汽車液壓制動系統的多維度優化策略研究

中圖分類號：U463.52 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）10-0099-04

【Abstract】This article focuses on the optimization automotive hydraulic braking systems and proposes multidimensional strategiesbasedontheoreticalanalysis.Byoptimizing theflow channel structure through CFDflow field， the flow resistance brake fluid can be reduced by 17% ， and the system response speed can be improved. By adopting pulsationsuppressors，wear-resistant coatings and inteligent diagnostic technology，noise is effectively reduced and fault early warning isachieved.Byapplyinghigh-temperatureresistant materialsandpredictive thermal management strategies，the working temperature the brake fluid is stabilized within the ideal range 80 to 150% to prevent a declinein performance at high temperatures.By introducing ahydraulic hybrid power system combined with intelligent control algorithms， the energy recovery efficiency can reach 25% to 35% ，which is superior to traditional electric regenerative braking.This strategy provides theoretical support and technical paths for enhancing the safety，comfort and energy efficiency the braking system.

【Key words 】hydraulic braking system; optimization strategy; thermal management; fault diagnosis

0 引言

液壓制動技術是汽車制動系統的關鍵，其性能直接關乎行車安全。研究表明，制動故障是交通事故主因之一，因此優化液壓制動系統的效率、響應與可靠性意義重大。在汽車電動化趨勢下，液壓制動與再生制動技術結合，對提升能效、推動可持續發展至關重要[1-2]

液壓制動技術應用于汽車制動系統的歷史悠久，然而，隨著研究的進步，其技術方向正朝著更加智能、高效和綠色環保的方向發展[3。目前液壓制動系統已經應用于整車的安全性提升等方面，并對車輛制動系統響應速度、車輛制動的能量利用以及車輛制動系統的可靠性等方面產生影響，液壓制動技術的發展趨勢如表1所示。

1液壓制動系統基礎

1.1 液壓制動的工作原理

液壓制動系統通過液壓介質傳遞并放大駕駛員對制動踏板的作用力，進而驅動制動裝置實現汽車制動。在現代汽車中，當駕駛員踩踏制動踏板時，制動主缸將踏板的機械能轉換為液壓能，液壓力在密閉液腔中傳輸，推動制動卡鉗抱緊制動盤，通過摩擦力實現車輛減速或停車。基于帕斯卡原理，液壓系統可將壓力放大數倍，使駕駛員施加較小踏板力即可獲得顯著制動效果[4]。同時，液壓液體不可壓縮的特性，進一步保證了踏板踩踏后制動的即時性與可靠性。例如，博世集團生產的ABS防抱死制動系統，正是利用液壓系統原理，通過實時調節制動壓力，避免緊急制動時車輪抱死，保障車輛行駛控制與穩定性。液壓制動技術在汽車制動系統中的應用，大幅提升了制動效能，對行車安全具有重要作用。

表1液壓制動技術的發展趨勢

1.2液壓制動系統的主要組成部分

液壓制動系統以帕斯卡原理為工作基礎，該原理確保制動壓力均勻傳遞；基于此原理，液壓制動系統的力傳遞效率可達 90% 以上，顯著優于機械制動系統[5-6]。具體過程為：駕駛員踩下制動踏板后，制動主缸內活塞推動制動液產生壓力，壓力經制動管路傳遞至車輪制動器的制動卡鉗，促使卡鉗夾緊制動盤，通過摩擦力使汽車減速或停止。

液壓制動系統主要由制動踏板、制動主缸、制動管路、制動卡鉗、制動盤等部件組成。其中，制動踏板是駕駛員與制動系統的交互媒介，其靈敏度直接影響制動響應時間；制動主缸作為系統“核心動力源”，負責將機械能轉換為液壓能并傳遞至制動液，設計時需重點考慮耐壓性與密封性，確保制動液無泄漏、無壓力損失；制動管路須具備高強度抗壓與抗腐蝕能力，保障制動液順暢傳輸；制動卡鉗與制動盤則直接決定制動效果與散熱性能，是系統優化設計的關鍵部件，對提升制動系統整體性能具有重要意義。

2 液壓制動系統的優勢分析

液壓制動在汽車制動領域應用廣泛，核心原因在于其優異的制動性能與穩定性[。依托液壓介質快速且均勻的傳力特性，液壓制動系統可實現高效同步制動。在緊急制動場景中，系統能在極短時間內將制動壓力均勻分配至所有制動器，有效縮短制動距離，為行車安全提供保障，尤其對高速行駛車輛而言，可顯著降低潛在交通事故發生率。

此外，液壓制動系統設計靈活性高，適用于各類車型與復雜駕駛環境。針對重型車輛，系統可提供充足制動力，確保車輛在滿載或復雜路況下穩定制動[8]。例如，載貨汽車在滿載狀態下，液壓制動系統仍能維持可靠制動性能。同時，液壓制動系統可靠性強，因液壓液體不可壓縮，即便長期使用，系統仍能保持穩定性能。在汽車使用過程中，制動系統的可靠性直接關系到駕乘人員與行人的安全，液壓制動系統的穩定特性為行車安全提供了重要保障。

3液壓制動系統在汽車制動中的優化需求

3.1 提高制動性能的需求分析

提高制動性能是保障汽車安全運行的關鍵。液壓制動系統借助液體傳壓特性，實現快速均勻制動。在緊急制動時，系統可在極短時間內將制動液壓力傳遞至4個車輪，有效縮短制動距離。研究表明，相較于傳統機械制動系統，液壓制動系統可進一步縮短制動距離，對規避交通事故具有重要意義。此外，通過先進的流體動力學優化模擬，可進一步提升制動系統響應速度與制動力度。例如，采用低粘度制動液與經計算流體動力學（ComputationalFluidDynamics，CFD）優化的高壓管路，可降低流體阻力與傳遞延遲；配備碳陶制動盤與高性能摩擦片，其在高溫環境下仍能維持較高且穩定的摩擦系數，從根本上保障強勁制動力。

3.2降低制動噪聲和磨損的需求分析

在液壓制動系統優化過程中，降低制動噪聲與磨損是提升系統性能的重要方向。據統計，當制動系統噪聲超過特定分貝時，不僅會影響駕駛體驗，還可能縮短系統使用壽命。例如，制動盤與制動片摩擦系數過高時，會導致噪聲顯著增加，同時加速部件磨損。此外，采用先進制動盤設計（如通風盤、打孔盤），可有效提升散熱性能，減少熱衰退現象，進而降低熱應力引發的磨損。在分析模型方面，通過有限元分析（FiniteElementAnalysis，FEA）模擬制動過程中的應力分布，可優化制動組件設計，減少不必要的磨損。

3.3 提升系統可靠性的優化需求

提升液壓制動系統可靠性是保障汽車制動穩定運行的核心。鑒于系統壓力傳遞復雜、傳動精度要求高，需針對核心部件開展性能優化與參數調校。制動過程中，制動液需穩定傳輸至制動蹄等部件，且在極端溫度下，須具備良好的熱化學穩定性，其沸點通常應高于 205°C ，以適配多數工況。此外，制動主缸、制動輪缸等核心部件需優化。通過改進材料結構與加工工藝，提升耐磨性和抗腐蝕性，延長使用壽命并降低維護成本。監測方面，利用診斷系統結合傳感器與電子技術，實時采集壓力、溫度等參數，一旦發現潛在故障，通過網絡診斷及時排除，防止制動系統失效。

3.4高能量回收效率需求

液壓制動系統需實現高于傳統電動再生制動的能量回收效率。相較于傳統再生制動技術，液壓混合動力系統有望將能量回收效率提升至 20%～40% ，新系統旨在通過優化液壓回路設計突破這一效率瓶頸。目標為：在典型城市循環工況下，依據新歐洲駕駛循環（New European DrivingCycle，NEDC）或全球統一輕型車輛測試程序（WorldUniformLightVehicleTestProcedure，WLTP），液壓回路自身能量回收率不低于 25% ，以高效捕獲制動能量。此外，需確保系統最終轉化為電能的綜合效率達到預設目標，最大化整體能源利用效率，減少能量浪費。

4液壓制動系統優化策略研究

4.1 制動系統的流體動力學優化

為滿足3.1節提出的提高制動性能需求，本節通過液壓制動介質的流體動力學優化控制策略，減少制動響應時間，提升系統響應性能。通過建立計算流體動力學模型，模擬制動介質在系統內的流動狀態，優化制動管路內介質流動形態，降低流體阻力與壓力損耗。根據CFD仿真結果，該優化策略預計可將制動液流動阻力降低 17% ，進而提升系統響應速度，縮短制動距離。

同時，引入多孔介質模型優化制動盤冷卻流道的散熱性能，進一步增強系統熱管理能力，防止過熱導致的制動效能衰減。為平衡計算精度與效率，將復雜的制動盤內部冷卻通道（葉片式或柱銷式通道）簡化為多孔介質區域，其孔隙率、滲透率與慣性阻力系數根據通道幾何特征設定，有效降低網格劃分計算量，確保仿真分析的可行性與準確性。

4.2液壓系統噪聲與振動控制策略

為滿足3.2節降低制動噪聲和磨損的需求，本節從液壓泵結構優化、零部件材料改進等方面入手，提升系統穩定性。液壓制動系統噪聲主要來自液壓泵脈沖、管道流體動力效應和制動器機械振動，因此噪聲與振動控制是優化關鍵。其中，改進液壓泵結構以減小脈沖，能顯著降低噪聲，改善行車靜謐性，具體優化策略見表2。

4.3 液壓制動系統的熱管理優化

為滿足3.3節提出的提升系統可靠性需求，本節通過熱管理優化控制策略，保障液壓制動系統穩定運行。汽車制動時，液壓制動系統會產生大量熱量，若熱量無法及時散出，不僅會導致制動效能衰減，還會影響系統穩定性與可靠性。因此，熱管理優化是液壓制動系統功能開發與技術改進的核心環節。通常，制動液溫度每升高 10% ，其黏度會下降8%～10% ，可見通過改進散熱設計，將制動液溫度控制在合理范圍，是保障制動系統性能的關鍵。

為實現液壓制動系統熱管理優化，研究者提出多種技術策略，具體分為材料與設計策略（表3）和智能熱管理策略（表4）。通過應用上述耐高溫材料與智能預冷卻策略，可有效將制動液工作溫度控制在 100～200^°C 的理想范圍，避免高溫導致的黏度過度下降與制動效能衰退，為液壓制動系統性能提升提供重要支撐。

表2液壓制動系統噪聲與振動控制技術優化策略

表3材料與設計策略

表4智能熱管理策略

4.4液壓制動系統故障診斷與自適應調整策略

本節通過系統故障診斷與自適應調整優化控制策略，同時滿足3.3節“提升系統可靠性”與3.1節“提高制動性能”的需求，實現多維度優化。故障診斷與自適應調整技術對保障行車安全、提升制動性能具有重要意義。隨著汽車技術的發展，液壓制動系統面臨更高速度、更高精度的運行要求，且需適應更復雜的工況環境。通過故障診斷技術，可實時監測制動系統工作狀態，快速預判潛在故障。

采用自適應調整方法，系統可根據實時數據動態優化制動響應。例如，通過對比各車輪輪速變化率差異，實時估算當前路面最大摩擦系數；當監測到路面濕滑時，自動調低制動壓力，避免車輪抱死，防止制動效率下降與車輛穩定性降低。該方案不僅能保障液壓制動系統運行安全性，還能提升駕乘人員的使用信心。

4.5制動系統能量回收的優化策略

為實現3.4節提出的高能量回收效率目標，本節通過優化控制策略，采用先進能量回收技術提升汽車能效。在液壓制動系統中，制動能量回收是關鍵途徑，先進技術可將制動能量轉化為電能存儲于電池，為車輛動力及電子系統供電[9]

引入液壓混合動力系統可顯著提升能量回收效率。該系統通過液壓泵與起動機協同，將制動動能轉化為液壓能并進一步轉換為電能。該系統采用智能控制算法，采集踏板深度、車速等駕駛數據，學習駕駛習慣與路線特征，實現制動需求預判，提前調整蓄能器和電機狀態，優化系統響應與回收效果。行業報告顯示，全混合動力車輛采用該策略后，在NEDC城市循環工況下能量回收效率達 20%～40% ，較常見電動再生制動系統（ 15%～25% ），在重型車輛和頻繁制動的城市工況中優勢明顯。

5結論

系統提出汽車液壓制動系統的多維度優化策略：通過CFD流場優化，降低流體阻力 17% ，顯著提升系統響應速度；集成脈動抑制與智能診斷技術，有效降低噪聲并實現故障預警；采用耐高溫材料與預測性熱管理策略，將制動液工作溫度穩定在 80～150^°C 理想區間；創新性融合液壓混合動力與智能控制算法，提升能量回收效率。研究成果為提升制動系統安全性、舒適性與能效提供了系統的理論支撐與技術路徑，尤其適用于新能源汽車制動系統開發。后續研究可進一步優化智能算法參數，結合實車測試驗證，推動技術落地應用。

參考文獻

[1]田永君.汽車制動系統行業市場分析以及MS公司發展戰略研究[D].天津：天津大學，2012.

[2]余濤，楊晨，李偉.基于AMESim汽車制動液壓系統特性建模分析[J].機械設計與制造，2024（9）：219-222，227.

[3]齊軒，高悅.液壓制動系統在汽車安全性能提升中的作用探討[J].時代汽車，2024（13）：143-145.

[4]崔秀虹，常浩.汽車制動電驅液壓系統閉環調速控制及仿真分析[J].中國工程機械學報，2023，21（2）：117-121.

[5]吳軍.基于電控液壓制動系統的汽車制動踏板感研究[D].杭州：浙江大學，2022.

[6]楊立峰，安宗權，黃穎輝.液壓制動系統協調控制下電動汽車制動系統研究[J].機床與液壓，2018，46（17）：76-79，124.

[7]劉海江，楊家成，黃偉.液壓式汽車制動系統的性能測試方案的研究[J].裝備制造技術，2017（5）：204-207.

[8]徐鵬躍.汽車制動部件耐久性能試驗用液壓調節器控制系統研究[D].北京：北京工業大學，2014.

[9]宛銅.電動汽車制動能量回收與液壓制動系統協調控制研究[J].汽車測試報告，2024（22）：155-157.

（編輯 凌波）