, Electro-Hydraulic Brake）
a、工作原理
由电机驱动液压泵建立高压制动液，通过电磁阀控制助力力度（无需真空）。
b、优点
快速响应：电信号传输速度远超液压系统， 提升紧急制动安全性（如AEB自动紧急制动）。
高效能量回收：与再生制动无缝协作（与ESP/ABS协同），最大化能量回收效率。
踏板感可调：支持自定义制动脚感（如运动模式/舒适模式）。
支持线控制动（Brake-by-Wire）
c、工作模式
正常制动：iBooster根据踏板信号提供助力。
能量回收：电机反拖发电，液压制动按需补足制动力。
2、气压机械制动
在电动汽车领域，气制动系统（Pneumatic Braking System）主要应用于中重型商用车（如电动巴士、卡车等），以满足大载荷、长距离制动需求。与传统燃油车气制动相比，电动汽车通过电动空压机替代发动机驱动空压机，并结合电控技术实现智能化制动管理。
1) 气制动系统工作原理
a. 常规制动过程
充气阶段：电动空压机启动，压缩空气经干燥器进入储气罐，压力达标后停机。
制动触发：驾驶员踩下制动踏板，电信号传输至ECU，同时脚制动阀开启；储气罐释放压缩空气至制动气室，推动推杆使制动蹄片压紧制动鼓。
制动力分配：ECU根据踏板行程、车速、载荷计算总需求制动力；优先调用电机再生制动（如电动卡车下坡时回收能量），不足部分由气压制动力补充。
b. ABS介入（防抱死控制）
轮速监测：各车轮转速传感器实时反馈数据至ECU；
气压调节：当检测到车轮抱死趋势时，ABS电磁阀快速切换制动气室气压（增压-保压-减压循环），维持最佳滑移率（10%~30%）；调节频率可达15~20次/秒，避免轮胎打滑。
c. 驻车制动（手制动）
弹簧储能式制动气室：
充气时压缩弹簧，解除制动；
放气时弹簧释放能量，推动制动蹄片锁死车轮。
电控化改进：通过电子手刹按钮控制电磁阀，实现一键驻车。
3、 电子机械制动（EMB, Electro-Mechanical Brake）
1）电子机械制动工作原理
电子机械制动完全摒弃液压系统，每个车轮配备独立电机驱动制动钳。制动指令通过电控单元直接控制电机制动力，实现精准调节。
2）优势与挑战
a、结构简化：取消液压管路，轻量化且易于维护。
b、高控制精度：支持高级驾驶辅助（如自动泊车、ACC自适应巡航）。
c、依赖冗余电源：需备用电源确保断电时制动安全，目前尚未大规模普及。
二、电机再生制动
电动汽车由于其特殊结构，驱动电机在需要减速制动时亦可作为制动力来源提供再生制动力，并将机械能转换为电能给电池充电。
1、电机再生制动工作原理
利用电动机的“反向工作”特性，在车辆减速或制动时，将电动机切换为发电机模式。车轮的动能通过传动系统驱动电动机转子旋转，切割磁感线产生电能，存储到动力电池中。再生制动力通过电机控制器调节，制动力大小与电机发电功率相关。
2、电机再生制动的特点
1）能量回收：可回收约10%-30%的行驶能耗，显著提升续航里程。
2）协同控制：与机械制动系统联动，优先使用再生制动，不足时补充机械制动力。
3）限制条件：电池接近满电或低温时，再生制动可能受限，需机械制动介入。
3、电机再生制动的应用场景
日常减速（如红绿灯）、下坡路段、单踏板驾驶模式（松开油门即触发制动）。
三、复合制动系统（Blended Braking System）
为了充分利用机械制动与电机再生制动协同优势，目前电动汽车一般结合两种制动方式进行协同控制，形成复合制动系统。
1、复合制动系统工作原理
通过整车控制器（VCU）协调再生制动与机械制动，实现平顺过渡。其基本控制思路如下：
1）驾驶员踩下制动踏板时，优先使用再生制动提供大部分制动力。
2）当再生制动力不足（如急刹车）或电池无法充电时，液压制动自动补充。
3）通过模拟器提供与传统制动一致的踏板反馈，避免驾驶员不适感。
2、再生制动与液压制动的协同控制
1） 需求拆分：总制动力 = 再生制动力 + 液压制动力；
2） 约束条件：
电池SOC（电量）>95%时，限制再生制动力；
低温环境下，电池充电功率下降，液压制动力比例增加；
急刹车时，再生制动响应延迟，液压系统快速补足。
3）平顺性优化：通过PID控制液压压力，消除制动力切换时的顿挫感。
4）ABS/ESP介入
轮速监测：四轮独立传感器检测滑移率；
液压调节：HCU控制电磁阀快速切换轮缸压力（频率15-20 Hz），防止轮胎抱死；
再生制动同步退出，避免电机反拖加剧打滑。
3、不同制动情况复合制动协同工作
1）轻度制动：仅再生制动工作，电机发电回收能量。
2）中度制动：再生制动为主，机械制动补充。
3）紧急制动：再生制动与机械制动同时满负荷输出，ABS介入防抱死。
4） 低速蠕动（如拥堵路段）：再生制动力降低，机械制动接管以避免顿挫。
四、总结
本文介绍了电动汽车制动系统的类型及工作原理，主要包括机械制动、电机再生制动及两者结合的复合制动，在控制系统及策略设计中，需要了解制动系统原理，才能给出更优的控制策略。希望能给相关技术人员带来一些帮助。