1.1汽车制动技术国内外研究现状

从汽车诞生之日起，制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色，随着车辆技术的进步和行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，随着汽车自身质量的增加，汽车制动所需的制动力变得非常大，仅靠人力已经无法满足其要求。1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置，这个装置解决了驾驶员提供制动力不足这一问题，并开始不断发展。

液压制动是继机械制动后的又一重大革新，从DuesenbergEight的首次使用，通用和福特等企业的不断尝试和研发，到20世纪50年代，液压助力制动器成为现实，并开始被广泛使用。20世纪80年代后期，随着电子技术的发展和成熟，被称为汽车史上三大发明之一的ABS防抱死系统开始使用和推广。随着大规模集成电路和超大规模集成电路技术的出现，以及电子信息处理技术的高速发展，ABS已成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。

近年来，西方发达国家又兴起了对汽车线控系统的研究，线控制动系统应运而生，并开展了对电控机械制动系统的研究。简单来说，电控机械制动系统就是把原来液压或者压缩空气驱动的部分改为电动机驱动，借以提高响应速度，增加制动效能，同时大大简化了结构，降低了装配和维护的难度。

在不断倡导低碳经济的今天，新能源汽车成为了汽车行业发展的一个重要趋势，然而，新能源汽车的出现对制动系统产生了冲击。新能源汽车不再过度依赖发动机，甚至发动机完全被电机取代，导致汽车失去了真空来源，传统汽车制动系统就无法在新能源汽车上实现。面对这样的问题，目前比较主流的解决方法有三种：电子真空泵替代发动机产生真空源；智能化助力器替代整个真空助力器；分布式制动系统替代整个传统制动系统。

目前最简单和直接的方法就是利用车上外部的真空泵来实现，典型的外部真空泵就是电子真空泵。由于该方案的改动小，特别是底盘部分，国内大多数沿用传统燃油车底盘改造的新能源汽车，几乎都是采用的这个方案，虽然使用电子真空泵产生真空源的难度低，风险小，但也存在工作时噪声大、电子系统的工作稳定性和寿命不能很好满足整车可靠性的要求等问题。

作为汽车零部件的领先企业博世公司，就最先推出了一套全新的智能制动助力器，称为i Booster。从整个结构上替代了传统的真空助力器，不再依赖真空源，而是利用电控的方式来实现制动力的助力辅助。而行业的竞争对手德国大陆和采埃孚-天合也基于同样的设计方案，开发了相关的产品。智能制动助力器从源头上摆脱了对真空源的要求，不仅解决了现有电子真空泵带来的噪声大，寿命短的缺陷，由于电机控制的关系，还能够和其他的电子控制系统结合，提供更加全面的制动控制，这其中最重要的一个应用就是制动力能量回收。此外，除了目前已经推出的智能制动助力器以外，各大汽车零部件厂也在全力开发更新一代的助力器，德国大陆和采埃孚-天合就推出了集成度更好的第二代助力器，称作IBC。除了满足现在智能助力器的功能，还集成了大家熟悉的电子稳定系统，ABS和ESC功能。

上述两种方法虽然方案不同，但原理上还是基于传统的制动系统，只是在部分功能实现上结合了新能源汽车的特点，而推出的不同的解决方案。对于真正意义上改变传统制动系统的方案，可能就是业内目前讨论最多的电子线控制动系统，EMB。电子线控制动系统的原理与传统制动系统完全不同，不再需要整车的液压系统来实现制动，通过电子控制单元，直接给车轮轮毂端的制动执行机构进行控制，实现制动。目前的电子线控制动系统还存在着几种缺陷。首先就是制动力问题，因为电子线控制动系统是通过轮毂上的电机结构实现制动的，轮毂的大小决定了可以选用的电机大小而电机的大小又关系到电机的功率，功率的大小直接反映到制动系统上就是制动力的大小。另外一个问题就是对于汽车制动可靠性来说，需要整车拥有多备份的制动方案，特别是对于电子系统，无论是电源系统还是通讯系统，都要求有多备份和高容错的设计，然而目前的电子线控制动系统，无法实现。

随着新能源汽车和驾驶辅助及自动驾驶的发展，对于制动系统的要求也会越来越高，基于当前的技术条件和限制，现阶段的解决方案还是更多地倾向于智能制动助力器。但从长远的发展趋势，由于电子线控制动系统的优势，很可能会需要电子线控制动系统与常规制动系统结合的方案，同时满足响应速度和可靠性要求。

此外，新能源汽车的制动系统还包括再生制动系统，与传统的液压制动系统共同作用实现汽车的制动。从总体来看，国外在再生制动方面都开展的比较早，早在20世纪70年代，美国威斯康星大学经过数年研究，成功研制出液压式、飞轮式和蓄电池式三种制动能量再生系统，因此其在研究和实际应用方面更加成熟。国内的再生制动技术起步较晚，国内研究机构和高校都对再生制动系统进行了相关的研究，并取得了一定进展，但尚处于初级阶段。由于产品开发起点高，主要集中在再生制动性能的软件仿真和试验台的开发方面，而且对于再生制动控制策略的研究与应用对象还是比较单一，大多数是针对前驱式或后驱式的电动汽车。而在较先进的轮毂电机驱动电动汽车方面相对研究较少，有待深入分析。

1.2选题目的及意义

全球能源和环境系统面临着严峻的挑战，传统汽车作为二氧化碳排放和石油消耗的大户，需要进行革命性的变革，而发展新能源汽车已成为世界各国和行业的共识。新能源汽车减少或是摆脱了对传统燃油的依赖，汽车上对可靠性和安全性要求最高的制动系统也因为传统燃油车和新能源汽车对制动系统要求的不同，有了非常大的变化。新能源汽车的制动系统里，既有传统汽车的摩擦制动，也有能量再生制动，因此采用的是一种混合制动的模式。国外有关研究表明，在较频繁制动与起动的城市工况运行条件下，通过再生制动系统有效回收制动能量，电动汽车大约可降低15%的能量消耗，可使电动汽车的行驶里程延长10%～30%。