电磁感应帮你减速！车辆电制动技术解析

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我们平时接触的车辆，从自行车、汽车到火车，大多是依靠摩擦材料之间的机械摩擦来阻止它们飞行，只是通过机械连杆、液压油或压缩空气体等不同的驱动方式。但今天要介绍的这些车辆制动技术，并不需要实际的摩擦，而是通过电磁手段产生制动力，从而达到制动效果。

涡流制动技术

首先需要澄清的一个概念是涡流，也就是涡流，指的是导体内部在电磁感应下形成的电流。涡流制动器通常与传统制动器结合使用，在大多数商用车中起到控制车速的作用，因此也被称为涡流缓速器。

普通电涡流缓速器

常用电涡流缓速器结构示意图

从上面的示意图可以看出，电涡流缓速器安装在汽车的驱动桥和变速箱之间，通过电涡流的作用力减速。当DC施加到减速器的定子线圈时，定子线圈中会产生磁场，这将在相邻的铁芯、磁极板、气隙和转子之间形成回路。这时，如果转子和定子之间有相对运动，这种运动就相当于导体切割磁力线。根据电磁感应原理，此时导体内部会产生一个感应电流，同时感应电流会产生另一个感应磁场，磁场与现有磁场之间会有作用力。这是减速器制动力矩的来源。电子控制单元通过采集车速、档位和驾驶员的控制信息，改变涡流强度，实现制动力矩的变化。

位于中控台上的减速器开关

同时，由于转子是一个非常大的导体，转子上产生的感应电流以涡流的形式存在。从能量平衡的角度来看，缓速器在起制动作用时，将汽车运动的动能转化为涡流的电能，再以热量的形式消耗掉。因此，电涡流缓速器在工作时会产生巨大的热量。此外，转子的散热能力和控制转子热变形的方向成为转子结构设计的关键和电涡流缓速器的核心技术之一，保持转子叶片等散热面的清洁也成为缓速器维护的重要项目。此外，缓速器的转子总成和定子总成之间有一个小间隙，保证了汽车行驶时缓速器能够无摩擦地自由旋转和制动。

车辆上缓速器的实际安装位置表明，该位置有利于散热，但也需要日常清洁维护，以保证叶片表面的清洁散热效果。

与传统制动装置相比，电涡流缓速器具有许多独特的优点:

1.它可以承受汽车行驶中的大部分制动负荷，大大降低传统制动器对车轮的温度，保证车轮制动器处于良好的技术状态，从而能够在面对紧急情况、长下坡等恶劣工况时自如应对；

2.采用直流驱动，没有中间环节，因此其运行响应时间很短，只有几十毫秒，比液压制动系统的响应时间快得多；

3.由于电涡流缓速器的定子和转子之间没有接触和磨损，故障率极低。除了例行检查和保持清洁，平时几乎没有其他工作，所以维护成本极低。同时，由于电涡流缓速器可以承受车辆的大部分制动扭矩，因此可以延长车轮制动器的使用寿命，降低车辆制动系统的维护成本，提高经济效益。据统计，车辆配备了电涡流缓速器。车轮制动器的使用寿命可延长至少4-7倍，节省维修材料、人工成本和轮胎消耗；

4.如果电涡流缓速器出现故障，在维修零件不能及时供应的情况下，可以关闭缓速器，车辆可以继续行驶，基本不影响车辆的正常使用。

在类似的山路上，电涡流缓速器可以合理控制车速，最大限度地防止制动器过热导致的制动失灵，防止恶性事故的发生。

当然缓速器本身需要一定的成本。同时，由于其结构较重，不适合装备小型或微型车辆。然而，随着人们逐渐认识到它在安全性和经济性方面的优势，如今它越来越多地出现在商用车上。

涡流制动器结构示意图

此外，还有一种很有前途的盘式涡流制动器。它的结构有点类似于现有的机械盘式制动器。它采用盘形感应盘、环形电磁铁和安装机构，其基本原理与上述减速器相同。与安装在传动轴位置的缓速器相比，盘式涡流制动器可以获得更好的散热效果和更大的制动力矩，同时安装位置更加灵活，空之间的限制更少，更适合高速或重载车辆。轻量化后，有望装备在普通乘用车上。

再生制动技术

在涡流制动技术中，制动能量直接转化为热量，有些浪费。因此，对于广泛使用电驱动的新能源汽车，最好有一种能够回收制动能量的制动方法，这就是下面要介绍的再生制动技术。再生制动的基本原理是将车辆驱动电机的工作状态变为发电机，然后将车辆减速或下坡时的动能转化为其他能量，储存在储能装置中，供车辆行驶。

装有再生制动系统的电动汽车制动系统结构示意图

从上图可以看出，当驾驶员踩下制动踏板时，电动泵对制动液加压，产生所需的制动力，制动控制和电机控制共同决定电动车上的再生制动力矩和前后轮上的液压制动力。在再生制动过程中，再生制动系统控制制动能量的回收，并将其充回到电池中。在高速或长下坡行驶时，再生制动可以成为主要的制动方式。只有当电制动力不足以达到足够的制动效果或车辆低速完全停止时，液压制动才能有效。当然，对于普通电动汽车或混合动力汽车，电池容量是有限的。如果电池充满，此时再生制动不会起到太大作用。

即使有这样大尺寸大容量的电池组，电池容量也是有限的，所以再生制动并不能完全取代机械制动系统而独立存在。

再生制动有两个技术难点。一是如何在再生制动和机械摩擦制动之间分配总制动力，以回收尽可能多的车辆动能。二、如何将总制动力分配到前后轴上，达到稳定的制动状态。通常，再生制动仅对驱动轴有效。为了回收尽可能多的动能，必须控制电机产生特定量的制动力，同时还要控制机械制动系统，以满足驾驶员给出的制动力需求。实现制动力和能量回收的最佳平衡是再生制动系统设计成功的标志。

对于搭载CAN-BUS总线的现代汽车，再生制动控制模块与ABS ECU之间可以实现通信和数据交换，相对容易实现再生制动与机械制动系统之间的平衡。

如果是轮毂电机驱动四轮的新能源汽车，四轮之间驱动力、制动力和能量回收的分配相对平衡，可以更好的处理制动力和制动能量回收的关系。

由于制动的稳定性不仅关系到车辆的安全性，还与乘客的舒适性密切相关，因此应用再生制动系统的车辆需要更多的道路测试和软件仿真，以确保其整个制动系统能够安全、平稳、舒适地工作，这是车辆设计和匹配能力的有力考量。

作为销量最大的混动车型，普锐斯（查成交价|参配|优惠政策）全新MPV车型仍需经历严苛的路试，其中包括再生制动在内的混动和制动系统显然是关键点。

再生制动的好处不言而喻。除了回收能量为电池和其他设备充电，它也不受制动系统热衰减的影响。更重要的是，它基于驱动系统，不需要太多特殊的设计和修改，所以更容易实现。只要解决了制动力平衡的问题，再生制动就是一项非常适合新能源汽车的实用技术。

从这张仪表盘图不难看出，制动时能量箭头指向电池，制动能量被回收。

结论:

由于成本等诸多因素，汽车新能源技术仍处于良好阶段，尤其是在国内市场。但是，就像当年内燃机取代蒸汽机一样，随着不可再生能源的逐渐减少，未来新能源汽车必然会成为主导，电制动技术也会随着新能源汽车的发展而普及。