渦流制動(dòng)技術(shù)

　　首先需要明確的一個(gè)概念是渦流，也就是渦電流，是指電磁感應(yīng)下，在導(dǎo)體內(nèi)部形成的電流。渦流制動(dòng)通常與傳統(tǒng)制動(dòng)搭配使用，在大多數(shù)商用車(chē)（大中型客車(chē)和卡車(chē)）上擔(dān)任控制車(chē)速的作用，所以通常也稱(chēng)為電渦流緩速器。

常見(jiàn)電渦流緩速器實(shí)物

常見(jiàn)電渦流緩速器結(jié)構(gòu)示意圖

　　從上面的示意圖可以看到，電渦流緩速器安裝在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋與變速箱之間，靠電渦流的作用力來(lái)減速。當(dāng)緩速器的定子線圈通入直流電的時(shí)候，在定子線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在相鄰鐵心、磁極板、氣隙、轉(zhuǎn)子之間形成一個(gè)回路，此時(shí)如果轉(zhuǎn)子和定子之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就相當(dāng)于導(dǎo)體在切割磁力線，由電磁感應(yīng)原理可知，這時(shí)候在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感生電流，同時(shí)感生電流會(huì)產(chǎn)生另外一個(gè)感生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)和已經(jīng)存在的磁場(chǎng)之間會(huì)有作用力，而作用力的方向永遠(yuǎn)是阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向。這就是緩速器制動(dòng)力矩的來(lái)源。ECU通過(guò)采集車(chē)速、擋位和駕駛員的控制信息（駕駛位通常有對(duì)緩速器的控制裝置），改變渦流強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的變化。

位于中控臺(tái)上的緩速器開(kāi)關(guān)（紅圈內(nèi)）

　　同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子這個(gè)導(dǎo)體很大，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的感生電流是以渦電流的形式存在的，從能量守衡的角度上來(lái)說(shuō)，當(dāng)緩速器起制動(dòng)作用的時(shí)候，是把汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為渦電流的電能進(jìn)而以熱量的形式被消耗掉。因此，電渦流緩速器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量，進(jìn)而，轉(zhuǎn)子的散熱能力和控制轉(zhuǎn)子熱變形的方向成為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是電渦流緩速器的核心技術(shù)之一，而保持轉(zhuǎn)子風(fēng)葉等散熱表面的清潔也成為緩速器保養(yǎng)的重要項(xiàng)目。另外，緩速器的轉(zhuǎn)子總成與定子總成之間有很小的間隙（通常為1-1.6mm），保證了緩速器在汽車(chē)運(yùn)行的情況下，可以進(jìn)行無(wú)摩擦自由轉(zhuǎn)動(dòng)和制動(dòng)。

緩速器在車(chē)輛上的實(shí)際安裝位置（箭頭所指處），可以看出這個(gè)位置比較利于散熱，但是也需要日常的清潔保養(yǎng)，以確保風(fēng)葉表面的清潔和散熱效果

　　相比傳統(tǒng)制動(dòng)裝置，電渦流緩速器有著不少獨(dú)到的的優(yōu)越性：

　　1、能夠承擔(dān)汽車(chē)運(yùn)行中絕大部分制動(dòng)時(shí)的負(fù)荷，使車(chē)輪上傳統(tǒng)制動(dòng)器的溫度大大降低，確保車(chē)輪制動(dòng)器處于良好的技術(shù)狀態(tài)，以使在緊急情況和長(zhǎng)下坡等惡劣工況面前應(yīng)對(duì)自如；

　　2、采用電流直接驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，其操縱響應(yīng)時(shí)間非常短，僅有數(shù)十毫秒量級(jí)，比液壓制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間快得多；

　　3、由于電渦流緩速器的定子和轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有接觸，不存在磨損，因而故障率極低，平時(shí)除了做好例行檢查，保持清潔以外，其他工作很少，所以維修費(fèi)用極低,。同時(shí)由于電渦流緩速器能夠承擔(dān)車(chē)輛大部份制動(dòng)力矩，因而能夠延長(zhǎng)輪制動(dòng)器的使用壽命，降低用于車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的維修費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，安裝了電渦流緩速器的車(chē)輛。其車(chē)輪制動(dòng)器使用壽命至少可以延長(zhǎng)4-7倍，從而節(jié)省了維修材料和人工費(fèi)用以及輪胎消耗；

　　4、電渦流緩速器如果發(fā)生故障，在維修配件不能及時(shí)供應(yīng)的情況下，可以關(guān)閉緩速器，車(chē)輛仍可以繼續(xù)運(yùn)行，基本不影響車(chē)輛的正常使用。

類(lèi)似這樣的山路上，電渦流緩速器可以合理控制車(chē)速，最大限度地防止剎車(chē)過(guò)熱造成的制動(dòng)失靈，預(yù)防惡性事故的發(fā)生

　　當(dāng)然，緩速器本身是需要一定成本的，同時(shí)限于結(jié)構(gòu)重量較大，并不太適合裝備小型或者微型車(chē)輛，不過(guò)隨著人們對(duì)它在安全性和經(jīng)濟(jì)性上優(yōu)點(diǎn)的逐漸認(rèn)識(shí)，它越來(lái)越多地出現(xiàn)在現(xiàn)在的商用車(chē)上面。

　　另外，還有一種頗有發(fā)展前景的盤(pán)式渦流制動(dòng)器，它的結(jié)構(gòu)形式很有點(diǎn)類(lèi)似現(xiàn)在的機(jī)械盤(pán)式制動(dòng)器，采用圓盤(pán)形感應(yīng)盤(pán)和環(huán)狀分布的電磁鐵及安裝機(jī)構(gòu)，而基本原理和上面所介紹的緩速器相同。相比安裝在傳動(dòng)軸位置的緩速器，盤(pán)式渦流制動(dòng)器可以獲得更佳的散熱效果和更大的制動(dòng)力矩，同時(shí)安裝位置更為靈活，受空間限制更小，更適合高速或者重載車(chē)輛使用，在輕量化之后，有望在普通乘用車(chē)上得以裝備。

盤(pán)式渦流制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖（圖中黑色小方塊即為激勵(lì)電磁鐵）

再生制動(dòng)技術(shù)

　　在渦流制動(dòng)技術(shù)中，制動(dòng)能量直接變成了熱量，這未免有些浪費(fèi)，所以對(duì)于廣泛利用電力驅(qū)動(dòng)的新能源車(chē)型來(lái)說(shuō)，如果能有一種能回收制動(dòng)能量的制動(dòng)方式，就再好不過(guò)了，這就是下面要介紹到的再生制動(dòng)技術(shù)。再生制動(dòng)的基本原理是將車(chē)輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)變成一臺(tái)發(fā)電機(jī)，然后將車(chē)輛減速或者下坡的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成其他能量，在儲(chǔ)能裝置（電池、大型電容或者飛輪）中儲(chǔ)存起來(lái)，供車(chē)輛行駛之用的方式。

裝備再生制動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)車(chē)制動(dòng)系結(jié)構(gòu)示意圖

　　由上圖可以看出，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板后，電動(dòng)泵使制動(dòng)液增壓產(chǎn)生所需的制動(dòng)力，制動(dòng)控制與電機(jī)控制協(xié)同工作，確定電動(dòng)汽車(chē)上的再生制動(dòng)力矩和前后輪上的液壓制動(dòng)力。再生制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)控制回收制動(dòng)能量，并且反充到蓄電池中。在高速或者長(zhǎng)下坡行駛時(shí)，再生制動(dòng)可以成為主要的制動(dòng)方式，只有在電制動(dòng)力不足以實(shí)現(xiàn)足夠的制動(dòng)效果或者低速將車(chē)輛完全停止的情況時(shí)，液壓制動(dòng)才開(kāi)始發(fā)揮效力。當(dāng)然，對(duì)于普通的電動(dòng)車(chē)或者混合動(dòng)力車(chē)型，其電池容量都是有限的，如果電池充滿了，再生制動(dòng)此時(shí)也不會(huì)發(fā)揮太大作用了。

即便是這樣大尺寸大容量的電池組，其電池容量也是有限的，因此再生制動(dòng)并不能完全取代機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)而獨(dú)立存在

　　再生制動(dòng)的技術(shù)難點(diǎn)有兩個(gè)，一是如何在再生制動(dòng)和機(jī)械摩擦制動(dòng)之間分配所需的總制動(dòng)力，以回收盡可能多的車(chē)輛動(dòng)能； 二是如何在前后輪軸上分配總制動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的制動(dòng)狀態(tài)。通常，再生制動(dòng)只對(duì)驅(qū)動(dòng)軸有效。為回收盡可能多的動(dòng)能，必須控制電機(jī)產(chǎn)生特定量的制動(dòng)力，同時(shí)，應(yīng)控制機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)滿足由駕駛員給出的制動(dòng)力需求。在制動(dòng)力和能量回收間實(shí)現(xiàn)最佳的均衡，這才是再生制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的標(biāo)志。

對(duì)于普遍裝備CAN-BUS總線的現(xiàn)代車(chē)輛來(lái)說(shuō)，再生制動(dòng)控制模塊和ABS系統(tǒng)ECU間可以實(shí)現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)交換，再生制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)均衡相對(duì)要容易一些。

如果是四輪都采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新能源車(chē)，四輪間的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和能量回收的分配都較為均衡，能更好地處理制動(dòng)力和制動(dòng)能量回收兩者間的關(guān)系

　　由于制動(dòng)的穩(wěn)定性不但關(guān)系到車(chē)輛的安全性，同時(shí)也與乘客乘坐的舒適度息息相關(guān)（負(fù)加速度是導(dǎo)致暈車(chē)的重要因素之一），因此應(yīng)用再生制動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輛需要進(jìn)行更多的路試和軟件模擬，以保證它的整套制動(dòng)系統(tǒng)能夠安全、平穩(wěn)而不失舒適性地工作，這對(duì)車(chē)輛的設(shè)計(jì)和匹配能力可以說(shuō)是一個(gè)有力的考量。

作為銷(xiāo)量最大的混合動(dòng)力車(chē)型，普銳斯的新MPV車(chē)型依然要進(jìn)行嚴(yán)苛的路試，其中包括再生制動(dòng)在內(nèi)的混合動(dòng)力和制動(dòng)兩部分系統(tǒng)顯然是重點(diǎn)中的重點(diǎn)

　　再生制動(dòng)的好處不言而喻，除開(kāi)可以回收能量給電池等設(shè)備充電之外，它也不受制動(dòng)系統(tǒng)熱衰減的影響，更重要的是，它是基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的，并不需要做太多專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)和改動(dòng)，較為容易實(shí)現(xiàn)，只要解決了制動(dòng)力均衡的問(wèn)題，再生制動(dòng)是一項(xiàng)非常適合新能源車(chē)型，同時(shí)頗為實(shí)用的技術(shù)。

從這張儀表盤(pán)圖不難看出，制動(dòng)時(shí)能量箭頭指向電池，制動(dòng)能量得到了回收

結(jié)語(yǔ)：

　　由于成本等多方面因素，汽車(chē)新能源技術(shù)還處于較好但是不叫座的階段，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尤其如此，但正如當(dāng)年內(nèi)燃機(jī)取代蒸汽機(jī)的主導(dǎo)地位一樣，隨著不可再生能源的逐漸減少，新能源汽車(chē)勢(shì)必成為未來(lái)的主導(dǎo)，而電制動(dòng)技術(shù)也會(huì)隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展而大行四方。