電磁感應幫你減速！車輛電制動技術解析

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我們平時接觸的車輛，從自行車、汽車到火車，大多是依靠摩擦材料之間的機械摩擦來阻止它們飛行，只是通過機械連桿、液壓油或壓縮空氣體等不同的驅動方式。但今天要介紹的這些車輛制動技術，并不需要實際的摩擦，而是通過電磁手段產生制動力，從而達到制動效果。

渦流制動技術

首先需要澄清的一個概念是渦流，也就是渦流，指的是導體內部在電磁感應下形成的電流。渦流制動器通常與傳統制動器結合使用，在大多數商用車中起到控制車速的作用，因此也被稱為渦流緩速器。

普通電渦流緩速器

常用電渦流緩速器結構示意圖

從上面的示意圖可以看出，電渦流緩速器安裝在汽車的驅動橋和變速箱之間，通過電渦流的作用力減速。當DC施加到減速器的定子線圈時，定子線圈中會產生磁場，這將在相鄰的鐵芯、磁極板、氣隙和轉子之間形成回路。這時，如果轉子和定子之間有相對運動，這種運動就相當于導體切割磁力線。根據電磁感應原理，此時導體內部會產生一個感應電流，同時感應電流會產生另一個感應磁場，磁場與現有磁場之間會有作用力。這是減速器制動力矩的來源。電子控制單元通過采集車速、檔位和駕駛員的控制信息，改變渦流強度，實現制動力矩的變化。

位于中控臺上的減速器開關

同時，由于轉子是一個非常大的導體，轉子上產生的感應電流以渦流的形式存在。從能量平衡的角度來看，緩速器在起制動作用時，將汽車運動的動能轉化為渦流的電能，再以熱量的形式消耗掉。因此，電渦流緩速器在工作時會產生巨大的熱量。此外，轉子的散熱能力和控制轉子熱變形的方向成為轉子結構設計的關鍵和電渦流緩速器的核心技術之一，保持轉子葉片等散熱面的清潔也成為緩速器維護的重要項目。此外，緩速器的轉子總成和定子總成之間有一個小間隙，保證了汽車行駛時緩速器能夠無摩擦地自由旋轉和制動。

車輛上緩速器的實際安裝位置表明，該位置有利于散熱，但也需要日常清潔維護，以保證葉片表面的清潔散熱效果。

與傳統制動裝置相比，電渦流緩速器具有許多獨特的優點:

1.它可以承受汽車行駛中的大部分制動負荷，大大降低傳統制動器對車輪的溫度，保證車輪制動器處于良好的技術狀態，從而能夠在面對緊急情況、長下坡等惡劣工況時自如應對；

2.采用直流驅動，沒有中間環節，因此其運行響應時間很短，只有幾十毫秒，比液壓制動系統的響應時間快得多；

3.由于電渦流緩速器的定子和轉子之間沒有接觸和磨損，故障率極低。除了例行檢查和保持清潔，平時幾乎沒有其他工作，所以維護成本極低。同時，由于電渦流緩速器可以承受車輛的大部分制動扭矩，因此可以延長車輪制動器的使用壽命，降低車輛制動系統的維護成本，提高經濟效益。據統計，車輛配備了電渦流緩速器。車輪制動器的使用壽命可延長至少4-7倍，節省維修材料、人工成本和輪胎消耗；

4.如果電渦流緩速器出現故障，在維修零件不能及時供應的情況下，可以關閉緩速器，車輛可以繼續行駛，基本不影響車輛的正常使用。

在類似的山路上，電渦流緩速器可以合理控制車速，最大限度地防止制動器過熱導致的制動失靈，防止惡性事故的發生。

當然緩速器本身需要一定的成本。同時，由于其結構較重，不適合裝備小型或微型車輛。然而，隨著人們逐漸認識到它在安全性和經濟性方面的優勢，如今它越來越多地出現在商用車上。

渦流制動器結構示意圖

此外，還有一種很有前途的盤式渦流制動器。它的結構有點類似于現有的機械盤式制動器。它采用盤形感應盤、環形電磁鐵和安裝機構，其基本原理與上述減速器相同。與安裝在傳動軸位置的緩速器相比，盤式渦流制動器可以獲得更好的散熱效果和更大的制動力矩，同時安裝位置更加靈活，空之間的限制更少，更適合高速或重載車輛。輕量化后，有望裝備在普通乘用車上。

再生制動技術

在渦流制動技術中，制動能量直接轉化為熱量，有些浪費。因此，對于廣泛使用電驅動的新能源汽車，最好有一種能夠回收制動能量的制動方法，這就是下面要介紹的再生制動技術。再生制動的基本原理是將車輛驅動電機的工作狀態變為發電機，然后將車輛減速或下坡時的動能轉化為其他能量，儲存在儲能裝置中，供車輛行駛。

裝有再生制動系統的電動汽車制動系統結構示意圖

從上圖可以看出，當駕駛員踩下制動踏板時，電動泵對制動液加壓，產生所需的制動力，制動控制和電機控制共同決定電動車上的再生制動力矩和前后輪上的液壓制動力。在再生制動過程中，再生制動系統控制制動能量的回收，并將其充回到電池中。在高速或長下坡行駛時，再生制動可以成為主要的制動方式。只有當電制動力不足以達到足夠的制動效果或車輛低速完全停止時，液壓制動才能有效。當然，對于普通電動汽車或混合動力汽車，電池容量是有限的。如果電池充滿，此時再生制動不會起到太大作用。

即使有這樣大尺寸大容量的電池組，電池容量也是有限的，所以再生制動并不能完全取代機械制動系統而獨立存在。

再生制動有兩個技術難點。一是如何在再生制動和機械摩擦制動之間分配總制動力，以回收盡可能多的車輛動能。二、如何將總制動力分配到前后軸上，達到穩定的制動狀態。通常，再生制動僅對驅動軸有效。為了回收盡可能多的動能，必須控制電機產生特定量的制動力，同時還要控制機械制動系統，以滿足駕駛員給出的制動力需求。實現制動力和能量回收的最佳平衡是再生制動系統設計成功的標志。

對于搭載CAN-BUS總線的現代汽車，再生制動控制模塊與ABS ECU之間可以實現通信和數據交換，相對容易實現再生制動與機械制動系統之間的平衡。

如果是輪轂電機驅動四輪的新能源汽車，四輪之間驅動力、制動力和能量回收的分配相對平衡，可以更好的處理制動力和制動能量回收的關系。

由于制動的穩定性不僅關系到車輛的安全性，還與乘客的舒適性密切相關，因此應用再生制動系統的車輛需要更多的道路測試和軟件仿真，以確保其整個制動系統能夠安全、平穩、舒適地工作，這是車輛設計和匹配能力的有力考量。

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再生制動的好處不言而喻。除了回收能量為電池和其他設備充電，它也不受制動系統熱衰減的影響。更重要的是，它基于驅動系統，不需要太多特殊的設計和修改，所以更容易實現。只要解決了制動力平衡的問題，再生制動就是一項非常適合新能源汽車的實用技術。

從這張儀表盤圖不難看出，制動時能量箭頭指向電池，制動能量被回收。

結論:

由于成本等諸多因素，汽車新能源技術仍處于良好階段，尤其是在國內市場。但是，就像當年內燃機取代蒸汽機一樣，隨著不可再生能源的逐漸減少，未來新能源汽車必然會成為主導，電制動技術也會隨著新能源汽車的發展而普及。