【原创】深度解析制动能量回收系统的控制原理

经过多年的发展，汽车的制动系统由最初的纯机械式制动系统向融合了制动能量回收的制动系统发展，传统汽车由于缺乏回收能量的储存系统，所以由单一的机械制动系统构成；而新能源汽车有动力电池作为储能系统，可以将通过驱动电机回收的电能储存起来，所以制动能量回收功能只能在新能源汽车上实现。（注：虽然飞轮储能、超导储能和超级电容储能也能作为制动能量回收系统的储能装置，但无法产业化，本文仅讨论以动力电池为储能单元的车辆。）制动能量回收系统是由液压制动和电机制动两个子系统组成，液压制动系统由制动踏板、控制单元、踏板模拟器、阀体组件、储能罐等组成，实现机械摩擦制动力的建立和调节；电机制动系统包括驱动电机及控制器、动力电池及管理系统、整车控制器等，整车控制器负责制动力分配计算，驱动电机将传动系统的动能转换成电能，动力电池及管理系统负责将电能储存起来。

制动能量回收系统是在传统制动系统基础上演进而来的，先是在电动车上增加电动真空泵代替发动机的进气真空助力，然后改进制动液压调节单元，实现驱动轴的制动液压管路与制动踏板之间单轴解耦，进而为了实现更加高效的协调式串联制动力分配控制策略，又开发了全解耦串联制动系统，实现更加灵活的前后轴及电液制动分配策略。目前，全解耦制动系统已经成为主流方向，其代表就是EHB和EMS等线控制动系统。

根据电机制动和液压制动两者的结合方式，可将制动能量回收系统分为两类：并联系统和串联系统。并联系统又叫叠加式系统，是在传统的液压制动系统基础上叠加电机制动，两种制动互不影响；串联系统又叫协调式系统，通过独立调节前后轮的液压制动，使得液压制动力与电机制动力根据总制动需求协调输出，保证制动效果。

并联式制动能量回收系统，最大限度沿用了传统制动系统的硬件，包括制动主缸、真空助力器、储液罐、制动器及液压调节单元，另外增加了电子真空泵、主缸压力传感器或踏板位移传感器。主缸压力传感器或者踏板位移传感器提供信号给整车控制器，整车控制器根据上述信号判断驾驶员制动意图并计算电机制动力。在存在能量回收的制动过程中，电机制动和液压制动同步作用于车辆制动，只是电机制动力可电控调节，液压制动力仅受踏板位移影响。所以，并联式制动能量回收系统在结构和策略上都非常简单，但是能量回收率低。

串联式制动能量回收系统，电机制动跟液压制动并不是随动的比例关系，两者在控制上相对独立，但又要共同满足总体制动力需求。为了实现电机制动与液压制动的独立控制，那就需要制动踏板与制动液路之间的解耦设计，因此串联式制动能量回收系统除了基本的电机制动和液压制动机构之外，还需要增加踏板模拟器和液压调节机构，以保证制动踏板感觉和制动力灵活分配。于是，串联式制动能量回收系统在结构和策略上都非常复杂，而且衍生出多种方案出来，但是能量回收率相对并联式系统大大提高。

近年来业内对于制动能量回收系统控制策略的研究很多，主要可以分成两大类：第一类是针对不同驾驶场景下的能量回收功能的应用策略；第二类是在正常制动情况下针对制动力分配策略的研究。

1. 不同制动情况的能量回收控制策略

汽车行驶过程中会遇到不同的制动工况，比如滑行制动、紧急制动、正常制动，不同的制动情况对应的制动能量回收策略是不同的。

1.1 滑行制动

滑行制动算是一种最低限度的制动强度，驾驶员收油门后任由汽车自由滑行，传统汽车的滑行制动能力取决于汽车的行驶阻力（轮胎滚阻、风阻、坡道阻力、机械阻力）和发动机阻力（泵气阻力、摩擦阻力），对于柴油车还会加装排气制动阀增加发动机的泵气阻力。新能源汽车可以通过驱动电机的反拖发电形成的扭矩对整车产生制动，这种制动强度是可调的，但涉及到制动能量回收能效和主观感知体验之间的矛盾。在正常滑行的时候，因为制动强度要求不大，电机制动要达到0.2g的减速度一般是没有问题的，所以通过电机制动就可以满足。如果滑行制动力较小，制动效果不明显，司机就要频繁通过踩制动踏板进行减速，这可能会增加司机的操作强度；过大的滑行制动力又会给人一种突兀的体验，车速下降较快，需要收油门后再加速，甚至有些过于极端的策略会给人一种错乱感，紧急情况下会导致司机误将油门当成刹车。所以，合适的滑行制动能量回收强度是非常重要的，特别是对于长下坡工况，过大或者过小的能量回收制动都需要司机额外操作油门和刹车，一般来说借鉴传统汽车的制动感最为明智，因为传统汽车在制动系统的调教上非常成熟且更适合驾乘人员的主观体验，所以滑行制动的强度通过能量回收系统调教的跟传统汽车保持一致就可以满足绝大多数人的期望，为了能够满足不同人员对于减速感的差异化需求，可以设计不同的能量回收等级让用户自行设定。需要说明的是，这里提到的滑行是带档滑行，如果空挡滑行则会关闭能量回收功能，这时候踩制动踏板也只有液压制动起作用。

单踏板功能作为对制动能量回收策略的创新，曾经因为“刹车失灵”事件带来了负面影响，现在车企对单踏板功能变得谨慎起来，法规制定者也将滑行能量回收的边界做了限制，比如UN R13H法规就提到了制动灯的激活条件，当制动减速度超过0.13g时必须点亮制动灯。国标GB 21670-20XX征求意见稿也明确规定，在通过松开加速踏板实现的制动作用不应使车辆减速至停车，这也是为了防止驾驶员过度依赖滑行能量回收功能，导致在紧急情况下反应不及时。

1.2紧急制动

当前方出现紧急情况而且留给本车的刹车距离很短的时候，就需要进行紧急刹车避险。紧急刹车怎么通过减速度进行量化呢？UN ECE R152法规给出的定义是紧急制动的减速度不小于5m/s2，而地铁列车的紧急制动减速度仅有1.2m/s2，可见对于不同类型的交通工具，紧急制动的减速度是不一样的。通过常识我们也能理解，车辆质量越大制动减速度就越小，所以家用小轿车的紧急制动减速度可以达到1g，而轻型商用车只能达到0.5g，另外，道路条件也会影响到紧急制动减速度大小，所以很难用统一的制动减速度作为紧急制动的标准。

在进行制动能量回收策略开发的时候，必须要考虑紧急制动的使用工况。当车辆处于紧急制动情况时，车辆的制动强度非常大，此时制动力需求大而且制动时间短，当由电机制动提供的最大制动力仍不能满足制动需求时，就需要通过机械制动作为补充。但是，因为对于不同重量的汽车制动时间可能不同，如果制动时间非常短，电机制动回馈能量非常有限，所以此时就应该以机械制动为主，以保证制动的安全性和稳定性为前提制定能量回收控制策略。很多文献上对于制动能量回收控制策略进行模糊控制时将紧急制动的减速度边界定义为0.7g，这基本都是针对于小型乘用车，实际上需要根据目标车型的具体制动性能来定义紧急制动的减速度。

1.3 常规制动

常规制动就是通过踩制动踏板获取制动力，而且制动减速度小于紧急制动减速度。正常制动的制动力强度一般，但是控制策略考虑的因素却很多，在制动力要求较小时，优先使用电机制动，当制动力较大而单纯电机制动无法满足时，此时车辆制动力由电机制动和机械制动共同提供，为了保证制动能量回收最大化，往往使电机制动达到最大，机械制动力作为补充。当车辆制动后车速较低时，电机产生的感应电动势相对较小，感应电动势经功率变换器升压后仍小于动力电池端电压，则制动能量回馈结束，此时车辆只能通过机械制动力进行制动，直至停车。

2. 常规制动的制动力分配策略

前文已经解释了几种制动情况，所谓常规制动，那是有别于滑行制动、单踏板功能以及紧急制动的情况，也就是通过踩踏制动踏板使车辆达到减速或者停车的效果，减速过程中的制动减速度小于紧急制动减速度。常规制动过程的能量回收控制策略反而复杂，因为需要考虑的因素较多，其中制动力分配就涉及到前后轴制动力分配和电液制动力分配两组关系，需要在保证安全性和平顺性的前提下使得能量回收率达到最高。

尽管前面提到了紧急制动的情况下，制动减速度较大可能会触发ABS系统工作，但是决定ABS工作的因素不单是制动减速度，车轮制动抱死跟车轮制动力和路面附着力相关，即便制动力很小，但是在路面附着力同样很小的情况下，仍可能产生车轮打滑，触发ABS进入工作。制动力是通过制动系统（包括制动能量回收系统）施加于车轮上的力，对应于制动减速度，而路面附着力跟路面附着系数和车轮承受的垂向载荷相关，由于汽车前后轮载荷分配、车辆所处坡道情况的存在，制动过程中就会出现车轮抱死情况，所以要保证制动安全性，必须处理好前后轮的制动力分配问题。

2.1前后轴制动力分配

对于一般汽车而言，根据其前、后轴制动器制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动器制动力足够时，制动过程中可能出现三种情况：

a) 前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；

b) 后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑；

c) 前、后轮同时抱死拖滑。

情况a是稳定工况，但在制动时丧失转向能力，附着条件没有充分利用；情况b是不稳定工况，后轴可能出现侧滑，附着利用率也低；情况c可以避免后轴侧滑，同时前转向轮只有在最大制动强度下才使汽车失去转向能力，较之前两种情况，附着条件利用情况最好。所以，前、后轴制动器制动力分配比例将影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度，是设计制动器必须妥善处理的问题。

电动汽车一般采用前轮驱动，也只有驱动轮才能实现电机制动，所以对于前轮驱动的汽车，前轮制动力是电机制动力和液压制动力之和，而后轮制动完全靠液压制动力。前后轮的制动力分配就是前轮的电机制动力和液压制动力与后轮的液压制动力之间的分配关系。从前文中，可以看到，为了保证汽车的制动稳定性和附着条件利用率，前后轮同时抱死是最佳选项，也就是前后轮制动器制动力分别等于各自的附着力。根据汽车理论，前后轮同时抱死时，前后轮制动器制动力的关系曲线就是理想的前后轮制动器制动力分配曲线，简称I曲线。

事实上，大部分车辆的前后轴制动力之比为一定值β，即前轴制动器制动力占总制动力的比值。由于I曲线跟β曲线不重合，所以在制动的时候就会导致前轴或后轴车轮先抱死。虽然现在汽车上都配有ABS装置，在车轮抱死后能够通过减小分泵油压使抱死的车轮恢复旋转，从而避免侧滑或失去转向能力，然而ABS只能保证汽车的基础安全性，无法确保良好的踏板感觉和最佳的制动性能。当ABS功能触发时，制动踏板有顶脚感，踏板感觉较差，同时路面附着条件也未得到充分利用。

由于理想制动曲线对应的路面附着条件利用度最高，因此汽车厂商在设计制动力分配曲线时通常会尽可能让β线与I线靠近，从而降低同一路面条件下ABS功能触发的概率，改善汽车的踏板感觉和制动性能。

2.2电液制动力分配

不同的制动状态下，制动能量回收系统的电机制动与液压制动应按照不同的规则分配，前已说明，滑行制动时电机制动可以覆盖大部分市区工况的制动强度需求；常规制动则需要电机制动与液压制动配合，主要发挥电机制动能力；紧急制动时，通常优先使用液压制动，电机制动逐渐退出；空挡制动时，通常关闭能量回收功能，液压制动系统提供全部制动力。除了常规制动外，其他三种情况为纯电机制动或纯液压制动过程，不涉及电机制动与液压制动的分配。

前文中已经介绍了制动能量回收系统的两种类型，即并联式制动能量回收系统和串联式制动能量回收系统，下面对这两种不同系统的制动力分配策略分别介绍。

2.2.1并联系统（叠加式）

并联系统的特点是对前后轮的制动力不做调解，制动能量回收系统在不超过驱动轮最大制动力需求的前提下提供电机制动，其大小与目标制动力成一定比例。该系统的优点就是结构简单，对原有制动系统改造较小，成本低，缺点是制动能量回收率低，当回收能量变化时总制动力也发生变化，所以制动踏板感觉不好。并联系统多见于早期油改电的新能源汽车上，以及不具备踏板解耦制动力控制的制动系统中。

并联系统的电机制动部分的策略可以通过软件设计，最常见的有：温和式制动能量回馈策略、激进式制动能量回馈策略和自由行程启动制动能量回馈策略。前两种通过改变电机制动力的增加斜率实现，电机制动力缓慢增加到最大值是温和式并联系统，电机制动力快速增加到最大值是激进式并联系统。

自由行程启动制动能量回馈策略，则是利用制动踏板的自由行程，同样不改变机械制动系统的结构和制动力大小，只是在踏板自由行程阶段施加电机制动力，电机制动力按照制动踏板自由行程线性分布，在自由行程结束时电机制动力达到额定最大值，当制动踏板越过自由行程后液压制动部分介入。这样一来，当制动力需求较小时，仅通过电机制动就可以实现减速目的，能够提高制动能量回收利用率。为了充分利用电机制动的能量回收，自由行程一般会设置较大，这样在没有制动能量回收时（比如电池SOC过大、电池温度过低）就会存在踩制动踏板的制动感很弱。

并联式制动能量回收系统标定设计时有两个值很重要，分别是最大电机制动力和电机制动力变化斜率，电机制动力过小则能量回收率低，过大会导致β线大幅偏离I线，使驱动轮抱死的概率大幅增加，而且电机制动的最大能力受限于电池能力、车速、电机特性等因素，如果最大电机制动力设置过大，又因为上述各因素导致电机制动力波动，使得制动感不稳定；电机制动力变化速率过小，则需要很长时间才能达到最大电机制动力，制动能量回收效率较低，如果变化速率过大则影响制动体验。总体来说，并联式制动能量回收系统结构简单、实现方便，但是能量回收利用率较低，是新能源汽车早期油改电常用的方案，现在，随着解耦式制动系统的开发利用，串联式制动能量回收系统已经得到普遍应用。

2.2.2串联系统（协调式）

早期的新能源汽车大多采用并联式制动能量回收系统，随着技术的发展，串联式能量回收系统因回馈效率、制动感觉和制动安全等诸多方面具有巨大优势逐渐成为主流。串联式系统优先使用电机制动，对液压制动力进行调节，使两种制动力之和与总制动力需求协调一致，该方式的制动能量回收系统能量回馈率高、制动感觉较好，但是需要对传统液压制动系统进行改造。

协调式能量回收控制策略，因为制动踏板与前后轮液压系统解耦或者半解耦，所以在控制上有很多灵活性，能够极大地保证制动能量回收效率，同时制动平顺性、安全性方面也比叠加式表现优秀。根据制动系统的制动踏板与前后轴液压制动系统的解耦情况，可以分两种情况讨论。

第一种：仅与驱动轴解耦

驱动轮制动系统集成了电机制动和液压制动，通过制动踏板与驱动轴液压系统的解耦，可以实现电机制动与液压制动的协调控制。但是，非驱动轮的液压制动系统仍与制动踏板之间连接，当踩下制动踏板时，非驱动轮的液压制动正常起作用，而驱动轮的制动系统根据最佳能量回收率、踏板感觉和制动稳定性进行电机制动和液压制动之间的平衡。由于非驱动轮制动力随着制动踏板开度线性增加，驱动轮制动力为总制动力需求减去后轮制动力，如果前后轮制动力分配按照β线设计，那么前轮的制动力与后轮制动力呈固定比例（β），而且驱动轮是电机制动力与液压制动力之和。

根据能量回收率和制动踏板感觉可以制定三种驱动轮制动力分配策略：最大回馈效率制动力分配策略、最佳制动踏板感觉制动力分配策略、兼顾回收效率和踏板感觉的制动力分配策略。

最大回馈效率制动力分配策略，驱动轮制动优先利用电机制动力，非驱动轮为常规液压制动，随着驾驶员需求制动力增加，当驱动轮的电机制动力达到最大限值仍后无法满足所需制动力需求时，就进入电液协调控制阶段。当车速降至较低水平时，前轮的电机制动快速退出，液压制动逐渐增加补充电机制动力的减少部分，以确保制动过程的平顺性。

最佳制动踏板感觉制动力分配策略，在开始制动阶段前后轮均使用液压制动以便建立起制动踏板力，随着制动力需求增加，当主缸压力增加到一定值后，驱动轮的电机制动开始介入，调节液压制动力使电机制动力和液压制动力满足制动力需求。当车速降至较低水平时，驱动轮的电机制动快速退出，液压制动逐渐增加补充电机制动力的减少部分，以确保制动过程的平顺性。

兼顾回收效率和踏板感觉的制动力分配策略，兼顾上述两种情况，在开始制动阶段前轮的电机制动和液压制动均参与制动，为了使主缸压力线性增加，电机制动力缓慢介入，待主缸压力达到一定值后，电机制动力快速增至最大值，同时液压制动系统作为调节，使电机制动和液压制动共同满足前轮制动力需求。当车速降至较低水平时，前轮的电机制动快速退出，液压制动逐渐增加补充电机制动力的减少部分，以确保制动过程的平顺性。

上述三种策略，都需要电机制动和液压制动根据制动阶段做出协调控制，单轴解耦的制动系统，其非驱动轴液压制动与踏板之间处于耦合状态，踩下制动踏板后非驱动轮液压制动随动，所以变数在于驱动轮电机制动和液压制动的组合。

驱动轴的液压制动系统与制动踏板解耦，解耦方式是在主缸通往驱动轴制动分泵的管路上增设踏板模拟器，当驱动轮仅采用电机制动时，制动液从主缸出来经过可控的开关阀进入踏板模拟器，前轮就不通过液压制动力进行制动了。如果前轮需要电机制动和液压制动协调，制动液直接从储液罐经主泵进入轮缸调压阀，根据液压制动力需求调节轮缸调压阀就可获取相应的液压制动力。而非驱动轮的液压制动系统正常随制动踏板深度调节。如果电机制动失效或者退出，前后轮均以液压制动系统工作，驱动轮制动液经主缸出来后经过可控的开关阀直接进入前轮分泵。

第二种：与前后轴完全解耦

现在，前后轴液压制动系统与制动踏板完全解耦的系统已经比较普遍，为了尽可能最大化发挥制动能量回收系统的节能作用，如果能仅通过驱动轮的电机制动就能满足整车制动力要求，则需要前后轮的液压制动系统均可调节。

针对制动系统的要求，法规上有两条曲线需要了解，前面介绍了I曲线是前后轮制动力分配理想曲线，I曲线上方容易导致后轮抱死，I曲线下方容易导致前轮抱死，按照I曲线分配前后轮同时抱死，由于后轮抱死更加危险，所以传统汽车设计的前后轮制动力分配线β基本上位于I线下方。

ECE R13法规中规定了前后轮制动力分配的比例下限，要求车辆在路面附着系数φ为0.2~0.8之间时，制动强度z≥0.1+0.85*（φ-0.2），此时前后轮的制动力关系曲线称为M曲线。为保证制动安全性以及稳定性，前后轮制动力分配曲线应分布在I线和M线之间。由于后轮制动系统（假设车辆为前轮驱动）也可以实现与制动踏板的解耦，所以在制动强度较小的时候全部使用驱动轮的电机制动，以最大限度获取制动回收能量。当制动强度增加到0.2~0.8之间时，如果道路附着力允许，尽量按照M线分配前后轴制动力，以最大化利用驱动轴电机制动进行能量回收。当制动力需求增大时，为了达到最佳制动效果可通过调节前后轮制动力沿I线分配，比如制动强度达到了0.8以上，这时候车速下降较快，回收能量有限，则更多考虑制动安全性和稳定性，制动力全部由前后轮液压制动系统提供。如下图，OA段为前轴电机制动，AB段为满足ECE R13法规后轴参与制动，BC段为紧急制动，CD段为保证制动利用率按照I线分配前后轴制动力。

汽车的电动化为制动能量回收创造了条件，通过制动系统的升级不断提高了整车的制动能量回收率，现在汽车的智能化发展需要整车具备主动制动能力，这就需要全解耦制动系统方案应用到汽车上，这不仅为了整车节能需要，更是汽车智能化发展必备的要求，比如L3以上的自动驾驶、ACC、AEBS都涉及到主动制动，于是线控制动系统将成为汽车智能化发展的基本配置。

基于制动踏板与制动执行机构解耦思想开发的制动能量回收系统有电子液压制动系统（EHB）和电子机械制动系统（EMB），都属于线控制动系统。下面就以博世iBooster系统（也称为eBooster）为例介绍线控制动系统的工作原理，其他的一些线控系统在思路上基本上与此相同，所以博世iBooster系统可以作为学习其它线控制动系统的基础。

博世iBooster与ESP系统结合起来，用iBooster代替了传统制动系统的真空泵，实现更加高效和智能的制动控制，还不属于完全解耦系统。当驾驶员踩下制动踏板，传感器会将制动踏板信号给到iBooster控制单元，控制单元根据踏板信号计算出目标制动力，通过齿轮机构将电机的扭矩放大然后与踏板力一起推动主缸建压。如果电机制动和主动刹车功能没有介入，iBooster系统就是完全代替了真空助力系统。但是iBooster+ESP HEV系统能够与电机制动、AEBS、ACC等系统融合，实现制动能量回收和主动刹车功能。

iBooster模块本质上就是一个助力电机，当驾驶员踩下制动踏板时，VCU根据踏板行程及汽车目标减速度计算前后轴制动力，参考车速、电机及电池状态，计算出iBooster电机助力的期望值。iBooster控制单元会根据电机制动做出仲裁，自动调节电机助力大小。这就引出一个问题，那就是在制动能量回收介入的时候，踏板就会感觉很硬，让人刹车信心不足。通过标定可以改变iBooster电机扭矩曲线，从而实现无论在能量回收还是纯液压制动的时候踏板感觉一致。但是，在电机制动和液压制动状态切换的时候， iBooster助力延迟也会让敏感的驾驶员感觉到踏板力的变化。

博世第一代iBooster不是踏板与液压系统解耦系统，所以在装配ADAS、AEB功能的车辆执行主动刹车时，iBooster电机会推动制动踏板连杆产生制动力，这时候就能观察到制动踏板会自己上下移动。博世在第二代iBooster系统中，增加一套高压油泵，在主动刹车时，液压系统不再依靠iBooster建压，而是由高压油泵提供制动分泵所需制动压力。

1.正常液压制动

当踩下制动踏板时，如果只有液压制动参与，电机制动不参与，下图中与制动主泵连接的两个常闭阀闭合，两边与高压油泵连接的两个常开阀断开，制动液按照箭头方向流动各轮分泵，油泵上的单向阀防止制动液进入液压油泵。

2.制动能量回收

当踩下制动踏板，若此时的制动力较小且全部依靠前轴电机制动，与各轮缸相连的线性调节阀打开，制动液直接进入低压储能器，而不作用到刹车的轮缸上。

当制动力由电机制动和液压制动共同作用时，此时根据前轮的电机制动和液压制动分配比例、前后轴制动分配比例，通过各轮缸的线性调压阀调节液压制动力大小，调节产生的制动力差通过电机制动补充。

当制动力需求中等时，前轮仅电机制动，后轮采用液压制动，此时前轮的制动液通过打开线性调压阀进入低压储能罐，后轮的制动液作用到轮缸上。

3.主动制动

iBooster系统支持主动刹车功能，比如装配ADAS、AEB等功能的车辆，主动制动时就会断开常闭阀，闭合常开阀，启动制动液油泵给轮缸提供高压制动液。

了解了博世系列的iBooster制动系统后，再看其他系统基本上大同小异了。

大陆的MK C1系统属于完全解耦系统，在结构上增设踏板模拟器，用于在电机制动时改善踏板感觉，其他如制动踏板、制动主缸、伺服电机和ESC系统也都具备，控制原理图见图14。当只有液压制动时，踏板推动主缸，制动液经X型制动系统的两个管路，通过每个车轮对应的常开阀进入各轮缸。如果只有电机制动，则对应左前和右后的常开阀断开，制动液进入踏板模拟器，另外两个轮子的制动液正常进入轮缸，可以控制调压阀来控制轮缸制动力。如果遇到主动制动的情况，电动副主缸的液压泵工作，将制动液压入轮缸，通过各轮缸对应的调压阀调节制动力大小。各种EHB系统都是与ESC系统集成，通过调压阀控制各个轮缸的制动液压力，调压后高压制动液流向ESC系统的低压储能罐。

武汉元丰在2020年也推出了EHB系统，当时的模块由动力单元和助力单元两部分组成，动力单元是由电机和高压储能罐组成，助力单元则是由控制阀和助力器组成。动力单元上的电机ECU控制电机给储能罐提供高压，由助力单元上的控制阀控制储能罐内的高压制动液施与制动主缸，从而实现制动踏板与液压系统的解耦。元丰EHB系统可以实现制动助力、应急制动、无助力制动、主动制动、制动辅助、坡道辅助、能量回收等七项功能，这些功能通过控制4个电磁阀实现，见图15，EBC和EXZ是单向调节阀，EAZ和EXJ是调节阀，另外还有3个压力传感器，分别是Pacc（储能罐压力）、Preg（制动主缸压力）、Pwc（制动分缸压力）。

主动制动的时候，关闭EBC和EXJ电磁阀，线性调节EAZ电磁阀，高压储能罐的高压制动液进入轮缸实施制动，线性调节EXJ电磁阀就可以减小轮缸压力，从而减小制动力。驻坡制动的原理与此相同。

制动能量回收的时候，打开EBC电磁阀，关闭EAZ电磁阀，线性调节EXZ、EXJ电磁阀，可以改变主缸与轮缸之间的压力差，该压力差与电机制动关联，从而保持电机制动力与液压制动力之和等于主缸压力提供的制动力。

上海同驭开发的EHB制动系统见图16，它集成了踏板感觉模拟器、位移传感器、控制器、电机总成、传动机构和制动主缸，通过踏板感觉模拟器和主缸电机实现了制动踏板与液路系统的完全解耦，踏板部分通过踏板模拟器来产生踏板力，踏板力可以通过标定实现，制动踏板上的踏板位移传感器信号提供给EHB控制器用于计算所需制动力。液压部分则是通过电机给主缸加压，然后将制动液推入到各制动分泵，制动液在分泵内的作用原理也是通过开关阀、线性调节阀来控制，当电机制动时，线性调节阀打开，制动液流入到ESC系统的低压储能罐中。

同驭EHB系统最大的特点就是踏板完全与液压系统解耦，踏板感觉的匹配主要依托不同刚度的弹簧附以标定调教实现，制动主缸建压完全依靠EHB电机。驾驶员踩下制动踏板后，EHB控制器根据制动踏板位移信号识别出制动意图，然后通过主缸液压力和踏板行程标定关系计算出主缸液压力目标值，再根据电机总成特性以及液压闭环控制输出电机转矩，最后体现到对电机控制上。

制动能量回收的时候，EHB根据车辆参数和电机制动最大边界计算出制动能量回馈转矩，EHB系统会优先分配电机制动转矩，所需液压制动转矩由EHB控制器通过对主泵电机的控制获得。在滑行过程中，因为没有制动踏板信号，EHB无法识别出制动意图，所以由VCU控制滑行能量回收。在滑行和制动状态切换的时候，因为车辆能量回收受控于不同的控制单元，所以两者之间的电机制动扭矩需要有很好的仲裁策略（如取大策略或叠加策略）。

最后说一下目前研究热度较高的电子机械制动系统（EMB）。EMB系统的思路类似于轮毂电机，属于完全的轮边制动系统，它结合了电力驱动与机械控制的优势，能够实现最高效的执行效果。EMB系统完全取消了传统液压管路，直接由电机驱动产生制动力，是真正意义上的线控制动系统。EMB系统主要由‌电机、减速器、夹紧装置、卡钳和控制器‌等组成，当然还需要踏板感觉模拟器。其中，电机是整个系统的驱动核心，通过电动信号将能量转化为机械力，驱动制动器工作。

电子机械制动系统（EMB）具有响应快、控制精度高、结构简单、高效节能等优点，是汽车轻量化和高阶智能化发展背景下的优选方案，也是将来替代传统液压制动系统的下一代制动系统。不过，EMB系统发展还不成熟，存在很多痛点问题，比如轮边空间有限，布置困难；为保证可靠性，对防尘防水、隔热散热、抗震耐腐提出很高的要求；为防止失效需要冗余方案，EMB系统难以实现机械备份，需要双电源、双控制；需要42V及以上的直流电源以满足高功耗要求；目前EMB系统方案成本高昂，还很难成为EHB系统的理想替代。

本文系统地介绍了新能源汽车上普遍使用的制动能量回收系统的结构原理以及控制策略，支持制动能量回收的制动系统由传统液压制动系统发展而来，随着电动化发展和控制水平的提高，以及在节能环保和能耗法规日益加严的情况下，具备更高能量回收效率的串联式（协调式）制动能量回收系统已经广泛应用到汽车上。然而，智能辅助驾驶和高阶自动驾驶的发展需要控制更高效、更敏捷、更精确的制动系统提供支撑，于是，线控制动系统成为目前汽车行业研发最为活跃的领域之一，继电子液压制动系统（EHB）搭载到汽车上并获得成功后，电子机械制动系统（EMB）将进入下一个线控制动系统的应用推广周期。

众所周知，制动系统在整车上占据至关重要的地位，它是确保行车安全的关键系统之一，关系到驾乘人员及他人的生命和财产安全。匹配了制动能量回收功能的制动系统在结构和控制上更加复杂，因此，为了保证制动过程的绝对安全，在应用上对可靠性和稳定性提出了更高的要求。尽管线控制动系统（EHB和EMB）在概念上很早就被提出来了，但是技术条件的成熟需要很长的过程，毕竟要克服各种技术短板，还要确保在所有应用场景下的鲁棒性、安全性、可靠性和耐久性。

最后，现在的制动系统已经完全脱离了过去在汽车上作为独立系统存在的属性，它已经与汽车的节能环保、能量分配、功能交互深度绑定，所以，制动系统与其他系统深度交融，并依附于线控底盘、智能驾驶平台发挥更加重要的作用。

参考文献

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[3] 邢恩辉，任桂周，王培振.电动汽车制动能量回馈技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2023.3

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