现代汽车制动器的形式及发展方向
一、制动控制系统的历史
最原始的制动控制是驾驶员控制一组简单的机械装置对刹车施力。此时车辆质量相对较小，速度相对较低。虽然机械制动已经满足了车辆制动的需要，但是随着车辆自重的增加，助力装置对于机械制动已经变得非常必要。这时，真空助力器开始出现。凯迪拉克V16，1932生产，质量2860kg，四个车轮采用鼓式制动器，直径419.1mm，有一个由制动踏板控制的真空助力器。林肯公司还在1932中推出了V12汽车，它使用鼓式制动器，通过四根软电缆控制真空助力器。
随着科学技术和汽车工业的发展，特别是军用车辆和军事技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动之后的又一重大创新。DuesenbergEight率先使用汽车液压刹车。克莱斯勒的四轮液压刹车是1924出的。通用和福特分别在1934和1939采用了液压制动技术。直到20世纪50年代，液压助力制动才成为现实。
20世纪80年代后期，随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最显著的成就是防抱死制动系统(ABS)的应用和普及。ABS是机电一体化的高科技产品，集微电子技术、精密加工技术和液压控制技术于一体。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和机动性。防抱死装置一般包括三部分:传感器、控制器(电子计算机)和压力调节器。传感器接收运动参数，例如车轮角速度、角加速度和车速，并将它们传输到控制装置。控制装置计算并与规定值比较后，向压力调节器发送指令。
1936年，博世申请了一项电液ABS装置专利，推动了防抱死制动系统在汽车上的应用。1969年的福特使用了真空助力ABS刹车；1971，克莱斯勒采用四轮电控ABS装置。这些早期的ABS装置性能有限，可靠性差，成本高。
1979，莫推出性能可靠的ABS制动装置，全数字电子系统控制，带独立液压助力器。从65438到0985，美国开发了一种ABS防抱死装置，具有数显微处理器、复合式主缸、液压制动助力器、电磁阀和执行器。随着超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飞速发展，ABS已经成为一种性能可靠、成本不断降低的成熟产品，具有广阔的应用前景。1992年全球ABS年产量已超过10000，全球ABS装载率超过20%。一些国家和地区(如欧洲、日本、美国等。)制定了法规，使ABS成为汽车的标准装备。
二、制动控制系统的现状
当考虑基本制动功能时，液压控制仍然是最可靠和最经济的方法。即使加入防抱死制动(ABS)功能后，传统的“油压制动系统”仍然占据主导地位。然而，就复杂性和经济性而言，增加的牵引力控制系统、车辆稳定性控制系统和一些正在考虑用于“智能汽车”的新技术使基本制动系统显得微不足道。
传统的制动控制系统只做一件事，就是均匀分配油压。当踩下制动踏板时，主缸向通向每个制动器的管道输送等量的油，并通过比例阀平衡前后。ABS或其他制动干预系统根据每个制动器的需要调节油压。
目前，汽车防抱死制动控制系统(ABS)已经发展成为一种成熟的产品，并广泛应用于各种车辆中，但这些产品基本上都是基于车轮的加减速阈值和参考滑移率法来设计的。虽然方法简单实用，但是调试起来比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术在很多不同的道路上进行验证。从理论上讲，在整个控制过程中，车轮滑移率没有保持在最佳滑移率，没有达到最佳制动效果。
另外，由于编程逻辑门限ABS的诸多限制，近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统(VDC)。结合动态控制的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS。理论上是一种理想的ABS控制系统，以连续控制的形式在制动过程中保持最佳稳定的滑移率。
滑移率控制的难点是确定各种路况下的最佳滑移率，另一个难点是车速的测量，这应该是一种低成本、可靠的技术，并最终开发成产品使用。对于以滑移率为目标的ABS来说，控制精度不是很突出的问题，很难实现高精度控制。由于路面和车辆运动状态变化大，多种干扰影响大，重要的问题是控制的稳定性，即系统的鲁棒性，在各种条件下都要保持。防抱死制动系统要求高可靠性，否则会导致人身伤害和车辆损坏。
因此，开发鲁棒的ABS控制系统成为关键。现在，各种鲁棒控制系统被应用到ABS的控制逻辑中。除了传统的以比较为目标的逻辑阈值法外，增益调度PID控制、变结构控制和模糊控制是常用的鲁棒控制系统，它们是以滑移率为目标的连续控制系统。模糊控制方法基于经验规则，与系统的模型无关。它具有良好的鲁棒性和控制规则的灵活性，但控制参数难以调整。没有理论，基本是试错法。但是，对于大多数基于目标值的控制，控制规律有一定的规则。
此外，还采用了其他一些控制方法，如基于状态空白和线性反馈理论的方法、模糊神经网络控制系统等。各种控制方法并不是单独应用于汽车，通常是将几种控制方法结合起来实施。如果能把模糊控制和PID结合起来，兼顾模糊控制的鲁棒性和PID控制的高精度，就能达到很好的控制效果。
车轮的驱动打滑与制动锁定非常相似。汽车起步或加速时，由于驱动力过大，驱动轮高速旋转，超过摩擦极限，造成打滑。此时车轮也没有足够的侧向力来维持车辆的稳定性，车轮的切向力也减小，影响加速性能。由此可见，防止车轮打滑抱死就是控制车辆的滑移率，所以驱动加速滑移调节(ASR)是在ABS的基础上发展起来的。
ASR是ABS的逻辑和功能延伸。ABS加入ASR功能后，主要变化是在电控单元中加入了防滑逻辑系统，监测驱动轮的转速。ASR大多借用ABS的硬件，两者合二为一，发展成ABS/ASR系统。
目前，ABS/ASR在欧洲新卡车上已经得到广泛应用，欧洲法规EEC/71/320已经强制要求在总质量超过3.5t的部分卡车上使用，重型卡车是首次安装。而ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着系数的利用，可以获得更短的制动距离和制动方向稳定性，但并不能解决制动系统的所有缺陷。因此，可以同时控制ABS/ASR功能和制动强度。
ABS只会在极端情况下控制制动(车轮完全抱死)。在部分制动时，电子制动可以控制单个制动缸的压力，从而缩短反应时间，保证任何时刻正确的制动压力。近年来电子技术和计算机控制技术的快速发展为电子制动系统的发展带来了机遇。自上世纪80年代以来，德国率先开发出ABS/ASR系统并投入市场，在EBS的研发方面一直走在世界前列。
1993年，德国博世公司和斯堪尼亚公司首次在斯堪尼亚牵引车和挂车上联合安装EBS。但EBS是一个全新的系统，潜力巨大，会给现在和未来的制动系统带来革命性的变化。
三。制动控制系统的发展
如今，ABS/ASR已经成为欧美日等发达国家汽车的标准装备。
汽车制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。一方面是扩大控制范围，增加控制功能；另一方面，采用最优控制理论实现伺服控制和高精度控制。
一方面，ABS功能的扩展除了ASR还包括悬架和转向控制，使得ABS不仅仅是一个防抱死制动系统，更是一个更全面的车辆控制系统。制动器厂商也提出了未来将ABS/TCS、VDC与智能交通系统整合的设想。随着电控变速器、悬架系统和转向装置的发展，将产生电控系统之间的接触网络，从而产生一些新的功能，如:电控离合器的使用可以大大提高汽车静态起步的效率；在制动过程中，可以通过向电子悬架系统输入驱动命令来防止车辆的俯仰。
第二个方面，一些智能控制技术，比如神经网络控制技术，是比较新的控制技术，已经应用到汽车的制动控制系统中。ABS/ASR并不能解决汽车制动中的所有问题。因此，从ABS/ASR向电子控制制动系统(EBS)的进一步发展将是控制系统发展的一个重要方向。但是EBS在实际应用中并不是一个简单的问题。除了技术，系统的成本和相关法规是其应用的关键。
经过一百多年的发展，汽车制动系统的形式已经基本定型。随着电子学的发展，特别是大规模和超大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。例如，K-H公司在一辆实验车上安装了电动液压(EH)制动系统，彻底改变了制动器的操作机制。K-H公司的EBM通过采用四个比例阀和电力电子控制装置，可以兼顾基础制动、ABS、牵引力控制和巡航控制制动干预，不增加任何附加装置。EBM系统的潜在优势是可以比标准制动更有效地分配基础制动力，从而缩短5%的制动距离。BBW(Brake-By-Wire)是一种完全无油的全回路制动器，它的开发使传统的液压制动装置成为历史。
4.全电路制动(BBW)
BBW是未来制动控制系统的发展方向。全电制动不同于传统的制动系统，因为它传输的是电力，而不是液压油或压缩空气，可以省略很多管路和传感器，缩短制动反应时间。全电制动的结构主要包括以下几个部分:
a)电动制动器。其结构与液压制动器基本相似，包括盘式和鼓式，执行机构为电机；
b)电子制动控制单元(ECU)。接收来自制动踏板的信号以控制制动器；接收驻车制动信号并控制驻车制动；接收车轮传感器的信号，识别车轮是否抱死或打滑，控制车轮的制动力，实现防抱死和驱动防滑。因为各种控制系统的控制系统，如卫星定位导航系统、自动变速系统、无级转向系统、悬挂系统等。与制动控制系统高度集成，ECU必须考虑这些系统的控制；
c)车轮速度传感器。准确、可靠、及时地获得轮速；
d)线束。向系统传输能量和电控制信号；
e)电源。为整个电制动系统提供能量。用于其他系统。它可以是各种能源，包括可再生能源。
从结构上可以看出，这种全回路制动系统具有其他传统制动控制系统不可比拟的优势:
a)整个制动系统结构简单，省去了传统制动系统中的制动油箱、制动总泵和助力器。液压阀、复杂的管路系统等部件降低整车质量；
b)短的制动响应时间以改善制动性能；
c)无制动液，维护简单；
d)系统组件的制造、装配和测试简单快捷，制动组件成为模块化结构；
e)系统通过电线连接，因此系统具有良好的耐用性；
f)易于改进，稍加改进即可增加各种电控功能。
全电制动控制系统是一种全新的系统，它给制动控制系统带来了巨大的变化，为未来车辆的智能控制提供了条件。但是，要想全面推广，还有许多问题需要解决:
首先是驱动能量的问题。使用全回路制动控制系统需要更多的能量，一个盘式制动器大约需要1kW的驱动能量。目前车辆12V动力系统无法提供这么大的能量。因此，未来车辆动力系统将使用高压电来增加能量供应，既能满足制动能量需求，又能解决高电压带来的安全问题。
其次，控制系统故障处理。全电制动控制系统面临的一个难题是制动故障的处理。因为没有独立的主动后备制动系统，所以需要一个后备系统来保证制动安全，无论是ECU部件故障、传感器故障、制动器本身故障、线束故障，都能保证基本的制动性能。实现全电制动控制的一个关键技术是系统故障时的信息交换协议，如TTP/C
系统一旦出现故障，就立即发出信息，而保证信息传输符合法规的最合适的方法就是多通道分时区(TDMA)，可以保证不出现不可预知的信息滞后。TTP/C协议是基于TDMA的。三是抗干扰处理。车辆在行驶过程中会出现各种干扰信号。目前抗干扰控制系统很多，基本分为对称和非对称抗干扰控制系统两种。
对称抗干扰控制系统使用两个相同的CPU和相同的计算程序来处理制动信号。非对称抗干扰控制系统使用两个不同的CPU和不同的计算程序来处理制动信号。两种方法各有利弊。另外，如何将电刹车控制系统的软硬件模块化，以满足不同类型车辆的需求；如何实现底盘的模块化是一个重要的问题。只有把制动、转向、悬挂、导航系统考虑进去，把算法模块化，建立数据总线系统，才能以最低的成本获得最好的控制系统。
电制动控制系统首先用于混合制动系统的车辆，采用液压制动和电制动两种制动系统。这种混合制动系统是全电制动系统的过渡方案。由于两套制动系统的存在，结构复杂，成本高。
随着技术的进步，上述问题将逐步得到解决，全电制动控制系统将真正取代传统的液压制动控制系统。图3是该全电动制动控制系统的配置方案。
动词 （verb的缩写）结论
综上所述，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优势将取代传统的液压制动控制系统。同时，随着其他汽车电子技术的发展，尤其是VLSI的发展，电子元器件的成本和尺寸都在下降。
汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统集成，如汽车电子悬架系统、汽车主动定向摇摆稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等。未来汽车内将不再有孤立的制动控制系统，各种控制单元将集中在一个ECU内，逐步取代常规控制系统，实现车辆控制的智能化。
然而，汽车制动控制技术的发展受到整个汽车工业发展的制约。在巨大的现有和潜在汽车市场的吸引下，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术和各种智能技术不断应用于汽车制动控制系统。同时，要完善国际国内的各种相关法律法规，让搭载新制动技术的汽车真正应用到汽车的批量生产中。