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0. 本文内容
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碟式刹车和鼓式刹车如何处理摩擦和热量，以及热衰减的成因。
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液压回路如何利用帕斯卡原理放大制动力，以及ABS/ESC如何逐轮介入。
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电动汽车和混合动力汽车中再生制动和摩擦制动的混合应用，以及目前线控刹车技术的发展现状，例如博世iBooster、大陆集团MK C1和Brembo Sensify。
1. 总结：什么是制动系统？
制动系统将车辆的动能转化为摩擦生热，或通过再生制动转化为电能，从而降低车速。踩下刹车踏板的力会转化为液压或电信号，然后由卡钳或轮缸将摩擦材料压向刹车盘或刹车鼓。ABS/ESC通过监测每个车轮的滑移率来调节制动力，而在电动汽车和混合动力汽车中，还会在此基础上叠加再生制动和摩擦制动的混合作用。无论采用何种方法，能量最终要么以热能的形式排放到大气中，要么以电能的形式返回电池。
2. 能量路径
图 1 — 制动 ECU 将踏板输入分配到能量回收和摩擦力之间，ABS/ESC 在压力到达制动钳之前逐轮调节液压（或 EMB 的电信号）。
3. 摩擦和热量：盘式和鼓式制动
制动过程中，动能 \frac12 mv^2 在摩擦材料和制动盘（或制动鼓）中转化为热量。单位时间内产生的热量——制动力——可以近似表示为：
摩擦力遵循 F_{brake}=\mu F_n摩擦系数\mu和夹紧力F_n会随温度升高而变化，但\mu会随着温度升高而下降，这是制动衰减（制动力损失）的主要原因。
盘式制动器的转子暴露在空气中，通风盘可以通过内部气流快速散热。鼓式制动器的制动蹄位于结构封闭的圆筒内部，因此热量容易积聚，相同热量产生的摩擦表面温度上升得更快。另一方面，鼓式制动器具有自增力（伺服）效应，其制动效果会根据制动蹄的旋转方向而增强，从而更容易通过轻踩踏板获得强大的制动力——这就是为什么它仍然用于驻车制动器、大型车辆的后轮以及注重成本的小型汽车的原因。
图 2 — 概念图，并非实测数据。封闭式制动鼓在产生相同热量的情况下，摩擦表面温度上升速度往往更快，这示意性地解释了为什么制动衰减（摩擦系数 μ 下降）往往更早出现。
4. 液压回路和 ABS/ESC
制动液压系统遵循帕斯卡原理。以主缸活塞的横截面积为 A_m，以轮缸（或卡钳）侧的横截面积为 A_w，则力被放大为
一种常见的设计是将系统分为两个前/后回路或两个对角（X 型）回路，这样即使一个系统发生故障，也不会导致所有四个车轮都无法制动。
防抱死制动系统 (ABS) 通过车轮速度传感器估算滑移率，并增加、保持或释放液压，使滑移率保持在路面与轮胎摩擦系数峰值所在的约 10% 至 20% 的范围内。电子稳定控制系统 (ESC) 则比较横摆角速度、转向角和车速，并在预期转弯与实际行驶轨迹出现偏差时，通过对特定车轮进行制动来使车辆回到行驶路线。博世和戴姆勒-奔驰官方声明，ESP® 于 1995 年首次应用于 S 级轿车，此后作为 ABS 之上的集成控制系统被广泛采用。
5. 线控刹车系统现状
为了使能量回收混合更加平顺，采用电子方式控制踏板和液压系统的设计方案已得到广泛应用。博世的iBooster机电式制动助力器采用电气化设计，官方资料显示，其压力建立速度更快，仅需约120毫秒即可达到全压。与ESP® hev系统配合使用时，据称可实现高达0.3g的减速度，几乎完全通过能量回收来抵消。大陆集团的MK C1一体式制动系统则通过机械方式将踏板与主缸（线控式）的压力产生过程分离。官方数据显示，该系统可在约150毫秒内建立压力，并回收近100%的制动能量。
更进一步，完全无需液压管路的干式机电制动器（EMB）正朝着量产方向发展。 Brembo 的 Sensify 系统采用独立电机驱动每个卡钳，中央控制器通过软件将踏板信号分配到每个车轮。据报道，该系统已于 2026 年开始量产交付。Continental、ZF 和 Bosch 也计划在 2027-2028 年左右开始量产，整个行业正朝着绕过液压系统的方向发展。即便如此，全线控系统仍需要具备故障后仍能正常运行的设计，即在断电时不会失去制动功能。因此，冗余设计和符合 ISO 26262 功能安全流程的认证是量产的先决条件。
6. 再生制动与ABS/ESC的关系
关于再生制动和摩擦制动相结合的原理，请参阅电动汽车动力系统入门中的再生制动章节；而动力分流混合动力系统中的具体实现方式，请参阅混合动力系统入门中的SOC和能量平衡章节。基本控制将所需的减速力a_{req}分解为再生制动分量a_{regen}和摩擦制动分量a_{fric}：
在电池SOC过高、电池或逆变器过热、路面湿滑等情况下，再生制动扭矩会降低；除非这部分扭矩迅速转移到摩擦制动，否则踏板脚感会发生变化。当ABS启动时，能量回收系统预计会迅速停止工作，所有四个车轮都会切换到摩擦制动。线控架构也是实现这种无机械延迟切换的基础。
7. 配置比较
| 摩擦材料类型 | 散热性能 | 抗热衰减性能 | 自增力性能 | 主要用途 |
|---|---|---|---|---|
| 盘式 | 暴露于空气中，性能良好 | 高 | 几乎没有 | 前轮，性能导向型车辆 |
| 鼓式 | 封闭式结构，性能较差 | 低 | 有（伺服效应） | 后轮，停车，注重成本效益的车辆 |
| 控制方案 | 踏板与制动力的关系 | 与能量回收系统的兼容性 | 典型示例 | 注意事项 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 传统液压+真空助力 | 机械直接 | 功能有限，切换感觉可能不太自然 | 大多数内燃机车辆 | 简单，成熟可靠 |
| 集成式单盒（MK C1 型） | 踏板和压力生成通过线控分离 | 能量回收利用率接近 100% | 大陆集团 MK C1 | 需要液压备用设计以确保故障安全 |
| 干式 EMB（全线控） | 完全电信号，无需液压管路 | 易于针对每个车轮进行优化 | Brembo Sensify | ASIL D 级冗余设计和认证成本 |
8. 恶劣工况与安全
在长下坡路段进行重刹会持续升高摩擦材料和刹车盘/鼓的温度，除了热衰减之外，还存在气阻风险，即制动液中形成气泡，导致踏板感觉发软。新的干燥DOT3制动液沸点约为205°C，DOT4约为230°C。吸湿会进一步降低沸点，因此按规定周期更换制动液对安全至关重要。在山路上行驶时，主动使用发动机制动、缓速器或电动汽车/混合动力汽车的能量回收系统（而不是仅仅依靠脚刹）是防止制动衰减的有效措施。大型自卸车在下坡时如何结合使用机械缓速器，在自卸车入门中也有介绍。车辆驶过积水后，摩擦材料会受潮，制动效果下降，因此建议低速轻踩刹车使其干燥。在操作高压制动液或高压电子制动系统（EMB）线路时，必须严格遵守维修手册中规定的操作步骤和防护设备。
9. 实用选择
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城市驾驶，小型车：如果成本和维修便利性是首要考虑因素，那么前碟后鼓的组合是合理的；如果散热和踏板脚感一致性更为重要，则应选择四轮碟刹。
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纯电动/混合动力：检查能量回收系统的平顺性以及ABS介入时切换速度。电动助力或一体式系统正逐渐成为主流。
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山路行驶，拖车：查看制动液的沸点余量、刹车片/衬片的耐热等级以及辅助制动系统（发动机制动、缓速器、能量回收）的组合。
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未来将采用电子制动系统的车辆：是否存在液压备用系统、冗余电源以及认证状态都是购买或维修时需要考虑的因素。
10. 总结（三行回顾）
制动是将动能转化为摩擦热或电能（能量回收）的过程；碟式制动器散热性能优异，鼓式制动器则具有自加热能力。
液压系统利用帕斯卡原理放大制动力，而ABS/ESC系统则监测车轮滑移率和横摆角速度，逐轮调整制动力。
在电动汽车和混合动力汽车中，能量回收和摩擦力被进一步分离，而像iBooster、MK C1和Sensify这样的线控刹车系统正致力于将两者平滑地整合起来。
速度加倍如何影响相同减速度下的制动距离？
理想的制动距离变为原来的四倍。
单独计算反作用距离，并考虑路面和坡度。
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